Úvod

Táto práca sa podrobne venuje problematike pevných diskov z hľadiska fyzickej aj logickej štruktúry. V súčasnej dobe, keď sa hardvér rýchlo rozvíja a osobný počítač sa používa takmer v každej oblasti života je nutné poznať aspoň základné princípy fungovania týchto zariadení. Chce poukázať aj na rozdiely medzi jednotlivými prvkami pevných diskov aby sa používateľ mohol rozhodnúť pre ten správny a jemu vyhovujúci.

Samotný hardvér bez programového vybavenia fungovať nebude a tak sa v práci nachádzajú aj popisy jednotlivých programov operačného systému ako aj komerčných produktov, ktoré s pevnými diskmi a ich výkonom súvisia.

Práca je teda rozdelená do troch kapitol. V prvej sa čitateľ oboznamuje s fyzickou štruktúrou pevných diskov, v druhej s logickou a tretia kapitola je zameraná na optimalizáciu výkonu disku (vzťah disk – operačný systém). V závere je uvedená prehľadná tabuľka posledných modelov pevných diskov od rôznych výrobcov s podrobnými parametrami a nameranými hodnotami vo vykonaných testoch.

Práca sa nesústreďuje na konkrétne modely pevných diskov ale skôr na všeobecné rysy určujúce vlastnosti, kvalitu a použiteľnosť.

Dúfam, že poskytne čitateľovi podrobný a zrozumiteľný pohľad do oblasti pevných diskov, pomôže mu rozhodnúť sa pri kúpe.

Pevný disk

Väčšina PC má dve diskové pamäte: pevný disk a disketovú mechaniku. Vypnutie počítača nespôsobí stratu dát na diskových pamätiach. Ich hlavnou úlohou je uschovanie dát, s ktorými mikroprocesor momentálne nepracuje, ale ktoré si v prípade potreby načíta.
Obidve pamäte pracujú na magnetickom princípe a majú niekoľko častí:
· médium, na ktorom sú uložené dáta
· magnetické hlavy pre zápis a čítanie dát
· mechaniku pohybujúcu hlavami
· motorček točiaci diskom
· radič – elektronický obvod, ktorý riadi prácu disku

Dátové médium pevného disku je zložené z tuhých kotúčov (používa sa aj výraz platňa) umiestnených v niekoľkých poschodiach nad sebou. Dáta sa zapisujú do magnetickej vrstvy nanesenej na každý kotúč.

S magnetickým povrchom diskov pracujú magnetické čítacie/zapisovacie hlavy. Hlavy sa pri pevných diskoch nepohybujú po povrchu disku, ale vznášajú sa nad ním. Vznášanie hláv zaisťuje aerodynamický vztlak vznikajúci nad roztočeným diskom. Pretože sa hlavy vznášajú nad diskom, nedochádza ku treniu medzi hlavou a diskom. To zabezpečuje vysokú trvanlivosť a spoľahlivosť pevných diskov. Vzdialenosť vznášajúcich sa hláv nad diskom je niekoľko mikrometrov.

Drobné zrnko prachu by tak mohlo spôsobiť ryhu na disku a znehodnotenie údajov. Z tohto dôvodu sú pevné disky uložené vo vzduchotesnom púzdre.

Pri vypnutí disku zaistí mechanika magnetických hláv ich uloženie do vyhradenej parkovacej oblasti. Tak je zaistené to, že sa hlava nikdy nedotkne dátovej oblasti a nezničí údaje.

Fyzická štruktúra diskov

Povrch disku predstavuje pomerne rozsiahly priestor. Keď operačný systém požaduje od disku údaje, na povrchu disku ich musí vyhľadať radič pevného disku. Ten teda potrebuje poznať presnú geometrickú polohu zapísaných údajov. Preto si povrch disku rozdelí na stopy (sústredené kružnice), do ktorých si údaje zapisuje. Každá stopa je naviac priečne rozdelená na sektory. Toto usporiadanie nazývame fyzickou organizáciou dát.

Fyzické formátovanie (low level format)

Radič musí rozdeliť disk na stopy a sektory a tie si očíslovať. Proces, ktorým sa disk magneticky delí sa nazýva fyzické formátovanie.

Pri ňom umiestni radič na začiatok každej stopy a každého sektoru magnetickú značku (identifikátor). Každý radič si teda musí „nalinkovať“ svoj disk čo dnes nie je problém pretože radič je súčasťou pevného disku (jeho plošný spoj je umiestnený na púzdre disku).

identifikátor stopy 122 identifikátor sektora 0 údaje identifikátor sektora 1 údaje
identifikátor stopy 123 identifikátor sektora 0 údaje identifikátor sektora 1 údaje

Tento druh formátovania vykonáva výhradne výrobca pevného disku a užívateľ by ho nemal nikdy vykonávať. Fyzické formátovanie bez znalosti informácií o parametroch pevného disku môže viesť až k zničeniu pevného disku.

Hlavy a cylindre

Poslanie magnetických hláv je jasné – zápis a čítanie údajov. Nad každým povrchom „lieta“ jedna hlava. Ak má pevný disk 5 platní, môže mať až 10 hláv (každá platňa má 2 povrchy). Hláv však môže byť aj menej, pretože krajné platne nemusia mať povrchy z oboch strán.

Všetky hlavy sú umiestnené na spoločnom ramene. Keď radič posunie hlavu číslo 3 (patriacu tretiemu povrchu) nad stopu 134, posunú sa aj hlavy nad ostatnými platňami nad stopu 134 „svojho“ povrchu. Vďaka spoločnému ramenu sa tak hlavy vznášajú vždy nad rovnakou stopou všetkých povrchov. Rovnakým stopám na rôznych povrchoch sa hovorí cylinder (resp. valec).

Veľmi dôležitý je presný a rýchly polohovací mechanizmus hláv. Pohyb hlavy nad príslušnú stopu totiž podstatne ovplyvňuje rýchlosť práce celého pevného disku.

Práca mechaniky hláv je založená na dvoch princípoch:

· Starším a menej spoľahlivejším vystavovacím mechanizmom je krokový motorček.

Jedno pootočenie motorčeka znamená jeden priečny krok hlavy (posun o jednu stopu). Pokiaľ chce radič posunúť hlavy o 5 stôp, pootočí sa motorček o uhol zodpovedajúci piatim krokom. Celý mechanizmus však po niekoľkých rokoch používania stratí svoje počiatočné parametre a prestane byť teda spoľahlivý. S týmto princípom sa stretneme však už iba pri tzv. „múzejných typoch“ pevných diskov.

· Druhý, spoľahlivejší princíp, ktorý sa vyskytuje vo všetkých dnes vyrábaných pevných diskoch, sa nazýva vystavovacia cievka (voice coil). Priechod prúdu cievkou spôsobí vychýlenie cievky úmerné veľkosti prúdu. Využíva sa tu spätná väzba – hlavička číta svoju polohu z disku (každá stopa a sektor majú svoje číslo – obrázok 3) a na základe tejto informácie riadiaca elektronika pridá alebo ubere prúd potrebný k vychýleniu. Voice coil má ešte jednu výhodu – je totiž samoparkovacia. Po náhlom výpadku napájania sa hlavy vracajú samovoľne (vďaka pružine) do parkovacej zóny. Zdokonaľovaním prešla aj samotná hlava, ktorá sa rozdelila na čítaciu a záznamovú. Zatiaľ čo záznamová pracuje stále na induktívnom princípe, pre čítaciu hlavu bola vyvinutá nová technológia MR – Magneto Resistive. MR hlava číta údaje ako sled zmien odporov vyvolaných rozdielnou orientáciou magnetického poľa. Nový spôsob čítania je rýchlejší ako pôvodná induktívna metóda. Jeho ďalšou výhodou je nepatrná veľkosť čítacej hlavičky, ktorá dovoľuje veľkú presnosť vystavenia (tzn. umiestnenia hlavičky nad správnu stopu). Tím zabránime tomu, aby údaje uložené v susednej stope rušivo ovplyvňovali daný signál.

Prístupová doba (access time)

Vyjadruje ako rýchlo disk vyhľadáva dáta. Je to čas potrebný na presunutie hlavy disku od jeho stredu k jeho okraju. Jej hodnota sa pohybuje okolo 8-10 ms.

Doba vystavenia (seek time)

Je čas nutný k pohybu hláv nad určitú stopu. Hlavy väčšinou „preletúvajú“ iba niekoľko stôp (málokedy celý disk), a tak je doba vystavenia definovaná ako jedna tretina času potrebného pre pohyb cez celý disk.

Niektoré firmy označujú dobu vystavenia aj ako Track-to-Track Seek. U moderných diskov sa pohybuje medzi 0,8-2 ms.

Výrobcovia pevných diskov sa prirodzene snažia dobu vystavenia minimalizovať. Preto zápis (a následné čítanie) prebieha po cylindroch, nie po stopách. Ak sa napríklad údajmi zaplní 759. stopa prvého povrchu, bude zápis pokračovať v 759. stope povrchu dva – doba vystavenia je potom nulová.

Doba čakania (latency period)

Aj keď sa hlava dostane nad správnu stopu (je vystavená), nemôže ešte začať s čítaním.

Musí totiž počkať, až sa pod ňu dotočí ten sektor, v ktorom sa má s čítaním údajov začať. Doba čakania záleží na náhode, ale ako technická hodnota sa uvažuje o jednej polovici otáčky disku.

Rovnako aj dobu čakania chcú výrobcovia znižovať. Cesta k tomu je jasná – zvýšiť otáčky disku. Dnes sa disky točia vysokými rýchlosťami, najčastejšie hodnoty sú – 4400 ot/s (túto hodnotu v poslednej dobe používa len firma Quantum v niektorých svojich modeloch), 5400 ot/s, 7200 ot/s, 10000 ot/s, 15000 ot/s (posledné dve hodnoty používajú zatiaľ len SCSI disky – o nich neskôr). Zvyšovanie otáčok má však za následok aj vyššiu hlučnosť pevného disku a samozrejme sa tým zvyšuje jeho cena. Disky s vysokými otáčkami sú vhodné najmä do výkonných počítačov (grafických staníc atď.).

Prekladanie (interleave)

Je ďalšou metódou skrátenia doby čakania. Pri čítaní sa prečítajú údaje z jedného sektoru, musia sa odoslať cez radič a BIOS operačnému systému, ktorý ich ďalej prenechá operačnému systému. Ten informácie spracuje a požiada operačný systém o nové. Operačný systém sa obráti na BIOS a radič, ktorý musí zorganizovať načítanie ďalšieho sektoru. Medzitým sa však disk pod hlavou pootočí a tá už nestihne začiatok nasledujúceho sektoru. Musí teda počkať (takmer celú otáčku), až sa pod ňu sektor znovu dostane. Takéto čakanie môže disk značne spomaliť.

Preto bolo zavedené prekladanie, ktoré ukladá údaje cez sektory. Pri zápise sa údaje uložia do logických sektorov – nasledujúce údaje budú zapísané s vynechaním jedného sektoru.

Hodnota prekladania sa postupne znižovala od pôvodných 1:6 až na dnešnú 1:1 (tzn. fyzický a logický sektor je rovnaký).

Kapacita disku

Je určite najdôležitejšou hodnotou disku. Táto oblasť za posledné obdobie tiež prešla veľmi dramatický vývojom. Každým rokom sa kapacita pevných diskov zmnohonásobní. Pevne disky majú dnes kapacity najčastejšie v rozmedzí od 15 do 30 GB. Je to zapríčinené neustále rastúcimi požiadavkami programov na kapacitu ale aj technickým pokrokom v tejto oblasti.

Hustota záznamu

Každý bit je predstavovaný miniatúrnym dipólom zapísaným do magnetického povrchu disku. Úlohou je teda miniaturizovať dipóly, vytvárať stále jemnejšie magnetické štruktúry s možnosťou vyššej hustoty zápisu dát. Skôr používaná technológia, kde sa na povrch platní nanášala vrstva oxidov bola nahradená vrstvou tenkého filmu.

Dokonalejší povrch filmu umožňuje menšiu vzdialenosť hlavy nad diskom, čo znamená potrebu menšieho magnetického poľa, tá dovoľuje použitie menších dipólov a väčšiu hustotu stôp.

Kódovanie dát

Pri čítaní dipóly (predstavujúci jednotlivé bity) rotujú pod magnetickou hlavou a vyvolávajú v nej elektrické napätie. Podľa induktívneho zákona môže byť napätie vyvolané iba zmenami magnetického toku (v našom prípade rozdielnymi susednými magnetickými dipólmi v stope disku). Ak však po sebe nasleduje niekoľko rovnakých bitov, napríklad 10000111, stojí radič (ktorý napätie z hlavy „odoberá“) pred problémom, ako od seba rovnaké bity oddeliť (musí vedieť koľko 0 ide za sebou). Tento problém by sa dal vyriešiť tak, že by sa každý bit oddelil špeciálnym impulzom. Je jasné, že by tak výrazne vzrástol počet impulzov (tj. dipólov) potrebných k zápisu jedného bytu a následne by poklesla kapacita disku. Preto boli vyvinuté algoritmy úspornejšieho zápisu na disk:

· MFM (Modified Frequency Modulation), ktorá vymedzuje dátovému signálu presnú dĺžku. Podľa času trvania rovnakého magnetického toku radič rozpozná počet zhodných bitov. Dnes je táto metóda používaná iba u diskiet.

· RLL (Run Length Limited) je algoritmus, pri ktorom si radič prepočíta ukladanú postupnosť na novú kombináciu 0 a 1. Ukladané číslo je zmenené tak, že sa v ňom nevyskytnú „nečitateľné“ sledy 0 a 1. V porovnaní s MFM potrebuje RLL pre uloženie rovnakej informácie iba asi jednu tretinu kapacity disku.

· PRML (Partial Response Maximum Likehood) prináša ďalšie zvýšenie hustoty ukladania dát. Čítané impulzy sa spracovávajú digitálnym signálovým procesorom – DSP. Ten presne vie, ako má vypadať sled signálov vyvolaný husto ležiacimi dipólmi, dokonca dokáže dopočítať aj chýbajúci údaj. Výsledok je jasný – PRML rozozná viac dipólov na malej ploche, čo vedie ku zvýšeniu kapacity disku.

Prekompenzácia (write precompensation)

Pri bližšom pohľade na geometriu disku zistíme, že vonkajšie stopy sú v dôsledku väčšieho priemeru „dlhšie“ ako vnútorné. Sektor stopy 0 (prvá vonkajšia stopa) je dlhší ako sektor poslednej stopy (tej v strede), aj tak však oba sektory uchovávajú rovnaké množstvo údajov.

Dipóly, v ktorých sú dáta uložené, sú v podstate malými magnetmi, ktoré majú ako každý iný magnet svoje póly (severný a južný). Rovnaké póly sa odpudzujú, opačné priťahujú. Na vnútorných stopách, kde sú tieto „magnety“ blízko pri sebe, hrozí nebezpečie, že pri určitej kombinácii kladných a záporných impulzov, napríklad 1100..., môžu v dôsledku príťažlivých a odpudivých síl „vniknúť“ bity (magnety) do seba, čím sa informácie narušia a údaje budú nečitateľné.

Obranou proti tomuto javu je práve prekompenzácia.

Tá vychádza z toho, že radič počíta s pohybom dipólov a posúva zapisované impulzy proti smeru predpokladaných príťažlivých síl. Bity sú teda úmyselne ukladané na geometricky zlé miesto, ale pôsobením vzájomných magnetických síl sa „zrovnajú“.

Zone bit recording (ZBR)

Súvisí s problémom popísaným v predchádzajúcom odstavci. Pri ZBR je plocha povrchu disku rozdelená na zóny, v jednej zóne býva spravidla viac stôp.

Každá zóna má iný počet sektorov – napríklad: vnútorná (v ktorej sú stopy najkratšie) 35, druhá 36 a posledná, úplne vonkajšia (a najdlhšia) 54. Optimalizuje sa tak počet sektorov, v dlhých stopách ich je viacej, v kratších menej. Tento zónový zápis dnes používajú všetky disky.

Zásady práce s pevným diskom

· chrániť ho pred otrasmi (hlavy sa pohybujú nad povrchom disku len niekoľko mikrometrov vysoko). Moderné disky však dosahujú vysokú odolnosť voči otrasom (v činnosti 30-65 G/2 ms, v pokoji 250-350 G)
· povrch disku sa najviac opotrebúva pri zapínaní a vypínaní počítača, kedy hlavy štartujú alebo pristávajú na povrchu disku. Je to jediný okamžik, kedy dochádza k fyzickému kontaktu medzi hlavou a diskom. Preto sa nedoporučuje vypínať počítač na krátku dobu
· pevný disk môže poškodiť aj prudká zmena teploty. Po transporte musíte počítač „aklimatizovať“ v novom prostredí (nechať ho niekoľko hodín stáť nezapnutý).
· aj keď je pevný disk veľmi spoľahlivým, je nutné údaje na ňom uložené pravidelne zálohovať. Zabránite tak strate údajov pri poruche pevného disku alebo pri jeho napadnutí vírusom.

Radiče pevných diskov

Sú „riadiacim centrom“ diskovej jednotky. Ich úlohy môžeme zhrnúť do nasledujúcich bodov:

· zodpovedajú za správne vystavenie hláv. Pri čítaní musí radič čo najrýchlejšie poslať hlavu nad to miesto disku, kde sú uložené hľadané údaje. Preto si delí diskovú plochu na číslované stopy a sektory.
· organizujú vlastný zápis a čítanie dát prostredníctvom kódovania (pri zápise) alebo dekódovania (čítanie). Slúžia im k tomu kódovacie algoritmy MFM, RLL a PRML.
· v spolupráci so zbernicou zaisťujú prenos dát medzi diskom a mikroprocesorom

Typ radiča je jeden z dôležitých ukazovateľov kvality disku, niekedy sa celý pevný disk po type radiča pomenuje. V počítačovej histórii sa na scéne vystriedalo viac typov radičov. Momentálne sa stretneme iba s diskmi EIDE a SCSI.

IDE (Integrated Drive Electronics)

Pevné disky tohto typu sú už minulosťou. Plošný spoj radiča je integrovaný na mechanike disku, spojenie so základnou doskou je realizované cez rozhranie (interface). To u IDE predstavuje rozširujúca karta do slotu zbernice ISA.

Údaje medzi kartou rozhrania a diskom putujú 40-žilovým dátovým káblom.

IDE je spravovaný ROM BIOSom. Po jeho „zabudovaní“ do PC sa toto muselo oznámiť centrálnemu BIOSu (tomu na základnej doske), s akými parametrami jeho nový kolega pracuje. K tomuto účel slúži program SETUP, v ktorom sa nastaví počet hláv, cylindrov a sektorov disku.

skutočný formát prepočítaný formát
hlavy (head) 10 10
sektory (sector) 56 48
cylindre (cylinder) 840 980
celková kapacita [MB] 230 230

Pretože integrovaný radič IDE je „šitý na mieru“ pevnému disku, môže sa pomerne ľahko využívať preklad geometrie. Všetky disky väčšie ako cca 80 MB používali zónový záznam a kódovanie RLL, novšie PRML. Pretože ZBR nie je BIOSom podporované (predpokladá sa, že všetky stopy majú počet sektorov), radič disku „sa tvári“, ako by mal napríklad väčší počet povrchov a menej cylindrov. Požiadavku na operáciu s určitým sektorom potom podľa tejto „vonkajšej“ geometrie prepočíta na zodpovedajúci fyzický sektor. Z hľadiska BIOSu je samozrejme toto prepočítavanie neviditeľné, pretože výsledný súčin skutočných a falošných hodnôt dá rovnakú kapacitu disku.

Preklad geometrie znamená, že na taký disk nie je možné aplikovať príkazy low-level formátu. Disky prichádzajú naformátované už z továrne a majú pevne nastavený interleave 1:1, pretože sú dostatočne rýchle.

hlavy (head) 16
sektory (sector) 63
cylindre (cylinder) 1024
celková kapacita [MB] 504

Snáď najdôležitejším kritériom diskov je ich kapacita. V tejto oblasti dosiahol radič typu IDE svoje maximum, čo bol aj hlavný dôvod k vývoju „vylepšeného“ IDE. Pôvodné IDE používa na adresovanie dát na disku metódu CHS (cylinder/head/sector), pričom maximálne hodnoty ukazuje tabuľka 3, z ktorej vyplýva hlavný nedostatok dnes už nepoužívaného IDE – veľkosť dátového priestoru iba 504 MB.

Ďalším podstatným meradlom kvality radiča je rýchlosť prenášania dát medzi diskom a mikroprocesorom. V tejto súvislosti je nutné si uvedomiť, že na presune dát sa nezúčasťňuje iba radič, ale aj systémová zbernica a mikroprocesor. Ten organizuje prenos každého sektoru samostatne; pokiaľ bude medzi mikroprocesorom a diskom putovať 100 sektorov, musí mikroprocesor 100-krát zabezpečiť prenos dát. IDE teda svojimi dátovými prenosmi zaťažuje mikroprocesor. Reálne sú IDE disky schopné transportovať dáta rýchlosťou medzi 2 až 3 MB/s.

Pre zvýšenie rýchlosti sa pri pevných diskoch používajú aj pamäte cache. V nej sa „kešujú“ údaje prenášané medzi diskom a ostatnými dielmi základnej dosky (u ktorých je rýchlosť nanosekundová).

Cache o veľkosti 64-512 KB bola súčasťou každého radiča, veľmi rýchle disky boli vybavené aj väčšími pamäťami (radove v MB). Dnes sa najčastejšie používajú pamäte cache typu SDRAM o veľkosti 512-2048 KB. Samozrejme, čím vyššia cache, tým lepšie.

K rozhraniu IDE (tj. karte v slote ISA základnej dosky) je možné pripojiť dve jednotky. Prvá z nich – tá z ktorej sa pri štarte operačného systému čítajú súbory, musí byť označená ako „MASTER“, druhá ako „SLAVE“. To, či disk bude MASTER alebo SLAVE nastavíte pomocou prepojok (jumperov), ktoré sú umiestnené na pevnom disku.

V praxi však spolupráca jednotiek IDE stopercentne nefunguje, existuje veľa typov (a to aj rovnakých výrobcov), ktoré spolu nebudú spolupracovať.

EIDE (Enhanced IDE)

Zastaranie jednotlivých parametrov IDE diskov viedlo k definícii novej normy – EIDE. Tá sa vyznačuje nasledujúcimi vlastnosťami:

· EIDE je s IDE spätne kompatibilné (s rozhraním EIDE sa dohovorí aj starší IDE disk)
· dovoľuje prácu aj s väčšími diskmi ako 504 MB
· definuje rýchlejšie prenosové režimy
· umožňuje pripojiť štyri súčasne pracujúce jednotky

Nové rozhranie je už integrované priamo do základnej dosky, 40-žilový dátový kábel, vychádzajúci na jednej strane z pevného disku, je na druhom konci pripojený do konektoru základnej dosky. Uvolnil sa tak jeden ISA slot a odpadol nákup karty rozhrania.

Teraz sa pozrime na spôsoby, ktorými boli dosiahnuté vylepšenia parametrov u EIDE:

Zväčšenie kapacity disku nad 504 MB

Problém malej diskovej kapacity sa výrobcovia snažili vyriešiť ešte pred definíciou EIDE. Výsledkom je niekoľko metód, ktoré hranicu 504 MB prekračujú:

metóda CHS BIOS LBA / XCHS
hlavy (head) 16 256 256
sektory (sector) 64 64 64
cylindre (cylinder) 1024 1024 1024
maximálna kapacita 504 [MB] 7,8 [GB] 7,8 [GB]

· LBA (Logical Block) – je základom EIDE. Modifikáciou ROM BIOSu a ovládačov v operačných systémoch sa dosiahla možnosť použitia adresovania cez 28-bitovú lineárnu logickú adresu. Disk je potom rozdelený na LBA bloky, ktorých počet dovoľuje zvýšenie jeho kapacity.
· XCHS (eXtended Cylinder Head Sector) používa už známu metódu CHS, ktorá je však rozšírená o väčší počet hláv a je kompatibilná s LBA.
· Postupne boli tiež upravené BIOSy, u ktorých je treba, aby vedeli pracovať s novým spôsobom adresovania

Radič EIDE sa musí navonok tváriť tak, aby mu rozumel BIOS a operačný systém, nesmie teda adresovanie LBA „priznať“.

Tento problém rieši opäť prepočítavaním geometrických parametrov (hláv, cylindrov, sektorov), ani u EIDE sa preto nesnažte o formátovanie na najnižšej úrovni.

Tabuľka 4 ukazuje presné geometrické parametre jednotlivých metód adresovania. Pre porovnanie je v nej uvedená aj staršia CHS metóda IDE diskov.

Rýchlosti EIDE

Ďalšou významnou inováciou nového rozhrania je rozšírenie prevádzkových režimov:

Prenos údajov sa uskutočňuje pomocou presne definovaných režimov označovaných PIO (Programmed Input/Output). Pre EIDE boli oproti IDE PIO doplnené o rýchlejšie varianty.

Boli tiež pridané ďalšie režimy Multiword DMA. DMA organizuje prenos dát z disku kanálom DMA. Počas takéhoto prenosu sa dáta z disku zapisujú priamo do operačnej pamäte a mikroprocesor sa môže venovať inej činnosti.

Tabuľka 5 ukazuje hodnoty prenosových režimov, definovaných pre IDE a EIDE, je tam možnosť vidieť aj nové režimy štandardu EIDE.

Prenos EIDE sa môže vykonávať v burst móde (prenos viacerých dátových sektorov naraz, nie sektor po sektore), ktorý rovnako prispieva k zvýšeniu prenosovej rýchlosti.

Režim prenosová rýchlosť IDE [MB/s] prenosová rýchlosť EIDE [MB/s]
PIO 0 3,33 3,33
PIO 1 5,22 5,22
PIO 2 8,33 8,33
PIO 3 11,11
PIO 4 16,6
DMA 0 2,08 2,08
DMA 1 4,17 4,17
DMA 2 8,33 8,33
Multiword DMA 0 4,17 4,17
Multiword DMA 1 13,3
Multiword DMA 2 16,6
Ultra DMA 2 (33) 33,3
Ultra DMA 66 66,6
Ultra DMA 100 100
Ultra DMA 133 133
Je dôležité si uvedomiť, že hodnoty uvedené v tabuľke sú čisto teoretické. Skutočná rýchlosť prenosu sa zatiaľ nevyrovnala teoretickej, pretože tú ovplyvňujú parametre pevného disku, systémovej zbernice a BIOS.

V súvislosti s prenosovými režimami niektorí výrobcovia používajú inú terminológiu pre označenie typu disku:

Ultra ATA/66 je názov označujúci disk, ktorý pracuje v móde Ultra DMA 66
Ultra ATA/100 prezradzuje schopnosť práce disku v Ultra DMA 100

Prenosové režimy Ultra DMA 66, 100, 133 vyžadujú použitie špeciálneho 80-pinového kábla. 40 vodičov prenáša údaje a ďalších 40 plní funkciu tienenia.

Prenosový režim Ultra DMA 133 je nový režim. Bol vyvinutý spoločnosťou Maxtor. Dnešné disky však nedokážu naplno využiť prenosové režimy ako Ultra DMA 66, 100, 133 a tak je otázne, či má význam stále zvyšovať prenosovú rýchlosť.

Pripojenie viacerých jednotiek

Rozhranie EIDE obsahuje dva konektory, z ktorých vychádzajú dve dátové linky – primárna a sekundárna. Na každú z nich sa dajú pripojiť dva zariadenia, k EIDE teda pripojíme maximálne 4 jednotky.

Významným vylepšením oproti IDE je zahrnutie štandardu ATAPI.

ATAPI (AT Attachment Packet Interface) bol odvodený od pôvodného ATA a obsahuje príkazy umožňuje spoluprácu s CD mechanikami.

SCSI (Small Computer System Interface)

SCSI je komplexnejším riešením ako EIDE. Fyzicky je realizované tak, že sa do zbernicového slotu na základnej doske zastrčí karta nazývaná host adaptér. Od nej je potom vedený dátový kábel. Ten spája jednotlivé periférie SCSI. Každá z týchto jednotiek má vlastný radič, takže je funkčne samostatná, prevádzku na dátovom kábli (vlastne zbernici SCSI) riadi spravidla host adaptér.

U SCSI je možné inštalovať interné alebo externé zariadenia.

SCSI prináša mnoho výhod:

· keďže má každá periféria vlastnú riadiacu jednotku a host adaptér používa pre komunikáciu so zariadeniami presne definovaný jazyk, môže spolupracovať s ľubovoľnou perifériou SCSI (používajú sa napríklad SCSI pevné disky, CD mechaniky, streamery, scannery, tlačiarne, ...)
· jednotlivé zariadenia SCSI nie sú obmedzené žiadnymi podmienkami
· prenos dát na zbernici SCSI je riadený host adaptérom – mikroprocesor nie je presunmi dát zaťažovaný

Štruktúra SCSI vyžaduje nasledujúce konfiguračné pravidlá:

· každá periféria SCSI musí byť jednoznačne identifikovaná. Je jej pridelené identifikačné číslo (ID), ktoré sa nastavuje prepojkami (jumpermi) alebo prepínačom, umiestneným na skrini komponentu. V rámci jednej zbernice sa čísluje od 0, hosť máva spravidla ID 7.
· zbernica musí byť ukončená terminátorom. Na koncových zariadeniach (v ktorých zbernica končí) je potrebné terminátory inštalovať
· host adaptér sa musí s PC dohovoriť, potrebuje teda (ako každá rozširujúca doska) pridelenie systémových prostriedkov (I/O adresy, IRQ, DMA, rezervovanú pamäť)

Štandard Označenie počet bitov početpinov káblu prenosovárýchlosť [MB] max. početpripojených zariadení
SCSI 1 8 50 5 8
SCSI 2 Fast 8 50 10 8
SCSI 2 Fast + Wide 16 50+68 20 8
SCSI 2 Fast + Ultra Wide 32 50+68 40 8
SCSI 3 Fast 8 50 10 8
SCSI 3 Fast + Wide 16 68 20 16
SCSI 3 Fast + Ultra Wide 32 68+68 40 32

Diskové technológie

Regenerácia dát mechaniky pevného disku

Zápis a čítanie číslicových údajov na mechanike pevného disku sa uskutočňuje v podstate analógovou metódou. Ako pri všetkých analógových nosičoch dát aj dáta na disku sú vystavené šumu tvorenému pozadím a fyzickému poškodeniu. Dôležité je poznať hraničné parametre nosiča dát a účinne zabezpečovať opravu chybných stavov vzniknutých na mechanike.

Rozpoznávanie toho, že dáta sú poškodené, a podnikanie krokov k náprave spočíva v dodaní prídavných informácií, ktorých obsah závisí od pôvodných dát.

Vo svojej najjednoduchšej forme poskytuje určitý stupeň detekcie chyby kontrola paritou tým, že sa urobí súčet všetkých dát v bloku a je vymedzený bit, ktorý hovorí, či je súčet párne alebo nepárne číslo.

Modernejšie metódy pre mechaniky pevného disku používajú výpočty a kódovanie známe ako ECC – samoopravné kódy. Z teoretickej stránky mimoriadne zložité odvetvie matematiky viacrozmerových bodov a výpočty ECC aplikované na dáta sú primerane zladené na použitie pre hardvér i softvér. Nielenže sa chyby dajú zisťovať, ale dobrý algoritmus ECC môže poškodené údaje aj skutočne obnoviť - a tým uskutočniť „opravu“ dát pre používateľa. Výpočty ECC tvoria časť procesu obnovy dát spolu s takými metódami, ako je opakované čítanie počas po sebe nasledujúcich otáčok disku s uskutočnením malých zmien snímaných parametrov na získanie rôznych „pohľadov“ na chybné dáta.

Diskové mechaniky sa dodávajú s radom „náhradných sektorov“, ktoré sú k dispozícii na opravu chýb. Túto „rezervu“ náhradných sektorov používateľ priamo nevidí, je však k dispozícii na náhradu chybných sektorov zistených na mechanike. Len čo sa uskutoční pridelenie náhradného sektora na náhradu poškodeného sektora, mechanika sa navonok javí tak, že jej chyba bola „odstránená“.

Ak sa uskutočňuje preadresovanie poškodených sektorov na použitie dobrých náhradných sektorov, potom sa mechanika javí používateľovi ako 100 % bezchybná. Pri použití mechaniky je možné preadresovanie sektorov aktívne riadiť. Ak je potom pomocou logiky ECC obnovený blok dát, mechanika môže uskutočniť inteligentným spôsobom analýzu chybného sektora, aby zistila, do akej miery je poškodený. Niekedy dôjde k nesprávnemu zápisu dát – napr. pri pôsobení mechanických nárazov na mechaniku za chodu – a nový zápis dát problém jednoducho vyrieši. Ak však analýza mechaniky na podozrivom sektore ukáže, že sektor je nespoľahlivý, môže rozhodnúť, aby sa na nový zápis obnovených dát použil náhradný sektor.

Predpovedanie poruchy mechaniky

Technológia samočinne sa sledujúceho systému a oznamovania správ (SMART) je metóda vymedzená na uskutočňovanie štatistickej analýzy výkonu mechaniky disku na vlastných operáciách, ktorá používateľovi poskytuje inteligentnú predpoveď, pokiaľ ide o hroziacu poruchu.

SMART využíva v rámci diskovej mechaniky záložný výkon procesora a sleduje rad prevádzkových parametrov, ako je chybovosť, počet opráv opakovaním, preadresovanie poškodených sektorov, cyklov spúšťania/zastavenia atď.

Tieto informácie sa používajú na štatistický rozbor založený na známych prevádzkových parametroch dobrej mechaniky, aby sa v predstihu dala výstraha o hroziacej poruche mechaniky.

I keď v súčasnotsti SMART nemá schopnosť predpovedať náhle zlyhanie dobrej mechaniky, môže, ak sa správne používa, poskytovať v predstihu výstrahu o poruche približne v 30 až 40 % prípadoch.

Aby sa mohol SMART používať, treba použiť softvérový prostriedok zavádzaný do systému. K dispozícii je v súčasnosti niekoľko komerčných obslužných programov, ktoré zvyčajne nie sú učené pre všetky súčasné operačné systémy.

Prevencia porúch disku

Obnova dát je pri moderných diskových mechanikách veľmi dobrá – mechanika sa pokúsi podniknúť maximálne možné kroky na to, aby uskutočnila obnovu dát, predtým, ako nahlási chybu. Schopnosť preadresovať obnovené dáta na náhradné „dobré“ sektory znamená, že chyby, ktoré by sa mohli označiť ako poruchy mechaniky, je možné aktívne zvládnuť, aby sa tak predĺžila životnosť zariadenia. SMART umožňuje predpoveď možných porúch mechaniky, aby sa dali dáta na zlyhávajúcej mechanike zálohovať a mechanika vymeniť skôr, ako prestane slúžiť.

Všetky tieto mechanizmy sú však založené na tom, že mechanika reaguje ne poruchy opravou, preadresovaním a registráciou výsledkov. Jediné časti mechaniky, ktoré sú v činnosti, sú oblasti, ku ktorým má operačný systém prístup. Preto môže byť stav veľkej časti disku po dlhý čas neznámy, čo môže viesť k tomu, že opraviteľné chyby sa zhoršia a štatistika SMART-u (ak bude aktivovaný) bude neúplná.

Obslužné programy na prehliadanie povrchu disku na účel vyhľadávania chýb sú bežné, ich použitie však môže byť časovo veľmi náročné a ponúkajú len základné schopnosti v oblasti opravy chýb.

Firma Western Digital, ako odpoveď na požiadavky lepšieho systému opráv chýb, vyvinula technológiu Data Lifeguard.

Data Lifeguard vychádza zo schopnosti obnovy disku po vzniknutej chybe a poskytuje aktívnu opravu dát mechaniky. Data Lifeguard uskutočňuje každých 8 hodín prevádzky – pri bežnej diskovej mechanike zhruba raz denne – automatickú prehliadku (scanning) celej dátovej oblasti mechaniky.

Chyby, na ktoré Data Lifeguard počas prehliadky narazí, sú opravené alebo preadresované skôr, ako k nim bude systém požadovať prístup. I keď vážne chyby v dátach alebo havarijné poruchy nie je možné opraviť, mnoho malých chýb, ktoré by mohli viesť k tomu, že inak dobrá mechanika by bola hodnotená ako poruchová, sa dá z dátovej oblasti odstrániť.

Data Lifeguard v čase nečinnosti čaká a rozbieha sa bez zásahu používateľa. Akýkoľvek príkaz používateľa činnosť len pozastaví, výkon systému nie je ovplyvnený.

Pretože produkt prehliada povrch disku, je k dispozícii úplný súbor algoritmov obnovy po vzniknutej chybe, takže Data Lifeguard môže inicializovať presun dát z poruchových oblastí do známych dobrých oblastí disku.

Užitočným prídavným prvkom tohto riešenia je to, že ak je na diskovej mechanike s produktom Data Lifeguard aktivovaný SMART, potom pravidelná prehliadka (scan) poskytne oveľa lepší štatistický rozbor na presnejšiu predpoveď stavu mechaniky.

Data Lifeguard umožňuje všetkým používateľom mechaniky získanie vysoko kvalitného prostriedku správy dát bez potreby ďalšieho systémového softvéru. Jeho schopnosť bežať v nevyužitom čase a pozastaviť činnosť v režime normálneho prístupu mechaniky znamená, že nie je pozorovaný nijaký systémový „prestoj“. Poškodené sektory sú účinne opravené skôr, ako k nim bude používateľ vyžadovať prístup, a výkon mechaniky zostáva zachovaný, pretože používateľ nečaká, až sa zdĺhavé algoritmy obnovy dát pokúsia chybu nájsť a dáta opraviť.

Charakteristické vlastnosti pevných diskov

Vlastnosti určujúce kvalitu disku:

· kapacita disku
· prístupová doba
· rýchlosť disku (otáčky)
· prenosový rýchlosť dát (PIO, Ultra DMA)
· spoľahlivosť disku
· typ radiča

Logická štruktúra pevného disku

Dáta ukladané na disk sa zapisujú do stôp a sektorov, ktoré sú na disku už magneticky vytvorené formátovaním (výrobcu) na nízkej úrovni. Pamäťový priestor je však potrebné zorganizovať tak, aby boli skôr uložené dáta v prípade potreby rýchlo nájdené.

OBRÁZOK 3

Súbory na disku sú preto mapované sústavou tabuliek. Túto sústavu (vlastne logickú štruktúru disku) vytvoríme vysokým formátovaním, ktoré umožňuje každý operačný systém.

Oblasti DOS

Logické štruktúra disku vychádza z prvej tabuľky – MBR. Tá rozdeľuje disk na oblasti (celkovo 4). V každom oddieli potom môže byť umiestnený iný operačný systém.

Oddiel DOS býva najčastejšie rozprestrený cez celý disk (použitie viacerých operačných systémov na jednom počítači nie je také časté).

V jednej oblasti DOSu môže byť vytvorených niekoľko logických diskov. Oblasť sa potom rozdelí na primárnu (primary) a rozšírenú (extended). Primárna je tá, v ktorej sú uložené systémové súbory – odtiaľ sa pri štarte počítača načíta operačný systém do operačnej pamäti.

Každý z oddielov DOSu je reprezentovaný svojim logickým menom. Disk rozdelený na dátové oblasti sa potom javí ako niekoľko jednotiek (obrázok 4).

Program FDISK

Vytvára oblasti disku. Po spustení FDISKu sa objaví úvodná obrazovka so základnými funkciami (obr. 5):

1. Vytvorenie oblasti DOS alebo logického disku
2. Nastavenie aktívnej oblasti
3. Odstránenie oblasti alebo logického disku
4. Zobrazenie informácií o oblasti

Informácie o momentálnom delení disku

Ak sú na disku údaje (FDISK bol použitý niekedy skôr), zistíme zloženie DOS oddielov voľbou 4.

Obrázok 6 ukazuje:

· disk, ktorý má jeden oddiel, pomenovaný logickým menom C
· typ je primárny (PRI), bude z neho načítaný operačný systém DOS alebo Windows
· disk sa nazýva RUMCAJZ, je to jeho fyzické meno
· veľkosť disku je 4110 MB
· ukladanie súborov je organizované 32-bitovou FAT (FAT32)
· využitie disku je 100 %. Pri vytváraní jednotlivých oblastí sa môže stať, že určitá oblasť disku nebude zahrnutá do žiadneho oddielu. V tomto prípade FDISK ohlási využitie menšie ako 100 % a disk sa bude musieť rozdeliť znova
· disk je aktívny, tzn., že je možné z neho načítať operačný systém a bude bootovaný ako prvý

Odstránenie oblasti disku

Ak chcete prekonfigurovať oblasť DOS, musíte najskôr odstrániť zostávajúce delenie – použijete voľbu 3 z hlavného menu (obr. 5).

Pozor! Aj keď nasleduje ešte obrazovka s kontrolnou otázkou, táto voľba zničí všetky dáta na disku.

Tvorba nových oddielov DOS

Voľbou 1 z hlavného menu FDISKu (obr.5) môžete vytvárať nové oddiely DOS. Vyvoláte obrazovku, ktorú zobrazuje obrázok 7.

Tá ponúka nasledujúce možnosti:

1. vytvoriť primárny oddiel DOS – tento musíme mať vždy
2. vytvoriť rozšírený oddiel DOS – nutnosť v prípade, ak bude disk rozdelený na logické jednotky
3. vytvoriť logickú jednotku DOS v rozšírenom oddieli DOS – ak je vytvorený rozšírený oddiel, touto voľbou sa stanovuje veľkosť jednotlivých logických jednotiek tohto oddielu

Zadanie aktívnej oblasti

Voľbou 2 z hlavného menu (obr. 5) sa určuje, ktorá oblasť (logický disk) bude aktívny – odkiaľ budú do operačnej pamäte načítané systémové programy.

Formátovanie disku

Každá oblasť musí mať vlastnú logickú štruktúru, ktorá sa vytvára naformátovaním disku. V tomto prípade hovoríme o vysokom (high) formátovaní.

V operačnom systéme Windows 95,98 sa formátovanie vyvoláva najjednoduchšie z priečinku My Computer, ktorý sa nachádza na pracovnej ploche. V tomto priečinku sa nachádzajú jednotlivé dátové zdroje. Po kliknutí pravým tlačidlom myši na jednu z mechaník sa objaví menu, v ktorom sa nachádza aj položka „format“.

Po spustení formátovania je potrebné vyplniť formulár (obr.9). Pri disketových mechanikách existuje možnosť voľby medzi rôznymi kapacitami formátovaného média. Ďalej je možné nastaviť spôsob formátovania:

· quick (erase) – práca na disku sa bude týkať iba tabuľky FAT. Tá bude prepísaná novou tabuľkou bez súborov. Tím sa stratia väzby na dáta uložené v klastroch a disk sa javí ako prázdny. Dátové oblasti si však táto metóda nevšíma, je preto rýchlejšia, ale nečitateľný dátový klaster neodhalí.
· full – vytvorí úplne novú logickú štruktúru, prepíše starú tabuľku FAT novou verziou, otestuje dátové klastre, prípadne vytvorí nové dátové klastre.

Vo väčšine prípadov je to najdôveryhodnejšia metóda.
· copy system files only – neformátuje, ale na disketu (disk) prenesie iba súbory operačného systému

V spodnej časti okna je možné zapísať aj meno formátovanej jednotky (tak ako aj v FDISKu).

Vytvorenie primárnej oblasti však nie je možné zo systému Windows. Na disku totiž ešte nie je tento operačný systém nainštalovaný.

Je preto potrebné použiť systémovú disketu, na ktorej je nahratý program FORMAT. Tento program sa spustí príkazom z príkazového riadku DOSu:
FORMAT C:
Kde „C“ je meno jednotky, na ktorej bude príkaz aplikovaný.

Master Boot Record (MBR)

MBR je základom logickej štruktúry. Fyzicky je umiestnený v 0. sektore a 0. stope disku. Má dve časti, zavádzací záznam a tabuľku oblastí.

Zavádzací záznam

Obsahuje krátky program spustený pri štarte počítača BIOSom. Jeho úlohou je načítať tabuľku oblastí a nájsť aktívnu oblasť (tú, z ktorej sa načíta systém).

Tabuľka oblastí (Partition Table)

Delí disk na oblasti. Partition DOSu bola opísaná v jednej z predchádzajúcich kapitol:

· vytvára sa programom FDISK
· v každom oddiele disku môže byť umiestnený iný operačný systém

Ak sa tabuľka oblastí zmaže, stratí sa celá logická štruktúra disku, a tým aj všetky údaje. Preto je tento záznam napádaný častými útokmi vírusov. Spôsobov pred neželanou stratou údajov je niekoľko:

· v SETUPe je možné použiť voľbu BOOTSECTOR VIRUS PROTECTION. Jej aktiváciou sa získa kontrola nad zápisom do MBR. Ak sa nejaký program bude snažiť o zápis do MBR, objaví sa na obrazovke hlásenie:

BootSector Write !!!
Possible VIRUS: Continue (Y/N) ?

Stiskom klávesy Y bude zápis povolený. Do MBR zapisuje iba FDISK, niektoré špeciálne programy alebo vírus. Pretože sa FDISK nespustí bez vedomia používateľa, ten je schopný zadať správnu voľbu a vyhnúť sa poškodeniu údajov vírusom.

BIOSy rôznych výrobcov sa líšia v syntaxi hlásenia. Preto je dôležité si toto oznámenie vyhľadať v dokumentácii základnej dosky.

· ďalšou možnosťou je ochrana antivírovým programom. Tie ponúkajú možnosť zálohovania obsahu MBR na disketu. Z nej je potom možné MBR obnoviť.

DOS Boot Record (DBR)

Je začiatkom primárnej oblasti DOS, vytvára sa pri vyššom formátovaní pevného disku. Má dve časti:

· krátky program, ktoré úlohou je zavedenie systémových súborov z disku do operačnej pamäti. Operačný systém tak prevezme kontrolu nad počítačom
· druhou časťou je tabuľka BPB (BIOS Parameter Block). V nej sú uložené údaje o základných parametroch disku. Napríklad veľkosť sektoru, počet povrchov disku ...

V rozšírenej oblasti DOS, z ktorej systém neštartuje, obsahuje DBR iba tabuľku BPB.

Extended Partitions Table (EPT)

Je to vlastne „falošný“ MBR, umiestnený v rozšírenej oblasti DOS.

Jeho funkciou je poukázať na ďalší EPT v rozšírenej oblasti a prepojiť tak jednotlivé dosovské oblasti disku.

Hlavný adresár (Root directory)

Táto časť logickej štruktúry vznikne automaticky pri formátovaní. Slúži k zápisu údajov o programoch uložených na disku, sú tu uložené všetky informácie, ktoré je možné o súbore získať.

Kliknutím na pravé tlačidlo myši na mene súboru a zvolením „Properties“ (Vlastnosti) vo Windows sa zobrazia v karte „General“ (Obecné) všetky informácie, ktoré adresár poskytuje (obr. 10).

Hlavný adresár je tou časťou logickej štruktúry disku, v ktorej sa najviac líši starší systém FAT (DOS, Windows 3.X) a nová štruktúra VFAT (Winows 9X) VFAT dovoľuje zápis dlhých mien súborov (max. 255 znakov, nemôže ale obsahovať znaky: ? : * “ < > | ).

Hlavný adresár v organizácii štruktúry FAT

Vo FAT je údajom o jednej položke (súbore alebo adresári) vyhradených 32 bajtov. Celkovo je možné do hlavného adresára zapísať údaje o 512 položkách. Aj preto je nutné vo FAT používať členenie na podadresáre – do nich je možné zapisovať ďalšie údaje a ukladať tak na disk všetky súbory, ktoré sú potrebné (teda viac ako 512). Jednotlivé bajty adresára sú organizované takto:

· 8 bajtov adresárového priestoru je rezervovaných pre meno súboru (alebo adresára) a 3 ďalšie sú použité pre jeho príponu.
· nasledujúci 1 bajt nesie atribúty súboru. Obecne známe sú R – súbor iba na čítanie, H – skrytý súbor, S – systémový súbor a A – súbor určený k archivácii.
· ďalším atribútom je D – hovorí o tom, že položka nie je súborom, ale adresárom (directory). L – neoznačuje ani súbor ani adresár ale meno disku (label). D a L sa nevypisujú.
· nasledujúcich 10 bajtov je vo FAT nevyužitých. VFAT sem ukladá záznam o dátume a čase založenia súboru a o dátume posledného prístupu k súboru.
· 4 ďalšie bajty popisujú dátum a čas posledného zápisu do súboru.
· ďalej 2 bajty ukazujú na prvý klaster do FAT tabuľky
· posledné 4 bajty uchovávajú dĺžku súboru

Hlavný adresár vo VFAT organizácii

VFAT používa podobnú štruktúru hlavného adresára ako FAT. Zápis dlhých mien je organizovaný tak, že pre dlhé meno je použitá jedna alebo viac DOS položiek adresára. Základný záznam, popisujúci súbor s dlhým menom, uchováva rovnaké informácie ako hlavný adresár systému FAT. Tejto položke predchádza jedna alebo niekoľko položiek (záleží na dĺžke mena súboru), v ktorých sú zaznamenané časti dlhého mena súboru.

VFAT zároveň vytvára aj náhradné meno dlhého názvu súboru. Toto náhradné meno zodpovedá pravidlám DOSu a je k dispozícii pre operačné systémy, ktoré s dlhým menom nevedia pracovať.

Náhradné meno sa skladá z prvých šiestich znakov pôvodného mena, potom nasleduje vlnovka a poradové číslo, ktorým sa odlíšia prípadné rovnaké náhradné mená. Pridelené náhradné meno je zobrazené aj na obrázku 10.

Vo Windows 9X je nutné vytvárať ešte viac podadresárov, pretože do hlavného adresára sa vďaka dlhým menám nevojde ani tých 512 položiek, ktoré dosiahol hlavný adresár DOSu. Počet mien v ROOT je teda daný dĺžkou mien jednotlivých súborov (či podadresárov).

File Allocation Table (FAT)

Predstavuje jadro celej logickej štruktúry. V podstate prideľuje diskový priestor ukladaným súborom, pre praktickú prácu je zo všetkých tabuliek najdôležitejší.

Alokačná jednotka (cluster)

Základnou fyzickou dátovou jednotkou je jeden sektor. Ten je veľký 512 B. Pri dnešných kapacitách disku je na disku obrovské množstvo sektorov. Kvôli ich ľahšej organizácii sa sektory združujú do klastrov. Klaster je tak najmenšou logickou dátovou jednotkou na disku. V oficiálnom preklade Microsoftu je klaster pomenovaný alokačná jednotka.

Počet sektorov v alokačnej jednotke vyplýva z kapacity disku a možností tabuľky FAT. Čím je väčšia veľkosť disku, tím je viac sektorov v alokačnej jednotke, pretože tabuľka FAT môže obhospodarovať len konečné množstvo alokačných jednotiek.

Ich počet na disku a počet sektorov v nich obsadených operačný systém vypíše po ukončení formátovania. Pre získanie týchto informácií však nie je potrebné disk formátovať. S Windows 95,98 je dodávaný aj program ScanDisk, ktorý po skončení kontroly disku zobrazí informácie o disku. Toto však vie veľa programov okrem ScanDisku, napríklad aj Norton DiskDoctor od Symantecu. Obrázok 12 zobrazuje informácie programu Norton DiskDoctor.

Súbor, ktorý ma veľkosť jeden bajt pri tomto type tabuľky (obr. 12) zaberie jednu dátovú jednotku, teda celý klaster, ktorý má v tomto prípade veľkosť 4096 B. Pri starších verziách FAT je tento problém ešte väčší. Práve v tomto je najväčší problém tabuľky FAT. Minimalizovanie tohto problému sa dá vykonať rozdelením disku na viacero logických jednotiek. Každá z nich má vlastnú FAT. Jednotlivé FAT potom obhospodarujú menšie priestory a tým aj menšie alokačné jednotky.

Typy FAT

· dvanásťbitová FAT je starší typ a dnes sa používa iba na disketách. Umožňuje adresovať 212 (tzn. 4 096) klastrov. Na disku zaberie 6 KB.
· u pevných diskov sa používala šestnásťbitová FAT. Tá je schopná obhospodarovať 216 (tzn. 65 536) alokačných jednotiek. Jej veľkosť je 128 KB.
· najnovšou FAT je tridsaťdvabitová. Umožňuje prácu s 232 klastrov (4 294 967 296).

Windows 95 túto FAT podporuje so Service Packom 2.

Na každom disku sú vždy dve kópie FAT umiestnené za sebou.

Princíp FAT

Podstatu práce ukazuje obrázok 13. Je na ňom vidieť hlavný adresár, tabuľku FAT a dátový priestor disku, rozdelený na klastre. Každému políčku tabuľky FAT zodpovedá jeden dátový klaster. Pre číslovanie alokačných jednotiek (klastrov) sa používa šesťnástková (hexadecimálna) sústava. Preto je za číslicami umiestnený znak H.

Na obrázku je hlavný adresár, v ktorom sú zapísané mená dvoch súborov: „tabulka.dbf“ a „dopis.doc“. Okrem mena súborov (a ďalších údajov – obr. 10) je tam zaznamenané aj číslo prvej alokačnej jednotky, v ktorej je súbor uložený.

OBRÁZOK 13

Pre súbor „Tabulka.dbf“ je to číslo 102. V klastri 102 je teda uložená prvá časť súboru. Ďalšia časť je uložená v alokačnej jednotke, ktorej číslo je zaznamenané v 102. políčku tabuľky FAT. Je to číslo 103, ďalšia časť súboru je teda v klastri 103. V 103. políčku FAT je odkaz na alokačnú jednotku 104, kde je uložená posledná časť súboru. V políčku FAT, ktoré zodpovedá poslednému klastru súboru (v tomto prípade 104), je vždy zapísané „FFFF“.

Prvá časť súboru „Dopis.doc“ je uložená v klastri 105, potom nasleduje alokačná jednotka 107 a 108. „Dopis.doc“ je teda uložený v nie za sebou idúcich jednotkách.

V políčkach FAT môžu byť uvedené tieto údaje:

· čísla nasledujúcich klastrov (hexadecimálne), najčastejší prípad
· FFFF koncové klastre
· 0000 prázdny, nepoužitý klaster
· FFF7 chybný klaster (nepodarilo sa ho naformátovať, často fyzická chyba disku). Na každom disku býva vždy niekoľko chybných alokačných jednotiek

Chyby tabuľky FAT

Tabuľka FAT je náchylná na chyby. Pre ich opravu je určený program ScanDisk vo Windows alebo iný komerčný program (Norton DiskDoctor, ...)

Fragmentácia súborov

Obrázok 13 ukazuje spôsob uloženia súboru „Dopis.doc“, ktorý je rozdelený do troch po sebe nenasledujúcich klastrov. Súbor rozdelený do takýchto fragmentov nazývame fragmentovaným.

Fragmentácia je nežiadúcim javom pretože:

· Pokiaľ je fragmentovaný súbor rozložený medzi vaic cylindrov, magnetické hlavy pevného disku musia preskakovať medzi stopami, čo spôsobuje spomalenie disku a jeho opotrebovanie.
· Ešte väčšie nebezpečenstvo je spôsobené tým, že v niekoľkých susedných políčkach FAT môžu byť umiestnené fragmentované súbory. Ak dôjde k poškodeniu aj malej časti FAT, býva zasiahnuté väčšie množstvo súborov.

Ku fragmentácii dochádza tak, že keď je súbor umiestňovaný na disk, FAT ponúkne súboru voľné alokačné jednotky, a to aj tie, ktorých súvislá časť je menšia ako veľkosť ukladaného súboru.

Teoreticky by k fragmentácii nedochádzalo, ak by sa žiadne súbory z disku neodstraňovali.

Program Defragmentácia disku

Na odstránenie nesúvislých zápisov boli vyvinuté defragmentačné programy. S Winows 95,98 je dodávaný program s názvom Defragmentácia disku (Disk Defragmenter), ktorý vie spojiť nesúvislé bloky súborov.

Po spustení sa spýta na jednotku, ktorá bude defragmentovaná. Potom oznámi percento fragmentovaných súborov na disku.

V menu upresniť je ešte možnosť nastavenia jednotlivých parametrov optimalizácie. Potvrdením OK začne program disk defragmentovať. Zobrazuje aj počet percent už defragmentovaných súborov.

Defragmentácia trvá zvyčajne niekoľko desiatok minút až niekoľko hodín, záleží od veľkosti disku a percenta fragmentácie.

Stratené fragmenty súborov (lost allocation units)

Sú najčastejšou chybou FAT. Táto chyba sa tiež nazýva „stratené klastre“.

K strate dôjde tak, že pri zápise na disk sa dáta ukladajú najprv do alokačných jednotiek, zároveň je zapísaný reťazec čísiel klastrov do FAT, a až nakoniec je doplnené meno súboru a ostatné údaje do hlavného adresára. Pokiaľ dôjde počas ukladania dát k nejakej chybe, sú nahraté dáta do klastrov, tabuľka FAT registruje ich postupnosť, ale v hlavnom adresári nie je zapísané meno súboru, ktorému obsadené alokačné jednotky patria.

Tabuľka FAT teda registruje klastre, ku ktorým neexistuje meno súboru a blokuje tak miesto na disku. Odstránenie tejto chyby je jednoduché. Použiť sa dá napríklad program ScanDisk v systéme Windows, ktorý prevedie jednotlivé stratené fragmenty na súbory, pomenuje ich FILExxxx.CHK (xxxx je štvormiestne číslo – začína sa od 0000) a umistni ich do hlavného adresára.

Prekrížené súbory (cross linked allocation units)

Táto chyba sa na disku nevyskytuje tak často ako stratené súbory.

Dôjde k nej vtedy, ak viac políčok tabuľky FAT ukazuje na rovnaky klaster alebo jedna alokačná jednotka patrí viacerým súborom.

Náprava je jednoduchá. Postihnuté súbory stačí skopírovať do iného adresára. Tým sa krížiacim sa súborom pridelia nové klastre a prevedie sa aj nový zápis do tabuľky FAT. Aj keď sa dva súbory delily o rovnaký klaster, jeden bude vždy jednému zo súborov chýbať.

Opravu prekrížených súborov vykonáva aj ScanDisk.

Neplatný adresár (invalid subdirectory error)

Podadresár je v hlavnom adresári zapísaný rovnako ako súbor. Jediným rozdielom je atribút D, ktorým sa podadresár od súboru líši. V hlavnom adresári ju pri podadresári uvedené číslo prvého klastru, v ktorom je podadresár ukožený.

Ak sa toto číslo stratí (alebo sa nestihne zapísať), dôjde k strate všetkých súborov uložených v danom podadresári.

V podsatate je to rovnaká chyba ako stratené súbory a rovnako sa aj odstraňuje – napríklad pomocou programu ScanDisk (prevedením na FILExxxx.CHK).

Program ScanDisk

Je to program, ktorý je dodávaný s operačným systémom Windows 95,98, ME. Je určený pre opravu a analýzu pevných diskov. Nepracuje s CD a sieťovými diskmi.

Po jeho spustení sa objaví nasledovná obrazovka:

Užívateľ si najprv musí zvoliť jednotku, ktorú má program preveriť. Potom si môže vybrať z niekoľkých možností:

· štandardný test (standard) vykoná kontrolu iba logickej oblasti disku
· úplný test (thorough) vykoná kontrolu logickej aj fyzickej oblasti
· zaškrtnutím položky automatické opravovanie chýb (automatically fix errors) budú chyby na disku opravované automaticky. Ak táto voľba nie je začiarknutá, program sa po nájdení chyby užívateľa opýta či ju má odstrániť.

Menu Upresniť (Advanced)

· zobraziť súhrnné informácie (display summary) – užívateľ rozhodne, či program vypíše správu po kontrole disku
· súbor do protokolu (log file) – ScanDisk je schopný vytvoriť o priebehu kontroly disku správu, ktorú uloží do hlavného adresára (root) ako súbor „Scandisk.log“. Užívateľ má možnosť nastaviť, či program po každej kontrole nahradí súbor „Snadisk.log“ novým súborom alebo bude správa o ďalšej kontrole pripojená na koniec tohto súboru.
· prekrížené súbory – možností je niekoľko:
a, odstrániť (delete) – vymaže prekrížené súbory
b, vytvoriť kópie (make copies) – vyhotoví kópie prekrížených súborov
c, ignorovať (ignore) – neopraví prekrížené súbory
· stratené fragmenty súborov (lost file fragments):
a, uvoľniť (free) – zmaže stratené fragmenty súborov
b, previesť na súbory (convert to files) – prevedie fragmenty na súbory FILExxxx.CHK v hlavnom adresári disku

Spôsoby správy súborov

FAT

Je to najstarší spôsob správy údajov používaný v DOSe a Windows 3.x:

· dovoľuje pomenovať súbory iba „krátkymi menami“ – 8 znakov pre meno a 3 znaky pre príponu
· delí dátový priestor na klastre s pevnou veľkosťou. Veľkosť klastrov závisí od typy FAT (12, 16 alebo 32 bitov) a kapacite disku
· je náchylná na fragmentáciu
· FAT aj jej kópie sú uložené tesne za sebou, pri poruche disku sa môžu ľahko poškodiť
· vyžaduje pravidelnú údržbu dátového priestoru

VFAT

Je vylepšenou verziou FAT. VFAT je učená pre Windows 9x.

Platí pre ňu väčšina vlastností ako u FAT ale sú tu rozdiely:

· mená súborov nie sú obmedzené na 11 znakov (8 + 3), maximálna dĺžka je 255 znakov
· VFAT bola doplnená o CDFS (Compact Disk File System), ktorý je určený pre správu dát na CD
· vo VFAT bola zdokonalená vyrovnávacia pamäť a práca odkladacieho súboru (swap file)

NTFS (New Technology File System)

NTFS bol vyvinutý pre operačný systém Windows NT.

· umožňuje používať 255 znakov na pomenovanie súboru
· je 32-bitový
· nezpôsobuje fragmentáciu
· pre súbory používa väčší počet atribútov
· je určený pre prácu s veľkým diskovým priestorom
· má lepšiu obranu proti chybám, ponúka rekonštrukciu súboru a algoritmus chrániaci dáta pri náhlom výpadku energie

HPFS (High Performance File System)

Je to dátová štruktúra IBM použitá v operačnom systéme OS/2 a má veľmi podobné vlastnosti ako NTFS (nie sú však navzájom kompatibilné).

Fragmentácii sa NTFS a HPFS bráni tak, že súbory neukladajú do prázdnych oblastí, ktoré sú menšie ako ukladané dáta. To sa prejaví predčasným zaplnením disku.

Vyrovnávacia pamäť pevného disku

Informácie o vyrovnávacej pamäti sa objavujú v spojitosti s takmer každým hardvérovým prvkom počítača. Vyrovnávacia pamäť pevného disku slúži na skladovanie dát tečúcich medzi diskom a základnou doskou. Ich potreba je vyvolaná tým, že rýchlosť je milisekundová, ale prvky základnej dosky pracujú v nanosekundách.

Do vyrovnávacej pamäte sa dáta dostávajú dvoma spôsobmi:

· uviaznu v nej všetky údaje prúdiace medzi diskom a základnou doskou
· vyrovnávacia pamäť sa snaží predpovedať aké údaje budú potrebné v budúcnosti a snaží sa ich načítať

Fyzicky býva vyrovnávacia pamäť realizovaná dvoma spôsobmi:

· hardvérovo, kedy je cache súčasťou radiča. Dnes sa najčastejšie používajú hodnoty od 512 kB do 2048 kB
· softvérovo sa ako ďalší priestor využíva časť operačnej pamäte počítača

Softvérová cache

Myšlienka použitia časti operačnej pamäte pre vyrovnávaciu pamäť prináša so sebou zásadný rozpor: čím väčší bude veľkosť cache (veľká cache je rýchlejšia), tým menej pamäte ostane pre operačný systém a ostatné aplikácie.

DOS a Windows 3.x riešil tento problém vyhradením špeciálnej oblasti v adresách nad 1 MB. Tento pamäťový priestor veľa aplikácií nepoužívalo.

Sofvérovú cache vytváral a spravoval program SMARTDRIVE, načítaný pomocou AUTOEXEC.BAT.

VCACHE

Windows 9.x sú vybavené programom VCACHE (virtual cache). Ten riadi veľkosť vyrovnávacej pamäte dynamicky. Pokiaľ potrebuje pamäť operačný systém, je táto oblasť zmenšená, naopak pri diskových operáciách je zväčšená. Jej veľkosť sa dá však aj pevne nastaviť (pomocou minimálnej a maximálnej hodnoty).

V systéme Windows 9.x sú štandardne na výber 3 typy vyrovnávacích pamätí (Ovládacie panely/Systém/Výkon/Systém súborov/Disk):

· stolný počítač – štandardné nastavenie pre bežného užívateľa s dostatkom operačnej pamäte
· prenosný počítač – predpokladá prácu s obmedzenou pamäťou a napájaním z batérie, kapacita cache je v tomto prípade najmenšia
· sieťový server – pre počítač, ktorý poskytuje svoje prostriedky iným počítačom, má dostatok operačnej pamäte a často pracuje s diskom

Odkladanie dát

Windows 9.x používajú pri práci s operačnou pamäťou metódu, keď je časť údajov, s ktorými pracuje operačná pamäť uložená na disk. V prípade potreby si potom dáta z disku pamäť načíta. Výhodou tejto techniky je podstatné zvýšenie kapacity operačnej pamäte.

Pre odkladanie dát sa používa viacero termínov – swapovanie alebo virtuálna pamäť.

Odkladací súbor (swap file)

Je súbor, do ktorého sa odkladané dáta zapisujú, v podstate reprezentuje pomalšiu časť operačnej pamäte. Momentálna veľkosť odkladacieho súboru závisí od kapacity voľného miesta na disku a typu vykonávanej operácie v pamäti.

Veľkosť odkladacieho súboru sa nastavuje cez Ovládacie panely/Systém/Výkon/Virtuálna pamäť.

Vo všeobecnosti sa odporúča, aby mal odkladací súbor nastavenú pevnú veľkosť, pretože vtedy nedochádza k jeho fragmentácii. Niekedy sa pre tento účel vytvára aj osobitná logická jednotka na pevnom disku. Program Cacheman

Je to voľne šíriteľný program (freeware) určený na nastavenie veľkosti cache vo Windows 95/98/ME. Čím väčšia je pamäť RAM, tým viac z nej Windows používa ako cache (približne 25-40 %). Odkladá si do nej už používané dáta, aby ich mohol v prípade potreby z nej opäť načítať, čím sa síce zrýchli práca (načítanie dát z disku trvá dlhšie), na druhej strane sa však znižuje veľkosť voľnej operačnej pamäte, čo môže mať za následok spomalenie systému. Práve tento problém rieši CACHEMAN. Programom sa budeme zaoberať v dvoch verziách, nakoľko sú dosť odlišné.

Cacheman v3.80

Informácie a nastavenia

Na hlavnej obrazovke sa nachádza niekoľko ukazovateľov:

Information – informácie o:
· Free physical memory – voľná fyzická pamäť (RAM)
· Used virtual memory [Swap File] – veľkosť použitej virtuálnej pamäte systému Windows (swapovací súbor)
·
Free Resources – voľné prostriedky:
· System – voľné systémové prostriedky
· GDI – prostriedky grafického prostredia
· User – tieto prostriedky sú reprezentované rôznymi menu, tlačítkami, dialógovými oknami
Ďalej má používateľ možnosť nastaviť veľkosti jednotlivých cache.
· Minimal Disk Cache – minimálna hodnota veľkosti cache
· Maximal Disk Cache – maximálna veľkosť cache
· Chunk Size – veľkosť jedného bloku cache v operačnej pamäti
· Name Cache – sú v nej uložené názvy súborov, s ktorými prišiel systém do styku
· Directory Cache – informácie o adresároch a súboroch v nich uložených

Tlačidlá Enabled pri nastaveniach zapínajú a vypínajú použitie obmedzenia konkrétnej cache.

Ukladanie a nahrávanie konfiguračných súborov

V menu FILE môže používateľ uložiť svoju konfiguráciu cache do súboru (Save to config File) alebo ju zo súboru nahrať (Load from config File). SAVE uloží aktuálne nastavenia v CACHEMANovi do konfiguračného súboru Windowsu.

V menu SETTINGS sa nachádza voľba „Automatic for begginers“.

Je učená začiatočníkom, program zistí verziu Windows a podľa nej a veľkosti operačnej pamäte nastaví štandardnú hodnotu.

Preddefinované hodnoty cache

Používateľ si môže vybrať z niektorých preddefinovaných hodnôt cache v menu SETTINGS a podmenu, ktoré záleží na jeho operačnom systéme – Windows 95, 98. V každom z týchto podmenu sa nachádza niekoľko možností:
Standard System – táto hodnota je vhodná pre väčšinu užívateľov, veľkosť minimálnej a maximálnej veľkosti cache je rozdielna
CD Writer – vhodné najmä pre užívateľov s CD zapisovačmi. Hodnoty min. a max. veľkosti cache sú rovnaké, čím sa zbytočne nezaťažuje procesor, ktorý musí počítať ich veľkosť
Power User – metóda je vhodná pre užívateľov, ktorý spúšťajú naraz veľa aplikácií
Low Memory System – voľba pre tých, ktorý majú po štarte systému Windows málo voľnej pamäte
Multimedia – vhodné, ak užívateľ často spúšta veľa multimediálnych súborov (videá, hudba,...) kedy potrebuje veľké množstvo voľnej operačnej pamäte
3D Games – táto voľba pomáha znížiť nepríjemné „sekanie“ v 3D hrách, ktoré potrebujú veľké množstvo voľnej operačnej pamäte

Funkcia „Disable Cacheman Optimisation“ vypne obmedzenia veľkostí cache (ich veľkosť bude riadiť Windows).
Cacheman v4.1

Program má od verzie 4.0 úplne zmenené užívateľské prostredie. Je rozčlenené do štyroch záložiek:
· Information - nachádzajú sa tu údaje o veľkosti voľnej operačnej pamäte, využití cache, veľkosti odkladacieho súboru (swap file), voľných prostriedkoch GDI a voľných užívateľských prostriedkoch (viď Cacheman v3.80).
· Settings – nastavenia cache, sú podobné ako v Cacheman v3.80, rozdiel je však v pomenovaní „Directory Cache“ – vo verzii 4.0 a vyššie sa nazýva „Path Cache“. Pribudlo aj nastavenie „Read-ahead Treshlod“. Je to veľkosť bloku po ktorých sa bude načítavať spúšťaná aplikácia. V sekcii „Misc“ sú voľby:
Conservative Swap File Usage – operačný systém bude namiesto odkladacieho súboru využívať najskôr operačnú pamäť (doporučené iba pri systémoch s veľkou operačnou pamäťou - > 256 MB)
Unload Dlls from memory – po ukončení spusteného programu budú knižnice (dll súbory) z pamäte odstránené ihneď (Windows zvyčajne určitú chvíľu čaká)
· Options – tu sa nachádzajú hodnoty obnovovacích intervalov jednotlivých ukazovateľov v záložke „Information“ a ukazovateľa na lište. Na výber je aj druh zobrazovaného údaju na lište.

Ďalšie štyri možnosti umožňujú nastaviť niektoré vlastnosti programu ako je zminimalizovanie po zatvorení dialógového okna, zastavenie grafov v „Information“, keď je program minimalizovaný, spustenie programu so štartom Windows a jeho spustenie v minimalizovanom režime.
· Support – okrem iného obsahuje odkazy na e-mailovú adresu autorov (Outer Technologies) a adresu technickej podpory užívateľom

Oproti verzii 3.80 sa vo verzii 4.0 a viac v menu „Preset“ (predtým Settings) nachádzajú hodnoty pre operačný systém Windows ME. Do preddefinovaných hodnôt pribudlo „Sound Recording“. Už z názvu vyplýva, že je určená pre nahrávanie zvuku.
V každej verzii CACHEMANa sa preddefinované hodnoty pre jednotlivé operačné systémy menia. Ich veľkosť závisí aj veľkosti operačnej pamäte.

Program je dostupný na internetovej adrese www.outertech.com.

	Tento článok bol vytlačený zo stránky https://referaty.centrum.sk