Інструкція

Застосуйте як інструмент звичайний файл-менеджер вашої операційної системи, якщо оптичний диск використовується для резервного копіювання або перенесення файлів. У цьому випадку структура зберігання та формати файлів на ньому не мають жодних особливостей. У Windows менеджер файлів (Провідник) запускається автоматично при установці DVD у привод. Виділіть у його вікні всі потрібні об'єкти вихідного диска і натисніть клавіші Ctrl + C, щоб операційна система запам'ятала список копіюваного. Потім перейдіть на той диск і ту папку у вашому комп'ютері, куди потрібно помістити інформацію, і натисніть клавіші Ctrl + V (команда вставки). Після цього стартує процес дублювання DVD-диска.

Процедура копіювання вихідного диска не буде відрізнятися від описаної в першому кроці і в тому випадку, якщо дані на ньому записані в форматі DVD і без використання будь-якої системи захисту. Якщо захист є, то доведеться скористатися програмами, більше пристосованими до роботи з оптичними дисками, ніж звичайний файл-менеджер. Наприклад, це може бути програма Slysoft CloneDVD або Slysoft AnyDVD, DVD Mate, DVD Decrypter та ін. Послідовність дій при їх використанні різна, але загальний принцип збігається - у формах програми вам потрібно вказати вихідний диск і місце збереження інформації, а решта програми зробить самостійно.

Застосовуйте програми для створення та монтування образів дисків, якщо хочете використовувати віртуальні копії вихідного DVD, збереженого на вашому комп'ютері. Такі програми крім копіювання інформації записують у спеціальному форматі та всі подробиці її розміщення на оптичному диску, а потім можуть виконати зворотну процедуру - відтворити точну копію оригіналу віртуально або записати її на порожню DVD-болванку. Найбільш популярними програмами такого типу сьогодні є Alcohol 120%, Daemon Tools, Nero Burning ROM. При використанні цих програм загальний принцип дій також однаковий: вкажіть вихідний диск і місце збереження його образу, а інше зробить програму. Наприклад, у програмі Daemon Tools слід клацнути по кнопці «Створити образ диска», у діалозі простежити, щоб значення в полі «Привід» вказувало на потрібний DVD-привід і, якщо необхідно, змінити адресу збереження в полі «Вихідний образ». Крім того, тут можна поставити позначку в чекбоксі «Стискати дані образу», якщо є бажання заощадити трохи місця на вінчестері. Після натискання кнопки «Старт» починається сам процес, який може вимагати кількох годин – тривалість залежить від обсягу інформації на диску та швидкості її зчитування у вашому DVD-приводі.

Жорсткі диски, або, як їх ще називають, вінчестери є однією з найголовніших складових комп'ютерної системи. Про це знають усі. Але далеко не кожен сучасний користувач навіть у принципі здогадується про те, як функціонує жорсткий диск. Принцип роботи загалом для базового розуміння досить нескладний, проте тут є свої нюанси, про які далі й йтиметься.

Питання призначення та класифікації жорстких дисків?

Питання призначення, звісно, ​​риторичне. Будь-який користувач, нехай навіть самого початкового рівня, відразу відповість, що вінчестер (він же жорсткий диск, він Hard Drive або HDD) відразу відповість, що він служить для зберігання інформації.

Загалом і загалом правильно. Не варто забувати, що на жорсткому диску, крім операційної системи та файлів користувача, є створені ОС завантажувальні сектори, завдяки яким вона і стартує, а також деякі мітки, за якими на диску можна швидко знайти потрібну інформацію.

Сучасні моделі досить різноманітні: звичайні HDD, зовнішні жорсткі диски, високошвидкісні твердотільні накопичувачі SSD, хоча саме до жорстких дисків відносити і не прийнято. Далі пропонується розглянути пристрій та принцип роботи жорсткого диска, якщо не в повному обсязі, то принаймні в такому, щоб вистачило для розуміння основних термінів та процесів.

Зверніть увагу, що є й спеціальна класифікація сучасних HDD за деякими основними критеріями, серед яких можна виділити такі:

• спосіб зберігання інформації;
• тип носія;
• метод організації доступу до інформації.

Чому жорсткий диск називають вінчестером?

Сьогодні багато користувачів замислюються над тим, чому називають вінчестерами, що належать до стрілецької зброї. Здавалося б, що може бути спільного між цими двома пристроями?

Сам термін з'явився ще далекого 1973 року, коли ринку з'явився перший у світі HDD, конструкція якого складалася з двох окремих відсіків в одному герметичному контейнері. Місткість кожного відсіку становила 30 Мб, через що інженери дали диску кодову назву «30-30», що було повною мірою співзвучно з маркою популярної на той час рушниці «30-30 Winchester». Щоправда, на початку 90-х в Америці та Європі ця назва практично вийшла з вживання, проте досі залишається популярною на пострадянському просторі.

Пристрій та принцип роботи жорсткого диска

Але ми відволіклися. Принцип роботи жорсткого диска можна коротко описати як процеси зчитування або запису інформації. Але як це відбувається? Для того щоб зрозуміти принцип роботи жорсткого жорсткого диска, в першу чергу необхідно вивчити, як він влаштований.

Сам жорсткий диск є набором пластин, кількість яких може коливатися від чотирьох до дев'яти, з'єднаних між собою валом (віссю), званим шпинделем. Пластини розташовуються одна над одною. Найчастіше матеріалом їх виготовлення служать алюміній, латунь, кераміка, скло тощо. буд. Кожна така пластина за товщиною становить близько 2 мм.

За запис та читання інформації відповідають радіальні головки (по одній на кожну пластину), а в пластинах використовуються обидві поверхні. За якого може становити від 3600 до 7200 об./хв, і переміщення головок відповідають два електричні двигуни.

При цьому основний принцип роботи жорсткого диска комп'ютера полягає в тому, що інформація записується не абияк, а в строго певні локації, звані секторами, які розташовані на концентричних доріжках або треках. Щоб не було плутанини, застосовуються єдині правила. Мається на увазі, що принципи роботи накопичувачів на жорстких дисках, з погляду їхньої логічної структури, є універсальними. Так, наприклад, розмір одного сектора, прийнятий за єдиний стандарт у всьому світі, становить 512 байт. У свою чергу сектори поділяються на кластери, що є послідовністю поряд секторів, що знаходяться. І особливості принципу роботи жорсткого диска в цьому відношенні полягають у тому, що обмін інформацією якраз і виробляється цілими кластерами (цілим ланцюжком секторів).

Але як відбувається зчитування інформації? Принципи роботи накопичувача на жорстких магнітних дисках виглядають наступним чином: за допомогою спеціального кронштейна головка, що зчитує, в радіальному (спіралеподібному) напрямку переміщається на потрібну доріжку і при повороті позиціонується над заданим сектором, причому всі головки можуть переміщатися одночасно, зчитуючи однакову інформацію не тільки з різних доріг , але з різних дисків (пластин). Усі доріжки з однаковими порядковими номерами називають циліндрами.

При цьому можна виділити ще один принцип роботи жорсткого диска: чим ближче голова, що зчитує, до магнітної поверхні (але не стосується її), тим вище щільність запису.

Як здійснюється запис та читання інформації?

Жорсткі диски, або вінчестери, тому й були названі магнітними, що у них використовуються закони фізики магнетизму, сформульовані ще Фарадеєм та Максвеллом.

Як мовилося раніше, на пластини з немагниточувствительного матеріалу наноситься магнітне покриття, товщина якого становить лише кілька мікрометрів. У процесі роботи виникає магнітне поле, що має так звану доменну структуру.

Магнітний домен є строго обмеженою межами намагніченої області феросплаву. Далі принцип роботи жорсткого диска коротко можна описати так: при виникненні впливу зовнішнього магнітного поля, власне поле диска починає орієнтуватися строго вздовж магнітних ліній, а при припиненні на дисках з'являються зони залишкової намагніченості, в якій і зберігається інформація, яка раніше містилася в основному полі .

За створення зовнішнього поля при записі відповідає зчитуюча головка, а при читанні зона залишкової намагніченості, опинившись навпроти головки, створює електрорушійну силу або ЕРС. Далі все просто: зміна ЕРС відповідає одиниці в двійковому коді, а його відсутність чи припинення – нулю. Час зміни ЕРС прийнято називати бітовим елементом.

Крім того, магнітну поверхню суто з міркувань інформатики можна асоціювати як певну точкову послідовність бітів інформації. Але оскільки розташування таких точок абсолютно точно обчислити неможливо, на диску потрібно встановити якісь заздалегідь передбачені мітки, які допомогли визначити потрібну локацію. Створення таких міток називається форматуванням (приблизно, розбивка диска на доріжки та сектори, об'єднані в кластери).

Логічна структура та принцип роботи жорсткого диска з погляду форматування

Що стосується логічної організації HDD, тут на перше місце виходить саме форматування, в якому розрізняють два основні типи: низькорівневий (фізичний) і високорівневий (логічний). Без цих етапів ні про яке приведення жорсткого диска в робочий стан годі й говорити. Про те, як ініціалізувати новий вінчестер, буде сказано окремо.

Низькорівневе форматування передбачає фізичну дію на поверхню HDD, при якому створюються сектори, розташовані вздовж доріжок. Цікаво, що принцип роботи жорсткого диска такий, що кожен створений сектор має свою унікальну адресу, що включає номер самого сектора, номер доріжки, на якій він розташовується, і номер сторони пластини. Таким чином, при організації прямого доступу та ж оперативна пам'ять звертається безпосередньо за заданою адресою, а не шукає потрібну інформацію по всій поверхні, за рахунок чого досягається швидкодія (хоча це і не найголовніше). Зауважте, що при виконанні низькорівневого форматування стирається абсолютно вся інформація, і відновленню вона в більшості випадків не підлягає.

Інша справа – логічне форматування (у Windows-системах це швидке форматування або Quick format). Крім того, ці процеси застосовні і до створення логічних розділів, що становлять певну область основного жорсткого диска, що працює за тими ж принципами.

Логічне форматування, перш за все, зачіпає системну область, яка складається із завантажувального сектора та таблиць розділів (завантажувальний запис Boot record), таблиці розміщення файлів (FAT, NTFS тощо) та кореневого каталогу (Root Directory).

Запис інформації в сектори проводиться через кластер декількома частинами, причому в одному кластері не може міститися два однакові об'єкти (файли). Власне, створення логічного розділу, як би відокремлює його від основного системного розділу, внаслідок чого інформація, на ньому зберігається, при появі помилок і збоїв змін або видалення не схильна.

Основні характеристики HDD

Здається, загалом принцип роботи жорсткого диска трохи зрозумілий. Тепер перейдемо до основних характеристик, які дають повне уявлення про всі можливості (або недоліки) сучасних вінчестерів.

Принцип роботи жорсткого диска та основні характеристики можуть бути зовсім різними. Щоб зрозуміти, про що йдеться, виділимо основні параметри, якими характеризуються всі відомі на сьогодні накопичувачі інформації:

• ємність (обсяг);
• швидкодія (швидкість доступу до даних, читання та запис інформації);
• інтерфейс (спосіб підключення, тип контролера).

Місткість є загальною кількістю інформації, яка може бути записана і збережена на вінчестері. Індустрія з виробництва HDD розвивається так швидко, що сьогодні у побут увійшли вже жорсткі диски з обсягами близько 2 Тб і вище. І, як вважається, це ще не межа.

Інтерфейс - найважливіша характеристика. Вона визначає, яким саме способом пристрій підключається до материнської плати, який саме контролер використовується, як здійснюється читання та запис і т. д. Основними та найпоширенішими інтерфейсами вважаються IDE, SATA та SCSI.

Диски з IDE-інтерфейсом відрізняються невисокою вартістю, проте серед головних недоліків можна виділити обмежену кількість пристроїв, що одночасно підключаються (максимум чотири) і невисоку швидкість передачі даних (причому навіть за умови підтримки прямого доступу до пам'яті Ultra DMA або протоколів Ultra ATA (Mode 2 і Mode) 4) Хоча, як вважається, їх застосування дозволяє підвищити швидкість читання/запису до рівня 16 Мб/с, але в реальності швидкість набагато нижча. комплект із материнською платою.

Говорячи про те, що являє собою принцип роботи жорсткого диска та характеристики, не можна обминути стороною і який є спадкоємцем версії IDE ATA. Перевага цієї технології полягає в тому, що швидкість читання/запису можна підвищити до 100 Мб/с за рахунок використання високошвидкісної шини Fireware IEEE-1394.

Нарешті, інтерфейс SCSI в порівнянні з двома попередніми є найбільш гнучким і найшвидшим (швидкість запису/читання досягає 160 Мб/с і вище). Але й коштують такі вінчестери практично вдвічі дорожчі. Зате кількість пристроїв зберігання інформації, що одночасно підключаються, складає від семи до п'ятнадцяти, підключення можна здійснювати без знеструмлення комп'ютера, а довжина кабелю може становити близько 15-30 метрів. Власне, цей тип HDD здебільшого застосовується не в ПК, а на серверах.

Швидкодія, що характеризує швидкість передачі і пропускну здатність введення/виводу, зазвичай виражається часом передачі та обсягом переданих розташованих послідовно даних і виражається в Мб/с.

Деякі додаткові параметри

Говорячи про те, що є принципом роботи жорсткого диска і які параметри впливають на його функціонування, не можна обійти стороною і деякі додаткові характеристики, від яких може залежати швидкодія або навіть термін експлуатації пристрою.

Тут першому місці виявляється швидкість обертання, яка безпосередньо впливає час пошуку і ініціалізації (розпізнавання) потрібного сектора. Це так званий прихований час пошуку - інтервал, протягом якого необхідний сектор повертається до головки, що зчитує. Сьогодні прийнято кілька стандартів для швидкості обертання шпинделя, вираженої в обертах за хвилину з часом затримки в мілісекундах:

• 3600 - 8,33;
• 4500 - 6,67;
• 5400 - 5,56;
• 7200 - 4,17.

Неважко зауважити, що чим вища швидкість, тим менший час витрачається на пошук секторів, а у фізичному плані – на оборот диска до установки для голівки потрібної точки позиціонування пластини.

Ще один параметр – внутрішня швидкість передачі. На зовнішніх доріжках вона мінімальна, але при поступовому переході на внутрішні доріжки збільшується. Таким чином, той же процес дефрагментації, що являє собою переміщення часто використовуваних даних у найшвидші області диска, - не що інше, як перенесення їх на внутрішню доріжку з більшою швидкістю читання. Зовнішня швидкість має фіксовані значення і залежить від використовуваного інтерфейсу.

Нарешті, один з важливих моментів пов'язаний з наявністю жорсткого диска власної кеш-пам'яті або буфера. По суті принцип роботи жорсткого диска в плані використання буфера в чомусь схожий на оперативну або віртуальну пам'ять. Чим більший обсяг кеш-пам'яті (128-256 Кб), тим швидше працюватиме жорсткий диск.

Головні вимоги до HDD

Основних вимог, які здебільшого пред'являються жорстким дискам, негаразд і багато. Головне – тривалий термін служби та надійність.

Основним стандартом для більшості HDD вважається термін служби близько 5-7 років з часом напрацювання не менше ніж п'ятсот тисяч годин, але для вінчестерів високого класу цей показник становить не менше мільйона годин.

Що стосується надійності, це відповідає функція самотестування S.M.A.R.T., яка стежить за станом окремих елементів жорсткого диска, здійснюючи постійний моніторинг. За підсумками зібраних даних може формуватися навіть прогноз прогноз появи можливих несправностей надалі.

Зрозуміло, що й користувач не повинен залишатися осторонь. Так, наприклад, при роботі з HDD вкрай важливо дотримуватися оптимального температурного режиму (0 - 50 ± 10 градусів Цельсія), уникати струсів, ударів і падінь вінчестера, потрапляння в нього пилу або інших дрібних частинок і т. д. До речі, багатьом буде Цікаво дізнатися, що ті ж частинки тютюнового диму приблизно вдвічі більше відстані між головкою, що зчитує, і магнітною поверхнею вінчестера, а людського волосся - в 5-10 разів.

Питання ініціалізації у системі при заміні вінчестера

Тепер кілька слів про те, які дії потрібно вжити, якщо з якихось причин користувач змінював жорсткий диск або встановлював додатковий.

Повністю описувати цей процес не будемо, а зупинимося лише на основних етапах. Спочатку вінчестер необхідно підключити та подивитися в налаштуваннях BIOS, чи визначилося нове обладнання, в розділі адміністрування дисків зробити ініціалізацію та створити завантажувальний запис, створити простий том, присвоїти йому ідентифікатор (літеру) та виконати форматування з вибором файлової системи. Тільки після цього новий гвинт буде повністю готовий до роботи.

Висновок

Ось, власне, і все, що коротко стосується основ функціонування та характеристик сучасних вінчестерів. Принцип роботи зовнішнього жорсткого диска не розглядався принципово, оскільки він практично нічим не відрізняється від того, що використовується для стаціонарних HDD. Єдина різниця полягає лише у методі підключення додаткового накопичувача до комп'ютера чи ноутбука. Найбільш поширеним є з'єднання через USB-інтерфейс, який безпосередньо з'єднаний із материнською платою. При цьому, якщо хочете забезпечити максимальну швидкодію, краще використовувати стандарт USB 3.0 (порт усередині пофарбований у синій колір), природно, за умови, що і зовнішній HDD його підтримує.

В іншому ж, здається, багатьом хоч трохи стало зрозуміло, як функціонує жорсткий диск будь-якого типу. Можливо, вище було наведено занадто багато навіть зі шкільного курсу фізики, проте без цього повною мірою зрозуміти всі основні принципи і методи, закладені в технологіях виробництва та застосування HDD, зрозуміти не вдасться.

Зберігання інформації на жорстких дисках

Частина 1

1. Введення

Більшість користувачів, відповідаючи на питання, що знаходиться в їхньому системному блоці, також згадують вінчестер. Вінчестер – це пристрій, на якому найчастіше зберігаються Ваші дані. Існує легенда, яка пояснює, чому за жорсткими дисками повелася така химерна назва. Перший жорсткий диск, випущений в Америці на початку 70-х років, мав ємність 30 МБ інформації на кожній робочій поверхні. У той же час широко відома в тій же Америці магазинна гвинтівка О. Ф. Вінчестера мала калібр - 0,30; може гуркотів при своїй роботі перший вінчестер як автомат чи порохом від нього пахло — не знаю, але з того часу почали називати жорсткі диски вінчестерами.

У процесі роботи комп'ютера трапляються збої. Віруси, перебої енергопостачання, програмні помилки — все це може спричинити пошкодження інформації, що зберігається на жорсткому диску. Пошкодження інформації далеко не завжди означає її втрату, тому корисно знати про те, як вона зберігається на жорсткому диску, бо тоді її можна відновити. Тоді, наприклад, у разі пошкодження вірусом завантажувальної області, не обов'язково форматувати весь диск (!), а, відновивши пошкоджене місце, продовжити нормальну роботу зі збереженням всіх своїх безцінних даних.

З одного боку, в процесі написання цієї статті я ставив собі завдання розповісти Вам:

1. про засади запису інформації на жорсткий диск;
2. про розміщення та завантаження операційної системи;
3. про те, як грамотно розділити Ваш новий вінчестер на розділи з метою використання декількох операційних систем.

З іншого боку, я хочу підготувати читача до другої статті, в якій я розповім про програми, які називають boot manager-ами. Для того щоб розуміти, як працюють ці програми, потрібно мати базові знання про такі речі як MBR, Partitions і т.д.

Досить загальних слів - приступимо.

2. Пристрій жорсткого диска

Жорсткий диск (НDD - Hard Disk Drive) влаштований наступним чином: на шпинделі, з'єднаним з електромотором, розташований блок з декількох дисків (млинців), над поверхнею яких знаходяться головки для читання/запису інформації. Форма голівок надається у вигляді крила і кріпляться вони на серпоподібний повідець. Під час роботи вони «літають» над поверхнею дисків у повітряному потоці, що створюється при обертанні цих дисків. Вочевидь, що підйомна сила залежить від тиску повітря на головки. Воно ж, своєю чергою, залежить від зовнішнього атмосферного тиску. Тому деякі виробники вказують у специфікації на свої пристрої граничну стелю експлуатації (наприклад, 3000 м). Ну, чим не літак? Диск розбитий на доріжки (або треки), які у свою чергу поділені на сектори. Дві доріжки, що рівно віддалені від центру, але розташовані по різні боки диска, називаються циліндрами.

3. Зберігання інформації

Жорсткий диск, як і будь-який інший блоковий пристрій, зберігає інформацію фіксованими порціями, які називаються блоками. Блок є найменшою порцією даних, що має унікальну адресу на жорсткому диску. Для того, щоб прочитати або записати потрібну інформацію в потрібне місце, необхідно представити адресу блоку як параметр команди, що видається контролеру жорсткого диска. Розмір блоку вже досить з давніх-давен є стандартним для всіх жорстких дисків - 512 байт.

На жаль, досить часто відбувається плутанина між такими поняттями як «сектор», «кластер» та «блок». Фактично, між «блоком» та «сектором» різниці немає. Щоправда, одне поняття логічне, а друге — топологічне. "Кластер" - це кілька секторів, що розглядаються операційною системою як одне ціле. Чому не відмовилися від простої роботи із секторами? Відповім. Перехід до кластерів стався тому, що розмір таблиці FAT було обмежено, а розмір диска збільшувався. У разі FAT16 для диска об'ємом 512 МБ кластер становитиме 8 КБ, до 1 ГБ – 16 КБ, до 2 ГБ – 32 КБ тощо.

Щоб однозначно адресувати блок даних, необхідно вказати всі три числа (номер циліндра, номер сектора на доріжці, номер головки). Такий спосіб адресації диска був поширений і отримав згодом позначення абревіатурою CHS (cylinder, head, sector). Саме цей спосіб був спочатку реалізований у BIOS, тому згодом виникли обмеження, пов'язані з ним. Справа в тому, що BIOS визначив розрядну сітку адрес на 63 сектори, 1024 циліндри та 255 головок. Однак розвиток жорстких дисків на той час обмежився використанням лише 16 головок у зв'язку із складністю виготовлення. Звідси з'явилося перше обмеження максимально допустиму для адресації ємність жорсткого диска: 1024×16×63×512 = 504 МБ.

Згодом, виробники стали робити HDD більшого розміру. Відповідно кількість циліндрів на них перевищила 1024, максимально допустиме число циліндрів (з точки зору старих BIOS). Однак, адресована частина диска продовжувала дорівнювати 504 Мбайт, за умови, що звернення до диска велося засобами BIOS. Це обмеження з часом було знято запровадженням так званого механізму трансляції адрес, про який трохи нижче.

Проблеми, що виникли з обмеженістю BIOS щодо фізичної геометрії дисків, призвели врешті-решт до появи нового способу адресації блоків на диску. Цей метод досить простий. Блоки на диску описуються одним параметром – лінійною адресою блоку. Адресація диска лінійно отримала абревіатуру LBA (logical block addressing). Лінійна адреса блоку однозначно пов'язана з його CHS адресою:

lba = (cyl * HEADS + head) * SECTORS + (sector-1);

Суть цього методу полягає в тому, що якщо в наведеній вище формулі збільшити параметр HEADS, то потрібно менше циліндрів, щоб адресувати ту ж саму кількість блоків диска. Але зате потрібно головок.Однак головок-то якраз використовувалося всього 16 з 255. Тому BIOS"и стали переводити надлишкові циліндри в головки, зменшуючи число одних і збільшуючи число інших. Це дозволило їм використовувати розрядну сітку головок повністю. Це відсунуло межу адресованого BIOS"ом дискового простору до 8 ГБ.

Не можна не сказати кілька слів і про Large Mode. Цей режим роботи призначений для жорстких дисків об'ємом до 1 ГБ. У Large Mode кількість логічних головок збільшується до 32, а кількість логічних циліндрів зменшується вдвічі. При цьому звернення до логічних головок 0..F транслюються у парні фізичні циліндри, а звернення до головок 10..F - у непарні. Вінчестер, розмічений у режимі LBA, несумісний із режимом Large, і навпаки.

Подальше збільшення об'ємів диска, що адресуються, з використанням колишніх сервісів BIOS стало принципово неможливим. Справді, всі параметри задіяні за максимальною «планкою» (63 сектори, 1024 циліндри та 255 головок). Тоді було розроблено новий розширений інтерфейс BIOS, що враховує можливість великих адрес блоків. Однак цей інтерфейс вже не сумісний із колишнім, внаслідок чого старі операційні системи, такі як DOS, які користуються старими інтерфейсами BIOS, не змогли і не зможуть переступити межі 8GB. Практично всі сучасні системи вже не користуються BIOS, а використовують власні драйвера для роботи з дисками. Тому дане обмеження на них не поширюється. Але слід розуміти, що перш ніж система зможе використовувати власний драйвер, вона повинна як мінімум його завантажити. На етапі початкового завантаження будь-яка система змушена користуватися BIOS"ом. Це і викликає обмеження на розміщення багатьох систем за межами 8GB, вони не можуть звідти завантажуватись, але можуть читати та писати інформацію (наприклад, DOS який працює з диском через BIOS).

4. Розділи, або Partitions

Звернемося до розміщення операційних систем на жорстких дисках. Для організації систем дисковий адресний простір блоків поділяється на частини, які називаються розділами (partitions). Розділи повністю подібні до цілого диска в тому, що вони складаються з суміжних блоків. Завдяки такій організації для опису розділу достатньо вказівки початку розділу та його довжини у блоках. Жорсткий диск може містити чотири первинні розділи.

Під час завантаження комп'ютера, BIOS завантажує перший сектор головного розділу (завантажувальний сектор) за адресою 0000h:7C00h та передає йому керування. На початку цього сектора розташований завантажувач (завантажувальний код), який прочитує таблицю розділів і визначає розділ, що завантажується (активний). А далі все повторюється. Тобто він завантажує завантажувальний сектор цього розділу на цю адресу і знову передає йому управління.

Розділи є контейнерами всього вмісту. Цим вмістом, як правило, є файлова система. Під файловою системою з погляду диска розуміється система розмітки блоків зберігання файлів. Після того, як на розділі створено файлову систему і в ній розміщено файли операційної системи, розділ може стати завантаженим. Завантажуваний розділ має у своєму першому блоці невелику програму, яка здійснює завантаження операційної системи. Однак для завантаження певної системи потрібно запустити її завантажувальну програму з першого блоку. Про те, як це відбувається, буде розказано трохи нижче.

Розділи із файловими системами не повинні перетинатися. Це пов'язано з тим, що дві різні файлові системи мають кожна своє уявлення про розміщення файлів, але коли це розміщення припадає на те саме фізичне місце на диску, між файловими системами виникає конфлікт. Цей конфлікт виникає не відразу, а лише в міру того, як файли починають розміщуватися там диска, де розділи перетинаються. Тому слід уважно ставитись до розділення диска на розділи.

Саме по собі перетин розділів не є небезпечним. Небезпечно саме розміщення декількох файлових систем на розділах, що перетинаються. Розмітка диска на розділи ще не означає створення файлових систем. Однак, вже сама спроба створення порожньої файлової системи (тобто форматування), на одному з розділів, що перетинаються, може призвести до виникнення помилок у файловій системі іншого розділу. Все сказане відноситься однаково до всіх операційних систем, а не тільки найпопулярніших.

Диск розбивається на розділи програмним шляхом. Тобто Ви можете створити довільну конфігурацію розділів. Інформація про розбиття диска зберігається в першому блоці жорсткого диска, що називається головним завантажувальним записом (Master Boot Record (MBR)).

5. MBR

MBR є основним засобом завантаження з жорсткого диска, що підтримується BIOS. Для наочності представимо вміст завантажувальної області у вигляді схеми:

Все те, що знаходиться по зміщенню 01BEh-01FDh, називається таблицею розділів. Ви бачите, що в ній чотири розділи. Лише один із чотирьох розділів має право бути поміченим як активний, що означатиме, що програма завантаження має завантажити на згадку перший сектор саме цього розділу та передати туди керування. Останні два байти MBR мають містити число 0xAA55. Наявність цієї сигнатури BIOS перевіряє, що перший блок був завантажений успішно. Сигнатуру цю обрано не випадково. Її успішна перевірка дозволяє встановити, що всі лінії даних можуть передавати і нулі, і одиниці.

Програма завантаження переглядає таблицю розділів, вибирає їх активний, завантажує перший блок цього розділу і передає туди управління.

Давайте подивимося як влаштований дескриптор розділу:

* 0001h-0003h початок розділу
** 0005h-0007h кінець розділу

З погляду розділів диска найбільш популярною донедавна була і залишається MS-DOS. Вона забирає у своє користування два з чотирьох розділів: Primary DOS partition, Extended DOS partition. Перший (primary) це звичайний досовий диск C:. Другий – це контейнер логічних дисків. Вони всі бовтаються там у вигляді ланцюжка підрозділів, які так і називаються: D:, E:, ... Логічні диски можуть мати і сторонні файлові системи, відмінні від файлової системи DOS. Однак, як правило, стороння файлова система пов'язана присутністю ще однієї операційної системи, яку, взагалі кажучи, слід було б помістити у свій власний розділ (не extended DOS), але для таких витівок часто виявляється занадто маленькою таблиця розділів.

Зазначимо ще одну важливу обставину. Коли на чистий жорсткий диск встановлюється DOS, при завантаженні немає жодних альтернатив у виборі операційних систем. Тому завантажувач виглядає дуже примітивно, йому не треба запитувати у користувача, яку систему той хоче завантажити. З бажанням мати відразу кілька систем виникає потреба заводити програму, що дозволяє вибирати систему для завантаження.

6. Висновок

Я сподіваюся, що зміг досить зрозуміло і детально подати базову інформацію про пристрій жорсткого диска, MBR і PT. На мій погляд, такого набору знань цілком достатньо для дрібного ремонту сховища інформації. У наступній статті я розповім Вам про програми, які звуться Boot Manager, та принципи їх роботи.

Дуже дякую за допомогу Володимиру Дашевському

Лекція №5: Накопичувачі інформації

План

1. Жорсткі диски
2. Твердотільні накопичувачі

1. Жорсткі диски

Історична довідка

У результаті розвитку жорстких дисків змінилося шість типорозмірів – форм-факторов.

Малюнок 1. Типорозміри HDD

1956 - жорсткий диск IBM 350 у складі першого серійного комп'ютера IBM 305 RAMAC. Накопичувач займав ящик розміром з великий холодильник і мав вагу 971 кг, а загальний обсяг пам'яті 50 тонких дисків, що оберталися в ньому покритих чистим залізом, діаметром 610 мм становив близько 5 мільйонів 6-бітних байт (3,5 Мб у перерахунку на 8-бітні байти). .
1980 - перший 5,25-дюймовий Winchester, Shugart ST-506, 5 Мб.
1981 - 5,25-дюймовий Shugart ST-412, 10 Мб.
1986 - стандарти SCSI, ATA (IDE).
1991 - максимальна ємність 100 Мб.
1995 рік - максимальна ємність 2 Гб.
1997 - максимальна ємність 10 Гб.
1998 рік – стандарти UDMA/33 та ATAPI.
1999 - IBM випускає Microdrive ємністю 170 і 340 Мб.
2002 рік – стандарт ATA/ATAPI-6 та накопичувачі ємністю понад 137 Гб.
2003 - поява SATA.
2005 рік - максимальна ємність 500 Гб.
– стандарт Serial ATA 3G (або SATA II), поява SAS (Serial Attached SCSI).
2006 - застосування перпендикулярного методу запису в комерційних накопичувачах.
- Поява перших «гібридних» жорстких дисків, що містять блок флеш-пам'яті.
2007 - Hitachi представляє перший комерційний накопичувач ємністю 1 Тб.
2009 - на основі 500-гігабайтних пластин Western Digital, потім Seagate Technology LLC випустили моделі ємністю 2 Тб.
– Western Digital оголосила про створення 2,5-дюймових HDD об'ємом 1 Тб (щільність запису – 333 Гб на одній пластині)
- Поява стандарту SATA 3.0 (SATA 6G).
2010 рік – компанія Seagate розпочинає розробку HDD обсягом 3ТБ.

Визначення та пристрій HDD
Накопичувач на жорстких магнітних дисках або НЖМД(англ. HardDiskDrive,HDD), жорсткий диск, вінчестер, у комп'ютерному сленгу «гвинт», хард, хард диск– пристрій зберігання інформації, що ґрунтується на принципі магнітного запису. Є основним накопичувачем даних у більшості комп'ютерів.

Принципово HDD складається з наступних основних блоків:
Блок електроніки включає контакти і мікросхему, на якій розташовані: контролер управління HDD, роз'єми живлення, блок перемичок, роз'єм для шлейфів (інтерфейс підключення).
Механічний блок складається з магнітних пластин, шпинделя, коромисла, осей обертання коромисла, сервоприводу коромисла, головок читання та запису.
Корпус– це конструкція, в якій розташовані всі елементи HDD.

Малюнок 2. Схема HDD

Малюнок 3. Пристрій HDD

Принципи зберігання інформації на HDD
Інформація в НЖМД записується на жорсткі (алюмінієві, керамічні або скляні) пластини, вкриті шаром феромагнітного матеріалу (оксид заліза), найчастіше двоокису хрому. У НЖМД використовується від однієї до кількох пластин однієї осі.
Дані зберігаються на пластинах у вигляді концентричних доріжок, кожна з яких розділена на сектори по 512 байт, що складаються з горизонтально орієнтованих доменів. Орієнтація доменів у магнітному шарі служить для розпізнавання бінарної інформації (0 або 1). Розмір доменів визначає щільність запису даних з метою адресації простору поверхні пластин диска, які діляться на доріжки- Концентричні кільцеві області. Кожна доріжка поділяється на рівні відрізки – сектори.

Циліндр- сукупність доріжок, що рівно віддаляються від центру, на всіх робочих поверхнях пластин жорсткого диска. Номер голівкизадає робочу поверхню, що використовується (тобто конкретну доріжку з циліндра), а номер сектора- Конкретний сектор на доріжці.

Організація зчитування/запису даних відбувається завдяки голівкам читання/запису (ГЧЗ). У робочому режимі ГЧЗ не торкаються поверхні пластин завдяки прошарку потоку повітря, що набігає, що утворюється біля поверхні при швидкому обертанні. Відстань між головкою та диском становить кілька нанометрів (у сучасних дисках близько 10 нм). Відсутність механічного контакту забезпечує тривалий термін служби пристрою. При відсутності обертання дисків головки знаходяться біля шпинделя або поза диском у безпечній зоні (зона паркування), де виключено їхній нештатний контакт з поверхнею дисків.

4. Організація пластин HDD.

Режими адресації

Існує 2 основних способи адресації секторів на диску: циліндр-головка-сектор(англ. cylinder— head— sector, CHS) та лінійна адресація блоків(англ. linear block addressing, LBA).

CHS
При цьому способі сектор адресується за його фізичним положенням на диску 3 координатами - номером циліндра, номером головкиі номером сектора. У сучасних дисках із вбудованими контролерами ці координати вже не відповідають фізичному положенню сектора на диску та є «логічними координатами»
Адресація CHS передбачає, що всі доріжки у заданій зоні диска мають однакову кількість секторів. Щоб використовувати адресацію CHS, потрібно знати геометріювикористовуваного диска: загальна кількість циліндрів, головок та секторів у ньому. Спочатку цю інформацію потрібно задавати вручну; у стандарті ATA – було введено функцію авто визначення геометрії (команда Identify Drive).

LBA
При цьому способі адреса блоків даних на носії задається за допомогою лінійної лінійної адреси. LBA-адресація почала впроваджуватися та використовуватися у 1994 році спільно зі стандартом EIDE (Extended IDE). Стандарти ATA вимагають однозначної відповідності між режимами CHS та LBA:
LBA = [ (Cylinder * no of heads + heads) * sectors/track ] + (Sector-1)
Метод LBA відповідає Sector Mapping для SCSI. BIOS SCSI-контролера виконує ці завдання автоматично, тобто для SCSI-інтерфейсу метод логічної адресації характерний спочатку.
Характеристики HDD

В даний час виділяють такі характеристики HDD:

Інтерфейс(англ. interface) - сукупність ліній зв'язку, сигналів, що посилаються цими лініями, технічних засобів, що підтримують ці лінії правил (протоколу) обміну.
Жорсткі диски, що серійно випускаються, можуть використовувати інтерфейси:

Ємність(англ. capacity) – кількість даних, які можуть зберігатися накопичувачем. З моменту створення перших жорстких дисків в результаті безперервного вдосконалення технології запису даних, їх максимально можлива ємність безперервно збільшується. Місткість сучасних жорстких дисків (з форм-фактором 3.5 дюйма) на початок 2010р. досягає 2000 Гб (2 Терабайти). Проте, компанія Seagate підтвердила розробку HDD з обсягом 3ТБ.

Примітка: на відміну від прийнятої в інформатиці системи приставок, що позначають кратну 1024 величину (див. двійкові приставки), виробниками при позначенні ємності жорстких дисків використовуються величини, кратні 1000. Так, ємність жорсткого диска, маркованого як «200 ГБ 2 ГБ.

Фізичний розмір (форм-фактор) (англ. dimension). Майже всі сучасні (2001-2008 роки) накопичувачі для персональних комп'ютерів та серверів мають ширину або 3.5 або 2.5 дюйми - під розмір стандартних кріплень для них відповідно в настільних комп'ютерах і ноутбуках. Також набули поширення формати 1.8 дюйма, 1.3 дюйма, 1 дюйм та 0.85 дюйма. Припинено виробництво накопичувачів у форм-факторах 8 та 5.25 дюймів.

Час довільного доступу (англ. random access time) – час, за який вінчестер гарантовано виконає операцію читання або запису на будь-якій ділянці магнітного диска. Діапазон цього параметра невеликий – від 2,5 до 16 мс. Як правило, мінімальний час мають серверні диски (наприклад, у Hitachi Ultrastar 15K147 - 3,7 мс), найбільшим з актуальних - диски для портативних пристроїв (Seagate Momentus 5400.3 - 12,5).

Швидкість обертання шпинделя (англ. spindle Speed) - кількість обертів шпинделя за хвилину. Від цього параметра значною мірою залежить час доступу і середня швидкість передачі. В даний час випускаються вінчестери з наступними стандартними швидкостями обертання: 4200, 5400 та 7200 (ноутбуки), 5400, 7200 та 10 000 (персональні комп'ютери), 10 000 та 15 000 об/хв (сервери та високо)

Надійність(англ. reliability) - визначається як середній час напрацювання на відмову ( MTBF). Також переважна більшість сучасних дисків підтримує технологію S.M.A.R.T.

Кількість операцій введення-виведення на секунду - У сучасних дисків це близько 50 оп./с при довільному доступі до накопичувача та близько 100 оп./сек при послідовному доступі.

Споживання енергії - Важливий фактор для мобільних пристроїв.

Рівень шуму- Шум, який виробляє механіка накопичувача при його роботі. Вказується у децибелах. Тихими накопичувачами є пристрої з рівнем шуму близько 26 дБ і нижче. Шум складається з шуму обертання шпинделя (у тому числі аеродинамічного) та шуму позиціонування.

Опірність ударам (англ. G— shock rating) - опір накопичувача різким стрибкам тиску або ударам, вимірюється в одиницях допустимого навантаження у включеному та вимкненому стані.

Швидкість передачі даних (англ. Transfer Rate) при послідовному доступі:

• внутрішня зона диска: від 44,2 до 74,5 Мб/с;
• Зовнішня зона диска: від 60,0 до 111,4 Мб/с.

Об'єм буфера- буфером називається проміжна пам'ять, призначена для згладжування відмінностей швидкості читання/запису та передачі за інтерфейсом. У дисках 2009 року він зазвичай варіюється від 8 до 64 Мб.

Щільність запису на пластині (поверхнева густина) залежить від відстані між доріжками (поперечна щільність) та мінімального розміру магнітного домену (подовжня щільність). Узагальнюючим критерієм є щільність запису на одиницю площі диска або ємність пластини. Чим вище щільність запису, тим більше швидкість обміну даними між головками та буфером (внутрішня швидкість передачі). Поступово резерви зростання, зумовлені зазначеним вище технологічним стрибком, пішли на спад. До 2003 року типова ємність пластин жорстких дисків досягла 80 Гбайт. У 2004 р. з'явилися диски з пластинами ємністю 100 Мбайт, у 2005 р. - 133 Мбайт, у 2009 - 333ГБ

Мінімальною адресованою областю даних на жорсткому диску є сектор. Обсяг сектора зазвичай дорівнює 512 байт. 2006 року IDEMA оголосила про перехід на розмір сектора 4096 байт, який планується завершити до 2010 року.

В остаточній версії Windows Vista, що вийшла в 2007 році, є обмежена підтримка дисків з таким розміром сектора.

Технології запису даних на жорсткі диски

Принцип роботи жорстких дисків нагадує роботу магнітофонів. Робоча поверхня диска рухається щодо зчитувальної головки (наприклад, у вигляді котушки індуктивності із зазором у магнітопроводі). При подачі змінного електричного струму (при записі) на котушку головки, змінне магнітне поле, що виникає, із зазору головки впливає на феромагнетик поверхні диска і змінює напрям вектора намагніченості доменів в залежності від величини сигналу. При зчитуванні переміщення доменів біля зазору головки призводить до зміни магнітного потоку в магнітопроводі головки, що призводить до виникнення змінного електричного сигналу в котушці через ефект електромагнітної індукції.

Останнім часом для зчитування застосовують магніторезистивний ефект та використовують у дисках магніторезистивні головки. Вони зміна магнітного поля призводить до зміни опору, залежно від зміни напруженості магнітного поля. Подібні голівки дозволяють збільшити ймовірність достовірності зчитування інформації (особливо за великих щільностей запису інформації).

Метод паралельного запису
Біти інформації записуються за допомогою маленької головки, яка, проходячи над поверхнею диска, що обертається, намагнічує мільярди горизонтальних дискретних областей - доменів. Кожна з цих областей є логічним нулем або одиницею залежно від намагніченості.

Максимально досяжна під час використання даного методу щільність запису становить близько 23 Гбіт/см². В даний час відбувається поступове витіснення цього методу методом перпендикулярного запису.

Метод перпендикулярного запису
Метод перпендикулярного запису - це технологія, коли біти інформації зберігаються у вертикальних доменах. Це дозволяє використовувати сильніші магнітні поля і знизити площу матеріалу, необхідну для запису 1 біта. Щільність запису у сучасних зразків - 60 Гбіт/см². Жорсткі диски з перпендикулярним записом доступні на ринку з 2005 року.

Метод теплового магнітного запису
Метод теплового магнітного запису (англ. Heat-assistedmagneticrecording,HAMR) на даний момент найперспективніший з існуючих, зараз він активно розробляється. При використанні цього методу використовується точковий підігрів диска, який дозволяє голівці намагнічувати дуже дрібні області поверхні. Після того, як диск охолоджується, намагніченість закріплюється. На ринку ЖД даного типу поки не представлені (на 2009 рік), є лише експериментальні зразки, густина запису яких 150 Гбіт/см². Розробка HAMR-технологій ведеться вже досить давно, проте експерти досі розходяться в оцінках максимальної густини запису. Так, компанія Hitachi називає межу 2,3-3,1 Тбіт/см², а представники Seagate Technology припускають, що вони зможуть довести щільність запису HAMR-носії до 7,75 Тбіт/см². Широкого поширення цієї технології слід очікувати у 2011-2012 роках.

Технологія RAID

RAID (англ. redundant array of independent/inexpensive disks) надлишковий масив незалежних/недорогих жорстких дисків - матриця з кількох дисків керованих контролером, взаємопов'язаних швидкісними каналами і як єдине ціле. Залежно від типу використовуваного масиву може забезпечувати різні ступені відмовостійкості та швидкодії. Служить для підвищення надійності зберігання даних та/або підвищення швидкості читання/запису інформації (RAID 0).

RAID 0

RAID 0 («Striping») є дисковим масивом з 2 або більше дисків, в якому інформація розбита на блоки А n і послідовно записана на жорсткі диски. Відповідно інформація записується та читається одночасно, що збільшує швидкість.

Малюнок 5. Схема RAID 0

На жаль, при відмові одного з дисків інформація незворотно втрачається, тому застосовується або в домашніх умовах, або для зберігання файлу підкачки, своп файлу.

RAID 1

RAID 1 (Mirroring - "дзеркалювання"). У разі один диск повністю повторює інший, що гарантує працездатність при поломці одного диска, але обсяг корисного простору зменшується вдвічі. Оскільки диски купуються одночасно, у разі бракованої партії можлива відмова обох дисків. Швидкість запису приблизно дорівнює швидкості запису однією диск, можливе читання відразу з двох дисків (якщо контролер підтримує цю функцію), що збільшує швидкість.

Малюнок 6. Схема RAID 1

Застосовується найчастіше у малих офісах під бази даних, або зберігання операційної системи.

RAID 10

RAID 10 (RAID 1+0). Поєднує принципи RAID 0 і RAID 1. При його застосуванні кожен жорсткий диск має свою «дзеркальну пару», при цьому використовується половина корисного об'єму. Працездатний поки що існує один робочий диск з кожної пари. Найбільш високі показники запису/перезапису, зіставні з RAID 5 за швидкістю читання. Застосовується для зберігання баз даних при високому навантаженні.

RAID 5

RAID 5. В даному випадку всі дані розбиваються на блоки і для кожного набору вважається контрольна сума, яка зберігається на одному з дисків - циклічно записується на всі диски масиву (поперемінно на кожен) і використовується для відновлення даних. Стійкий до втрати не більше одного диска.

Рисунок 7. Схема RAID 5

RAID 5 має високі показники читання – інформація зчитується майже з усіх дисків, але зменшену продуктивність запису – потрібно обчислювати контрольну суму. Але найкритичніша операція перезапис, оскільки вона проходить у кілька етапів:
1) Читання даних
2) Читання контрольної суми
3) Порівняння нових та старих даних
4) Запис нових даних
5) Запис нової контрольної суми
6) Застосовуються при необхідності великого обсягу та високої швидкості читання.

RAID 6

RAID 6 (ADG). Логічне продовження RAID 5. Відмінність полягає в тому, що контрольна сума обчислюється 2 рази, і, як наслідок, має більшу надійність (стійкий при поломці більше 2 дисків), і меншу продуктивність.

Малюнок 8. Схема RAID 6

Організація роботи RAID забезпечується RAID-контролерами, які можуть бути: вбудованими в материнську плату, внутрішніми (у вигляді плати) та зовнішніми.

Рисунок 9. Внутрішній RAID контролер

Два або більше дисків підключаються до контролера на сервері або зовнішня дискова полиця підключається до контролера, залежно від вибраного рівня відмовостійкості, захищає від поломки одного або більше дисків, зберігаючи працездатність.

За наявності енергонезалежного кеша та використання SAS дисків захищає від проблем, пов'язаних з перебоями електроживлення, за винятком тих випадків, коли відбувається електричне пошкодження обладнання. Але при пошкодженні сервера можлива втрата даних.

Захищає дані від:
- апаратних проблем - відмова, псування, поломка обладнання. Частково лише від відмови жорстких дисків;
- Збої електроживлення - частково, захищає дані, що зберігаються в буфері контролера в черзі на запис, але обмежений час і тільки за наявності акумулятора на контролері.

Не захищає від:
- Програмних збоїв;
- Людського фактора;
— інфраструктурних проблем (хоча всі з'єднання зазвичай знаходяться всередині сервера);
- Аварій;
- катастроф.

Основна мета застосування – захист даних від втрати при відмові жорсткого диска, так само, одна з причин впровадження – потреба у підвищеній продуктивності дискової підсистеми.

RAID контролери поставляють багато компаній: IBM, DELL, SUN, HP, Adaptec, 3ware, LSI та інші.

Зовнішній RAID масив

Малюнок 10.Зовнішній RAID масив

Початковий рівень. Диски та контролер винесені в окрему зовнішню систему. Один або кілька серверів можуть бути підключені до зовнішнього масиву різними інтерфейсами, наприклад, SAS, iSCSI, FC. Майже всі такі системи мають дублювання вентиляторів та блоків живлення, багато хто передбачає можливість встановлення дублюючого контролера. Самі собою зовнішні масиви RAID більш продуктивні і надійні в порівнянні з внутрішніми RAID контролерами і можуть розширюватися до більш ніж сотні дисків (за допомогою дискових полиць).

На даний момент у багатьох моделях є просунуті засоби моніторингу та управління як самим масивом, так і даними на ньому. Засоби контролю за станом дисків заздалегідь сповіщають про можливу відмову, більшість гідних виробників змінюють диски лише на підставі даних повідомлень до факту непрацездатності. У деяких моделей можна робити миттєві знімки – (snapshot), що дозволяє захистити дані та спрощує резервне копіювання.

Захищає дані від:
— апаратних проблем – частково за наявності дублювання всіх систем.
- Програмних збоїв - частково, деякі масиви мають функції створення миттєвих копій, що допоможе створювати множинні знімки;
- Інфраструктурних проблем - захищають за умови дублювання всіх масивів поза сервером;
- Збої електроживлення - частково, захищає дані в буфері контролера на запис за наявності акумулятора. Наявність дубльованих блоків живлення гарантує більшу надійність.

Не захищають від:
- Людського фактора;
- Аварій;
- катастроф.

Причиною впровадження є потреба у консолідації ресурсів зберігання, їх простішому управлінні, можливості одночасного доступу (наприклад, при створенні кластера), або потреба у високій продуктивності, або потреба у більшій надійності (дублювання шляхів до контролера).

Типові представники класу Xyratex 5xxx/6xxx, Dell MD3000, IBM 3XXX, HP MSA 2000.

2. Твердотільні накопичувачі

Малюнок 11. Накопичувач SSD

Твердотільний накопичувач (англ. SSD, solid-state drive) - комп'ютерний пристрій на основі мікросхем пам'яті, керовані контролером. SSD накопичувачі не містять механічних частин, що рухаються.

Розрізняють два види твердотільних накопичувачів: SSD на основі пам'яті, подібної до оперативної пам'яті комп'ютерів, і SSD на основі флеш-пам'яті.

В даний час твердотільні накопичувачі використовуються в компактних пристроях: ноутбуках, нетбуках, комунікаторах та смартфонах. Деякі відомі виробники переключилися на випуск твердотільних накопичувачів вже повністю, наприклад, копання Samsung у 2011 році продала бізнес із виробництва жорстких дисків компанії Seagate.

Існують гібридні жорсткі диски, такі пристрої поєднують в одному пристрої накопичувач на жорстких магнітних дисках (HDD) і твердотільний накопичувач щодо невеликого об'єму, як кеш (для збільшення продуктивності та терміну служби пристрою, зниження енергоспоживання). Поки що такі диски використовуються в основному в переносних пристроях (ноутбуках, стільникових телефонах тощо).

Малюнок 12. Гібридний накопичувач Seagate Momentus XT 500 GB

Малюнок 13. Гібридний накопичувач Seagate Momentus XT 500 GB

Малюнок 14. Блок електроніки гібридного накопичувача Seagate Momentus XT 500 GB

Історія розвитку

1978 - американська компанія StorageTek розробила перший напівпровідниковий накопичувач сучасного типу (заснований на RAM-пам'яті).
1982 - американська компанія Cray представила напівпровідниковий накопичувач на RAM-пам'яті для своїх суперкомп'ютерів Cray-1 зі швидкістю 100 Мбіт/с і Cray X-MP зі швидкістю 320 Мбіт/с, об'ємом 8, 16 або 32 мільйона 64 розрядних слів.
1995 - ізраїльська компанія M-Systems представила перший напівпровідниковий накопичувач на flash-пам'яті.
2008 рік – Південнокорейській компанії Mtron Storage Technology вдалося створити SSD накопичувач зі швидкістю запису 240 МБ/с та швидкістю читання 260 МБ/с, який вона продемонструвала на виставці у Сеулі. Об'єм даного накопичувача – 128 ГБ. За заявою компанії, випуск таких пристроїв розпочнеться вже 2009 року.
2009 рік - Super Talent Technology випустила SSD об'ємом 512 гігабайт. OCZ представляє SSD об'ємом 1 терабайт.

В даний час найбільш помітними компаніями, які інтенсивно розвивають SSD-напрямок у своїй діяльності, можна назвати Intel, Kingston, Samsung Electronics, SanDisk, Corsair, Renice, OCZ Technology, Crucial та ADATA. Окрім того, свій інтерес до цього ринку демонструє Toshiba.

Пристрій та функціонування

SSD накопичувачі бувають двох типів:

NAND SSD
NAND SSD - накопичувачі, побудовані на використанні енергонезалежноюпам'яті (NAND SSD), з'явилися відносно недавно зі значно нижчою вартістю (від 2 доларів США за гігабайт), і, почали впевнене завоювання ринку. Донедавна суттєво поступалися традиційним накопичувачам – жорстким дискам – у швидкості запису, але компенсували це високою швидкістю пошуку інформації (початкового позиціонування). Зараз вже випускаються твердотільні накопичувачі Flash зі швидкістю читання та запису, що в рази перевершують можливості жорстких дисків. Характеризуються відносно невеликими розмірами та низьким енергоспоживанням.

RAM SSD
RAM SSD - це накопичувачі, побудовані на використанні енергозалежноїпам'яті (така ж, яка використовується в ОЗУ ПК) характеризуються надшвидкими читанням, записом та пошуком інформації. Основним їхнім недоліком є ​​надзвичайно висока вартість (від 80 до 800 доларів США за Гігабайт). Використовуються в основному для прискорення роботи великих систем управління базами даних та потужних графічних станцій. Такі накопичувачі, як правило, оснащені акумуляторами для збереження даних при втраті живлення, а дорожчі моделі - системами резервного та/або оперативного копіювання.

Переваги і недоліки
Переваги, в порівнянні з жорсткими дисками (HDD):

• відсутність рухомих частин;
• висока швидкість читання/запису, що нерідко перевершує пропускну здатність інтерфейсу жорсткого диска (SAS/SATA II 3 Gb/s, SAS/SATA III 6 Gb/s, SCSI, Fibre Channel тощо);
• низьке енергоспоживання;
• повна відсутність шуму через відсутність рухомих частин та охолоджуючих вентиляторів;
• висока механічна стійкість;
• широкий діапазон робочих температур;
• стабільність часу зчитування файлів незалежно від їх розташування чи фрагментації;
• малі габарити та вага;
• великий модернізаційний потенціал як і самих накопичувачів і в технологій їх виробництва.
• набагато менша чутливість до зовнішніх електромагнітних полів.

Недоліки:

• Головний недолік SSD – обмежена кількість циклів перезапису. Звичайна (MLC, Multi-level cell, багаторівневі осередки пам'яті) флеш-пам'ять дозволяє записувати дані приблизно 10 000 разів. Більш дорогі види пам'яті (SLC, Single-level cell, однорівневі осередки пам'яті) – понад 100 000 разів Для боротьби з нерівномірним зношуванням застосовуються схеми балансування навантаження. Контролер зберігає інформацію про те, скільки разів які блоки перезаписувалися і за необхідності «змінює їх місцями»;
• Проблема сумісності SSD накопичувачів зі застарілими і навіть багатьма актуальними версіями ОС сімейства Microsoft Windows, які не враховують специфіку накопичувачів SSD і додатково зношують їх. Використання операційними системами механізму свопінгу (підкачування) на SSD також з великою ймовірністю зменшує термін експлуатації накопичувача;
• Ціна гігабайта SSD-накопичувачів істотно вища за ціну гігабайта HDD. До того ж, вартість SSD прямо пропорційна їх ємності, тоді як вартість традиційних жорстких дисків залежить від кількості пластин і повільніше зростає зі збільшенням обсягу накопичувача.

Microsoft Windows та комп'ютери цієї платформи з твердотілими накопичувачами.

У Windows 7 введено спеціальну оптимізацію для роботи з твердотільних накопичувачів. За наявності SSD-накопичувачів ця операційна система працює з ними інакше, ніж зі звичайними HDD-дисками. Наприклад, Windows 7 не застосовує до SSD-диску дефрагментацію, технології Superfetch та ReadyBoost та інші техніки запобіжного читання, що прискорюють завантаження програм із звичайних HDD-дисків.

Попередні версії Microsoft Windows такої спеціальної оптимізації не мають і розраховані на роботу лише зі звичайними жорсткими дисками. Тому, наприклад, деякі файлові операції Windows Vista, не відключені, можуть зменшити термін служби SSD-накопичувача. Операція дефрагментації повинна бути відключена, тому що вона практично ніяк не впливає на продуктивність SSD-носія і додатково зношує його.

Компанія ASUS ще в 2007 р. випустила нетбук EEE PC 701 із SSD-накопичувачем об'ємом 4Гб. Компанія Dell 9 вересня 2011 року заявила про першу на ринку комплектації ноутбуків Dell Precision твердотільною пам'яттю обсягами 512Гб одним накопичувачем та 1Тб двома накопичувачами для моделей комп'ютерів M4600 та M6600 відповідно. Виробник встановив ціну за один 512Гб SATA3 накопичувач на момент оголошення $1120 доларів США.

На SSD-накопичувачі працюють планшети компанії Acer – моделі Iconia Tab W500 та W501, Fujitsu Stylistic Q550 під керуванням Windows 7.

Mac OS X та комп'ютери Макінтош із твердотільними накопичувачами

Операційна система Mac OS X, починаючи з версії 10.7 (Lion), повністю здійснює TRIM-підтримку для встановленої в системі твердотільної пам'яті.

З 2010 року компанія Apple представила комп'ютери лінійки Air, що повністю комплектуються лише твердотільною пам'яттю на основі Флеш-NAND пам'яті. До 2010 р. покупець міг вибрати для цього комп'ютера звичайний жорсткий диск у комплектації, але подальший розвиток лінійки на користь максимального полегшення та зменшення корпусу комп'ютерів даної серії зажадав повної відмови від звичайних жорстких дисків на користь твердотільних накопичувачів. Об'єм комплектованої пам'яті в комп'ютерах серії Air становить від 64Гб до 512Гб. За даними JP. Morgan з моменту представлення було продано 420 000 комп'ютерів цієї серії повністю на твердотільній Флеш-NAND пам'яті.

3. Магнітні та оптичні накопичувачі

Самостійне вивчення.

Кожен із нас щодня стикається з різними комп'ютерними термінами, знання про які є поверхневими, а деякі терміни нам взагалі не знайомі. Та й навіщо щось знати про те, що нас не торкається чи не турбує. Чи не так? Відома істина: поки якесь обладнання (в т.ч. і жорсткий диск) нормально і безпроблемно функціонує, то ніхто й ніколи не забиватиме свою голову тонкощами його роботи, та це й до чого.

Але, в моменти, коли в процесі роботи будь-якого пристрою системного блоку починаються збої, або просто раптово знадобилася допомога з комп'ютером, дуже багато користувачів відразу беруть викрутку і книгу «ази комп'ютерної грамотності, або як реанімувати комп'ютер в домашніх умовах». І намагаються самостійно вирішити проблему, не вдаючись при цьому до допомоги фахівця. І найчастіше це закінчується дуже плачевно для їхнього комп'ютера.

• Поняття "жорсткий диск" або "вінчестер" та їх виникнення

Визначення та виникнення поняття "вінчестер"

Отже, темою нашої чергової статті цього разу буде така запчастина системного блоку, як жорсткий диск. Ми з вами докладно розглянемо саме значення цього поняття, коротко згадаємо історію його розвитку, і докладніше зупинимося на внутрішній будові, розберемо його основні типи, інтерфейси та подробиці його підключення. Окрім цього трохи зазирнемо в майбутнє, а може навіть майже і в сьогодення, і розповімо, що поступово приходить на зміну старим добрим гвинтам. Забігаючи наперед, скажемо, що це твердотільні накопичувачі, що працюють за принципом USB-флешок - SSD-пристрою.

Найперший у світі жорсткий диск такого типу, як ми звикли бачити його зараз і яким звикли користуватися, винайшов співробітник IBM Кеннет Хотон в 1973 році. Ця модель називалася загадковим поєднанням цифр: 30-30, так само, як калібр у всьому відомої гвинтівки Winchester. А можливо, хтось його зараз прочитав взагалі вперше.

Перейдемо до визначення: жорсткий диск (а, якщо вам зручно, то хард, вінчестер, HDD або гвинт) – це пристрій комп'ютера (або ноутбука), на який за допомогою спеціальних головок читання/запису інформація записується, зберігається і видаляється при необхідності .

"А чим же це все відрізняється від простих дискет чи CD-DVD?" - Ви просите. А вся річ у тому, що на відміну від гнучких чи оптичних носіїв, тут дані записуються на жорсткі (звідси й назва, хоча хтось може вже й здогадався сам) алюмінієві чи скляні пластини, на які нанесений тонкий шар феромагнітного матеріалу, найчастіше для цього використовується хром діоксид.

Вся поверхня таких магнітних пластин, що обертаються, розділена на доріжки і сектори по 512 байт кожен. У деяких накопичувачах є лише один такий диск. Інші містять одинадцять і більше пластин, причому інформація записується на обидві сторони кожної з них.

Внутрішня будова

Сама конструкція жорсткого диска складається не тільки з безпосередніх накопичувачів інформації, але й механізму, який зчитує ці дані. Все разом це і є головною відмінністю хардів від дискет та оптичних накопичувачів. А на відміну від оперативної пам'яті (ОЗП), яка потребує постійного живлення, вінчестер є енергонезалежним пристроєм. Його можна сміливо відключати від харчування та брати із собою куди завгодно. Дані на ньому зберігаються. Це стає особливо важливо, коли потрібно відновити інформацію.

Тепер трохи розповімо безпосередньо про внутрішню будову жорсткого диска. Сам вінчестер складається із герметичного блоку, заповненого звичайним знеспиленим повітрям під атмосферним тиском. Розкривати їх у домашніх умовах ми рекомендуємо, т.к. це може призвести до поломки пристрою. Яким би чистюлею ви не були, але пил у кімнаті знайдеться завжди і він може потрапити всередину корпусу. У професійних сервісах, що спеціалізуються на відновленні даних, є спеціально обладнана «чиста кімната», всередині якої й розтин вінчестера.

Також до складу пристрою входить плата із електронною схемою управління. Усередині блоку є механічні частини накопичувача. На шпинделі двигуна приводу обертання дисків закріплено одну або кілька магнітних пластин.

У корпусі також розташований підсилювач-комутатор магнітних головок. Сама ж магнітна головка здійснює читання або запис інформації з поверхні однієї зі сторін магнітного диска. Швидкість обертання якого сягає 15 тис. оборотів за хвилину - це щодо сучасних моделей.

При включенні живлення процесор жорсткого диска починає з того, що тестує електроніку. Якщо все гаразд, вмикається шпиндельний двигун. Після того, як досягнуто певної критичної швидкості обертання, щільність прошарку повітря, що набігає між поверхнею диска і головкою, стає достатньою, щоб подолати силу притиску головки до поверхні.

В результаті, головка читання/запису "зависає" над пластиною на крихітній відстані всього 5-10 нм. Робота голівки читання/запису схожа з принципом дії голки в грамофоні, тільки з однією відмінністю - у неї не відбувається фізичного контакту з пластиною, тоді як у грамофоні головка голки стикається з платівкою.

У моменти, коли живлення комп'ютера вимикається та диски зупиняються, головка опускається на неробочу зону поверхні пластини, так звану зону паркування. Тому не рекомендується завершувати роботу комп'ютера аварійно - просто натискаючи кнопку вимкнення або висмикуючи кабель живлення з розетки. Це може призвести до виходу з експлуатації всього HDD. Ранні моделі мали спеціальне програмне забезпечення, яке ініціювало операцію паркування головок.

У сучасних HDD виведення головки в зону паркування відбувається автоматично, коли знижується швидкість обертання нижче номінальної або коли подається команда на відключення живлення. Назад у робочу зону головки виводяться лише тоді, коли буде досягнуто номінальної швидкості обертання двигуна.

Напевно, у вашому допитливому розумі вже дозріло питання – наскільки герметичний сам блок дисків і яка ймовірність того, що туди може просочитися пил чи інші дрібні частинки? Як ми вже писали вище, вони можуть призвести до збою в роботі харда або взагалі до його поломки та втрати важливої ​​інформації.

Але не варто хвилюватись. Виробники все давно давно передбачили. Блок дисків із двигуном та головки знаходяться у спеціальному герметичному корпусі – гермоблоці (камері). Однак його вміст не повністю ізольований від навколишнього середовища, обов'язково потрібне переміщення повітря з камери назовні та навпаки.

Це потрібно, щоб вирівняти тиск усередині блоку із зовнішнім, щоб запобігти деформації корпусу. Ця рівновага досягається за допомогою спеціального пристрою, який називається барометричний фільтр. Він розміщений усередині гермоблоку.

Фільтр вміє вловлювати найдрібніші частинки, величина яких перевищує відстань між головкою читання/запису та феромагнітною поверхнею диска. Крім вищезгаданого фільтра є ще один – фільтр рециркуляції. Він уловлює частинки, які є у повітряному потоці всередині самого блоку. Вони можуть там з'являтися від обсипання магнітного запилення дисків (напевно, ви чули коли-небудь фразу, що «хард посипався»). Крім того, цей фільтр уловлює ті частинки, які "пропустив" його барометричний "колега".

Інтерфейси підключення HDD

На сьогоднішній день, щоб підключити жорсткий диск до комп'ютера, ви можете використовувати один з трьох інтерфейсів: IDE, SCSI і SATA.

Спочатку в 1986 інтерфейс IDE розроблявся тільки для підключення HDD. Потім його модифікували розширений інтерфейс ATA. В результаті до нього можна підключати не лише вінчестери, а й CD/DVD-приводи.

Інтерфейс SATA - більш швидкий, сучасний і продуктивний, ніж ATA.

У свою чергу, SCSI - високопродуктивний інтерфейс, який здатний підключати різноманітні пристрої. Сюди входять як накопичувачі інформації, а й різна периферія. Наприклад, швидші SCSI-сканери. Однак, коли з'явилася USB-шина, необхідність підключення периферії за допомогою SCSI відпала. Так що якщо вам пощастить його десь побачити, то вважайте, що вам пощастило.

Зараз давайте трохи розповімо про підключення до інтерфейсу IDE. У системі може бути два контролери (первинний і вторинний), до кожного з яких можна підключити два пристрої. Відповідно отримуємо максимум 4: первинний майстер, первинний підлеглий та вторинний майстер, вторинний підлеглий.

Після підключення пристрою до контролера слід вибрати режим його роботи. Він вибирається за допомогою установки спеціальної перемички (вона називається джампер) у певне місце у роз'ємі (поряд із роз'ємом для підключення шлейфу IDE).

При цьому слід пам'ятати, що швидше обладнання до контролера підключається першим і називається master. Друге називається slave (підпорядковане). Останньою маніпуляцією буде підключити живлення, для цього нам потрібно вибрати один із кабелів блоку живлення. Дана інформація вам знадобиться, якщо у вас дуже старий комп'ютер. Бо в сучасних потреба у подібних маніпуляціях відпала.

Через SATA підключити набагато простіше. Кабель йому має однакові роз'єми обох кінцях. SATA-диск не має перемичок, тому у вас немає необхідності вибирати режим роботи пристроїв – впорається навіть дитина. Живлення підключається за допомогою спеціального кабелю (3,3 В). Однак існує можливість підключитись через перехідник до звичайного кабелю живлення.

Дамо одну корисну пораду: якщо до вас часто приходять друзі зі своїми вінчестерами переписати нових фільмів або музики (так-так, друзі у вас настільки суворі, що носять із собою не зовнішній HDD, а звичайний внутрішній), і ви вже втомилися весь час розкручувати системний блок, рекомендуємо придбати спеціальну кишеню для жорсткого диска (він називається Mobile Rack). Вони є і з IDE, і із SATA-інтерфейсами. Щоб підключити до вашого комп'ютера ще один додатковий хард, просто вставляємо його в таку кишеню та готове.

SSD диски - новий етап у розвитку

Вже сьогодні (а можливо вже й учора) розпочався наступний етап у розвитку пристроїв-накопичувачів інформації. На зміну жорстким дискам приходить новий тип – SSD. Далі розповімо про нього детальніше.

Отже, SSD (Solid State Disk) – твердотільний накопичувач, який працює за принципом флеш-пам'яті USB. Одна з найважливіших його відмінних рис від звичайних вінчестерів та оптичних накопичувачів – у його пристрій не входить жодних рухомих деталей та механічних компонентів.

Накопичувачі даного типу, як це часто буває, спочатку розроблялися виключно для військових цілей, а також для високошвидкісних серверів, оскільки старі добрі харди для таких потреб були недостатньо швидкими і надійними.

Перерахуємо найважливіші переваги SSD:

• По-перше, запис інформації на SSD та читання з нього відбувається набагато швидше (десятки разів), ніж з HDD. Роботу звичайного вінчестера дуже гальмує рух головки читання/запису. А т.к. у SSD її немає, то й проблеми немає.
• По-друге, завдяки одночасному використанню всіх модулів пам'яті, встановлених у SSD-накопичувач, швидкість передачі даних значно вища.
• По-третє, не такі сприйнятливі до ударів. У той час як жорсткі накопичувачі можуть втратити при ударі частину даних або взагалі вийти з ладу, що і трапляється найчастіше - будьте обережні!
• По-четверте, споживають менше енергії, що робить їх зручними у використанні у пристроях, що працюють від акумуляторів – ноутбуках, нетбуках, ультрабуках.
• По-п'яте, даний тип накопичувачів при роботі практично не робить ніякого шуму, тоді як при роботі хардів ми чуємо обертання дисків та рух головки. А коли вони виходять з ладу, то і взагалі сильний тріск чи стукіт головок.

Але не приховуватимемо: мабуть, є два недоліки SSD - 1) за його певну ємність ви заплатите значно дорожче, ніж за жорсткий диск ідентичного обсягу пам'яті (різниця буде в кілька разів, хоча з кожним роком стає все менше і менше); 2) SSD мають відносно невелику обмежену кількість циклів читання/запису (тобто спочатку обмежений термін служби).

Отже, ми з вами познайомилися з поняттям "жорсткий диск", розглянули його будову, принцип роботи та особливості різних інтерфейсів підключення. Сподіваємося, запропонована інформація виявилася нескладною для сприйняття, а головне корисною.

Якщо у вас виникли труднощі з вибором, якщо не можете визначити, який тип жорстких дисків підтримує ваша материнська плата, який інтерфейс підходить або який обсяг HDD більше відповідатиме вашим потребам, то ви завжди можете звернутися за допомогою до комп'ютерного сервісу Комполайф на всій території нашого обслуговування.

Наші фахівці допоможуть вам із вибором та заміною жорсткого диска. Крім цього, у нас ви можете замовити встановлення нового пристрою у ваш системний блок або ноутбук.

Викликати майстра