1.5. Організація інформації на жорсткому диску.

Для сучасних моделей розмітка робиться в процесі виготовлення; при цьому на диски записується сервоінформація - спеціальні мітки, необхідні для стабілізації швидкості обертання, пошуку секторів і спостереження за положенням голівок на поверхнях. Нещодавно для запису сервоінформації використовувалася окрема поверхня (dedicated - виділена), по якій настроювалися голівки всіх інших поверхонь. Така система вимагала високої твердості кріплення голівок, щоб між ними не виникало розбіжностей після початкової розмітки. Зараз сервоінформація записується в проміжках між секторами (embedded - вбудована), що дозволяє збільшити корисну ємність пакета і зняти обмеження на твердість рухливої системи.

При початковій розмітці і тестуванні сучасного нагромаджувача на твердих дисках на заводі майже завжди виявляються дефектні сектори, що заносяться в спеціальну таблицю перепризначення. При звичайній роботі контролер нагромаджувача підмінює ці сектори резервними, котрі спеціально залишаються для цієї мети на кожній доріжці, групі  доріжок чи виділеній зоні диска. Завдяки цьому новий вінчестер створює видимість повної відсутності дефектів поверхні, хоча насправді вони є завжди.

Поверхня диску розглядається як 3-мірний масив, елементами якого є номера поверхні, циліндра та сектору. Циліндр – це сукупність доріжок, які належать різним поверхням та розташовані на однакових відстанях від вісі обертання.

Дані про те, де на диску записаний той чи іншій файл, зберігаються у системній області диску у таблицях розміщення файлів – File Allocation Table, FAT. До надійності збереження FAT висуваються дуже високі вимоги, оскільки при її пошкодженні стає неможливим користування даними, що записані на диску. Тому ця таблиця існує в 2 екземплярах, ідентичність яких забезпечує ОС.

Найменша одиниця збереження даних - це сектор.  Його розмір – 512 байтів. Оскільки розмір FAT обмежений, то для дисків ємністю понад 32 Мб неможлива окрема адресація кожного сектору. Тому групи секторів умовно об’єднують в кластери. Кластер – це найменша одиниця даних, яка адресується. Розмір кластеру, на відміну від сектору, не є фіксованим,  а залежить від ємності диску.

Операційні системи MS-DOS, Windows 95/NT використовують 16-бітові поля в таблицях розміщення файлів. Така файлова система називається FAT 16. Вона дозволяє розмістити не більше 65536 записів про місцезнаходження одиниць збереження даних, тому для дисків від 1 до 2 Гб довжина кластеру буде 32 Кб (64 сектора). При цьому нераціонально використовується об’єм диску, та неможлива робота з дисками понад 2 Гб. Починаючи з Windows 98 основною файловою системою стає FAT 32 з 32-бітовими полями. Розмір кластеру становить 4 Кб (8 секторів), максимальний об’єм диску – 4 Тб. 

1.6. Стандарти.

На сьогоднішній день стандарти твердих дисків визначаються в основному інтерфейсом внутрішньої шини, з яким вони працюють, а інтерфейс, у свою чергу, зв'язаний зі способом кодування записуваних даних, архітектурою дискової підсистеми і багатьма іншими параметрами. Найбільш широко використовується ATA (Advanced Technology Attachment), він же IDE (найпоширеніша розшифровка - Integrated Drive Electronics), що був розроблений у 1989 році трьома компаніями: Imprimus - підрозділом Control Data Corporation, Western Digital і Compaq. Compaq потребував недорогого рішення для підключення вінчестерів до їх ПК, Imprimus був великим виробником вінчестерів, а Western Digital ще з 1984 року займався випуском чіпів - контролерів вінчестерів (для IBM). Невеликий відступ з питань термінології: ATA і його подальші варіанти, начебто ATA-2, ATA-3, і т.д. - офіційні назви стандарту. IDE, EIDE, UltraATA і т.д. - маркетингові терміни, використовувані виробниками вінчестерів).

Перший стандарт ATA-1 (1994 р.) інтегрований 16-битий шинний інтерфейс для обміну інформацією між дисками і контролерами на системній шині, при цьому до одного каналу можна під’єднувати 2 пристрої, Master та Slave. Встановлювалися також режими обміну даними:

PIO (Programmed Input-Output 0, 1, 2) – програмований ввід-вивід з участю ЦП;

DMA (Direct Memory Access) – прямий доступ до пам’яті, коли пристрій захоплює керування шиною і безпосередньо звертається до пам’яті.

Стандарт визначав також протоколи передавання:

SW – Single Word (по одному слову)

MW – Multi Word (по декілька слів).

Номер режиму вказував на швидкість передавання.

Двома роками пізніше, у 1996 році, стандарт ATA-1 був дороблений, були передбачені більш швидкісні режими передачі даних, і вийшов AT Attachment Interface with Extensions, чи ATA-2. Основними розширеннями стали такі речі, як блокова передача даних (коли серія запитів на читання чи запис генерують одне переривання), логічна адресація блоків (LBA), поліпшена підтримка ідентифікації параметрів вінчестера системою. Стандарт визначив такі режими як PIO Mode 3 і 4 і MultiWord DMA Mode 1 і 2.

В результаті список режимів інтерфейсу ATA став виглядати так:

Режим	Пропускна здатність Мбайт/с
PIO 0	3.3
PIO 1	5.2
PIO 2	8.3
PIO 3	11.1
PIO 4	16.6
DMA Single Word 0	2.1
DMA Single Word 1	4.2
DMA Single Word 2	8.3
DMA Multiword 0	4.2
DMA Multiword 1	13.3
DMA Multiword 2	16.6
DMA Multiword 3	33

У 1997 році була прийнята нова версія стандарту - ATA-3. Хоча вірніше, напевно, було б назвати його ATA-2.5. Специфікація створювалася з урахуванням максимальної сумісності з ATA-2 і фактично, основні нововведення, внесені в ATA-3, було усього лише одне - це S.M.A.R.T технологія (технологія самоконтролю, аналізу та попередження збоїв накопичувача) та трохи підвищена надійність. В результаті, на ринку практично немає жорстких дисків, що відповідають цьому стандарту - був здійснений стрибок з ATA-2 відразу на прийнятий у 1998 році ATA/ATAPI-4.

ATAPI (ATA Packet Interface) - стандарт, створений для того, щоб дозволити таким пристроям, як дисководи CD-ROM чи стрімери, підключатися прямо до ATA портів - дешево і без необхідності спеціальних контролерів, як це було раніше. У результаті появи ATAPI пристроїв, з'явилася можливість підключати дисководи CD-ROM і стрімери безпосередньо до того ж шлейфу, до якого підключений і вінчестер. Що ж стосується ATA частини в ATA/ATAPI-4, те і тут відбулося досить багато серйозних змін. По-перше, як уже говорилося, з'явилися протоколи ATAPI. В других, відбулося серйозне чищення ATA від старих і вже не потрібних команд і можливостей, а замість з'явилися багато інших, невеликих, але істотних. І в третіх, з'явився новий протокол передачі даних, multiword DMA mode 3, названий UltraDMA - що дозволяє домогтися куди більш високої пропускної здатності ATA (до 33 Мбайт/с), а також забезпечити цілісність перечи даних на такій швидкості через стандартний 40-жильний кабель даних (шляхом використання CRC).

З появою ATA/ATAPI-4, у чомусь повторилася історія з ATA-2. Знову втрутилися відділи маркетингу, і вінчестери, що задовольняють цьому стандарту, вийшли на ринок під прапором UltraATA/33.

Стандарт ATA/ATAPI-5, подібно ATA-3, є проміжним - між ATA/ATAPI-4 і ATA/ATAPI-6. Ніяких серйозних змін не відбулося, були вилучені деякі застарілі команди і можливості, додані деякі нові. З'явилося ще два нових режими передачі даних – UltraDMA/44 із пропускною здатністю 44 Мбайт/з і UltraDMA/66 із пропускною здатністю 66 Мбайт/с.

Після  завершення роботи над ATA/ATAPI-5, в 1999 року комісія T13 вела роботу зі створення ATA/ATAPI-6. У цю специфікацію війшли багато пропозицій, не включені в попередній стандарт. Це, зокрема, збільшення LBA з 28 до 64 бітів, уведення нових, більш швидких режимів UltraDMA, із пропускною здатністю до 100 Мбайт/з, введення в ATA нових команд, розрахованих на передачу аудіо/відео потоків, запропонованих Quantum, Western Digital і Philips, методи зниження рівня шуму вінчестерів. Можна з великою впевненістю припустити, що тепер, після появи в 2000 році UltraATA/100 вінчестерів і підтримуючих цей інтерфейс контролерів на борті материнських плат і відповідних PCI карт, у користувачів буде більш ніж досить часу для переходу на UltraATA/100. Справа в тім, що на сьогоднішній день не очікується подальшого розвитку ATA у тім виді, у якому він розвивався всі ці роки - UltraATA/100 повинна стати останнім етапом у його житті. Підтвердилася необхідність заміни АТА/66 на АТА/100, тому що швидкість читання з пластин (не з кешу накопичувача!!) досягла майже можливого максимуму 60 МБ/с.  АТА/133 не набув широкого розповсюдження. Його притримується тільки його творець – Maxtor. Інші виробники взяли з нього тільки розширену адресацію, що дозволило подолати межу 120 ГБ. А збільшення перепускної здатності протоколу АТА нікому зараз не потрібно тому, що, по-перше, 100 МБ/с, що забезпечує АТА/100, достатньо для сучасних твердих дисків, а по-друге, нові моделі планують будувати на SerialATA. Широке впровадження SerialATA, яке почалося у 2003 році, дозволятиме зробити значний ривок у збільшенні пропускної здатності інтерфейсів передачі даних.

Лабораторна робота № 9

Тема: Тестування монітору.

Мета: Навчитися оцінювати якість зображення на моніторі, розглянути основні параметри монітора, вивчити основи роботи з тестами моніторів для виявлення можливих дефектів зображення та їх мінімізації.