HARDDISK Dekompozice mechatronické soustavy Semestrální práce z předmětu Úvod do Mechatroniky Vysoké Učení Technické v Brně Fakulta Strojního Inženýrství Mechatronika Staněk Martin E96 2005/06
Obsah Úvod a definice základních pojmů 3 Popis, zařazení a definice předmětu semestrální práce 4 Manifest o postupu dekompozice 5 Účel soustavy 6 Rámcová dekompozice 7 Binární informace a prncipy jejich uchování v HDD systémech 8 Fyzická struktura dat na HDD 9 Logická struktura dat na HDD 11 Mechanika HDD 13 Elektronika HDD 14 Senzorika HDD 16 Komunikace s nadřazenou soustavou 17 Autodiagnostika HDD 21 2
Úvod a definice základních pojmů Cíle této semestrální práce Cílem této semestrální práce je definovat základní pojmy z oblasti mechatroniky. Dále pak na bázi těchto pojmů provést dekompozici mechatronické soustavy. Definice mechatronické soustavy Mechatronika, jako vědní obor spojuje poznatky z oblastí přesného strojírenství, elektrotechniky, elektroniky, číslicové techniky, mechaniky a počítačového řízení. Hovoříme-li o mechatronické soustavě, máme na mysli právě takovou soustavu, ve které nalezneme prvky zařaditelné do výše uvedených oblastí. Množina prvků, produktů, strojů a technologických zařízení, které odpovídají těmto podmínkám je prakticky nekonečně veliká. Nicméně ty, které při svém návrhu byly vyvíjeny na základě mechatronických postupů, zpravidla dosahují maxima efektivity práce. Mechatronický postup návrhu Mechatronický postup návrhu představuje sumu postupů, pravidel a zákonitostí, které v konečném důsledku zvyšují efektivitu vývoje a efektivitu práce samotného vyvíjeného zařízení. Mechatronický postup návrhu je především založen na týmové práci, kdy je důraz kladen na mezioborové komunikaci a výměně informací. Aby vývojář byl schopen takovéto komunikace musí mít přehled o všech oblastech na kterých je vyvíjený produkt založen. Mechatronické postupy vývoje zahrnují mimo jiné i simulace mechatronické soustavy, nebo jejích částí ve virtuální dimenzi. Simulace poskytují informace, které značně přispívají ke snížení nákladů na vývoj. Dekompozice mechatronické soustavy Pod pojmem dekompozice mechatronické soustavy rozumím rozklad soustavy na prvky, součásti a systémy spadající do jednotlivých oblastí mechatroniky popis principů funkce jednotlivých systémů, prvků a součástí soustavy popis její funkce z hlediska nadřazené soustavy popis toků materiálu, informací a dat uvnitř soustavy popis toků materiálu, informací a dat směrem do a směrem ze soustavy popis pracovních, krizových, mezních a jiných stavů soustavy 3
Popis, zařazení a definice předmětu semestrální práce Předmět semestrální práce Předmětem semestrální práce je Harddisk, jakožto systém primárně určený pro uchovávání binárních dat. Hlavní oblast nasazení těchto systémů je ve výpočetní technice, ale obecně je použitelný všude, kde lze potenciálně uchovatelné informace převést do binární formy, tzn. v širokém spektru digitální techniky. Harddisk pracuje na principu magnetické paměti. Jako celek je složen z prvků přesné mechaniky, elektroniky, číslicové techniky a systému řízení. Je schopen autodiagnostiky a komunikace s nadřazenou soustavou na bázi přesně definovaných protokolů. Důvod výběru předmětu semestrální práce Harddisk je velmi názornou ukázkou synergické mechatronické soustavy. Jde o zařízení, na které jsou kladeny maximální požadavky co do provozních podmínek, rychlosti, kapacity, spolehlivosti, odolnosti, spotřeby energií a účinnosti. Reflexe na tyto požadavky dává vzniknout soustavě jejíž jednotlivé subsystémy a soustava jako celek představují technologické špičky. 4
Manifest o postupu dekompozice Cíle dekompozice Dekompozice soustavy by měla poskytnout maximálně celistvý obraz o principech funkce soustavy, jednotlivých subsystémů a jejich vzájemném propojení. Jejím cílem v tomto případě naopak není maximálně detailní rozbor soustavy. Stejně tak snaha o vytvoření matematických modelů jednotlivých systémů a prvků zdaleka přesahuje meze zadání. Postup dekompozice 1 Účel soustavy 2 Rámcová dekompozice 3 Binární informace a principy jejich uchování v HDD systémech 4 Fyzická struktura dat na HDD 5 Logická struktura dat na HDD 6 Mechanika HDD 7 Elektronika HDD 8 Senzorika HDD 9 Komunikace s nadřazenou soustavou 10 Autodiagnostika HDD 5
Účel soustavy Soustava (HDD) je primárně určena k uchovávání binárních dat. Její majoritní nasazení je realizováno ve výpočetních systémech. V těchto systémech tvoří v zásadě hlavní paměťové médium na kterém je uložen, kromě dalších dat, operační systém. Tato skutečnost klade na soustavu další požadavky o kterých budu hovořit později. Další oblasti ve kterých se dnes se systémy HDD setkáme jsou profesionální digitální fotoaparáty, mp3 přehrávače, domácí DVD rekordéry, digitální kamery apod. Proč si svoje místo našly systémy HDD i v oblastech, kde by měla stačit standardní elektronická paměť, resp. nemagnetické a nemechanické paměťové systémy? HDD má přece jednu obrovskou nevýhodu, která vychází už z podstaty jeho konstrukce a to náchylnost k mechanickému poškození a díky elektromechanickým servopohonům je zde navíc vyšší nárok na příkon elektrické energie. Nicméně elektronická paměťová média v současné době nedosahují zdaleka parametrů HDD co do rychlosti přenosu dat a hlavně cena za stejný paměťový prostor je u elektronických pamětí mnohonásobně vyšší. Obecně lze tedy říci, že existuje-li nějaká elektronická digitální soustava, kde je předpoklad práce s daty o objemu vyšším než 2GB a doby přístupu k těmto datům v řádu maximálně desítek milisekund, je vysoce pravděpodobné, že součástí této soustavy je právě systém HDD. 6
Rámcová dekompozice Zjednodušené schéma soustavy Elektrotechnické prvky Obecně lze do této kategorie zahrnout prvky řízení soustavy, prvky komunikace s nadřazenou soustavou, prvky řízení mechaniky, prvky stabilizace a regulace příkonu. Mechanické a elektromechanické prvky Mechanika hlaviček pro čtení a zápis, mechanika pohybu a regulace otáček paměťových ploten. Senzorika Do této kategorie spadají teplotní čidla, eventuelně čidla gravitačního přetížení. Jednotlivé složky soustavy budou specifikovány později, dle osnovy dekompozice. 7
Binární informace a principy jejich uchování v HDD systémech Binární informace je taková, kterou lze vyjádřit dvěma stavy, což je z fyzikálního hlediska ideální stav pokud existuje zájem takovou informaci zachovat, resp. uložit. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout je systém magnetického záznamu. Magnetický záznam binární informace je principielně jednoduchý. V HDD nalezneme plotny, jsou to speciální skleněné disky, bývá jich od jednoho do několika nad sebou, které jsou pokoveny tenkou vrstvičkou magneticky sensitivního materiálu. Plotny rotují konstantní rychlostí, nad nimi se díky vztlaku vznikajícím při rotaci ploten, vznáší hlavičky. Záznamová hlavička, je ramínko na jehož konci je cívka. Zápis proběhne, tak, že se cívka vybudí proudem a vzniklé magnetické pole změní magnetické vlastnosti vrstvičky materiálu na plotně, tato změna je trvalá, dokud nedojde k přepsání onoho místa. Čtení proběhne tak, že cívka hlavičky je vybuzena magnetickým polem na rotující plotně. Hlavičky se nad plotnami vznášejí v řádu několika mikrometrů, proto je poměrně důležité, aby disk byl hermeticky uzavřen. Nesmí dojít k vniknutí cizích, byť jen prachových částic do prostoru mezi hlavičkou a plotnou, to by vedlo k destrukci povrchu plotny. 8
Fyzická struktura dat na HDD HDD tedy obsahuje plotny a čtecí/zapisovací hlavy, pro každou plotnu ( v současné době je téměř pravidlem, že zápis probíhá po obou stranách ) existují právě dvě hlavičky. Stopy Data jsou zapisována po kružnicích. Těmto kružnicím se říká stopy. Tyto se směrem ke středu zmenšují, proto se suma informací, kterou lze zapsat do jedné stopy směrem ke středu analogicky zmenšuje. Cylindry Informace jsou tedy uspořádány do soustředných kruhových stop. Stopám se stejným číslem na několika površích se říká Cylindry (válec). Data jsou zapisována v jednotlivých cylindrech, což značně urychlí čtení i zápis. Sektor Je to prostor vzniklý rozdělením stopy. Počet sektoru se zmenšuje směrem ke středu plotny. Cluster V kontextu ukládání dat je to nejmenší část místa na disku, kterou lze přidělit pro uložení souboru. Všechny systémy souborů používané systémy Windows zajišťují organizaci pevných disků na základě clusterů, které se skládají z jednoho nebo více na sebe navazujících sektorů. Čím menší je velikost clusteru, tím efektivnější je využití disku. Pokud v průběhu formátování není velikost clusteru určena, systém Windows použije výchozí velikost v závislosti na velikosti svazku. Tyto výchozí hodnoty jsou určeny tak, aby snižovaly nevyužité místo na disku a také fragmentaci svazku. Cluster se také nazývá alokační jednotka. 9
Schématické znázornění fyzické struktury dat na HDD Plotny(disky), cylindry a stopy Sektory Distance hlavičky od povrchu 10
Logická struktura dat na HDD Souborové systémy O konečném uspořádání dat na disku rozhoduje, souborový systém. Tzn. organizační schéma, které definuje, jakým způsobem se data na disk zapisují. Data ukládaná na disk se zapisují do stop a sektorů, které jsou na disku již magneticky vytvořeny formátováním na nízké úrovni Paměťový prostor je však třeba zorganizovat tak, aby údaje uložené na disk byly v případě potřeby rychle nalezeny. Soubory na disku jsou proto mapovány soustavou tabulek. Tuto soustavu (vlastně logickou strukturu disku) vytvoříme vysokým formátováním, které umožňuje každý operační systém. Záznam rozdělení oblastí neboli hlavní zaváděcí záznam MBR (Master Boot Record) Je základem logické struktury. Obsahuje informace o rozdělení fyzického disku do logických disků. U autokonfiguračních řadičů obsahuje ještě několik bajtů, které popisují disk. Tento záznam je umístěn na válci 0, hlavě 0, sektoru 1. Zbývající sektory prvního válce a hlavy se nevyužívají. Zaváděcí záznam DOSu DBR (DOS Boot Record) Je začátkem primární oblasti DOS, vytvořen při logickém formátování pevného disku. Původně tento záznam obsahoval jen malou část programu pro zavádění systému. Postupně byly přidány další diskové identifikační informace. Kromě jiných údajů obsahuje zaváděcí záznam DOSu ukazatel do tabulky FAT, takže je-li tento záznam poškozen, DOS tabulku nepozná. Zaváděcí záznam je umístěn v dosovském (logickém) sektoru 0, což je fyzický válec 0, hlava 1, sektor 1. Extended Partitions Table (EPT) Je "falešným" MBR, umístěným v rozšířené oblasti DOS. Její funkcí je ukázat na další EPT v rozšířené oblasti a propojit tak jednotlivá dosová oddělení disku. Tabulka FAT (File Allocation Table) - tabulka umístění souborů Představuje jádro celé logické struktury. FAT je mapa, udávající, které clustery (skupiny sektorů) příslušný soubor zaujímá. DOS uchovává dvě kopie tabulky FAT - primárná a sekundární. Alokační jednotka Základní fyzickou datovou jednotkou disku je jeden sektor. Ten je velký 512 B. Při dnešních kapacitách je na disku obrovské množství sektorů. Kvůli jejich organizaci se sektory sdružují do clusterů. Cluster je nejmenší logickou datovou jednotkou na disku. Cluster = alokační jednotka. Počet sektorů v alokační jednotce vyplívá z kapacity disku a možnosti tabulky FAT. Čím je větší velikost disku, tím je více sektorů v alokační jednotce. 11
Hlavní (kořenový) adresář disku (Root Directory) Vznikne automaticky při formátování. Tento adresář tvoří základ stromové struktury systému souborů. Je tvořen 128 položkami u disku s 12 b FAT a 512 položkami u disku s 16 b FAT. Položka je zde prostor pro informaci adresáře o souboru. Hlavní adresář je na disku uložen bezprostředně za druhou kopií tabulky FAT. Datová oblast (kde se ukládají soubory) Sem se ukládají skutečná data uživatele. Zabírá prostor za základním adresářem. 12
Mechanika HDD Mechanika ploten Plotny vykonávají rotační pohyb, tento pohyb je zajištěn stejnosměrným motorem. Motorek převádí elektrickou energii na rotační, činí tak naprosto konstantní rychlostí. U starších disků 3600 otáček v minutě, dnes 4500, 5400, 7200 až 10 000 ot/min. Mechanika hlaviček Pohyb je zajištěn lineárním krokovým motorem, kmitací cívkou nebo polohovým servomotorem. Nejčastější metodou je VOICE COIL (vystavovací cívka). Tím, jak proud prochází cívkou, způsobuje vychýlení. Hlava čte svou polohu podle označení stop a sektorů - díky tomu se přidá či ubere proud, potřebný k přesunu na požadované místo. Další výhodou je to, že u té možnosti existuje pružinka, která dokáže hlavy umístit do parkovací oblasti i při náhlém vypnutí proudu. Teplotní kalibrace TCAL (Thermal Calibration) U velkokapacitních disků s velkou hustotou stop je nutné umístit hlavy nad stopy s velkou přesností. Během práce se však disk ohřeje a vystavování hlaviček by vlivem teplotních dilatací nebylo přesné. Proto disk pravidelně kontroluje polohu hlavičky nad stopou a provádí případné korekce její polohy. Při kalibraci bohužel dochází k chvilkovému přerušení veškeré práce s diskem, což není příjemné. Hlavně pokud zrovna někam něco zapisujeme nebo něco čteme. U novější disků už tento problém odpadá, protože umí provádět kalibraci za chodu, aniž by se narušila práce. Doba čekání - řekněme, že hlava se už nachází nad správnou stopou. Musí se počkat, až doběhne (pod ni dotočí) sektor, ze kterého chce číst. Nikdy nelze přesně stanovit, za jak dlouho sektor dorazí, zhruba můžeme říci, že za polovinu otáčky disku. Dnes se nejčastěji používají otáčky 7200 ot/min. Doba vystavení Jde o čas, který je potřebný k pochybu hlav na stopu. Časově lze říci že zhruba 3-4 ms. Kvůli této věcičce se tedy zapisují data po cylindrech. A je logické, že čtení je potom mnohem rychlejší, protože všechny hlavy jsou ve stejný čas na správné stopě. Prokládání Když dochází ke čtení dat z jednoho sektoru, odesílají se přes řadič a BIOS do operačního systému, který je poskytuje dále. Celé to zase proběhne naopak a vše to jde až do konce, než jsou data přečtena. Před dalším požadavkem o data se hlava posune a už se nestihne přečíst další sektor, musí se tedy čekat zase do té doby, než se sektor dostane k hlavě. Proto existuje prokládání, což znamená, že data se ukládají ob jeden sektor a čtení je bezproblémové a rychlé., protože umí provádět kalibraci za chodu, aniž by se narušila práce. 13
Elektronika HDD Zabezpečuje mimo jiné - Komunikaci s nadřazenou soustavou na základě přesně definovaných protokolů - Vyhodnocuje stavy z tepelných senzorů, případně akcelerometrů - Provádí autodiagnostiku - Ovládá mechaniku a servomechanismy systému Elektronika HDD neobsahuje prvky umělé inteligence, ale se zvyšujícím se požadavkem na rychlost přenosu dat je zajímavá z hlediska práce s daty. Vnitřní logika se pokouší do maximální možné míry data na disku uspořádat, tak aby jejích zpětné čtení bylo co nejrychlejší. Obvody zápisu dat na disk Kódovací obvod (encoder) - slučuje synchronizaci a data do jednoho signálu reprezentujícího zaznamenávaný průběh. data synchronizace K O zaznamenávaný signál Princip záznamu FM - Dvojí synchronizační pulsy - datové a vlastní synchronizace (vůči sobě posunuty o polovinu periody), synchronizační puls vždy, datový pouze při záznamu "1". - Nevýhoda: v každém bitovém intervalu alespoň jedna změna magnetizace => při daných vlastnostech záznamové vrstvy není možno zvyšovat hustotu záznamu. - Metoda záznamu FM je metoda, která se u HD nepoužívala (zde uvedena pouze z ilustrativních důvodů). 14
Obvody pro čtení dat z disku Dekódovací obvod (datový separátor) - z posloupnosti pulsů získané při čtení z disku (každé změně magnetizace odpovídá jeden puls indukovaný v Č/Z hlavě) odvozuje dva průběhy - hodiny a data. Ne pro všechny metody záznamu platí, že ze snímaného průběhu je možno obojí odvodit. čtený signál D O data synchronizace Na tento obvod pak navazuje tzv. deserializér, který sériová data transformuje do paralelní formy. SERializér i DESerializér mohou být sloučeny do jednoho prvku zvaného SERDES. 15
Senzorika HDD Systém HDD obsahuje řadu senzorů, jsou to teplotní čidla, v určitých případech akcelerometry, čidla a systémy pro vlastní defektoskopii systému. Teplotní senzory Poskytují vlastnímu systému, i nadřazené soustavě informaci i aktuální teplotě uvnitř disku, při překročení určité meze se systém automaticky vypne. Senzory jsou realizovány klasickými způsoby pomocí termistorů, nebo termodiod apod. Akcelerometry, jako senzory gravitačního přetížení Tyto senzory jsou obsaženy v nových discích určených pro mobilní systémy. Je jasné, že mobilní počítače jsou vystaveny daleko většímu riziku neúmyslného poškození, než je tomu u jejich stolních kolegů, kteří svůj život stráví většinou na jednom místě. Rozbitý displej se dá nahradit, co však způsobí bezesporu největší - často nevyčíslitelnou - škodu, je poškození nebo zničení pevného disku. Hlavy pevného disku se za provozu aerodynamickou silou vznáší nad povrchem rotujícího disku, a při otřesu notebooku může dojít ke kontaktu hlav s povrchem disku a tím poškození povrchu, hlav nebo obojího. Dnešní 2.5 disky pro notebooky jsou odolnější než jejich 3.5 stolní sourozenci, přesto se udává maximální hodnota nárazu kolem 200g za provozu a 800g mimo provoz, kdy jsou hlavy bezpečně zaparkované dále od povrchu a mimo datové oblasti. Měřením bylo zjištěno, že při pádu notebooku na tuhou podložku dosáhne zrychlení na pevném disku právě kolem 800g (více absorbuje kryt notebooku). Takže kdyby se podařilo na chvilku zaparkovat hlavy v okamžiku nebezpečné situace, teoreticky by se disku nemuselo nic stát. Jenže zaparkování hlav trvá 300-500ms, a volný pád na zem z obvyklé výšky 300ms. Čili zjistíme-li, že notebook padá, je už pozdě - zaparkovat už se nestačí. Řešení IBM Společnost IBM umístila na základní desky svých Thinkpadů akcelerometry a čidla polohy, detekující náklon a pohyby přístroje. Měření těchto snímačů slouží k předpovězení blížícího se pádu. Snahou je zahájit proces parkování ještě před tím, než nastane vlastní pád. Řešení je navíc adaptivní, přizpůsobuje svou citlivost aktuálnímu provoznímu režimu. V čím větším klidu je přístroj před začátkem pohybu, tím je reakce citlivější (notebook na stole=nulový pohyb, zakopnutí o šňůru adaptéru). Naproti tomu při provozu např. za jízdy v autě je jistá úroveň otřesů normální (zvláště na našich silnicích). Pokud systém detekuje náraz a provede toto zaparkování, nechá hlavy zaparkované cca 1-4 sekundy. Poté se normálně pokračuje v započatých operacích. Systém se dá samozřejmě ovlivnit zvenku (dokonce i vypnout), pokud k detekci dochází často (letadlo, vlak). 16
Komunikace s nadřazenou soustavou Diskové rozhraní - standard komunikace mezi diskem a řadičem pevných disků. Nejznámější diskové rozhraní je IDE(Integrated Device Electronics)(Respektive EIDE Enhanced IDE) pracující se standardem ATA(Advanced Technology Attachment) a z něj vycházející Ultra ATA/33, Ultra ATA/66, Ultra ATA/100. Zcela specifické rozhraní je SCSI. Specifické je i rozhraní ATAPI(ATA Packet Interface) které umožňuje rozhraní IDE komunikovat i se zařízeními jako CDROM apod..nejedná se o samostatné rozhraní, ale jak z názvu vyplývá, jedná se o rozšířené rozhraní ATA. PIO (Processor Input/Output) - komunikační protokoly určující rychlost komunikace. Rozlišujeme módy PIO, kdy je přenos řízený procesorem, a DMA (Direct Memory Access), který přistupuje přímo do paměti. V současné době je uvedeno nové rozhraní Serial ATA, rozhraní neposílá data paralelně plochým 80tižilovým kabelem jak jsme byli doposud zvyklí ale přes tenký kabel čož smozřejmě zlepší i cirkulaci vzduchu ve skříni.každý disk bude mít svůj vlastní kabel, takže se nebudou muset dělit o jeden, jako tomu bylo doposud. Nové rozhraní bude užívá DMA kanály a datový tok je roven 150MB/s v případě SerialATA1x a až 600MB/s u Serial ATA 4x. Původní druhy rozhraní Jedním z prvních rozhraní pevných disků osobních počítačů bylo MFM. Jak již název napovídá, používalo se zde kódování MFM. Vlastní elektronika byla na řadiči mimo vlastní disk, se kterým byla spojena dvěma kabely s 34mi a 20ti vodiči. Konektory jsou dvouřadé s roztečí vývodů 2,54 mm. Pro zvýšení kapacity i přenosové rychlosti se časem přešlo na RLL kódování, takže se celé rozhraní začalo označovat jako RLL. Kabely zůstaly shodné, tj. řídící 34vodičový kabel a doprovodný datový 20žilový kabel. Vrcholem využití dvoukabelového řešení bylo rozhraní ESDI. Jeho výkon byl ještě vyšší, ovšem vyskytovalo se velmi zřídka (např. v prvních nejvýkonnějších modelech počítačů PS/2 firmy IBM). Všechny tyto typy rozhraní umožňují na jeden 34pinový řídící kabel připojit až dva disky, kdežto datový kabel je jen pro jeden disk. Počet disků jednoho řadiče se pohyboval mezi jedním a dvěma. Vlastní data se přenáší sériově. Kromě pevných disků se tato rozhraní k ničemu nepoužívala a dnes se prakticky žádné z výše uvedených rozhraní nepoužívá. Rozhraní IDE dnes tvoří nejběžnější typ rozhraní nejen pevných disků, ale i diskových výměnných mechanik. Jedná se o pokročilý RLL řadič, který je na rozdíl od předchozího řešení umístěn přímo do vlastního pevného disku. Data jsou přenášena přes dvouřadý 40vývodový konektor jediným kabelem opět s roztečí vývodů 2,54 mm. Datová šířka je 16 bitů. Jeden kabel (někdy se označuje jako IDE kanál) umožňuje připojit až dvě IDE zařízení. Ty se označují jako master a slave podle toho, jestli jsou umístěna jako první nebo druhá (tj. řídící nebo řízená). To je dost sporné uspořádání, protože v praxi jsou ne každá dvě IDE zařízení na jednom IDE kanálu schopna provozu. Proto se doporučuje mít na jednom kanálu jen jedno IDE zařízení. 17
Parametry PIO módů PIO mód doba cyklu přenosová rychlost standard 0 600 ns 3,3 MB/s ATA 1 383 ns 5,2 MB/s ATA 2 240 ns 8,3 MB/s ATA 3 180 ns 11,1 MB/s ATA-2, nutný signál IORDY 4 120 ns 16,6 MB/s ATA-2, nutný signál IORDY 5 90 ns 22,2 MB/s nestandardizováno Přenosový protokol PIO přenáší data přes procesor, což jej zbytečně zatěžuje. Proto byly zavedeny tzv. DMA přenosy, které data z pevného disku zapisují přímo do RAM paměti bez účasti procesoru. DMA přenosy typu Single word DMA přenos doba cyklu přenosová rychlost standard 0 960 ns 2,1 MB/s ATA 1 480 ns 4,2 MB/s ATA 2 240 ns 8,4 MB/s ATA DMA přenosy typu Multi word DMA přenos doba cyklu přenosová rychlost standard 0 480 ns 4,2 MB/s ATA 1 150 ns 13,3 MB/s ATA-2 2 120 ns 16,6 MB/s ATA-2 Ultra DMA Přenosový protokol Ultra DMA vyvolal ve světě IDE malou revoluci. V porovnání s SCSI bylo IDE rozhraní (potažmo diskům) vytýkány typické vlastnosti IDE (velké vytěžování procesoru, žádná ochrana dat proti chybám, nízká přenosová rychlost atd.). Protokol Ultra DMA však tyto vlastnosti zavedl i do IDE světa, tudíž počet nevýhod IDE se tak rapidně snížil. DMA přenosy typu Ultra DMA DMA přenos doba cyklu přenosová rychlost standard 0 120 ns 16,6 MB/s Ultra ATA 1 60 ns 33,3 MB/s Ultra ATA 2 30 ns 66,6 MB/s Ultra ATA/66 3 20 ns 100 MB/s Ultra ATA/100 Přenosové protokoly UltraDMA/66 a UltraDMA/100 vyžadují pro své vysoké kmitočty speciální 80žilový kabel, který však má stále jen 40pinové konektory. Těch 40 vodičů navíc je pouze rozvedený zemnící signál, který má od sebe lépe oddělovat jednotlivé signální vodiče v kabelu. 18
SCSI Snad největší rozmanitost vládne na poli SCSI rozhraní. To jako jediné je natolik univerzální, že umožňuje připojit i jiná zařízení (například scannery). Výhoda SCSI vůči předchozím rozhraním je především počet zařízení a sběrnicový charakter práce. Ten umožňuje, aby se zařízení připojovala jen v případě, že komunikují. Tento způsob práce umožňuje větší vytížení kabelu. rodina druh SCSI maximální rychlost počet zařízení maximální délka kabelu SCSI-1 SCSI-1 4 MB/s 8 6 m SCSI-2 Fast SCSI 10 MB/s 8 3 m SCSI-2 Wide SCSI 20 MB/s 16 3 m SCSI-3 Ultra SCSI 20 MB/s 8 1,5 m SCSI-3 Wide Ultra SCSI 40 MB/s 16 1,5 m SCSI-3 Ultra2 SCSI 40 MB/s 8 12 m SCSI-3 Wide Ultra2 SCSI 80 MB/s 16 12 m SCSI-3 Ultra3 SCSI 80 MB/s 8 12 m SCSI-3 Wide Ultra3 SCSI 160 MB/s 16 12 m SCSI-3 Ultra320 SCSI 320 MB/s Jednotlivá zařízení jsou označena identifikačním číslem ID0 až ID7 (případně ID15) s tím, že nejvyšší patří samotnému řadiči. Vysoký počet zařízení na jednom kabelu (kanálu) však přináší nevýhodu v podobě nutnosti ukončování SCSI kanálu. K tomu slouží tzv. terminátor. Nové typy rozhraní Speciálním druhem rozhraní je SSA (Serial Storage Architecture), které vyvinula firma IBM. Přenosová rychlost je 20až 40 MB/s pro jednosměrný provoz, při obousměrném (duplex) se rychlosti sčítají, takže celková přenosová kapacita při duplexním provozu je 40 až 80 MB/s. Maximální délka je 25 metrů (přesněji řečeno jednoho segmentu) a maximální počet zařízení je 128. Jako konektor se používá standardní 9pinový konektor DB9, který je rozložením vývodů shodný se sériovým portem. Posledním typem diskového rozhraní je FC-AL (Fibre Channel). Na první pohled připomíná SSA, jen dociluje vyšších rychlostí, a to 100 nebo 200 MB/s jednosměrně, 200 nebo 400 MB/s obousměrně. Při použití optického vlákna umožňuje maximální délku prodloužit z 30 metrů na 10 kilometrů. Maximální počet zařízení je 126. Jako konektor se používá standardní 9pinový konektor DB9, který je rozložením vývodů shodný se sériovým portem. Protože jsou využity jen čtyři krajní vývody, prostřední nedůležité se vypouštějí. 19
20
Autodiagnostika HDD Systém HDD je schopen autodiagnostiky. Neustále se zvyšující se poptávka po spolehlivosti dala vzniknout systému S.M.A.R.T, jakožto systému, který zaznamenává maximum dostupných informací z provozu a na základě toho předpovídá krizové situace a upozorňuje na možný kolaps některé části systému. Proto uživatel systému v ideálním případě ví o chybě daleko dřív, než k ni skutečně dojde. 21