Жорсткі диски

В Serial ATA нема поняття ведомого і ведучого пристрою (Master/Slave). Усі підключені накопичувачі є незалежними пристроями і їх робота виглядає з погляду старого стандарту як Single (передбачена можливість емуляції роботи пристроїв в режимі Master+Slave: у залежності від біта, що використовується для визначення пристрою призначення на шині, звернення розподіляються між портами SATA, хоча у цьому режимі стають недоступними багато можливостей нової шини).

 

 

Фізичний рівень займається передачею бітів по фізичних каналах зв'язку і визначає основні характеристики середовища, що використовується для передачі даних і характеристики електричних сигналів.

Сигнали. При сучасних технологіях використання 5-ти вольтових сигналів стало неможливим, і крім того, з ростом швидкості роботи виникають додаткові складності при перемиканні з одного стану в інший. Рівень сигналів знижений і складає 3 В.

Спосіб передачі даних. Замість стандартної для PATA однополярної передачі, що володіє низкою завадостійкістю, застосована двохполярна (або по іншому називається диференціальна). Перевага її в набагато більшій захищеності від перешкод. При диференціальній передачі по двох проводах передається той самий сигнал, але різної полярності. Шуми (перешкоди) в провідниках симетричні, і склавши обидва отриманих різнополярних сигналів можна одержати шум, а віднявши його з отриманого сигналу – безпосередньо чистий переданий сигнал. Власне використання диференціальної передачі і дало можливість знизити рівні використовуваного сигналу. Для кодування переданої інформації використовується потенційний код без повернення до нуля (Non Return to Zero, NRZ). Він є одним з найпростіших у реалізації.

 

Фізичне середовище. Для передачі сигналу використовується послідовна шина, що складається з двох пар провідників (однієї для передачі і ще однієї на прийом) і кілька нульових, разом сім. Провідник, яким з'єднуються пристрої, через це є тонким, гнучким і зручним у використанні, а також не перешкоджає повітряному охолодженню компонентів ПК.

З іншого боку, виготовлення проводу функціонуючого на настільки високих швидкостях, як у Serial ATA, і при цьому володіючому високими механічними характеристиками, незважаючи на лише 7 проводів, коштує не дешевше, ніж звичайного 80-ти жильного. Зате довжина кабелів може досягати 1 метр.

SATA може бути не тільки інтерфейсом внутрішніх пристроїв збереження даний, але й зовнішніх. Через те, що проводів мало, роз’єми відповідно є дуже компактними і зручними у використанні. Роз’єм живлення по розмірах є більшим за кабель для передачі даних. Конструктивно вони обидва виконані з "захистом від дурня": передбачені спеціальні вирізи і вставити по іншому їх просто неможливо. Кількість контактів для живлення більше 4-х – додана можливість використовувати живлення 3. 3v.

Специфікація SATA жорстко не обмежує розміщення основних роз’ємів і використання додаткових, а тому пропонує кілька варіантів:

 

Варіант 1.

Варіант 2.

 

Фізичний рівень здійснює над кадром, що надійшов, необхідні перетворення – конвертує в послідовність, кодує і видає в лінію і теж саме в зворотному порядку, коли одержує дані з фізичної шини, тобто від іншого пристрою.

Канальний рівень виконує функції арбітражу і отримання результату виконання операцій передачі даних, а також реалізує механізми виявлення і корекції помилок. Те, що жорсткі диски з SATA мають максимальну швидкість обміну по інтерфейсу – 150 Мбайт/с, при тому, що для SATA заявлена швидкість передачі на фізичному рівні в 1. 5 Гбіт/с, зумовлена використанням надлишкового 8B/10B кодування, що знижує корисну пропускну здатність інтерфейсу до 1, 2 Гбіт/с.

Задачою транспортного рівня є забезпечення передачі даних з необхідним ступенем надійності, якого вимагають протоколи вищого рівня. Він запаковує команди, що надійшли від прикладного рівня ATA, у кадри і передає їх в наступний, або розпаковує дані, що надійшли з нижніх рівнів, і передає на прикладний рівень. Задачею прикладного рівня є організація взаємодії між драйвером контролера і усіма програмами, а також самим контролером через блок регістрів і портів.

До нових функцій стандарту відноситься підтримка "гарячого" підключення і заміни пристроїв. Вона описана в специфікації, але її реалізація залежить від виробника.

Програма розвитку стандарту складена на десять років вперед. В ній передбачена розробка трьох версій. Перша – це та, яка є сьогодні. В другій буде в два рази збільшена пропускна здатність – до 3 Гбіт/с при збереженні повної сумісності з першою. А в третій – до 6 Гбіт/с і очікується в середині 2007 року.

 

   

RAID – надлишковий набір дешевих дисків (Redundant Array of Inexpensive Disks) – це технологія розподілення даних по декільком фізичним дискам, що дозволяє підвищити надійність і захищеність даних. Масив RAID може забезпечити збереження даних навіть, якщо вийде з ладу один з жорстких дисків. Технологія RAID переслідує дві мети: перша – збільшити надійність, друга – збільшити швидкість збереження і доступу до даних.

Існує кілька рівнів від RAID 0 до RAID 7 та їх комбінації. Найбільш популярними видами є RAID 0, 1 і 0+1.

Розрізняють два типи створення RAID-масивів, кожний з яких має свою певну перевагу: захищеність від збоїв дискової підсистеми або підвищення продуктивності дискової підсистеми.

Можливість організації одночасної роботи з декількома вінчестерами можна здійснити двома методами з використанням рівнобіжного або незалежного способів. У першому випадку робоча область жорстких дисків, об'єднаних у масив, поділяється на зони визначеного розміру, в кожну з яких записується інформація, що також розбивається на визначені блоки. При зчитуванні необхідної інформації вона збирається з різних блоків. При незалежному доступі область жорстких дисків також розподіляється на зони визначеного розміру, а інформація обслуговується (записується і зчитується) одним жорстким диском.

При незалежному доступі швидкість запису не стане вище, а залишиться на тому ж рівні, як і при використанні одного жорсткого диску. Однак масив даного типу може обслуговувати одночасно кілька запитів, що не має необхідності в домашніх умовах. При використанні рівнобіжного способу швидкість запису і читання збільшується пропорційно кількості жорстких дисків, що використовуються у RAID-масивах.

RAID 0 використовує два вінчестери одночасно. Відбувається одночасний запис і читання на обидва диски. При використанні RAID 0 відбувається значний приріст продуктивності. RAID 1 реалізується теж на двох дисках, але тут відбувається дублювання даних (дзеркальні диски). RAID 1 забезпечує дуже високу надійність: якщо на одному з дисків відбувається збій, то резервна копія залишається на другому. RAID 0+1 використовує чотири вінчестери, де перші два служать як RAID0, а третій і четвертий служать дзеркалами. Інші рівні RAID використовують різні методи підвищення надійності або технологію ECC.

 

 

Базовий SCSI-інтерфейс малих комп'ютерних систем (іноді називається SCSI-1) є платформонезалежним універсальним інтерфейсом і призначений для підключення зовнішніх пристроїв (до восьми, включаючи контролер). Він містить ефективні засоби керування, але не орієнтований на певний конкретний тип пристроїв. Може підтримувати пристрої збереження даних великого об’єму, включаючи стійкі до збоїв модульні дискові масиви RAID 0... 5, а також накопичувачі CD-ROM колективного користування.

Інтерфейс має 8-розрядну шину, максимальна швидкість передачі даних по якій в асинхронному режимі – 1, 5 Мб/с, а в синхронному – 5 Мб/с. Може використовуватися контроль парності для виявлення помилок. Електрично реалізований у вигляді 24 ліній (однополярних або диференціальних). Кабель повинен бути узгоджений термінаторами (навантажувальними резисторами) з обох кінців. Найбільшу популярність одержав 50-провіднковий SCSI-кабель з 50-контактними роз'ємами, однак застосовується і 25-провідниковий (25-контактний) з одним загальним проводом для підключення низькошвидкісних пристроїв. SCSI широко використовують в багатьох моделях комп'ютерів, у студійному музичному устаткуванні, системах керування технологічними процесами і т. п.

Інтерфейс SCSI-2 (Fast SCSI або Wide Fast SCSI) – це істотно удосконалений варіант базового SCSI. Зменшено час затримки для режиму передачі (до 3 Мб/с в асинхронному режимі і до 10 Мб/с – у синхронному), додані нові команди і повідомлення, підтримка контролю парності є обов'язковою. Введено можливість розширення шини даних за допомогою додаткового кабелю (Wide SCSI) до 16 розрядної (швидкість передачі даних до 20 Мб/с) і до 32 розрядної (швидкість передачі – до 40 Мб/с). Подальший розвиток інтерфейсу привів до створення SCSI-3 у наступних різновидах:

Ultra SCSI – введені ще більш швидкісні режими передачі (до 20 Мб/с для 8-розрядного каналу) ;

FireWire – дозволяє використовувати майже будь-який спосіб послідовного з'єднання пристроїв, забезпечує безперервний потік даних, що необхідний для відеотехнологій;

SSA (Serial Storage Architecture) – варіант послідовного інтерфейсу, що використовує розповсюджені 9-контактні з'єднання і 6-провідний кабель та підтримує швидкості 20, 40, 80 Мб/с, а в перспективі – 160 Мб/с) ;

Fibre Channel – може використовувати як носій оптичне волокно довжиною до 100 м; реалізує власний транспортний протокол і може застосовуватися як дуже швидке мережеве середовище.

Ранні типи SCSI теоретично сумісні між собою (пристрої самостійно встановлюють прийнятний протокол обміну). Однак на практиці це не завжди так, і для досягнення сумісності може знадобитися ручне настроювання за допомогою перемичок або програм.

 

Порівняльна характеристики різновидів інтерфейсу SCSI

Різновид інтерфейсу Пропускна здатність, Мб/с Максимальне число пристроїв Максимальна довжина кабелю, м

SCSI 5 1 1 

Wide Fast SCSI 20 7 1 

Ultra SCSI 40 7 1, 5 

FireWire 13 63 4, 5 

SSA 80 127 10 

Fiber Channel 100 127 100 

 

 

Вивчити теоретичний матеріал, представлений в лекціях та даному файлі.

Оформити звіт про характеристики одного жорсткого диску у вигляді таблиці. (Використати інформацію одного з сайтів компаній-виробників: Samsung, Seagate, Maxtor, Western Digital)

Підготувати відповіді на питання:

Структура жорстких дисків.

Фізична будова жорстких дисків.

Параметри жорстких дисків.

Логічна будова жорстких дисків.

IDE/ATA інтерфейс.

Різновиди стандарту ATA.

Режими передачі даних через інтерфейс IDE/ATA.

Підключення жорсткого диску.

Serial ATA – новий стандарт для жорстких дисків.

Технологія Serial ATA.

Технологія RAID.

SCSI-інтерфейс і його модифікації.

Теми реферативних доповідей (3 бали за доповідь не менше 2 сторінок 12 шрифтом) :

Організація функціонування, технології та стандарти флеш-пам’яті.

Організація програмних RAID-масивів в ОС WINDOWS 2000/XP.