Курс: Технические средства АИС и телекоммуникационных сетей (стр. 18 )

Нововведением в АТА-2 явилось использование логической адресации блоков. В этом режиме все секторы нумеруются без разделения по трем категориям (цилиндр, головка, сектор), и адресуются единым 28-битным кодом. С учетом ограничений BIOS (1024 цилиндра, 256 головок, 63 сектора на дорожке) общая емкость жесткого диска достигает 8 Гбайт. Без ограничений эта цифра возросла бы до 128 Гбайт.

В спецификации АТА-2 предусмотрено несколько режимов быстрого обмена данными с жесткими дисками, которые называются режимами (Mode) программного ввода/вывода (Programmed Input/Output - PIO). В настоящее время существует шесть режимов PIO.

Режимы PIO используются в однозадачных операционных системах, где процессор компьютера производит считывание или запись данных в буферную память накопителя на жестких дисках стандарта IDE или EIDE, а затем эти данные передаются в оперативную память. В многозадачных операционных системах целесообразно использовать режимы прямого доступа к оперативной памяти - DMA (Direct Memory Access). Ввод/вывод данных в этом режиме осуществляется в оперативную память PC, минуя процессор. Этот процесс происходит под управлением контроллера накопителя на жестких дисках в паузах между обращениями процессора к оперативной памяти, что несколько снижает скорость передачи данных, но экономит процессорное время. Для реализации режимов DMA, в отличие от PIO, необходимы специальные контроллеры и драйверы.

До появления стандарта АТА не существовало общепринятого способа конфигурирования жестких дисков, что приводило к проблемам при определении статуса устройства. Для конфигурирования жестких дисков, соответствующих стандарту АТА, достаточно установить всего одну перемычку Master/Slave (первичный или вторичный).

Интерфейс SCSI

Стандарт интерфейса SCSI (Small Computer System Interface) (произносится «скази») был разработан и принят ANSI в 1986 г. Это не дисковый, а системный интерфейс, который может обеспечить работу до восьми устройств. Стандартом SCSI определяются физические и электрические параметры параллельного порта ввода/вывода, обеспечивающего работу компьютера с периферийными устройствами по принципу последовательного подключения.

SCSI-накопители имеют самую высокую скорость обмена данными. Но их достоинством является не столько скорость обмена информацией, сколько вся SCSI-система как таковая. SCSI Host-адаптер может управлять не только накопителем, но и всеми периферийными устройствами, которые подключены к нему и поддерживают протокол SCSI. Это могут быть приводы CDROM, сканеры, стримеры и т. п. В этом случае каждому периферийному устройству присваивается логический номер (LU - Logical Unit) для идентификации его Host-адаптером и установления связи с ним.

При сравнении возможностей накопителей на жестких дисках IDE и SCSI учитываются несколько факторов. При тестировании IDE-накопители в большинстве случаев оказываются эквивалентными SCSI-устройствам. В IDE-накопителях при передаче данных из каждого сектора на вспомогательные операции затрачивается меньше времени, чем в SCSI (дополнительные задержки связаны с установлением соглашения о синхронизации, выбором жесткого диска-адреса, запросом данных, сигналом окончания передачи, преобразованием логических адресов в физические, выраженные в значениях цилиндров, головок и секторов). В результате интерфейс IDE имеет неоспоримые преимущества при последовательном обмене данными, характерном для однозадачной операционной системы. При работе в многозадачной системе производительность SCSI-устройств выше. Архитектура SCSI-накопителей сложнее архитектуры накопителей IDE.

Характеристики накопителей на жестких дисках

При оценивании достоинств того или иного накопителя на жестких дисках (или семейства накопителей), а также возможных ограничений обычно пользуются набором критериев оценки качества устройств.

Быстродействие накопителя

Интегральная оценка быстродействия накопителя получается в результате анализа нескольких параметров.

Среднее время поиска. Под средним временем поиска (измеряется в миллисекундах) понимается среднестатистическое время, в течение которого магнитные головки (конкретного типа накопителей) перемещаются с одного цилиндра на другой. В качестве среднего времени поиска в паспортных данных накопителя часто указывается временной интервал, необходимый для перемещения магнитных головок на расстояние, равное одной трети ширины зоны записи данных на диске. Этот показатель зависит, главным образом, от конструкции механизма привода головок, а не от типа интерфейса.

Среднее время доступа. Его отличие от среднего времени поиска состоит в том, что учитывается запаздывание (среднее время) при перемещении магнитной головки к искомому сектору на дорожке. Величина запаздывания равна половине периода вращения диска. Например, при скорости вращения диска 3600 об/мин запаздывание составляет 8,3 мс. Таким образом, среднее время доступа равно сумме среднего времени поиска и времени запаздывания. С ростом скорости вращения дисков не только уменьшается запаздывание, но и возрастает скорость передачи данных.

Скорость передачи данных. Этот показатель является интегральной характеристикой при оценке общей производительности компьютера и зависит от характеристик элементов конструкции гермоблока накопителя и параметров контроллера. В большинстве случаев она ограничивается именно быстродействием контроллера. По этой причине стали производить чередование секторов (interleave), которое подразумевает способ структурирования диска, при котором секторы располагаются (нумеруются) не подряд, а в порядке, при котором медленно работающий контроллер успевает обрабатывать данные и не пропускает сектор со следующим номером.

Время безотказной работы

В описаниях накопителей указывается такой параметр, как среднестатистическое время между сбоями (MTBF - Mean Time Between Failures), характеризующее надежность устройства. Значение этого параметра обычно колеблется от 20000 до 500000 ч, но может составлять и 1 млн ч. Эти значения являются расчетными (ожидаемыми) с известной вероятностью, а для получения статистически достоверных данных о надежности устройства необходимо протестировать группу одинаковых накопителей и подсчитать количество отказов за время, как минимум в два раза превышающее ожидаемое значение MTBF.

Многие фирмы-производители выпускают накопители на жестких магнитных дисках для использования их в качестве устройств резервного хранения данных (в качестве вторых накопителей - Slave Disks). Гарантийное время безотказной работы таких накопителей значительно меньше, так как они рассчитаны на меньшее число операций чтения/записи (стоимость их также ниже).

В большинстве современных накопителей на жестких дисках гермоблоки комплектуются противоударной подвеской. Между корпусом накопителя и монтажным каркасом устанавливаются специальные прокладки из эластичной резины (или полимерного материала), компенсирующие (частично или полностью) удары и вибрацию. Однако нужно помнить, что залогом безотказной работы накопителя является бережное отношение к нему и соблюдение правил эксплуатации.

Емкость накопителей

В настоящее время большинство фирм - производителей IDE - и SCSI-накопителей указывают в паспортных данных форматированную емкость, поскольку жесткие магнитные диски выпускаются уже отформатированными. Эта величина отличается от неформатированной емкости накопителя. Как правило, объем памяти измеряется в двоичных единицах, а емкость накопителя - в десятичных или в двоичных единицах.

Емкость кэш-памяти

Под кэш-памятью в данном случае подразумевается не буфер оперативной памяти PC, выделенный для накопителя и организованный программным путем, а фактическое наличие ячеек памяти на его контроллере. Эта кэш-память может существенно влиять на скорость работы накопителя, так как в ней могут храниться данные, которые прочитаны с упреждением и с высокой долей вероятности понадобятся процессору. Типично кэш-память составляет 64 Кбайт, но может быть объемом 256, 512 и даже 1024 Кбайт.

WPCom

Параметр WPCom используется при компенсации записи (Write Ргесоmpensation). Необходимость подобной компенсации возникает из-за особенностей строения диска: чем ближе к оси вращения находится головка чтения/записи, тем меньше скорость вращения диска относительно нее. В результате время доступа к некоторым цилиндрам увеличивается на несколько наносекунд. Параметром WPCom устанавливается номер цилиндра, начиная с которого осуществляется компенсация этого времени. При инсталляции накопителя параметр WPCom может быть пропущен, поскольку для современных дисков значение этого параметра уже установлено производителем. По умолчанию он имеет значение 65 535.

Логическая структура

После установки нового накопителя на жестких дисках и объявления его в CMOS Setup сам накопитель еще не может использоваться. Для того, чтобы операционная система компьютера загружалась с диска, необходимо последовательно выполнить следующие три операции:

разбить диск на разделы;

отформатировать разделы;

скопировать операционную систему на диск.

Разбиение на разделы. Накопитель может быть разделен на несколько (не более четырех) независимых частей, называемых разделами. Каждый раздел может быть выделен для работы под управлением какой-либо операционной системы (например, DOS, OS/2). DOS может работать с одним или одновременно с двумя разделами.

Различают три типа разделов: первичный раздел DOS, расширенный раздел DOS, раздел не DOS. На диске может быть сформирован один первичный раздел DOS, один расширенный раздел DOS и несколько разделов не DOS. Для работы под управлением DOS наличие первичного раздела DOS обязательно. В нем создается единственный логический диск (обычно с именем С:).

Расширенный раздел DOS является необязательным. Такой раздел может быть разбит на один или несколько логических дисков, которым назначаются различающиеся имена.

Таким образом, с точки зрения пользователя накопитель на жестких дисках в среде DOS представляет собой совокупность логических дисков. Логический диск может быть сделан системным (загрузочным) только в первичном разделе DOS.

Описанное конфигурирование накопителя, т. е. разбиение на разделы и формирование в разделах логических дисков, осуществляется командой FDISK. Реализующая эту команду программа работает в интерактивном режиме и выполняет следующие функции: