13AMT Pevné a pružné disky

1. 13AMTPevné a pružné disky Lecture 7 Ing. Martin Molhanec, CSc.

2. Pevné a pružné disky • Princip: magnetický záznam • Určeno pro trvalé uchovávání dat • Hromadná paměť • Levné a rychlé záznamové medium • Je levnější nežli polovodičové paměti • Je rychlejší nežli magnetické pásky

3. Pevný disk - princip hlava strana plotna stopa cylinder

4. Adresace na pružném disku Stopa Strana 1 Strana 2 Sektor

5. Adresace na pružném disku Velikost sektoru: BPS (Bytes Per Sector) Počet sektorů na stopu: SPT (Sectors Per Track) Počet stop na stranu: TPS (Tracks Per Side) KAPACITA: BPS*SPT*TPS*(2 nebo 1) Lineární adresa sektoru:sektor+(stopa-1)*SPT+strana*TPS*SPT

6. Adresace na pevném disku Cylindr Stopa Hlava Spíše nežli hlava by mělo být plotna. Sektor

7. Adresace na pevném disku Velikost sektoru: BPS (Bytes Per Sector) Počet sektorů na stopu: SPT (Sectors Per Track) KAPACITA: BPS*SPT*HEADS*CYLINDERS Lineární adresa sektoru:sektor+SPT*(hlava-1)+SPT*HEADS*(cylindr-1)

8. Pevný disk

9. Pevný disk

10. Pevný disk

11. Pevný disk • Adresace:CHS – cylindr, hlava, sektor(cylinder, head, sector) • Kapacita = C x H x S x BPS (byte per sector) • Rychlost přenosu (Disc Transfer Rate)závisí na: • Šířka a rychlost propojovací sběrnice • Velikost paměti cache na disku • Rychlost otáček • Doba přístupu = doba vystavení + doba čekání rotační • Doba vystavení = najetí na cylindr (krokový motor, elmag. cívka) • Doba čekání rotační = najetí na sektor (rychlost otáčení disku)

12. Pevný disk • Kódování – MFM, RLL (2x větší kapacita) • Důvod pro kódování je ten, aby za sebou nebyly jen samé 0 nebo 1 • ECC – error correction code, je součástí sektoru • Umožňuje kontrolu chyb při čtení • Parkování disku – u dnešních disků automatické • Zabraňuje poškození plotny a hlavičky při manipulaci • Prekompenzace – staré disky, změna fáze signálu u středu disku, kde je hustší záznam

13. Interleave(prokládání sektorů) Bez prokládání 1 2 3 4 5 6 7 8 Systém nestačí číst sektory, tak jak jsou za sebou. Mezi čtením 1 a 2 sektoru ztratí systém celou otočku ! S prokládáním 1 4 7 2 5 8 3 6 Systém stačí číst sektory, tak jak jsou za sebou. Mezi čtení 1 a 2 sektoru ztratí pouze 2 sektory!

14. Skew(posunutí stop) Bez prokládání 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 Přesun systému ze stopy na stopu trvá určitou dobu (doba najetí), proto ikdyž interleave=0, nestihne se počátek na další stopě.

15. Skew(posunutí stop) S prokládáním 5 6 7 8 1 2 3 4 3 4 5 6 7 8 1 2 Přesun systému ze stopy na stopu trvá určitou dobu, proto jsou sektory mezi dvěma stopami posunuty!

16. Pevný disk • Teplotní kalibrace – moderní disky mají autokalibraci • Pří zahřívání se plotny roztahují • ZBR – Zóne Bit Recording • rozdílný počet sektorů na vnitřních a vnějších stopách • Cache – vyrovnávací paměť na disku • zlepšuje výkonnost disku • MTBF – střední doba mezi chybami • S.M.A.R.T. – autodiagnostika disku během jeho chodu • Hlučnost – důležité u multimedií

17. Různá rozhraní Bus:ISAVESAPCI ST506 HDC S DISK HDC – hard disk controller, S – separátor

18. Různá rozhraní Bus:ISAVESAPCI ST506 HDC S DISK ESDI HDC S DISK HDC – hard disk controller, S – separátor

19. Různá rozhraní Bus:ISAVESAPCI ST506 HDC S DISK ESDI HDC S DISK IDE (EIDE) B C HDC S DISK HDC – hard disk controller, S – separátorB – budič, C – cache

20. Různá rozhraní Bus:ISAVESAPCI ST506 HDC S DISK ESDI HDC S DISK IDE (EIDE) B C HDC S DISK SCSI HA C HDC S DISK HDC – hard disk controller, S – separátorB – budič, C – cache, HA – host adapter

21. ST506 • Toto rozhraní vzniklo na základě připojení disku ST506 (SHUGART, později SEAGATE) pomocí řadiče (WD1003) u první počítačů IBM PC fy IBM. Ostatní firmy toto připojení napodobovaly. • XT počítače neměly pro připojení disků žádnou podporu, proto na každém řadiči bylo rozšíření BIOSu ve kterém byla softwarová podpora pro ovládání disku. Parametry disku se nastavovaly přepínači na řadiči. • AT počítače měly pro tento typ disku standardní SW podporu v BIOSu. Parametry se nastavovaly v BIOSu a uchovávaly se v paměti CMOS. V řadiči již nebyla nutná SW podpora. • Připojení dvěma kabely, až dva disky. • Rychlost přenosu cca 0.5 až 1 MB/s • Kódování • MFM disky – menší kapacita, levnější • RLL disky – větší kapacita, kvalitnější

22. ST506

23. ST506

24. ST506

25. ST506

26. ESDIEnhanced Small Device Interface • Firma MAXTOR • Vylepšení ST506, separátor se přesunul na disk, tím bylo možné prodloužit kabely a zvýšit rychlost přenosu až na 3 MB/s • Disk uměl posílat svoji konfiguraci řadiči • Toto rozhraní bylo bohužel na svoji dobu příliš drahé a neuspělo!

27. IDE Integrated Device Electronics • V roce 1986 firma Western Digital (COMPAQ) • Jako ATA (AT attachment) v roce 1990, standard ANSI 1994 • Řadič i separátor jsou umístěny na disku, to bylo umožněno tím, že samotný řadič byl levný a výkonný. • Na sběrnici se připojuje pouze karta s budiči (IDE adapter) nesprávně nazývaná řadič! (Ale ten je na disku). • Na disku je také brzy integrována i cache pro zvýšení výkonnosti. • Připojení je stále kompatibilní s rozhraním ST506. • Nejedná se o sběrnici ! Jde vlastně o vytažený port!

28. IDE později ATA • Je možné připojit dva disky na jeden kanál, jako master a slave. Připojení je jedním kabelem (40 pinů) se třemi konektory. • Rychlost 8 MB/s, režimy PIO 0 až 2, DMA 0 až 2 • Velikost disku 504 MB maximálně, tzv. první limit. • IDE adaptér pro XT se nazýval XTA (XT attachment) • Pro zvýšení výkonu se později IDE adaptéry dělaly pro sběrnici VESA, výjimečně pro sběrnici PCI. • Na IDE řadič se obvykle umisťovalo rozhraní sériové a paralelní.

29. IDE

30. IDE

31. IDE

32. IDE

33. IDE

34. IDE

35. IDE

36. EIDE, Fast ATA, ATA-2 • Jedná se rozšíření standardu ATA v roce 1994 • EIDE navrhla firma Western Digital • Fast ATA navrhla firma Seagate • Obě rozšíření se překrývala a byla ANSI standardizována jako ATA-2 v roce 1996 • Kapacita disků >504 MB (LARGE, LBA) • 2 kanály – 4 disky • PIO 0 až 4, DMA 0 až 2, maximální rychlost až 16.6 MB/s • Multiword přenos, identifikace disku, block mode • Zpětně kompatibilní s ATA (IDE) • IDE adapter již není samostatná deska do PC, ale je integrován přímo na MB a stává se součástí čipsetu. • Není to již pouze budič, ale složitější obvod, který zajišťuje složitější komunikaci s diskem. Místo o prodloužení portu lze již mluvit spíše o sběrnici. Připojení je v úrovni sběrnice PCI.

37. ATA-2

38. ATA-2

39. ATAPI • ATAPI = ATA Packet Interface • Jedná se způsob připojení CDROM prostřednictvím rozhraní ATA-2 (EIDE). • HW je připojení pochopitelně totožné. • PO stránce SW se komunikace odehrává ale jinak. S CDROM se komunikuje pomocí příkazů, které jsou podobné příkazům u disků s rozhraním SCSI – tzv. ASPI. • Před vznikem ATAPI se CDROM připojovaly: • Přes SCSI rozhraní (profesionální použití CDROM) • Přes proprietární rozhraní výrobců zvukových karet (asi 3 hlavní rozhraní)

40. Vývoj ATA • ATA-1 (1990) 1994 • 2 HDD • PIO 0,1,2 • DMA 0,1,2 • multiword DMA 0 • ATA-2 (1994) 1996 • PIO 0,1,2,3,4 • DMA 0,1,2 • Multiword DMA 0,1,2 • Block transfer • LBA addressing • Lepší Identify příkaz • ATA – 31997 • definice 40 žilový kabelu • SMART • Ochrana device heslem

41. Vývoj ATA • ATAPI v polovině 90let • AT Attachment Packet Interface • Umožňuje připojení CDROM přes ATA rozhraní, podobně jako SCSI • Původně samostatný standard, později se stal součástí ATA standardu • ATA/ATAPI – 4 1998 • UltraDMA 0,1,2 (16,25,33MB/s), přenos při vzestupné a sestupné hraně hodinového signálu • CRC kontrola přenosu a další vylepšení • ATA/ATAPI – 5 2000 • UltraDMA 3,4 (44,66) • 80 žilový kabel pro omezení rušení

42. Vývoj ATA • ATA/ATAPI – 6 2001 • UltraDMA 5 (100) • LBA (48,64bit), Noise reduction, Audio Video Streaming • ATA/ATAPI – 7 2002 • UltraDMA 6 (133) • Další rozvoj standardu naráží na omezení  Seriál ATA (SATA)

43. PIO modes

44. DMA singleword modes

45. DMA multiword modes

46. Ultra DMA modes

47. 40 a 80 žilový kabel

48. 40 a 80 žilový kabel

49. IDE myths • Je známa skutečná geometrie IDE disku? • Známe pouze logickou geometrii. • Musí vyhovovat omezením rozhraní ATA C=65536, H=16, S=256 • Moderní disky používají ZBR (Zone Bit Recording=různé počty sektorů na stopách) NE!

50. IDE myths • Smí se IDE disky doopravdy low level formátovat? • Neznáme totiž skutečnou=fyzickou geometrii. • Moderní disky navíc používají ZBR (Zone Bit Recording=různé počty sektorů na stopách) • Formátovací příkaz se většinou ignoruje • Jeho vykonání může disk „poškodit“ • Lze odstranit firemní low level utilitou NE!