Arvutite riistvara Kõvakettad

1. Arvutite riistvaraKõvakettad Marko Kaju

2. Tööpõhimõte • Kõvaketas(hard disk drive, lühend HDD) on andmesäilitusseade, mis kasutab andmete talletamiseks pöörlevaid jäiku alumiiniumplaate, mis on kaetud ferrooksiidlakiga. Andmeid loetakse ja kirjutatakse digitaalselt kodeerituna. • Informatsioon talletatakse kõvakettale, kasutades nn kirjutuspead, mille tekitatud magnetvoo tulemusena muudetakse magnetilise materjali polarisatsiooni. Infot saab tagasi lugeda vastupidi – magnetiline materjal tekitab lugemispeas taas magnetvoo, mis muundatakse elektriimpulsiks. • Andmed salvestatakse ringikujuliselt, mitte sektorite kaupa. • Kirjutamis- ja lugemispea on tänapäeva kõvaketastel ühtne.

3. Salvestusseadmed • Kõvakettad • SSD “kettad” • Optilised kettad

4. Kõvakettad • Võime tänapäeval jagada kahte tööpõhimõttelt erinevase gruppi: • Traditsioonilised kõvakettad(HDD- Hard Disk Drive, Winchester) • SSD kettad (Solid State Drive) – mälud, mis töötavad suure salvestusseadmena.

5. Komponendid • Lugemis- ja kirjutamispea (ingl. k. Head), vanematel seadmetel on kumbki eraldi. Loob kettale positiivselt ja negatiivselt laetud piirkondi. Igal füüsilisel kettal on oma lugemis- ja kirjutamispea. • Kontrolleri telg, mille külge on kinnitatud lugemis- ja kirjutamispea. See kõvaketta osa teeb ära kõige suurema osa tööst. Vanematel arvutitel võib selle aktiivset tegutsemist kuulda kui raginat/kraginat. • Kettad (ingl. k. Platter): ühes kõvakettas on mitu füüsilist andmeketast. Kettale salvestatakse andmed nullide ja ühtedena ning sealt on võimalik neid vajaduse korral uuesti lugeda. Valmistatud üldjuhul alumiinimumist (odav ja kerge), kuid osas kõvaketastes ka klaasist. Ketta pind peab olema väga sile, et tagada lugemis- ja kirjutamispea võimalikult ühtlane liikumine. Seetõttu kasutataksegi klaasi/peeglit. Ketta pind on kaetud ferrooksiidlakiga.

6. Komponendid • Kontrollerliigutab lugemis- ja kirjutamispead. Kontroller liigutab pead terve ketta raadiuses ning juhib pea sinna, kust on vaja andmeid lugeda või kirjutada. Kuigi lugemis- ja kirjutamispäid on mitu, on kontrollerit ainult üks. • Mootor paneb pöörlema alumiinimumkettad. Sellest osast eraldub kõige suurem osa kõvaketta eraldatavast soojusest. • Liidesed (ingl. k. Connectors), mille külge on võimalik panna nii toite- kui ka andmejuhe. • Korpus on mõeldud kõvaketta kaitsmiseks ja kooshoidmiseks, samuti aitab see säilitada kõvakettasisest rõhku.

7. Välise suuruse standard(form factors) • Välise suuruse standardid: • 5,25” tolli • 3,5” – enimlevinud lauaarvutites • 2,5” – enimlevinud sülarvutites • 1,8” • 1” – IBM MicroDrive

8. Terminid Sektor(Sector)-Ketta vähim füüsiliselt adresseeritav salvestusüksus, osa rajast Kluster(Cluster)- kogumik sektoreid Rada(Track)- Kontsentrilised(ühise keskpunktiga) ringid

9. Formaatimine Partitsioneerimine: Enne formaatimist tuleb määrata partitsiooniinfo. Partitsiooniinfos kirjas failisüsteemi tüüp(FAT, NTFS, EXT jne)

10. Formaatimine Kettale kirjutatakse vajalikud struktuurid failide ja andmete käsitlemiseks. Seda vastavalt etteantud failisüsteemi tüübile. Kuiotsustatedraivitavalisel/kõrgviisil vormindada, eemaldataksevormindatavaltdraiviltfailidjakõvaketastkontrollitaksevigastesektoriteosas. Vigastesektoriteotsiminevõtabendaallalõviosadraivivormindamisekskuluvastajast.Kiirvormindamisevariandivalimiseleemaldataksevormindamisekäigussektsioonist seal leiduvadfailid, kuidketasteikontrollitavigastesektoriteosas. Kasutagesedavariantiüksnesjuhul, kuiarvutikõvaketas on varemvormindatudjaoletekindel, et kõvaketas pole kahjustatud.

11. Halvad sektorid • Bad Sectors – viitab sektorile, millel on viga ja mida enam kasutada ei saa. • Saab liigitada kahte klassi:Füüsiline-Ketas vajab vahetusLoogiline-Võib Full formatiga korda saada.

12. HDD adresseerimine Emaplaadid kasutavad kõvaketaste erinevate sektorite adresseerimiseks eri meetodeid: CHS(CylinderHeadSector)- vanim meetod, max 16GB kettad: Silinder-pea-sektor

13. HDD adresseerimine LBA(LogicalBlockAddressing) –kuni 128GB kettad – igale sektorile antakse unikaalne ID n: 0,1,2,(n-1) LARGE(48 bitine LBA), kuni 144petabaiti. N:Kodukoha aadressi otsing: CHS - et leida peab sisestama Riigi, Linna, Tänava ja maja numbri LBA – Kodukohale on antud unikaalne nimetus/number, mida mujal ei eksiteeri ja on kohe leitav.

14. Iseloomustavad suurused Mahutavus Jõudlus Töökindlus Hind

15. Mahutavus Parkinsoni seadus: Data expands so as to fill the space available for its storage(mõte: ükstapuha kui suureks kettad muutuvad, te leiate ikka võimaluse kogu ruumi ära kasutada) BIOS limiidid: 8,4GB(enne 1998 aastat)., ATA limiit 137GB (S)ATA limiit murti 2001 aastal ja nüüd võib suurus olla 144PB(petabaiti)=144miljonit GB

16. Mahutavus Operatsioonisüsteemide limiidid: DOS – 8,4GB Win95 – 32GB WIN98 – 128GB WIN2k+ - 144PB Failisüsteemid: FAT16 – max 2GB partitsioon FAT32 – 2TB

17. Max. HDD suurus • WinXP(32b,64b) – Kuni 2TB ketas • Win Vista,7(32b) – Kuni 2TB ketas • Win Vista, 7(64b) – Kuni 3TB* *Juhul, kui BIOS toetab LBA adresseerimist GUID partipatsioon tabeliga (GUID partition table (GPT) )

18. Jõudlus Disk Cache - HDD vahemälu, mis hoiab infot, mida on hiljuti kettalt’lt soovitud, nii et kui arvuti seda sama infot uuesti soovib, ei pea see enam ketastelt seda infot taga otsima, vaid saab info kohe mälust kätte ja arvutile ette sööta.)

19. Jõudlus • Andmeedastuskiirus(Transfer rates) • SATA – 1,5Gbit/s • SATA2(SATA II) – 3.0 Gbit/s • SATA3 – 6,0 Gbit/s

20. Jõudlus Keskmine otsimisaeg(Seek time)- Keskimine aeg nihutamaks päid ühelt silindrilt teisele (tänapäeval 4ms-10ms) Latentsus(Latency)- Mõjutab RPM. Viiteaeg, kui palju aega kulub jõudmaks sektorini, kui pea on õige raja peal Latency time = (1/((Rotational Speed in RPM)/60)) * 0.5 * 1000 = x milli seconds Average Access Time – Latentsus + keskmine otsimisaeg

21. Kindlus MTBF (mean time before failure)- Eeldatav eluaeg tundides SMART – Self Monitoring, Analysis and Reporting technology – ennustustehnoloogi ennetamaks suuri vigu

22. Hind Ketta hind arvutatakse 1MB järgi.

23. Liidesed • ATA,IDE(parallel ATA – advanced technology attachment, IDE – integrated drive electronics) • SATA(Serial Advanced Technology Attachment) • SCSI(SmallComputer System Interface) • PCI(PeripheralComponentInterconnect)

24. Liidesed • ATA,IDE • 40 ühendusega • pistik + 4 jalaga • elektripistik • Läptopil 50 jalga

25. Liidesed

26. ATA standardid

27. SATA • SATA(SerialATA)

28. SATA -standardid • AHCI(Advanced Host Controller Interface) – spetsiaalstandard SATA suhtluseks. • Kasutab ära omakäsurivistust (NCQ-Native Command Queuing)Meetod SATA kõvaketaste efektiivsuse suurendamiseks ja kettamehhanismi kulumise vähendamiseks. Eriti serverite puhul on tavaline, et kõvaketas saab ajaühikus rohkem lugemis- ja kirjutamiskäske, kui suudab täita ning neid käske on vaja järjekorda panna

29. SATA -standardid • Hotplug- töötava arvuti külge või küljest ära on võimalik kettaid ühendada. • NCQ(Native Command Queuing)- ketas otsustab ise andmete lugemise/kirjutamise järjekorra • eSATA – väline ühendamisstandard.Max kaabli pikkus 2m

30. eSATAp • eSatap-eSATAp on tuntud ka kui Power over eSATA või eSATA/USB Combo. eSATA port kombineerib eSATA(suur kiirus) ja USB(ühilduvus) tugevad küljed ühte porti. eSATAp seadmed on võimelised töötama ilma lisatoiteta.

31. SATA -standardid • Andmeedastus: • SATA – 1,5Gbit/s • SATA2(SATA II) – 3.0 Gbit/s • SATA3 – 6,0 Gbit/s

32. SCSI • Väikearvutisüsteemi liidesSCSI(Small Computer Systems Interface) – mitmeotstarbeline sisend/väljundsiin ühendamaks erinevaid seadmeid(HDD, skanner jne)

33. SCSI

34. PCI HDD/Hübriidkettad • Suurem kiirus • Hübriidketas (SSD+HDD)

35. RAID • RAID (redundant array of independent disks, originally redundant array of inexpensive disks) Sõltumatute ketaste liiasmassiiv on mitmest kõvakettast või kõvaketta partitsioonist moodustatud loogiline plokkseade andmete salvestamiseks, kus samad andmed salvestatakse mitmele kõvakettale. • Erinevaid RAID-i arhitektuure nimetatakse RAID-i tasemeteks. Algselt oli vaid viis RAID taset, kuid aja jooksul on arenenud mitmed teised tasemed: üksteise sees asetsevad RAID tasemed ja mittestandardsed tasemed. • WIKI

36. RAID 0 • RAID 0: (andmed jaotatakse plokkidena (hargsalvestus)) Suurendab andmeedastuskiirust, kuid RAID 0 massiivis ei ole veakindlust (seetõttu ei ole ta päris RAID). Sellegipoolest loetakse see RAID-i tasemeks, sest RAID 0 massiivis peab kontroller andmeid jaotama mitme ketta vahel. Kui üks ketas massiivis puruneb, kaob kogu massiiv ja seda ei ole võimalik parandada. Massiivi tõrkevõimalus kasvab iga sinna pandud kettaga, sest terve massiivi tõrkevõimalus on kõigi kõvaketaste purunemisvõimaluse summa. RAID 0 massiivis kirjutatakse andmeid plokkidena, mis on kindla suurusega (ploki suurus (stripe size ingl. k), mis on massiivi peamine parameeter, enamasti 16 KiB, 32 KiB ja 64 KiB). Kõigilt ketastelt loetakse ja kirjutatakse andmeid samaaegselt, seetõttu suureneb massiivi andmeedastuskiirus iga lisatud kettaga. RAID 0 ei toeta veatuvastust. Faili lugemisel hargsalvestusega massiivilt, loeb kontroller samaaegselt faili iga osa erinevatelt ketastelt, millel fail paikneb. Seejärel paneb kontroller faili osad enne RAM mällu kirjutamist õiges järjekorras kokku. Kui hargsalvestusega massiivis on rohkem kui kaks ketast, saab seda seadistada hargsalvestusega massiiviks koos paarsusega, mis on RAID 4. Selles massiivis jaotatakse andmed kõikidele ketastele välja arvatud ühele ketastest, mida kasutatakse veaparanduskoodi kirjutamiseks.

37. RAID 1 • RAID 1: (peegeldamine teisele kettale, nn "peegelsalvestus") Andmed on kirjutatud identselt mitmele kettale (nn "peegeldatud kettad"). Kuigi enamik RAID 1 massiive tekitatakse kahest kettast, on võimalik ka lisada rohkem kettaid. RAID 1 massiiv võimaldab pärast ketta hävimist tööd jätkata, kuni on olemas vähemalt üks töötav ketas. Sobivate operatsioonisüsteemide olemasolul võib massiivi lugemiskiirus olla suurem kui ühe ketta lugemiskiirus, sest loetakse mitmelt kettalt korraga. Kirjutamiskiirus RAID 1 massiivis sõltub massiivis oleva kõige aeglasema kõvaketta kirjutamiskiirusest.