Výkon diskovej jednotky
Rýchlosť otáčania mechaniky určuje prístupovú dobu média. (Prístupová doba charakterizuje dobu vyhľadávania v smere polomeru a tiež dobu vyhľadávania v smere otáčania). Obvykle sa HDD otáča rýchlosťou 7200 otáčok za minútu = RPM (namodernejšie vysokootáčkové disky aj rýchlejšie) a FDD sa otáča rýchlosťou 300 otáčok/min. (Pre účely testovania HDD sa berie čas 0,5 otáčky čo je pre rýchlosť 3600 rpm približne 8,33ms). Rýchlosť diskovej jednotky sa meria pomocou:
•Doby prístupu (trvanie na premiestnenie ramienka + rvanie kým sa natočí príslušný sektor.)
•Rýchlosti prenosu dát. Naformátovaný disk má na každej stope značky na identifikáciu sektora, ktoré oddeľujú jednotlivé sektory od seba. Diskety sa otáčajú rýchlosťou 5 otáčok/s => pre 9 sektorov po 0,5 kB je rýchlosť prenosu 0,5*9*5 = 22,5 kB/s. HDD sa otáčajú rýchlosťou 60 otáčok/s => pri 17 sektoroch po 0,5 kB je rýchlosť prenosu 0,5*17*60 = 510 kB/s.
Väčšina kontrolórov starších HDD nedokáže spracovať tok dát s rýchlosťou 0,5 MB/s. Okrem toho v zápise sú ešte aj kontrolné informácie (samo opravný kód ECC – Error Corecting Code, ktorý analyzuje a veľakrát aj koriguje chyby pri prenose), ktoré predstavujú dáta najviac a spomalenie prenosu. Kvôli zvýšeniu rýchlosti prenosu nie sú dáta na HDD usporiadané v susedných sektoroch, ale s faktorom prekladania. Napríklad pri faktore prekladania 1:6 sa číta každý 6. sektor, čím sa získa počas otáčky čas na prečítanie 3 sektorov za otáčku a tým sa zvýši rýchlosť prenosu dát 3-krát (na 180 B/s).
Niektoré moderné kontrolóri HDD, aby zrýchlili svoju prenosovú rýchlosť bez nutnosti prekladaného zápisu sektorov:
•Čítajú a tiež kontrolujú naraz celú stopu (full track buffering), takže pri prekladaní 1:1 je rýchlosť prenosu dát 510 kB/s.
•Používajú pamäť typu Cache (Caching Controllers) s mikroprocesorovým ovládaním.
Vyrovnávacia pamäť HDD (Cache)
Cache HDD slúži k skladovaniu dát prúdiacich medzi diskom a základnou doskou. Fyzicky býva cache HDD realizovaná dvojakým spôsobom:
•Hardwarovo, keď cache je súčasťou kontrolóra. Tu sa používajú veľkosti 128 kB pre EIDE a 256 kB pre SCSI. Dnešné cache pamäte siahajú: 2 / 8 / 16 MB.
•Softwarovo, keď ako ďalší priestor pre vyrovnávaciu pamäť využíva operačnú pamäť. (Rozpor: veľká cache je rýchlejšia ale potom zostáva menej pamäti pre operačný systém a ostatné aplikácie.) Často sa používa dynamické riadenie veľkosti vyrovnávacej pamäti (Vcache – Virtual Cache). Ak operačný systém potrebuje pamäť je táto Vcache zmenšená a naopak pri diskových operáciách je zväčšená.
Typy pripojenia diskov:
1.ATA. Dosluhujúce rozhranie ATA (Advanced Technology Attachment) je v súčasnosti stále najpoužívanejší spôsob pripojenia pevného disku alebo optickej mechaniky. Hoci oficiálnym označením technológie bola skratka ATA, známa je po množstvom ďalších skratiek, ako napríklad IDE (Integrated Drive Electronics) alebo UDMA (Ultra DMA) a v priebehu vývoja pribudla so špecifikácie ATA aj podpora pre zariadenia s vymeniteľným obsahom, ako sú napríklad CD mechaniky alebo páskové zálohovacie zariadenia. Preto sa toto rozhranie zvykne označovať aj ATA/ATAPI. Zariadenie sa pripája k radiču pomocou 40-žilového kábla, ktorý môže obsahovať dva alebo tri 40-pinové konektory. Významná zmena prišla s uvedením špecifikácie ATA-5 (Ultra-DMA/66), keď sa zdvojnásobil počet vodičov v kábli na 80, pričom konektory ostali nezmenené, 40-pinové. Vďaka tomuto kroku sa podarilo znížiť elektromagnetický šum a zvýšiť prenosové rýchlosti. Vývoj technológie ATA dospel až do verzie ATA-7 s maximálnymi prenosovými rýchloasťami133MB/s a je známy aj ako Ultra DMA-6, ATA133 alebo Ultra DMA/133. Ide pravdepodobne o poslednú verziu, pretože ďalšie zvyšovanie prenosových rýchlostí je diskutabilné. Pre veľký počet vodičov v prepojovacom kábli je maximálna povolená dĺžka kábla iba 50 cm a kábel pre svoju šírku bráni prúdeniu vzduchu vnútri počítačovej skrine. Ďalším kritickým miestom technológie ATA je pripojenie dvoch zariadení na jeden kábel. V tom prípade treba jedno z nich nastaviť ako master a druhé ako slave.
2.SATA (Serial ATA) má odstrániť nedostatky pripojenia ATA. Po jeho uvedení sa pôvodná technológia ATA na odlíšenie spätne premenovala na Parallel ATA. Aj keď v prvej verzii ponúkla SATA prenosové rýchlosti 150 MB/s (1,2 Gb/s), čo je iba o málo viac, ako dosahuje rozhranie ATA-7, v jej prospech hovorí viacero skutočností. Počet vodičov v kábli sa znížil na sedem, vďaka čomu sa zmenšila nielen jeho šírka, ale aj koncový konektor a povolená dĺžka kábla vzrástla na 100cm. SATA tiež opustila myšlienku dvoch zariadení na jednom kábli a koncept master - slave. Každé zariadenie má vlastný kábel a úplné prenosové pásmo. Využitie sériového prenosu dát umožňuje pohodlné zvyšovanie prenosových rýchlostí. Dnes dosahuje technológia SATA teoretické prenosové rýchlosti 300 MB/s a do roku 2007 sa plánuje uvedenie ďalšej generácie rozhrania SATA s prenosom 600 MB/s. Medzi ďalšie zlepšenia v rozhraní SATA patrí technológia NCQ (Native Comand Queuing), ktorá umožňuje, aby zariadenie prijalo viacero požiadaviek na zápis a čítanie naraz. Vďaka vnútornej logike si potom zariadenie samo zoptimalizuje poradie týchto požiadaviek s cieľom na pohyb hlavičiek nad magnetickými platňami. Rozhranie SATA takisto natívne podporuje tzv. hot-swapping, výmenu zariadenia počas prevádzky bez nutnosti vypínať celý počítač.
Konektory na pripojenie diskov:
1.ATA
i.napájanie – 4 pin
ii.dáta – 40-pinový konektor na 40/80-žilovom kábli
2.SATA
i.napájanie – 15 pin
ii.dáta – 7 pinový konektor na 7-žilovom kábli
Princíp organizácie diskových médií
Je to spôsob a typ ukladania súborov na disk.
FAT (File Allocation Table) = alokačná tabuľka súborov
1.FAT 12
Princíp systému FAT je jednoduchý. V tabuľke FAT (z ktorej je tiež odvodený názov systému) je zaznamenané umiestnenie všetkých súborov na disku. Pri požiadavke na prečítanie súboru je najskôr v tabuľke zistené fyzické umiestnenie súboru na disku, a potom je súbor prečítaný.
Do verzie MS-DOS 4.0 bolo pre alokáciu miesta používané iba 12 bitov, čo obmedzovalo veľkosť oddielu na 32 MB. Tento systém sa používa pre jednotky FAT, ktoré majú menej ako 4096 clusterov (212 bitov). Cluster = najmenší diel z pevného disku.
2. FAT 16
S rastúcou kapacitou pevných diskov rástla aj potreba tieto kapacity účelne spracovať. Súborový systém FAT12 skoro narazil na hranice svojich možností, a preto bolo nutné previesť zmenu. Zvýšil sa počet bitov určený pre adresovanie. Teraz bol systém FAT13 schopný adresovať až 65536 clusterov (216 bitov). Ľubovoľne veľký disk je teda pri formátovaní rozdelený na maximálne 65536 častí, veľkosť jednej častí sa pohybuje od 512 B do 32 kB (vo Windows NT 4.0 ide použiť ešte 4 GB oddiel s veľkosťou clusteru 64 kB). Z rastúcou kapacitou disku rastie aj podiel nevyužitého miesta, pretože aj ten najmenší súbor (napr. o veľkosti 1kB) zaberie celý cluster, čo v prípade 32 kB clusteru znamená stratu 31 kB. Ďalším problémom je fragmentácia obsahu disku. Pri zápise súboru na disk je využité prvé voľné miesto bez ohľadu nato, či jeho veľkosť dostačuje zápisu celého súboru. Často dochádza k situácii, kedy sú jednotlivé časti jedného súboru uložené na rôznych miestach disku. Behom čítania takéhoto súboru vznikajú relatívne dlhé časové medzery nutné k mechanickému posunutiu čítacích hlavičiek z miesta na miesto. Pre tieto prípady obsahujú operačné systémy nástroje pre defragmentáciu, ktorá prevedie opätovné zoskupenie jednotlivých častí na jedno miesto.
3.FAT 32
Ďalšie rozšírenie systému FAT priniesol Service Pack 2 pre Windows 95 (OSR2). Nová verzia vyriešila dva hlavné problémy FAT16. Za prvé používa 32 bitovú alokačnú tabuľku, ktorá umožňuje adresovať vyšší počet clusterov a tím posúva hranicu maximálnej teoretickej veľkosti na 2 TB. Prakticky je vďaka obmedzení BIOSu veľkosť oddielu obmedzená približne na 8 GB. Za druhé je zvýšením počtu clusterov možné zachovať ich malú veľkosť aj pri veľmi veľkých diskov. Do veľkosti 8 GB je veľkosť clusteru 4 kB, čo značne redukuje podiel nevyužitého miesta. V neposlednej rade je systém FAT32 menej náchylný na poškodenie kritických častí súborového systému. FAT32 obsahuje záložnú kópiu FAT tabuľky pre prípad poškodenia. Taktiež spúšťací záznam (boot record) sa dočkal niekoľko zmien. Koreňová zložka (root directory) je teraz štandardná zložka, obmedzenie počtu záznamov je minulosťou. Všetky tieto zmeny umožňujú dynamicky meniť veľkosti oddielu. Tieto nové vlastnosti sú síce veľmi užitočné, ale ostatné nedostatky systému FAT však neodstraňujú. Jedná sa predovšetkým o absenciu kompresie, šifrovania a bezpečnostných vlastností zložiek a súborov na úrovni súborového systému.
4. NTFS
Systému NTFS používa pre alokáciu clusterov 64 bitov. Počet adresovateľných jednotiek je teda 264 (18 446 744 073 709 551 616), každá z nich môže byť až 4 kB veľká. Meno súboru alebo zložky v systéme NTFS môže byť zložené až z 255 znakov, vďaka kódovaniu v 16 bitovom Unicode nie je problém so špecifickými národnými znaky. Filozofia systému NTFS je odlišná od filozofie FAT. Srdcom systému je jediný súbor zvaný Master File Table (MFT). Logicky je súbor MFT rozdelený tak, že pre každý súbor či zložku je vyhradený jeden riadok (v prípade veľkého súboru je použitých niekoľko riadkov.), kde je súbor alebo zložka uložená. Záznam obsahuje aj všetky ostatné atribúty – meno a typ súboru, bezpečnostné informácie a pod. Prvých 16 záznamov je systémových (pre užívateľa systému celkom skrytý), ostatné záznamy sú užívateľské. Systém NTFS má v sebe už zabudovanú kompresiu, ktorá sa odohráva v reálnom čase. Nevýhodou tohto systému je, že je podporovaný len vo Windows NT (z čoho aj názov NT File System).
5. HPFS
High Performance File System sa objavil už v roku 1989, v operačnom systéme OS/2 v1.2. Snaží sa predovšetkým riešiť niektoré nedokonalosti FAT. Clustery tu neexistujú, najmenšou alokačnou jednotou je jeden sektor (512 B). V OS/2 dokonca nie je ani defragmentačný program, pretože nie je ho treba. Názvy súborov môžu byť dlhé až 254 znakov, pričom HPFS rozoznáva malé aj veľké písmená. Vďaka použitej technike trvá prehľadávanie adresárov v HPFS podstatne kratšiu dobu. Ochrana proti náhodným chybám je dobre prepracovaná, na disku sú rezervované ”hotfix sektory”, kam sú dáta pri chybných zápisoch ukladané a nasledovne potom presunuté na voľné sektory. Súbory HPFS môžu obsahovať tzv. rozšírené atribúty, čo je špeciálna dátová časť, ktorá je pripojená k súboru a môže obsahovať ďalšie informácie, napr. náhľad na obrázok, meno programu pomocou neho bol súbor vytvorený a pod. Veľkosť diskového oddielu môže byť 512 GB. Všetky súborové systémy sú k OS/2 pripojené cez rozhranie IFS, vďaka ktorému môže OS/2 podporovať takmer ľubovoľný súborový systém.
Zaujímavosti o referátoch
Ďaľšie referáty z kategórie