Dyski twarde

1. Budowa dysków twardych, zasada działania i interfejsy dysków twardych. Dyski twarde Mateusz Michalski

2. Spis treści • Dysk twardy(opis) • Dysk twardy(budowa) • Dyski twarde(zasada działania) • Specyfikacja dysku twardego • Dyski hybrydowe • Interfejs ATA (opis) • Interfejs ATA(rodzaje) • Interfejs SCSI (rodzaje) • Interfejs SATA (rodzaje) • Interfejs SAS (opis) • Macierz RAID (opis i rodzaje) • USB, ATA czy SATA- porównanie transferów

3. Dysk twardy Dysk twardy - jeden z typów urządzeń pamięci masowej, wykorzystujących nośnik magnetyczny do przechowywania danych. Nazwa "dysk twardy" (harddiskdrive) powstała w celu odróżnienia tego typu urządzeń od tzw. "dysków miękkich", czyli dyskietek (floppydisk), w których nośnik magnetyczny naniesiono na elastyczne podłoże, a nie jak w dysku twardym na sztywne.

4. Dyski twarde(budowa) Dysk twardy składa się z kilku podstawowych elementów : • Talerze. Początkowo były aluminiowe, obecnie stosuje się talerze ceramiczne. Na ich powierzchnię nanoszony jest nośnik ferromagnetyczny, najczęściej AFC .W dyskach montowanych jest kilka talerzy, na których dane zapisywane są z obydwu stron. Najpopularniejsze rozmiary talerzy to: 5,25 cala, 3,5 cala(komputery ), 2,5 cala(laptopy, netbookirzadziej komputery) • Głowica zapisująco-dczytująca. Obecnie głowica zapisująco-odczytująca składa się z dwóch elementów: cienkowarstwowej głowicy zapisującej(TF, Thin Film) oraz odczytującej głowicy magnetorezystywnej(GMR- Giant Magneto Resistive), wykrywającej zmiany rezystancji. Na jeden talerz przypadają dwie głowice zapisująco-odczytujące, po jednej na stronę. • Pozycjoner głowicy. Odpowiada za przesuwanie głowicy nad powierzchnią talerza. Pozycjoner składa się z mocnego magnesu stałego i cewki sterującej.

5. Ramię. Łączy głowicę z pozycjonerem i umieszcza ją nad powierzchnią talerza. Silnik. obrót talerzy. Filtr. zbiera opiłki metalu i kurz. Płytka drukowana. Odpowiada za prawidłową funcję dysku Obudowa. Chroni mechanizmy w dysku Dyski twarde (budowa)

6. Dyski twarde(zasada działania) Dane zapisywane są na powierzchni nośnika w postaci cylindrycznych ścieżek. Ścieżki są po obudwu stronach talerza. Elektronika dysku nie byłaby w stanie wydajnie zarządzać wszystkimi danymi ze ścieżki, podzielono ją więc na sektory. Pojedynczy sektor zajmuje najczęściej 512 bajtów. Głowica umieszczona na ramieniu porusza się za pomocą pozycjonera, zapisując lub odczytując dane. Gdy talerze obracają się z prędkością roboczą, głowica nie dotyka nośnika. Duża prędkość obrotowa powoduje powstanie tzw. poduszki powietrznej która unosi głowice

7. Specyfikacjadysku twardego Przy wyborze dysku kierujmy się : • Pojemnością- do domowych komputerów wystarczy 300 Gb-1 TB • Prędkością przesyłu- jest to miara okr. Prędkość, z jaką dane są przesyłane z talerza do elektroniki. • Średnim czasem dostępu- w celu uzyskania średniego czasu dostepu sumujemy średni czas wyszukiwania i opóźnienie. • Prędkością obrotową-obecne dyski twarde mają prędkość obrotową 3600, 4200, 5400, 7200 obr./min. Prędkości 10 000, 15 000 obr./min są zarezerwowane dla serwerów. • Wielkością bufora-przechowuje najczęściej odczytywane dane z dysku co przyśpiesza zew. przesył danych. Wielkość bufora w obecnych dyskach wynosi od 1 do 32 MB. • Interfejsem- jest łącznikiem między płytą gł. a dyskiem. • Ceną- obecnie za dysk 500GB SATA III 16 MB zapłacimy 295 zł. • Niezawodnością- jest ogólną miarą, przez którą rozumiemy liczbę zatrzymań i startów dysku.

8. Dyski hybrydowe Wadą tradycyjnych dysków twardych jest stosunkowo niewielka prędkość przesyłu w stosunku do możliwości transferowych współczesnych interfejsów. Na rynku pojawiły się napędy zwane HHD(HybridHardDisks)-hybrydowe dyski twarde, w których tradycyjny bufor DRAM zastąpiono pamięcią Flash. Rozwiązanie to nie zdobyło wielkiej popularności.

9. Interfejs ATA Interfejs ATA(Advanced Technology Attachment), zwany także IDE(IntegratedDrive Electronics), został opracowany w 1986 r. przez firmy Western Digital ‘’WD’’ i Compaq dla 16-bitowego komputera IBM AT. Taśmy ATA 80 i 40 żyłowe

10. Interfejs ATA - rodzaje

11. PIO(ProgrammedInput/Output-programowalne wejście –wyjście)- pierwsza metoda transferu danych w interfesie ATA umożliwiającą wymianę danych między płytą a napędem. Jest kontrolowana przez procesor , co powoduje jego obciążenie. DMA(DirectMemoryAcces- bezpośredni dostęp do pamięci)-pozwala napędom bezpośrednią komunikację z pamięciom RAM. Ultra DMA(UDMA)-łączy napęd(dysk) bezpośrednio z pamięciom RAM i pozwala na transfer ( w zależności od trybu) od 16,7 do 133 MB/s- nie obciążając zbytnio procesora. Identifydrive (identyfikacja napędu)- specjalne polecenie umożliwiające BIOS-owi identyfikację i sprawdzenie napędów. S.M.A.R.T.(ang. Self-Monitoring , Analysis and Reporting Technology)-technologia umożliwiająca wykrywanie i przewidywanie awarii napędu. ATAPI(ang. AT AttachmentPacketInterface)- rozszerzony interfejs umożliwiający obsługę urządzeń typu: CD-ROM, CD-RW. Security Feature- tryb bezpieczeństwa umożliwiający chronienie dostępu do napędu za pomocą hasła. Interfejs ATA- tryby

12. Interfejs SCSI SCSI (skrót z ang. Small Computer Systems Interface) – równoległa magistrala danych przeznaczona do przesyłania danych między urządzeniami. System SCSI do niedawna był powszechnie wykorzystywany głównie w wysokiej klasy serwerach i stacjach roboczych. Obecnie jest on stopniowo wypierany przez nowszy interfejs SAS. Tańsze komputery domowe wykorzystują przeważnie standard Serial ATA(wcześniej najpowszechniejszy był standard ATA/IDE). • SCSI-1: pierwsza wersja standardu. Pozwalała na transfer z prędkością 5 MB/s na odległość 6 m, • SCSI-2: kolejna wersja standardu. Składa się z dwóch wariantów, zwiększających transfer do 10 lub 20 MB/s (odpowiednio Fast SCSI i Wide SCSI). Maksymalna odległość to około 3 metry, • SCSI-3: znany jako Ultra SCSI, prędkość transferu 20-40 MB/s, teoretycznie maksymalna odległość zostaje nadal 3 metry, • Ultra2 SCSI: wprowadzono technologię LowVoltageDifferential, pozwalającą na zwiększenia maksymalnej odległości do ~12 m. Prędkość transferu 40-80 MB/s, • Ultra3 SCSI (Ultra160 SCSI): maksymalny transfer 160 MB/s, dodano funkcje wspomagające wykrywanie i usuwanie przekłamań. • Ultra4 SCSI (Ultra320 SCSI): maksymalny transfer 320 MB/s. • Ultra 640 SCSI : maksymalny transfer 640 MB/s. Kontroler SCSI-2 ze złączami 50-pin na karcie rozszerzeń z interfejs ISA

13. Interfejs SCSI Wszystkie urządzenia podłączone do magistrali są równorzędne, każde z nich może pełnić rolę zarówno inicjatora (rozpoczynać operację) jak i celu (wykonywać operację zleconą przez inicjator). Niektóre urządzenia potrafią pełnić tylko jedną z ról. Elektryczna budowa magistrali SCSI wymaga zakończenia jej specjalnym terminatorem. Każde z urządzeń podłączonych do magistrali SCSI posiada unikalny w obrębie magistrali adres – identyfikator (ang. SCSI ID). Pierwotnie do adresowania urządzeń wykorzystywane były trzy bity magistrali co pozwalało na połączenie ze sobą maksymalnie 8 urządzeń. W chwili gdy magistrala danych rozrosła się do szerokości 16 bitów została również rozszerzona do 4 bitów część adresująca urządzenia. Identyfikator pełni również rolę priorytetu przy rozstrzyganiu próby jednoczesnego dostępu więcej niż jednego urządzenia do magistrali. Zwyczajowo kontroler posługuje się identyfikatorem 7. W obrębie jednego identyfikatora istnieją również tzw. LUN (ang. Logical Unit Number) identyfikujące tzw. urządzenie logiczne na jakie może być podzielone urządzenie fizyczne SCSI. Przykładem takiego urządzenia mogą być zmieniarki płyt CD, w których poszczególne elementy składowe (magazynki, czytniki) mogą być identyfikowane przy pomocy LUN. W znakomitej większości konfiguracji do magistrali poprzez kontroler podłączony jest jeden komputer oraz urządzenia pamięci masowej (dyski twarde oraz napędy taśmowe). Spotykane są też inne urządzenia, np. skanery, drukarki, nagrywarki. Magistrala SCSI pozwala na podłączenie dysku do więcej niż jednego komputera (tzw. układ V). Możliwe jest również przesyłanie danych bezpośrednio pomiędzy urządzeniami bez ingerencji komputera (np. wykonanie kopii macierzy dyskowej na taśmie magnetycznej). Terminator magistrali SCSI

14. Interfejs SATA Serial ATA (ang. Serial Advanced Technology Attachment, SATA) – szeregowa magistrala komputerowa, opracowana i certyfikowana przez SATA-IO, służąca do komunikacji pomiędzy adapterami magistrali hosta (HBA), a urządzeniami pamięci masowej, takimi jak dyski twarde, napędy optyczne i taśmowe. SATA jest bezpośrednim następcą równoległej magistrali ATA. Przewody SATA są węższe i bardziej elastyczne od przewodów ATA, co ułatwia układanie oraz poprawia warunki chłodzenia wnętrza komputera. Również złącza SATA wykonane w technologii LIF(ang. LowInsertionForce) są zminiaturyzowane, umożliwiając zastosowanie SATA w coraz to mniejszych urządzeniach pamięci masowej , a także zmniejszając ilość potrzebnego miejsca na gniazda kontrolera płyty głównej. Dodatkowo zespół złącz SATA (zasilający + sygnałowy) został tak zaprojektowany, że może być stosowany jako zintegrowane złącze typu hot plug. Długość przewodu SATA może dochodzić do 1 metra.

15. Interfejs SAS Serial Attached SCSI (SAS) - interfejs komunikacyjny, będący następcą SCSI, używany do podłączania napędów (głównie dysków twardych). Stosowany przede wszystkim w serwerach. SAS jest częściowo kompatybilny z SATA - dyski SATA prawidłowo współpracują z kontrolerami SAS

16. Macierze RAID RAID (ang. RedundantArray of Independent Disks- Nadmiarowa macierz niezależnych 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), • zwiększenie wydajności transmisji danych, • powiększenie przestrzeni dostępnej jako jedna całość.

17. Macierze RAID - rodzaje

18. USB, Ataczy SATA- porównanie transferów