Pamięci zewnętrzne. Rodzaje dysków twardych. Rodzaje pamięci zewnętrznych

Transkrypt

1 Pamięci masowe

2 Pamięć masowa (ang. mass memory, mass strage) różne techniki i urządzenia pozwalajace na trwałe przechowywanie dużych ilości danych cyfrowych. Urządzenia służące do odczytu i zapisu nazywamy napędami, dane są przechowywane na nośnikach

3 Pamięci zewnętrzne Rodzaje pamięci zewnętrznych dyski twarde HDD dyskietki FDD dyski optyczne napędy taśmowe dyski typu ZIP pamięci typu Flash Rodzaje dysków twardych IDE/ATA SCSI SATA SAS RAID

4 Interfejsy dysków twardych ATA (ang. Advanced Technology Attachment) interfejs systemowy w komputerach klasy PC przeznaczony do komunikacji z dyskami twardymi opracowany w 1986 przez firmy Western Digital i Compaq dla 16-bitowego komputera IBM AT. Używa się także zamiennie skrótu IDE (ang. Integrated Drive Electronics), od 2003 roku (kiedy wprowadzono SATA) standard ten jest określany jako PATA (od "Parallel ATA"). Standard ATA nie jest już rozwijany w kierunku zwiększania szybkości transmisji. Początkowo stosowano oznaczenia ATA- 1, ATA-2 itd., obecnie używa się określeń związanych z przepustowością interfejsu (ATA/33, ATA/66, ATA/100, ATA/133).

5 Standard IDE/AT-BUS

6 Magistrala dyskowa EIDE (ATA)

7 Szyna EIDE

8 Magistrala EIDE

9

10 Tryby pracy magistrali EIDE

11 Tryby pracy magistrali EIDE Ultra DMA (UDMA) łączy napęd bezpośrednio z pamięcią RAM, pozwala na transfer od 16,7 do 133 MB/s nie obciążając zbytnio procesora Identify Drive specjalne polecenie umożliwiające oprogramowanie płyty głównej, identyfikację i sprawdzenie parametrów napędów S.M.A.R.T (Self-Monitoring Analysis and reporting Technology) - technologia umożliwiająca wykrywanie i przewidywanie awarii napędu ATAPI (AT Attachment Packet Interface) rozszerzony interfejs umożliwiający obsługę urządzeń typu CD-ROM, CD- RW, napędów dyskietek LS-120, napędów Zip, taśm itp. Security Feature specjalny tryb bezpieczeństwa umożiwiający chronienie dostępu do napędu za pomocą hasła

12 Tryby pracy magistrali EIDE

13 Tryby pracy magistrali EIDE

14 Tryby pracy magistrali EIDE

15 Tryby pracy magistrali EIDE

16 Gniazda IDE równoległego interfejsu ATA zamontowane na płycie głównej Widok złącz dysku twardego piny konfiguracyjne Gniazdo interfejsu ATA złącza zasilania HDD

17 Połączenie z napędem Aby uzyskać fizyczne połączenie między napędem a kanałem IDE zamontowanym na płycie głównej, potrzebny jest specjalny kabel/taśma. Początkowo standard przewidywał 40-żyłową taśmę o dł. Do 46 cm, wyposażoną w trzy złącza ATA. Wymagania ATA-4 Ultra DMA oraz nowszych wariantów wymusiły opracowanie połączenie charakteryzujące się lepszymi właściwościami prądowymi i większą odpornością na interferencje. Nowa 80-żyłowa taśma wykonana z okablowania miedzianego bardzo dobrej jakości. Dodatkowych 40 żył służy jako ekranowanie dla przewodów transmisyjnych. W laptopach wykorzystuje się taśmę 44-żyłową, w której 40 to żyły sygnałowe, a 4 to żyły zasilające

18 Połączenie z napędem Złącza są oznaczone kolorami: Niebieskie służy do przyłączenia kanału IDE na płycie głównej Czarne służy do podłączenia napędu, jeśli napęd skonfigurowany zostanie z opcją cable select, urządzenie będzie widoczne jako master Szare służy do podłączenia napędu, jęśli napęd skonfigurowany zostanie z opcją cable select, urządzenie będzie widoczne jako slave

19 Taśmy

20 Interfejs SCSI SCSI (ang.) oznacza Small Computer System Interface czyli interfejs dla małych systemów komputerowych. SCSI, w najprostszej formie, jest standardowym mechanizmem służącym do połączenia urządzeń peryferyjnych (dyski, napędy taśmowe, skanery, napędy optyczne) do komputera przy pomocy kontrolera SCSI. Rozwijając się, technologia SCSI wytworzyła wiele różnych wariacji. Wariacje te różnią się od siebie kilkoma znaczącymi cechami - najczęściej postrzeganymi różnicami są: wygląd złączy, maksymalna długość kabla oraz szybkość transmisji.

21 Magistrala SCSI

22 Standardy SCSI: Nazwa standardu Szerokość (bit) Częstotliwość (MHz) Maksymalny transfer w MB/s Liczba obsługiwanych urządzeń SCSI SCSI-2 (Wide SCSI) SCSI-2 (Fast SCSI) SCSI-2 (Fast Wide SCSI) SCSI-3 (Ultra SCSI) /4* SCSI-3 (Wide Ultra SCSI) /4* SCSI-3 (Ultra2 SCSI) /2* SCSI-3 (Wide Ultra2 SCSI) SCSI-3 (Ultra3 SCSI) (Ultra 160/m SCSI) (+Ultra 160 SCSI) /2* /2* SCSI-4 (Ultra 320 SCSI) /2* SCSI-4 (Ultra 640 SCSI) /2* * W zależności od rodzaju i długości zastosowanego okablowania

23 Metody przesyłania sygnałów elektrycznych SE (Single Ended) sygnalizacja niezrównoważona, każdy sygnał przesyłany jest przez parę skręconych przewodów. Jeden jest uziemiony, drugi przenosi zmiany napięcia HVD (Hight Voltage Diferential) sygnalizacja różnicowa wysokonapięciowa, jeden przewód przenosi zmiany napięcia, drugim płynie sygnał o odwrotnym potencjale LVD (Low Voltage Diferential) niskie napięcie, umożliwiło projektowanie tanich i oszczędnych układów oraz używanie dłuższych kabli

24 Okablowanie SCSI Okablowanie wykorzystywane w standardach SCSI dzieli się na zewnętrzne i wewnętrzne. Dla okablowania zewnętrznego, za pomocą którego podłączamy urządzenia znajdujące się poza obudową komputera, opracowano następujące wersje złączy: D-Shell (D-Sub, DD) 50-pinowe typu D Centronix 50-pinowe w 8 bitowych SCSI-1 Centronix Alternative 2 Hight-Density (HD) Alternative 3 69-pinowe Very Hight Density Cable Interconnected (VHDCI) Alternative 4 68-pinowe złacze zwane Micro- Centronix

25 Okablowanie SCSI Złącze VHDCI

26 Okablowanie SCSI Do okablowania wewnętrznego, za pomocą którego montuje się sprzęt wewnątrz obudowy komputera opracowano następujące rodzaje złączy: Regular Density prosty łącznik z dwoma rządami po 25 pinów Hight Density dla SCSI-2 wąskie 50-pinowe złącze wysokiej gęstości, nieekranowane Single Connector Attachment (SCA) nieekranowane złącze do bezpiecznego wewnętrznego montażu/demontażu na gorąco

27 Zestawienie złącz SCSI

28 Terminator SCSI Interfejs SCSI wymaga specjalnych terminatorów na obu końcach. Mogą one przyjmować formę pasywnego rezystora terminującego lub aktywnego urządzenia z regulatorem napięcia Symbol urządzeń SCSI

29 Magistrala SCSI 68-żyłowa

30 Interfejs SATA (Serial ATA)

31 Interfejs SATA

32 Interfejs SATA Zestawienie standardów SATA Kabel SATA

33 Interfejs SATA Okablowanie składa się z 7 cienkich miedzianych żył zakończonych złączem o szerokości 24 mm. Kabel danych może mieć długość do 1m. Na płycie głównej montowane są gniazda SATA o takiej samej budowie jak złącza w napędach.

34 Interfejs SAS Serial Attached SCSI - interfejs komunikacyjny, będący następcą SCSI, używany do podłączania napędów (głównie dysków twardych). Stosowany przede wszystkim w serwerach. SAS wprowadza nowa klasę urządzeń tzw. ekspandery to rodzaj przełącznika między płytą a urządzeniami końcowymi. SAS pozwala na komunikację przeszło różnego rodzaju napędów

35 Macierze RAID RAID (Redundant Array of Independent Disks macierz niezależnych dysków / Redundant Array of Inexpensive Disks macierz niedrogich dysków) polega na współpracy dwóch lub więcej dysków twardych w taki sposób, aby zapewnić dodatkowe możliwości, nieosiągalne przy użyciu jednego dysku. RAID używa się w następujących celach: zwiększenie niezawodności (odporność na awarie), przyspieszenie transmisji danych, powiększenie przestrzeni dostępnej jako jedna całość.

36 Macierze RAID Opracowano 7 podstawowych macierzy RAID: RAID poziom 0 - polega na połączeniu ze sobą dwóch lub więcej dysków fizycznych tak, aby były widziane jako jeden dysk logiczny. Pozwala to na znaczne przyśpieszenie operacji zapisu i odczytu RAID poziom 1 -polega na replikacji pracy dwóch lub więcej dysków fizycznych RAID poziom 2 dane dzielona są na wiele dysków, a kod korekcji błędów zapisywany jest w dodatkowym urządzeniu RAID poziom 3 - działa jak (RAID 0), ale w macierzy jest dodatkowy dysk, na którym zapisywane są kody parzystości obliczane przez specjalny procesor. RAID poziom 4 - bardzo zbliżony do RAID 3, z tą różnicą, że dane są dzielone na większe bloki RAID poziom 5 - pracuje bardzo podobnie do RAID 4 z tą różnicą, iż bity parzystości zapisywane są na kilku dyskach RAID poziom 6 podobny do RAID 5, ale zwiększono niezawodność poprzez zapisywanie kodów parzystości za pomocą 2 schematów kodowania

37 Macierze RAID

38 Dysk twardy Służy do przechowywania programów i danych. Dysk twardy został tak nazwany, z powodu swej sztywnej konstrukcji, są one umieszczone w odpowiednio skonstruowanym pyłoszczelnym zespole napędowym, zwierającym ponadto układy sterowania silnikiem napędu dysków, silnikiem przesuwu głowic (pozycjonerem), układu sterownia zapisu, układu odczytu oraz inne układy sterujące i kontrolne zespołu napędowego. Większość dysków twardych składa się z: obudowy, pozycjonera głowicy, ram głowic, głowic zapisu i odczytu, wirujących talerzy, układów sterowania.

39 Budowa dysku twardego

40 Zapis i odczyt magnetyczny Standardowe głowice zapisująco-odczytujące posiadają miniaturową cewkę, która umożliwia zapis danych na płycie magnetycznej lub ich odczyt. Gdy na twardym dysku zapisywane są dane, specjalny układ elektroniczny wysyła impulsy elektryczne do cewki. W ten sposób powstaje pole magnetyczne, które porządkuje poszczególne cząstki na powierzchni dysku. W przypadku odczytu danych następuje procedura odwrotna. Namagnesowana powierzchnia dysku indukuje prąd w cewce, który jest następnie przetwarzany przez układ elektroniczny napędu. Nowoczesne dyski twarde wyposażone są w dodatkową głowicę magnetorezystywną (MR), umożliwiającą odczytywanie danych z powierzchni nośnika.

41 Zapis i odczyt magnetyczny Głowica zawiera pewną domieszkę specjalnego stopu żelaza i niklu, który pod wpływem pola magnetycznego zmienia swój opór elektryczny. Do zapisu danych jest natomiast w dalszym ciągu wykorzystywana głowica cienkowarstwowa. Zasadniczą zaletą takiego rozwiązania jest fakt, że głowica MR potrafi prawidłowo rozpoznawać dane także wtedy, gdy dysk obraca się z dużą prędkością, a sektory ułożone są bardzo gęsto. Bardzo ważnym elementem w pracy dysku jest mechanizm pozycjonowania głowicy, aby głowica zapisu/odczytu znajdowała się zawsze dokładnie nad środkiem ścieżki.

42 Zapis i odczyt magnetyczny Wystarczy mianowicie niewielkie przesunięcie, a zamiast pożądanych informacji, otrzymamy zwykłe "śmieci". Nie jest to wcale łatwe zadanie, gdyż pod wpływem ciepła materiał, z którego wykonane są talerze dysku, może ulegać zniekształceniom. Mechanizmem stosowanym w nowoczesnych dyskach jest technika Embedded Servo. W odróżnieniu od tradycyjnej techniki Servo, przy której głowica musiała regularnie korzystać ze ścieżki sterującej, aby zoptymalizować swoją pozycję, mechanizm Embedded Servo wykorzystuje informacje zapisane na każdej ścieżce. Głowice zapisująco-odczytujące mogą więc korzystać z nich przez cały czas, co umożliwia dokładniejsze pozycjonowanie i szybszą pracę napędu.

43 Fizyczna struktura dysku Na fizyczną strukturę twardego dysku składają sie cylindry, głowice i sektory. Cylindry i głowice ponumerowane są począwszy od zera zaś numeracja sektorów zaczyna sie od cyfry 1. Informacje (dane) zapisywane są na okrągłych nośnikach (talerzach), które pokryte są magnetyczną warstwą i zamocowane jeden nad drugim na obracającej się osi. Po obu stronach talerza na specjalnym ramieniu zwanym grzebieniem zamocowane są głowice zapisu/odczytu. Powierzchnia nośnika podzielona jest na idealnie okrągłe pierścienie tzw. ścieżki. Ścieżka jest zbyt duża i podzielona jest na sektory, które wynoszą 512 bajtów. Liczba sektorów jest różna dla różnych dysków twardych. Ścieżki i sektory tworzone są podczas formatowania dysku. Gdy dysk nie pracuje lub gdy prędkość obrotowa jest zbyt mała, głowice znajdują się w pozycji spoczynkowej, wycofane poza obręb pakietu. Dopiero po osiągnięciu wymaganej prędkości obrotowej następuje ich gwałtowne wysunięcie nad powierzchnie dysku i ustawienie nad cylindrem zerowym. Podczas pracy głowice unoszą się na tzw. poduszce powietrznej wytworzonej przez obracające się dyski.

44 Schemat dysku twardego Strefa zewnętrzna Strefa wewnętrzna

45 Specyfikacja dysku twardego Pojemność ok. od 80 GB do 2TB Wydajność Prędkość przesyłu miara określająca prędkość z jaką dane są przesyłane z talerza do elektroniki dysku. Dobry dysk uzyskuje wewnętrzną średnią prędkość przesyłu rzędu 90 MB/s (SATA II pozwala na 300 MB/s) Średni czas dostępu czas przeskoku między losowo wybranymi dwoma cylindrami na powierzchni talerza, podawany w milisekundach Prędkość obrotowa w komp. Domowych ok. 7200obr./min, a komp. Przenośnych ok. 5400obr./min. Prędkości obr./min są w serwerach Wielkość bufora szybka pamięć DRAM (cache), przechowuje najczęściej odczytywane dane co wpływa na zwiększenie prędkości zewnętrznego przesyłu danych. Wynosi od 1 do 32 MB Interfejs jest łącznikiem między płytą a dyskiem twardym Cena Niezawodność - ogólna miara liczba zatrzymań i startów dysku, współczynnik AFR określający w % prawdopodobińestwo uszkodzenia dysku w ciągu roku oraz średni czas pomiędzy awariami (MTBF), określający po ilu godzinach dysk ulegnie awarii

46 Dyski hybrydowe W hybrydowych dyskach twardych połączono konwencjonalne dyski twarde oraz nieulotną pamięć flash. Ponieważ w napędach hybrydowych wykorzystano pamięć flash, dane zapisane w buforze nie są usuwane w przypadku nagłego zaniku zasilania lub ponownego uruchomienia napędu. W buforze mogą być przechowywane nawet dane rozruchowe. Zalety hybrydowych dysków twardych: Niski pobór mocy. Skrócony czas rozruchu/budzenia Mniejsza emisja ciepła. Niższy poziom hałasu. Podwyższona niezawodność.

47 Dziękuję za uwagę

48