Основные характеристики ВЗУ

 

Все параметры ВЗУ можно условно разделить на 4 группы:

· информационные:

· конструктивные (габаритные размеры, масса, потребляемая мощность);

· надёжностные (среднее время безотказной работы, срок службы, вероятность появления ошибок). Обычным показателем для НГМД (FDD – Floppy Disk Drive) 3,5” считается наработка на отказ 12000 часов, для дисков винчестерского типа с интерфейсом IDE (Integrative Drive Electronics) – 300000-500000 часов, с интерфейсом SCSI – до 1 млн. часов. Это означает, что, например, при показателе 500000 часов (56 лет), вероятность выхода из строя за период 1000 часов составляет 0,5%.

· эксплуатационные (стоимость, условия внешней среды, уровень акустического шума).

Наибольшее влияние на производительность ЭВМ оказывают информационные (функциональные) параметры, к которым относят следующие:

1) Емкость. Если носитель сменный, то под емкостью понимают объем одного тома, который доступен без смены носителя.

Для НМЛ

где C_бл – информационная емкость одного блока (зоны), байтов; n_бл – число блоков, записанных на магнитной ленте.

Для НМД

где C_д – информационная емкость одной дорожки, байтов; n_д – число дорожек (цилиндров) на рабочей поверхности диска; m_д – число рабочих поверхностей диска.

Например, у НГМД (FDD – Floppy Disk Drive) 3,5”: C_FDD = (18×512)×80×2 = 1474560 байтов = 1,44 Мб. Здесь 18 – количество секторов дорожки, 512 – размер одного сектора. Если исключить участки, занятые Boot-сектором (нулевая дорожка) и FAT таблицей (таблица размещения файлов), то получим доступные 1457664 байтов=1,39 Мб.

 

 

 

Рис. 5.1. Классификация внешних запоминающих устройств.

 

Емкость гибкого диска LS-120 - 120 Мбайт, а сменных дисководов JAZ и JAZ2 – 1 и 2 Гбайта соответственно. Емкость сменных дисководов фирмы SyQuest лежит в пределах от 0,23 (EZFlyer) до 1,5 (SyJet) Гбайт, а дисководов ORB – 2,16 Гбайт.

Емкость НМД винчестерского типа (HDD – Hard Disk Drive) с интерфейсом IDE достигает 80 Гбайт (количество дисков до 5 с двумя рабочими поверхностями), с интерфейсом SCSI еще больше, а число дисков достигает 10.

Примечание. Обозначения IDE и ATA (Advanced Technology Attachment – подключение к AT) синонимы.

Емкость НМЛ стандарта MLR - 25 Гбайт, стандарта DDS до 24 Гбайт, стандарта DLT – 20-40 Гбайт, стандарта Mamonth - 120 Гбайт.

Емкость дисков CD-ROM: 650-700Мбайт, DVD-ROM (Digital versatile disc – универсальный цифровой диск): 4,7-17 Гбайт, магнитооптических дисков 5,25” – до 2´2,6 Гбайт, а 3,5” – до 1,3 Гбайт.

2) Номинальная скорость передачи данных (пропускная способность, скорость записи-считывания, внутренняя скорость передачи – internal transfer rate).

Блок на носителе можно рассматривать в виде последовательности бит, расположенных вдоль направления движения носителя. Длительность записи-считывания блока поэтому определяется временем, затрачиваемым на прохождения блока под головкой, а пропускная способность соответствует отношению объема блока ко времени его прохождения под головкой. Следует отметить, что среднее значение скорости передачи информации в ВЗУ может существенно отличаться от номинального значения, т.к. значительная часть времени при обращении к ВЗУ тратится на поиск информации. Кроме того, реальная скорость передачи данных зависит от пропускной способности внешних шин и существенно ниже.

Для НМЛ

где d_l – продольная информационная плотность записи, бит/мм; v – скорость перемещения магнитной ленты, мм/с (стандартная скорость 0,864 - 2,5 м/с); n_k – число информационных каналов записи-воспроизведения (15-144).

F_НМЛ составляет у стандарта MLR – 2 Мбайт/с, стандарта DDS – 0,4-3 Мбайт/с, стандарта DLT 1,5-10 Мбайт/с.

Для НМД

где t_об= 60/n_об – время одного оборота диска, с; n_об – частота вращения, об/мин (rpm – rotation per minutes).

Для FDD F_FDD ≈ 80 Кбайт/с (n_об = 300 rpm), для LS-120 F_LS-120 = 600 Кбайт/с, для ZIP F_ZIP = 1,4 Мбайт/с, для JAZ2 F_JAZ2 = 8,7 Мбайт/с. Пропускная способность сменных дисководов фирмы SyQuest лежит в пределах от 2,4 (EZFlyer) до 7 (SyJet) Мбайт/с, а дисководов ORB – 5 Мбайт/с.

Для HDD с интерфейсом IDE F_HDD = 15-60 Мбайт/с (максимальное значение относится к протоколу Ultra ATA-100 или Ultra DMA-100 (Direct Memory Access), n_об = 5400-7200 rpm), с интерфейсом SCSI достигает 66 Мбайт/с и выше (n_об = 7200-15000 rpm).

Для НОД (CD-ROM – Compact Disk ROM и DVD-ROM) номинальная скорость передачи данных традиционно рассчитывается исходя из кратности по отношению к стандартной единице, равной пропускной способности в 150 Кбайт/с. У CD-ROM 40´ F_CD-ROM» 6 Мбайт/с. Частота вращения CD-ROM n_об = 7400-10400 (у 50´) rpm.

У магнитооптических дисков 3,5” скорость чтения до 3,8 Мбайт/с, а скорость записи из-за инертности тепловых процессов значительно меньше до 1,3 Мбайт/с.

3) Среднее время доступа (average seek time).

Время доступа – это интервал времени от момента запроса до момента выдачи блока. Оно не постоянно и зависит от множества факторов: скорости перемещения носителя, скорости перемещения головок, способа доступа, расстояния между текущим положением головки и положением запрашиваемого блока.

Для НМЛ

где l – длина магнитной ленты, м (60-360 м); 1/3 – коэффициент, полученный в предположении, что информация располагается равномерно по всей длине ленты.

Для НМД

где t_поз – среднее время перемещения (позиционирования) головки на требуемую дорожку (или по-другому среднее время поиска дорожки – track to track seek), с; t_ож – среднее время ожидания блока (сектора) на дорожке, пока он не окажется под головкой. Принимается т.е. равным времени пол-оборота диска.

Для FDD T_FDD= 100 мс (t_поз < 90 мс), для LS-120 T_LS-120 = 70 мс, для JAZ2 T_JAZ2 = 16 мс, у сменных дисководов фирмы SyQuest лежит в пределах от 13,5 (EZFlyer) до 11 (SyJet) мс, а у дисководов ORB – 10 мс (чтение), 12 мс (запись).

Для HDD с интерфейсом IDE T_HDD = 8,5-12 мс (n_об = 5400-7200 rpm), с интерфейсом SCSI – 4-8 мс (n_об = 7200-15000 rpm).

Для CD-ROM T_CD-ROM= 60-90 мс. Для DVD-ROM T_DVD-ROM= 110-180 мс. Для магнитооптических дисков 3,5” – 25 мс при задержке вращения 7 мс.

У НМЛ стандарта SLR T_SLR= 45 с.

4) Плотностью записи. Различают поверхностную, продольную и поперечную плотностью записи.

Под поверхностной плотностью записи d понимают число бит информации, записанных на единице поверхности носителя. Продольной плотностью записи d_l называют число бит на единице длины носителя вдоль вектора скорости его перемещения (бит/мм или bpi – bit per inch). Поперечная плотность записи d_q– число дорожек на единице длины носителя в направлении перпендикулярном вектору скорости (1/мм или tpi – tracks per inch). d = d_l ´ d_q.

Плотность записи определяет геометрические размеры носителя, параметры его быстродействия, а также объем памяти.

В свою очередь, плотность определяется:

· принципами регистрации информации на носителе;

· материалом носителя;

· конструктивными особенностями и технологией изготовления, как носителя, так и средств записи-чтения.

Теоретические и практически достигнутые в настоящее время значения приведены в таблице 5.1.

У НМЛ стандарта QIC d_l до 96000 bpi (3800 бит/мм), d_q до 576 tpi (23 1/мм, у FDD d_l =17500 bpi (690 бит/мм) d_q = 135 tpi (5,3 1/мм)

 

 

Таблица 5.1.

Поверхностная плотность записи

 

Тип носителя	Достигнутое значение, Gbpi2(Мбит/мм2)	Теоретическое значение, Gbpi2 (Мбит/мм2)
Магнитный	10 (16)	20-50 (30-75)
Оптический	30 (46)	150-200 (230-300)

 

МАГНИТНЫЕ ДИСКИ

Логическая структура

Магнитные диски (МД) относятся к магнитным носителям информации. В качестве запоминающей среды у них используются магнитные материалы со специальными свойствами (с прямоугольной петлей гистерезиса), позволяющими фиксировать два магнитных состояния - два направления намагниченности. Каждому из этих состояний ставятся в соответствие двоичные цифры: 0 и 1. Накопители на МД (НМД) являются наиболее распространенными внешними запоминающими устройствами в ПК. Диски бывают жесткими и гибкими, сменными и встроенными в ПК. Устройство для чтения и записи информации на магнитном диске называется дисководом.

Все диски: и магнитные, и оптические характеризуются своим диаметром или, иначе, форм-фактором. Наибольшее распространение получили магнитные диски с форм-фактором 3,5" (89 мм) и оптические диски с форм-фактором 5,25" (133 мм).

Информация на МД записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических окружностей - дорожек (tracks). Количество дорожек на МД и их информационная емкость зависят от типа МД, конструкции накопителя на МД, качества магнитных головок и магнитного покрытия.

Каждая дорожка МД разбита на сектора. В одном секторе дорожки может быть помещено 128, 256, 512 или 1024 байт, но обычно 512 байт данных. Обмен данными между НМД и оперативной памятью осуществляется последовательно целым числом секторов. Кластер - это минимальная единица размещения информации на диске, состоящая из одного или нескольких смежных секторов дорожки.

При записи и чтении информации МД вращается вокруг своей оси, а механизм управления магнитной головкой подводит ее к дорожке, выбранной для записи или чтения информации.

Данные на дисках хранятся в файлах, которые обычно отождествляют с участком (областью, полем) памяти на этих носителях информации.

Файл - это именованная область внешней памяти, выделенная для хранения массива данный.

Поле памяти создаваемому файлу выделяется кратным определенному количеству кластеров. Кластеры, выделяемые одному файлу, могут находиться в любом свободном месте дисковой памяти и необязательно являются смежными. Файлы, хранящиеся в разбросанных по диску кластерах, называются фрагментированными.

Для пакетов магнитных дисков (диски установлены на одной оси) и для двухсторонних дисков вводится понятие "цилиндр". Цилиндром называется совокупность дорожек МД, находящихся на одинаковом расстоянии от его центра.