Pojemność i wydajność dysku

Podstawowe parametry dysku sztywnego są takie same, jak dla każdego innego rodzaju pamięci. Jest to pojemność, czas dostępu do danych oraz szybkość ich odczytu i zapisu. Do parametrów podstawowych dochodzi szereg parametrów i informacji szczegółowych, pozwalających na precyzyjne określenie zarówno przeznaczenia dysku, jak i jego zachowania w konkretnych warunkach eksploatacji....

Pojemność dysku twardego

Pojemność dysku twardego jest zależna od jego konstrukcji i wynikającej z tego organizacji zapisu.
Podobnie jak na dyskietce informacja zapisywana jest na ścieżkach, ale tutaj jest ich od kilkuset do kilku tysięcy.
Liczba sektorów na ścieżce może wynosić 16, 32, 64, 128.
Kolejny parametr to liczba głowic, która waha się od 2 do 64.
Pojemność dysku obliczamy jako iloczyn: liczba ścieżek * liczba głowic * liczba sektorów * 512.

Wydajność dysku

Na wydajność dysku twardego składają się dwa główne parametry: szybkość transmisji danych oraz czas dostępu do danych. Z kolei szybkość odczytu i zapisu uzależniona jest od szybkości obrotowej dysków, gęstości upakowania informacji, liczby talerzy, przepustowości wewnętrznych interfejsów napędu oraz przepustowości interfejsu łączącego dysk z komputerem. Wewnętrzna szybkość transmisji ogranicza szybkość odczytu i zapisu dużych plików. Przy mniejszych ilościach danych swoją rolę zaczyna odgrywać wewnętrzna pamięć napędu (cache). Niweluje ona opóźnienia spowodowane przyczynami mechanicznymi. Opóźnienia te wynikają z dość długiego czasu przesunięcia głowicy ze ścieżki na ścieżkę oraz oczekiwania, aż żądany sektor odnalezionej ścieżki "dojdzie" do głowicy.

Interfejs łączący dysk z komputerem

Granicę wydajności stanowi interfejs komunikacyjny czyli łącze przesyłające dane pomiędzy twardym dyskiem a pamięcią operacyjną komputera.

IDE/ATA
Opracowany na początku lat osiemdziesiątych interfejs IDE/ATA miał na celu zapewnienie standardowego sposobu komunikacji komputera z dyskami twardymi. Umożliwiał podłączenie maksymalnie dwóch urządzeń i był związany bezpośrednio z magistralą ISA co ograniczało jego przepustowość do 8,3Mb/s.
ATA-2/ATA-3
Specyfikacja ATA-2 wprowadziła metodę synchronicznego przesyłania danych. ATA-2 zapewniał maksymalną przepustowość 16Mb/s. Wprowadzono rozkazy transmisji blokowych, upowszechnił się także mechanizm DMA, odciążający CPU komputera z zadań związanych z transmisją danych i w konsekwencji decydujący o wydajniejszej pracy. Nowością był również wprowadzony tryb adresowania danych przechowywanych na dysku - LBA - umożliwiający przekroczenie dotychczasowej bariery pojemności 504MB. ATA-3 był uzupełniony technikami zwiększania bezpieczeństwa przesyłanych po kablu i przechowywanych na dysku danych (S.M.A.R.T)
ATA/ATAPI-4(Ultra ATA/33)
W 1997 roku wprowadzono kolejną odmianę interfejsu znaną pod nazwą Ultra ATA/33. Maksymalny transfer zwiększył się do 33Mb/s. Ultra ATA/33 balansuje na granicy możliwości przesyłowych standardowego 40-żyłowego kabla. W celu zwiększenia bezpieczeństwa przesyłanych danych wprowadzono metodę wykrywania i korekcji błędów transmisji znaną jako suma kontrolna CRC. Suma ta obliczana jest dla każdego pakietu przesyłanych danych, zarówno przez napęd, jak i kontroler na płycie głównej. Po zakończeniu transmisji następuje porównanie obu obliczonych wartości. W razie wystąpienia błędu proces przesyłania danych realizowany jest ponownie.
ATA/ATAPI-5(Ultra ATA/66)
Już dwa lata po wprowadzeniu standardu Ultra ATA/33 okazało się, że prędkość transmisji można jeszcze bardziej zwiększyć. Teoretyczną maksymalną przepustowość 66Mb/s osiągnięto, zwiększając dwukrotnie prędkość przesyłania danych oraz redukując czas realizacji komend sterujących. Aby skorzystać z większej szybkości, należało zastosować specjalny kabel, którego konstrukcja zapobiega powstaniu zakłóceń elektromagnetycznych pojawiających się podczas pracy z tak dużą prędkością. W porównaniu z dotychczas stosowaną taśmą połączeniową dwukrotnie zwiększyła się liczba żył z 40 do 80, nie zmienił się typ wtyczki. Nowe żyły pełnią rolę uziemienia i wplecione są pomiędzy standardowe żyły sygnałowe.
ATA/ATAPI-6 (Ultra ATA 133)
Maksymalny transfer wzrósł do 133MB/s.

Na pierwszy rzut oka wydawać by się mogło, że w konstrukcji PC używane są obecnie dwa typy interfejsów dyskowych: Ultra ATA i SCSI. Ale po przejrzeniu kilku katalogów sprzętowych opinia ulega zmianie, a w gąszczu nazw takich jak EIDE, ATAPI, Fast Wide SCSI i temu podobnych może się poczuć zagubiony nawet całkiem obyty fachowiec. Tyle jest standardów - czy nie ma żadnego standardu?

Spróbuję trochę wyprostować kręte ścieżki w dżungli interfejsów dyskowych. Zacznijmy od początku. W PC był tylko jeden interfejs dyskowy, stworzony przez Seagate i określany jako ST-506/ST-412, od symboli pierwszych dwóch modeli dysków wyprodukowanych przez tę firmę.
Ze względu na niewygodę w posługiwaniu się tak abstrakcyjnym symbolem, potocznie określano ten interfejs jako MFM lub RLL, od stosowanych w tych dyskach technik kodowania (nb. technika RLL jest stosowana przez niektórych producentów do dziś). Interfejs ten dawno odszedł do lamusa wraz z dyskami o pojemnościach kilkunastu megabajtów, wymagającymi złożonej logiki zewnętrznego sterownika. Jego los podzielił również ESDI (Enhanced Small Device Interface) - pomimo niewątpliwych zalet okazał się zbyt kosztowny w stosunku do swojego konkurenta znanego jako IDE, który stał się pierwszym prawdziwym standardem.

IDE to znaczy ATA :

Konstrukcja komputera PC AT stworzyła możliwość zastosowania 16-bitowego interfejsu pomiędzy systemem a dyskiem oraz przeniesienia funkcji sterownika dysku do jego konstrukcji (dyski MFM-RLL były całkowicie "głupie" - całość ich obsługi obciążała wchodzący w skład jednostki centralnej komputera sterownik). Powstał interfejs znany pod nazwami IDE i ATA, który dał początek rodzinie powszechnie stosowanych obecnie interfejsów dyskowych.

Integrated Drive Electronic (IDE) to określenie techniki realizacji nowego interfejsu, w którym całość logiki sterownika dyskowego przeniesiono do konstrukcji dysku, ATA zaś to AT Attachment - relacja nowego interfejsu do konstrukcji AT. Specyfikacja ATA została skodyfikowana przez ANSI jako oficjalny standard, definiując następujący zakres funkcji interfejsu:

pojedynczy kanał, dzielony przez dwa dyski, skonfigurowane jako master i slave;
komunikacja w trybach PIO 0, 1 i 2;
komunikacja przez DMA w trybach 0, 1, 2 dla transmisji pojedynczych słów i w trybie 0 dla transmisji multiword.

Standard ATA sprawdził się bardzo dobrze podbijając rynek, ale rosnące wymagania systemów spowodowały jego rozszerzenie do ATA-2, zaakceptowanego również oficjalnie przez ANSI. Nowe funkcje interfejsu ATA-2 to przede wszystkim:

szybsze tryby PIO - ATA-2 wspomaga obsługę w trybach PIO 3 i 4;
obsługa multiword DMA w trybach 1 i 2;
rozkazy transmisji blokowych;
tryb LBA (Logical Block Addressing), umożliwiający, przy odpowiednim wsparciu przez BIOS komputera, przekroczenie systemowych barier pojemności dysku;
rozszerzenie zakresu identyfikacji dysku przez system.

Wprowadzone przez ATA-2 rozszerzenia podniosły sprawność interfejsu, ale w wyniku ciągłego wzrostu mocy PC i wzrostu objętości użytkowanych danych, konieczne stały się kolejne usprawnienia interfejsu tak, by możliwie niewielkim kosztem dało się uzyskać kolejne zwiększenie sprawności. Zanim to jednak nastąpiło, powstało ATA-3, nie wnoszące żadnych nowych trybów transmisji i przyspieszenia obsługi, a jedynie takie, skądinąd bardzo użyteczne zmiany, jak:

poprawę pewności transmisji danych po kablu, którego możliwości transmisyjne zostały przy uzyskiwanych szybkościach transmisji wyraźnie przekroczone;
wprowadzenie obsługi SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology) - techniki zapewniającej znaczne zwiększenie poziomu bezpieczeństwa danych dzięki automatycznej diagnostyce dysku.

Następnym znaczącym krokiem w rozwoju interfejsów z rodziny ATA stał się, stosowany obecnie, nieformalny standard Ultra ATA, umożliwiający transmisję danych multiword w trybie 3 DMA, tzw. DMA-33. Oczywiście taki tryb pracy musi być wspierany od strony jednostki centralnej przez BIOS i logikę płyty głównej. Ze strony logiki dysku konieczna jest dodatkowa kontrola poprawności danych i korekcja błędów transmisji z powodu wspomnianego już przekroczenia przepustowości typowego kabla.
Wszystkie interfejsy ATA charakteryzują się pełną kompatybilnością zstępującą, tzn. każda wyższa wersja obsługuje również pełny zestaw funkcji wersji niższej, dzięki czemu możemy np. dołączyć dysk Ultra ATA do systemu przystosowanego do ATA-2, oczywiście tracąc możliwość wykorzystania zwiększających efektywność funkcji wyższego standardu.
Dopełnieniem rodziny interfejsów IDE/ATA jest ATAPI (ATA Packet Interface), protokół komunikacyjny, umożliwiający komunikowanie się przez interfejs ATA z urządzeniami, nie będącymi dyskami stałymi - przede wszystkim z czytnikami CD-ROM. Początkowo protokół ten był obsługiwany przez ładowany do pamięci sterownik, później wbudowany w system operacyjny. Obecnie ATAPI jest wspierany również przez większość implementacji BIOS-u, dzięki czemu możliwe jest np. ładowanie systemu operacyjnego z CD-ROM-u.

początek

Wracamy do głównej :)