Paměti s magnetickým záznamem

Princip záznamu na pohyblivou magnetickou vrstvu

Podélný záznam

Kódování NRZI

ZAZNAMENÁVANÁDATA

ZÁZNAMOVÝ PROUD

SNÍMANÝ SIGNÁL

1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0

Kódování FM

SNÍMANÝ SIGNÁL

1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0ZAZNAMENÁVANÁ

DATA

ZÁZNAMOVÝ PROUD

Kódování MFM

SNÍMANÝSIGNÁL

1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0

ZÁZNAMOVÝPROUD

ZAZNAMENÁVANÁDATA

Kódování M2FM

SNÍMANÝSIGNÁL

1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0

ZÁZNAMOVÝPROUD

ZAZNAMENÁVANÁDATA

Pevný disk (harddisk) 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 – čtenídigitálním 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, přerušovánínapájení, 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 Pevný disk -- logicklogickáá strukturastruktura

• Oblast DOS• Program FDISK• Formátování disku• Spouštěcí disketa• Master Boot Record

(MBR)• Dos Boot Record (DBR)• Extended Partitions Table

(EPT)

• Hlavní adresář (Rootdirectory)

• 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 operačnípaměti

– 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

Velikost clusterů

Sektorů na cluster

Typ, velikost

Velikost clusterů

Sektorůna cluste

Jednostr. 512 1 128-255 4096 8Oboustr. 1024 2 256-512 8192 16720KB 1024 2 -1024 16384 321,44MB 512 1 -2048 32768 641,2MB 1024 2 -4095 65536 1280-15MB 4096 816-127 2048 4 Kompri

mace8192 16

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

ZpZpůůsoby prsoby prááce s pevnými diskyce 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 witherror-correction code

RAID3 Disk striping with ECC stored as parity

RAID4 Disk striping largeblocks, 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. Magnetickésíly, které zadržují "bity" na správném místě a vytvářejí tak záznam, se v takto vysoké hustotěrovnají energii okolní klidové teploty disku samotného.

Kolmý záznam

Serverové aplikace

• Pro serverové stanice a náročné aplikace se ještě pořád využívá hlavnějiž téměř pětadvacet let staré rozhraní SCSI (Small Computer SystemInterface, 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 vysokácena, 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 takémůžete být jisti, že podporují i NCQ, u starších modelůbývá tato funkce uvedena dodatečně. Port Multiplierumožňuje 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

Super2003a. prz

Ed Grochowski

Year Areal DensityGbits/in2 Product

1991 0.132 Corsair1992 0.260 Allicat1993 0.354 Spitfire1994 0.578 Ultrastar XP1995 0.829 Ultrastar 2XP

0.923 Travelstar 2LP 1996 1.32 Travelstar 2XP

1.45 Travelstar VP1997 2.64 Travelstar 5GS

2.68 Deskstar 16GP 3.12 Travelstar 6GN

1998 3.74 Travelstar 6GT4.1 Deskstar 25GP 5.7 Travelstar 6GN

1999 5.3 Deskstar 37GP10.1 Travelstar 18GT

2000 7.04 Ultrastar 36LZX 14.5 Deskstar 40GV 17.1 Travelstar 30GT

2001 13.2 Ultrastar 73LZX 25.7 Travelstarr 30GN 29.7 Deskstar 120GXP34.0 Travelstar 40GN

2002 26.3 Ultrastar 146Z1045.5 Deskstar 180GXP29.7 Deskstar 120GXP

2003 70.0 Travelstar 80GN2004 >100 2005 >200

4.5 m

64 nm

Contacts

Hard Bias

NiFeSpacerSoft FilmGMR PinnedFilm

0.5 m

18 nm

14 nm

0.2 m

10 nm

0.12 m

12 nm

0.18 m

1970 1980 1990 2000 2010

Year

-2

-1

1

2

3

4

5

10

10

1

10

10

10

10

10

10 6

Are

alD

ensi

ty,M

bit

s/in

ch2

Areal Density of Magnetic HDD and DRAM

25% = 2X per 3 years

40 2

60 1.5

100 1

25% CGR

60% CGR

40% CGR

1M4M

16M

64M

256M

1G

3380E

Ultrastar 18XP

Ultrastar XP

3390-2

Ultrastar 36ZXb

Ed Grochowski

AR

EA

L200

3ah.

ppt

Ultrastar 146Z10

100% CGR

Travelstar 40GN

Microdrive II

Travelstar 30GN

512M

2G4G

8G

DRAM projections after 2001 are based on industry capacities and constant chip area

Travelstar 80GN