Интерфейсы устройств хранения

Каждое устройство, используемое в компьютерной системе, должно каким-то образом подключаться к этой системе. Точка подключения называется интерфейсом. Устройства хранения не являются исключением — у них тоже есть интерфейсы. Знать об интерфейсах важно по двум основным причинам:

существует множество разных (зачастую несовместимых) интерфейсов

разные интерфейсы могут отличаться ценой и производительностью.

К сожалению, не существует одного универсального интерфейса устройств или какого-то одного интерфейса устройств хранения. Поэтому системные администраторы должны знать, какие интерфейсы поддерживаются компьютерами в их организации. В противном случае, планируя обновление компьютеров, есть реальный риск приобрести неподходящее оборудование.

Разные интерфейсы имеют разную производительность, поэтому одни интерфейсы могут больше подходить для определённых окружений, чем другие. Например, интерфейсы, способные поддерживать высокоскоростные устройства, лучше подходят для серверов, тогда как для обычных рабочих станций будет достаточно более медленных интерфейсов. Такая разница в производительности также приводит к разнице в цене, ведь вы всегда получаете то, за что платите. Высокопроизводительные компьютеры стоят недешёво.

RAID (англ. redundant array of independent disks — избыточный массив независимых жёстких дисков) — массив из нескольких дисков, управляемых контроллером, взаимосвязанных скоростными каналами и воспринимаемых внешней системой как единое целое. В зависимости от типа используемого массива может обеспечивать различные степени отказоустойчивости и быстродействия. Служит для повышения надёжности хранения данных и/или для повышения скорости чтения/записи информации (RAID 0).

Аббревиатура RAID изначально расшифровывалась как «redundant array of inexpensive disks» («избыточный (резервный) массив недорогих дисков», так как они были гораздо дешевле RAM). Именно так был представлен RAID его создателями Петтерсоном (David A. Patterson), Гибсоном (Garth A. Gibson) и Катцом (Randy H. Katz) в 1987 году. Со временем RAID стали расшифровывать как «redundant array of independent disks» («избыточный (резервный) массив независимых дисков»), потому что для массивов приходилось использовать и дорогое оборудование (под недорогими дисками подразумевались диски для ПЭВМ).

Логическая структура гибких дисков. Логическая структура магнитного диска представляет собой совокупность секторов (емкостью 512 байтов), каждый из которых имеет свой порядковый номер (например, 100). Сектора нумеруются в линейной последовательности от первого сектора нулевой дорожки до последнего сектора последней дорожки.

На гибком диске минимальным адресуемым элементом является сектор.

При записи файла на диск будет занято всегда целое количество секторов, соответственно минимальный размер файла - это размер одного сектора, а максимальный соответствует общему количеству секторов на диске.

Файл записывается в произвольные свободные сектора, которые могут находиться на различных дорожках. Например, Файл_1 объемом 2 Кбайта может занимать сектора 34, 35 и 47, 48, а Файл_2 объемом 1 Кбайт - сектора 36 и 49.

ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА. Фа́йловая систе́ма (англ. file system) — порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. п. Файловая система определяет формат содержимого и способ физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла (папки), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.

Файловая система связывает носитель информации с одной стороны и API для доступа к файлам — с другой. Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, так же, как и на каком физическом типе носителя (CD, жёстком диске, магнитной ленте, блоке флеш-памяти или другом) он записан. Всё, что знает программа — это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске).

С точки зрения операционной системы (ОС), весь диск представляет собой набор кластеров (как правило, размером 512 байт и больше). Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге). Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.

Однако файловая система не обязательно напрямую связана с физическим носителем информации. Существуют виртуальные файловые системы, а также сетевые файловые системы, которые являются лишь способом доступа к файлам, находящимся на удалённом компьютере.

Твердотельный накопитель (англ. SSD, solid-state drive) — компьютерное запоминающее устройство на основе микросхем памяти. Кроме них, SSD содержит управляющий контроллер. Не содержит движущихся механических частей,

Различают два вида твердотельных накопителей: SSD на основе памяти, подобной оперативной памяти компьютеров, и SSD на основе флеш-памяти.

В настоящее время твердотельные накопители используются в компактных устройствах: ноутбуках, нетбуках, коммуникаторах и смартфонах. Некоторые известные производители переключились на выпуск твердотельных накопителей уже полностью, например Samsung продал бизнес по производству жёстких дисков компании Seagate.

Существуют и так называемые, гибридные жесткие диски, появившееся, в том числе, из-за текущей, пропорционально более высокой стоимости твердотельных накопителей. Такие устройства сочетают в одном устройстве накопитель на жёстких магнитных дисках (HDD) и твердотельный накопитель относительно небольшого объёма, в качестве кэша (для увеличения производительности и срока службы устройства, снижения энергопотребления). Пока, такие диски используются, в основном, в переносных устройствах (ноутбуках, сотовых телефонах и т. п.).

Видеосистема компьютера.Одной из наиболее важных составных частей любого персонального компьютера является его видеосистема. Под этим понятием обычно подразумевают монитор (дисплей), видеоадаптер и набор соответствующих программ-драйверов, поставляемых в комплекте с видеоадаптером или в составе прикладных пакетов.

Дисплей Самая заметная, самая крупная и самая дорогая (около 1/3 стоимости всего ПК) часть видеосистемы – дисплей (display) или монитор (monitor). Он характеризуется несколькими свойствами:

Цвет. Практически все выпускаемые сейчас мониторы имеют возможность выводить цветное изображение. Количество одновременно отображаемых цветов зависит от другого компонента видеосистемы – видеоадаптера;

Размер. Длина диагонали, измеряемая в дюймах: 14, 15, 17, 19, 21. Больший размер монитора позволяет получать при прочих равных условиях большее и лучшее изображение, что положительно сказывается на зрении пользователя. Фактическим стандартом стали мониторы с диагональю в 15 дюймов;

Зерно. Всякое изображение на мониторе строится из множества минимально возможных точек (в ранних моделях адаптеров (CGA, EGA) такая точка была различима визуально). Размер каждой из них – одна из основных характеристик монитора. Стандарт в этом – 0.28 мм. Лучшие модели имеют точку 0.27, 0.25 и даже 0.21 мм;

Максимальное разрешение. Фактически этот параметр зависит от размера монитора, размера точки и характеристик видеоадаптера (в частности, объёма памяти). Фактическим стандартом стало разрешение 1024 х 768 точек; лучшие модели предоставляют возможность вывода изображения с разрешением 1600 х 1280 точек;

Вертикальная развёртка. Это свойство описывает частоту смены изображений на экране. Чем выше этот показатель, чем устойчивее картинка дисплея. Среди стандартных значений – 75, 85+ Гц (по сегодняшним эргономическим требованиям ассоциации VESA минимальная допустимая частота смены кадров для монитора равна 85 Гц).

Мониторы делятся на две группы: плоские, на электронно-лучевой трубке, хотя вторая группа уже практически исчезла с рынка.

Видеока́рта (также видеоада́птер, графический ада́птер, графи́ческая пла́та, графи́ческая ка́рта, графи́ческий ускори́тель) — электронное устройство, преобразующее графический образ, хранящийся, как содержимое памяти компьютера (или самого адаптера), в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора.

Драйвер — компьютерная программа, с помощью которой другие программы получает доступ к аппаратному обеспечению.

Многотерминальные системы По мере удешевления процессоров в начале 60-х годов появились новые способы организации вычислительного процесса, которые позволили учесть интересы пользователей. Начали развиваться интерактивные многотерминальные системы разделения времени (рис. 1.2). В таких системах компьютер отдавался в распоряжение сразу нескольким пользователям. Каждый пользователь получал в свое распоряжение терминал, с помощью которого он мог вести диалог с компьютером. Причем время реакции вычислительной системы было достаточно мало для того, чтобы пользователю была не слишком заметна параллельная работа с компьютером и других пользователей. Разделяя таким образом компьютер, пользователи получили возможность за сравнительно небольшую плату пользоваться преимуществами компьютеризации.

Терминалы, выйдя за пределы вычислительного центра, рассредоточились по всему предприятию. И хотя вычислительная мощность оставалась полностью централизованной, некоторые функции - такие как ввод и вывод данных - стали распределенными. Такие многотерминальные централизованные системы внешне уже были очень похожи на локальные вычислительные сети. Действительно, рядовой пользователь работу за терминалом мэйнфрейма воспринимал примерно так же, как сейчас он воспринимает работу за подключенным к сети персональным компьютером. Пользователь мог получить доступ к общим файлам и периферийным устройствам, при этом у него поддерживалась полная иллюзия единоличного владения компьютером, так как он мог запустить нужную ему программу в любой момент и почти сразу же получить результат. (Некоторые, далекие от вычислительной техники пользователи даже были уверены, что все вычисления выполняются внутри их дисплея.)

Таким образом, многотерминальные системы, работающие в режиме разделения времени, стали первым шагом на пути создания локальных вычислительных сетей. Но до появления локальных сетей нужно было пройти еще большой путь, так как многотерминальные системы, хотя и имели внешние черты распределенных систем, все еще сохраняли централизованный характер обработки данных. С другой стороны, и потребность предприятий в создании локальных сетей в это время еще не созрела - в одном здании просто нечего было объединять в сеть, так как из-за высокой стоимости вычислительной техники предприятия не могли себе позволить роскошь приобретения нескольких компьютеров. В этот период был справедлив так называемый «закон Гроша», который эмпирически отражал уровень технологии того времени. В соответствии с этим законом производительность компьютера была пропорциональна квадрату его стоимости, отсюда следовало, что за одну и ту же сумму было выгоднее купить одну мощную машину, чем две менее мощных - их суммарная мощность оказывалась намного ниже мощности дорогой машины.

Методы передачи данных в сетях Метод коммутации каналов требует предварительного установления прямого физического соединения между источником и получателем сообщения на все время передачи сообщения, что является недостатком данного метода. Схема передачи данных представлена на рисунке 1:

На этом рисунке представлены четыре узла сети (ЭВМ), между которыми передается сообщение. Его источник – узел А, получатель – узел D. Между А и D сообщение проходит узлы В и С.

В отрезки времени (t0 – t1), (t2 – t3), (t4 – t5) служебный сигнал перемещается между соответствующими узлами. Назначение этого сигнала – занять пройденный канал, т.е. заблокировать его от других сигналов. В общем случае последующие каналы оказываются занятыми в моменты прихода в узел служебного сигнала, поэтому в отрезки времени (t1 – t2), (t3 – t4) сигнал ожидает освобождения канала.

В момент времени t5 служебный сигнал достигает получателя, а все пройденные каналы являются заблокированными. В этот момент сигнал возвращается к источнику сообщения за отрезок времени (t5 – t6).

В момент времени t6 начинается передача нужного сообщения (передача сообщения показана жирными линиями). В соответствии с объемом сообщения и пропускной способностью канала связи это занимает в источнике отрезок времени (t6 – t7). В момент времени t8 получатель сообщения принял его целиком. Передача закончена, и заблокированные каналы высвобождаются для последующего использования.

Метод коммутации сообщений (рисунок 2) требует последовательное физическое соединение лишь между двумя соседними узлами:

Чистое время передачи всего сообщения (передача показана жирными линиями) в схеме рисунке 1 - отрезок (t6 – t8), в схеме рисунке 2 – сумма отрезков (t0 – t2), (t3 – t5), (t6 – t8). При всех равных прочих условиях значения этих периодов равны между собой. Если предположить, что время занятости канала между соседними узлами в обеих схемах совпадает, т.е. отрезки времени (t1 – t2) и (t3 – t4) на рисунке 1 равны, соответственно, отрезкам (t2 – t3) и (t5 – t6) на рисунке 2, то общее время передачи сигнала по схеме рисунка 2 меньше времени передачи сигнала по схеме рисунка 1 на величину (t0 – t1) + (t2 – t3) + (t4 – t6).

Метод коммутации пакетов предполагает разбиение сообщения на части – пакеты – фиксированной длины, снабжаемые адресом получателя. После прихода на место назначения из пакетов формируется сообщение. Достоинством этого метода является то, что разные пакеты могут передаваться между узлами разными каналами связи (если это позволяет топология сети). Это приводит к сокращению общего времени передачи всего сообщения.

Коммуникационные порты в компьютерах.Компьютер соединяется с внешними блоками через устройства, называемые коммуникационными портами. Соединение с применением портов требует аппаратного и программного обеспечения. Обычно аппаратное обеспечение представляет собой расширительную плату. Программное обеспечение коммуникации через порты в наиболее простых случаях предоставляет операционная система. Более сложные задачи требуют специальных прикладных программ.

Различают два основных типа портов — последовательные и параллельные.

Последовательные порты позволяют передавать и принимать информацию в режиме «бит за битом». Наиболее известным примером является коммуникационный порт, который использует протокол (правила, регламентирующие обмен) RS-232С для посылки и приема символов. Протокол RS-232C определяет электрические характеристики передачи и приема данных. Последовательные порты называют также асинхронными портами связи.

Параллельные порты более эффективны, чем последовательные, так как они передают группу битов данных по отдельным линиям одновременно. Наиболее известен параллельный порт, служащий для подключения печатающего устройства к ПК. Через него одновременно передается 8 бит, т. е. вся информация, необходимая для кодирования одного символа.

Физические и логические топологии Сети Fibre Channel состоят из физической и логической топологий. Физическая топология описывает физические подключения сетевых устройств (серверов, систем хранения данных и коммутаторов). Логическая топология описывает логические пути передачи данных между системными устройствами (именами устройств), и соответствующими им портами систем хранения данных (дисками и томами). В данной секции будут подробно описаны физические и логические топологии сетей хранения данных.

Как показано на рисунке 5, физическая топология обозначена красными стрелками, а логическая топология обозначена пунктирными линиями.

Существует две основных архитектуры сети - это одноранговая (peer-to-peer) и сеть клиент/сервер (client-server). Они имеют значительное отличие друг от друга.

Одноранговая сеть. Олицетворение равенства, то есть в этой сети все компьютеры равны. В чем проявляется равенство компьютеров, а в том, что каждый из них может выступать в роли сервера, например, сегодня один является сервером, завтра другой. Сервер - главный компьютер, который предоставляет свои ресурсы другим участникам сети, например, работу с файлами или принтерами. Для организации одноранговой сети требуется непосредственное физическое соединение всех компьютеров коаксиальным кабелем или витой парой через сетевую карту, наличие которой обязательно в каждом из компьютеров. Применение такой архитектуры оправданно в домашних сетях и сетях малых офисов, где количество компьютеров не велико.

Сеть клиент/сервер. Работа этой сети устроенна следующим образом: в сети клиент/сервер может быть главным только один или несколько компьютеров (сервер), а все остальные клиенты или рабочие станции. Рабочая станция - это посредник, например, у вас дома организована одноранговая сеть, в ней участвует 3 компьютера один из которых для двух других является сервером. Но в свою очередь для связи с сетью клиент/сервер, он будет играть роль рабочей станции, то есть обеспечивать, для двух других, через себя связь с сервером

Локальные компьютерные сети.Локальная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении (например, школьный компьютерный класс, состоящий из 8—12 компьютеров) или в одном здании (например, в здании школы могут быть объединены в локальную сеть несколько десятков компьютеров, установленных в различных предметных кабинетах).

В небольших локальных сетях все компьютеры обычно равноправны, т. е. пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера (диски, каталоги, файлы) сделать общедоступными по сети. Такие сети называются одноранговыми.

Если к локальной сети подключено более десяти компьютеров, то одноранговая сеть может оказаться недостаточно производительной. Для увеличения производительности, а также в целях обеспечения большей надежности при хранении информации в сети некоторые компьютеры специально выделяются для хранения файлов или программ-приложений. Такие компьютеры называются серверами, а локальная сеть — сетью на основе серверов.

Каждый компьютер, подключенный к локальной сети, должен иметь специальную плату (сетевой адаптер). Между собой компьютеры (сетевые адаптеры) соединяются с помощью кабелей.

глобальные сети В настоящее время на десятках миллионов компьютеров, подключенных к Интернету, хранится громадный объем информации (сотни миллионов файлов, документов и т. д.) и сотни миллионов людей пользуются информационными услугами глобальной сети.

Интернет — это глобальная компьютерная сеть, объединяющая многие локальные, региональные и корпоративные сети и включающая в себя десятки миллионов компьютеров.

В каждой локальной или корпоративной сети обычно имеется, по крайней мере, один компьютер, который имеет постоянное подключение к Интернету с помощью линии связи с высокой пропускной способностью (сервер Интернета).

Надежность функционирования глобальной сети обеспечивается избыточностью линий связи: как правило, серверы имеют более двух линий связи, соединяющих их с Интернетом.

Основу, «каркас» Интернета составляют более ста миллионов серверов, постоянно подключенных к сети.

К серверам Интернета могут подключаться с помощью локальных сетей или коммутируемых телефонных линий сотни миллионов пользователей сети.