Paměti s magnetickým záznamem

Paměti s magnetickým
záznamem
Princip záznamu na pohyblivou
magnetickou vrstvu
Podélný záznam
Kódování NRZI
1
ZAZNAMENÁVANÁ
DATA
ZÁZNAMOVÝ
PROUD
SNÍMANÝ
SIGNÁL
0 1
1
0 0
1 0
1
0 0
Kódování FM
1 0
ZAZNAMENÁVANÁ
DATA
ZÁZNAMOVÝ
PROUD
SNÍMANÝ
SIGNÁL
1 1
0
0 1
0 1
0 0
Kódování MFM
1 0 1
ZAZNAMENÁVANÁ
DATA
ZÁZNAMOVÝ
PROUD
SNÍMANÝ
SIGNÁL
1 0 0
1 0
1 0 0
Kódování
ZAZNAMENÁVANÁ
DATA
ZÁZNAMOVÝ
PROUD
SNÍMANÝ
SIGNÁL
2
M FM
1 0 1 1 0 0 1 0 1 0
0
Pevný disk (harddisk)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Počet cylindrů
Počet hlav
Počet sektorů
ZBR – zda je počet sektorů na stopu konstantní
Doba vystavení
Rychlost přenosu
Typ rozhraní
Metoda kódování
Prekompenzace
Fyzická struktura disků
Fyzické formátování – low format
Přístupová doba (acces time)
• Doba vystavení (seek time)
• Doba čekání (rotary latency period)
• Prokládání (interleave)
Kapacita disku
• Hustota záznamu
• Kódování dat – nemožnost ukládání samých 0 nebo 1
(MFM – pro diskety, RLL – 3x efektivnější, PRML – čtení
digitálním signálním procesorem
• Prekompenzace (write precompensation)- vlivem
rozdílných délek stop by některé stopy byly nečitelné –
proto póly se posouvají proti směru pohybu – nutno zadat v
SETUPU
• Zone bit recording (ZBR) – optimalizace počtu sektorů v
dlouhých stopách
• Zásady práce s pevným diskem- otřesy, přerušování
napájení, změny teploty, zálohování – event. Diskové pole
Řadiče pevných disků
• IDE (Integrated Drive Electronics)
• EIDE (Enhanced IDE)
– Zvětšení kapacity disku nad 512 MB
– LBA (Logical Block Addressing)
– XCHS (eXtented Cylinder Head Sector)
– Rychlost EIDE
– PIO (Programmed Input/Output)
– DMA (Direct Memory Access), Multiword DMA
– Připojení více jednotek
Pevný disk - logická struktura
•
•
•
•
•
Oblast DOS
Program FDISK
Formátování disku
Spouštěcí disketa
Master Boot Record
(MBR)
• Dos Boot Record (DBR)
• Extended Partitions Table
(EPT)
• Hlavní adresář (Root
directory)
• File Allocation Table
• Způsoby formátování
• Chyby FAT fabulky
• ScanDisk
• Ostatní způsoby správy
souborů
• Instalace a zprovoznění
disku
Program FDISK
•
•
•
•
Informace o momentálním dělení disku
Mazání oblasti disku
Tvorba nových oddílů DOS
Zadání aktivní oblasti
Master Boot Record (MBR)
• Umístěn v nultém sektoru, nulté stopě
• Zaváděcí záznam – spouštěný BIOSEm
• Partition table - tabulka oblastí
– Vytváří se FDISKem
– V každém oddílu může být jiný OS
DOS Boot Record (DBR)
• Je začátkem primární oblasti DOS
– Zavedení systémových souborů z disku do operační
paměti
– Tabulka BPS –BIOS parametr Block – základní údaje o
velikostech sektoru počtu povrchů, hlav …
• Extended Partitions Table (EPT) – je falešným MBR
• Hlavní adresář (Root directory)
– Vznikne formátováním – informace o souborech
– Hlavní adresář v organizaci FAT
– Hlavní adresář ve VFAT organizaci – dlouhá jména
File Allocation Table (FAT)
• Alokační jednotka (klastr)
• Typy FAT
– Dvanáctibitová FAT
– Šestnáctibitová FAT
– Třicetidvoubitová FAT
• Způsoby formátování
– „rychlé (vymazat)“ – vytvoření čisté FAT
– „úplné“ – kontrola datové oblasti
– „pouze zkopírovat systém“- neformátuje
Typy FAT
• Dvanáctibitová FAT - na disketách,
adresace 4096 klastrů
• Šestnáctibitová FAT - max 2.1 GB,
• Třicetidvoubitová FAT - dovoluje použít
232 alokačních jednotek
• NTFS pro Windows NT, 2000, XP
• VFAT větší délka jmen souborů až 255 zn.
• HPFS pro OS/2
Logická struktura disku
Princip FAT
Velikosti clusterů DOS - FAT
Typ,
velikost
Jednostr.
Oboustr.
720KB
1,44MB
1,2MB
0-15MB
16-127
Velikost
clusterů
512
1024
1024
512
1024
4096
2048
Sektorů na Typ,
cluster
velikost
1
2
2
1
2
8
4
Velikost
clusterů
128-255 4096
256-512 8192
-1024
16384
-2048
32768
-4095
65536
Sektorů
na cluste
8
16
32
64
128
Kompri
mace
16
8192
Velikost clusterů FAT32
Velikost jednotky
Velikost clusteru
< 260 MB
512 bytů
260 MB – 8GB
4kB
8 – 16 GB
8 KB
16 – 32 GB
16 KB
> 32 GB
32 KB
Chyby tabulky FAT
• Fragmentace souborů
• Program Defragmentace disku
– Úplná – spojí rozdělené soubory, prázdné alokační jednotky
– Pouze soubory – nevšímá si prázdných
– Pouze prázdných
• Ztracené fragmenty souborů (lost allocation units)
– Při zápisu se nejdříve ukládají data do alokačních jednotek a
následně do hlavního adresáře jméno souboru – zápis je přerušen
• Překřížené soubory (cross linked allocation units) – více
políček FAT ukazuje na stejný klaster
• Neplatný podadresář (invalid subdirectory error) –
podadresář je zapsán jako soubor s atributem D
Fragmentace disků
Instalace a zprovoznění disku
Způsoby práce s pevnými disky
•
•
•
•
•
Vyrovnávací paměť pevného disku (cache)
Odkládání dat
Koš
Komprese (komprimace) dat
Zásady „diskového hospodářství“
Vyrovnávací paměť pevného disku
(cache)
• Hardwarová cache – 128 KB – 1MB
• Softwarová cache – u DOS SMARTDRIVE
• VCACHE – virtuální u W95
»
»
»
»
stolní počítač
přenostný počítač – častěji vyprázdňována
síťový server – pro sdílení i jinými počítači
dodatečná mezipaměť – pouze pro CD ROM
• Problémy s VCACHE
– Dáno nekompatibilitou programů nebo HW prvku
– Odstranění „Systém souborů – vlastnosti“
Odkládání dat
• Odkládací soubor – virtuální paměť
• Potíže s odkládací souborem
– Zpomalení systému
– Potřeba min. 100 MB volného místa – trvale – jinak
„zatuhávání“
– Pravidelné vysypávání koše
– Pravidelné rušení TMP souborů
Komprese (komprimace) dat
• Šifrování dat se záměrem zmenšení jejich velikosti
• Pravidla komprimace ve Windows 95
– Použití programu DriveSpace
– Kódování se děje na souboru Dblspace.xxx – může být
více zkomprimovaných oblastí
– Hostitelský disk H nesmí být celý zkomprimovaný – pro
uložení systémových souborů
– Míra „namačkání“ – kompresní poměr je dán typem
souborů
Zásady „diskového hospodářství“
• Pravidelně zálohujte
• Pro ukládání enormně velkých dat použijte jinou
strukturu než FAT – např. NTFS, jinak rozdělení do
logických disků
• Pravidelně spouštět ScanDisk
• Pravidelně defragmentovat disk
• Aktualizujte antivirový program
• Pro mazání programů používat službu W95 – Přidat
nebo ubrat programy
• Pro komprimaci používat jen spolehlivé
komprimační programy s podporou utilit
• Použití diskových polí
Poměr rozměrů nečistot a
vzdálenost hlavy od disku
Disková pole RAID
•
•
•
•
•
Spolehlivost
vysoký výkon
otevřenost
flexibilita
softwarové a hardwarové ovládání
RAID 0 Disk striping
RAID 1 Disk mirroring
RAID 1 Disk mirroring
RAID2 Disk striping with
error-correction code
RAID3 Disk striping with ECC
stored as parity
RAID4 Disk striping large
blocks, parity stored on one drive
RAID5 Disk striping with parity
Magnetooptický disk
Fyzikální limity
• V čem je tedy vlastně problém se zvyšováním
kapacity u současných disků? Jak jinak jde o
fyziku a o hustotu záznamu. Pokud záznam
dosáhne hranice 150 gigabitů na čtvereční palec,
dochází díky jevu zvanému
superparamagnetismus ke ztrátě dat. Magnetické
síly, které zadržují "bity" na správném místě a
vytvářejí tak záznam, se v takto vysoké hustotě
rovnají energii okolní klidové teploty disku
samotného.
Kolmý záznam
Serverové aplikace
•
•
•
Pro serverové stanice a náročné aplikace se ještě pořád využívá hlavně
již téměř pětadvacet let staré rozhraní SCSI (Small Computer System
Interface, čtěte „skazy“). Tyto disky se od těch běžných odlišují v
několika ohledech. Ve většině případů dosahují rychlosti 10 000–15
000 ot./min a často bývají zapojené v polích RAID. Rozhraní i
samotné disky jsou navrženy pro maximální výkon a zároveň i
spolehlivost, přičemž daní za tyto superlativy je nejen velmi vysoká
cena, ale také hlučnost a zahřívání, které ve stolních počítačích snese
jen málokdo.
V levnějších serverech se v poslední době používají i disky pro
rozhraní SATA, které nabízejí i několikanásobně levnější řešení.
Rovněž z toho důvodu jsou na trhu dostupné modely určené pro
nepřetržitý běh.
Poslední novinkou v této oblasti je hybrid mezi SCSI a SATA – tzv.
SAS neboli Serial Attached SCSI (sériově připojené SCSI). Hlavními
výhodami jsou ještě vyšší rychlost (až 375 MB/s v každém směru),
skladnější kabeláž a téměř neomezený počet zařízení na jeden kanál.
Zajímavostí je rovněž kompatibilita běžných SATA disků s rozhraním
SAS.
Co přináší SATA II
• Nejnovější revize specifikace SATA s číslem II pouze
rozšiřuje stávající SATA 1.0a rev. 1.2. Jde v zásadě pouze
o kosmetické změny, které přinášejí podporu Port
Multiplier a Port Selector. V případě SATA II disků si také
můžete být jisti, že podporují i NCQ, u starších modelů
bývá tato funkce uvedena dodatečně. Port Multiplier
umožňuje připojení až pěti disků na jeden kanál SATA II,
a umožňuje tak jednoduše rozšířit dostupnou kapacitu. Port
Selector přináší možnost připojení dvou řadičů na jeden
pevný disk, aby se zamezilo výpadkům kvůli poruše.
Podpora vyšší rychlosti (až do 300 MB/s) není obsahem
nové specifikace a s označením SATA II nesouvisí.
http://www.research.ibm.com/research/demos/gmr/index.html
MR/GMR Read Head Evolution
Year
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
Super2003a.prz
2003
2004
2005
Areal Density
Gbits/in2
0.132
0.260
0.354
0.578
0.829
0.923
1.32
1.45
2.64
2.68
3.12
3.74
4.1
5.7
5.3
10.1
7.04
14.5
17.1
13.2
25.7
29.7
34.0
26.3
45.5
29.7
70.0
>100
>200
Product
Corsair
Allicat
Spitfire
Ultrastar XP
Ultrastar 2XP
Travelstar 2LP
Travelstar 2XP
Travelstar VP
Travelstar 5GS
Deskstar 16GP
Travelstar 6GN
Travelstar 6GT
Deskstar 25GP
Travelstar 6GN
Deskstar 37GP
Travelstar 18GT
Ultrastar 36LZX
Deskstar 40GV
Travelstar 30GT
Ultrastar 73LZX
Travelstarr 30GN
Deskstar 120GXP
Travelstar 40GN
Ultrastar 146Z10
Deskstar 180GXP
Deskstar 120GXP
Travelstar 80GN
4.5 m
64 nm
0.5 m
18 nm
0.2
m
14 nm
0.18
m
12 nm
Contacts
0.12
m
Hard Bias
NiFe
10 nm
Spacer
Soft Film
GMR Pinned
Film
Ed Grochowski
Areal Density of Magnetic HDD and DRAM
6
10
100% CGR
5
Travelstar 80GN
Travelstar 40GN
Travelstar 30GN
10
10
Areal Density, Mbits/inch2
60% CGR
4
3
10
8G
4G
1G
2G
512M
Ultrastar XP
10
Ultrastar 146Z10
Microdrive II
Ultrastar
36ZXb
Ultrastar 18XP
2
25% CGR
256M
3390-2
3380E
64M
40% CGR
16M
1
10
4M
1M
25% = 2X per 3 years
1
-1
10
40
2
60
1.5
100
1
-2
AREAL2003ah.ppt
10
1970
1980
DRAM projections after 2001 are based on
industry capacities and constant chip area
1990
Year
2000
2010
Ed Grochowski