Быстродействие и производительность

1. Время перехода на соседний трак. Измеряется в миллисекундах. Их характеризует быстродействие системы позиционирования.

2. Среднее время поиска. Определяется по серии обращения к случайным цилиндрам.

3. Максимальное или полное время поиска. Показывает время перехода.

4. Среднее время ожидание сектора при одиночном обращении.

5. Внутренняя передача данных между поверхностью носителя и буферной памяти.

6. Внешняя скорость передачи данных измеряется в мегабайтах полезной информации в секунду

Надежность и достоверность хранения данных

1. Ожидаемое время отказа измеряется в 100, 1000 часов и определяет продолжительность безотказной работы диска.

2. Гарантийный срок.

3. Вероятность неисправимых ошибок чтения записи данных, имеет порядка 1 ошибки 1*10 в 14 степени бит.

4. Вероятность исправимых ошибок чтения имеет порядок 1 на 11 в 14 степени.

5. Вероятность ошибок поиска. 1 ошибки, 1 на 10 в 8 операций поиска.

Первичный (основной) раздел. версиях Microsoft Windows Первичный раздел (англ. primary partition) обязательно должен был присутствовать на физическом диске первым. Соответственно, эти операционные системы могли быть установлены только на первичный раздел. Этот раздел всегда содержит только одну файловую систему. При использовании MBR, на физическом диске может быть до четырёх первичных разделов.

Расширенный (дополнительный) раздел

Основная таблица разделов MBR может содержать не более 4 первичных разделов, поэтому был изобретён Расширенный раздел (англ. extended partition). Это первичный раздел, который не содержит собственной файловой системы, а содержит другие логические разделы.

Логический диск или том (англ. volume) — часть долговременной памяти компьютера, рассматриваемая как единое целое для удобства работы. Термин «логический диск» используется в противоположность «физическому диску», под которым рассматривается память одного конкретного дискового носителя.

Для операционной системы не имеет значения, где располагаются данные — на лазерном диске, в разделе жёсткого диска, или во флеш-памяти. Для унификации представляемых участков долговременной памяти вводится понятие логического диска.

В таблице определяется, в частности, в каком каталоге (папке) находится тот или иной файл. Благодаря этому при переносе файла из одной папки в другую в пределах одного тома, не осуществляется перенос данных из одной части физического диска на другую, а просто меняется запись в таблице размещения файлов. Если же файл переносится с одного логического диска на другой (даже если оба логических диска расположены на одном физическом диске), обязательно будет происходить физический перенос данных (копирование с дальнейшим удалением оригинала в случае успешного завершения).

Точка монтирования (англ. mount point) — понятие, вышедшее из недр ОС UNIX. В сущности, точкой монтирования называют каталог, принадлежащий дереву каталогов корневой файловой системы, которая начинается с корневого каталога. Точка монтирования используется для реализации возможности динамически присоединять/отсоединять разделы диска к файловой системе во время работы операционной системы. Поддержка этой возможности в основанных на монолитных ядрах UNIX-подобных ОС обеспечивается самим ядром системы и системной программой, которая вызывается при помощи командной строки утилитой mount. Монтирование устройств хранения данных используется в любой Unix-подобной операционной системе, в частности утилита mount присутствует в ОС Version 5 AT&T UNIX.

Существует три версии FAT — FAT12, FAT16 и FAT32. Они отличаются разрядностью записей в дисковой структуре, т.е. количеством бит, отведённых для хранения номера кластера. FAT12 применяется в основном для дискет, FAT16 — для дисков малого объёма. На основе FAT была разработана новая файловая система exFAT (extended FAT), используемая преимущественно для флеш-накопителей.

Структура FAT

Изначально FAT не поддерживала иерархическую систему каталогов. Все файлы располагались в корневом каталоге. Это оказалось неудобно и к тому же малый размер корневого каталога ограничивал количество файлов на диске. Каталоги были введены с выходом MS-DOS 2.0.

В различных операционных системах также были внедрены различные расширения FAT. Например, в DR-DOS имеются дополнительные атрибуты доступа к файлам; в Windows 95, Linux и Proolix — поддержка длинных имён файлов (LFN) в формате Unicode (Virtual FAT — VFAT); в OS/2 — расширенные атрибуты всех файлов.

Следующими описываются параметры внешней («логической.) leauempuu для устройств ATА:

• Поддержка режима линейной адресации LBA (может отсутствовать у старых дисков небольшого объема)

• Поддержка трансляции CHS (для диско» большого размера согласно АТА/ ATAPI необязательна, но на практике ПОЧТИ всегда имеется)

• Количество цилиндров головок и секторов на трек (при трансляции CHS)

по умолчанию и возможности задания геометрии.

Быстродействие и производительность характеризуются следующими пара- метрами

• Время перехода на сводный треп (Track-to-track seek). измеряемое в миллисекундах, характернее! быстродействие системы позиционирования Для современных жестких дисков характерно время перехода 0.5-2 мс. причем для записи оно несколько больше, чем для считывания (записывать лучше при более точном позиционировании).

• Среднее время поиска (average seek time) определяется по серии обращений к случайным цилиндрам. Для большинства современных дисков оно составляет около 8-10 мс. о самых быстрых его удается снизить до 4-5 мс. Для винчестеров со скоростью 10000 об./мим (обозначаются как 10К) время поиска в зависимости от дальности перехода составляет от 0 J мс (на соседний трек) до 12 мс (от края до края). Чем больше объем накопителя, тем сложнее достичь малого времени поиска: большее число головок труднее быстро перемешать: большее число цилиндров либо увеличивает длину перемещения головок, либо повышает требования к точности позиционирования.

• Максимальное, или полное, время поиска (maximum seek time, full seek time) относится к самым дальним переходам между крайними цилиндрами. Оно примерно в два раза превышает среднее время поиска.

Среднее время ожидания (average latency) сектора при одиночном обращении обычно составляет половину времени полного оборота (для 3600 о.б/мки - В мс. 7200 об/мин - 4 мс. 15 000 об./мии - 2 ыс).

• Внутренняя скорость передачи данных (tniernal liamfer rate) между носителем и буферной памятью контроллера задает физический предел производительности накопителя Эта скорость выражается в разных величинах: если указывается в мегабитах в секунду (МЬ/1), то сюда кроме пользовательских данных входят и «накладные расходы* - биты служебных полей. У самых высокоскоростных винчестеров (с частотой вращения 15 000 об/мин) этот параметр подбирается н900 Мбит/с. При выражении скорости в мегабайтах в секунду (MB/s) подразумеваются только байты пользовательских данных поэтому пересчет в мегабиты в секунду простым умножением на В (число битов в байте) неправомерен. У современных винчестеров с частотой вращения 5400 об./мин скорость составляет 15-25 МбаЙт/с. с частотой вращения 7200 об/мин - 30-60 Мбайт/с. Для каждой модели обычно указывают минимальное и максимальное значения скорости, соответствующие внутренним и внешним трекам (вспомним о зонном формате)

» Внешняя скорость передачи банных (external transfer rale). измеряемая а килобайтах (мегабайтах) полезных данных в секунду, передаваемых по шине внешнего интерфейса, зависит от быстродействии электроники контроллера, типа интерфейсной шины и режима обмена Для интерфейса АТА в ре- жиме обмена Р10 Mode 0 скорость составляет 33 Мбайт/с. в режиме PIO Mode 4 - 16д> Мбайт/с. в режиме Ultra-DMA - 33.66.100 и даже 133 Мбайт/с

Для шин SCSI ограничения скорости в зависимости от типа электрического интерфейса составляют 5. 10. 20.40.80. 160 и даже 320 Мбайт/с. а для Fibre Channel - 100 н 200 МбаЙт/с, Длительная производительность (luitalned throughput) определяется при последовательном чтении большого количества секторов. На нее влияют все составляющие: внутренняя и внешняя скорости, время позиционирования, задержка пол холл сектора, количество ошибок позиционирования и чтении. Минимальное гарантированное значение J той скорости определяет возможность применении накопителя для мультимедийных приложений (записи и чтения аудио- и видеоданных) реального времени. Современные винчестеры с частотой вращения 5400 об/мин выдерживают потоки 15—50 Мбайт/с, с частотой вращения 7200 об /мин — 20-60 Мбайт/с, с частотой вращения 10 000 об./мин - 40 80 Мбайт/с. с частотой вращения 15 000 об./мин 40-100 Мбайт/с Эта скорость всегда ниже максимального значения внутренней скорости и предела внешней скорости. Для мультимедийных приложений в новых дисках имеются специальные варианты команд считывания и записи (потоковое расширение ЛТА/ЛТе\Р1-Т), отличающиеся особой обработкой ошибок и политикой кэширования.

Надежность (reliability) устройства и достоверность хранения данных (data

integrity) характеризуются следующими параметрами:

• Ожидаемое время до отказа (Mean Time Before Failure. MTBF). измеряемое в сот них тысяч часов, является, естественно, среднестатистическим показателем для данного изделия Реально столько часов (100 000 ч — это более 10 лет) испытании проводить, естественно, невозможно На самом деле производится выборка из большой группы устройств, какал-то часть которых за вполне обозримое время испытаний выходит из строя. По зафиксированному потоку отказов теория вероятностей позволяет вычислить это условное ожидаемое время безотказной работы (хотя термин «поток» в данном контексте выглядит угрожающе). Значение MTBF. равное 100 000 ч, считается малым: 200 000-400 000 ч - нормальным, а 1 000 000 ч - высоким показателем надежности Но. как говорится, •столько не живут», а возможный отказ винчестера в течение года (всего-то 8760 часов) вполне уложится в статистический показатель (если у вас за год не отказала значительная партия устройств) Иногда указывают и ожидаемое ареал наработки на отказ,( Power On Hours, РОН), в котором учитывается только время работы устройства(в MTBF не учитывается, включено устройство или нет).

* Более цепным для пользователя является гарантийный срок (limited «ала ty), в течение которого изготовитель (как поставщик) обеспечивает ремонт

или замену отказавшего устройства. Примечательно, что даже при MTBF =800 000 ч (91 год) изготовитель дает гарантию всего 3- 5 лет.

• Вероятность неисправимых ошибок чтения (nonrecoverable read errors per bits read) для современных винчестеров имеет порядок одной ошибки на 10 считанных битов Оценить, много ВТО или мало, можно следующим образом. Пусть винчестер постоянно находится В работе, и к нему непрерывно идут обращения со средней производительностью чтения, которую на глазок, можно оценить в 1 Мбайт с (это соответствует, например, умеренно загруженному диску сервера) Тогда простая арифметика показывает, что раз в 115 дней будут возникать ошибки, не восстанавливаемые (но обнаруженные) схемами F.CC-контроля Вполне вероятно, что повторное считывание сектора пройдет без ошибок

• Вероятность исправимых ошибок чтения (recoverable read error* per bus read) имеет порядок единицы па 10" считанных битов. Если бы не было ЕСС- контроля (или при неисправной схеме контроля, с чем автору доводилось сталкиваться на практике), этот поток ошибок сделал бы работу с накопителем просто невыносимой (в том же примере ошибки будут появляться чаше, чем раз в три часа).

• Вероятность ошибок поиска (seek error per seek) характеризует качество сервосистемы. Для современных винчестеров характерна вероятность одной ошибки на 10* операций поиска Эти ошибки (при малом их числе) вполне безобидны, поскольку наличие номера цилиндра в заголовке каждого сек- тора не позволяет «промахнуться. при выполнении операций чтения или записи. Повторение операции поиска только слегка снижает среднее время доступа

Уровень акустическою шума характеризуется звуковой мощностью (sound power), излучаемой винчестером На холостом ходу для винчестеров обычного применения (скорость вращения 5400 об.мин) желателен уровень до 30 дБ, при позиционировании желательно, чтобы он возрастал не более чем на 3-4 дБ. Для высокопроизводительных винчестеров (7200 об /мин), которые, естественно, шумят больше, желателен уровень до 35 дБ на холостом ходу. Для винчестеров, предназначенных для работы в устройствах бытовой электроники, желателен уровень до 25 лБ Часто уровень шума указывают я белах, зги цифры выглядят скромнее (25 .о и 2,5 Ь - это одно и то же). Шум винчестера сильно зависит от корпуса компьютера, в который его устанавливают, и от способа крепления

Потребляемая мощность определяется номинальными и пиковыми токами, потребляемыми по цепям *5 В и *12-В. Пик потребления по цели * 12 В возникает при раскрутке шпиндельного двигателя. Если блок питания компьютера не выдерживает этого пика (например, при одновременном запуске нескольких винчестеров) и напряжение возрастает то шпиндель за требуемое время не наберет номинальную скорость и контроллер его остановит. Попытки «завести» мотор могут повторяться, что слышно по характерному звуку. Для высокоскоростных винчестеров приходится учитывать тепловыделение — дли них может потребоваться специальный вентилятор.

Физические параметры включают ширину (width), высоту (height) и глубину (depth) корпуса накопители, измеряемые к дюймах (inches) или миллиметрах.

И массу (weight), измеряемую в фунтах (1Ь) или килограммах.

Условия эксплуатации и хранения определяют возможные диапазоны температур, атмосферного давления, влажности и силы допустимых уларов Вполне понятно, что условия эксплуатации (operating condition) несколько жестче, чем условия хранении (non operating conditions).

Raid 2 избыточный массив в котором виды данных распределяются по нескольким дискам, а еще несколько дисков несут кодек Хемминга.

Проверочные коды позволяют исправлять битовые ошибки возникающие при отказе одного из дисков. Отказ физического устройства не приводит к отказу виртуального диска. Надежность меньше чем у RAID 1, но и избыточность меньше.

RAID 3 избыточный массив отличающийся от RAID 2 тем что вместо кодов Хемминга используется бит четности, то есть требуется только один дополнительный диск.

RAID 4 избыточный массив в котором данные разбитые на зоны как у RAID 0. Дополнительно выделен диск для размещения зоны четности всех зон данных. В случаи отказа любого из дисков его данные восстанавливаются с помощью зон четности и соответствующих данных на живых дисках. Программная реализация сложна так как короткие записи обслуживаются медленно .

RAID 5 распределение, чередование данных четности по диска, но для битов четности отдельный диск не выделяется. RAID 5 обеспечивает более высокую скорость записи чем RAID 4. В случаи отказа одного из дисков потерянные данные восстановимы но не так быстро как у RAID 4.

Raid 6,10,50,60

RAID 6

Схема RAID 6

RAID 6 — похож на RAID 5, но имеет более высокую степень надёжности — под контрольные суммы выделяется ёмкость 2-х дисков, рассчитываются 2 суммы по разным алгоритмам. Требует более мощный RAID-контроллер. Обеспечивает работоспособность после одновременного выхода из строя двух дисков — защита от кратного отказа. Для организации массива требуется минимум 4 диска[2]. Обычно использование RAID-6 вызывает примерно 10-15% падение производительности дисковой группы, по сравнению с аналогичными показателями RAID-5, что вызвано большим объёмом обработки для контроллера (необходимость рассчитывать вторую контрольную сумму, а также прочитывать и перезаписывать больше дисковых блоков при записи каждого блока).

RAID 10

Схема архитектуры RAID 10

RAID 10 — зеркалированный массив, данные в котором записываются последовательно на несколько дисков, как в RAID 0. Эта архитектура представляет собой массив типа RAID 0, сегментами которого вместо отдельных дисков являются массивы RAID 1. Соответственно, массив этого уровня должен содержать как минимум 4 диска. RAID 10 объединяет в себе высокую отказоустойчивость и производительность.

Нынешние контроллеры используют этот режим по умолчанию для RAID 1+0. То есть, один диск основной, второй — зеркало, считывание данных производится с них поочередно. Сейчас можно считать, что RAID 10 и RAID 1+0 — это просто разное название одного и того же метода зеркалирования дисков. Утверждение, что RAID 10 является самым надёжным вариантом для хранения данных, ошибочно, т.к., несмотря на то, что для данного уровня RAID возможно сохранение целостности данных при выходе из строя половины дисков, необратимое разрушение массива происходит при выходе из строя уже двух дисков, если они находятся в одной зеркальной паре.

RAID-50 - аналогично RAID-10 является симбиозом RAID-0 и RAID-5 - фактически строится RAID-5, только его составляющими элементами являются не самостоятельные жесткие диски, а массивы RAID-0. Таким образом, RAID-50 дает очень хорошую скорость чтения/записи и содержит устойчивость и надежность RAID-5.

R AID-60 - та же самая идея: фактически имеем RAID-6, собранный из нескольких массивов RAID-0.

Так же существуют другие комбинированные массивы RAID 5+1 и RAID 6+1 - они похожи на RAID-50 и RAID-60 с той лишь разницей, что базовыми элементами массива являются не ленты RAID-0, а зеркала RAID-1

JBOD («Spanning»)

JBOD дополнительная функция RAID контроллера, не является конфигурацией RAID. Применяется тогда, когда пользователю необходимо воспользоваться всей суммарной емкостью накопителей в массиве. К сожалению, кроме увеличения емкости, у этого решения нет преимуществ.

Фактические накопители.

Фактических дисках хранение инфы основана на изменения фактических свойств поверхности носителя. В процессе считывания при освещении трека лазерным лучом возникает модуляция интенсивности отраженного луча воспринимаемого кода приемником. В модулированном луче закодирована двоичная инфа размещенная на треке.

Компакт диски.

Разработаны в 1982 году компанией Sony и Philips, диаметр компакт диска 120 мм., толщина 1.2 мм., на диске располагается 1 стиральная дорожка с начала центра диска, дорожка представляет собой цепочку ямок и долин. Прозрачная основа диска за которой расположен светоотражающий слой, поперечный шаг витков спирали 1.6 микрометра, ширина дорожек (ямок) 0.5 микрометра, глубина ямок 0.125 микрометра. Вторая яма соответствует двоичным единицам канальной информацией, кодирующая записанную на диске полезную инфу. Участки без изменения соответствуют нулям. Применяют инфракрасный лазер с длинной волны 780 нанометров, глубина ямок выбрана равной 1.4 длинны волны луча лазера, благодаря чему луч отраженный от на ямок возвращается в приемник противофазе с лучом отраженным от поверхности они взаимно-уничтожаются повышает контрастность восприятия ямок. Диск способен хранить 74 минуты. Стереосигналы с частотой квантования 44.1 килоГерца и с 16-ти разрядными выборки. На диске могут храниться 99 треков, адресация на диске происходит от аудио дисков., т.е. адрес информационного блока состоит из номера группы 0-79, номер секунды от 0 до 75, и номера фракции от 0 до 75, каждая фракция несет 1.75 секунды аудиоданных при частоте 4.1 килоГерца два 16-ти битных канала требуют 2352 байта. Скорость передачи данных стандартного аудиодиска составляет 150 Кило Байт секунд называется 1х и является достаточным для считывания аудио данных. Для устройств хранения определены стандартные скорости работы CD привода 2х, 4х, 8х… 56х.

Типы носителей информации.

1. Штампованные печатные диски имеют рельефную верхнюю сторону прозрачной основы покрытую светоотражающим явлением. Ямки и равнины треков дают различную интенсивность отраженного луча которая регистрируется фотоприемником. Штампованные диски изготавливаются на специальном заводском оборудовании.

2. Однократно записанные диски. Имеют покрывающийся основу слой органического красителя, поверх которого нанесено светоотражающие напыления. При записи сжигаются фрагменты красителя в результате чего отраженный луч будет про модулирован по интенсивности.

3. Перезаписываемы диски. Под отражающим слоем имеет регистрирующий слой который может менять свое состояние между полукристаллического и аморфным, прозрачность слоя зависит от его состояния. При перезаписи состояние некоторых участков изменяется в зависимости от степени нагрева участка лучом записываемого лазера.

DVD диски.

Имеют те же геометрические размеры что и cd диски, но представляют собой «бутерброд» из 2-х пластин. Для повышения емкости диска продольный размер битовой ячейки уменьшен примерно в 2-е. снижены издержки связаны с избыточностью коррекции ошибок, также могут использоваться 2 стороны диска по 2 слоя на каждой стороне. Для считывания dvd требуется лазер длинной волны 635 или 650 нанометров.

Базовая скорость 1х для DVD дисков 1,35 мб/сек.

Blue-ray диски.

Имеют длину луча лазера 405 нанометра и скорость 1х =36,5 мб/сек.

Флеш память.

От англ. вспышка кадров. Это особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти. Флэш память сочетает в себе РАМ и РОМ память, т.е. позволяет обращаться к данным как к РАМ-запоминающим устройствам и не теряет информацию при отключения питания. В самом простом варианте ячейка флэш памяти хранит 1 бит информации, такая ячейка состоит из полевого транзистора со специальной электрическим изолированным областью так называемым затвором. В зависимости от типа ячейки заряд в область плавающего затвора может помещаться одним из следующих способов:

1) Метод туленирования, т.е. путем добавления энергии электронов для преодолении барьера из диэлектрика малой площади величины.

2) Методом инжекции горячих электронов при котором на сток и управляющий затвор подается высокое напряжение причем на управляющий затвор подается 2-х кратное напряжение. Электроны инжектируются на плавающий затвор.

Стирание ячейки памяти производиться подачей высокого напряжения на исток куда в результате туннелируются электроны. В процессе работы ячейки флэш памяти «стареют» поэтому любые флэш накопители требуют применения специальных алгоритмов. Могут применяться 2 типа микросхем: SLC и MLC

-

---+

Архитектура флэш памяти.

Это схема соединения флэш памяти в единый модуль. В настоящее время наиболее распространены микросхемы флэш памяти с организацией NOR - логическая схема ИЛИ НЕ, или NAN - логическая схема И НЕ. Каждая ячейка в микросхеме NOR подключена к 2 линиям битам и слот, суть логической операции заключается в переходе линии битов состоянии логического 0, если хотя бы 1 из транзисторов подключен к ней, т.е. проводит ток. Выбор ячейки осуществляется с помощью линий слов. Все ячейки памяти NOR подключены к своим битовым линиям параллельно. Архитектура допускает произвольное чтение и запись. Структура функционирует на 2-х разных напряжениях. Достоинство данной архитектуры: высокоскоростной произвольный доступ, но процессор записи и стирания происходит медленно. NAN в случае NAN битовая линия переходит в состоянии логического нуля если все подключенные к ней транзисторы проводят ток. Данный тип организации архитектуры памяти обладает возможностью произвольного доступа производимого небольшими блоками. Архитектура построена на последовательном интерфейсе, ячейки присоединяются к битовой линиям сериями (гирляндами). Программирование и стирания микросхемы осуществляется туннелированием, т.е. NAN память можно быстро записывать и стирать, но не возможно считывать по байтам.

Общая структура флэш накопителя.

Оптимальные области. Настольные компы

Какова скорость 7200

Срок огр гарантии верно

Накопители карнивал 3,5 верно

Накопители карнивал ,Д

Емкость до 2гг

Накопите вд карнивал 16ьб кэш неверно

До 64мб верно

Особенности накопителей вд технология парковки

2 функции С

250-2 гг

Модели накопителей испытываются в лаборатории

Совместимы ли накопители с6 к3 гг да

Сата 6гг исполь

Истинно

А иС

Скорость передачи

Они совместимы с чипсетами

Сата 6гг для всего

Совместимо со всем

_____

Грен до 3гг

Срок грен неверно

Кавиал блю и блак

Парковка головки

Применение грен ПК и внешние

Для грен вентилятор неверно

Температуру снижает верно

ВД нет

Грен мало жрет

Грен все

Ramdak предназначен для преобразования аналогового сигнала по каналу из цифрового изображения которое обрабатывает видео подсистема.

Ramdak характеризуется частотой работы около 400 мгц и разрядностью до 410 бит.