Uređaj tvrdi disk

Tvrdi disk se sastoji od jedne ili više ploča s magnetskim slojem, glava, uređaja za pozicioniranje, kućišta i kontrolera. ploče- glavni element pogona, na njih se postavljaju informacije. glave dizajniran za čitanje i pisanje informacija na ploče. Uređaj za pozicioniranje osigurava kretanje glava na željeno mjesto na površini ploča. Okvir služi za pričvršćivanje preostalih strukturnih elemenata, kao i za zaštitu ploča i glava od mehaničkih oštećenja i prašine. Kontrolor upravlja svim električnim i elektromehaničkim komponentama pogona te osigurava prijenos informacija s računala i obrnuto.

Sl. 1

Geometrija HDD-a

ploče diskovi su izrađeni od metala ili stakla i imaju magnetski sloj na jednoj ili obje strane, na koji se snimaju informacije. Strana ploče s nanesenim magnetskim slojem naziva se radna površina. površine ploče su pažljivo polirane i presvučene feromagnetskim slojem. Materijal premaza i broj slojeva (magnetski sloj može se sastojati od nekoliko slojeva različitih materijala) mogu biti različiti za različite pogone. Za svaku radnu površinu postoji po jedan. glava(zapravo, moderni pogoni koriste odvojene glave za pisanje i čitanje napravljene pomoću različitih tehnologija za povećanje gustoće snimanja). Površina ploče podijeljena je na tanke koncentrične prstenaste zone koje se nazivaju staze. I svaki staza, pak, podijeljen je u nekoliko odjeljaka koji se nazivaju sektori. Sektor može se uvjetno podijeliti na dva područja: područje podataka i područje servisnih informacija. Podaci o servisu upisuju se na pločicu jednom u tvornici i ne podliježu promjenama u budućnosti. Servisno područje uključuje jedinstvenu adresu sektora u pogonu, po kojoj ga kontroler identificira prilikom pisanja ili čitanja informacija. Područje podataka sadrži korisne informacije zapisane na pogon. Ovo područje se može mijenjati mnogo puta tijekom rada. Volumen područja podataka nešto premašuje informacijski kapacitet sektora zbog dodatnih informacija - za provjeru i, eventualno, ispravljanje pogrešaka. Područje podataka o sektoru može se ažurirati samo u cijelosti. Oni. jedan ili deset bajtova ne mogu se zapisati na pogon - samo cijeli sektor. Sve se glave kreću sinkronizirano i taj proces traje neko vrijeme. Poziva se skup zapisa na različitim pločama koji su dostupni u isto vrijeme s nepromijenjenim položajem glave cilindar. Sa stajališta performansi diskovnog sustava, preporučljivo je smjestiti sekvencijalne podatke unutar istog cilindra.

sl.2

U starijim pogonima sve su staze sadržavale isti broj sektora. U ovom slučaju, jedinstvena adresa svakog sektora (tj. minimalni dio informacija pohranjenih na pogonu) može se dati s tri broja: brojevima cilindra, glave i sektora. Tako je na tvrdom disku uveden trodimenzionalni koordinatni sustav koji vrlo podsjeća na cilindrični u trodimenzionalnom prostoru: broj cilindra odgovara polumjeru, broj glave odgovara visini, a broj sektora odgovara kut.

Ako takvu konstrukciju predstavimo u kartezijskom koordinatnom sustavu (na primjer, pretpostavimo da je naš "disk" sastavljen od nekoliko ploča s flash memorijom), tada će to biti paralelopiped u obliku, podijeljen na ćelije - sektore.

Međutim, s takvim rasporedom tvrdog diska gustoća zapisa na vanjskim stazama ispada otprilike tri puta manja nego na unutarnjima (ista količina informacija po trostrukoj duljini staze). Stoga moderni pogoni koriste takozvano zonsko snimanje, u kojem je površina ploča podijeljena duž polumjera u nekoliko zona (obično oko desetak), u svakoj od kojih je broj sektora po stazi konstantan, međutim, to broj varira od zone do zone. Vanjske staze sadrže više sektora od unutarnjih staza. To vam omogućuje približno udvostručenje informacijskog kapaciteta pogona bez promjene maksimalne gustoće snimanja. Ali, budući da je predstavljena u kartezijanskoj geometriji, takva će figura imati prilično složen oblik s kojim BIOS ne može raditi. Stoga, iz cijele raznolikosti sučelja tvrdi diskovi(ST506 / 412, ESDI, IDE, SCSI) ostala su samo posljednja dva, koja se odlikuju najvećom "inteligencijom" koja se izražava u sposobnosti provedbe takve "transformacije koordinata" u kojoj se lik nepravilnog oblika pretvara u uredna "cigla". Istodobno, takva pretvorba omogućuje vam da zaobiđete ili barem malo ublažite ograničenja koja BIOS nameće na maksimalne vrijednosti nekih parametara. Na primjer, BIOS ne može obraditi više od 63 sektora po stazi, dok ih na modernim diskovima ima za red veličine više. Istodobno, BIOS može "misliti" da tvrdi disk ima 16 ili čak 255 glava, dok se u pravim diskovima taj broj obično kreće od 1 do 6.

sl.3

Naravno, zonsko snimanje, tj. različiti broj sektora na različitim stazama pri konstantnoj brzini rotacije dovodi do činjenice da će brzina razmjene podataka ovisiti o broju cilindra.

sl.4

Ograničenja glasnoće

Svojedobno, pri razvoju prvih verzija BIOS-a za IBM PC, odlučeno je ograničiti broj sektora i cilindara na jedan 16-bitni broj, dok je za sektor bilo dodijeljeno 6 bita (maksimalni broj 63), a 10 za cilindar (maksimalni broj - 1023). Glavnom broju BIOS-a dodijeljeno je 8 znamenki (maksimalni broj je 255). Ali IDE sučelje nije dopuštalo više od 16 glava, što je, uz veličinu sektora od 512 bajtova, zbroj svih ograničenja dalo gornju granicu 504 MB(528,482,304 bajtova). Rješenje ovog problema bilo je uvođenje LBA moda, tj. "prenošenje" neiskorištenih bitova broja glave za adresiranje broja cilindra. Takvo rješenje zahtijevalo je i hardversku (od IDE kontrolera) i softversku (od BIOS-a) podršku. U isto vrijeme, propusnost ISA sabirnice bila je iscrpljena. Stoga se počeo postavljati malo redizajniran kontroler (sada sa sučeljem zvanim EIDE). matična ploča, tj. na isto mjesto gdje se nalazio BIOS čip s podrškom za nove značajke.

Ali čim je ovo ograničenje prevladano, pokazalo se da je sljedeće ograničenje već povezano s sustav datoteka FAT16 - veličina logičkog diska ne može biti veća od 2 GB (točnije 2047 MB). U isto vrijeme, prostor na tvrdom disku se troši izuzetno neučinkovito (pogledajte odjeljak "Problemi klasteriranja").

Uvođenje FAT32 omogućilo je prevladavanje ove granice, ali je ubrzo ponovno "ispuzalo". BIOS problem- 24 bita su dodijeljena punoj adresi sektora, a adresiranje više od 8 GB(točnije 7,85 GB) diskovne memorije sa sektorima od 512 bajta pokazalo se nemogućim. Morao sam uvesti nove značajke BIOS-a za većinu diskovnih operacija. Ograničenje je sada 64 bita, što je jednako 8 milijardi terabajta, tako da za sada ima malo prostora. Osim toga, propisano je da numeraciji podliježu blokovi, a ne sektori. Dok je 1 blok jednak 1 sektoru, ali čim se obujam pogona približi navedenoj granici, bit će rezerve zbog povećanja veličine bloka.

Osim toga, budući da se uvođenjem zonskog snimanja pokazalo nevažnim vezivanje za fizičku strukturu pogona, izraženu u cilindrima, sektorima i glavama, odlučeno je napustiti trodimenzionalni koordinatni sustav i prijeći na jedan -dimenzionalni - po apsolutnom broju sektora.

Sada se softverska ograničenja rasta skladišnih kapaciteta ne očekuju u skoroj budućnosti (ali neki programi zbog grešaka koje sadrže ne mogu raditi s diskovima većim od 32 ili 64 MB), iako određena ograničenja vezana uz hardver ostaju, tj. s fizičkom organizacijom IDE sučelja.

Interakcija između korisnika i disk jedinice

Običnom korisniku bilo bi izuzetno teško pratiti koji su sektori na njegovom tvrdom disku već zauzeti i gdje treba upisivati ​​nove podatke. Da bi se olakšao ovaj rad, služi operativni sustav (OS), koji uvodi koncept datoteke i omogućuje rad sa sadržajem datoteke bajt po bajt. Da bi to učinio, OS rezervira malo prostora na disku za svoje potrebe. Ovako izgleda dodavanje nekoliko bajtova na kraj postojeće datoteke u korijenskom direktoriju sa stajališta OS-a.

• 1. pročitajte sadržaj koji sadrži željenu datoteku i stavite je u međuspremnik br. 1,
• 2. pročitajte FAT tablicu i stavite je u međuspremnik br. 2,
• 3. u skladu s FAT-om, pročitajte zadnji (nepotpuni) sektor datoteke u međuspremnik br. 3,
• 4. dodajte neke od potrebnih bajtova u međuspremnik br. 3 dok ne bude pun,
• 5. upišite međuspremnik br. 3 na izvorno mjesto na disku,
• 6. pomoću FAT-a pronaći slobodni fragment na disku,
• 7. upišite preostale bajtove u međuspremnik br. 4,
• 8. upišite sadržaj međuspremnika br. 4 u pronađeni slobodni fragment diska,
• 9. napravite promjene u FAT-u (u međuspremnik br. 2) i zapišite ga na originalno mjesto na disku,
• 10. napraviti promjene duljine datoteke u tablici sadržaja (međuspremnik br. 1) i zapisati je na izvorno mjesto na disku.

Ovo je samo najjednostavniji slučaj. Ako datotečni sustav predviđa ugniježđene tablice sadržaja, zaštitu informacija, kontrolu pristupa, vraćanje i oporavak nakon kvarova, tada se popis potrebnih radnji može povećati nekoliko puta.

Već smo rekli da se podaci u pogonu adresiraju preko broja logičkog sektora ili preko trostrukog sektora glave cilindra. Ovo je način na koji OS pristupa BIOS-u. Potonji, zauzvrat, mora reći OS-u veličinu pogona i, ako je potrebno, njegove geometrijske karakteristike, te također prevesti zahtjev za operacijom s određenim sektorom u niz naredbi jednog ili drugog sučelja. Za OS tip sučelja, ST512/412, ESDI. IDE, SCSI, USB, IEEE1394 ili način rada, PIO, UDMA nisu zanimljivi. Zanimaju je samo sektori i točka!

Problemi klasteriranja

Kao što smo vidjeli, rad s datotekama stalno zahtijeva određene podatke o njihovom smještaju na disku. U gornjem slučaju to je FAT. Radi jednostavnosti, ograničili smo se na razmatranje samo ovog slučaja. Od 7 diskovnih operacija, 3 su FAT. S obzirom na to da su operacije s datotekama koje se izvode s pokretom glave značajno sporije od operacija bez pokreta, ispada da FAT pohrana u RAM memorija više nego udvostručuje performanse datotečnog sustava. Ali postoji i očita negativna značajka - ako se kopija FAT-a pohranjena na disku ne uskladi s kopijom u RAM-u prije isključivanja računala, informacije su neizbježno izgubljene. Stoga isključivanje računala gumbom ili prekidačem na prednjoj ploči, kao što se prakticiralo u DOS-u, već postaje neprihvatljivo.

U isto vrijeme, ako međuspremnici za podatke datoteke ili direktorija mogu biti mali, u jednom sektoru, tada FAT ponekad treba obraditi kao cjelinu, na primjer, kada se traži slobodni fragment.

U FAT16, maksimalni broj fragmenata namijenjenih za smještaj datoteka je oko 65 tisuća, a prostor koji zauzimaju tablice je 128 KB (64K 2-bajtnih riječi). Pri raspodjeli prostora po sektorima maksimalna veličina diska bit će tako 32 MB (još se netko sjeća da je stvarno postojalo takvo ograničenje veličine tvrdog diska).

Da bi se povećao diskovni prostor dostupan OS-u, sektori su se morali kombinirati u klastere koji sadrže nekoliko sektora. Osim toga, očito je da kada se veličina klastera udvostruči, veličina FAT-a se prepolovi, a posljedično i potrošnja RAM-a i vrijeme potrebno za traženje slobodnog prostora. Ali povećanje veličine klastera dovodi do neučinkovitog korištenja prostora na disku. Jednom sam naišao na analogiju raspodjele diskovnog prostora s potrebom plaćanja bilo koje robe samo novčanicama od sto dolara: kupio sam kutiju šibica - a nema 100 dolara, kupio sam štrucu kruha - još sto ispod. Zaista, kada se upiše čak i jedan bajt, cijeli se klaster troši. Na primjer, s klasterima od 32 KB (2 GB disk), 1000 jednobajtnih datoteka ukupne duljine manje od KB zauzet će 32 MB prostora na disku.

Uvođenje FAT32 djelomično je eliminiralo ovaj problem, sada je potrebno samo 4 MB za sličnu količinu informacija. Ali ništa nije besplatno. Veličina jednog FAT elementa se udvostručila, a broj elemenata - 8 puta, tako da će sada veličina tablica za ovaj slučaj biti 2 MB. Naravno, prema današnjim standardima to nije puno, ali s obzirom da količina pogona može premašiti stotinu GB, ispada da će se značajan dio RAM-a koristiti ne za korisničke podatke, već za interne potrebe OS-a. . Sjetimo se i da će za traženje slobodnog fragmenta na disku možda biti potrebno pregledati značajan dio FAT-a, pa u pokušaju povećanja brzine diskovnog sustava istovremeno povećavamo opterećenje na središnji procesor i RAM, što dovodi do smanjenja konačne izvedbe.

Općenito, ne postoji izravan i jednostavan način povećanja produktivnosti. Svugdje treba tražiti kompromise.

Brzinske karakteristike tvrdih diskova

Osim volumena, u pravilu su od interesa i brzinske karakteristike pogona. Od njih se mogu razlikovati dva glavna: prosječno vrijeme pristupa I brzina linije.

Vrijeme pristupa (vrijeme pristupa) - vrijeme od trenutka kada se zatraži mali dio podataka (pristup prekidu BIOS-a) do trenutka kada se primi (povratak iz prekida). Ovdje se može zanemariti vrijeme izvršenja programa, u ovom slučaju vrijeme pristupa sastoji se od vremena traženja, tj. pronalaženja željene staze, i prosječnog latentnog vremena, tj. vremena za rotiranje diska tako da željeni sektor bude ispod glave za čitanje. Očito je da je prosječno vrijeme čekanja jednako polovici perioda rotacije diska: 5,56 ms pri 5400 okretaja u minuti i 4,17 ms pri 7200 okretaja u minuti. Vrijeme pozicioniranja je zbroj vremena potrebnog za pomicanje glave i vremena za smirivanje njezinih oscilacija nakon pomicanja. Budući da su zahtjevi za dopuštenu amplitudu oscilacija tijekom čitanja i pisanja različiti, prosječna vremena pristupa i pozicioniranja također se mogu razlikovati. Nažalost, ne postoji jedinstvena metoda za mjerenje ove vrijednosti, pa svaki proizvođač koristi svoju metodu, koja svoje proizvode izlaže u najboljem svjetlu. Osim toga, različite tvrtke često koriste različite izraze za označavanje uglavnom istih količina. Češće se u specifikacijama daje vrijeme pozicioniranja, jer. manje je.

Ni s brzinom linearnog prijenosa podataka nije sve glatko. Prvo, tu je brzina prijenosa podataka iz cache memorije kontrolera - vrijednost koja se može mjeriti i, u pravilu, najveća od svih tečajeva. Brzina razmjene podataka s pločama obično je manja. Osim toga, ovisno o broju zapisa, do kraja diska ova se brzina može smanjiti 2-3 puta u usporedbi s onim što se opaža na prvim stazama. Specifikacije često navode maksimalnu trenutnu brzinu čitanja ploče u bps. Ovdje možete samo prihvatiti ili ne uzeti na vjeru riječi proizvođača, tk. ne može se mjeriti na pogonu opremljenom cache memorijom. Maksimalni stacionarni tečaj je mjerljiv. "Maksimum" u ovom slučaju znači da se mjeri u onom dijelu diska koji ima najveći broj sektora po stazi. Definira se kao omjer količine prenesenih podataka i vremena. Naravno, vrijeme uključuje i vrijeme u kojem glava leti iznad podataka, i vrijeme u kojem je glava iznad zona servisnih informacija, kao i vrijeme u kojem se glava pomiče sa staze na stazu. U pravilu, naznačena je ili maksimalna vrijednost ove brzine ili je iscrtan graf ove brzine u odnosu na broj sektora (jedan takav graf dan je u odjeljku "Geometrija tvrdog diska", vidi sliku 3).

Možete mjeriti brzinu prijenosa podataka tijekom čitanja, pisanja i provjere. U pravilno dizajniranom pogonu, sve tri ove vrijednosti trebale bi se podudarati. Da bi proces razmjene bio optimalan, različite staze ne bi trebale polaziti s istog mjesta, već s pomakom koji je jednak omjeru vremena prijelaza na 1 stazu i perioda rotacije. U tom slučaju, prvi sektor sljedeće staze trebao bi biti ispod glave točno na vrijeme za kraj pozicioniranja. Naravno, vrijeme prijelaza može biti različito za čitanje i pisanje, ali ako iznenada proces prijelaza nema vremena završiti do trenutka kada željeni sektor stigne, tada će to dovesti do pada brzine za gotovo pola (s jednim radnim površina) zbog potrebe čekanja cijele revolucije. Mislim da proizvođači to ne dopuštaju, pa biste trebali očekivati ​​iste brzine čitanja i pisanja. Što se tiče brzine provjere, preporučljivo ju je mjeriti kada brzina razmjene podataka s pločama premašuje brzinu prijenosa podataka kroz sučelje, što se može uočiti, na primjer, kada je odabran neadekvatan način rada sučelja. Verifikacija je proces čitanja unutarnje memorije pogona bez prijenosa podataka van.

Kao primjer, uzmimo profil brzina čitanja, pisanja i provjere za disk s maksimalnom brzinom prijenosa podataka u stabilnom stanju koja premašuje brzinu prijenosa sučelja (zapravo, naravno, poanta nije u sučelju sam disk - UDMA100, ali u sučelju IDE kontrolera na matičnoj ploči, na koji je pogon povezan - UDMA33).

sl.5

Za moderne diskove vrijeme pristupa je reda veličine 15 ms, a utvrđena linijska brzina prijenosa podataka je reda veličine 30 MB/s. Lako je vidjeti da se gotovo pola megabajta podataka može pročitati ili napisati tijekom pretraživanja. Međutim, u stvarnosti se informacije čitaju najčešće klaster po klaster, tj. 4 KB, ili maksimalni fragmenti koje podržava BIOS - 64 KB. Osim toga, volumen jednom pročitanog podatka nikad ne prelazi veličinu datoteke (točnije, ukupnu duljinu klastera koje zauzima), a prosječna veličina datoteke u pravilu ne prelazi nekoliko kilobajta. Stoga odlučujući doprinos performansama diskovnog sustava daje vrijeme pristupa, a linearna brzina prijenosa samo vrlo malo utječe na vrijeme izvršavanja operacija datoteka. Čak i kada pišete ili čitate jednu dugačku datoteku u sustavu s jednim zadatkom, stvarni tečaj ispada da je znatno, ponekad nekoliko puta, niži od brzine pogona u stabilnom stanju.

sl.6

Vrijeme pristupa određeno je brzinom rotacije diska, dizajnom mehanizma za pozicioniranje glave, kao i linearnim dimenzijama po kojima se treba pomicati, odnosno promjerom ploča. Stacionarni tečaj uglavnom ovisi o gustoći snimanja i brzini rotacije. Teško da treba očekivati ​​značajno povećanje brzine rotacije ploča, tako da se u budućnosti teško može nadati zamjetnom povećanju operativnih performansi tvrdih diskova.

Smanjenje vremena pristupa moguće je uglavnom smanjenjem promjera ploča, što omogućuje povećanje brzine rotacije i smanjenje vremena pozicioniranja. Međutim, ovaj pristup dovodi do radikalnog smanjenja skladišnog kapaciteta. I premda prvi HDD imao je ploče promjera 24 inča, prve upotrijebljene u osobno računalo- oko 5 (faktor kućišta 5,25"), a moderni - oko 3 (i brzi SCSI pogoni s faktorom kućišta od 3,5" imaju manje ploče), teško možemo očekivati ​​opći prijelaz na 2,5-inčne pogone u Bliska budućnost. Prije bi se revolucija vremena pristupa trebala povezati s prijelazom na solid state diskove.

Najučinkovitije sredstvo za poboljšanje performansi diskovnog sustava je predmemoriranje, tj. pohranjivanje u RAM najčešće korištenih podataka s tvrdog diska. Uostalom, za pristup određenom bajtu koji se nalazi na disku potrebno je oko 15 ms, a za pristup onom koji se nalazi u RAM-u oko 0,1 µs. Čak će i predmemoriranje s jednim klasterom (4 KB međuspremnik) za čitanje tekstualne datoteke redak po redak duljine retka od 80 znakova smanjiti vrijeme čitanja za 50 puta. Povećanje veličine međuspremnika još će više ubrzati ovaj proces, stoga, prvo, sami pogoni sadrže međuspremnik veličine, u pravilu, od 2 do 8 MB, a drugo, predmemoriranje se izvodi na razini OS-a.

Sučelje

Trenutno tvrdi diskovi (ne računajući neke prijenosne pogone, prijenosnu opremu i vanjske modele) koriste dva paralelna sučelja razvijena 80-ih godina prošlog stoljeća: IDE (ATA) i SCSI.

IDE je demokratskiji. Glavno opterećenje u njemu pada na kontroler uređaja. Njegove prve izmjene radile su u programabilnom ulazno/izlaznom (PIO) načinu rada i bile su ograničene brzinama od 3 do 16 MB/s. No, vanjske kontrolere često je još više "kočila" ISA sabirnica. U stvarnosti, čak ni na PCI sabirnici iz takvog kontrolera nije bilo moguće postići tečaj iznad 8-9 MB / s. Zatim je korišten mehanizam izravne razmjene memorije (UDMA) podržan PCI-om, zbog čega je maksimalna brzina porasla na 33, 66 ili 100 MB / s, ovisno o vrsti sučelja (a Maxtor čak proizvodi UDMA133 pogone).

SCSI ima više mogućnosti i višu cijenu. Na ovo sučelje ne mogu se spojiti samo diskovni pogoni, već i pogoni trake, skeneri, pisači itd. Također omogućuje istovremeni rad više uređaja, što smanjuje opterećenje CPU-a. Raspon brzina koje podržava SCSI proteže se od 5 do 320 MB/s. U budućnosti se planira povećati tečaj na 640 MB / s.

Nedavno je IDE značajno istisnuo SCSI. Pogotovo nakon uvođenja UDMA moda, zbog čega je opterećenje procesora znatno smanjeno, a glavna prednost SCSI-ja u odnosu na IDE nestala. Istovremeno pojavom USB-a počeo istiskivati ​​SCSI iz uređaja niske brzine kao što su skeneri i pisači.

Daljnje povećanje brzine pri korištenju paralelnih sučelja već sada nailazi na vrlo ozbiljne probleme u sinkronizaciji podatkovnih linija, pa se čini da budućnost pripada serijskim sučeljima.

Trenutno je u tijeku razvoj serijske verzije IDE sučelja - Serial ATA. Svaki pogon će biti spojen na kontroler vlastitim 7-žilnim kabelom. Prvo planirano ograničenje brzine je 150 MB/s, a na redu je 300 MB/s. Ova će sučelja, unatoč značajnoj hardverskoj razlici, biti softverski kompatibilna s trenutno postojećim paralelnim IDE-om.

Određeni razvoj također je planiran za poboljšanje SCSI sučelja. I ovdje je planiran prelazak na serijsko sučelje, kao i značajno smanjenje troškova zbog jake konkurencije SerialATA.

Za uključene pogone tvrdi diskovi uz one koji se razmatraju, mogu se koristiti sučelja Compact Flash Type II - za 1-inčni IBM MicroDrive, USB, IEEE1394 (FireWire) - za vanjski uređaji i Fibre Channel - za najproduktivnije poslužitelje.

Logička struktura diskova

Formatiranje diskova. Da bi se podaci mogli pohraniti na disk, disk mora biti formatiran, odnosno mora se napraviti fizička i logička struktura diska.

Formiranje fizičke strukture diska sastoji se u stvaranju koncentričnih tragova na disku, koji su pak podijeljeni u sektore. Da biste to učinili, tijekom procesa formatiranja, magnetska glava pogona postavlja oznake staza i sektora na određena mjesta na disku.

Nakon formatiranja 3,5" diskete, njezini parametri će biti sljedeći (Sl. 4.24):

• informacijski kapacitet sektori - 512 bajtova;
• broj sektora po stazi - 18;
• staze s jedne strane - 80;
• strane - 2.

Slika 4.24. Fizička struktura diskete

Logička struktura disketa. Logička struktura magnetskog diska je zbirka sektora (s kapacitetom od 512 bajtova), od kojih svaki ima svoj serijski broj (na primjer, 100). Sektori su numerirani linearnim nizom od prvog sektora nulte staze do zadnjeg sektora posljednje staze.

Na disketi minimalni adresabilni element je sektor.

Prilikom pisanja datoteke na disk uvijek će biti zauzet cijeli broj sektora, odnosno minimalna veličina datoteke je veličina jednog sektora, a maksimalna odgovara ukupnom broju sektora na disku.

Datoteka je zapisana u proizvoljne slobodne sektore, koji mogu biti na različitim stazama. Na primjer, datoteka_1 od 2 KB može zauzeti sektore 34, 35 i 47, 48, a datoteka_2 od 1 KB može zauzeti sektore 36 i 49.

Da biste datoteku mogli pronaći po imenu, na disku postoji direktorij koji je baza podataka.

Zapis datoteke sadrži naziv datoteke, adresu prvog sektora od kojeg datoteka počinje, veličinu datoteke te datum i vrijeme njezina kreiranja (tablica 4.5).

Sve informacije o sektorima koje datoteke zauzimaju sadržane su u tablici dodjele datoteka (FAT - File Allocation Table). Broj FAT ćelija odgovara broju sektora na disku, a vrijednosti ćelija su lanci dodjele datoteka, odnosno slijed adresa sektora u kojima su pohranjene datoteke.

Na primjer, za dvije gore razmotrene datoteke, FAT tablica od sektora 1 do sektora 54 ima oblik prikazan u tablici. 4.6.

Lanac dodjele za datoteku File_1 je sljedeći: početni 34. sektor pohranjuje adresu 35, 35. sektor pohranjuje adresu 47, 47. - 48, a 48. - znak kraja datoteke (K).

Sektori od 2 do 33 alocirani su na disketi za smještaj direktorija - baze podataka i FAT tablice.Prvi sektor je alociran za smještaj boot zapisa operativnog sustava. Same datoteke mogu se snimati počevši od sektora 34.

Vrste oblikovanja. Postoje dvije različite vrste formatiranja diska: puno formatiranje i brzo formatiranje. Potpuno formatiranje uključuje fizičko formatiranje (provjera kvalitete magnetskog premaza diskete i njeno označavanje u staze i sektore) i logičko formatiranje (stvaranje direktorija i tablice dodjele datoteka). Nakon potpunog formatiranja, sve informacije pohranjene na disku bit će uništene.

Brzo formatiranje čisti samo korijenski direktorij i tablicu dodjele datoteka. Podaci, odnosno same datoteke su sačuvane i u principu je moguće obnoviti datotečni sustav.

Standardno formatiranje diskete

1. Ulaz kontekstni izbornik odaberite stavku Format. Otvorit će se dijaloški okvir Oblikovanje. Sa prekidačem Metoda oblikovanja odaberite stavku Kompletan.

U polju Označiti Možete unijeti naziv diska. Za dobivanje informacija o rezultatima oblikovanja označite potvrdni okvir Ispišite izvješće o rezultatima. Kliknite na gumb Početi.

Kako biste zaštitili podatke od neovlaštenog kopiranja, možete postaviti nestandardne parametre formatiranja diska (broj staza, broj sektora itd.). Takvo formatiranje je moguće u MS-DOS modu.

Prilagođeno formatiranje diskete

1. Unesite naredbu [Programs-MS-DOS Session]. Pojavljuje se prozor aplikacije MS-DOS Session.

2. Unesite naredbu za nestandardno formatiranje diskete A: koja će imati 79 staza i 19 sektora na svakoj stazi:

Informacijski kapacitet disketa. Razmotrite razliku između kapaciteta neformatirane diskete, njezinog informacijski kapacitet nakon formatiranja i informacijskog kapaciteta dostupnog za snimanje podataka.

Deklarirani kapacitet neformatirane 3,5" diskete je 1,44 MB.

Izračunajmo ukupni informacijski kapacitet formatirane diskete:

Broj sektora: N = 18 x 80 x 2 = 2880.

Informacijski kapacitet:

512 bajtova x N = 1.474.560 bajtova = 1.440 KB = 1,40625 MB.

Međutim, samo 2847 sektora je dostupno za snimanje podataka, odnosno raspoloživi informacijski kapacitet za snimanje podataka je:

512 bajtova x 2847 = 1.457.664 bajtova = 1423,5 KB » 1,39 MB.

Logička struktura tvrdih diskova. Logička struktura tvrdih diskova donekle se razlikuje od logičke strukture disketa. Minimalni adresabilni element tvrdog diska je Klastera, koji može uključivati ​​više sektora. Veličina klastera ovisi o vrsti korištene FAT tablice i kapacitetu tvrdog diska.

Na tvrdom disku minimalni adresabilni element je Klastera, koji sadrži više sektora.

Tablica FAT16 može adresirati 2 16 = 65536 klastera. Za diskove velikog kapaciteta veličina klastera je prevelika, budući da informacijski kapacitet tvrdih diskova može doseći 150 GB.

Na primjer, za disk od 40 GB, veličina klastera bi bila:

40 GB/65536 = 655.360 bajtova = 640 KB.

Datoteci se uvijek dodjeljuje cijeli broj klastera. Na primjer, tekstualna datoteka, koja sadrži riječ "computer science" ima samo 11 bajtova, no na disku će ova datoteka zauzeti cijeli klaster, odnosno 640 KB prostora na disku za disk od 150 GB. Kada se stavi na tvrdi disk veliki broj male datoteke, one će samo djelomično zauzimati klastere, što će dovesti do velikih gubitaka slobodnog prostora na disku.

Ovaj problem je djelomično riješen korištenjem FAT32 tablice, u kojoj se pretpostavlja da je veličina klastera 8 sektora ili 4 kilobajta za disk bilo koje veličine.

Radi pouzdanijeg pohranjivanja podataka o smještaju datoteka na disk, pohranjuju se dvije identične kopije FAT tablice.

FAT16 možete pretvoriti u FAT32 pomoću uslužnog programa Pretvori disk u FAT32 koji je uključen u sustav Windows.

Defragmentacija diska. Do usporavanja brzine razmjene podataka može doći kao rezultat fragmentacija datoteke. Fragmentacija datoteka (fragmenti datoteka pohranjeni su u različite, udaljene klastere) povećava se tijekom vremena, u procesu brisanja nekih datoteka i pisanja drugih.

Budući da se na disku mogu pohraniti stotine i tisuće datoteka u stotinama tisuća klastera, fragmentacija datoteka značajno će usporiti pristup njima (magnetske glave će se morati stalno pomicati sa staze na stazu) i u konačnici dovesti do preranog trošenja tvrdog diska. voziti. Preporuča se povremeno defragmentirati disk, pri čemu se datoteke zapisuju u klastere koji slijede jedan za drugim.

Defragmentator diska

1. Da biste pokrenuli program za defragmentaciju diska, trebate glavni izbornik unesite naredbu [Standard-Utilities-Disk Defragmenter].

2. Dijaloška ploča Izbor diska omogućuje odabir diska koji treba defragmentirati. Nakon pritiska na tipku u redu pojavit će se petlje Defragmentator diska.

3. Proces defragmentacije diska možete vizualno promatrati klikom na gumb Inteligencija. Svaki kvadratić odgovara jednom klasteru, dok neoptimizirano, već optimizirano, i čitljiv I snimljiv u ovom trenutku grozdovi imaju različite boje.

Pitanja za razmišljanje

1. Koja je minimalna količina prostora koju datoteka zauzima prilikom pohranjivanja:

• na disketi;
• na tvrdom disku.

2. Koji je redoslijed postavljanja datoteke File_2 iz gornjeg primjera na sektore diskete?

3. Zašto postoji razlika između kapaciteta formatiranog diska i informacijskog kapaciteta dostupnog za upisivanje podataka?

4. Koja je razlika između potpunog i brzog formatiranja diska?

5. Koja je razlika između FAT16 i FAT32 tablica dodjele datoteka?

6. Koja je svrha povremenog defragmentiranja tvrdih diskova?

Praktični zadaci

4.14. Formatirajte disketu s nestandardnim postavkama.

4.15. Izračunajte veličinu klastera vašeg tvrdog diska u FAT16 sustavu.

4.16. Upotrijebite uslužni program Informacije o sustavu da odredite vrstu FAT-a koji se koristi na vašim pogonima.

4.17. Koristite uslužni program za provjeru diska za provjeru integriteta datotečnog sustava.

4.18. Koristite uslužni program Disk Defragmenter za defragmentaciju diskova vašeg računala.

Instaliran na HDD. Winchester je najvažnija stvar za vas i vaše informacije.
Količina tvrdih diskova stalno raste, novi diskovi zamjenjuju stare svake godine. Prema podacima Dataquesta, 130 milijuna HDD-ova zamijenjeno je 2001. godine, a 150 milijuna 2002. godine.

Priča: početkom 70-ih po IBM Razvijen je prvi tvrdi disk (14 inča). Disk je omogućavao snimanje 30 staza s 30 sektora u svakoj od njih (30/30) i mogao je pohraniti do 16 KB informacija. U početku je dobio ime 30/30. Ali po analogiji s američkim automatskim puškama "Winchester", s kalibrom 30/30, diskovi s fiksnim diskovima ( tvrdih diskova ) počeo se nazivati tvrdi diskovi. Godine 1973. IBM je napravio prvi HDD s više diskova od 140 MB koji se prodavao za 8600 dolara.
Razvoj HDD tehnologije može se podijeliti u pet faza:

• Prvi (prije 1979.) - korištenje "klasičnih" induktivnih glava za snimanje / reprodukciju;
• Druga faza (1979.-1991.) - uporaba tankoslojnih glava;
• Treći (1991.-1995.) - uporaba magnetorezistorskih (MR, Magneto-Resistive) glava;
• Četvrti (1995.-2000.) - uporaba supermagnetootpornih glava (GMR, Giant Magneto-Resistive): smanjenje magnetskog razmaka u glavi za snimanje i povećanje osjetljivosti glave za čitanje upotrebom materijala s abnormalno visokim koeficijentom magnetske osjetljivosti. ;
• Peto (od 2000.) - pojava modela s novom vrstom magnetske prevlake - s antiferomagnetskom spojkom (AFC) uz zadržavanje parametara magnetskih glava;

Tvrdi disk ima osam glavnih parametara:

Osim osnovnih parametara, važni su " Preopterećenje od udara u radnom/neradnom stanju (radni/nonooperativni šok), G"(parametar koji karakterizira otpornost tvrdog diska na mehanički stres)," Radna temperatura,°C" (parametar po kojem se može procijeniti "otpornost na toplinu" tvrdog diska), Potrošnja energije (Power Management), W(parametar o tome koliko će se tvrdi disk zagrijati), jamstveni rok (od 6 mjeseci do 5 godina) i proizvođač:

Glavni proizvođači:

[ Fujitsu ] [ Hitachi Inc. ] [IBM] [Iomega*] [LaCie] [Matsushita*] [Maxtor Corporation] [QArchos*] [Quantum Corporation*] [Samsung] [Seagate Technology, Inc. ][Jednostavna tehnika][ Storage Technology Corporation] [ Toshiba * ] [ Western Digital Corporation ]

* - društvo Maxtor kupio hard disk posao od Kvantni I Matsushita; Toshiba specijalizirana za tvrde diskove za digitalne playere i 1,8-inčne; Iomega razvija samo vanjski tvrdi diskovi; QArchos- džepni tvrdi diskovi; jednostavna tehnologija- flash pogoni.
** - mnogi programeri tvrdih diskova imaju nekoliko proizvođača koji proizvode tvrde diskove različitih marki

· Particija tvrdog diska. "Fizički" tvrdi disk je podijeljen na jedan ili više "logičkih" (to jest, sadrži logično regija). Možete stvoriti bilo koju konfiguraciju particije. Sekcije mogu biti četiri vrste:

1. Glavni zapis za pokretanje (Master Boot Record, MBR). Ovdje (u prvom HDD bloku) se pohranjuju informacije o particioniranju diska i tamo se može postaviti Boot Manager;
2. Primarni (glavni). Ovo je particija na kojoj je uvijek instaliran operativni sustav. Mnogi "jednostavni" (npr. DOS, Windows) instalirani su samo u primarni;
3. Prošireno (produženo). Ovo je odjeljak za programe korisnika kojima ima pristup. Prošireno može se koristiti kao cjelina (kao jedan logički disk) ili podijeljen na nekoliko logičkih diskova (vidi sl.);
4. Ostalo (ostalo) odjeljak. Ovaj Prošireno-particija dodijeljena za instalaciju drugog OS-a, različitog od onog u koji je instaliran primarni;

Prilikom particioniranja HDD-a uvijek dobivate samo jedan primarni- odjeljak i jedan ili više proširena-odjeljci. Veličina svake HDD particije ima gornju granicu. Maksimalni broj logičkih pogona za FATxx datotečne sustave je 26. Primjer podjele HDD-a na tri particije:

Milijuni "lutaka" izgubili su svoje podatke tijekom izrade sigurnosne kopije s diska "C:\" na susjedni disk "D:\", jer je to često jedan tvrdi disk! Ranije je odvajanje tvrdog diska bilo potrebno zbog ograničenja masnog sustava, a sada - radi praktičnosti (jednom), nekoliko operativnih sustava (dva) i isti (tri). Dodijeljeni iznos ovisi o vrsti operativnog sustava i broju programa koje koristite.

· Načini rada IDE tvrdih diskova. Zbog niže cijene IDE pogona (u usporedbi sa SCSI pogonima i s obzirom na nerazvijenost USB pogona), oni zapravo dominiraju. Na jednom IDE kabelu mogu raditi do dva IDE uređaja: Master (MA) - glavni (prvi) i Slave (SL) - dodatni (drugi). Oni. maksimalno - 4 IDE-HDD. Instalaciju Master/Slave obavljaju HDD-Jumpers. Ako postoji samo jedan uređaj na kabelu, postavljen je na glavni način rada, međutim, neki HDD-ovi imaju zasebni pojedinačni način rada. Nije dopušteno izravno rukovati uređajem u načinu rada rob u nedostatku glavnog uređaja, ali neki novi modeli HDD-ova mogu raditi na ovaj način u ovom načinu rada, pod uvjetom da je instaliran odgovarajući Bios ili upravljački program. Ovo je potrebno jer mnogi vozači, nakon što su otkrili odsutnost glavnog uređaja, zaustavljaju daljnji rad s ovim kontrolerom. Postoji način rada u kojem je sam HDD postavljen na Master/Slave način rada, ovisno o vrsti konektora na kabelu sučelja – Cable Select (CS, CSel, izbor po konektoru kabela). Dva primjera instaliranja tvrdih diskova:

primarni sekundarni ovladati; majstorski rob ovladati; majstorski rob HDD --- CD ---

primarni sekundarni ovladati; majstorski rob ovladati; majstorski rob HDD 1 HDD 2 CD-RW/DVD CD

Postoji mogućnost i povećanja najveći broj povezani uređaji IDE-uređaji (standardni - ne više od 4 komada). Za "varanje" potreban vam je slobodan PCI utor m/b . Po izgled ovo je kartica s dva (ili četiri) IDE kontrolera instalirana u PCI utor matične ploče. Da biste aktivirali kontroler, morate konfigurirati Bios -a kartice.

Winchester Anatomija... HDD se sastoji od HDA i elektroničke ploče. Svi mehanički dijelovi i pretpojačalo smješteni su ("zapečaćeni") u HDA, gotovo sva upravljačka elektronika je na ploči. U dijelu HDA najudaljenijem od konektora ugrađuje se vreteno s jednim ili više diskova. Magnetski diskovi su ploče izrađene od aluminija, keramike ili stakla na koje je nanesen tanak sloj visokokvalitetnog feromagneta - na bazi krom oksida (ranije željeznog oksida i barijevih ferita). Broj diskova je jedan do tri (u pravilu), ali u nekim modelima doseže 10. Pod diskovima je motor koji stvara rotirajuće magnetsko polje. Bliže konektorima, s lijeve ili desne strane vretena, nalazi se rotacijski pozicioner ( pozicioner glave) - s jedne strane - nosive magnetske glave, as druge - kratka i masivnija drška s elektromagnetskim pogonskim namotom. Postoje rotacijski i linearni pozicioneri.
Unutar HDA nalazi se običan zrak (ne vakuum), pročišćen tijekom proizvodnje uz pomoć posebnih filtara. Kada se diskovi okreću, stvara se snažan protok zraka koji cirkulira duž perimetra HDA i stalno se čisti filtrom instaliranim na jednoj od njegovih strana. Podatke s površine diska očitava izravno magnetska glava. Prilikom pisanja glava stvara magnetsko polje, čime magnetizira dio diska - dok čitate, naprotiv, polje diska pobuđuje signal u glavi. Moderni pogoni sadrže više magnetskih glava - obično po jednu sa svake strane svakog diska.
Jer Budući da magnetske glave tvrdog diska rade vrlo velikom brzinom, potreban je vrlo blizak kontakt između njih i površine medija. Kada se diskovi okreću unutar kućišta, nastaje strujanje zraka koje podiže glave iznad površine - glave su "posađene" na zračni jastuk. Ali ovaj dizajn zahtijeva parkiranje glava - pomicanje ih izvan radnog područja diska ( zona slijetanja) kada je računalo isključeno. Oni. kada se tvrdi disk isključi, diskovi se zaustavljaju, magnetski tok nestaje i glave "padaju" na površinu. Stoga se glave moraju odvesti u neradni prostor. Sve to kontrolira pozicioner.

Elektronička ploča je uklonjiva, na HDA se spaja preko jednog ili dva konektora različitih izvedbi. Ploča sadrži glavni procesor tvrdog diska, ROM s programom, radni RAM koji se obično koristi kao međuspremnik diska, procesor digitalnih signala (DSP) za pripremu snimljenih i obradu očitanih signala te logiku sučelja. Na nekim tvrdim diskovima program procesora u potpunosti je pohranjen u ROM-u, na drugima je određeni dio snimljen u servisnom području diska. Parametri HDD-a (proizvođač, model, serijski broj itd.) također su zabilježeni na disku. Neki tvrdi diskovi pohranjuju te podatke u električno programabilni ROM (EEPROM). Mnogi tvrdi diskovi imaju posebno tehnološko sučelje s konektorom na elektroničkoj ploči, putem kojeg pomoću opreme za stolove možete obavljati razne servisne radnje s pogonom - testiranje, formatiranje, ponovno dodjeljivanje neispravnih područja itd.
Sve informacije pohranjene na disku uvjetno se dijele na službeno I prilagođen. Prvi osigurava normalan rad i u početku je prisutan u bilo kojem HDD-u - bilježi ga proizvođač.
Svaki HDD je podijeljen u zone ( zareze), od kojih svaki obično uključuje od 20 do 30 cilindara s istim brojem sektora. Sektora može stati od 17 do 150 (u pravilu) na jednu stazu. Njihovo numeriranje počinje od 1, dok numeriranje glava i cilindara počinje od 0. Broj sektora po stazi nije jednak. Što je staza dalje od središta, veći je broj sektora na disku
Jer Tehnologija za proizvodnju tvrdih diskova još vam ne dopušta da se riješite loših sektora za 100%, na svakom tvrdom disku postoji tablica za redistribuciju loših sektora (odjeljak staze). Svaki put kad se uključi HDD očitava tablicu i jednostavno "ne primjećuje" pokvarene dijelove. Ali tijekom rada pojavljuju se novi loši sektori - oni koji nisu označeni u tvorničkoj tablici. Pozivajući se na takav sektor, magnetska glava više puta pokušava čitati ili pisati, a "zdrava" površina diska može biti uništena. To povlači za sobom daljnje "množenje" loših sektora. Tako vijak postupno postaje neupotrebljiv. Mnogi tvrdi diskovi imaju funkciju autoremap. Dizajniran je za zamjenu loših sektora normalnim iz rezervnog područja na hardverskoj razini. Međutim, to ne funkcionira uvijek. Ali možete pokrenuti uslužni program za disk (npr. HDDSpeed u testnom načinu pisanja) - nakon toga loši blokovi nestaju (pokreće se automatsko preslikavanje).
Svi diskovi su tvornički unaprijed označeni (niska razina, niska razina Oblikovanje) na posebnom tehnološkom postolju visoke preciznosti. Prilikom označavanja na diskove se upisuju servisne oznake (servo oznake), a također se formiraju staze i sektori. Zapisani su im prefiksi i nastavci. Formatiranje visoke razine obavlja korisnik pomoću uslužnog programa FORMAT. Svaka particija na disku je zapisana VBS (sektor za pokretanje volumena - sektor za pokretanje volumena), FAT, korijenski direktorij (korijenski direktorij), disk se provjerava na pogreške.
Ima sustav za prigušivanje zvuka Tehnologija zvučne barijere), koji osigurava nisku razinu buke tijekom rada diska (na primjer, SBT tehnologija koju je razvio Seagate).
Najnovija generacija tvrdih diskova koristi tehnologije PRML (djelomični odgovor, maksimalna vjerojatnost) najveća je vjerojatnost nepotpunog odgovora) i PAMETAN. (Tehnologija samonadzora analize i izvješća- tehnologija neovisne naknadne analize i izvješćivanja). Postoje mnogi uslužni programi za disk za korisnika. Primjer - DFT (test kondicije vožnje) I IBM alat za značajke. Oba su besplatna. Prvi dijagnosticira tvrdi disk, omogućuje vam pregled S.M.A.R.T. i implementirati format niske razine, drugi je upravljanje predmemorijom, promjena akustičnih karakteristika i UDMA načina rada.

· Geometrija diska ili Normalno, LBA, Veliko. Prijašnji klasičan način sektorsko adresiranje - CHS- prema broju cilindara, glave i sektora ( Cilindar/Glava/Sektor). Programeri prvog osobnog računala postavili su "minu" za sve, strogo određujući broj znamenki kojima se podaci adresiraju. Za broj cilindra dodijeljeno je 16 znamenki, 4 za broj glave i 8 za sektor, što je dalo maksimalni kapacitet tvrdog diska od 128 GB. Ali Bios je od samog početka ograničio broj sektora na 63, a cilindara na 1024, DOS je slijedio isti primjer, koji je na kraju dao maksimalnih 528MB. Kada su se pojavili tvrdi diskovi s kapacitetom većim od 528 MB, računala su potpuno prestala "vidjeti" disk. Proizvođači BIOS-a hitno su pustili podršku za način rada LBA (Adresiranje logičkog bloka). Koristili su end-to-end numeriranje sektora i CHS adresa se pretvara u jedan linearni 28-bitni broj apsolutnog broja sektora (za DOS još uvijek postoji ograničenje od 8,4 GB), koristi se za numeriranje sektora (LBA adresa) i pretvara po tvrdom disku. Za rad u LBA načinu rada potrebna je podrška za tvrdi disk, Bios i upravljački program. Tvrtka je prva primijenila shemu adresiranja pomoću LBA western digital krajem 1993. godine.
Način Large (Adresiranje velikog bloka) dizajniran je za tvrde diskove kapaciteta do 1 GB koji ne podržavaju LBA način rada. U Large je broj logičkih glava povećan na 32, a broj logičkih cilindara je prepolovljen. U ovom slučaju pristupi logičkim glavama 0..F prevode se u parne fizičke cilindre, a pristupi glavama 10..1F prevode se u neparne. Tvrdi disk označen u načinu rada LBA nije kompatibilan s načinom rada Large i obrnuto. U normalnom načinu rada Bios je radio kao stare verzije bez prijevoda.
Ali danas je sve to prošlost (s današnjim GB HDD-ovima). One opcije diska koje vidite u odjeljku POSTAVKA Standardna CMOS postavka, u pravilu, nemaju nikakve veze sa stvarnim parametrima diska. HDD-ovi sada rade izravno (kroz upravljačke programe).

· Klastera- minimalna količina prostora na HDD-u koju sustav datoteka dodjeljuje za pohranu jedne datoteke. Jednostavnije rečeno: klaster je ćelija za smještaj podataka. Sav raspoloživi prostor na tvrdom disku podijeljen je u dijelove - od jednog do više. Odjeljci su podijeljeni u klastere, pri čemu je svaki klaster jedan od njih nenaseljeno(upotrebljiva datoteka) ili neispravan(neupotrebljiv). Jedan tvrdi disk može imati mnogo particija (C pogon, D pogon, E pogon, F pogon, G pogon, H pogon, I pogon, J pogon, K pogon itd.). Sektor diska od 512 bajta uzet je kao osnova za sustav izračuna veličine klastera. Klaster mora imati veličinu jednaku bazi (512 bajtova) puta 2 na potenciju broja n. Veličina klastera se određuje automatski, ovisno o veličini stvorene particije i/ili fagnog sustava. Jedina iznimka je sistemska particija: ako je manja od 2048 MB, veličina klastera je uvijek 512 bajtova. 16-bitni FAT podržava samo 65.526 klastera.
Učinak veličine klastera na gubitke - učinkovitost korištenja prostora na disku - može se procijeniti formulom:

Eff = [ Veličina / (Veličina + Prevjes) ] x 100%
Gdje:
- Eff - učinkovitost korištenja diskovnog prostora, izražena u postocima od 0 do 100;
- Veličina - ukupna veličina svih datoteka na disku;
- Overhang - ukupna rezidualna redundancija klastera.
Zbroj vrijednosti Veličina i Overhang daje ukupnu količinu klastera koje zauzimaju sve datoteke u pogonu. Što je veći omjer, to se prostor na disku učinkovitije koristi. Tipični Eff je između 51% i 98%. Na primjer, za FAT particiju od 1 GB s 10 000 datoteka, gubitak će biti 160 MB!

Veličina HDD particije	Veličina u FAT16	Prosječni gubici	Veličina u NTFS
manje od 127 MB	2 Kb	1,00-1,75 Kb	512 bajtova
127 MB - 255 MB	4 Kb	2,00-3,75 Kb	512 bajtova
256 MB - 511 MB	8 Kb	4,00-7,75 Kb	512 bajtova
512 MB - 1023 MB	16 Kb	8.00-15.75 Kb	1 Kb
1024 MB - 2047 MB	32 Kb	16.00-31.75 Kb	2K
2048 MB - 4095 MB	64 Kb	16.00-31.75 Kb	4K
4096 MB - 8191 MB			8K
8192 MB - 16383 MB			16K
16384 MB - 32767 MB			32K
od 32768 Mb			64K

Ugrubo, možemo pretpostaviti da svaka datoteka zauzima svoj zadnji klaster otprilike za polovicu - dok će vaši gubici (prostora na HDD-u) biti jednaki broju datoteka pomnoženom s polovicom veličine klastera. Načini rješavanja izgubljenog prostora:
- pohranjivanje velikih skupova rijetko korištenih datoteka kao arhiva;
- dijeljenje tvrdog diska na diskove.
Postoji univerzalna metoda za bilo koji Windows (osim za ugrađene uslužne programe). Napravite (ili uzmite gotovu) vrlo malu datoteku veličine 1-500 bajtova. Desni gumb miševi - Svojstva. Pogledajte dvije točke: veličina I Veličina na disku. veličina- veličina datoteke stvarno ima. Veličina na diskuće biti (na primjer) 4096 bajtova, što odgovara stvarnoj veličini klastera, tj. 4Kb. Oni. s klasterom od 32 Kb, datoteka s informacijama od 1 bajta zauzimat će 32 Kb na disku.
Korisnik također može odabrati veličinu klastera (ručno prilikom formatiranja). To se radi ovako: "format d: /A:size", gdje je size veličina klastera u bajtovima. Ali postoje pravila kojih se treba pridržavati: veličina klastera mora biti višekratnik veličine fizičkog sektora, odnosno 512 bajtova u velikoj većini slučajeva (prvo); postoje ograničenja broja klastera na particiji (drugo).

"... Hardver za svako stvorenje! ...

RAID nizovi (redundantni niz jeftinih diskova, redundantni skup jeftinih diskova). Raid je način organiziranja velikih pohrana podataka, povećavajući tečaj i pouzdanost pohrane podataka. RAID sustav je skupina od nekoliko običnih (jeftini) tvrdih diskova koji rade pod jednostavnim kontrolerom i vidljivi izvana kao jedan uređaj ukupnog kapaciteta i velike brzine ili pouzdanosti. RAID tehnologija temelji se na tri glavne metode:

1. Raspodjela podataka po diskovima s određenim cikličkim redom. Sekvenciranje uključuje zapisivanje prvog segmenta podataka na prvi disk, drugog na drugi itd. U ovom slučaju, performanse niza su poboljšane jer računalo počinje pisati sljedeći segment podataka (na sljedeći disk) prije njega je završio pisanje prethodnog segmenta. Daljnje poboljšanje performansi diskovnih sustava omogućeno je povezivanjem različitih grupa diskova na zasebne kontrolere;
2. Zrcaljenje pogona. Sigurnosna kopija podataka (svakodnevno ili nekoliko puta tjedno) ne omogućuje brzi oporavak podataka i online zaštitu novih podataka nastalih od posljednje sesije kopiranja. Ovi se zadaci rješavaju zrcaljenjem diska, pri čemu se sve što je zapisano na prvom disku duplicira na drugom. Ako prvi disk ne uspije (ili se podaci zapišu u loš sektor njegovog diskovnog prostora), bit će pročitani s drugog ("mirror") diska;
3. Izračun kontrolne sume. Provjera parnosti funkcionira ovako: svi informacijski bitovi u bajtu zbrajaju se modulo 2, a ako je broj jedinica u njemu paran, bit parnosti se postavlja na nulu, a ako je neparan, na jedan. Prilikom očitavanja podataka informacijski bitovi se ponovno zbrajaju i rezultat se uspoređuje s vrijednošću kontrolnog bita. Ako se podudaraju, podaci su točni, a ako ne, vrijednosti jednog ili više bitova su pogrešne;

Tvrtke ( Adaptec, CMD i drugi) proizvode posebne kontrolere namijenjene organiziranju RAID nizova.
Takav niz se također može implementirati na temelju konvencionalnog SCSI ili Fibre Channel kontrolera - pomoću programa koji distribuira segmente podataka po diskovima. Ovo softversko rješenje je jeftinije od namjenskog rješenja temeljenog na kontroleru, ali (obično) podržava samo RAID razine 0 i 1.

· Priča... Rodno mjesto RAID tehnologije - Kalifornijsko sveučilište, Berkeley, SAD. Godine 1987 njegovi stručnjaci (Petterson, Gibson i Katz) objavili su članak u kojem su opisali principe kombiniranja više diskovnih pogona. U početku je definirano šest razina ( razine) RAID 0-5, no kako se tehnologija razvijala, pojavile su se dodatne razine (još pet).

· Raid 0: pruganje podataka. Informacije se dijele na dijelove (fiksne količine podataka, koji se obično nazivaju blokovima) i ti se dijelovi paralelno zapisuju i čitaju s diskova. Dva bloka diska od 512 bajtova čine segment.

Raid 0 nije tolerantan na pogreške, ali se ova razina RAID-a koristi puno češće od ostalih razina RAID-a. Prednosti Raid 0 (u pogledu performansi):

• povećana propusnost serijskog I/O zbog istovremenog učitavanja više sučelja;
• latencija slučajnog pristupa je smanjena - nekoliko zahtjeva za različite male segmente informacija može se izvršiti istovremeno;

· Raid 1: Zrcaljenje diska. Kopija svakog bloka informacija pohranjuje se zasebno. Obično svaki (korišteni) disk ima "blizanca" koji pohranjuje točnu kopiju tog diska. Ako jedan od glavnih diskova ne uspije, zamjenjuje ga njegov "dvojnik". Performanse su poboljšane podešavanjem sustava tako da se za čitanje informacija koristi "dvojnik" čija je glava smještena bliže željenom bloku.

Disk 1	Disk 2	Disk 3	Disk 4	Disk 5
Segment 1	Segment 1	Segment 2	Segment 2	---
Segment 3	Segment 3	Segment 4	Segment 4	---
X podaci	kopirati disk 1	Y podaci	disk za kopiranje 3	besplatno

Jedna od najskupljih razina, jer. svi diskovi su duplicirani i sa svakim snimanjem, podaci se također snimaju na disk za provjeru. Često RAID 1 zahtijeva HDD-ove istog kapaciteta od istog proizvođača za pravilan rad. Nedostaci Raid 1 uključuju najveću redundanciju, au implementaciji softvera - probleme s "vrućom" zamjenom neuspjelog HDD-a.

· Raid 2: matrica s pobitnim snopom. Ova tehnologija omogućuje zaštitu podataka korištenjem Hamingovog koda za ispravljanje pogrešaka. Podaci koji se zapisuju raspoređuju se na nekoliko diskova, a zatim se ECC (Error-Correction Code) kontrolni zbrojevi zapisuju na jedan disk ili na nekoliko zasebnih diskova. Komercijalne implementacije RAID 2 praktički ne postoje.

· Raid 3: otkrivanje hardverskih pogrešaka i paritet. Podaci su raspoređeni prema informacijski diskovi a za svaki "band" podataka (skup segmenata podataka koji se nalaze u istim sektorima na različitim fizičkim diskovima), određuje se kontrolni zbroj (ili paritetni kod) koji se zapisuje na zasebni disk.

Disk 1	Disk 2	Disk 3	Disk 4	Disk 5
Bajt 1	Bajt 2	Bajt 3	Bajt 4	Paritetni bajt
Bajt 5	Bajt 6	Bajt 7	Bajt 8	Paritetni bajt
podaci	podaci	podaci	podaci	informacija o paritetu

RAID razina 3 prilično je složena i implementirana je samo hardverski. Potrebna su najmanje tri diska.

· Raid 4: Konkurentnost unutar grupe. Za razliku od Raid 3, postoji sekvencijalna distribucija ne kratkih segmenata podataka, već blokova informacija značajne veličine. To omogućuje izvršavanje nekoliko različitih zahtjeva za čitanje u isto vrijeme. Jer Budući da su sve kontrolne informacije koncentrirane na jednom (zadnjem) disku, ovo polje ne može izvoditi nekoliko operacija pisanja istovremeno. Potrebna su najmanje tri diska. Raid 4 su izuzetno rijetki.

· Raid 5: paritet rotacije za paralelizaciju pisanja. RAID 5 diskovi izmjenjuju velike blokove podataka, ali za razliku od Raid 4, informacije o paritetu raspoređene su po svim diskovima u nizu. Za prvi "band" segmenata podataka, kod pariteta može se zapisati na zadnji disk niza, za drugi - na pretposljednji itd. To vam omogućuje izvođenje nekoliko operacija pisanja u isto vrijeme.

Disk 1	Disk 2	Disk 3	Disk 4	Disk 5
Paritetni segment	Segment 1	Segment 2	Segment 3	Segment 4
Segment 5	Paritetni segment	Segment 6	Segment 7	Segment 8
Segment 9	Segment 10	Paritetni segment	Segment 11	Segment 12

Jedna od najčešće korištenih u praksi i najteža od prvih šest razina. Potrebna su najmanje tri diska.

· Raid 6: Dvodimenzionalni paritet. Ovo je napredna verzija RAID-a 5 koja pruža dvostruki paritet na pohranjenim informacijama radi veće pouzdanosti. Za pohranjivanje kontrolnih informacija potrebna su samo dva HDD-a. RAID razina 6 dizajnirana je za kritične aplikacije i vrlo je loš učinak zapisa zbog potrebe izračunavanja dodatnih kontrolnih zbrojeva.

· Racija 7. Jedinstvena tehnologija tvrtke Storage Computer Corporation. Pretpostavlja asinkroni rad svojih komponenti (uključujući komunikacijski kanal s glavnim strojem) i neovisnost o njihovom upravljanju. Nizovi koriste ugrađeni operacijski sustav u stvarnom vremenu za predmemoriju podataka i izračun kontrolnih informacija. Štoviše, te iste informacije prenose se putem posebne X-sabirnice. Podaci se distribuiraju po konvencionalnim diskovima, dok se upravljačke informacije pohranjuju na zasebnom disku. Čitanja i pisanja su središnje predmemorirana radi poboljšanja performansi. Vrlo visoke performanse i pouzdanost pohrane podataka, međutim, cijena sustava opremljenog takvim nizom je također visoka. RAID 7 je zaštitni znak.

· Racija 10/1+0. Nizovi ove razine su kombinacija principa primijenjenih u nizovima nulte i prve razine. Odnosno "skidanje" u kombinaciji sa zrcaljenjem. Oni. dva RAID 0 niza se prvo kreiraju, a zatim zrcale, što zahtijeva najmanje četiri pogona u minimalnoj konfiguraciji - vrlo skupo. Cijena takvog niza počinje naglo rasti kada počne širenje.

· racija 50. Niz koji kombinira principe nizova nulte i pete razine. Oni. ako npr. kontroler dobije naredbu da upiše 256 Kb podataka na HDD, tada se ti podaci dijele na dva dijela od po 128 Kb, prema principima RAID 0, a zatim svaki od njih, prema principima nizova pete razine, podijeljen je na dijelove od po 32 Kb i fizički istovremeno zapisan na sve diskove niza. Svrha aplikacije je povećanje brzine diskovnog podsustava uz zadržavanje najveće pouzdanosti pohrane podataka.

· Racija 53. Ispravnije je nazvati ga RAID razina 03, budući da kombinira arhitekture RAID razina 0 i 3. Za implementaciju takvog diskovnog polja potrebno je najmanje pet HDD-ova. U ovoj konfiguraciji, sustav RAID razine 53 redom zapisuje male segmente podataka na prva dva HDD-a, a informacije o paritetu na treći HDD. Posljednja dva diska (četvrti i peti) sadrže iste podatke, uzastopno zapisane u velikim blokovima bez pariteta, kao što se radi u sustavu RAID razine 0.

· Ako je vinčester mrtav... Nijedan HDD ne traje vječno i morate biti spremni na njegovu smrt. Čini sigurnosne kopije na CD-R, streamer, magnetooptika itd. Tako se i dogodilo. Najčešći uzroci smrti:

Ako je HDD još uvijek pod jamstvom - zamijenite ga novim (uz nadoplatu), ako je jamstvo isteklo - dajte ga trgovcima smećem ili ga bacite. Ako arhive podataka nisu napravljene, a podaci su vrlo važni, pokušajte ih vratiti. Količina informacija (datoteka) na HDD-u je ogromna, a njihovo fizičko uništavanje prilično dugotrajno. Oni. informacija skoro uvijek još živ, ali nedostupan. I nije potrebno vratiti samu informaciju, već samo pristup njoj. Skrećem vam pozornost na činjenicu da, u pravilu, oporavak ne liječi HDD, već vam omogućuje kopiranje postojećih podataka na drugi medij.
Ne dijelite svoje podatke s nepoznatim osobama! Godine 2002. studenti Instituta Massachusetts proveli su eksperiment - kupili su nekoliko stotina "pokvarenih" HDD-ova. Samo 60% tvrdih diskova je formatirano, a 17,7% uopće nije izbrisalo podatke. 81,6% tvrdih diskova bilo je u ispravnom stanju. Jer standardna Windows naredba za formatiranje format ne prepisuje blokove (nemojte koristiti ovo smeće), a "lutke" glupo čuvaju informacije u mapi "Moji dokumenti" (dvije) - svi se podaci lako mogu povratiti. Konkretno, izvučeni su korporativni financijski podaci, brojevi kreditnih kartica, osobni medicinski podaci itd.
Za oporavak će vam trebati: disketa za pokretanje (zaštićena od pisanja), uslužni programi FDisk I Format(iz ugrađenog kompleta), režije DiskEdit I Poništi brisanje(iz Norton Utilities), program NC. A sve je lakše kad je disk utvrđen Biosom i fizički je zdrav.
Ako niste sigurni u svoje znanje i/ili ne isključujte moguća greška u svojim postupcima, ne poduzimajte ništa sami. Čak i mala netočnost u vašim radnjama može značajno zakomplicirati ili čak onemogućiti daljnje vraćanje podataka. Potražite pomoć stručnjaka.

Nekoliko definicija koje objašnjavaju princip pohranjivanja informacija na FATxx disk:

"... Diskovi su svježi, nisu očišćeni..."

Oznake bilo kojeg tvrdog diska lako je dešifrirati - obično su alfanumeričke i izgrađene prema sličnim načelima: prvo - oznaka proizvođača i modela, zatim volumen u milijunima bajtova, a na kraju - sufiksi koji pojašnjavaju izvedba, specifične karakteristike itd. Na primjer, sufiks "A" označava ATA (IDE) sučelje, a "S" označava SCSI. Sufiks "V" za mnoge modele označava jeftiniji (Value) model, s iznimkom Micropolis tvrdih diskova, kod kojih sufiks "AV" označava Audio / Video - usmjerenost na ujednačenu razmjenu podataka tijekom čitanja / pisanja. Primjeri:

******* Western Digital ******* WD A C 2 635 - 0 0 F 1 2 3 4 5 6 7 8 1 - Western Digital 2 - sučelje: A - IDE, S - SCSI, C - PCMCIA-IDE 3 - model: C - Caviar, P - Piranha, L - Lite, U - Ultralite 4 - broj fizičkih diskova 5 - kapacitet u milijunima bajtova 6 - LED indikator: 0 - nema, 1 - crveno, 2 - zeleno 7 - prednja ploča: 0 - ne, 1 - crna, 2 - siva 8 - veličina međuspremnika: S - 8 kb, M - 32 kb, F - 64 kb, H - 128 kb. Za obnovljene tvrde diskove, nakon datuma proizvodnje, naznačeno je mjesto obnove: E - Europa, S - Singapur. ******* Maxtor ******* Mxt 7 850 AV 1 2 3 4 1 - Maxtor 2 - serija (7xxx) 3 - kapacitet u milijunima bajtova 4 - sufiksi: A - ATA (IDE), S - SCSI, V - Vrijednost ****** Seagate ****** ST 5 1080 A PR -0 1 2 3 4 5 6 1 - Seagate Technology 2 - kućište: 1 - 3,5" 41 mm visoko 2 - 5,25 " visoka 41 mm 3 - 3,5" visoka 25 mm ili 5,7" duboka 146 mm 4 - 5,25" visoka 82 mm 5 - 3,5" visoka 25 mm ili 5" duboka 127 mm 6 - 9" 7 - 1,8" 8 - 8 "9 - 2,5" visina 19 mm ili 12,5 mm
Umjesto rezultata, skrećem vam pozornost na nekoliko važnih čimbenika:

• o ekstremnoj osjetljivosti tvrdih diskova na razne vrste udara, udara i udara;
• da se tvrdi diskovi iste marke, ali iz različitih zemalja, oštro razlikuju u cijeni i kvaliteti;
• da ne biste trebali kupovati tvrde diskove "Made in China";
• da ako je jamstvo samo 6 mjeseci, onda ti tvrdi diskovi negdje leže dugo vremena;

Osobno mišljenje... tvrdi diskovi koji se koriste u konvencionalnim osobnim računalima evoluirali su samo u smjeru povećanja kapaciteta u isto vrijeme i smanjenja troškova. Brzina i pouzdanost, nažalost, nestaju u pozadini. U svijetu postoje dobri HDD-ovi, ali "filistarski" tvrdi diskovi koji se nude na ruskom tržištu užasno su daleko od njih ...

Informativni kapacitet tvrd disk je važan koncept za sustave za pohranu podataka. Iza njega se nalazi puni volumen pogona. Sada su dvije metode njegovog izračuna postale raširene. Daju različite rezultate, a to dovodi u zabludu korisnike koji ne razumiju ovu problematiku.

U čemu je problem?

Osoba povijesno obrađuje informacije na ovaj način i nitko to ne želi odbiti. Udobnije nam je. Sastoji se od brojeva od 0 do 9 (neki smatraju od 1 do 10, ali to ne mijenja suštinu). Ali računalo obrađuje podatke u To se temelji na 0 (nema signala) i 1 (napon). Tako se ispostavlja da se informacijski kapacitet tvrdog diska može odrediti binarno ili decimalno.U ovom slučaju treba uzeti u obzir jednu važnu točku. U prvom od njih, 1 kilobajt je 2 10 , odnosno 1024 bajta. Ovu vrijednost koriste programeri, a tako danas svi Windows operativni sustavi određuju količinu informacija. Ali u drugom slučaju, ova vrijednost će biti jednaka 10 3 ili 1000 bajtova. Ovako ljudi i proizvođači pohrane razmišljaju o informacijama. Kao što je lako razumjeti, osoba može kupiti tvrdi disk s nekim karakteristikama, a Windows OS će mu pokazati malo drugačije informacije. U ovom slučaju, informacijski kapacitet tvrdog diska za binarni sustav bit će manji, a za decimalni sustav - više. Ali brojka ostaje nepromijenjena. Odlučujući faktor u ovom slučaju je kako brojati.

Preračunavanje

Napravimo preračun na primjeru diska od 500 GB (prema proizvođaču) i odredimo postotak gubitaka. Za početak pojasnimo da prefiks "giga" u decimalnom sustavu znači 10 9, a u binarnom znači 2 30. Prvo pomnožite 500 GB s 10 9 . Time ćete dobiti veličinu u bajtovima. Da biste prešli na binarni sustav, potrebno je podijeliti dobivenu vrijednost 500 x 10 9 s 2 30 i dobit ćemo 465 GB. To će biti informacijski kapacitet tvrdog diska novi sustav. Zatim određujemo postotak gubitaka tijekom prijelaza između njih. Da biste to učinili, oduzmite 465 GB od 500 GB i dobivenu vrijednost podijelite s 500 GB. Rezultat je 0,07. Ako se ova vrijednost pomnoži sa 100, tada ćemo saznati razliku u postocima. Bit će 7%.

Tako se ispostavlja da se volumen pogona, koji će prikazati Windows OS, odmah smanjuje za dobivenu vrijednost. Pa, ako osoba ovo razumije i razumije. Ali postoje i drugi slučajevi kada uvrijeđeni kupac dođe u trgovinu i počne rješavati stvari. Istovremeno, prodavač je optužen za prodaju "obrezanog" pogona. Klijent ne razumije da je najveći kapacitet tvrdog diska zapravo konstantna vrijednost. Ali njegova vrijednost može varirati ovisno o metodi brojanja. A razlika između njih je 7% bez obzira na volumen. Ova izjava vrijedi za sve uređaje za pohranu, uključujući flash pogone, diskete i CD-ove.

Zaključak

Puni kapacitet tvrdog diska ključni je parametar na koji kupci obraćaju pozornost prije kupnje. Ali u isto vrijeme, malo ljudi misli da će njegova vrijednost biti manja od 7% u Windows OS-u. Ali morate to uzeti u obzir i uzeti uređaj s određenom marginom, tako da kasnije ne kupite drugi pogon.