ЭВУ 2 семестр / Презентации ЭВУ в пдф / Магнитная запись 2

Жесткий диск: организация: Электронные компоненты

Вся электронная часть жесткого диска, за исключением микросхемы усилителя-коммутатора магнитных головок, расположена на плате электроники накопителя, образуя специализированный микрокомпьютер, состоящий из:

•управляющего микропроцессора,

•оперативной памяти,

•цифрового сигнального микропроцессора (DSP);

•и вспомогательных микросхем.

Этот микрокомпьютер работает под управлением собственного программного обеспечения (firmware) и обеспечивает управление:

1.шпиндельным двигателем,

2.позиционирование магнитных головок и их парковку,

3.управление и контроль над процессами чтения и записи информации,

4.оптимизацию доступа к информации,

5.трансляцию логических адресов (LBA) в физические (CHS),

6.анализ надежности (SMART),

7.управление энергосбережением и уровнем шума.

•Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Жесткий диск: электронные компоненты: оперативная память

Основная часть оперативной памяти, объем которой в жестких дисках достигает 32 Мбайт, используется для оптимизации доступа, а оставшаяся часть - для выполнения микропрограммы.

Иллюзия пользователя:

Многие верят в то, что увеличение размера RAM HDD очень сильно скажется на скорости его работы. Производители жестких дисков, пользуясь этой верой пользователя и снижением цен на микросхемы RAM, делают в рекламных проспектах громкие заявления об увеличении размера RAM. Однако, сравнивая практически идентичные жесткие диски, различающиеся только объемом RAM, выясняется, что ускорение работы составляет всего несколько %, т.к. увеличенный размер RAM используется в основном для улучшения технологии упреждающего чтения, эффективность которой резко падает при случайном доступе к данным.

Размер оперативной памяти жесткого диска довольно мал по сравнению с оперативной памятью компьютера, и зачастую больший вклад в производительность накопителя при операциях с файловой системой делает программный буфер ОС.

•Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Жесткий диск: Флэш-память и Firmware

Гибридные жесткие диски сочетают традиционный жесткий диск с дополнительной энергонезависимой флэш-памятью, которая играет роль буфера для хранения наиболее часто использующихся данных.

Это позволяет:

Снизить энергопотребление за счет уменьшения доступа непосредственно к магнитному диску.

Повысить надежность, т.к. HDD с запаркованными магнитными головками менее чувствителен к механическому воздействию.

Уменьшить время обычной загрузки и восстановления системы из спящего режима.

Снизить температуру и издаваемый жестким диском акустический шум.

Первой из OC, поддерживающей гибридные жесткие диски, стала Microsoft Windows Vista

•Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Жесткий диск: Флэш-память и Firmware

Небольшая часть микропрограммы (firmware) контроллера хранится в микросхеме, а оставшаяся часть хранится на магнитных дисках в специально отведенной для этого служебной области, недоступной для пользователя.

После подачи Uраб или активизации сигнала "сброс" на информационной шине микропроцессор HDD:

•перезапускает программу, записанную в микросхеме,

•выполняет Selftest,

•тестирует RAM,

•программирует микросхемы, находящиеся на внутренней шине HDD, и при отсутствии аварийной

ситуации запускает двигатель.

Затем, измеряя период следования импульсов фазных обмоток, ожидает, пока двигатель не наберет Vном вращения. После этого он выдает команду на перемещение магнитных головок на дорожку, содержащую микропрограмму, и начинает считывать серворазметку, окончательно стабилизируя скорость вращения. После считывания микропрограммы и ее последующего выполнения жесткий диск готов к приему сигналов с внешнего интерфейса компьютера.

•Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Жесткий диск: Коррекция ошибок и таймер

При записи к исходным данным добавляется избыточная информация (ECC - Error Correction Code или Error Checking and Correction), которая незначительно уменьшает реальную емкость жесткого диска, но при чтении данных позволяет обнаруживать ошибочные блоки и восстанавливать целостность информации при незначительном искажении, используя математические вычисления (например, коды Хемминга).

Практически в каждом HDD присутствует таймер, который увеличивает свое значение на единицу за определенный производителем период, что позволяет определить количество отработанных жестким диском часов, начиная с момента его производства.

Однако период таймера у разных производителей отличается. Например: "Seagate" - раз в час, "Maxtor" - раз в минуту, "Samsung" - раз в 30 секунд, "Fujitsu" - 3600 раз в час и т.д. Причем даже у одного и того же производителя и у одной и той же его модели эти значения "плавают", причем иногда весьма значительно.

Т. о., мгновенное определение количества часов, отработанных жестким диском не представляется возможным. "SMART HDD" анализирует в течение 1 часа значение таймера и на основании его частоты делает расчет количества часов, отработанных жестким диском.

•Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Жесткий диск: Производительность

Производительность дисковой системы зависит от быстродействия кинематики жесткого диска. Механические движущиеся детали пока остаются самым медленным звеном в цепи передачи данных от магнитной поверхности диска в RAM компьютера.

Наиболее длительными фазами в R/W-операциях данных являются:

•Поиск дорожки и считывание нескольких сервометок для точного позиционирования магнитной головки на дорожке, содержащей требуемый сектор.

•Ожидание поворота диска на угол, необходимый для доступа к сектору идентифицированной дорожки (среднестатистически - половина оборота магнитного диска).

•Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Жесткий диск: Производительность

Скоростные характеристики жесткого диска обычно определяется двумя параметрами:

Среднее время доступа (результат деления времени, потребовавшегося для серии чтений случайного сектора, на количество считанных секторов).

Средняя скорость чтения (количество секторов, последовательно считанных с поверхности магнитного диска за определенный промежуток времени).

Однако часто используются и дополнительные параметры, позволяющие более точно определить производительность дисковой системы в целом:

Буферизированная скорость чтения (скорость обмена информацией между контроллером материнской платы и контроллером жесткого диска).

Устойчивая скорость чтения (наиболее часто повторяющаяся скорость при последовательном чтении одинаковых блоков информации).

•Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Жесткий диск: Производительность

Повышение vперемещения магнитных головок ограничивается инерционностью достаточно массивной системы позиционирования и разрушительной вибрацией, возникающей при быстрых хаотичных (несбалансированных) возвратно-поступательных движениях механических компонентов HDD.

Поэтому в эволюции HDD основным путем увеличения производительности :

стало увеличение vвращения HDD, что уменьшает tожидания сектора и увеличивает vлинейного чтения.

•Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Жесткий диск: Производительность

vлинейного чтения ↑ и при повышении ρзаписи и удаления дорожки от центра вращения магнитного диска. Использование реализованной в жестких дисках технологии управления акустическим шумом (AAM) позволяет управлять скоростью позиционирования магнитных головок, т.е. регулировать среднее tдоступа.

Переключение на другую дорожку в пределах одного цилиндра занимает ~1 ms.

Это время складывается из ничтожно малого tпереключения головок, производящегося электроникой hdd , и

tпозиционирования головки.

•Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Жесткий диск: Производительность

Дорожки в цилиндре в силу погрешностей изготовления находятся не строго друг под другом, а с некоторым разбросом. Для того, чтобы установить головку точно на дорожку, требуется считать определенное количество сервометок, а на это уходит tдополнительное. Однако за 1ms шпиндель накопителя с частотой вращения 7200 об/мин успевает повернуться почти на 1/8 оборота. Поэтому первый сектор следующей дорожки в цилиндре смещен относительно предыдущей примерно на 45 градусов, что позволяет избежать "холостого" оборота магнитного диска.

Переход к соседнему цилиндру также требует t ~ 2-4 ms. С учетом этого первый сектор первой дорожки следующего цилиндра сдвинут относительно последнего сектора последней дорожки предыдущего цилиндра. Это позволяет снизить потери времени на ожидание того момента, когда нужный сектор окажется под головкой в режиме непрерывного чтения файлов. Наиболее эффективным с точки зрения скорости чтения является линейное расположение секторов, принадлежащих одному файлу, поэтому необходимо периодически делать дефрагментацию файловой системы, чтобы полностью реализовать заложенный в накопителе потенциал.

•Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov