Uvnitř pevných disků najdete nejmodernější technologie

Vnitřní uspořádání disku se v podstatě nezměnilo od dob prvních pevných disků. Zvenku je viditelná poměrně pevn


Vnitřní uspořádání disku se v podstatě nezměnilo od dob prvních pevných disků.
Zvenku je viditelná poměrně pevná a houževnatá krabička, nejčastěji kovová,
uvnitř které se nachází rotující plotna či plotny s magnetosenzitivním
povrchem, ke kterému se přibližují čtecí hlavičky.
Vnitřní konstrukce, tedy jak disk vypadá uvnitř
Přestože se to může zdát jako nejlogičtější řešení, není pravda, že místo, kde
je na plotně magnetismus, znamená logickou jedničku a místo, kde magnetismus
není, resp. je záporný, znamená logickou nulu. Ve skutečnosti se jedničky a
nuly detekují změnou magnetismu.
Elektronika disku
Elektronika disku byla zpočátku velmi jednoduchá, pouze řadič a procesor, velká
část se dost dlouho nacházela na speciálních deskách mimo vlastní disk.
V dnešní době se na tomto uspořádání mnoho nezměnilo. Téměř by se dalo říci, že
dochází jen k vlivu miniaturizace a zvyšování rychlosti. Elektronika je už v
podstatě celá na desce elektroniky disku. Rozhraní bylo velmi pevně definováno,
ať už se jedná o IDE nebo SCSI disky. Uvnitř přibyly kvalitnější a rychlejší
procesory, které dovedou sofistikovaně rozhodovat, kdy a kam ukládat jaká data
a naopak, jak nejlépe je číst, aby celý proces byl co nejrychlejší. Ve větší
míře se začaly využívat vyrovnávací paměti, do kterých se ukládají data jako
mezistupeň, mezi diskem a sběrnicí.
Ovládací hardware, tedy řadič bufferu v disku, pracuje velmi sofistikovaně a
dovede urychlit práci disku. Při zápisu je jeho funkce poměrně předvídatelná,
tedy data se nezapisují okamžitě, ale počká se, až budou pro zápis k dispozici
větší bloky, jejichž zápis je samozřejmě, vztaženo na jednotku, rychlejší. Při
čtení se využívají dvě základní funkce. Jednak vlastní vyrovnávací mezipaměť,
ve které řadič dovede najít sektor, který je právě žádán k přečtení a předat ho
systému místo toho, aby jej skutečně četl z disku. Druhou funkcí je čtení
napřed. Zde se využívá pravidla, že přibližně 60 % všech požadavků na čtení je
sekvenčního charakteru, tedy po jednom sektoru bude následovat další, který je
v logické řadě. Řadič pak při požadavku na čtení určitého sektoru nenačte pouze
jeden, ale ještě další do zásoby. Při dalším čtení je poměrně vysoká
pravděpodobnost (oněch 60 %), že požadovaný sektor už bude připraven v bufferu.
Kapacity vyrovnávací paměti se u součas-ných IDE disků pohybují kolem 512 KB,
SCSI disky mívají také 1 MB paměti.
Geometrie, tedy jak se disk chová vůči softwaru
První disky se chovaly zcela transparentně a do jisté míry i pravdivě. Mívaly
většinou jednu či 2 plotny, takže celkem až 4 hlavy (strany). Disk byl rozdělen
na sektory, a jeden kruh na všech plotnách se nazýval cylindr. Tak bylo
zabezpečeno, že půjde naadresovat celý, tedy trojrozměrný, prostor disku. Tento
systém se nazývá CHS (Cylinder, Head, Sector). Už před několika lety se tento
systém začal potýkat s problémy. Z několika důvodů se ukázalo jako výhodnější
neudávat skutečnou geometrii v CHS, ale jakousi vymyšlenou, nazvanou vznosně
"logická". Proto se lze setkat s disky, které mají třeba 16 hlav, přestože se
uvnitř určitě netočí osmero ploten. Firmware disku pak toto logické CHS
zaměření převede na vnitřní, fyzický CHS systém v disku, který má třeba jen 2
plotny, tedy 4 hlavičky.
Místo tohoto CHS systému se začal před nedávnou dobou uží-vat praktičtější a
jednodušší LBA mod. LBA znamená Logical Block Access, tedy logický blokový
přístup k datům. Jeho základem je lineární adresace sektorů na disku, která je
jednorozměrná. Hlavní výhodou je možnost adresovat mnohem větší diskový
prostor, než je možnost tradičního systému CHS. K použití LBA je nutné
aktivovat nějaký režim překladu LBA do CHS. V současnosti se využívají 3
režimy: Normal, Large a LBA. V režimu normal (někdy je v BIOSu označen také
jako CHS) v podstatě nedochází k překladu, jde jen o prosté převedení původní
logické geometrie. Protože měly starší BIOSy problémy s disky většími než 504
MB, velmi často se stane, že DOS pozná disk jen jako 504 MB. V překladových
režimech Large a LBA jsou už možnosti mnohem lepší, zde je hranice posunuta až
na 8 GB. Pak se disk logicky chová tak, jako by měl třeba až 64 hlav, což by
znamenalo 32 ploten. To je samozřejmě nesmysl; je to ale jediný rozměr, kam
mohou disky pod systémy MS-DOS i Windows dále "růst", aniž by narazily na
nějaké hranice.
Dalším problémem, který je spojen s velikostí disků, je limit systému FAT 16 a
potažmo též VFAT ve Windows 95 na největší obsloužitelný disk s velikostí 2 GB.
To vychází z nejvyššího možného počtu clusterů (nejmenších adresovatelných
bloků na disku) 65 536 a z maximální velikosti clusteru 32 768 bajtů. Tento
závažný problém nelze v DOSu ani ve starších verzích Windows 95 obejít a nutí
uživatele dělit disk na menší partitions. V případě třeba 7GB disku může být
rozdělení na 4 disky velmi nepříjemné. Další problematickou vlastností takhle
velkých partitions pod DOSem, resp. Windows 95, je délka clusteru. Jak už bylo
řečeno, v tomto případě má cluster délku 64 sektorů disku, tedy 32 768 bajtů.
Nejmenší blok, který lze tímto systémem přidělit, činí právě 32 768 bajtů.
Proto jakýkoliv soubor, který má méně než 32 kB, např. AUTOEXEC.BAT se svými
typickými 150-200 bajty zabírá na disku právě 32 kilobajtů. Tímto způsobem
uživatel přichází o obrovské místo na disku, zvlášť u aplikací, které využívají
velké množství malých souborů, třeba účetních programů pod MS-DOSem. Souborový
systém FAT16 byl odbourán až ve Windows 95 OSR 2, kde byl nahrazen FAT32. Ta je
součástí také nových Windows 98. Samozřejmě, že už v minulosti se tento problém
účinně řešil v jiných operačních systémech, proto z limitů FAT16 nemusíte mít
obavy třeba při použití systému HPFS v OS/2 nebo NTFS ve Windows NT.
Sběrnice a rychlosti ATA
V současnosti se používají 2 hlavní systémy sběrnic. Prvním je ATA (IDE) a
druhým SCSI. Oba dva mají moho vnitřních variant, lišících se zejména
přenosovou rychlostí. Přenos se realizuje prostřednictvím režimů PIO
(programmed input/output) a reži-mů DMA (direct memory access). V režimu PIO se
přenášejí data podle rychlosti tiků na IDE sběrnici. Při každém tiku lze
přenést pouze 16 bitů, pevné disky jsou tedy 16bitové. Rychlost, resp. délka
tiků se časem měnila. První režim, tedy PIO 0 má délku tiku 600 ns, z čehož
vyplývá, že jeho přenosová rychlost je asi 3,3 MB/s. Další režimy, tedy PIO 1 a
PIO 2 mají délky 383 a 240 ns, což odpovídá přenosovým rychlostem 5,2 a 8,3
MB/s. Režimy PIO 0 až PIO 2 odpovídají původní specifikaci ATA. Pak následovala
další, nazvaná ATA-2. Ta obsahuje režimy PIO 3 a PIO 4, s rychlostmi 11,1 a
16,6 MB/s. ATA-2 vyžaduje ke svému správnému běhu servisní kanál IORDY, s jehož
pomocí je možné v případě potřeby snížit přenosovou rychlost. Disky, které jsou
donuceny běžet v režimu ATA-2 (tedy PIO 3 a 4) a neobsahují kanál IORDY, mohou
při přenosu dělat chyby a dokonce porušit data na disku. Proto je dobré je
provozovat jen v režimech ATA.
Druhým typem přenosu je přenos DMA. DMA znamená přenos bez účasti procesoru,
tedy přímo z disku do paměti. Ve skutečně multitaskových operačních systémech,
jako je třeba OS/2 a Linux, to vede k velkému snížení zátěže systému. Bohužel,
DOS i Windows čekají na ukončení přenosu, takže přínos DMA pro snížení zatížení
počítače není příliš vysoký.
Rychlost DMA přenosu se opět odvíjí od časování sběrnice a liší se ve dvou
skupinách. Dříve používaný single-word DMA přenos je k dispozici DMA 0, 1 a 2.
Jeho rychlosti jsou 2,1, 4,2 a 8,3 MB/s, odpovídající tak délce cyklu 960, 480
a 240 ns. V současné době je už tento režim zcela vytlačen modernějším
multi-word DMA, který je k dispozici v režimech DMA 0, DMA 1, DMA 2, DMA/16 a
DMA/33 (Ultra DMA). Rychlosti jsou pak 4,2, 13,3, 16,6, 16,6 a 33,3 MB/s.
Všechny single-word DMA režimy a multi-word DMA 0 jsou k dispozici v protokolu
ATA, multi-word DMA 1 a DMA 2 jsou obsaženy v ATA-2 a DMA/16 spolu s DMA/33
obsahuje až specifikace Ultra-ATA.
Poměrně zajímavá je podpora blokového režimu přenosu. S její pomocí může
ovladač disku v operačním systému požádat řadič o komplexnější přenos několika
za sebou jdoucích bloků dat, což se samozřejmě projeví na snížení zátěže
systému, na rozdíl od použití běžných sekvenčních příkazů.
Sběrnice a rychlosti SCSI
SCSI sběrnice je poměrně stará záležitost, její začátky se odehrávaly počátkem
80. let. V současnosti je stále využívána pro vysokorychlostí hi-end diskové i
jiné systémy, zvlášť s potřebou vysokého stupně bezpečnosti.
Hlavním rozdílem mezi SCSI a ATA je zřetězení zařízení na sběrnici SCSI.
Všechna zařízení připojená na sběrnici SCSI jsou totiž zapojena za sebou, a oba
volné konce jsou ukončeny pomocí zvláštních zařízení, terminátorů. Významným
rozdílem proti ATA je také to, že i řadič je vlastně součástí celé sběrnice a
chová se jako další zařízení. Všechna zařízení, která se nacházejí na SCSI
sběrnici, musí být jednoznačně identifikovatelná, což se děje pomocí SCSI ID.
ID jsou identifikační čísla zařízení, podle druhu SCSI je jich k dispozici 8
nebo 16. Standardy přidělování ID byly dříve poměrně striktní, řadič měl vždy 7
a disk, ze kterého se zavádí systém, měl ID 0. Časy se však změnily a dnes lze
ID přidělovat téměř bez omezení, je jenom třeba správě nastavit SCSI BIOS
řadiče, aby tyto změny byl schopen akceptovat.
SCSI prošlo během svého vývoje mnoha změnami, které byly převedeny do revizí
nazvaných SCSI-1, SCSI-2 a SCSI-3. Liší se především možnostmi protokolů a
novými příkazy na SCSI sběrnici.
Přenosové rychlosti SCSI se liší podle specifikací. Původní synchronní SCSI-1
běželo na 5 MHz a proto byla přenosová rychlost při 8bitovém přenosu 5 MB/s.
SCSI-2 přišlo s režimem Fast, při kterém se zvýšila frekvence na 10 MHz, což
přineslo zvýšení také přenosové rychlosti na 10 MB/s. Dalším režimem se stal
Ultra SCSI, s frekvencí 20 MHz a přenosovou rychlostí 20 MB/s. Všechny tyto
přenosy se týkají 8bitového přenosu, který byl nahrazen 16bitovým. Zařízení
podporující tento režim mají ve svém názvu Wide. Přenosová rychlost Ultra-Wide
SCSI je tak 40 MB/s. Všechny tyto rychlosti jsou samozřejmě jen teoretické,
avšak blíží se realitě o něco více, než teoretické přenosové rychlosti u ATA,
kde např. u Ultra DMA je 33,3 MB/s jen zbožným přáním a skutečná přenosová
rychlost činí jen něco kolem 10 MB/s.
Různé typy SCSI mají další rozdíly mezi sebou, např. v největší možné délce
kabelu a také v počtu podporovaných zařízení.
Pevné disky lze připojovat buď interně, prostřednictvím plochého kabelu stejně
jako ATA disky, nebo je také možné připojení externích pevných disků.
V poslední době se začalo slibně rozvíjet připojení režimem LVD, tedy Low
Voltage Direfential, které se projevuje dalším zvýšením rychlosti až na 80
MB/s. Hlavním rozdílem mezi klasickým (tedy single-ended připojením) a
připojením LVD je především to, že data se přenášejí po dvou vodičích pro každý
bit. Tím způsobem se obešly fyzikální problémy spojené s vysokorychlostním
přenosem na Ultra-Wide SCSI. Kabel na LVD vypadá velmi zajímavě, neboť je to
sice plochý vodič, u kterého je však každý drát prokroucen a opět sveden do
konektoru.
V dnešní době se lze setkat s pevnými disky, které mají ve svém repertoáru
funkcí také mod MLVD. Tato funkce znamená, že disk je schopen pracovat jak v
režimu single-ended, tak v režimu LVD, podle aktuálního okolí reprezentovaného
dalšími zařízeními na SCSI.
Závěrem
První pevný disk byl vyroben v roce 1954 v laboratořích firmy IBM. Do dnešní
doby se neudálo příliš mnoho zásadních koncepčních změn a tak disky vypadají
přibližně pořád stejně a i uvnitř fungují na stejných principech, jako před 40
lety. Delší dobu se už čeká na technologii, která je nahradí, zatím se však
žádná životaschopnější nenašla a disky se dále rozvíjejí a zrychlují. Zatím
nikdo nedokáže říci, kolik let mají pevné disky v našem slova smyslu před
sebou, ale do konce tisíciletí nás určitě neopustí.
8 2667 / or









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.