Sabit manyetik diske veri yazma yöntemi. Sabit disk (manyetik sürücü, sabit sürücü, HDD)

Merhaba arkadaşlar!

Bugün sabit disk gibi bir şeyden bahsedeceğiz. Nadir bir bilgisayar kullanıcısı bunu duymadı!

Sabit disk olarak da bilinen HDD (Sabit Disk Sürücüsü) olarak da bilinen Winchester, bilgi depolamak için bir cihazdır.

HDD, argo adını beyazların Amerika'yı fethettiği ünlü tüfekten aldı. İlk sabit disk modellerinden biri, bu ateşli silahla aynı kalibre olan "30/30" olarak adlandırıldı.

Aşağıda bilgisayar sabit diskleri hakkında konuşacağız.

Bir bilgisayarın sabit diski nasıl çalışır?

Kişisel bilgisayarlarda kullanılan geleneksel (elektromekanik) sabit diskin nasıl üç katına çıktığını ele alacağız. Temeli bir veya birkaç bilgi diskidir. Sabit disklerin ilk modellerinde alüminyum diskler kullanıldı.

Ancak bu ilk modeller, kapasite olarak büyük ve küçüktü.

Disket ve sabit diskler

Bu "vidalar" (başka bir argo terim), 5,25 "disket sürücüsünün fiziksel boyutuna ve hacmine sahipti. Bilgisayar endüstrisinin başlangıcında, veriler ayrıca disketlerde (disketler) 5,25 ve 3,5 inçlik disklerde de depolanıyordu.

Bu tür diskleri okumak ve yazmak için kullanılan sürücüye FDD adı verildi. (Disket sürücü).

Bu diskler, her iki tarafında ferromanyetik kaplama bulunan yuvarlak bir plastik parçasından yapılmıştır. İnce ve esneklerdi, bu nedenle sürücü adını aldı. Dış etkilerden korunmak için bu diskler kare plastik bir kasaya yerleştirildi.

HDD'deki diskler benzer bir yapıya sahiptir, ancak daha kalındırlar ve adından da anlaşılacağı gibi bükülmezler. Bir santrifüj kullanılarak böyle bir diske ince bir ferromanyetik metal oksit tabakası uygulanır. Veriler manyetik kafalar kullanılarak yazılır ve okunur.

Kayıt sırasında, manyetik kafaya, ferromanyetik katmandaki alanların (ferromanyetik parçacıklar) yönünü değiştiren bir bilgi sinyali gönderilir.

Okunduğunda, manyetize alanlar kafada bir akım indükler ve bu daha sonra kontrol devresi (kontrolör) tarafından işlenir. Hız ve veri hacimleri için gereksinimler sürekli büyüyordu. Dünyanın en iyi beyinleri bu alana yönlendirildi. Ve bilgisayar donanımının geri kalanı gibi sabit diskler de sürekli olarak geliştirildi.

Diskler cam ve cam seramikten yapılmaya başlandı. Bu, ağırlıklarını, kalınlıklarını azaltmayı ve dönüş hızını artırmayı mümkün kıldı.

Diskin dönüş hızı 3600 rpm'den 5400, 7200 rpm'ye ve ardından 10.000 ve hatta 15 00o rpm'ye yükseldi! Karşılaştırma için, FDD'deki diskin dönme hızının 360 rpm olduğunu varsayalım.

Dönme hızı ne kadar yüksek olursa, veriler o kadar hızlı okunur.

ferromanyetik katman

Disklerin yüzeyindeki ferromanyetik tabaka iki şekilde uygulanabilir - galvanik biriktirme ve vakum biriktirme. İlk durumda, disk bir metal tuzları çözeltisine daldırılır ve üzerine ince bir metal filmi (kobalt) bırakılır.

Vakum biriktirmede, disk kapalı bir odaya yerleştirilir, içindeki hava boşaltılır ve metal partiküller bir elektrik deşarjı kullanılarak biriktirilir.

Manyetik tabakanın üzerine koruyucu bir karbon kaplama uygulanır. Kafa ile olası bir temas durumunda, ince bir manyetik tabakayı tahribattan (ve bilgi kaybından) korur.

Bir Winchester'ın bir veya birkaç fiziksel diski olabilir. İkinci durumda, diskler tek bir yapıya monte edilir ve senkronize olarak döner. Her diskin ferromanyetik katmana sahip iki yüzü vardır, veriler iki farklı kafa tarafından okunur (üstte ve altta bulunur).

Başlıklar da tek bir yapıya monte edilir ve senkronize hareket eder.

Kafa hareket mekanizması, telli bir bobin ve sabit bir kalıcı mıknatıs içerir. Bobine akım uygulandığında, içinde mıknatısla etkileşime giren bir manyetik alan üretilir. Ortaya çıkan kuvvet, bobini mekanizmanın tüm hareketli kısmıyla (ve kafaları da) hareket ettirir.

Mekanizma, güç olmadığında kafaları orijinal konumlarına hareket ettiren bir yay içerir. (Park alanı). Bu, kafaları ve diskleri hasardan korur.

Sabit bir manyetik alan oluşturan küçük neodimyum mıknatısların çok güçlü olduğuna dikkat edin!

Çalışma durumunda, diskler sabit bir hızda döner, kafalar diskin üzerinde "uçur". Dönerken, kafaları kaldıran aerodinamik bir akış ortaya çıkar. Teknoloji geliştikçe kafalar ve disk arasındaki mesafe azalır.

Şimdiye kadar, onlarca nanometreye getirildi!

Mesafeyi azaltmak, bilgi kaydı yoğunluğunu artırmanıza olanak tanır. Böylece aynı hacme daha fazla bilgi sığdırılabilir.

Okuma ve yazma kafaları

Modern sabit disk kullanımı manyetorezistif kafalar.

Bir manyetorezistör kristali, manyetik alanın büyüklüğüne ve yönüne bağlı olarak direncini değiştirebilir. Kafa, farklı manyetizasyona sahip alanların üzerinden geçtiğinde, kontrol devresi tarafından yakalanan direnci değişir.

Sabit sürücünün kafası aslında iki kafa içerir - okuma ve yazma. Kayıt kafası, manyetik teyp kasetleri kullanan eski teyp kaydedicilerdeki kafa ile aynı prensipte çalışır.

Boşlukta bir manyetik alanın oluşturulduğu, disk yüzeyindeki manyetik alanların yönünü değiştiren açık bir çekirdek içerir. Kafanın "sarılması", fotolitografi kullanılarak basılı bir şekilde yapılır.

Mil ve HDA

Diski döndüren sabit sürücünün (mil) ana sürücüsü şunları içerir: hidrodinamik yatak... Çok daha düşük bir radyal salgıya sahip olduğu için bir bilyalı rulmandan farklıdır.

Modern sabit disklerde bilgi kayıt yoğunluğu çok yüksektir, izler birbirine çok yakın yerleştirilmiştir.

Büyük miktarda radyal salgı, kayıt yoğunluğunda bir artışa izin vermez veya (izler arasındaki mesafenin azalmasıyla) kafa, bir devir sırasında bitişik izler boyunca "zıplar". Akışkan dinamik yatak, hareketli ve sabit parçalar arasında ince bir gres tabakası içerir.

Sonuç olarak, milin, disklerin ve sürücülü kafanın ayrı bir bölmeye yerleştirildiğini varsayalım. İlk sabit disk modelleri, basıncı eşitlemek için çok ince hücrelere sahip bir filtre ile donatılmış sızdıran bölmeler içeriyordu.

Daha sonra, esnek bir zarla kapatılmış, içlerinde bir delik bulunan kapalı bölmeler ortaya çıktı. Diyafram, baş bölmesinin içindeki ve dışındaki hava basıncı farklılıklarını telafi etmek için her iki yönde de bükülebilir.

Yazının bir sonraki bölümünde, sabit diskin nasıl çalıştığı ve nasıl çalıştığı ile tanışmamıza devam edeceğiz.

Victor Geronda seninleydi. Blogda görüşürüz!

Sabit sürücüler

Bir öğrenci tarafından yapılır
40-101B grupları.
Kerimov K.R.
Öğretmen:
Usov P.A.

1. Sabit disk nasıl çalışır .. 3

2. Disk aygıtı .. 5

3. Sabit disk çalışması .. 10

4. Hacim, hız ve erişim süresi .. 12

5. Sabit disk arayüzleri .. 14

6. Harici sabit sürücüler .. 16

Sabit disk nasıl çalışır?

Sabit disk sürücüsü, modern kişisel bilgisayardaki en karmaşık ve gelişmiş cihazlardan biridir. Diskleri, muazzam bir hızda iletilen birçok megabayt bilgiyi barındırabilir. Bir bilgisayarın neredeyse tüm öğeleri sessizce çalışırken, sabit disk homurdanır ve gıcırdıyor, bu da onu hem mekanik hem de elektronik bileşenler içeren birkaç bilgisayar cihazından biri yapıyor.

Sabit disk çalışmasının temel ilkeleri, başlangıcından bu yana çok az değişti. Sabit sürücünün aygıtı, sıradan bir döner tablaya çok benzer. Sadece gövde altında ortak bir eksen üzerine monte edilmiş birkaç plaka olabilir ve kafalar her bir plakanın her iki yanından bilgileri aynı anda okuyabilir. Plakaların dönüş hızı (bazı modellerde 15.000 rpm'ye ulaşır) sabittir ve ana özelliklerden biridir. Kafa, yüzeyden belirli bir sabit mesafede plaka boyunca hareket eder. Bu mesafe ne kadar kısa olursa, bilgi okuma doğruluğu o kadar yüksek olur ve bilgi kaydının yoğunluğu o kadar yüksek olabilir. Sabit sürücüye baktığınızda yalnızca sağlam bir metal kasa görürsünüz. Tamamen sızdırmazdır ve sürücüyü, kafa ile diskin yüzeyi arasındaki dar boşluğa takılırsa hassas manyetik katmana ve diske zarar verebilecek toz parçacıklarından korur. Ayrıca kasa, sürücüyü elektromanyetik parazitlerden korur. Tüm mekanizmalar ve bazı elektronik bileşenler kasanın içine yerleştirilmiştir. Mekanizmalar, bilgiyi depolayan disklerin kendileri, disklerden bilgi yazan ve okuyan kafalar ve hepsini harekete geçiren motorlardır. Disk, çok düz bir yüzeye sahip, genellikle alüminyumdan, daha az sıklıkla seramik veya camdan yapılmış, ince bir ferromanyetik tabaka ile kaplanmış yuvarlak bir plakadır. Diskler yapılır. Çoğu sürücü bir demir oksit tabakası kullanır (normal bir manyetik bandı kaplar), ancak en yeni sabit diskler yaklaşık on mikron kalınlığında bir kobalt tabakası kullanır. Bu kaplama daha dayanıklıdır ve ayrıca kayıt yoğunluğunu önemli ölçüde artırmanıza olanak tanır. Uygulama teknolojisi, entegre devrelerin üretiminde kullanılana yakındır.

Disk sayısı farklı olabilir - bir ila beş arasında, sırasıyla çalışma yüzeylerinin sayısı iki katıdır (her diskte iki tane). İkincisi (manyetik kaplama için kullanılan malzeme gibi) sabit sürücünün kapasitesini belirler. Bazen dış disklerin (veya bunlardan birinin) dış yüzeyleri kullanılmaz, bu da sürücünün yüksekliğini azaltmaya izin verir, ancak çalışma yüzeylerinin sayısı azalır ve garip olabilir.

Manyetik kafalar disklere bilgi okur ve yazar. Kayıt ilkesi genellikle geleneksel bir teyp kaydedicide kullanılana benzer. Dijital bilgi, manyetik kafaya sağlanan alternatif bir elektrik akımına dönüştürülür ve daha sonra manyetik diske aktarılır, ancak diskin algılayabileceği ve "hatırlayabildiği" bir manyetik alan şeklinde. Diskin manyetik kaplaması, kendiliğinden (kendiliğinden) mıknatıslanmanın birçok küçük alanıyla temsil edilir. Anlaşılır olması için, diskin farklı yönleri gösteren çok küçük pusula oklarından oluşan bir katmanla kaplandığını hayal edin. Bu tür ok parçacıklarına alan adı verilir. Bir dış manyetik alanın etkisi altında, alanların içsel manyetik alanları, yönüne göre yönlendirilir. Dış alanın etkisinin kesilmesinden sonra, diskin yüzeyinde kalıcı mıknatıslanma bölgeleri oluşur. Böylece diske kaydedilen bilgiler kaydedilir. Diskin dönüşü sırasında manyetik kafanın boşluğunun karşısında olan kalıcı mıknatıslanma alanları, içinde manyetizasyonun büyüklüğüne bağlı olarak değişen bir elektromotor kuvveti indükler. Bir mil aksına monte edilen disk paketi, altına kompakt bir şekilde yerleştirilmiş özel bir motor tarafından tahrik edilir. Disklerin dönüş hızı genellikle 7200 rpm'dir. Sürücünün çalışmaya başlaması için gereken süreyi azaltmak için, motor açıldığında bir süre zorunlu modda çalışır. Bu nedenle, bilgisayarın güç kaynağının en yüksek güç rezervine sahip olması gerekir. Şimdi kafaların işi hakkında. Hassas bir step motor yardımıyla hareket ederler ve sanki dokunmadan diskin yüzeyinden bir mikron kesir mesafesinde "yüzer". Bilgilerin kaydedilmesi sonucunda disklerin yüzeyinde eşmerkezli daireler şeklinde manyetize alanlar oluşur. Bunlara manyetik şeritler denir. Hareket ederken, kafalar sonraki her parçanın üzerinde durur. Tüm yüzeylerde alt alta bulunan raylar kümesine silindir denir. Tüm tahrik kafaları aynı anda hareket ederek aynı isimdeki silindirlere aynı numaralarla erişir.

Disk cihazı

Tipik bir sabit sürücü, bir HDA ve bir elektronik karttan oluşur. HDA, tüm mekanik parçaları içerir, kart, HDA'nın içinde, kafaların hemen yakınında bulunan ön yükseltici hariç, tüm kontrol elektroniklerini içerir.

Motor, disklerin altında bulunur - disket sürücülerinde olduğu gibi düz veya bir disk paketinin miline yerleştirilmiştir. Disklerin döndürülmesi, HDA çevresinde dolaşan ve yanlarından birine takılı bir filtre tarafından sürekli olarak temizlenen güçlü bir hava akışı oluşturur.

Konektörlere daha yakın, milin sol veya sağ tarafında, biraz kule vinci andıran döner bir konumlandırıcı vardır: eksenin bir tarafında, disklere bakan ince, uzun ve hafif yataklı manyetik kafalar vardır ve diğer yandan - bir elektromanyetik tahrik sargısına sahip daha kısa ve daha büyük bir şaft. Konumlandırıcının külbütör kollarını döndürürken, kafalar disklerin merkezi ve çevresi arasında bir yay şeklinde hareket eder. Konumlandırıcının eksenleri ile iş mili arasındaki açı, konumlandırıcının ekseninden kafalara olan mesafe ile birlikte seçilir, böylece kafanın ekseni dönerken teğet izinden mümkün olduğunca az sapar.

Daha önceki modellerde, külbütör, step motorun eksenine sabitlendi ve paletler arasındaki mesafe, adım boyutuna göre belirlendi. Modern modellerde, herhangi bir ayrıklığı olmayan lineer bir motor kullanılır ve ray üzerine kurulum, disklere kaydedilen sinyallere göre yapılır, bu da sürücü doğruluğunda ve kayıt yoğunluğunda önemli bir artış sağlar. diskler üzerinde.

Konumlandırıcı sargısı, kalıcı bir mıknatıs statoru ile çevrilidir. Sargıya belirli bir büyüklük ve polaritede bir akım verildiğinde, külbütör kolu karşılık gelen bir ivme ile uygun yönde dönmeye başlar; sargıdaki akımı dinamik olarak değiştirerek konumlandırıcıyı herhangi bir konuma ayarlamak mümkündür. Bu tahrik sistemi, bir hoparlör konisine benzetilerek Ses Bobini (ses bobini) olarak adlandırılır.

Sözde manyetik mandal genellikle şaft üzerinde bulunur - kafaların aşırı iç konumunda (iniş bölgesi) stator yüzeyine çekilen ve külbütör bu konumda sabitlenen küçük bir kalıcı mıknatıs. Bu, aynı zamanda diskin yüzeyinde bulunan ve onunla temas halinde olan kafaların sözde park pozisyonudur. Bir dizi pahalı modelde (genellikle SCSI), armatürü serbest konumdayken külbütör kolunun hareketini engelleyen konumlandırıcıyı sabitlemek için özel bir elektromıknatıs sağlanır. Bilgi, disk iniş bölgesinde kaydedilmez.

Kalan boş alan, kafalardan ve bunların komütatöründen alınan sinyalin bir ön yükselticisini içerir. Konumlandırıcı esnek bir şerit kablo ile preamplifikatör kartına bağlanır, ancak bazı sabit disklerde (özellikle bazı Maxtor AV modellerinde) sargı gücü, aktif çalışma sırasında kopma eğiliminde olan ayrı tek damarlı teller tarafından sağlanır. Hermetik ünite, atmosfer basıncında normal tozsuz hava ile doldurulur. HDA'nın bazı sabit disklerdeki kapaklarında, iç ve dış basıncı eşitlemeye yarayan ince bir filmle kapatılmış küçük pencereler özel olarak yapılmıştır. Bazı modellerde pencere nefes alabilen bir filtre ile kapatılır. Bazı sabit sürücü modellerinde, iş mili ve konumlandırıcı eksenleri yalnızca bir yerde sabitlenir - sabit sürücü kasasında, diğerlerinde ek olarak HDA kapağına vidalarla sabitlenirler. İkinci modeller, sabitleme sırasında mikro deformasyona karşı daha hassastır - eksenlerde kabul edilemez bir yanlış hizalama oluşturmak için sabitleme vidalarının yeterince güçlü bir şekilde sıkılması. Bazı durumlarda, böyle bir önyargının tersine çevrilmesi zor olabilir veya tamamen geri döndürülemez hale gelebilir. Elektronik kart çıkarılabilir; çeşitli tasarımlara sahip bir veya iki konektör aracılığıyla HDA'ya bağlanır. Kart, sabit diskin ana işlemcisini, programlı ROM'u, genellikle disk arabelleği olarak kullanılan çalışan RAM'i, kaydedilenleri hazırlamak ve okunan sinyalleri işlemek için bir dijital sinyal işlemcisini (DSP) ve arayüz mantığını içerir. Bazı sabit disklerde, işlemci programı tamamen ROM'da depolanır, bazılarında ise belirli bir kısmı diskin hizmet alanına kaydedilir. Disk ayrıca sürücü parametreleri (model, seri numarası vb.) içerebilir. Bazı sabit sürücüler bu bilgileri elektriksel olarak yeniden üretilebilir bir ROM'da (EEPROM) depolar.

Birçok sabit sürücü, elektronik kart üzerinde bir konektöre sahip özel bir teknolojik arayüze sahiptir; bu sayede, tezgah ekipmanı kullanarak sürücü ile çeşitli servis işlemleri gerçekleştirebilirsiniz - test etme, biçimlendirme, arızalı alanları yeniden atama vb. Conner markasının modern sürücüleri, bir adaptör aracılığıyla bir alfanümerik terminale veya bir bilgisayarın COM portuna bağlanmasına izin veren, seri arayüz standardında yapılmış teknolojik bir arayüze sahiptir. ROM, terminalden verilen komutları algılayan, bunları yürüten ve sonuçları terminale geri gönderen sözde test izleme sistemini (TMOS) içerir. Disketler gibi eski sabit diskler temiz manyetik yüzeylerle üretildi; ilk işaretleme (biçimlendirme) tüketici tarafından kendi takdirine bağlı olarak yapıldı ve herhangi bir sayıda yapılabilir. Modern modeller için markalama üretim sürecinde yapılır; aynı zamanda, servo bilgileri disklere kaydedilir - dönüş hızını stabilize etmek, sektörleri aramak ve kafaların yüzeyler üzerindeki konumunu izlemek için gerekli özel işaretler. Çok uzun zaman önce, servo bilgilerini kaydetmek için diğer tüm yüzeylerin kafalarının ayarlandığı özel bir yüzey kullanıldı. Böyle bir sistem, ilk işaretlemeden sonra aralarında herhangi bir tutarsızlık olmaması için kafaların sabitlenmesi için yüksek bir sertlik gerektiriyordu. Günümüzde servo bilgileri sektörler arasındaki boşluklara (gömülü) kaydedilmekte, bu da paketin faydalı kapasitesini arttırmayı ve hareketli sistemin rijitliği üzerindeki kısıtlamayı kaldırmayı mümkün kılmaktadır. Bazı modern modeller, birleşik bir izleme sistemi kullanır - özel bir yüzeyle birleştirilmiş yerleşik servo bilgileri; bu durumda, seçilen yüzeye göre kaba ayar yapılır ve yerleşik işaretlere göre ince ayar yapılır.

Servo bilgileri diskin referans işaretlemesi olduğundan, sabit sürücü denetleyicisi hasar durumunda onu kendi başına geri yükleyemez. Böyle bir sabit sürücüyü programlı olarak biçimlendirirken, yalnızca veri sektörlerinin başlıklarının ve sağlama toplamlarının üzerine yazmak mümkündür.

Modern bir sabit sürücünün fabrikada ilk işaretlenmesi ve test edilmesi sırasında, neredeyse her zaman özel bir yeniden atama tablosuna girilen hatalı sektörler bulunur. Normal çalışma sırasında, sabit sürücü denetleyicisi bu sektörleri, her bir iz, iz grubu veya diskin özel bir alanında bu amaç için özel olarak ayrılmış yedeklerle değiştirir. Bu sayede, yeni sabit disk, aslında neredeyse her zaman orada olmalarına rağmen, yüzey kusurlarının tamamen yokluğunun görünümünü yaratır.

Güç açıldığında, sabit sürücü işlemcisi bir elektronik testi gerçekleştirir ve ardından iş mili motorunu açmak için bir komut verir. Belirli bir kritik dönüş hızına ulaşıldığında, disklerin yüzeyleri tarafından sürüklenen havanın yoğunluğu, kafaları yüzeye bastırma kuvvetinin üstesinden gelmek için yeterli hale gelir ve onları yüzeylerin fraksiyonlarından birkaç mikrona kadar bir yüksekliğe çıkarır. diskler - kafalar "yüzer". Bu andan itibaren hız kritik seviyenin altına düşene kadar, kafalar bir hava yastığına "asılır" ve disklerin yüzeylerine hiç dokunmaz.

Diskler nominal değere yakın bir dönüş hızına ulaştıktan sonra (genellikle 3600, 4500, 5400 veya 7200 rpm), kafalar park alanından çıkarılır ve dönüş hızını doğru bir şekilde stabilize etmek için servo işaretleri aranmaya başlar. Ardından, servis alanından bilgi okunur - özellikle kusur yeniden atama tablosu.

Başlatma sonunda, konumlandırıcı belirtilen parça dizisi üzerinde yinelenerek test edilir - başarılı olursa, işlemci arayüzde hazır işaretini ayarlar ve arayüz çalışma moduna geçer.

Çalışma sırasında, kafanın disk üzerindeki konumunu izleme sistemi sürekli çalışır: konumlandırıcı sargısındaki akımı kontrol eden geri besleme devresine beslenen sürekli okunan sinyalden bir hata sinyali alınır. Kafanın rayın merkezinden sapmasının bir sonucu olarak, sargıda yerine geri dönme eğiliminde olan bir sinyal ortaya çıkar.

Veri akışlarının hızlarını - okuma / yazma ve harici arayüz düzeyinde - eşleştirmek için, sabit diskler, genellikle birkaç on veya yüzlerce kilobaytlık bir hacme sahip, genellikle yanlışlıkla önbellek olarak adlandırılan bir ara ara belleğe sahiptir. Bazı modellerde (örneğin, Quantum), arabellek, kontrol belleniminin bindirme bölümünün ilk olarak yüklendiği ortak çalışan RAM'de bulunur, bu da gerçek arabellek hacmini toplam RAM'den (128 ile 80-90 kb) daha az yapar. Kuantum için kb RAM). Diğer modellerde (Conner, Caviar) ayrı arabellek ve işlemci RAM'i bulunur.

Güç kapatıldığında, işlemci, kartın kapasitörlerinde kalan enerjiyi kullanarak veya aynı zamanda jeneratör görevi gören motorun sargılarından çekerek, konumlandırıcıyı parka ayarlamak için bir komut verir. dönüş hızı kritik hızın altına düşmeden önce yürütülecek zamanı olan konum. Bazı sabit disklerde (Quantum), bu, diskler arasına yerleştirilen ve sürekli olarak hava basıncına maruz kalan yaylı bir külbütör tarafından kolaylaştırılır. Hava akışı zayıfladığında, külbütör ayrıca konumlandırıcıyı bir mandalla kilitlendiği park konumuna iter. Kafaların mile doğru hareketi, disklerin dönmesinden kaynaklanan merkezcil kuvvet tarafından da kolaylaştırılır.

Sabit disk çalışması

Şimdi - sabit sürücünün kendi süreci hakkında. Elektronik ve mekaniğin ilk kurulumundan sonra, sabit sürücünün mikro bilgisayarı, ana kartta veya arayüz kartında bulunan denetleyiciden gelen komutlar için bekleme moduna geçer. Komutu aldıktan sonra, gerekli başlığı açar, gerekli yolu servo darbelerle arar, gerekli sektör başa "ulaşana" kadar bekler ve bilgileri okur veya yazar. Denetleyici bir sektörü değil, birkaç sektörü okuma/yazma talebinde bulunduysa, sabit sürücü, RAM'i arabellek olarak kullanarak ve denetleyiciye veya denetleyiciden bilgi aktarımı ile okuma/yazmayı birleştirerek blok modunda çalışabilir.

Disk yüzeyinin optimal kullanımı için, prensibi büyük bir uzunluğa (ve dolayısıyla bilgi kapasitesine) sahip olan dış izlerde bilgi olan bölge kaydı (Bölgeli Bit Kaydı - ZBR) kullanılır. iç olanlardan daha yüksek bir yoğunlukla kaydedildi. ... Tüm yüzey içinde sabit bir kayıt yoğunluğuna sahip on veya daha fazla bu tür bölge vardır; buna göre, dış bölgelerdeki okuma ve yazma hızı, iç bölgelere göre daha yüksektir. Bu nedenle, sabit sürücünün "başlangıcına" daha yakın bulunan dosyalar, genellikle "sonuna" yakın bulunan dosyalardan daha hızlı işlenir.

Şimdi, sabit disklerin parametrelerinde belirtilen inanılmaz sayıda kafanın nereden geldiği hakkında. Bir zamanlar, bu sayılar - daha yüksek bir fiyata silindirlerin, kafaların ve sektörlerin sayısı - gerçekten sabit sürücünün gerçek fiziksel parametrelerini (geometrisini) gösteriyordu. Bununla birlikte, ZBR'yi kullanırken, sektör sayısı parçadan parçaya değişir ve bu sayılar her sabit sürücü için farklıdır - bu nedenle, sabit sürücü denetleyiciye belirli koşullu parametreleri bildirdiğinde sözde mantıksal geometri kullanılmaya başlandı. ve komutları alırken mantıksal adresleri fiziksel adreslere dönüştürür. Aynı zamanda, mantıksal geometriye sahip bir sabit sürücüde, örneğin 520 silindir, 128 kafa ve 63 sektör (toplam hacim - 2 GB) büyük olasılıkla iki disk ve dört okuma / yazma kafası vardır.

En yeni nesil sabit diskler, PRML (Kısmi Yanıt, Maksimum Olabilirlik) ve S.M.A.R.T. kullanır. (Kendi Kendini İzleme Analizi ve Rapor Teknolojisi). İlki, mevcut kayıt yoğunlukları ile disk yüzeyinden sinyali net ve net bir şekilde okumanın artık mümkün olmaması nedeniyle geliştirildi - parazit ve bozulma seviyesi çok yüksek. Sinyalin doğrudan dönüştürülmesi yerine, bir dizi örnekle karşılaştırması kullanılır ve maksimum benzerlik temelinde, bir veya başka bir kod kelimesinin alınması hakkında bir sonuca varılır - yaklaşık olarak kelimeleri okuduğumuz şekilde. hangi harfler eksik veya bozuk.

SMART teknolojisini uygulayan Winchester, flash ROM'da veya servis alanlarında düzenli olarak kaydedilen çalışma parametrelerinin (başlatma / durma sayısı ve çalışılan saat sayısı, iş mili hızlanma süresi, tespit edilen / düzeltilen hatalar vb.) istatistiklerini tutar. diskin. Bu bilgiler sabit diskin kullanım ömrü boyunca toplanır ve analiz programları tarafından herhangi bir zamanda istenebilir; mekaniğin durumunu, çalışma koşullarını veya yaklaşık arıza olasılığını değerlendirmek için kullanılabilir.

Benzer bilgiler.

Bilgisayar, insan toplumunun yeri doldurulamaz bir bileşenidir. Resimleri, sesleri, sayıları, kelimeleri işler. Neyse ki, bilgisayar kapatıldığında kaybolmamak için tüm bilgiler kaydedilebilir.

Bir bilgisayarın içindeki bir sabit sürücünün görevi, bilgileri çok hızlı bir şekilde depolamak ve görüntülemektir. Sabit disk, bilgisayar endüstrisinin çok şaşırtıcı bir buluşudur. Astronomik miktarda bilgi depolayabilir. Bu minyatür cihaz, fizik yasalarını kullanarak pratik olarak sınırsız miktarda bilgi kaydeder.

Sabit sürücüyü yanlışlıkla biçimlendirirseniz, verileri ondan kurtarmak mümkün olacaktır, ancak bu zaman alıcı ve pahalıdır.

Sabit disk nasıl çalışır?

Anlamak için kırmak gerekir. Bir sabit sürücünün beş ana parçası vardır:

Bu cihazı yıllarca kullanmak istiyorsak disk koruması şart. Ve ne gibi zararlar olabilir? Disk hasarı bir metafor değildir. Böyle ince katmanlarda, kafanın ağırlığı 747 uçağın ağırlığına eşittir ve 747 uçağın ağırlığı, saatte 100 kilometre hızla uçan yüz bin yolcunun ağırlığı ile karşılaştırılabilir. Milimetrenin çok küçük bir kısmındaki sapma ve bu kadar...

Külbütör kolu saniyede 60 defaya kadar değişen bilgileri okumaya başladığında sürtünme kuvveti ne kadar önemli bir rol oynar. Külbütör görünmez çünkü bu elektromanyetik sistem doğanın iki kuvvetinin - elektrik ve manyetizmanın - etkileşimi üzerinde çalışır. Bu etkileşim, rocker'ı ışık hızına çıkarır.

Ondan önce bileşenlerden bahsediyorduk, şimdi veri depolamadan bahsedelim. Veriler, disk yüzeyindeki dar şeritlerde depolanır. Yapım sırasında, diskte bu parçalardan iki yüz binden fazla oluşturulur. Her parça sektörlere ayrılmıştır. İz ve sektör haritası, kafanın bilgiyi nereye yazacağını veya okuyacağını belirlemesine izin verir. Diskin yüzeyi pürüzsüz ve parlaktır, ancak daha yakından incelendiğinde yapı daha karmaşıktır. Yüzeydeki ferrimanyetik film, kaydedilen tüm bilgileri hatırlar. Kafa, film üzerindeki mikroskobik alanı manyetize eder, böyle bir hücrenin manyetik momentini "0" veya "1" durumlarından birine ayarlar, her biri bu sıfır ve bire bit olarak adlandırılır. Bit değeri, artı veya eksi manyetik alanın yönüne karşılık gelir ve verilerin güvenliği konusunda endişelenmenize gerek yoktur, çünkü iyi kalitede bir fotoğraf bu tür hücrelerin yaklaşık 29 milyonunu kaplar ve 12 farklı sektöre dağılır. Kulağa etkileyici geliyor, ancak gerçekte bu kadar inanılmaz miktarda bit diskin yüzeyinde çok küçük bir alanı kaplıyor. Yüzeyin her santimetre karesi 31 milyar bit içerir. Hafızadan anladığım bu.

Sabit sürücü, hayal edilmesi zor hızlarda bilgi kaydeder ve çıktı verir. İnce film, manyetizma yasalarını kullanarak birçok farklı ansiklopediyi veya yüz binlerce fotoğrafı kolayca ezberleyebilir. Sabit sürücü aslında herhangi bir bilgiyi küçük bitler halinde kaydeden inanılmaz derecede minyatür bir cihazdır. Bu mühendislik şaheseri, akıllı fiziğin sınırlarını azar azar zorluyor.

HDD ("Winchester", hdd, sabit disk sürücüsü - eng.) - manyetik plakalara ve manyetizmanın etkisine dayanan bir bilgi depolama cihazı.

uygulanabilir her yerde kişisel bilgisayarlarda, dizüstü bilgisayarlarda, sunucularda vb.

Sabit disk aygıtı. Sabit sürücü nasıl çalışır.

Yerde hava geçirmez blok, çift taraflı plakalar içerir, manyetik tabakaüzerine dikilmiş motor şaftı ve hızında dönen 5400 dakikadaki devir Blok tamamen sızdırmaz değildir, ancak en önemlisi geçmez ince parçacıklar ve izin vermiyor nem düşüşü... Bütün bunlar, sabit sürücünün ömrü ve kalitesi üzerinde zararlı bir etkiye sahiptir.

Modern sabit disklerde şaft kullanılır. Bu, çalışma sırasında daha az gürültü sağlar, dayanıklılığı önemli ölçüde artırır ve çökme nedeniyle şaft sıkışması olasılığını azaltır.

Okuma ve yazma kullanılarak yapılır kafa bloğu.

Çalışır durumda, kafalar üzerine gelmek disk yüzeyinin üzerinde belli bir mesafede ~ 10nm... Aerodinamiktirler ve çocuk büyütmek nedeniyle disk yüzeyinin üzerinde yukarı akış dönen plakadan. Manyetik kafalar yerleştirilebilir iki tarafta da manyetik diskin her iki tarafına manyetik katmanlar uygulanmışsa plakalar.

Bağlı kafa bloğu sabit pozisyon yani kafalar hep birlikte hareket eder.

Tüm kafalar özel bir kumanda tarafından kontrol edilir. tahrik ünitesi dayalı elektromanyetizma.

neodimyum mıknatıs bir manyetik oluşturur alan, kafa bloğunun akımın etkisi altında yüksek bir reaksiyon hızıyla hareket edebildiği. Bu, kafa bloğunu hareket ettirmenin en iyi ve en hızlı yoludur ve sonuçta, kafa bloğu dişliler yardımıyla mekanik olarak hareket ettirildiğinde.

Disk kapatıldığında, kafalar diske batmasın ve hasarlı o, dışarı çıkarlar baş park alanı(park bölgesi, park bölgesi).

Ayrıca, herhangi bir özel kısıtlama olmaksızın devre dışı bırakılmış sabit sürücüleri taşımanıza olanak tanır. Kapatıldığında, disk ağır yüklere dayanabilir ve hasar görmez. Açıldığında, belirli bir açıdaki hafif bir darbe bile plakanın manyetik tabakasını tahrip edebilir veya diske dokunulduğunda kafalara zarar verebilir.

Mühürlü kısma ek olarak, modern sabit disklerin bir dış kısmı vardır. kontrol Paneli... Bir zamanlar, tüm kontrol kartları bilgisayarın ana kartına genişleme yuvalarına yerleştirildi. Çok yönlülük ve yetenekler açısından uygun değildi. Sabit sürücülerde artık tüm sürücü elektroniği ve arabirimleri, sabit sürücünün altındaki küçük bir kartta bulunur. Bu sayede, her diski, yapısı, parametreleri açısından avantajlı, örneğin hız kazancı veya daha sessiz çalışması açısından belirli bir şekilde yapılandırabilirsiniz.

Arayüzü ve güç kaynağını bağlamak için standart genel kabul görmüş konektörler / ve kullanılır molex/Güç SATA'sı.

Özellikler

Sabit sürücüler en yetenekli bilgi bekçileri ve güvenilir... Disk birimleri sürekli büyüyor, ancak son zamanlarda bunun nedeni bazı karmaşıklıklar ve hacmi daha da genişletmek için yeni teknolojiler gereklidir. Sabit disklerin maksimum yeteneklere ulaşmak için pratikte düz gittiğini söyleyebiliriz. Sabit disklerin yayılması esas olarak oran tarafından yönlendirildi fiyat hacmi... Çoğu durumda, bir gigabaytlık disk alanı, 2,5 ruble.

Sabit sürücülerin artıları ve eksileri.

Katı hal ortaya çıkmadan önce SSD(katı hal sürücüsü) - sürücüler, sabit sürücülerin rakibi yoktu. Artık sabit disklerin hedeflenecek bir yönü var.

Sabit sürücülerin eksileri(sabit sürücü) (ssd) sürücüler:

• düşük sıralı okuma hızı
• düşük erişim hızı
• düşük okuma hızı
• biraz daha düşük yazma hızı
• çalışma sırasında titreşim ve az gürültü

Öte yandan, sabit disklerde başkaları olmasına rağmen, daha ağır yararları SSD akümülatörler çabalar ve çabalar.

profesyoneller sabit sürücüler (sabit sürücü) katı hal ile karşılaştırıldığında (ssd) sürücüler:

• önemli ölçüde daha iyi hacimsel fiyat
• güvenilirliğin en iyi göstergesi
• daha yüksek maksimum hacim
• arıza durumunda, birçok kez daha fazla veri kurtarma şansı
• kompakt yapısı ve büyük hacimli 2,5 sürücü sayesinde medya merkezlerinde kullanım için en iyi seçenek

Ne hakkında dikkat etmeye değer bir sabit disk seçerken, ““ makalemizde görebilirsiniz. Sabit disk onarımına veya veri kurtarmaya ihtiyacınız varsa, iletişime geçebilirsiniz.

Ders numarası 5: Bilgi depolama cihazları

Plan

1. Sabit sürücüler
2. Katı hal sürücüleri

1. Sabit sürücüler

Tarihsel referans

Sabit sürücülerin geliştirilmesi sırasında, altı standart boyut değişti - form faktörleri.

Şekil 1. HDD Boyutları

1956 - İlk üretim bilgisayarı IBM 305 RAMAC'ın bir parçası olarak IBM 350 sabit diski. Sürücü, büyük bir buzdolabı büyüklüğünde bir kutuyu işgal etti ve 971 kg ağırlığındaydı ve içinde dönen saf demirle kaplı 610 mm çapında 50 ince diskin toplam bellek kapasitesi yaklaşık 5 milyon 6 bit bayt (3,5 MB) idi. 8 bitlik bayt cinsinden) ...
1980 - İlk 5,25 inç Winchester, Shugart ST-506, 5 MB.
1981 - 5,25 inç Shugart ST-412, 10 MB.
1986 - SCSI, ATA (IDE) standartları.
1991 - maksimum kapasite 100 MB'dir.
1995 - maksimum kapasite 2 GB.
1997 - maksimum kapasite 10 GB'dir.
1998 - UDMA / 33 ve ATAPI standartları.
1999 - IBM, 170 ve 340 MB Microdrive'ı piyasaya sürdü.
2002 - ATA / ATAPI-6 standardı ve 137 GB'ın üzerinde kapasiteye sahip sürücüler.
2003 - SATA'nın ortaya çıkışı.
2005 - maksimum kapasite 500 GB.
- Seri ATA 3G (veya SATA II) standardı, SAS'ın (Seri Bağlı SCSI) ortaya çıkışı.
2006 - Ticari sürücülerde dikey kayıt yönteminin uygulanması.
- bir flash bellek bloğu içeren ilk "hibrit" sabit sürücülerin görünümü.
2007 - Hitachi ilk ticari 1 TB diski piyasaya sürdü.
2009 - Western Digital 500 GB plakaları temel alan Seagate Technology LLC, 2 TB modellerini piyasaya sürdü.
- Western Digital, 1 TB kapasiteli 2,5 inçlik bir HDD'nin oluşturulduğunu duyurdu (kayıt yoğunluğu - tek tepside 333 GB)
- SATA 3.0 (SATA 6G) standardının ortaya çıkışı.
2010 - Seagate, 3 TB HDD geliştirmeye başladı.

HDD'nin tanımı ve yapısı
Sabit disk sürücüsü veya HDD(İng. ZorDiskSürmek,HDD), HDD, Winchester, bilgisayar argosunda "vida", zor, hard disk- manyetik kayıt ilkesine dayalı bilgi depolama cihazı. Çoğu bilgisayardaki ana veri depolama aygıtıdır.

Temel olarak, HDD aşağıdaki ana bloklardan oluşur:
elektronik ünite üzerinde bulunan kontakları ve bir mikro devreyi içerir: HDD kontrol denetleyicisi, güç konektörleri, atlama teli bloğu, döngüler için konektör (bağlantı arabirimi).
mekanik blok Manyetik plakalar, bir mil, bir külbütör, bir külbütör dönme ekseni, bir külbütör servo, bir okuma ve yazma kafasından oluşur.
Çerçeve- bu, HDD'nin tüm unsurlarının bulunduğu bir yapıdır.

Şekil 2. HDD cihaz şeması

Şekil 3. HDD cihazı

HDD'de bilgi saklama ilkeleri
HDD'deki bilgiler, çoğunlukla krom dioksit olmak üzere bir ferromanyetik malzeme (demir oksit) tabakasıyla kaplanmış sert (alüminyum, seramik veya cam) plakalara kaydedilir. HDD, bir eksende bir ila birkaç plaka kullanır.
Veriler, her biri yatay olarak yönlendirilmiş alanlardan oluşan 512 baytlık sektörlere bölünmüş eşmerkezli izler şeklinde plakalarda depolanır. Manyetik katmandaki alanların oryantasyonu, ikili bilgileri (0 veya 1) tanımak için kullanılır. Alanların boyutu, bölümlere ayrılmış disk plakalarının yüzey alanını ele almak için veri kaydının yoğunluğunu belirler. izlemek- eşmerkezli dairesel alanlar. Her parça eşit parçalara bölünmüştür - sektörler.

silindir- sabit disk plakalarının tüm çalışma yüzeylerinde merkezden eşit uzaklıkta bir dizi iz. kafa numarası kullanılacak çalışma yüzeyini (yani, silindirden belirli bir iz) belirtir ve sektör numarası- yolda belirli bir sektör.

Okuma/yazma kafaları (GCHZ) sayesinde veri okuma/yazma organizasyonu gerçekleşir. Çalışma modunda, hızlı dönüş sırasında yüzeyde oluşan gelen hava akışının ara katmanı nedeniyle GCP'ler plakaların yüzeyine dokunmaz. Kafa ile disk arasındaki mesafe birkaç nanometredir (modern disklerde yaklaşık 10 nm). Mekanik temasın olmaması, cihazın uzun ömürlü olmasını sağlar. Disklerin dönmemesi durumunda, kafalar iş milinde veya disklerin yüzeyiyle anormal temaslarının olmadığı güvenli bölgede (park bölgesi) diskin dışındadır.

Şekil 4. HDD plakalarının düzenlenmesi.

adresleme modları

Bir diskteki sektörleri adreslemenin 2 ana yolu vardır: silindir kafası sektörü(İng. silindir— kafa— sektör, CHS) ve doğrusal blok adresleme(İng. doğrusal engellemek adresleme, LBA).

CHS
Bu yöntemle sektör, disk üzerindeki fiziksel konumu ile 3 koordinat ile adreslenir - silindir numarası, kafa numarası ve sektör numarası... Yerleşik denetleyicilere sahip modern disklerde, bu koordinatlar artık sektörün disk üzerindeki fiziksel konumuna karşılık gelmez ve "mantıksal koordinatlar"dır.
CHS adreslemesi, diskin belirli bir alanındaki tüm parçaların aynı sayıda sektöre sahip olduğunu varsayar. CHS adreslemesini kullanmak için bilmeniz gerekenler geometri kullanımdaki disk: içindeki toplam silindir, kafa ve sektör sayısı. Başlangıçta bu bilgilerin manuel olarak girilmesi gerekiyordu; ATA standardında - otomatik geometri algılama işlevi (Sürücü Tanımla komutu) tanıtıldı.

LBA
Bu yöntemle ortamdaki veri bloklarının adresi mantıksal bir doğrusal adres kullanılarak ayarlanır. LBA adresleme, 1994 yılında EIDE (Genişletilmiş IDE) standardı ile birlikte tanıtılmaya ve kullanılmaya başlandı. ATA standartları, CHS ve LBA modları arasında bire bir yazışma gerektirir:
LBA = [(Silindir * kafa sayısı + kafa sayısı) * sektörler / iz] + (Sektör-1)
LBA yöntemi, SCSI için Sektör Haritalandırmasına karşılık gelir. SCSI denetleyicisinin BIOS'u bu görevleri otomatik olarak gerçekleştirir, yani mantıksal adresleme yöntemi başlangıçta SCSI arabiriminin özelliğiydi.
HDD özellikleri

Şu anda, HDD'nin aşağıdaki özellikleri ayırt edilir:

Arayüz(İng. arayüz) - bir dizi iletişim hattı, bu hatlar boyunca gönderilen sinyaller, bu değişim kurallarını (protokol) destekleyen teknik araçlar.
Ticari olarak satılan sabit sürücüler aşağıdaki arabirimleri kullanabilir:

Kapasite(İng. kapasite) - sürücü tarafından saklanabilecek veri miktarı. İlk sabit disklerin başlangıcından bu yana, veri kayıt teknolojisindeki sürekli iyileştirmenin bir sonucu olarak, mümkün olan maksimum kapasiteleri sürekli olarak artmaktadır. 2010'un başında modern sabit sürücülerin kapasitesi (3,5 inçlik form faktörü ile) 2000 GB'a (2 Terabayt) ulaşır. Ancak Seagate, 3 TB HDD'nin geliştirildiğini onayladı.

Not: Bilgisayar bilimlerinde benimsenen, 1024'ün katlarını ifade eden önek sisteminin aksine (bkz: ikili önekler), üreticiler sabit sürücülerin kapasitesini belirtirken 1000'in katlarını kullanır.Bu nedenle, "200" etiketli bir sabit diskin kapasitesi GB” 186 , 2 GB'dir.

Fiziksel boyut (form faktörü) (İng. boyut). Kişisel bilgisayarlar ve sunucular için neredeyse tüm modern (2001-2008) sürücüler ya 3,5 ya da 2,5 inç genişliğindedir - sırasıyla masaüstü ve dizüstü bilgisayarlarda onlar için standart montajların boyutu. Ayrıca 1.8 ", 1.3", 1 "ve 0.85" biçimleri de yaygındır. 8 ve 5.25 inçlik form faktörlerindeki sürücülerin üretimi durdurulmuştur.

Rastgele erişim süresi (İng. rastgele erişim zaman) - sabit sürücünün manyetik diskin herhangi bir parçası üzerinde bir okuma veya yazma işlemi gerçekleştirmesinin garanti edildiği süre. Bu parametrenin aralığı küçüktür - 2,5 ila 16 ms. Kural olarak, sunucu diskleri en kısa süreye sahiptir (örneğin, Hitachi Ultrastar 15K147 - 3,7 ms), gerçeklerin en büyüğü taşınabilir cihazlar için disklerdir (Seagate Momentus 5400.3 - 12.5).

Mil hızı (İng. mil hız) - dakikadaki iş mili devir sayısı. Erişim süresi ve ortalama veri aktarım hızı büyük ölçüde bu parametreye bağlıdır. Şu anda, sabit sürücüler şu standart dönüş hızlarında üretilmektedir: 4200, 5400 ve 7200 (dizüstü bilgisayarlar), 5400, 7200 ve 10.000 (kişisel bilgisayarlar), 10.000 ve 15.000 rpm (sunucular ve yüksek performanslı iş istasyonları).

Güvenilirlik(İng. güvenilirlik) - arızalar arasındaki ortalama süre olarak tanımlanır ( MTBF). Ayrıca, modern disklerin büyük çoğunluğu bu teknolojiyi desteklemektedir. AKILLI.

saniyede IO işlemleri - modern diskler için, sürücüye rastgele erişim için yaklaşık 50 op./sn ve sıralı erişim için yaklaşık 100 op./sn'dir.

Güç tüketimi mobil cihazlar için önemli bir faktördür.

Gürültü seviyesi- çalışması sırasında tahrik mekaniği tarafından üretilen gürültü. Desibel cinsinden belirtilir. Sessiz sürücüler, yaklaşık 26 dB veya daha az gürültü seviyesine sahip cihazlardır. Gürültü, iş mili dönüş gürültüsünden (aerodinamik gürültü dahil) ve konumlandırma gürültüsünden oluşur.

Etki dayanıklılığı (İng. G— şok değerlendirme) - açık ve kapalı durumda izin verilen aşırı yük birimlerinde ölçülen, depolama cihazının ani basınç dalgalanmalarına veya şoklara karşı direnci.

Baud hızı (İng. Aktar Oran) sıralı erişim için:

• dahili disk alanı: 44,2'den 74,5 Mb / s'ye;
• dış disk alanı: 60.0 - 111,4 Mb/sn.

arabellek boyutu- arabellek, arayüz üzerinden okuma / yazma ve aktarım hızlarındaki farklılıkları düzeltmek için tasarlanmış bir ara bellektir. 2009 disklerinde, genellikle 8 ila 64 MB arasında değişir.

Bir plaka üzerinde kayıt yoğunluğu (alan yoğunluğu) izler arasındaki mesafeye (enine yoğunluk) ve manyetik alanın minimum boyutuna (uzunlamasına yoğunluk) bağlıdır. Genelleme kriteri, diskin birim alanı başına kayıt yoğunluğu veya plakanın kapasitesidir. Kayıt yoğunluğu ne kadar yüksek olursa, kafalar ve arabellek arasındaki veri değişim hızı o kadar hızlı olur (dahili veri aktarım hızı). Yavaş yavaş, yukarıda bahsedilen teknolojik sıçrama nedeniyle büyüme rezervleri azalmaya başladı. 2003 yılına gelindiğinde, sabit disk plakalarının tipik kapasitesi 80 GB'a ulaştı. 2004'te 100 MB plakalı diskler vardı, 2005'te - 133 MB, 2009'da - 333 GB

Sabit diskteki adreslenebilir en küçük veri alanı sektör... Sektör boyutu geleneksel olarak 512 bayttır. 2006 yılında IDEMA, 2010 yılına kadar tamamlanması planlanan 4096 baytlık bir sektör boyutuna geçiş yaptığını duyurdu.

Windows Vista'nın 2007'de yayımlanan son sürümü, bu sektör boyutuna sahip sürücüler için sınırlı desteğe sahiptir.

Sabit sürücülere veri yazma teknolojileri

Sabit sürücülerin çalışma prensibi, teyplerin çalışmasına benzer. Diskin çalışma yüzeyi, okuma kafasına göre hareket eder (örneğin, manyetik devrede bir boşluk olan bir indüktör şeklinde). Kafa bobinine alternatif bir elektrik akımı (kayıt sırasında) uygulandığında, kafa boşluğundan elde edilen alternatif manyetik alan disk yüzeyinin ferromıknatısına etki eder ve sinyalin büyüklüğüne bağlı olarak alan manyetizasyon vektörünün yönünü değiştirir. Okuma sırasında, kafa boşluğundaki alanların hareketi, kafanın manyetik devresindeki manyetik akıda bir değişikliğe yol açar, bu da elektromanyetik indüksiyonun etkisi nedeniyle bobinde alternatif bir elektrik sinyalinin ortaya çıkmasına neden olur.

Son zamanlarda, okuma için bir manyetorezistif etki kullanılmış ve disklerde manyetorezistif kafalar kullanılmıştır. Onlarda, manyetik alandaki bir değişiklik, manyetik alanın gücündeki değişime bağlı olarak dirençte bir değişikliğe yol açar. Bu tür kafalar, bilgi okuma güvenilirliği olasılığını artırmayı mümkün kılar (özellikle yüksek bilgi kayıt yoğunluklarında).

Paralel kayıt yöntemi
Bilgi bitleri, dönen bir diskin yüzeyinden geçerek milyarlarca yatay ayrı bölgeyi - etki alanlarını mıknatıslayan küçük bir kafa kullanılarak kaydedilir. Bu alanların her biri, manyetizasyona bağlı olarak mantıksal olarak sıfır veya birdir.

Bu yöntemi kullanarak elde edilebilecek maksimum kayıt yoğunluğu yaklaşık 23 Gbit / cm²'dir. Şu anda, bu yöntemin yerini kademeli olarak dikey kayıt yöntemi almaktadır.

Dikey kayıt yöntemi
Dikey kayıt, bilgi bitlerinin dikey alanlarda depolandığı bir tekniktir. Bu, daha güçlü manyetik alanların kullanılmasına izin verir ve 1 bit kaydetmek için gereken ayak izini azaltır. Modern örneklerin kayıt yoğunluğu 60 Gbit / cm²'dir. Dikey kayıt sabit diskleri 2005'ten beri piyasada bulunmaktadır.

Termal manyetik kayıt yöntemi
Termal manyetik kayıt yöntemi (İng. Sıcaklık-desteklimanyetikkayıt,HAMR) şu anda mevcut olanların en umut vericisidir, şimdi aktif olarak geliştirilmektedir. Bu yöntem, diskin nokta ısıtmasını kullanır, bu da kafanın yüzeyinin çok küçük alanlarını manyetize etmesine izin verir. Disk soğuduktan sonra mıknatıslanma “sabitlenir”. Bu tür sabit disk sürücülerinin pazarında henüz sunulmamıştır (2009 için), yalnızca kayıt yoğunluğu 150 Gbit / cm² olan deneysel örnekler vardır. HAMR teknolojilerinin gelişimi oldukça uzun bir süredir devam ediyor, ancak uzmanlar hala maksimum kayıt yoğunluğu tahminleri konusunda aynı fikirde değiller. Yani Hitachi şirketi sınırı 2.3-3.1 Tbit/cm² olarak adlandırıyor ve Seagate Technology temsilcileri, HAMR ortamının kayıt yoğunluğunu 7.75 Tbit/cm²'ye getirebileceklerini öne sürüyorlar. Bu teknolojinin yaygın olarak benimsenmesi 2011-2012'de beklenmelidir.

RAID teknolojisi

RAID (yedek bağımsız / ucuz disk dizisi), bağımsız / ucuz sabit disklerin yedekli bir dizisidir - bir denetleyici tarafından kontrol edilen, yüksek hızlı kanallarla birbirine bağlanan ve tek bir bütün olarak algılanan birkaç diskten oluşan bir matris. Kullanılan dizi tipine bağlı olarak, farklı derecelerde hata toleransı ve performans sağlayabilir. Veri depolamanın güvenilirliğini artırmaya ve/veya bilgi okuma/yazma hızını artırmaya (RAID 0) hizmet eder.

RAID 0

RAID 0 ("Şeritleme"), bilgilerin A n bloklarına bölündüğü ve sırayla sabit disklere yazıldığı 2 veya daha fazla diskten oluşan bir disk dizisidir. Buna göre, bilgi aynı anda yazılır ve okunur, bu da hızı arttırır.

Şekil 5. RAID 0 Düzeni

Ne yazık ki, disklerden biri arızalanırsa, bilgiler geri döndürülemez şekilde kaybolur, bu nedenle ya evde ya da bir takas dosyasını, bir takas dosyasını saklamak için kullanılır.

RAID 1

RAID 1 (Yansıtma). Bu durumda, bir disk diğerini tamamen tekrarlar, bu da bir diskin arızalanması durumunda çalışabilirliği garanti eder, ancak kullanılabilir alan miktarı yarıya iner. Diskler aynı anda satın alındığından, hatalı bir parti durumunda her iki disk de arızalanabilir. Yazma hızı yaklaşık olarak bir diskteki yazma hızına eşittir, aynı anda iki diskten okumak mümkündür (denetleyici bu işlevi destekliyorsa), bu da hızı artırır.

Şekil 6. RAID 1 Düzeni

Genellikle küçük ofislerde veritabanları için veya işletim sistemini depolamak için kullanılır.

RAID10

RAID 10 (RAID 1 + 0). RAID 0 ve RAID 1 ilkelerini birleştirir. Uygulandığında, her sabit diskin kullanılabilir alanın yarısını kullanan kendi "yansıtılmış çifti" vardır. Her çiftten bir çalışma diski olduğu sürece verimlidir. Okuma hızında RAID 5 ile karşılaştırılabilir en yüksek yazma / yeniden yazma oranları. Veritabanlarını yüksek yük altında depolamak için kullanılır.

RAID5

RAID 5. Bu durumda, tüm veriler bloklara bölünür ve her set için, disklerden birinde depolanan sağlama toplamı hesaplanır - dizideki tüm disklere (her birinde dönüşümlü olarak) döngüsel olarak yazılır ve veri kurtarma için kullanılır. Birden fazla disk kaybına karşı dayanıklıdır.

Şekil 7. RAID 5 Düzeni

RAID 5'in yüksek okuma oranları vardır - bilgiler hemen hemen tüm disklerden okunur, ancak yazma performansı düşer - bir sağlama toplamı gereklidir. Ancak en kritik işlem, birkaç aşamada gerçekleştiği için yeniden yazmaktır:
1) Veri okuma
2) Sağlama toplamını okumak
3) Yeni ve eski verilerin karşılaştırılması
4) Yeni veri yazma
5) Yeni bir sağlama toplamı yazma
6) Büyük hacim ve yüksek okuma hızı gerektiğinde kullanılırlar.

RAID6

RAID 6 (ADG). RAID 5'in mantıksal devamı. Fark, sağlama toplamının 2 kez hesaplanması ve sonuç olarak daha yüksek güvenilirliğe (2'den fazla disk arızasına karşı dirençli) ve daha düşük performansa sahip olmasıdır.

Şekil 8. RAID 6 düzeni

RAID işleminin organizasyonu, ana karta yerleşik, dahili (kart şeklinde) ve harici olabilen RAID denetleyicileri tarafından sağlanır.

Şekil 9. Dahili RAID Denetleyicisi

Sunucudaki denetleyiciye iki veya daha fazla disk bağlanır veya seçilen hata toleransı düzeyine bağlı olarak denetleyiciye harici bir disk muhafazası bağlanır, çalışabilirliği korurken bir veya daha fazla diski arızadan korur.

Uçucu olmayan önbellek ve SAS sürücüleri ile donanımda elektrik hasarı oluşmadığı sürece elektrik kesintisi sorunlarına karşı koruma sağlar. Ancak sunucu zarar görürse veri kaybı yaşanabilir.

Verileri şunlardan korur:
- donanım sorunları - arıza, hasar, ekipman arızası. Kısmen, yalnızca sabit sürücülerin arızalanmasından;
- güç kesintileri - yazma kuyruğunda denetleyicinin arabelleğinde depolanan verileri kısmen korur, ancak sınırlı bir süre için ve yalnızca denetleyicide pil varsa.

Şunlara karşı koruma sağlamaz:
- yazılım arızaları;
- insan faktörü;
- altyapı sorunları (bütün bağlantılar genellikle sunucunun içinde olmasına rağmen);
- kazalar;
- felaketler.

Uygulamanın temel amacı, bir sabit disk arızası durumunda verileri kaybolmaktan korumaktır, ayrıca uygulama nedenlerinden biri de disk alt sisteminin performansının artırılması ihtiyacıdır.

RAID denetleyicileri birçok şirket tarafından sağlanır: IBM, DELL, SUN, HP, Adaptec, 3ware, LSI ve diğerleri.

Harici RAID dizisi

Şekil 10.Harici RAID dizisi

İlk seviye. Diskler ve denetleyici ayrı bir harici sisteme yerleştirilmiştir. Bir veya daha fazla sunucu, örneğin SAS, iSCSI, FC gibi farklı arabirimlere sahip harici bir diziye bağlanabilir. Bu tür sistemlerin hemen hemen hepsinde yedekli fanlar ve güç kaynakları bulunur ve bunların çoğu, yedek bir denetleyici kurma olanağı sağlar. Kendi başlarına, harici RAID dizileri, dahili RAID denetleyicilerinden daha güçlü ve daha güvenilirdir ve yüzden fazla sürücüye (disk rafları kullanarak) genişleyebilir.

Şu anda birçok model, hem dizinin kendisi hem de üzerindeki veriler için gelişmiş izleme ve yönetim araçlarına sahiptir. Disklerin sağlığını izleme araçları, olası bir arıza hakkında önceden bilgi verir, en değerli üreticiler, çalışamazlık gerçeğine kadar diskleri yalnızca bu mesajlar temelinde değiştirir. Bazı modellerde, verileri koruyan ve yedeklemeyi basitleştiren anlık görüntü (anlık görüntü) alma özelliği bulunur.

Verileri şunlardan korur:
- donanım sorunları - kısmen, tüm sistemlerin kopyalanması durumunda.
- Yazılım hataları - kısmen, bazı dizilerin birden çok anlık görüntü oluşturmaya yardımcı olacak anlık görüntü işlevi vardır;
- altyapı sorunları - tüm dizilerin sunucu dışında çoğaltılması koşuluyla korunurlar;
- güç kesintileri - kısmen, bir pilin varlığında yazmak için denetleyicinin arabelleğindeki verileri korur. Yedekli güç kaynaklarının varlığı daha fazla güvenilirlik sağlar.

Şunlara karşı korumayın:
- insan faktörü;
- kazalar;
- felaketler.

Uygulamanın nedeni, depolama kaynaklarını birleştirme ihtiyacı, bunların daha kolay yönetimi, eşzamanlı erişim olasılığı (örneğin, bir küme oluştururken) veya yüksek performans ihtiyacı veya daha fazla güvenilirlik ihtiyacıdır (yolların çoğaltılması). kontrol eden, denetleyici).

Sınıfın tipik temsilcileri: Xyratex 5xxx / 6xxx, Dell MD3000, IBM 3XXX, HP MSA 2000.

2. Katı hal sürücüleri

Şekil 11. SSD sürücüsü

Katı hal sürücüsü (SSD, katı hal sürücüsü), bir denetleyici tarafından kontrol edilen bellek yongalarına dayalı bir bilgisayar depolama aygıtıdır. SSD'ler hareketli mekanik parça içermez.

İki tür katı hal sürücüsü vardır: Bilgisayar RAM'ine benzer şekilde belleğe dayalı SSD ve flash belleğe dayalı SSD.

Şu anda, katı hal sürücüleri kompakt cihazlarda kullanılmaktadır: dizüstü bilgisayarlar, netbook'lar, iletişim cihazları ve akıllı telefonlar. Bazı tanınmış üreticiler şimdiden tamamen katı hal sürücülerinin üretimine geçtiler, örneğin, 2011'de Samsung, sabit disk üretimi için işletmeyi Seagate'e sattı.

Hibrit sabit sürücüler vardır, bu tür cihazlar bir sabit disk sürücüsünü (HDD) ve nispeten küçük boyutlu bir katı hal sürücüsünü tek bir cihazda bir önbellek olarak birleştirir (cihazın performansını ve ömrünü artırmak, güç tüketimini azaltmak için). Şimdiye kadar, bu tür diskler esas olarak taşınabilir cihazlarda (dizüstü bilgisayarlar, cep telefonları vb.) kullanılmaktadır.

Şekil 12. Seagate Momentus XT 500 GB Hibrit Sürücü

Şekil 13. Seagate Momentus XT 500 GB Hibrit Sürücü

Şekil 14. Seagate Momentus XT 500 GB hibrit disk için elektronik kutu

Gelişim tarihi

1978 - Amerikan şirketi StorageTek, ilk modern tip yarı iletken depolama cihazını (RAM belleğine dayalı) geliştirdi.
1982 - Amerikan şirketi Cray, süper bilgisayarları Cray-1 için 100 MBit / s hızında ve Cray X-MP için 320 MBit / s hızında, 8, 16 veya 32 milyon 64 bit kelime.
1995 - İsrailli şirket M-Systems, ilk yarı iletken flash sürücüyü piyasaya sürdü.
2008 - Güney Koreli şirket Mtron Storage Technology, Seul'deki bir sergide sergilediği 240 MB/sn yazma hızına ve 260 MB/sn okuma hızına sahip bir SSD sürücü oluşturmayı başardı. Bu sürücünün hacmi 128 GB'dir. Şirkete göre, bu tür cihazların piyasaya sürülmesi 2009'da başlayacak.
2009 Super Talent Technology 512GB SSD'yi piyasaya sürdü, OCZ 1TB SSD'yi piyasaya sürdü.

Şu anda faaliyetlerinde SSD yönünü yoğun bir şekilde geliştiren en dikkat çekici şirketler Intel, Kingston, Samsung Electronics, SanDisk, Corsair, Renice, OCZ Technology, Crucial ve ADATA'dır. Ayrıca Toshiba da bu pazara ilgi gösteriyor.

Tasarım ve fonksiyon

İki tür SSD sürücüsü vardır:

NAND SSD
NAND SSD - kullanılmak üzere oluşturulmuş sürücüler uçucu olmayan bellek (NAND SSD), nispeten yakın zamanda çok daha düşük bir maliyetle (gigabayt başına 2 dolardan) ortaya çıktı ve pazarı güvenle fethetmeye başladı. Yakın zamana kadar, yazma hızında geleneksel depolama aygıtlarından - sabit disklerden - önemli ölçüde daha düşüktüler, ancak bunu yüksek bir bilgi alma hızıyla (ilk konumlandırma) telafi ettiler. Flash yarıiletken sürücüler artık sabit sürücülerden çok daha üstün okuma ve yazma hızlarına sahip. Nispeten küçük boyut ve düşük güç tüketimi ile karakterize edilirler.

RAM SSD'si
RAM SSD'ler, kullanımı üzerine inşa edilmiş sürücülerdir. uçucu bellek (PC RAM'de kullanılanla aynı), ultra hızlı bilgi okuma, yazma ve alma ile karakterize edilir. Ana dezavantajları, son derece yüksek maliyetleridir (GB başına 80 ila 800 ABD Doları). Öncelikle büyük veri tabanı yönetim sistemlerini ve güçlü grafik istasyonlarını hızlandırmak için kullanılır. Bu sürücüler genellikle güç kaybı durumunda verileri korumak için pillerle donatılmıştır ve daha pahalı modeller yedekleme ve/veya çevrimiçi kopyalama sistemleriyle donatılmıştır.

Avantajlar ve dezavantajlar
Avantajlar, sabit disk sürücüleri (HDD) ile karşılaştırıldığında:

• hareketli parça yok;
• genellikle sabit disk arabiriminin bant genişliğini aşan yüksek okuma / yazma hızı (SAS / SATA II 3 Gb / s, SAS / SATA III 6 Gb / s, SCSI, Fiber Kanal, vb.);
• Düşük güç tüketimi;
• hareketli parçaların ve soğutma fanlarının olmaması nedeniyle gürültünün tamamen yokluğu;
• yüksek mekanik direnç;
• geniş çalışma sıcaklıkları aralığı;
• konumlarından veya parçalanmalarından bağımsız olarak dosyaların okuma süresinin kararlılığı;
• küçük boyutlar ve ağırlık;
• hem tahriklerin kendileri hem de üretim teknolojileri için büyük modernizasyon potansiyeli.
• dış elektromanyetik alanlara çok daha az duyarlıdır.

Dezavantajları:

• SSD'lerin ana dezavantajı, sınırlı sayıda yeniden yazma döngüsüdür. Konvansiyonel (MLC, Çok seviyeli hücre, çok seviyeli bellek hücreleri) flash bellek yaklaşık 10.000 kez veri yazabilir. Daha pahalı bellek türleri (SLC, Tek seviyeli hücreler) - 100.000 defadan fazla Eşit olmayan aşınmayla mücadele etmek için Yük dengeleme şemaları kullanılır. Denetleyici, hangi blokların üzerine kaç kez yazıldığı ve gerekirse "bunları değiştirdiği" hakkında bilgi depolar;
• SSD sürücülerinin, SSD sürücülerinin özelliklerini dikkate almayan ve ayrıca onları aşındıran Microsoft Windows ailesinin işletim sisteminin eski ve hatta birçok güncel sürümüyle uyumluluk sorunu. İşletim sistemleri tarafından SSD üzerinde takas (takas) mekanizmasının kullanılması da sürücünün ömrünü azaltması muhtemeldir;
• Bir gigabayt SSD sürücüsünün fiyatı, bir gigabayt HDD'nin fiyatından önemli ölçüde yüksektir. Buna ek olarak, SSD'lerin maliyeti kapasiteleriyle doğru orantılıyken, geleneksel sabit disklerin maliyeti plaka sayısına bağlıdır ve artan depolama kapasitesi ile daha yavaş büyür.

Katı hal sürücülerine sahip bu platformun Microsoft Windows ve PC'leri.

Windows 7, katı hal sürücüleriyle çalışmak için özel bir optimizasyon sunar. SSD'leriniz varsa, bu işletim sistemi onlarla geleneksel HDD'lerden farklı çalışır. Örneğin, Windows 7, uygulamaların normal HDD'lerden SSD'lere yüklenmesini hızlandırmak için birleştirme, Superfetch, ReadyBoost veya diğer ileri okuma tekniklerini kullanmaz.

Microsoft Windows'un önceki sürümlerinde böyle özel bir optimizasyon yoktur ve yalnızca geleneksel sabit sürücülerle çalışmak üzere tasarlanmıştır. Bu nedenle, örneğin, Windows Vista'daki bazı dosya işlemleri devre dışı bırakılmadan SSD'nin ömrünü kısaltabilir. Birleştirme işlemi devre dışı bırakılmalıdır, çünkü pratik olarak SSD ortamının performansını hiçbir şekilde etkilemez ve yalnızca ek olarak yıpratır.

2007'de ASUS, 4 GB SSD'li EEE PC 701 netbook'u piyasaya sürdü. 9 Eylül 2011'de Dell, sırasıyla M4600 ve M6600 bilgisayar modelleri için bir sürücülü 512 GB katı hal belleğe ve iki sürücülü 1 TB'a sahip Dell Precision dizüstü bilgisayarların pazardaki ilkini duyurdu. Üretici, duyuru sırasında tek bir 512 GB SATA3 sürücüsünün fiyatını 1.120 ABD Doları olarak belirledi.

SSD sürücüsü Acer tabletleri tarafından kullanılır - Iconia Tab W500 ve W501 modelleri, Windows 7 çalıştıran Fujitsu Stylistic Q550.

Katı hal sürücülü Mac OS X ve Mac bilgisayarlar

Mac OS X 10.7 (Lion) ve üzeri, sistemde kurulu katı hal belleği için TRIM desteğini tam olarak uygular.

2010'dan beri Apple, yalnızca NAND Flash tabanlı katı hal belleğiyle tam donanımlı Air hattını piyasaya sürdü. 2010 yılına kadar, alıcı bu bilgisayar için geleneksel bir sabit disk seçebilirdi, ancak hattın maksimum aydınlatma lehine daha da geliştirilmesi ve bu serideki bilgisayarların durumunun azaltılması, geleneksel sabit disklerin katı hal lehine tamamen reddedilmesini gerektirdi. sürücüler. Air serisi bilgisayarlarda tamamlanan belleğin hacmi 64GB ile 512GB arasında değişmektedir. J.P.'ye göre Morgan, piyasaya sunulduğundan bu yana 420.000 tamamen katı hal NAND Flash bilgisayar sattı.

3. Manyetik ve optik sürücüler

Bireysel çalışma.