Paměti s magnetickým záznamem
Princip záznamu na pohyblivou magnetickou vrstvu
Podélný záznam
Kódování NRZI ZAZNAMENÁVANÁ DATA 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 ZÁZNAMOVÝ PROUD SNÍMANÝ SIGNÁL
Kódování FM ZAZNAMENÁVANÁ DATA 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 ZÁZNAMOVÝ PROUD SNÍMANÝ SIGNÁL
Kódování MFM ZAZNAMENÁVANÁ DATA 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 ZÁZNAMOVÝ PROUD SNÍMANÝ SIGNÁL
Kódování M 2 FM ZAZNAMENÁVANÁ DATA 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 ZÁZNAMOVÝ PROUD SNÍMANÝ SIGNÁL
Pevný disk (harddisk) Počet cylindrů Počet hlav Počet sektorů ZBR zda je počet sektorů na stopu konstantní Doba vystavení Rychlost přenosu Typ rozhraní Metoda kódování Prekompenzace
Fyzická struktura disků
Fyzické formátování low format
Přístupová doba (acces time) Doba vystavení (seek time) Doba čekání (rotary latency period) Prokládání (interleave)
Hustota záznamu Kapacita disku Kódování dat nemožnost ukládání samých 0 nebo 1 (MFM pro diskety, RLL 3x efektivnější, PRML čtení digitálním signálním procesorem Prekompenzace (write precompensation)- vlivem rozdílných délek stop by některé stopy byly nečitelné proto póly se posouvají proti směru pohybu nutno zadat v SETUPU Zone bit recording (ZBR) optimalizace počtu sektorů v dlouhých stopách Zásady práce s pevným diskem- otřesy, přerušování napájení, změny teploty, zálohování event. Diskové pole
Řadiče pevných disků IDE (Integrated Drive Electronics) EIDE (Enhanced IDE) Zvětšení kapacity disku nad 512 MB LBA (Logical Block Addressing) XCHS (extented Cylinder Head Sector) Rychlost EIDE PIO (Programmed Input/Output) DMA (Direct Memory Access), Multiword DMA Připojení více jednotek
Pevný disk - logická struktura Oblast DOS Program FDISK Formátování disku Spouštěcí disketa Master Boot Record (MBR) Dos Boot Record (DBR) Extended Partitions Table (EPT) Hlavní adresář (Root directory) File Allocation Table Způsoby formátování Chyby FAT fabulky ScanDisk Ostatní způsoby správy souborů Instalace a zprovoznění disku
Program FDISK Informace o momentálním dělení disku Mazání oblasti disku Tvorba nových oddílů DOS Zadání aktivní oblasti
Master Boot Record (MBR) Umístěn v nultém sektoru, nulté stopě Zaváděcí záznam spouštěný BIOSEm Partition table - tabulka oblastí Vytváříse FDISKem V každém oddílu může být jiný OS
DOS Boot Record (DBR) Je začátkem primární oblasti DOS Zavedení systémových souborů z disku do operační paměti Tabulka BPS BIOS parametr Block základní údaje o velikostech sektoru počtu povrchů, hlav Extended Partitions Table (EPT) je falešným MBR Hlavní adresář (Root directory) Vznikne formátováním informace o souborech Hlavní adresář v organizaci FAT Hlavní adresář ve VFAT organizaci dlouhá jména
File Allocation Table (FAT) Alokační jednotka (klastr) Typy FAT Dvanáctibitová FAT Šestnáctibitová FAT Třicetidvoubitová FAT Způsoby formátování rychlé (vymazat) vytvoření čisté FAT úplné kontrola datové oblasti pouze zkopírovat systém - neformátuje
Typy FAT Dvanáctibitová FAT - na disketách, adresace 4096 klastrů Šestnáctibitová FAT - max 2.1 GB, Třicetidvoubitová FAT - dovoluje použít 232 alokačních jednotek NTFS pro Windows NT, 2000, XP VFAT větší délka jmen souborů až 255 zn. HPFS pro OS/2
Logická struktura disku
Princip FAT
Velikosti clusterů DOS - FAT Typ, velikost Velikost clusterů Sektorů na cluster Typ, velikost Velikost clusterů Jednostr. 512 1 128-255 4096 8 Oboustr. 1024 2 256-512 8192 16 720KB 1024 2-1024 16384 32 1,44MB 512 1-2048 32768 64 1,2MB 1024 2-4095 65536 128 0-15MB 4096 8 16-127 2048 4 Kompri 8192 16 Sektorů na cluste
Velikost clusterů FAT32 Velikost jednotky Velikost clusteru < 260 MB 512 bytů 260 MB 8GB 4kB 8 16 GB 8 KB 16 32 GB 16 KB > 32 GB 32 KB
Fragmentace souborů Chyby tabulky FAT Program Defragmentace disku Úplná spojí rozdělené soubory, prázdné alokační jednotky Pouze soubory nevšímá si prázdných Pouze prázdných Ztracené fragmenty souborů (lost allocation units) Při zápisu se nejdříve ukládají data do alokačních jednotek a následně do hlavního adresáře jméno souboru zápis je přerušen Překřížené soubory (cross linked allocation units) více políček FAT ukazuje na stejný klaster Neplatný podadresář (invalid subdirectory error) podadresář je zapsán jako soubor s atributem D
Fragmentace disků
Instalace a zprovoznění disku
Způsoby práce s pevnými disky Vyrovnávací paměť pevného disku (cache) Odkládání dat Koš Komprese (komprimace) dat Zásady diskového hospodářství
Vyrovnávací paměť pevného disku (cache) Hardwarová cache 128 KB 1MB Softwarová cache u DOS SMARTDRIVE VCACHE virtuální u W95 Problémy s VCACHE» stolní počítač»přenostný počítač častěji vyprázdňována»síťový server pro sdílení i jinými počítači» dodatečná mezipaměť pouze pro CD ROM Dáno nekompatibilitou programů nebo HW prvku Odstranění Systém souborů vlastnosti
Odkládání dat Odkládací soubor virtuální paměť Potíže s odkládací souborem Zpomalení systému Potřeba min. 100 MB volného místa trvale jinak zatuhávání Pravidelné vysypávání koše Pravidelné rušení TMP souborů
Komprese (komprimace) dat Šifrování dat se záměrem zmenšení jejich velikosti Pravidla komprimace ve Windows 95 Použití programu DriveSpace Kódování se děje na souboru Dblspace.xxx může být více zkomprimovaných oblastí Hostitelský disk H nesmí být celý zkomprimovaný pro uložení systémových souborů Míra namačkání kompresní poměr je dán typem souborů
Zásady diskového hospodářství Pravidelně zálohujte Pro ukládání enormně velkých dat použijte jinou strukturu než FAT např. NTFS, jinak rozdělení do logických disků Pravidelně spouštět ScanDisk Pravidelně defragmentovat disk Aktualizujte antivirový program Pro mazání programů používat službu W95 Přidat nebo ubrat programy Pro komprimaci používat jen spolehlivé komprimační programy s podporou utilit Použití diskových polí
Poměr rozměrů nečistot a vzdálenost hlavy od disku
Disková pole RAID Spolehlivost vysoký výkon otevřenost flexibilita softwarové a hardwarové ovládání
RAID 0 Disk striping
RAID 1 Disk mirroring
RAID 1 Disk mirroring
RAID2 Disk striping with error-correction code
RAID3 Disk striping with ECC stored as parity
RAID4 Disk striping large blocks, parity stored on one drive
RAID5 Disk striping with parity
Magnetooptický disk
Fyzikální limity V čem je tedy vlastně problém se zvyšováním kapacity u současných disků? Jak jinak jde o fyziku a o hustotu záznamu. Pokud záznam dosáhne hranice 150 gigabitů na čtvereční palec, dochází díky jevu zvanému superparamagnetismus ke ztrátě dat. Magnetické síly, které zadržují "bity" na správném místě a vytvářejí tak záznam, se v takto vysoké hustotě rovnají energii okolní klidové teploty disku samotného.
Kolmý záznam
Serverové aplikace Pro serverové stanice a náročné aplikace se ještě pořád využívá hlavně již téměř pětadvacet let staré rozhraní SCSI (Small Computer System Interface, čtěte skazy ). Tyto disky se od těch běžných odlišují v několika ohledech. Ve většině případů dosahují rychlosti 10 000 15 000 ot./min a často bývají zapojené v polích RAID. Rozhraní i samotné disky jsou navrženy pro maximální výkon a zároveň i spolehlivost, přičemž daní za tyto superlativy je nejen velmi vysoká cena, ale také hlučnost a zahřívání, které ve stolních počítačích snese jen málokdo. V levnějších serverech se v poslední době používají i disky pro rozhraní SATA, které nabízejí i několikanásobně levnější řešení. Rovněžz toho důvodu jsou na trhu dostupné modely určené pro nepřetržitý běh. Poslední novinkou v této oblasti je hybrid mezi SCSI a SATA tzv. SAS neboli Serial Attached SCSI (sériově připojené SCSI). Hlavními výhodami jsou ještě vyšší rychlost (až 375 MB/s v každém směru), skladnější kabeláž a téměř neomezený počet zařízení na jeden kanál. Zajímavostí je rovněž kompatibilita běžných SATA disků s rozhraním SAS.
Co přináší SATA II Nejnovější revize specifikace SATA s číslem II pouze rozšiřuje stávající SATA 1.0a rev. 1.2. Jde v zásadě pouze o kosmetické změny, které přinášejí podporu Port Multiplier a Port Selector. V případě SATA II disků si také můžete být jisti, že podporují i NCQ, u starších modelů bývá tato funkce uvedena dodatečně. Port Multiplier umožňuje připojení až pěti disků na jeden kanál SATA II, a umožňuje tak jednoduše rozšířit dostupnou kapacitu. Port Selector přináší možnost připojení dvou řadičů na jeden pevný disk, aby se zamezilo výpadkům kvůli poruše. Podpora vyšší rychlosti (až do 300 MB/s) není obsahem nové specifikace a s označením SATA II nesouvisí.
http://www.research.ibm.com/research/demos/gmr/index.html
Super2003a.prz MR/GMR Read Head Evolution Year Areal Density Gbits/in2 Product 1991 0.132 Corsair 1992 0.260 Allicat 1993 0.354 Spitfire 1994 0.578 Ultrastar XP 1995 0.829 Ultrastar 2XP 0.923 Travelstar 2LP 1996 1.32 Travelstar 2XP 1997 1.45 2.64 Travelstar VP Travelstar 5GS 2.68 Deskstar 16GP 1998 3.12 3.74 Travelstar 6GN Travelstar 6GT 4.1 Deskstar 25GP 5.7 Travelstar 6GN 1999 5.3 Deskstar 37GP 2000 10.1 7.04 Travelstar 18GT Ultrastar 36LZX 14.5 Deskstar 40GV 2001 17.1 13.2 Travelstar 30GT Ultrastar 73LZX 25.7 Travelstarr 30GN 29.7 Deskstar 120GXP 34.0 Travelstar 40GN 2002 26.3 Ultrastar 146Z10 45.5 Deskstar 180GXP 2003 29.7 70.0 Deskstar 120GXP Travelstar 80GN 2004 >100 2005 >200 Contacts 64 nm Hard Bias NiFe Spacer Soft Film GMR Pinned Film 4.5 m 18 nm 14 nm 12 nm 10 nm Ed Grochowski 0.5 m 0.2 m 0.18 m 0.12 m
Areal Density of Magnetic HDD and DRAM Areal Density, Mbits/inch 2 10 6 10 10 10 10 10 1 10 5 4 3 2 1-1 25% CGR 60% CGR 3380E 100% CGR Microdrive II Ultrastar 4G 36ZXb Ultrastar 18XP 1G 2G 512M Ultrastar XP 256M 3390-2 64M 40% CGR 16M 4M 1M 25% = 2X per 3 years 40 2 60 1.5 100 1 Travelstar 80GN Travelstar 40GN Travelstar 30GN Ultrastar 146Z10 8G 10-2 AREAL2003ah.ppt 1970 1980 1990 2000 2010 DRAM projections after 2001 are based on industry capacities and constant chip area Year Ed Grochowski