Накопитель на жестких магнитных дисках (HDD) содержит четыре основных элемента (блока): пакет дисковых пластин на вращающейся оси, головки чтения-записи, позиционер, контроллер. Дисковая пластина состоит из основы и магнитного покрытия, на которое записываются данные. Данные хранятся на пластинах в виде концентрических дорожек, каждая из которых разделена на секторы. Емкость дисков растет быстрыми темпами за счет повышения плотности записи информации.

Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров, а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Физический размер (форм-фактор). Почти все современные накопители для персональных компьютеров и серверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма.

Время произвольного доступа (random access time) — время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Диапазон этого параметра невелик — от 2,5 до 16 мс.

Скорость вращения шпинделя — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400, 7200, 10 000, 15 000 об/мин.

Надёжность (reliability) — определяется как среднее время наработки на отказ (MTBF). S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Reporting Technology — технология самотестирования и анализа). Предусматривается автоматическая проверка целостности данных, состояния поверхности пластин, перенос информации с критических участков на нормальные и другие операции. В случае нарастания фатальных ошибок программа выдаст сообщение о необходимости принятия срочных мер по спасению данных.

Объём буфера — буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных HDD он обычно варьируется от 8 до 32 Мб.

RAID (Redundant Arrays of Independent Disks — избыточный массив независимых дисков).

RAID 0. Дисковый массив без гарантии отказоустойчивости. Представляет собой дисковый массив, в котором данные разбиваются на блоки и каждый блок записывается (считывается) на отдельный диск. Таким образом, можно осуществлять несколько операций ввода-вывода одновременно. Обеспечивает наивысшую производительность.

RAID 1. Дисковый массив с дублированием, или «зеркалка» (mirroring).

RAID 0+1. Распределенный массив с зеркальным дублированием. Сочетает преимущества двух описанных выше уровней, требует подключения минимум четырех дисков (создается распределенный массив из двух дисков, который зеркально дублируется).

RAID 2 зарезервирован для массивов, которые применяют код Хемминга.

RAID 3, 4, 5 используют чётность для защиты данных от одиночных неисправностей. У R2 и R4 есть недостаток, нужен отдельный диск (или диски) на котором хранится информация о четности. RAID 5 не имеет этого недостатка. Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, отсутствует выделенный диск для хранения информации о четности, нет асимметричности конфигурации дисков.

Коды Хемминга — наиболее известные и, вероятно, первые из самоконтролирующихся и самокорректирующихся кодов. Построены они применительно к двоичной системе счисления.

RAID 6 используют чётность для защиты данных от двойных неисправностей

Дискета (гибкий магнитный диск) — портативный магнитный носитель информации, используемый для многократной записи и хранения данных сравнительно небольшого объема. Обычно дискета представляет собой гибкую пластиковую пластинку, покрытую магнитным слоем, отсюда английское название «floppy disk» («гибкий диск»). Эта пластинка помещается в пластмассовый корпус, защищающий магнитный слой от физических повреждений. Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения.

Форматы дискет различаются размером диска, количеством секторов на дорожке, количеством используемых сторон (SS обозначает одностороннюю дискету, DS — двухстороннюю), а также типом (плотностью записи) дисковода. Тип дисковода маркировался как SD — одинарная плотность, DD — двойная плотность, QD — четверная плотность, HD — высокая плотность (отличался от QD повышенным количеством секторов), ED — расширенная плотность. В наше время в продаже можно встретить двухсторонние дискеты с плотностью записи HD. Их объем составляет 1,44 Мб. Они имеют 80 дорожек.

Интерфейсы SCSI, их типы.

SCSI (Small Computer System Interface) — интерфейс, разработанный для объединения на одной шине различных по своему назначению устройств, таких как жёсткие диски, приводы CD, DVD, стримеры, сканеры, принтеры и т.д. Стандартом SCSI определяются физические и электрические параметры параллельной шины ввода-вывода, соединяющей компьютер с периферийными устройствами по принципу последовательного подключения. SCSI широко применяется на серверах, высокопроизводительных рабочих станциях; RAID-массивы на серверах часто строятся на жёстких дисках со SCSI-интерфейсом.

SE ( Single- ended) – однопроводная шина.

HVD ( High Voltage Differential) — дифференциальная шина высокого напряжения, устаревшая.

LVD ( Low Voltage Differential) — дифференциальная шина низкого напряжения.

Для 8-разрядной шины использовался 50-контактный кабель, для 16-разрядной шины – 68-контактный кабель.

SCSI-1

Стандартизован ANSI в 1986 г. Параллельная 8-разрядная шина; асинхронный или синхронный режим на частоте 5 МГц; скорость передачи данных 4 Мбайт/с (асинхронный режим) или 5 Мбайт/с (синхронный режим). Максимальная длина кабеля – 6 метров (SE). Максимальное число устройств – 7.

SCSI-2

Стандарт предложен в 1989 году. Максимальная длина кабеля – 3 метра (SE). Частота – 10 МГц.

SCSI-2 Fast: 8-разрядная шина; скорость передачи 10 Мбайт/с; максимум 7 устройств.

SCSI-2 Fast/Wide: 16-разрядная шина; скорость передачи 20 Мбайт/с; максимум 15 устройств.

SCSI-3

Ultra SCSI: Предложен в 1992 году. Частота 20 МГц. Пропускная способность шины составила 20 Мбайт/с для 8-разрядной шины и 40 Мбайт/с — для 16-разрядной. Максимальная длина кабеля 3 метра (SE). Максимум 7 устройств.

Ultra-2 SCSI: Предложен в 1997 году. Частота 40 МГц. Для 8-разрядной шины скорость передачи составляет 40 Мбайт/с, максимально 7 устройств. Для 16-разрядной шины скорость передачи составляет 80 Мбайт/с, максимально 15 устройств. Для достижения подобной производительности необходим новый электрический интерфейс — LVD. Схема передачи сигналов LVD позволяет увеличить длину кабеля до 12 метров.

Ultra-3 SCSI (Ultra-160 SCSI): Предложен в конце 1999 года. Частота 40 МГц. 16-разрядная шина. Скорость передачи 160 Мбайт/с. Максимум 15 устройств. Длина кабеля до 12 метров. В этот стандарт было добавлено использование CRC (Cyclic Redundancy Check) а так же подстройка по скорости. Коды CRC предназначены для устранения ошибок.

Ultra-4 SCSI (Ultra-320 SCSI)

Развитие стандарта Ultra-3 SCSI с удвоенной скоростью передачи данных – 320 Мбайт/с (частота 80 МГц).

Ultra-5 SCSI (Ultra-640 SCSI)

Предложен в начале 2003 года. Удвоенная пропускная способность (640 МБайт/сек). В связи с резким сокращением максимальной длины кабеля неудобен для использования с более чем двумя устройствами, поэтому не получил широкого распространения.

 SAS пришел на его замену-является последовательным интерфейсом, как SATA, с которым совместим по интерфейсу физически.

Интерфейсы IDE, их типы.

IDE ( Integrated Drive Electronics) — это обобщающий термин, применимый практически к каждому дисководу со встроенным контроллером. В настоящий момент IDE получил официальное название АТА (AT Attachment), принятое в качестве стандарта ANSI. Поскольку в накопителе IDE контроллер встроенный, его можно подключать непосредственно к разъему на плате адаптера или на системной плате.

Стандартная шина АТА представляет собой 16-разрядный параллельный интерфейс, т.е.

по интерфейсному кабелю одновременно передается 16 бит данных (разрядов). Интерфейс SATA обеспечивает единовременную передачу по кабелю только одного бита данных, что позволяет уменьшить геометрические размеры используемого кабеля и обеспечить более высокую эффективность его работы, которая достигается за счет повышения циклической частоты передачи информации. Интерфейс SATA имеет полностью обновленную физическую архитектуру, обеспечивая при этом программную совместимость с параллельным АТА.

Начиная с АТА-1, новые версии интерфейса АТА и обновленные версии BIOS обеспечивали поддержку более емких и быстрых накопителей, а также устройств других типов, отлич­ных от жестких дисков. В стандарте АТА-2 и всех последующих исходный интерфейс АТА был улучшен в пяти направлениях:

Вторичный канал для подключения двух устройств.

Увеличенная максимальная емкость накопителей.

Увеличенная скорость передачи данных.

Поддержка интерфейса ATAPI (ATA Packet Interface— пакетный интерфейс перифе­рийных устройств).

Поддержка SATA.

Все версии стандарта АТА обратно совместимы, т.е. устройства АТА-1 или АТА-2 будут прекрасно работать с интерфейсом АТА-4 или АТА-5. Каждый последующий стандарт АТА ос­нован на предыдущем.

ATA/ATAPI-4

Спецификация ATA-4 была опубликована в 1998 году. Основные нововведения стандарта ATA-4:

режим передачи данных Ultra-DMA (Ultra-ATA), обеспечивающий скорость до 33 Мбайт/с;

интегрированная поддержка ATAPI*;

поддержка расширенного управления питанием;

новый 80-жильный кабель (необязательное использование);

улучшенная BIOS с поддержкой дисков большой емкости (более 9,4 трлн. Гбайт), хотя стандарт ATA по-прежнему ограничен максимальным объемом в 136 Гбайт.

*Поначалу интерфейс АТА использовался с жёсткими дисками, но затем стандарт был расширен для работы и с другими устройствами, в основном — использующими сменные носители. К числу таких устройств относятся приводы CD-ROM и DVD-ROM и т.п. Этот расширенный стандарт получил название Advanced Technology Attachment Packet Interface (ATAPI), в связи с чем полное наименование стандарта выглядит как ATA/ATAPI.

ATA/ATAPI-5

режим передачи Ultra-DMA (UDMA), рассчитанный на скорость до 66 Мбайт/с (так называемая спецификация UDMA/66 или Ultra-ATA/66);

80-жильный кабель, необходимый для работы в режиме UDMA/66.

ATA/ATAPI-6

Режимы передачи Ultra-DMA (UDMA), позволяющие передавать данные со скоростью до 100 Мбайт/с (так называемая спецификация UDMA/100, Ultra-ATA/100). Скорость пакетной передачи протокола Ultra-ATA удвоена за счет сокращения времени синхронизации и повышения частоты.

ATA/ATAPI-7

Режим передачи, получивший название UDMA Mode 6, который позволяет передавать данные со скоростью 133 Мбайт/с. Еще одним существенным изменением является включение в стандарт ATA-7 спецификации Serial ATA 1.0 (150 Мбайт/с).

Serial ATA II (300 Мбайт/с).

Serial ATA III (600 Мбайт/с).

ДОПОЛНИТЕЛЬНО! В настоящее время применяется два типа кабелей IDE— 40- и 80-жильные. В обоих используются 40-контактные разъемы, а остальные проводники в 80-жильном кабеле заземлены. Такое конструктивное решение позволяет снизить уровень помех в высокоскоростных интерфейсах UltraATA/66 или более новых. Новый 80-жильный кабель обратно совместим с 40-жильным.