77687

Устройство жесткого диска

Реферат

Информатика, кибернетика и программирование

Накопитель на жестких магнитных дисках состоит из четырех главных элементов, каждый из которых вносит свой вклад в его общие характеристики. НЖМД состоит из собственно носителя (пакета дисковых пластин - платтеров, вращающихся наоси)

Русский

2015-02-05

376 KB

1 чел.

Устройство жесткого диска

Накопитель на жестких магнитных дисках состоит из четырех главных элементов, каждый из которых  вносит свой вклад в его общие характеристики. НЖМД состоит из собственно  носителя (пакета   дисковых   пластин - платтеров,   вращающихся   на  оси), головок чтения-записи, привода головок (позиционера «наводящего» головки на нужную дорожку) и контроллера, обеспечивающего согласованное управление  этими элементами диска и передачу данных между HDD и компьютером.

Данные хранятся на пластинах в концентрических дорожках, каждая из которых поделена секторы, содержащие данные (обычно размер сектора составляет 512 байт и коды коррекции ошибок. Количество секторов на дорожке в современных дисках варьируется в зависимости от длины дорожки, т.е. на внешних дорожках секторов больше, а на внутренних меньше (так называемый метод зонно-битовой записи — zoned bit recording). Совокупность дорожек, находящихся под головками в определенном  положении на всех пластинах диска  называется цилиндром.                                                        

Пластины представляют собой диски из алюминиевого сплава, или керамики, или стеклообразного материала (стеклянные пластины получили в последнее время широкое распространение), поверхность которых покрыта несколькими слоями магнитных и немагнитных материалов, защищенных сверху тонким слоем алмазоподобного графита.

Размеры и ориентация частиц магнитного слоя определяют вместе с размерами зазора        магнитной  головки  возможную плотность записи.  Поверхностная плотность записи имеет две составляющие — продольную (определяется размерами магнитных доменов,  представляющих каждый бит одной дорожки) и поперечную (определяется расстоянием между соседними дорожками).

Одно из последних достижений в увеличении плотности записи за счет уменьшения размеров магнитных частиц разработанное IBM покрытие с антиферромагнитной связью (AFC, AntiFerromagnetically Coupled), покрытие, неофициально называемое «пыльцой эльфовв», состоит из двух магнитных слоев, «проложенных» тончайшим1 слоем парамагнитного металла рутения. В этих слоях  вместо одиночных магнитных доменов образуются магнитные пары с противоположно направленными   векторами   намагниченности,   обеспечивающие повышенную стойкость к размагничиванию.

Пластины укреплены на шпинделе двигателя, который вращает их с весьма высокими угловыми скоростями (до 15 тыс. об./мин). С ростом поверхностной плотности  записи и скоростей вращения оказалось, что традиционные двигатели с шариковыми подшипниками не удовлетворяют возросшим требованиям по боковым биениям пластин (они возникают из-за не идеально шарообразной формы шариков подшипника), шуму и вибрациям. Поэтому им на смену в большинстве современных накопителей пришли двигатели с жидкостными динамическими   подшипниками   (FDB,   Fluid   Dynamic Bearing), в которых вместо шариков используется специальное масло.

Головка записи-чтения — ключевой элемент НЖМД. Ее чувствительность и величина магнитного зазора в большой степени определяют плотность записи накопителя. Ферритовые головки первых HDD уступили место тонкопленочным, а затем   магниторезистивным (MR)   и   супермагниторезистивным (GMR). Следующее поколение HDD, по-видимому, будет оснащаться туннельными магниторезистивными (TMR) головками.

При преобразовании получаемого головкой чтения слабого аналогового сигнала в цифровой поток в современных дисках используется метод частичного отклика—максимального правдоподобия (Partial Response Maximum  Likelihood,  PRML),  обеспечивающий   более   низкие   уровни ошибок при малых отношениях сигнал/шум.

Головка «летит» над поверхностью вращающейся пластины на расстоянии порядка 10—15 нм. Расстояние головки до магнитного слоя при этом заметно больше — до 30 нм.  Защитный слой из алмазоподобного графита наносимый   на   головку   и пластины, обладает чрезвычайно высокой прочностью и гладкостью, так что «падение»   головки   на   поверхность пластины в случае,  например,  непредвиденной остановки двигателя не приводит в современных накопителях к выходу их из строя, как это было в HDD первых

поколений.

Позиционер (actuator) - «средство доставки» головок к нужному цилиндру диска. От его скорости и точности работы зависит как время доступа к данным, так и допустимое расстояние между дорожками, т.е. в конечном счете плотность записи. В первых НЖМД приводом позиционера служил шаговый двигатель, но рост требований к скорости и точности позиционирования привел к тому, что повсеместно стал  применяться  привод на основе соленоида или   «звуковой  катушки»   (аналогичный  по  принцип, действия тому, который используется в акустически динамиках для раскачки диффузора), дополненного сервосистемой с обратной связью для точного и быстрого вывода головок в нужную позицию.

Кроме основных своих функций, позиционер в современных дисках служит еще и средством обеспечения надежности. Он должен вывести головки из зоны возможного соприкосновения с носителем в случае остановки основного двигателя,  пропадания питания и других непредвиденных ситуаций.

Контроллер управляет всеми электронными и электромеханическими компонентами накопителя и содержит все необходимые для чтения и записи данных аналоговые и цифровые схемы. Он строится, как правило, на базе специализированного процессора, оснащенного буферной памятью для промежуточного хранения данных записи-чтения, а также ПЗУ или ППЗУ со встроенным ПО.

Контроллер  вместе  с  позиционером  обеспечивают безопасность диска в случае пропадания питания или остановки двигателя, выводя головки из зоны соприкосновения (это делается за счет энергии, рекуперируемой от продолжающего вращаться по инерции двигателя). Это достигается благодаря постоянному контролю напряжений питания и скорости вращения шпинделя.   Кроме  того,   контроллер  обеспечивает  перевод диска в режим экономии энергии при отсутствии обращений к нему в течение некоторого времени  (это важно для накопителей, устанавливаемых ноутбуки, так как может заметно увеличить время их автономной  работы).   Современные  адаптивные  алгоритмы экономии энергии основываются на собираемой контроллером статистике использования диска, т.е. как «подстраиваются»  под стиль  работы  конкретного пользователя.

Одна из важнейших функций контроллера — реализация протоколов всех уровней выбранного для данной модели накопителя интерфейса связи с компьютером.

НЖМД (современное состояние и тенденции развития)

Рынок жестких дисков всегда развивался неравномерно (периоды  затишья сменяют бурный подъем). Например изготовителям удалось вдвое увеличить плотность записи на поверхности дисковых пластин 15 до 30 Гбит/дюйм2) и емкость накопителей (например в 2002г. с 75 до 160 Гбайт, а 2004 до 400-500Гб ), что автоматически снижает стоимость одного гигабайта емкости в несколько раз.

В 2003-05г.г. производителям удается повышать плотность записи  до 60-90 Гбит/дюйм2, что также влияет на увеличение емкость жестких дисков и снижение стоимости одного гигабайта. Так что уже сегодня можно построить ПК с дисковой подсистемой емкостью один терабайт.

Быстрый рост емкости жестких дисков привел к более чем десятикратной разнице в емкости младших и старших моделей от 40-80 до 300-500 Гбайт, вызвав дробление этого рынка на более мелкие секторы. Поэтому сегодня, например, уже можно говорить о секторах 3,5-дюйм накопителей малой, средней и большой емкости.

Среди конструктивных новшеств, появившихся в жестких дисках за последние годы, надо отметить увеличение скорости вращения (3,5-дюйм с 7200 до 10 000, 2,5-дюйм с 5400 до 7200 об./мин) и смены ATA дисков Serial АТА и появления новых версий SATA дисков.

Переход от параллельного дискового интерфейса EIDE, или ATA (PATA) к последовательному (Serial ATA, SATA), начался в 2002 г., когда были выпущены первые накопители с этим интерфейсом и PCI-платы контроллеров.

В 2003 г. появились первые наборы микросхем со встроенными контроллерами Serial ATA. С тех пор жесткие диски, а в последнее время и оптические накопители с этим интерфейсом все более стремительно вытесняют РАТА-диски. Согласно сделанным в начале 2004 г. прогнозам (см. рисунок), в 2006 г. этот процесс должен завершиться — РАТА-диски практически перестанут существовать.

Приближается время перехода к следующему поколению последовательного дискового интерфейса — Serial ATA II. Уже в отдельных моделях накопителей реализованы элементы этого интерфейса, такие, как алгоритм оптимизации очереди команд Native Command Queuing (NCQ). Сейчас средства NCQ предусмотрены во встроенных Serial АТА-контроллерах всех современных наборов микросхем и в накопителях последних серий основных изготовителей. Настало время следующего этапа перехода к SATA II — повышения скорости передачи информации с 1,5 до 3,0 Гбит/с, или со 150 до 300 Мбайт/с.

SATA 3Gb/s

SATA 3Gb/s — очередной шаг ко второму поколению интерфейса Serial ATA, переход к которому был изначально предусмотрен перспективным планом развития этой спецификации. Это одна из восьми факультативных новых возможностей, предложенных рабочей группой Serial ATA II и представляющих собой развитие базовой спецификации Serial ATA 1.0а. Многие изготовители жестких дисков и контроллеров поспешили назвать интерфейс своих изделий, в которых реализована скорость передачи 3 Гбит/с, SATA II. Однако Международная организация по Serial ATA (SATA 10) предупреждает, что SATA II и SATA 3Gb/s — не одно и то же2.

SATA 3Gb/s увеличивает скорость передачи данных по интерфейсному кабелю в два раза (до 300 Мбайт/с) при сохранении полной совместимости с SATA 1,5Gb/s. Стоимостные показатели при этом остаются на уровне интерфейса предыдущего поколения.

Повышение пропускной способности интерфейса до 300 Мбайт/с  необходимо для  приложений,  предъявляющих повышенные требования к производительности дисковой подсистемы, таких, как резервное копирование с диска на диск, редактирование видео, медицинская графика и др.

Несмотря на то что даже скорость интерфейса 150 Мбайт/с значительно выше внутренней скорости передачи (между носителем и кэш-буфером) всех современных дисков для настольных ПК, двукратное повышение пропускной способности интерфейса может повысить общую производительность приложений, использующих пакетный обмен большими порциями данных с кэш-буфером диска. Если данные уже находятся в кэше диска при пакетном чтении, они передаются в компьютер на полной скорости 300 Мбайт/с. Росту производительности способствует и увеличение объема кэш-буфера — в современных дисках он достигает 16 Мбайт.

Перпендикулярная запись

Еще ни один из изготовителей жестких дисков не представил моделей с перпендикулярной записью, хотя почти все они в течение 2005 г. делали заявления о выпуске в ближайшее время таких моделей. Пока наращивание емкости накопителей идет старым проверенным экстенсивным путем, т.е. путем увеличения числа пластин и соответственно головок чтения-записи. Можно предположить, что новейшие серии дисков емкостью 400-500 Гбайт — последний шаг на этом пути, поскольку дальнейший рост числа пластин ограничивается конструктивными факторами. Вероятно начало 2006 г. ознаменуется появление на рынке долгожданных «перепендикулярных» дисков с возросшей в 1,5-2 раза поверхностной плотностью записи.

Новинки от производителей HDD к началу 2006г.

Hitachi

Серия 7К500, состоящая из двух 500-Гбайт моделей со скоростью вращения 7200 об/мин и интерфейсами Serial ATA 3Gb/s с NCQ и АТА133. Пять пластин и десять головок — дань необходимости наращивать емкость без увеличения поверхностной плотности записи. Емкость кэш-буфера 8 Мбайт для РАТА-модели и 16 Мбайт для SATA-модели.

Maxtor

Серия DiamondMax 11 400- и 500-Гбайт модели со скоростью вращения 7200 об/мин и интерфейсами SATA 3Gb/s с NCQ и АТА133. 400-Гбайт модель имеет три, а 500-Гбайт — четыре пластины. Кэш-буфер для всех моделей — 16 Мбайт. DiamondMax 8s — недорогой 40-Гбайт диск для ПК начального  уровня   с   интерфейсом   SATA   1,5Gb/s  с NCQ, скоростью вращения 7200 об/мин и 2-Мбайт кэш-буфером.

Samsung

Серия SpinPoint P120 (120 Гбайт на пластину): модели - емкостью 200 и 250 Гбайт со скоростью вращения 7200 об/мин и интерфейсами SATA 3Gb/s с NCQ АТА133. Серия SpinPoint T133 модели емкостью 300 и 400 Гбайт со скоростью вращения 7200 об/мин и интересами   SATA  3Gb/s  с  NCQ  и  АТА133.   Применение туннельных магниторезистивных (TMR) головок с увеличенным на 50% по сравнению с 20% для обычных головок с гигантской магниторезистивностью (GMR) изменением сопротивления при изменении направления магнитного поля позволило довести удельную емкость до рекордных для отрасли 133 Гбайт на пластину.

Seagate

Серии Barracuda 7200.8 и 7200.8 SATA: модели со скоростью вращения 7200 об/мин, емкостью от 200 до 400 Гбайт с интерфейсами SATA 1,5Gb/s с NCQ и АТА100. Серии Barracuda 7200.9 и 7200.9 SATA: модели со скоростью вращения 7200 об/мин емкостью от 40 до 500 Гбайт с интерфейсами SATA 3Gb/s с NCQ и ATA 100. В 300-. 400- и 500-Гбайт моделях емкость кэш-буфера увеличена до 16 Мбайт.

Western Digital

Выпущена новая серия Caviar SE 16 с 16-Мбайт кэш-буфером (скорость вращения 7200 об/мин) и интерфейсом SATA. Состоит из моделей на 250 (SATA 3Gb/s) и 400 Гбайт (SATA 1.5Gb/s). Серия Caviar SE пополнилась 320- и 300-Гбайт моделями, модели емкостью 120, 160, 200 и 250 Гбайт получили интерфейс SATA 3Gb/s. В серии Caviar появились 40- и 80-Гбайт модели с интерфейсом SATA 1.5Gb/s.

Современная классификация жестких дисков

Жесткие диски делятся на классы по нескольким признакам.

1)по типу интерфейса АТА, SATA или SCSI. Интерфейс АТА предназначен для организации простых дисковых подсистем (до двух устройств на канал), значительно проще и дешевле в реализации и менее «интеллектуален». На сегодня SCSI-диски применяются в серверах и мощных рабочих станциях, АТА-диски в обычных настольных ПК, переносных компьютерах и в последнее время в цифровой бытовой электронике (например, в цифровых видеомагнитофонах или CD/МРЗ-проигрывателях). SCSI-интерфейс предназначен для организации сложных многокомпонентных дисковых подсистем; он позволяет подключить на один канал до 32 устройств, технически сложнее, дороже в реализации и «интеллектуальнее», чем АТА.

2)по типоразмеру накопителей — 3,5- или 2,5-дюйм. 3,5-дюйм SCSI-накопители, 3,5-дюйм АТА-диски применяются в настольных ПК и других стационарных устройствах, 2,5-дюйм в ноутбуках и прочих переносных системах.

3) по скорости вращения шпинделя. Быстрее всех вращаются SCSI-диски — 15 тыс., 10 тыс. и 7200 об./мин, за ними следуют 3,5-дюйм SАТА/АТА-диски — 10 тыс., 7200 и 5400 об./мин, и, наконец, 2,5-дюйм АТА-диски — 7200, 5400 и 4200 об./мин.

Жесткие SCSI-диски

Несколько лет назад все инновации в первую очередь внедрялись в SCSI- и только потом в АТА-дисках (а сейчас в SATA). Примерно в 2000-01г.г. в «отношениях» SCSI- и SATA/АТА-дисков произошел перелом и SATA/АТА-диски вышли на передний план. По темпам развития SCSI- по-прежнему значительно отстают от АТА-дисков, значительно проигрывая по плотности записи и емкостипримерно до 35 и 60 Гбит/дюйм2 и до 150 и 300 Гбайт.

В то же время SCSI-диски, конечно, быстрее. Так, SCSI-модели Seagate ST373453LW и Seagate ST3146807LW на 15 и 10 тыс. об./мин в среднем быстрее 3,5-дюйм АТА-дисков на 7200 об./мин, соответственно в 1,5 и 1,3 раза, но и стоят значительно дороже примерно в 5-10 раз в пересчете на один гигабайт емкости. Поэтому их применение оправданно только в исключительных случаях когда действительно требуется дисковая подсистема с максимально возможной производительностью (серверы и графические станции).

Интерфейс Serial ATA/150

До недавнего времени все жесткие АТА-диски оснащались параллельным АТА-интерфейсом, однако его меняет более совершенный последовательный интерфейс Serial ATA, который обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционным параллельным АТА-интерфейсом.

Во-первых, кабель Serial ATA — семижильный (два провода для передачи данных, два для приема и три провода заземления) против 40 или 80 жил у параллельных шлейфов, что упрощает конструкцию и снижает цену кабелей, облегчает монтаж проводов в корпусе ПК и улучшает охлаждение системного блока.

Во-вторых, длина кабеля Serial ATA может достигать одного метра, что позволяет без проблем размещать накопители в любом «уголке» крупногабаритного корпуса ПК и, в принципе, использовать их как внешние устройства.

В-третьих, Serial ATA обеспечивает «горячее» подключение накопителей, поэтому эти диски очень удобны для переноса данных. «Горячее» подключение накопителей также позволяет легко превратить ПК в сервер начального уровня с «горячей» заменой жестких дисков.

В-четвертых, шина Serial ATA работает быстрее. Первый вариант этого интерфейса Serial ATA 1.0 (или Serial ATA/150) обеспечивает передачу данных со скоростью до 1,5 Гбит/с (т. е. около 150 Мбайт/с), в редакции SATA 3Gb/s – до 3 Гбит/с, а в третьей редакции стандарта планируется поднять соответственно до  6 Гбит/с.

S.M.A.R.T. — «горячая» диагностика и прогнозирование работоспособности жестких дисков

Со времени своего появления в конце 1960-х гг. жесткие диски пережили не одну технологическую революцию. Принцип действия жестких дисков за это время, однако, не изменился внутри них по-прежнему заключены быстро вращающиеся дисковые пластины с магнитным покрытием и, как следствие, изнашивающиеся и «легкоранимые» механические части. Поэтому жесткие диски до сих пор остаются самыми уязвимыми компонентами современных ПК, требующими аккуратного обращения и регулярного резервного копирования их содержимого.

К счастью, за последние несколько лет изготовители жестких дисков и ПК совместными усилиями внедрили в массовую эксплуатацию средства S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology).

S.M.A.R.T. это комплекс технических средств, который позволяет заранее предсказать возможное ухудшение общей производительности жесткого диска и момент выхода его из строя.

Точнее аббревиатура S.M.A.R.T., как правило, употребляется либо для обозначения целого семейства сходных по своему назначению, но различных по практическому исполнению технических разработок для прогнозирования сбоев в работе дисков, а также сам стандарт на средства предсказания сбоев в работе жестких дисков.

Первая попытка предсказать на ходу вероятность выхода жестких дисков из строя была предпринята компанией IBM, разработавшей для этой цели технологию Predictive Failure Analysis (PFA) — первоначально она использовалась для диагностики состояния дисковой подсистемы файловых серверов, позднее распространилась на диски для ПК.

Следующей была Compaq с оригинальной разработкой Drive Failure Prediction (DFP). Compaq стала первой компанией, применившей подобные средства для диагностики жестких дисков для ПК. На сегодня к пионерам присоединились все ведущие производители жестких дисков Seagate, Western Digital, Maxtor и т. д. Каждый из них разработал собственное решение для предсказания возможных сбоев в работе носителей. Со временем встал вопрос об их стандартизации, а тогда придумали «объединяющий» термин «S.M.A.R.T.».

На практике средства S.M.A.R.T. реализуются в виде исполняемого кода и состоят из двух частей. Первая представляет собой микрокод, «прошитый» в электронике диска, а вторая программу, исполняемую во время работы системы компьютером, к которому подключен диск. S.M.A.R.T. - микрокод в режиме реального времени измеряет некоторые рабочие характеристики внутренних компонентов диска двигателя, дисковых пластин, головок, электроники, а работающая на ПК программа на основании этих данных вычисляет степень надежности диска. Чаще всего к числу регистрируемых характеристик относят высоту «парения» головки над поверхностью диска, скорость передачи данных, время разгона двигателя до рабочего режима, количество переназначенных секторов, процент ошибок при поиске данных, время поиска данных.

Надежность носителя определяется путем сравнения текущих значений рабочих характеристик с их пороговыми значениями, задаваемыми заранее изготовителем диска.

При этом ПК может либо только анализировать полученные данные и показывать результаты, либо активно «вмешиваться» в работу диска например, дать ему команду выполнить набор диагностических тестов. ПК может также сравнить текущие значения рабочих характеристик с предшествующими или пороговыми. Если при анализе поступивших данных ПК «решил», что состояние диска близко к аварийному, то он предупреждает пользователя об опасности. В более продуманной конфигурации ПК может послать системному администратору сообщение по электронной почте или на пейджер, автоматически снизить загрузку сбойного диска, переместить с него наиболее важную информацию на другой носитель или выполнить полное резервное копирование содержащихся на нем данных на магнитную ленту или другие жесткие диски.

Важно подчеркнуть, что в разных реализациях S.M.A.R.T.-средств функции между S.М.A.R.Т. - микрокодом и ПК-программой могут быть разделены по-разному. Например, S.M.A.R.T. - микрокод может брать на себя часть или даже всю работу ПК-программы по анализу данных и самостоятельно сигнализировать ПК о предстоящем сбое в работе диска.

Новое пятислойное магнитное покрытие - Laminated AFC  

В последних моделях жестких дисков компании IBM и Hitachi применяется новый тип магнитного покрытия с антиферромагнитной связью (AntiFerromagnetically-Coupled). Многослойное AFC-покрытие с антиферромагнитной связью (Laminated AntiFerromagnetically-Coupled)  - усовершенствованная модификация AFC-покрытия ~ состоит из пяти слоев. К трем слоям обычного AFC-покрытия добавляется еще один немагнитный слой рутения и один магнитный слой, что позволяет еще больше увеличить термостабильность доменной структуры и, конечно, плотность записи.

Алгоритм оптимизации очереди команд - NCQ

Как известно, жесткий диск, в отличие от большинства других, чисто электронных ключевых компонентов компьютера (ЦП, памяти, системной платы и др.), представляет собой электронно-механическое устройство. Наличие механической (точнее, электромеханической) части, обладающей конечными (и очень небольшими по «электронным» меркам) скоростями вращения и перемещения блока головок, обусловливает неизбежные задержки в поиске и передаче необходимой информации между магнитными пластинами и интерфейсной частью накопителя. Эти задержки (латентности вращения и поиска) подробно описывались ранее, поэтому останавливаться на них мы не будем, а поговорим о том, как программными средствами минимизировать влияние неповоротливой механики на общую производительность накопителя.

Изменение порядка выполнения команд

Средства изменения порядка выполнения команд, названные Command Queuing and Reordering или Tagged Command Queuing (TCQ), впервые появились в 1994 г. в стандарте SCSI-2, причем глубина очереди команд могла достигать 256. В 1998 г. аналогичные средства были введены в спецификацию АТА-4, но практически (кроме одной модели компании IBM) реализованы не были, поскольку АТА-диски, в отличие от SCSI, применялись на персональных компьютерах, где в то время одновременное поступление нескольких запросов к жесткому диску было маловероятным. Кроме того, сам стандарт АТА-4 не позволял достаточно эффективно реализовать TCQ. Теперь же ситуация изменилась: современные многопоточные операционные системы, работающие на машинах с гиперпотоковыми процессорами, могут в течение очень коротких с точки зрения «механических» скоростей промежутков времени выдавать многочисленные запросы на дисковый ввод-вывод. Вот почему разработчики стандарта Serial ATA II решили дополнить его средствами организации очередей команд, тем более что все предпосылки для этого в стандарте Serial ATA 1.0, в отличие от АТА-4, уже были. Наиболее известный алгоритм минимизации задержек поиска (перемещения головок) и вращения называется Rotational Position Ordering (упорядочение по вращению). Используя этот алгоритм, накопитель может расположить команды обращения к магнитным носителям так, чтобы сократить время доступа до минимума. Первоначально использовались алгоритмы, минимизирующие расстояние, на которое перемещается головка, сокращая тем самым время поиска. Но при этом общее время доступа могло увеличиваться, поскольку после быстрого перемещения головки на нужную дорожку приходилось ждать почти полного оборота пластины для появления под головкой требуемого сектора. Алгоритм Rotational Position Ordering при выстраивании очереди команд учитывает оба фактора -дистанцию поиска и текущее положение головок на окружности пластин. В результате команды выполняются в таком порядке, чтобы сократить до минимума общее время доступа, включающее обе задержки — поиска и вращения. Именно этот алгоритм был положен в основу технологии Native Command Queuing, чтобы повысить производительность Serial АТА-дисков в современных компьютерах. Отметим еще такой «побочный эффект» NCQ, как уменьшение механического износа накопителя путем минимизации перемещений блока головок, а следовательно, повышение его надежности и срока службы.

Оптимизация задержек поиска (seek latency)

Задержка поиска — это время, необходимое блоку головок чтения-записи для перемещения к дорожке, содержащей нужный LBA-сектор. Оптимальным порядком выполнения команд с точки зрения задержки поиска будет такой, при котором головка совершит минимум механических перемещений.

Неплохая, хотя и сильно упрощенная, аналогия — обычный лифт. Представьте себе, что было бы, если бы он выполнял команды в порядке их поступления: предположим, на первом этаже в него вошли три человека, причем первым нажал кнопку жилец с десятого этажа, вторым — со второго и третьим — с шестого. Лифт поднялся бы на десятый этаж, спустился на второй и лишь затем поехал на шестой. Единственный, кто оказался бы при этом в выигрыше — первый жилец. Однако всем известно, что ни один современный лифт так не поступает; он сначала принимает все запросы, т. е. нажатия кнопок, а затем выполняет их по мере подъема или спуска, не меняя направления движения до выполнения последнего запроса. Еще одно важное свойство лифта — динамическая реорганизация очереди команд. Это значит, что если во время остановки на втором этаже в лифт вошел новый пассажир и нажал кнопку пятого этажа, то лифт сначала остановится на пятом и только потом — на шестом этаже.

Эта схема в полной мере применима к жестким дискам Serial ATA со средствами NCQ. Они могут не только выстраивать принятые команды наиболее оптимальным с точки зрения механических перемещений образом, но и динамически добавлять поступившие в процессе обработки команды в нужные позиции очереди. Заметим, что перестановка ожидающих выполнения команд производится с учетом не только положения головок после выполнения последней команды, но и множества других факторов. Для определения того, какая команда будет выполняться следующей, используются сложные алгоритмы, учитывающие переключение головок, времена поиска определенных дорожек, режимы работы (например, в режиме с пониженным уровнем шума последовательность может отличаться от обычного режима, поскольку здесь учитывается, что поиск должен создавать минимум шума). Принимаются во внимание такие параметры, как расстояние, на которое перемещаются головки, начальное положение и направление поиска, характеристики ускорения и замедления позиционера, различные времена установления головок на дорожке для чтения и записи, попадания и промахи в кэш-памяти при чтении, наличие кэширования записи и многие другие. Кроме того, применяются алгоритмы, предупреждающие «зависание» отдельных команд в очереди.

Оптимизация задержек вращения (rotational latency)

Задержка вращения — это время между выходом головки на нужную дорожку и появлением под ней начального LBA-сектора запрошенного блока данных. В наихудшем случае это может быть время полного оборота шпинделя, которое при наиболее часто встречающейся в современных дисках для ПК скорости вращения 7200 об/мин составляет 8,3 мс. В среднем при более или менее случайном распределении номеров начальных секторов задержка равна половине этого значения. Задержки, измеряемые миллисекундами, просто огромны по меркам современных ПК (вспомним, что времена выполнения команд в процессоре измеряются долями, а времена доступа к памяти — единицами наносекунд, т. е. в миллионы раз меньше). И они становятся особенно заметными, когда диски работают в компьютерах с гиперпотоковыми процессорами, работающих под управлением многопоточных операционных систем, на которых одновременно выполняется несколько

Наиболее простой и известный способ уменьшения задержек вращения - увеличение скорости вращения пластин - сопряжен с неизбежным увеличением стоимости накопителя. Однако существует два гораздо более дешевых способа уменьшения задержек вращения. Первый - это перегруппировка ожидающих выполнения команд аналогично тому, как это делается для минимизации задержек поиска. Этот способ иллюстрируется на рисунке.

Если накопитель выполняет команды в порядке их поступления, то в ситуации, показанной на рисунке, когда сначала поступает команда чтения сектора А, затем В, а затем С, для выполнения всех трех команд потребуется примерно 1,5 оборота дисковых пластин. Изменив же порядок выполнения команд так, чтобы после А считывался сектор С и только потом В, можно «уложиться» менее чем в один оборот и сократить общее время выполнения запроса более чем на треть.

Второй способ - это так называемый измененный порядок доставки данных (out-of-order data delivery). Это значит, что головка не обязательно должна начинать чтение (запись) с первого LBA-сектора запрошенного блока данных. Она может начать передачу с любого наиболее «удобного» для нее сектора, входящего в запрошенный блок, а недостающее начало блока передать в конце текущего оборота диска. Использование измененного порядка доставки позволяет в наихудшем случае затратить на передачу блока данных не более одного оборота пластины. Без него в наихудшем случае время передачи составит один оборот плюс время передачи всех входящих в блок секторов.

Реализация

Для реализации изменения порядка следования команд необходима маркировка каждой команды, отличающая ее от других команд в очереди. В NCQ для этого используется 5-битный тег, поэтому максимальное число команд в очереди не может превышать 32. Базой для реализации NCQ в рамках протокола Serial ATA стали три появившиеся в нем новые возможности: сообщение о статусе завершения команды без состязаний (race-free status return), агрегирование прерываний (interrupt aggregation) и ПДП по инициативе устройства (First Party DMA).

Race-Free Status Return. Этот механизм позволяет устройству сообщать о статусе выполнения любой команды в любое время. Никаких специальных «переговоров» с хост-адаптером для посылки статусного сообщения не требуется. Накопитель может сообщать о завершении нескольких команд подряд или даже одновременно.

Interrupt Aggregation. В обычной модели «общения» накопителя с хост-адаптером первый посылает последнему прерывание каждый раз, когда завершает выполнение очередной команды. Чем больше прерываний, тем больше нагрузка на хост-адаптер и центральный процессор. При использовании NCQ среднее количество прерываний, генерируемых на одну команду, может быть меньше единицы. Если накопитель завершает несколько команд в течение короткого промежутка времени (часто возникающая при значительном числе ожидающих выполнения команд ситуация), отдельные прерывания могут объединяться (агрегироваться). Тогда хост-контроллеру достаточно обработать одно прерывание на несколько команд.

First Party DMA. В протоколе Serial ATA предусмотрен механизм, позволяющий накопителю инициировать операцию прямого доступа к памяти (ПДП, или DMA) для передачи данных без участия хост-контроллера и ЦП. Этот механизм называется First Party DMA (FPDMA). Накопитель выбирает контекст ПДП, посылая хост-контроллеру так называемую DMA Setup FIS (Frame Information Structure, базовая единица обмена данными в протоколе Serial ATA). Эта FIS сообщает тег команды, для которой следует создать канал ПДП. На основании значения тега хост-контроллер загружает в контроллер ПДП компьютера указатель на соответствующую этой команде PRD-таблицу (Physical Region Descriptor — структура, используемая для описания областей памяти, с которыми производится обмен данными), после чего передача данных происходит без вмешательства со стороны ЦП. Именно благодаря этому механизму накопитель может эффективно реорганизовывать команды, поскольку место в памяти для обмена данными он выбирает по собственной инициативе.

Получив команду, накопитель должен знать, исполнять ли ему ее немедленно или ставить в очередь. Он также должен знать, какой протокол передачи данных будет использоваться - NCQ, DMA, РЮ и т. д. Эту информацию он получает, декодируя код операции команды. Поэтому, для того чтобы использовать преимущества NCQ, в Serial ATA II пришлось добавить две новые команды: Read FPDMA Queued и Write FPDMA Queued. В каждой из них помимо стартового LBA-сектора (в 48-разрядном формате, обеспечивающем работу с дисками емкостью до 144 Пбайт) и количества секторов в блоке указывается 5-битовый тег команды. Главное отличие этих команд от обычных заключается в том. что после их получения накопитель немедленно сбрасывает бит BSY в регистре состояния, не дожидаясь завершения выполнения команды, и сигнализирует тем самым о готовности к приему следующей команды для постановки ее в очередь.

Поскольку обычно именно сброс бита BSY сообщает хост-контроллеру о завершении команды, понадобился новый механизм передачи статусной информации о поставленных в очередь командах. Для этого в хост-контроллер был введен специальный 32-разрядный регистр SActive. В этом регистре каждый бит представляет статус каждой из 32 поставленных в очередь команд. Например, команде с тегом 5 соответствует бит 5-го регистра. Если бит в регистре SActive установлен (имеет значение 1), это значит, что команда с данным тегом находится в очереди накопителя. Нулевое значение бита означает, что команда с соответствующим тегом в очереди отсутствует. Устанавливает биты в регистре SActive хост-адаптер, а сбрасывает их накопитель, посылая в любой момент так называемую Set Device Bits FIS, содержащую 32-разрядное поле, соответствующее регистру SActive. Установленный бит в этом поле означает успешное завершение команды с соответствующим тегом. Получив Set Device Bits FIS, хост-контроллер сбрасывает биты регистра SActive, отвечающие установленным битам поля SActive FIS. Благодаря такой организации становится возможным одновременное сообщение о завершении нескольких команд и агрегирование прерываний.

Теперь рассмотрим, что происходит в случае, когда при выполнении одной из находящихся в очереди команд произошла ошибка. Прежде всего при этом прекращается выполнение накопителем всех команд, что дает возможность системному или прикладному ПО вмешаться и принять адекватные меры по исправлению ошибки.

Кроме того, это позволяет не допустить появления в памяти неполных данных из-за зависимостей между данными, которые должны быть переданы другими стоящими в очереди командами. Хост-адаптер выдает накопителю специальную команду, которая заставляет его прекратить выполнение всех оставшихся ожидающих команд. Поскольку емкость регистров статуса и ошибок недостаточна для передачи информации о произошедшей ошибке и теге вызвавшей ее команды, была введена специальная 512-байтовая журнальная страница (log page 10h), благодаря которой хост с помощью стандартной АТА-команды READ LOG EXT может получить дополнительную информацию об ошибочно завершившейся команде из очереди.

Использование преимуществ NCQ приложениями

В мире информационных технологий новые возможности, сулящие значительный выигрыш в производительности, нередко остаются неиспользованными из-за того, что традиционные приложения и операционные системы их попросту игнорируют. NCQ в этом смысле не исключение. Большинство приложений для ПК по сей день используют так называемый синхронный, или блокирующий, ввод-вывод при обращениях к жесткому диску. Это означает, что пока программа не получит от хост-контроллера подтверждения о выполнении предыдущей операции с накопителем, она не выдаст запроса на следующую. При такой организации дискового ввода-вывода средняя глубина очереди команд в накопителе, даже с учетом одновременно поступающих запросов от ОС и других приложений, не превысит двух-трех команд. При такой глубине трудно говорить о заметном повышении производительности за счет реорганизации очереди.

Не спасает даже Hyper-Threading — проведенные сайтом StorageReview тесты показывают, что в нынешней однопользовательской среде средства NCQ (точнее говоря, АТА-4 TCQ, реализованные в накопителях Western Digital Raptor WD740GD) не только не дают заметного повышения производительности, но и снижают ее за счет дополнительного времени, затрачиваемого на обработку очереди. Будем надеяться, что повсеместное внедрение накопителей и хост-контроллеров со средствами NCQ (а именно такой контроллер включен в состав «южного моста» ICH6 новейших наборов микросхем Intel — 915 и 925) побудит разработчиков ОС и приложений для ПК перейти на неблокирующий (асинхронный) ввод-вывод. Тогда, вероятно, преимущества NCQ проявят себя в полной мере.

Другие новинки Serial ATA II

NCQ, несомненно, наиболее важная и сложная новая технология, появившаяся в спецификации Serial ATA II. Однако кроме нее в новом стандарте недавно появился еще ряд интересных новинок.

Последовательный запуск накопителей (staggered spin-up).

При включении ПК запуск дисковой подсистемы с несколькими Serial АТА-дисками может вызвать перегрузку блока питания из-за одновременного протекания больших стартовых токов во всех накопителях. Из этого вытекает необходимость в механизме, который позволил бы контроллеру дисковой подсистемы инициализировать и запускать не все накопители сразу, а по одному. Сложность здесь заключается в том, что далеко не все модели жестких дисков могут принимать и декодировать АТА-команды до окончания стадии раскрутки и инициализации. Поэтому возможность последовательного запуска обеспечивается на физическом уровне, путем обмена между контроллером и накопителями сигналами COMRESET, COMINIT и COMWAKE.

Индикация активности жесткого диска.

В устройствах, оснащенных интерфейсом Serial ATA, не было предусмотрено специальных сигналов для работы с индикатором активности. Теперь для этой цели предложено использовать контакт 11 сегмента питания разъема Serial ATA.

Счетчики событий физического уровня (phy event counters).

Определено несколько счетчиков, учитывающих такие события, как, например, ошибки CRC в FIS, ошибки выполнения команд и др. Контроллер может получить значения счетчиков со специально предусмотренной для этого журнальной страницы (log page llh) с помощью команды READ LOG EXT.

Сохранение запрограммированных параметров (software settings preservation).

После идентификации устройства ПО хоста посылает ему конфигурационную информацию с помощью команды SET FEATURES и других команд. Установленные параметры обычно сохраняются после «мягкого» (по команде) сброса, но часто «забываются» после «жесткого» (аппаратного) сброса. В Parallel ATA предусмотрен только сброс по команде, поэтому ПО, ориентированное на работу с этим интерфейсом, заново посылает устройству только те параметры, которые очищаются конкретной посланной этой программой командой сброса. В Serial ATA посылка сигнала COMRESET эквивалентна аппаратному сбросу, причем этот сигнал может посылаться без команды, например, в случае асинхронной потери сигнала. Если это произошло, программа, ориентированная на Parallel ATA, не узнает о том, что запрограммированные ею параметры утрачены. Чтобы предотвратить подобные случаи, предусмотрен режим сохранения запрограммированных параметров после COMRESET, который включается специальной подкомандой команды SET FEATURES.

Пока серийные модели жестких дисков, оснащенные технологией NCQ, можно пересчитать по пальцам одной руки. Это диски Maxtor серии MaXLine III, Seagate Barracuda 7200.7 и 2,5-дюйм Fujitsu MHT20xxBH. Однако с появлением новых наборов микросхем для системных плат их количество будет расти.

Производительность жесткого диска

Производительность жесткого диска определяется рядом параметров, среди которых важнейшим является поверхностная плотность записи. Увеличение плотности записи позволяет автоматически увеличить емкость и скорость передачи данных между носителем и контроллером при одной и той же скорости вращения диска.

Сложнее обстоит дело с временем доступа к данным, хотя и на него влияет увеличение поперечной плотности записи, т. к. позволяет при той же емкости уменьшить диаметр пластины, а следовательно, путь, проходимый головкой в поисках нужной дорожки. К сожалению, кроме времени поиска, т. е. времени перемещения головки на нужную дорожку, которое зависит от быстродействия позиционера и сервосистемы, существует еще так называемое скрытое время, или латентность (latency), т. е. время от выхода головки на заданную дорожку до появления под ней нужного сектора с данными. Понятно, что в лучшем случае оно может равняться нулю, а в худшем — времени полного оборота диска. Принято считать, что в среднем латентность равна времени полуоборота, что для скоростей вращения современных дисков, равных 5400, 7200. 10 000 и 15 000 об./мин, составляет, соответственно 5.6,   4.2,   3 и 2 мс.

Эти ограничения обусловливают достаточно медленное (по сравнению с плотностью записи) наращивание скоростей вращения. Дело в том, что каждый шаг в этом направлении сопряжен с массой проблем, связанных с повышенным потреблением мощности, тепловыделением, шумами, необходимостью увеличения механической прочности пластин, разработки новых двигателей и т. п. В то же время скорость передачи при переходе от 5400 к 7200 об./мин увеличивается всего на 30% и на столько же уменьшается латентность. Если учесть, что типичное среднее время поиска для таких дисков лежит в диапазоне 8—12 мс, то такое снижение латентности оказывается практически незаметным. Увеличение же продольной плотности записи в два раза автоматически вдвое поднимает скорость передачи.

В результате скорости вращения дисков широкого применения остаются пока на уровнях 5400 и 7200 об./мин, хотя наблюдается тенденция к постепенному увеличению доли дисков со скоростью 10000 об./мин. В секторе же дорогих SCSI-дисков для серверов и мощных рабочих станций чаще используются скорости 10 и 15 тыс. об./мин, но сохраняются и модели со скоростью 7200 об./мин.

Еще один параметр, влияющий, хоть и не столь существенно, на производительность, — объем буферной, или кэш-памяти контроллера диска. Объем кэш-памяти, который в накопителях предыдущих поколений не превышал 512 Кбайт, сейчас в большинстве недорогих АТА-моделей широкого применения составляет 2 Мбайт, а в профессиональных SCSI-моделях достигает 8 и даже 16 Мбайт.

И последний (по порядку, но не по значению) фактор, определяющий производительность, — интерфейс накопителя. Его скорость передачи данных должна быть по крайней мере не ниже, чем скорость передачи между носителем и контроллером диска, иначе он станет узким местом, снижающим общую производительность накопителя.

Интерфейсы

Неудержимый рост плотности записи и связанное с ним увеличение внутренних скоростей передачи данных НЖМД заставляли постоянно совершенствовать интерфейсы, поддерживая их пропускную способность на должном уровне. В результате еще распространенный на сегодня интерфейс АТА (он же IDE, EIDE, ATAPI), впервые примененный в выпущенном в 1984 г. ПК IBM PC AT (от которого он и получил свое название — AT Attachment), прошел путь от 3 до 133 Мбайт/с, претерпев на этом пути ряд кардинальных изменений, которые тем не менее не затронули его основных физических принципов — параллельной передачи данных по ленточному кабелю (шлейфу). В 2006г. и этот «столп» интерфейса АТА будет поколеблен — ему на смену пришел предложенный компанией APT Technologies и поддержанный Dell, Intel, Maxtor и Seagate вариант с последовательной передачей данных Serial ATA (SATA).

Согласно первой спецификации его скорость передачи составляла 150 Мбайт/с (1,5 Гбит/с). SATA призван преодолеть недостатки, присущие параллельному варианту АТА, — 5-В уровни сигналов, неприемлемые для современных интегральных схем, громоздкие многожильные кабели, затрудняющие циркуляцию воздуха, особенно в портативных устройствах, крупногабаритные разъемы. Данные в SATA передаются по двум экранированным низковольтным дифференциальным парам (одна на передачу, другая на прием). Миниатюрный разъем SATA состоит из двух частей — 7-контактной сигнальной и 15-контактной питания (на каждое из трех напряжений питания — 3,3, 5 и 12 В — отводится по 3 контакта, плюс несколько общих проводов). Разъем сконструирован таким образом, что его легко подключить «вслепую», кроме того, предусматривается «горячее» подключение и возможность подключения как кабелем, так и «вдвиганием» накопителя. В отличие от параллельного варианта, где два устройства подключаются к общему шлейфу, в SATA каждый накопитель подключается отдельным кабелем к своему порту контроллера. Допустимая длина кабеля увеличилась с 0,45 до 1 м.

На форуме разработчиков Intel, состоявшемся в конце февраля 2002 г., было объявлено о формировании рабочей группы для разработки спецификации Serial ATA II. Кроме увеличения скорости передачи до 3 Гбит/с (300 Мбайт/с), первая спецификация должна быть дополнена средствами, необходимыми для применения интерфейса не только в массовых ПК и ноутбуках, но и в серверах и рабочих станциях нижнего и, возможно, среднего ценовых диапазонов, а также сетевых устройствах памяти (NAS, Network Attached Storage). Таким образом, предпринимается серьезная попытка «потеснить» SCSI в его «родном» сегменте рынка.

Второй параллельный интерфейс, SCSI (Small Computer Systems Interface), также уходящий корнями в 80-е годы прошлого столетия, родился и развивался как универсальный интерфейс для подключения к компьютерам не только дисковых накопителей, но и любых других устройств — магнитных лент, сканеров, принтеров и т.д. К одному каналу контроллера допускалось подключение до 8 устройств. Главным достоинством SCSI была возможность передачи команд нескольким устройствам так, чтобы выполнение этих команд происходило не последовательно, а одновременно. Первый вариант интерфейса, получивший впоследствии название SCSI-1, обеспечивал скорости передачи 1,5 Мбайт/с в асинхронном и 5 Мбайт/с в синхронном режимах и имел шину данных шириной 8 бит. Современные варианты Ultra 160 и Ultra320 SCSI обладают 16-разрядной шиной данных и обеспечивают скорости передачи, соответственно, 160, 320 и 640Мбайт/с. Поскольку передача сигналов в современных вариантах SCSI происходит по низковольтным дифференциальным линиям, для подключения накопителей Ultra SCSI к контроллерам требуются довольно дорогие кабели, состоящие из множества витых пар.

Угроза SCSI со стороны интерфейса Serial ATA, способного вытеснить его из сегмента серверов и рабочих станций начального и среднего уровней, заставила корпорацию LSI Logic предложить разработку недорогого последовательного варианта SCSI под названием Serial Attached SCSI. К ней присоединились Compaq, IBM, Maxtor и Seagate, объявившие в конце ноября 2001 г. о создании рабочей группы Serial Attached SCSI Working Group, которая должна создать спецификацию последовательного интерфейса, сохраняющего все достоинства протокола SCSI и лишенного недостатков, присущих параллельным интерфейсам, о которых говорилось выше. Первые изделия на базе нового интерфейса  выпускаются с 2004г.

К устройствам с параллельным интерфейсом можно отнести также немногочисленные модели накопителей в формате PC Card и крошечный накопитель IBM Mic-roDrive в формате Compact Flash Type II. Несмотря на скромные размеры, емкость этого 1-дюймового жесткого диска уже достигает единицы Гбайт. Применение его вместо карточек Compact Flash в совместимом цифровом фотоаппарате позволяет спокойно ехать с таким аппаратом в отпуск, не задумываясь о необходимости регулярно «сбрасывать» накопленный фотоматериал на ноутбук или настольный ПК.

Пока новые последовательные варианты «старых» интерфейсов АТА и SCSI ждут своего часа, в индустрии НЖМД уже применяются три «новых» последовательных интерфейса — USB, IEEE 1394 и Fibre Channel. Первые два используются в основном в малогабаритных переносных жестких дисках, а третий — в накопителях,   предназначенных   для   верхнего   сегмента серверной массовой памяти и сетей памяти SAN (Storage Area Network).

Первая версия интерфейса USB имеет максимальную скорость передачи 12 Мбит/с (1,5 Мбайт/с), явно недостаточную для современных жестких дисков. Однако ситуация исправляется с выходом устройств с интерфейсом USB версии 2.0, в которой максимальная синхронная скорость передач поднята до 480 Мбит/с (60 Мбайт/с).

IEEE 1394 (он же FireWire он же iLink), изначально предназначавшийся для передачи больших объемов видео- и аудиоданных, имеет скорость передачи 400 Мбит/с (50 Мбайт/с), пока достаточную для портативных переносных жестких дисков. В будущем варианте интерфейса IEEE 1394b является увеличение скорости до 1,6 Гбит/с (200 Мбайт/с).

Fibre Channel — последовательная архитектура, использующая в качестве среды передачи медный или одномодовый волоконно-оптический  кабель, а в качестве протокола уровня доступа к носителю — Gigabit Ethernet. Поскольку оптоволоконный кабель позволяет передавать данные на расстояния до 20 км, Fibre Channel широко используется для построения распределенных сетей памяти (SAN). Такие сети, состоящие из множества разнородных устройств памяти, объединенных сетевой инфраструктурой из кабелей, концентраторов и коммутаторов Fibre Channel, обеспечивают недостижимую прежде гибкость в наращивании объемов памяти и ее перераспределении между серверами, снимают с локальных и региональных корпоративных сетей нагрузку, связанную с выполнением резервного копирования данных, позволяют застраховать корпоративные данные от стихийных бедствий, катастроф и терактов. Как правило, в них используется протокол SCSI over Fibre Channel. Сегодняшние реализации Fibre Channel обеспечивают скорость передачи 1 Гбит/с (100 Мбайт/с) и 2-Гбит/с (200 Мбайт/с).

В отличие от SAN сетевое устройство памяти (NAS) представляет собой небольшой файл-сервер, содержащий обычно RAID-контроллер с несколькими SCSI- или АТА-жесткими дисками, Ethernet-интерфейс и процессор с «урезанной» операционной системой, хранящейся во флэш-памяти (обычно это один из вариантов UNIX, в котором оставлены только функции, связанные с управлением файловой системой и правами доступг пользователей). Такое устройство легко подключается к локальной Ethernet-сети и практически сразу после этого готово к работе. Поскольку в его ОС обычно реализуются все наиболее распространенные протоколы дистанционного доступа к файлам, с ним можно с одинаковым успехом работать из Windows, NetWare, Linux и других ОС. Для администрирования обычно предусматривается простой и удобный Web-интерфейс.

Коренное отличие SAN от NAS заключается в том. что в первой операции ввода-вывода происходят на уровне блоков данных, а во втором — на уровне файлов. Сеть SAN предоставляет использующему ее серверу имеющиеся в ее распоряжении логические номера устройств, которые сервер использует для монтирования устройств.

1 его толщина составляет всего три атом-диаметра

2 Окончательно спецификация SATA II еще не принята, поэтому использовать это обозначение не рекомендуется. Несмотря на это. изготовители, стараясь получить маркетинговое превосходство над конкурентами, часто говорят, что диск имеет интерфейс SATA II. если в нем реализована даже всего одна из восьми новых возможностей (так, многие изготовители объявили накопители с совместимостью с NCQ и «старой» скоростью передачи 1,5 Гбит/с соответствующими SATA II). Сейчас ситуация выправляется: следуя рекомендациям SATA 10, изготовители стали обозначать интерфейс новых дисков SATA 3Gb/s.

PAGE  13


НЖМД состоит из четырех главных элементов: носителя (пакета дисковых пластин, приводимого во вращение шпинделем двигателя), головок чтения-записи, расположенных на концах несущих рычагов, позиционера (устройства, наводящего головки на нужную дорожку) и контроллера, обеспечивающего согласованное управление всеми элементами диска и передачу данных между ним и компьютером. Данные хранятся на пластинах в виде концентрических дорожек, каждая из которых делится на секторы с данными. Количество секторов на дорожке варьируется в зависимости от длины дорожки, т.е. на внешних дорожках секторов больше, а на внутренних меньше.

Устройство накопителя на жестком магнитном диске

Головка состоит из двух отдельных элементов - тонкопленочного индуктивного элемента записи и GMR-датчика считывания.

Работа супермагниторезистивной головки считывания-записи

Между двумя экранами располагается собственно супермагниторезистивный считывающий элемент (спиновый клапан), состоящий из двух слоев:       1)«свободного» - способного менять ориентацию намагниченности, 2)«закрепленного» - в котором ориентация постоянна и привязана к ориентации антиферромагнитного «закрепляющего» слоя. GMR-слои отделены друг от друга тончайшей немагнитной накладкой. При совпадении ориентации проходящего под головкой участка поверхности дисковой пластины с ориентацией закрепленного слоя свободный слой сохраняет параллельную ориентацию и сопротивление спинового клапана не меняется. Если же ориентация записанного бита противоположна, намагниченность свободного слоя поворачивается вслед за ней, в результате чего электроны с одним из направлений спина начинают тормозиться, и сопротивление датчика претерпевает заметное изменение, которое и регистрируется схемой считывания.

Конструкция супермагниторезистивной головки


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

44476. Модернизация оборудования промывного отдела варочно-промывного цеха производства Целлюлозы ОАО АЦБК 1.43 MB
  К их работе можно отнести следующие недостатки: процесс промывки на фильтрах связан с рядом последовательных разбавлений и сгущений массы в результате чего приходиться перекачивать значительные количества жидкости; невозможность создать на барабане фильтра одинаковую по толщине и структуре массную папку и равномерно распределить промывную жидкость что вызывает очень неравномерное вытеснение исходного щелока промывной жидкостью; очень непродолжительное время промывки в связи с чем исключается возможность протекания диффузии; низкая...
44477. Определения виктимности поведения жертвы преступления 136.5 KB
  Однако при всем при том на проступки потенциального правонарушителя существенное влияние оказывает также и конкретная жизненная ситуация его окружение поведение потерпевшего до и в момент совершения преступления. Целью моей работы является проведение анализа сравнений тактик ситуаций и наконец таки определения виктимности поведения жертвы преступления опираясь на научную литературу и множество книг посвященной этой теме. На мой взгляд понятие “Жертва преступления†– понятие более широкое чем “потерпевшийâ€. Жертва преступления...
44479. Бойові властивості ЗМУ і запалювальних засобів 116 KB
  Стисла характеристика біологічних засобів та особливості ураження ними особового складу. Хімічна зброя ХЗ – одна з видів зброї масового ураження вражаюча дія якої основана на використанні бойових токсичних хімічних речовин БТХР. До бойових токсичних хімічних речовин відносяться отруйні речовини ОР і токсини що вражаюче впливають на організм людей і тварин а також фітотоксиканти які можуть застосовуватися в воєнних цілях для ураження різноманітних видів рослинності. В якості засобів доставки хімічної зброї до об’єктів ураження...
44480. Учёт краткосрочных активов и анализ эффективности их использования 768 KB
  Оценка и учёт денежных средств и их эквивалентов Признание оценка и учёт краткосрочных финансовых инвестиций Признание оценка и учёт краткосрочной дебиторской задолженности Признание оценка и учёт запасов АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КРАТКОСРОЧНЫХ АКТИВОВ ТОО ШАРЫКТАС Анализ движения денежных средств Анализ краткосрочных расчётов с дебиторами Анализ эффективности использования производственных запасов ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ВВЕДЕНИЕ...
44481. Разработка мероприятий по совершенствованию учета основных средств и повышению экономической эффективности их использования в ООО «Бельки» Касимовского района Рязанской области 696 KB
  ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УЧЕТА И АНАЛИЗА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОСНОВНЫХ СРЕДСТВ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ АПК Экономическое содержание учета основных средств Анализ движения и экономической эффективности использования основных средств БУХГАЛТЕРСКИЙ УЧЕТ ОСНОВНЫХ СРЕДСТВ
44482. Ауыз қуысы, бөлінуі, шекаралары, құрамы 15.3 KB
  Ауыз қуысы, топографиялық орналасуына және атқаратын қызметіне қарай ауыз кіреберісі, мен меншікті ауыз қуысына бөлінеді
44483. Христианская церковь в средние века 105.5 KB
  При Иннокентии IV 12451254 было объявлено что кардинал стоит выше епископов и должен носить красную шапку символизирующую что кардинал готов бороться в защиту святой римской церкви до последней капли крови. в западной церкви было сделано дополнение непризнанное грековизантийской церковью об исхождении святого духа не только от бога отца но и от...
44484. Шықшыт, жақсүйекасты, тіласты сілекей бездері, орналасуы, құрылысы, шығару жолдары 15.86 KB
  Без өзегі жақаралық кеңістікпен алға қарай бағытталып, төменгіжақтын тамырлы ойығы арқылы жақтың сыртқы бүйір бетіне шығады да...