Hard diskovi

  • Published on
    17-Dec-2015

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

HDD

Transcript

<p>HDD</p> <p>HDD</p> <p>HDD je trei kljuni elemenat koji bitno utie na ukupne performanse raunara. Iako mu je uticaj na performanse velik, HDD bitno zaostaje po brzini za memorijom (priblino milion puta), a pogotovo za (P. Osnovni razlog za to je to je HDD elektromehanika naprava, tj. kombinacija dosta sloene elektronike i ekstrermno precizne mehanike. HDD je osnovni BOOT medij, to znai da se sa njega starta OS. Pored toga na HDD se instaliraju praktiki sve bitne aplikacije i programi koji e se izvravati na raunaru. Zbog toga je HDD najvei dio vremena aktivan, pa njegova brzina (sporost) dolazi do izraaja. Dva su osnovna parametra kojim se procjenjuje HDD:</p> <p>1. brzina pristupa podacima, koja se za standardne savremene HDD-ove kree izmeu 8 i 10 ms;2. kapacitet, koji za savremene HDD-ove trenutno uobiajeno iznosi izmeu 120 i 500 GB mada se na tritu mogu nabaviti i diskovi kapaciteta 1TB.HDD nudi najpovoljniji odnos brzina/cijena i kapacitet/cijena u odnosu na ostale sisteme za masovno memorisanje. Performanse HDD-a su se mjenjale slino kao kod DRAM-a, tj. kapacitet je dosta bre rastao od brzine. Nekadanjih 5MB je naraslo na 1TB to je poveanje reda 200 000 puta. Za to vrijeme brzina je porasla priblino 40 puta (sa 100mS na 2,5mS za izizetno brze i skupe diskove).Princip rada HDD-a</p> <p>Osnovni principi memorisanja zasnovani su na koritenju memorijskih sposobnosti magnetnih materijala i donekle su sliani obinom audio kasetofonu, ali se ovdije radi o snimanju digitalnih signala, pa je ema zapisivanja i itanja bitno drugaija. Informacija se uva u formi magnetne polarizacije male povrine diska. Do sada se uglavnom koristila povrinska tj. 2D (dvodimenziona) polarizacija. Najnoviji diskovi poinju koristiti tzv. 3D polarizaciju tj. polarizaciju u dubinu magnetnog materijala jer to daje i do 30% vei kapacitet za istu povrinu diska. </p> <p>Nosei disk se radi od dijamagnetnog materijala. Najee je to posebna vrsta stakla ili keramike izuzetne mehanike vrstoe. Ranije su se za nosei medij koristili aluminijumski diskovi. Meutim staklo se moe bolje obraditi i biti ravnije na mikroskopskom nivou to dozvoljava manje rastojanje izmeu R/W glave i diska(). R/W glava predstavlja zavojnicu sa magnetnom jezgrom u dijamagnetnoj kouljici. Dijamagnetni materijali spreavaju rasipanje magnetnog polja, pa je magnetno polje fokusirano na ogranieni prostor ispod R/W glave. Pod djelovanjem odgovarajueg strujnog impulsa, u zavojnici se javlja elektro-magnetno polje odgovarajue polarizacije. Silnice polja zatvaraju se kroz magnetni medij na disku, vrei pri tome magnetnu polarizaciju diska. ema upisivanja i itanja je znatno komplikovanija nego kod audio kasetofona. R/W glava detektuje 0 i 1 kao promjene polarizacije sa N na S susjednih lokacija. Ranije je uglavnom koritena MFM (Modified Freqency Modulation), a danas naka od RLL (Run Lenght Limited) ema kodiranja prilkom zapisivanja podataka. Cilj je da se povea pouzdanost prilkom itanja podataka sa diska. RLL ema je dvostruko efikasnija od MFM-a to znai da se na isti disk koritenjem RLL eme moe upisati dvostruko vie podataka, zbog ega je praktiki istisnula MFM emu iz upotrebe (osim kod FDD-a). Gustina upisanih podataka zavisi od 3 parametra:</p> <p>1. veliine fokusirajueg dijela R/W glave</p> <p>2. rastojanje R/W glove i diska ()</p> <p>3. eme kodiranja </p> <p>Poto danas svi HDD-ovi koriste neku od RLL ema kodiranja sa istim ili slinim rezultatima, moe se rei da gustina upisanih podataka realno zavisi samo od prva dva parametra (veliine fokusirajueg dijela R/W glave i rastojanja R/W glove i diska ()). Gustina upisanih podataka u odnosu na prve HDD-ove porasla je za gotovo nevjerovatnih 6 000 000 puta (za period od 50 godina). Dananji diskovi su sve manji (3,5 ; 2,5 ili 1,8 incha) a kapacitet sve vei (1TB).Veliina R/W glave je praktiki dostigla svoj minimum, pa se gustina upisanih podataka moe poveati samo smanjenjem rastojanja koje je ionako ekstremno malo (reda mikrona). Zbog toga je HDD vrlo osjetljiv na vibracije, potrese i udare. Problem vibracija moe biti jako izraen kod raunara koji koriste vie diskova, to je uobiajeno kod servera sa RAID poljem diskova. Obino se koriste 4 HDD-a koji svojim radnim vibracijama ometaju jedan drugog, to dovodi do pogrenog itanja i realnog usporenja rada HDD-a. Zato serverski diskovi imaju ugraene tzv. G-senzore koji mjere vibracije i po potrebi dodaju korektivna dejstva servo sistemu i tako kompenziraju efekte vibracija.Brzina pristupa podacima direktno zavisi od brzine rotacije diska. Vea brzina rotacije znai krae vrijeme pristupa, odnosno bri disk. Tipine brzine rotacije su 5400 ob/min za sporije diskove veeg kapaciteta ili diskove na lap-top raunarima i 7200 ob/min (RPM rotation per minute) za standardne diskove, koji se danas distribuiraju u PC raunarima. Serverski diskovi obino se vrte na brzinama izmeu 10 i 15 000 RPM pa njihova vremena pristupa variraju izmeu 2,5 i 5 ms. Vea brzina rotacije znai bri disk, ali to znai veu potronju el. energije i vee zagrijavanje diska, to ugroava integritet podataka jer je magnetni materijal osjetljiv na toplotu. HDD radi u gotovo optimalnim uslovima, jer se nalazi u gotovo hermetiki zaptivenom kuitu. Rotacija diska izaziva strujanje zraka unutar kuita, a zrak koji dolazi iz vana prolazi kroz mikrofiltere, koji ga proiavaju. Kuite diska je od dijamagnetnog materijala koji ga tite od vanjskih magnetnih polja, kao i od vanjskih: vlage, praine, poviene temperature, i sl. Strujanje zraka unutar diska vre hlaenje magnetne povrine diska, to je jako vano. Porastom temperature slabe magnetna svojstva medija, pa bi na tzv. Kirijevoj temperaturi (priblino 180 C), magnetni materijal potpuno izgubio magnetna svojstva i podaci bi bili nepovratno izbrisani. Zbog toga se u klimatski nepovoljnim podrujima sa visokim temperaturama i HDD mora hladiti slino (P-u. Strujanje zraka je vano i zbog aerodinamikog efekta zbog kojeg R/W glava lebdi iznad povrine diska na vrlo malom rastojanju (). Vano je napomenuti da unutar kuita HDD-a vlada atmosferski pritisak a ne vakum ili nekakav nadpritisak. To moe stvoriti probleme na visokim planinama (iznad 2500m). U takvim situacijama koriste se posebne i osjetno skuplje izvedbe hermetiki zaptivenih diskova.Tipovi i karakteristike HDD-ova</p> <p>Prvi HDD razvili su IBM-ovi strunjaci daleke 1956. godine i bio je kapaciteta 5 MB (50 ploa prenika 24 incha tj. 61 cm). Iako se HDD ureaj iroko koristio na Mini i MainFrame raunaraima, nije koriten u poetnim PC konfiguracijama (jer poetna verzija DOS-a nije podravala HDD). DOS je naknadno ukljuio podrku za HDD (kad je cijena HDD-a dovoljno pala a interes korisnika porastao). Za veinu tadanjih primjena PC-ja i FDD je bio dovoljan. Tokom PC evolucije HDD se dosta brzo razvijao (uglavnom poveavajui kapacitet a znatno manje brzinu) i do danas je ostao osnovni medij za masovno memorisanje. HDD nudi najpovoljniji odnos kapaciteta i brzine s jedne strane i cijene s druge strane. U PC svijetu mogu se susresti slijedei tipovi HDD-a:</p> <p>1. MFM (Modified Frequently Modulation)</p> <p>Ova je tehnologija koritena za prve PC HDD-ove. Danas se jo koristi samo kod floppy diska. Uobiajeni kapaciteti su se kretali od 5 140 MB, a brzine pristupa podacima reda 100 ms (0,1 s), slino kao kod dananjih FDD-ova. Ovi diskovi su se koristili na PC XT i AT286 raunarima i ve odavno se ne proizvode. Najvei nedostatak im je bio dosta komplikovano prikljuivanje i konfigurisanje da bi ih sistem ispravno prepoznao. Korisnik je morao znati i unijeti sve bitne parametre HDD-a (broj glava, cilindara, sektora, veliinu prekompenzacije, veliinu landing zone itd.).2. IDE/EIDE (Integrated Disk Electronic/Enchanced IDE)</p> <p>Ovi diskovi su dugo godina dominirali tritem i na njih jo uvijek otpada 80 % koritenih HDD-ova. Nude najpovoljniji odnos cijene i kapaciteta. Ipak se smatra da e relativno brzo nestati sa scene jer se trite prebacuje na tzv. diskove sa serijskim interfejsom. Osnovna karakteristika ovih diskova je da je elektronika diska integrisana sa mehanikom u jedinstven ureaj. IDE disk je samostalan ureaj koji se vrlo jednostavno povezuje u sistem. Ovo je velika prednost u odnosu na MFM diskove koji su bili vrlo komplikovani za prikljuivanje. IDE standard je nekoliko puta unaprijeivan, poveavajui kapacitet i brzinu. Poetni kapaciteti su bili svega 40 MB. Prva barijera je bila na 540 MB, odnosno na 528 MB (kod 540 MB, 1 MB = 1.000.000 bajta, dok je kod 528 MB, 1MB = 1024 KB). Druga barijera je bila na 2048 MB pa 8,4 GB. Ova ogranienja su poslijedice slabosti tadanjih OS-ova (Windowsa 3.1;Win95;98) i BIOS-a, a ne samih HDD-ova. Uobiajeni kapaciteti IDE diskova se danas kreu od 80 200 GB i jo se nude na tritu uprkos prelasku na SATA diskove. Veina dananjih IDE diskova podrava standarde koji su poznati pod imenima: ATA 66, ATA 100, ATA 133, ATA 166 (ATA advanced technology attachment) i odnose se na brzinu transfera podataka od 66MB/s, 100MB/s i 133MB/s respektivno. Podatci se prenose paralelno, tj. preko 8 linija podataka prenosi se cijeli bajt podataka odjednom. Zbog toga se ovi diskovi nazivaju i PATA diskovi. Brzina pristupa podacima, direktno zavisi od brzine rotacije diska. Standardne brzine rotacije su od 3600 i 5400 RPM za lap-top i spore desk top diskove, 7200 RPM za standardne diskove i 10 000 RPM za brze serverske diskove (iako se IDE diskovi vrlo rijetko koriste na serverima jer se tu uobiajeno koriste SCSI diskovi). Uobiajeno je da dananji IDE diskovi koriste odreene koliine ke memorije, smjetene na samom HDD-u. Kapacitet te ke mem. varira. Danas se kree izmeu 2 i 8 MB. Ova ke mem. je mnogo sporija i mnogo jeftinija od ke mem. za (P-ove, ali je to i razumljivo, jer je HDD mnogo sporiji ureaj. Brzina pristupa podacima ovih diskova je 8 15 ms, jer brzine rotacije vrlo rijetko dostiu 10 000 RPM-ova. </p> <p>3. SCSI (Small Computer System Interface)</p> <p>SCSI interface je preuzet sa mini raunara i dugo godina nije koriten u PC svijetu, zbog ega je i danas primjena SCSI-a na PC-ju prilino kompleksna i izaziva niz problema. PC standard izvorno ne podrava SCSI. Machintosh raunari od starta podravaju i koriste SCSI kontrolere. Da bi se u PC-u koristio SCSI HDD, mora se instalirati SCSI kontroler, koji obezbjeuje odgovarajui interfejs. SCSI kontroler je relativno skupa kartica koja omoguuje prikljuenje velikog broja SCSI ureaja u tzv. SCSI lanac. SCSI kontroler je ureaj koji ima velike mogunosti i omoguuje razmjenu podataka izmeu SCSI ureaja bez posredstva (P-a. To znai da SCSI kontroler znaajno rastereuje glavni (P. U praksi se mogu susresti 3 tipa kontrolera poznati pod imenima:</p> <p>- SCSI 1</p> <p>- SCSI 2</p> <p>- SCSI 3SCSI 1 omoguava prikljuenje do 7 HDD-ova, jer se kao 8. ureaj pojavljuje sam SCSI kontroler. SCSI 2 i 3 mogu biti u tzv. standardnoj i wide izvedbi. U standardnoj verziji dozvoljavaju povezivanje do 15 ureaja tipa HDD-a (CD-ROM, DVD, MOD, JAZ, ZIP, HDD). U dvokanalnoj wide izvedbi mogue je prikljuiti do 31 ureaj HDD tipa dok je sam kontroler trideset i drugi. U praksi se mnogo ee sesreu proirenja SCSI 3 standarda poznata pod komercijalnim nazivima: ultra SCSI, ultra wide SCSI, SCSI 160, SCSI 320 gdje se brojevi 160 i 320, odnose na brzinu transfera podataka u MB/s. Rad na standardu SCSI 640 je praktiki zaustavljen iako je bio daleko odmakao, jer je ocijenjeno da nema ekonomskog opravdanja za daljnja ulaganja obzirom na pojavu SAS (Serial Attached SCSI) standarda, tj. nove generacije SCSI diskova sa serijskim interfejsom. SCSI HDD-ovi se uobiajeno koriste u profesionalnim primjenama (serveri, grafike radne stanice, itd.). Njihova cijena je neto vea, a kapacitet se kree od 9 500 GB iako tu nema praktinih ogranienja. Kod SCSI diskova kapacitet obino nije najvaniji parametar, tj. mnogo su vaniji brzina i pouzdanost. Brzine rotacije su uobiajeno 10 15 000 RPM. Brzine pristupa podacima variraju izmeu 5 8 ms za standardne verzije, dok najbri modeli dostiu 2,5 ms. SCSI diskovi od starta koriste cache memoriju (danas je uobiajeno 16 MB) ime bitno popravljaju performanse. Ipak, vano je naglasiti da su SCSI diskovi ustvari IDE diskovi kojima je dodat SCSI interfejs i time njihove mogunosti znaajno proirene. Dodatna elektronika SCSI interfejsa bar principijelno malo usporava SCSI disk. To znai da je pri istoj brzini rotacije IDE disk bri od SCSI diska (razlika je mala i gotovo zanemariva ali ipak postoji). SCSI diskovi se rade kao diskovi vie klase (vee brzine rotacije, vie cache memorije, bri interface itd.) jer su namjenjeni profi primjeni pa su im performanse bolje a cijena vea nego kod odgovarajuih IDE modela. SCSI diskovi podravaju komande za tzv. odloeno startanje. U sistemuma sa 4 ili vie diskova kakvi su savremeni serveri sa RAID poljem diskova, istovremeni start vie diskova mogao bi ugroziti stabilnost napajanja i dovesti do neeljenog reseta raunara. Motori HDD-ova prilikom startanja povuku veliku struju da bi to bre dostigli eljeni broj obrtaja. Ako starta vie diskova istovremeno strujno optereenje moe biti preveliko i ugroziti napajanje matine ploe a time i procesora. SCSI kontroler upravlja startanjem SCSI diskova preko odgovarajuih komandi. Time se postie da HDD-ovi stataju sa odreenom vremenskom zadrkom. Drugi disk starta nakon to je prvi disk dostigao radni reim (broj obtraja) i tako redom. ATA diskovi nemaju tu mogunost.4. SATA (Serial Advanced Technology Attachment)</p> <p>Ovo je novi standard u oblasti HDD-ova i oznaava migraciju iz paralelnog u serijski interfejs velikih brzina. MFM, IDE i SCSI, koriste paralelni interfejs. To znai da se prenosi cijeli bajt podataka odjednom. Iako paralelni prenos ima oigledne logike prednosti, on u praksi proizvodi utoliko vie problema ukoliko je vea frekvencija, odnosno brzina komunikacije. Paralelni diskovi su brzinu komunikacije poveali gotovo do teoretskih granica, zbog ega je duina pouzdane komunikacije bitno smanjena. Stariji diskovi su koristili 40 pinske-40 ilne kablove, ija je duina dostizala i 90 cm. Novi diskovi ATA 66/100/133/166, moraju koristiti kvalitetnije 40 pinske-80 ilne kablove, ija duina u pravilu ne prelazi 45 cm. Ovi kablovi dozvoljavaju komunikaciju na veim brzinama jer dodatni vodovi mase smanjuju uticaj interferencije. Dalje ubrzanje transfera podataka na ovaj nain tehniki gotovo da i nije mogue a finansijski nije opravdano. 40-pinski pljosnati (flat) kablovi oteavaju strujanje zraka kroz kuite raunara to je mnogo vei problem nego to obini korisnik PC-ja misli. Zbog svega toga se prelo na serijski interfejs velikih brzina. SATA diskovi koriste praktiki istu mehaniku kao i IDE diskovi, ali je paralelni interfejs zamjenjen serijskim. Serijski interfejs velikih brzina postaje generalno opredjeljenje PC industrije. Koristi se znatno jeftinija infrastruktura. Kablovi za povezivanje imaju vrlo malo ica (7). Koristi se tzv. diferencijalna NRZ signalizacija niskog naponskog nivoa (NRZ-Non Return to Zero). NRZ ema koristi uravnoteen par provodnika, svaki na potencijalu +0,25V ili -0,25V. Signali se prenose diferencijalno sa razlikom potencijala izmeu pr...</p>