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Hard Disk

Hard Disk. Andrea Asta Filippo Zaniboni. Hard Disk Meccanica Elettronica Storia Caratteristiche Capacità Tempo di accesso Velocità di trasferimento Buffer Interfaccia File system Interfacce ATA: Advanced Technology Attachment SATA: Serial ATA SCSI: Small Computer System Interface

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Presentation Transcript

  1. Hard Disk Andrea Asta Filippo Zaniboni

  2. Hard Disk Meccanica Elettronica Storia Caratteristiche Capacità Tempo di accesso Velocità di trasferimento Buffer Interfaccia File system Interfacce ATA: Advanced Technology Attachment SATA: Serial ATA SCSI: Small Computer System Interface RAID Implementazioni Livelli SAN: Storage Area Network Prezzi Credits Sommario

  3. Hard Disk • Periferica non volatile dove vengono memorizzati i dati a lungo termine • È diviso in 2 parti fondamentali • Parte meccanica • Parte elettronica • Sono prodotti in 2 dimensioni standard: 3,5 pollici e 2,5 pollici; I primi utilizzati nei PC, gli altri utilizzati nei Notebook

  4. Hard Disk ~ Meccanica • È composto da uno o più dischi composti da due superfici magnetiche dove vengono memorizzati i dati • I dati sono scritti per mezzo di una testina di lettura e scrittura che crea dei campi magnetici • I dischi girano ad una velocità rotazionale costante attorno ad un asse centrale • Ogni disco ha una sola testina che si muove lungo tutto il raggio del disco • La testina è distante alcuni nanometri dal disco • La parte meccanica è sigillata dentro l’HD per evitare che si deteriori • L’HD è sigillato inoltre per evitare che qualcosa finisca tra la testina e il disco

  5. Hard Disk ~ Meccanica CURIOSITA’: • Un HD non normale, quindi sigillato, non può lavorare oltre i 3000m, perché la pressione è troppo bassa e la testina viene schiacciata contro il disco, per ciò esistono particolari HD • Gli HD non sono però sigillati ermeticamente • Ogni HD ha un filtro dell’aria tra il tappo sopra il disco e la scatola del HD • Il filtro evita che entri dello sporco lasciando passare però aria ed umidità • Molta umidità potrebbe danneggiare irreparabilmente la testina, facendo si che questa si incolli al disco

  6. Hard Disk ~ Meccanica • Per proteggere l’HD c’è una parte del disco detta Landing Area dove viene mandata la tesina nel caso succeda qualcosa, come per esempio se viene a meno l’alimentazione • La testina viene spinta contro il disco e finche questo gira la testina viene sorretta dal cuscino d’aria • Quando il disco non gira la testina “atterra” sul disco • Le testino generalmente sono progettate per un numero massimo di circa 50.000 atterraggi

  7. Hard Disk ~ Meccanica Dischi Testina

  8. Hard Disk ~ Elettronica • È composto da una scheda stampata avvitata al contenitore della parte meccanica • Ha il compito di controllare: • I movimenti della testina • Il motore • Lettura/scrittura dei dati

  9. Storia • Primo Hard Disk della storia • Inventato nel 1955 • Creato dall’IBM per il computer IBM305 • Inventato da Reynold Johnson • Formato da • 50 dischi… • …di diametro 24 pollici l’uno! • Capacità di 5MB • Denominazione originaria: Fixed Disk • Utilizzo di una sola testina

  10. Storia • Nel 1961 fu annunciato l’IBM1301 • Prevedeva una testina per ogni disco • Tempi di accesso ridotti notevolmente • Nel 1973 l’IBM introduce il modello 3340 Winchester • Usava una particolare saldatura Dischi-Testine • Formato da due dischi da 30MB l’uno • Il nome diventò sinonimo di HDD • Gli HDD moderni utilizzano ancora questo modello

  11. Storia • Problemi degli Hard Disk fino agli anni Ottanta • Dimensioni esagerate • Costi elevati • Risorse elevate (tensione, corrente) • Nella prima versione del PC (IBM5150) l’Hard Disk non era previsto nella distribuzione industriale!

  12. Storia • Nel 1980 viene introdotto il modello ST506 • Dimensioni ridotte: 5.25 pollici • Capacità di 5MB • Utilizzo di un motore passo passo • Dopo gli anni 80 si ebbe una crescita esponenziale delle prestazioni e delle capacità offerte dagli Hard Disk

  13. TimeLine • Anni 50 • Primi Hard Disk • Anni 80 • Primi HDD a 5.25 pollici • Creazione di SCSI • Anni 90 • Hard Disk fino a 10GB • Dopo il 2000 • Interfaccia Serial ATA • Hard Disk fino a 500Gb • Miglioramento di SCSI (SAS)

  14. Caratteristiche • L’Hard Disk è spesso la causa principale del rallentamento di un computer, questo perché le sue prestazioni sono molto inferiori a quelle che compongono il resto dei personal computer • Le sue caratteristiche principali sono: • Capacità • Tempo di accesso • Velocità di trasferimento • Buffer di memoria • Interfaccia

  15. Caratteristiche ~ Capacità • In genere espressa in GigaByte (GB) • I produttori usano i GigaByte metrici, invece della approssimazioni per potenze di due… • … ciò significa che un HD di una data capacità è in realtà poco più piccolo • Può essere aumentata aumentando la densità dei dati sul disco, il numero di dischi, oppure la grandezza dei dischi stessi • La capacità commerciali attualmente variano dagli 80 Gb ai 500 Gb

  16. Caratteristiche ~ Tempo di accesso • È la caratteristica principale di un HD • Si tratta del tempo medio necessario perché un dato posto in una parte a caso del disco possa essere reperito • Questo tempo dipende dalla velocità del disco e dalla velocità della testina • Spesso non viene menzionata dal produttore • È attorno ai 10 ms per gli HD standard, mentre per quelli ad alte prestazioni (15000 giri) è di 3-4 ms

  17. Caratteristiche ~ Velocità di trasferimento • È la quantità di dati che un HD è in grado leggere/scrivere su un disco in un determinato tempo (di solito 1 secondo) • Per incrementare questa velocità solitamente si usano dischi più veloci, oppure si aumenta la densità dei dati • Questa velocità è teorica, e tale velocità viene raggiunta raramente

  18. Caratteristiche ~ Buffer di memoria • Si tratta di una piccola memoria cache in genere di alcuni MB • Ha il compito di memorizzare gli ultimi dati letti o scritti dal disco • Se un programma richiede ripetutamente le stesse informazioni, queste possono essere reperite nel buffer invece che sul disco • Poiché è un componente elettronico la sua velocità di trasferimento è molto maggiore rispetto a quella del disco

  19. Caratteristiche ~ Interfaccia • È la modalità di collegamento tra l’Hd e la scheda madre • Le più comuni sono: • ATA • SATA • SCSI • N.B. Ulteriori dettagli saranno forniti nella sezione ‘interfacce’

  20. File System • È un metodo di organizzare e memorizzare i dati sul disco, in modo da essere recuperati facilmente e nel più breve tempo possibile • È implemento su dispositivi di archiviazione composti da un array di blocchi di dimensione fissa, i settori, tipicamente di 512 byte l'uno • Deve organizzare lo spazio all’interno di questi settori • Offre gli strumenti per creare, muovere ed eliminare sia file che cartelle • Sicurezza: basata su liste di controllo di accesso (access control list o ACL) che permettono di definire per ciascun elemento del file system di quali permessi (lettura, scrittura, modifica ecc.) dispone ciascun utente.

  21. File System • Esistono una miriade di file system. I sistemi operativi moderni sono spesso in grado di accedere a diversi file system • I più conosciuti, nonché quelli implementati in Windows e MSDOS sono: • FAT • FAT32 • NTFS

  22. Interfacce • Dispositivo fisico che permette la comunicazione tra Hd e Motherboard (BUS) • Esistono 3 standard di interfacce: • ATA: Advanced Technology Attachment • SATA: Serial ATA • SCSI: Small Computer System Interface • Ogni interfaccia è incompatibile con le altre poiché dotata di una interfaccia (connettore) differente dalle altre e poiché lavorano in maniera differente

  23. ATA • Chiamata anche IDE, EIDE, ATAPI, UDMA, PATA • Tale interfaccia era la più diffusa sino al 2004 • Ha un connettore formato da 40 PIN • Utilizzata per periferiche di archiviazione di massa e per CD/DVD drive • Se due unità vengono collegate allo stesso canale è necessario configurare una delle due come master e l’altra come slave • L’unità master viene elencata come prima dal S.O. • Esiste anche una altro modo per collegare due periferiche assieme, il cable select, tramite il quale viene deciso dal collegamento col cavo quale periferica è master e quale è slave

  24. ATA ~ Cavi • Sono dotati di 2 o 3 connettori • Hanno una lunghezza media compresa tra i 40cm e i 90cm • Permettono il trasferimento di dati di 16 o 32 bit per volta • Ne esistono di due tipi, uno formato da 40 “fili”, uno formato da 80 • Il cavo con 80 conduttori prevede un filo di massa per ciascun conduttore, riducendo gli effetti di induzione elettromagnetica tra conduttori adiacenti

  25. ATA ~ Cavi

  26. ATA ~ Standard • Esistono vari standard IDE • Lo standard più usato al giorno d’oggi è l’IDE6, poiché è l’ultimo ad essere stato progettato e anche il più veloce

  27. SATA • SATA => Serial ATA • Standard di connessione per periferiche di memorizzazione • Interfaccia per dispositivi interni • Destinata a sostituire ATA • Connessione di tipo seriale • Nell’ATA era di tipo parallelo!

  28. SATA vs ATA ATA SATA

  29. Difetti di ATA • Transfert Rate limitato a 133MB/s • E’ prevista la connessione fino a due dispositivi contemporaneamente, ma… • Solo un dispositivo per volta può comunicare! • Le due periferiche, quindi, non possono comunicare tra loro • I cavi piatti utilizzati rallentano il raffreddamento del sistema

  30. SATA ~ Pregi S A T A Velocità Gestione Cavi Hot Swap

  31. SATA ~ Caratteristiche • Il cavo di collegamento è composto solo da 4 fili contro i 40 dello standard ATA • Utilizzo di cavi sottili • Raffreddamento del sistema più facile • Possibilità di collegare e scollegare dispositivi mentre il sistema è in funzione (hot swap) • Velocità di trasferimento fino a 150MB/s • Nelle future versioni previste velocità di 300MB/s e fino a 600MB/s

  32. SATA ~ Cavi • Cavi flessibili • Estremità di 8 millimetri • Pregi rispetto ai cavi ATA • Sono più pratici • Sono meno ingombranti… • Quindi favoriscono il passaggio dell’aria… • …garantendo quindi una corretta ventilazione del sistema • I connettori non possono essere inseriti al contrario… • …Grazie ad una asimmetria fisica

  33. SATA ~ Cavi • Connettore di alimentazione simile al cavo di trasmissione dei dati. • Più largo, costituito da 15 conduttori, che trasportano le tre diverse tensioni di alimentazione necessarie: 3,3V, 5V e 12V. • Durante la transizione tra l'interfaccia IDE ed il Serial ATA sono previsti diversi convertitori per rendere compatibili i due standard. • Alimentazione, i connettori standard di alimentazione sono sostituiti dai cavi di alimentazione Serial ATA, che hanno un connettore femmina standard e due connettori maschi SATA. • Dati, è necessario un ponte che converta la trasmissione di dati parallela in seriale e viceversa

  34. SCSI • Small Computer System Interface • Interfaccia standard per la comunicazione tra dispositivi interni tramite un bus • Si pronuncia “scasi” • Introdotta nel 1986 • Utilizzata soprattutto per le periferiche di memorizzazione di massa • Ideato per favorire • Intercambiabilità dei dispositivi • Compatbilità dei dispositivi

  35. SCSI • Small Computer System Interface • Interfaccia standard per la comunicazione tra dispositivi interni tramite un bus • Si pronuncia “scasi” • Introdotta nel 1986 • Utilizzata soprattutto per le periferiche di memorizzazione di massa • Ideato per favorire • Intercambiabilità dei dispositivi • Compatbilità dei dispositivi

  36. SCSI ~ Diffusione • Pregi di SCSI • Velocità • Difetti di SCSI • Costi più elevati • Diffusione • Un tempo era legata a tutte le periferiche • Oggi si usa solo nelle workstation e periferiche di fascia alta • Altre interfacce più economiche • ATA/IDE (hard disk) • USB (periferiche)

  37. SCSI ~ Esempio di terminale

  38. SCSI ~ Cenni storici 1981 Fusione Progetti 1979 Shugart Technology NCR Corporation SASI BYSE SCSI

  39. SCSI ~ Standardizzazione • Lo SCSI viene creato già con lo scopo di diventare uno standard • La standardizzazione arriva nel 1986 • Standard ANSI: Specifica SCSI • Da allora lo SCSI viene adottato come standard industriale • Furono create e diffuse diverse versioni di SCSI

  40. SCSI ~ Versioni • SCSI – 1 • Versione originale (1986) • Bus a 8 bit • Velocità fino a 5MB/s • Lunghezza massima dei cavi: 6 metri • Utilizza livelli logici 0-5V

  41. SCSI ~ Versioni • SCSI – 2 • Lanciata nel 1989 • Seguono varianti Fast-SCSI e Wide-SCSI • Velocità fino a 10MB/s • Alcune varianti arrivano a 20MB/s • Lunghezza massima dei cavi: 3 metri

  42. SCSI ~ Versioni • SCSI – 3 • Lanciato nel 1992 • Con il nome di Ultra-SCSI • Velocità fino a 20MB/s per sistemi a 8 bit • Velocità fino a 40MB/s per sistemi a 16 bit • Seri problemi di funzionamento • Causati anche solo da piccoli difetti fisici nei cablaggi

  43. SCSI ~ Versioni • Ultra – 2 • Lanciata nel 1997 • Cavi lunghi fino a 12 metri • Corretti i problemi causati dai disturbi • Velocità fino a 80MB/s • Ultra – 3 • Lanciata nel 1999 • Correzione automatica degli errori di trasmissione • Velocità fino a 160MB/s

  44. SCSI ~ Versioni • Versioni moderne • Prodotte dal 2003 • Aumentano solo le velocità di trasferimento • Ultra – 320 => 320MB/s • Ultra – 640 => 640MB/s • iSCSI • Versione pensata per Ethernet • Incorpora SCSI-3 e TCP/IP

  45. SCSI ~ Architettura • SCSI-1 • Definisce le operazioni di base • Caratteristiche fisiche del bus • Sequenza di segnali elettrici per ogni azione • SCSI-2 • Definizione di un set di istruzioni

  46. SCSI ~ Architettura • Il set di comandi SCSI si chiama SAM • SAM => SCSI Architecture Model • E’ inclusa nei dispositivi che si avvalgono degli standard • Fibre Channel • SSA • InfiniBand • iSCSI • USB • IEEE 1394 • Serial Attached SCSI

  47. SCSI ~ Diffusione • Pregi di SCSI • Velocità • Difetti di SCSI • Costi più elevati • Diffusione • Un tempo era legata a tutte le periferiche • Oggi si usa solo nelle workstation e periferiche di fascia alta • Altre interfacce più economiche • ATA/IDE (hard disk) • USB (periferiche)

  48. SCSI ~ Esempio di terminale

  49. SCSI ~ Cenni storici 1981 Fusione Progetti 1979 Shugart Technology NCR Corporation SASI BYSE SCSI

  50. SCSI ~ Standardizzazione • Lo SCSI viene creato già con lo scopo di diventare uno standard • La standardizzazione arriva nel 1986 • Standard ANSI: Specifica SCSI • Da allora lo SCSI viene adottato come standard industriale • Furono create e diffuse diverse versioni di SCSI

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