Принцип роботи жорсткого диска

 Для оптимального використання поверхні дисків застосовується так званий зоновий  запис (Zoned Bit Recording - ZBR), принцип якого полягає в тому, що на зовнішніх доріжках, що мають велику довжину (а отже - і інформаційну ємкість), інформація записується з більшою щільністю, чим на внутрішніх. Таких зон з постійною щільністю запису в межах всієї поверхні утворюється до десятка і більш; відповідно, швидкість читання і запису на зовнішніх зонах вища, ніж на внутрішніх. Завдяки цьому файли, розташовані ближче на "початок" вінчестера, в цілому оброблятимуться швидше за файли, розташовані ближче до його "кінця".

 Тепер про те, звідки беруться неправдоподібно  великі кількості головок, вказані в параметрах вінчестерів. Колись ці числа - число циліндрів, головок і секторів на доріжці - дійсно позначали реальні фізичні параметри (геометрію) вінчестера. Проте при використанні ZBR кількість секторів міняється від доріжки до доріжки, і для кожного вінчестера ці числа різні - тому почала використовуватися так звана логічна геометрія, коли вінчестер повідомляє контроллеру якісь умовні параметри, а при отриманні команд сам перетворить логічні адреси у фізичні. При цьому у вінчестері з логічною геометрією, наприклад, в 520 циліндрів, 128 головок і 63 сектори (загальний об'єм - 2 Гб) знаходиться, швидше за все, два диски - і чотири головки читання/запису.

 У вінчестерах  останнього покоління використовуються технології PRML (Partial Response, Maximum Likelihood - максимальна правдоподібність при неповному відгуку) і S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Report Technology - технологія самостійного стежачого аналізу і звітності). Перша розроблена унаслідок того, що при існуючій щільності запису вже неможливо чітко і однозначно прочитувати сигнал з поверхні диска - рівень перешкод і спотворень дуже великий. Замість прямого перетворення сигналу використовується його порівняння з набором зразків, і на підставі максимальної схожості робиться висновок про прийом того або іншого кодового слова - приблизно так само ми читаємо слова, в яких пропущені або спотворені букви.

 Вінчестер, в якому реалізована технологія S.M.A.R.T., веде статистику своїх робочих  параметрів (кількість старт/стопів і напрацьованого годинника, час розгону шпінделя, знайдені/виправлені помилки і тому подібне), яка регулярно зберігається в перепрограмованому ПЗП або в службових зонах диска. Ця інформація накопичується протягом всього життя вінчестера і може у будь-який момент зажадатися програмами аналізу; по ній можна судити про стан механіків, умовах експлуатації або зразкової вірогідності виходу з ладу.  

 4.  Об'єм, швидкість і час доступу

 Основними завданнями виробників завжди було збільшення об'єму інформації, що зберігається на дисках, і швидкості роботи з  цією інформацією. Як збільшити об'єм диска? Найбільш очевидним рішенням є збільшення кількості пластин в корпусі жорсткого диска. Так само зазвичай розрізняються моделі в межах одного модельного ряду. Цей спосіб є найбільш простим і дозволяє на одній і тій же елементній базі отримувати диски різної ємкості. Але у цього способу існують природні обмеження: кількість дисків не може бути нескінченною. Збільшується навантаження на мотор, погіршуються температурні і шумові характеристики диска, вірогідність браку росте пропорційно кількості пластин, а значить, важче забезпечити надійність. Серед промислово вироблюваних дисків найбільшою кількістю пластин володіє SCSI диск Seagate Barracuda 180 - у цього вінчестера аж 12 пластин! Є і рекордсмени в області спрощення пристрою дисків - це, наприклад, розглянутий нами далі Maxtor 513DX і 541DX, у якого один диск, використовуваний тільки з одного боку.

 Технологічно  складніший (і перспективніший) метод збільшення об'єму - збільшення щільності запису інформації. Тут виникає цілий ряд технологічних проблем. Сучасні пластини виготовляються з алюмінію або навіть з скла (деякі моделі IBM). Магнітне покриття має складну багатошарову структуру і покрито зверху спеціальним захисним шаром. Розміри частинок магнітного покриття зменшуються, а чутливість їх зростає. Окрім поліпшення параметрів самих пластин, істотним удосконаленням повинна піддатися система прочитування інформації. Необхідно зменшити зазор між головкою і поверхнею пластини, підвищити чутливість головки. Але і тут закони фізики накладають свої природні обмеження на межу застосування подібних технологій. Адже розміри магнітних частинок не можуть зменшуватися нескінченно.

 Найпростіший  спосіб збільшити швидкість прочитування - збільшити швидкість обертання  пластин. По цьому шляху і пішли  конструктори. Якщо пластини обертаються з більшою швидкістю, то за одиницю часу під прочитуючою головкою проходить більше інформації. На збільшення швидкості прочитування впливає також і розглянуте вище збільшення щільності запису інформації. Саме з цієї причини SCSI диски, як правило, володіють більшою швидкістю обертання. Проте на такій швидкості складніше точно позиціонувати головку прочитування, тому щільність запису там менше, ніж на деяких IDE дисках, а коштують такі диски більше.

 Оскільки  головка при пошуку інформації переміщається тільки упоперек диска, вона вимушена "чекати", поки диск обернеться і сектор із запрошуваними даними виявиться доступним для читання. Цей час залежить тільки від швидкості обертання диска і називається часом очікування інформації (latency) . Але необхідно розуміти, що загальний час доступу до інформації визначається часом пошуку потрібної доріжки на диску і часом позиціонування усередині цієї доріжки. Збільшення швидкості обертання диска зменшує лише останнє значення. Для зменшення часу пошуку потрібної доріжки удосконалюють привід прочитуючої головки і зменшують діаметр пластин диска. Майже всі сучасні вінчестери випускаються з пластинами діаметром 2,5 дюйма.

 Позиціонування головки взагалі є окремою вельми нетривіальною проблемою. Досить сказати, що при сучасній щільності запису доводиться враховувати навіть теплове розширення! Таким чином, збільшення швидкості обертання диска істотно утрудняє точне позиціонування головки. І в спробах збільшити швидкодію диска іноді доводиться жертвувати об'ємом, використовуючи пластини з меншою щільністю запису. Недивно, що найбільш дорогі і швидкі вінчестери, що відрізняються вищою швидкістю обертання, не використовують максимальної технологічно доступної на даний момент щільності запису. За швидкість доводиться платити.

 Так якому диску віддати перевагу? При однаковому об'ємі більшого на увагу заслуговують моделі з більшою щільністю запису, в порівнянні з моделями з великою кількістю дисків, хоч би тому, що у них вище лінійна швидкість читання/запису (великі файли читаються швидше). Швидкість доступу до інформації безпосередньо залежить від швидкості обертання пластин (швидше робота з великою кількістю дрібних файлів). Але збільшення швидкості приводить до дорожчання виробів, а іноді доводиться жертвувати і щільністю запису.  

 5.  Інтерфейси жорстких дисків

 Розвиток  інтерфейсів вінчестерів йшов двома паралельними шляхами: дешевим і дорогим. Дороге рішення полягало в створенні на платі самого вінчестера окремого інтелектуального контроллера, який би брав на себе значну частину роботи по взаємодії з вінчестером. Результатом цього підходу з'явився інтерфейс SCSI, який швидко завоював популярність на ринку серверів. Однією з переваг цього підходу була можливість підключення до комп'ютера значної для того часу кількості пристроїв, що вимагають для своєї роботи широкого каналу передачі даних.

 Просте  і дешеве рішення - перекласти значну частину операцій по введенню-виводу на центральний процесор. У цього рішення цілком очевидний недолік: зниження загальної обчислювальної потужності системи, особливо помітне при багатозадачній роботі. А в ті часи, коли процесори не були такими могутніми, це сильно обмежувало можливості, зокрема, файлових серверів. Результатом втілення в життя цього підходу з'явився широко поширений інтерфейс IDE.

 Цей інтерфейс був порівняно дешевий  і, хоча не був найпродуктивнішим, повністю витіснив інші інтерфейси з ринку дешевих і недорогих систем. Він поступово розвивався, і з часом з'явилися стандарти UDMA, істотно прискорюючі роботу вінчестерів, інтерфейси IDE стали більш інтелектуальними. А оскільки продуктивність процесорів росла швидше за продуктивність вінчестерів, то обмеження інтерфейсу IDE грали все меншу роль.

 Тим самим на сьогодні ми маємо два  типи вінчестерів: високопродуктивні SCSI і "ширвжиток" - IDE. Принципових відмінностей в будові самих вінчестерів SCSI і IDE немає, але історично склалося, що SCSI розрахований на сегмент дорогих серверних рішень, тому в середньому вони швидше і, як наслідок, істотно дорожче.

 Пропускна швидкість SCSI значно вище IDE, цілих 160 Мб/с. А IDE працює із швидкістю 33,66 і 100 Мб/с. Відповідні стандарти називаються ATA/33, ATA/66 і ATA/100.  

 6.  Зовнішні жорсткі диски

 Кажучи  про інтерфейси для підключення  вінчестерів, варто пригадати і  про переносні вінчестери. В даний час існує декілька рішень для підключення зовнішніх пристроїв. По-перше, є вінчестери, що підключаються до USB-порту. Вони використовуються в основному для обміну даними з цифровими камерами і іншими мобільними пристроями. Через невисоку пропускну спроможність цієї шини подібні диски, звичайно, не зможуть порівнятися в продуктивності з внутрішніми устроями.

 Всього  більшого поширення набуває новий  інтерфейс IEEE1394, який може використовуватися не тільки для підключення жорстких дисків, але і інших пристроїв, що працюють з великими масивами даних, наприклад, відеокамер. Контроллери цього інтерфейсу іноді навіть вбудовуються в материнські плати. Його продуктивності вистачає, наприклад, для програвання відео високої якості - заявлена пропускна спроможність інтерфейсу досягає 50 Мб/с. Нагадаємо, що ще пару років назад такою швидкістю не міг похвалитися інтерфейс IDE.

 Купуючи зовнішні вінчестери, слід особливо звернути увагу на удароміцність. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Список  використаної літератури

 1. CompUnity N1(2) 1995

 2. Hard и Soft N5, Май 1995

 3. PC Magazine Russian Edition N6 1994