26 Приведіть методи підвищення ефективності роботи з жорстким диском по переміщенню голівок
Все современные жесткие диски используют звуковую катушку в приводе магнитных головок. Такой тип привода не только адаптирован и не чувствителен к тепловым расширениям, он еще и намного быстрее и надежнее, чем привод с использованием шагового двигателя.
Система замкнутой обратной связи, применяемой в таких приводах, называется системой серво позиционирования. В таких системах позиционирования, процесс передвижения к цели можно описать по шагам следующим образом: передвижение к цели, проверка правильности пути, оценка расстояния до цели, поправка движения, и все с начала. Таким образом, передвижение к цели происходит с поправками, которые могут учитывать различные факторы.
Принцип работы жестких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.
В последнее время для считывания применяют магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. В них, изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления, в зависимости от изменения напряженности магнитного поля. Подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации (особенно при больших плотностях записи информации).
Метод параллельной записи
На данный момент это самая распространенная технология записи информации на НЖМД. Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая проходя над поверхностью вращающегося диска намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.
Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи оценивается 150 Гбит/дюйм² (23Гбит/см²). В ближайшем будущем ожидается постепенное вытеснение данного метода методом перпендикулярной записи.
Метод перпендикулярной записи
Метод перпендикулярной записи — это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных образцов — 100—150 Гбит/дюйм² (15-23 Гбит/см²), в дальнейшем планируется довести плотность до 400—500 Гбит/дюйм² (60—75 Гбит/см²). Жесткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.
Метод тепловой магнитной записи
Метод тепловой магнитной записи (англ. Heat assisted magnetic recording — HAMR) на данный момент самый перспективный из существующих, сейчас он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность «закрепляется». На рынке ЖД данного типа пока не представлены (на 2008 год), есть лишь экспериментальные образцы, но их плотность уже достигла 1Тбит/дюйм² (150Гбит/см²). Разработка HAMR-технoлогий ведется уже довольно давнo, однакo эксперты до сих пор расходятся в оценках максимальной плoтности записи. Так, компания Hitachi называет предел в 15 − 20 Тбит/дюйм², а Seagate Technology предполагает, что смогут довести плотность записи HAMR-носители до 50 Тбит/дюйм². Широкогo распространения данной технoлогии следует oжидать в 2010—2013 годах.
27 Приведіть приклад скрипта. Продемонструйте в ньому використання внутрішніх змінних та основні оператори мови програмування bash. Приведіть рядок його запуску.
28 Поясніть прзначення змінної оточення PATH. Як проглянути її зміст? Як додати в неї необхідний каталог?
29 Поясніть призначення змінної оточення PSI. Як проглянути її зміст? Як можна її змінити?
30 Проаналізуйте архітектуру жорсткого диску. Фізична та логічна структура. З використанням яких програм виконується розмітка жорсткого диску?
Архитектура жесткого диска
Жесткий диск состоит из набора пластин, покрытых магнитным материалом, головок, системы управления движением головок и вращения пластин и управляющей электроники.
Эти пластинки вращаются с огромной скоростью (5400, 7200 или 10000 оборотов в минуту) в герметичном корпусе. Как и для гибкого диска, около каждой стороны пластинки располагается по одной магнитной головке, но эти головки не соприкасаются с поверхностью диска, а плавают на воздушной подушке в непосредственной близости от диска.
Подавая команды дисковому контроллеру, программа может перемещать блок головок вдоль радиуса диска, переходя таким образом от одного цилиндра к другому. Такие команды обычно выдаются не прикладной программой, а модулями BIOS, обслуживающими дисковый накопитель. Однако при необходимости программа может сама управлять положением блока головок.
Перемещаясь вдоль окружности дорожки, магнитная головка может записывать или считывать информацию: pапись производится по битам, при этом добавляется различная служебная информация и информация для контроля правильности данных.
Данные записываются не сплошным потоком, а блоками определенного размера (512 байт). Эти блоки называются секторами. Сектор – это наименьший объем данных, который записывается или прочитывается контроллером. Для сектора выполняется контроль правильности записи или чтения. При записи сектора вычисляется контрольная сумма всех байтов, находящихся в секторе, и эта контрольная сумма записывается на диск в служебную область, находящуюся после сектора. При чтении эта контрольная сумма вычисляется заново и сравнивается со считанной из служебной области. При несовпадении контроллер сообщает программе об ошибке.
Дорожки нумеруются начиная от нулевой, головки тоже начиная от нулевой, а вот секторы - начиная с первого. Именно такая нумерация используется при работе с контроллером диска и функциями прерывания BIOS, обслуживающими дисковую подсистему.
К компьютеру HDD подключается через различные интерфейсы, обеспечивающие возможность записи и считывания информации. В настоящее время наиболее распространен интерфейс IDE (EIDE), который обеспечивает возможность подключения до 4х дисков одновременно.
Система привода головок обеспечивает их позиционирование над необходимым участком диска для записи/считывания информации. Точность позиционирования обеспечивается за счет применения сервосистемы, использующей записанные при производстве диска сервометки (это могут быть как отдельные секторы, так и целая поверхность диска). При отклонении головок от необходимого местоположения электроника HDD дает команду о коррекции их положения.
Практически все современные HDD имеют специальные системы защиты данных, позволяющие предотвратить их потерю на ранних этапах разрушения магнитной поверхности диска. При нестабильном считывании данных из сектора они переносятся в зарезервированные сектора без вмешательства пользователя, а испорченные сектора соответствующим образом помечаются и не используются контроллером HDD при записи.
Физическая структура диска
Рис. Структура физического диска
Любой диск имеет физический и логический формат. Физический формат диска определяет размер сектора (в байтах), число секторов в цилиндре, число цилиндров и число сторон. Логический формат диска определяет способ организации информации на диске и фиксирует размещение информации различных типов.
В отличие от гибких дисков, физический и логический формат которых устанавливается в процессе форматирования дискеты, жесткие диски поступают к потребителю с определенным физическим форматом, который устанавливается в процессе изготовления диска. При производстве HDD выполняется разбивка поверхности пластин на цилиндры, и сектора. В процессе разметки диска происходит запись служебной информации, позволяющей контроллеру HDD точно позиционировать головки диска и находить необходимые сектора. Этот процесс происходит на предприятии изготовителе дисков и не рекомендуется производить конечному пользователю для современных дисков, имеющих большую плотность записи.
Логическая структура диска
Самый первый сектор жесткого диска (сектор 1, дорожка 0, головка 0) содержит так называемую главную загрузочную запись (Master Boot Record). Эта запись занимает не весь сектор, а только его начальную часть. Сама по себе главная загрузочная запись является программой. Эта программа во время начальной загрузки операционной системы с жесткого диска помещается по адресу 7C00:0000, после чего ей передается управление. Загрузочная запись продолжает процесс загрузки операционной системы.
В конце самого первого сектора жесткого диска располагается таблица разделов диска (Partition Table). Эта таблица содержит четыре элемента, описывающих максимально четыре раздела диска. В последних двух байтах сектора находится число 55AA. Это признак таблицы разделов.
В самом первом секторе активного раздела расположена загрузочная запись (Boot Record). Загрузочная запись считывается в оперативную память главной загрузочной записью, после чего ей передается управление. Загрузочная запись и выполняет загрузку операционной системы.
Значение 0 соответствует дорожке 0, головке 0, сектору 1. При увеличении относительного номера сектора вначале увеличивается номер сектора на дорожке, затем номер головки, и, наконец, номер дорожки. Для вычисления относительного номера сектора можно использовать следующую формулу:
RelSect = (Cyl * Sect * Head) + (Head * Sect) + (Sect -1)
В этой формуле:
Cyl - номер дорожки;
Sect - номер сектора на дорожке;
Head - номер головки.
Примечание: обычно разделы начинаются с четных номеров дорожек, за исключением самого первого раздела. Этот раздел может начинаться с сектора 2 нулевой дорожки (головка 0), так как самый первый сектор диска занят главной загрузочной записью. Байт со смещением 4 - это код системы, использующей раздел диска. Для DOS зарезервированы значения 0, 1, 4, 5. Значение 0 соответствует неиспользуемому разделу диска.
Для работы с логическим диском (или дискетой) на уровне логических номеров секторов DOS предоставляет программам два прерывания - INT 25h (чтение сектора по его логическому номеру) и INT 26h (запись сектора по его логическому номеру).
Разметка жесткого диска может осуществляется, например, с помощью программ Fdisk или Partition Magic. [возможно, рассказать о них подробнее вопрос №34]