Используемое программное обеспечение

Лабораторная работа № 2

Тема: Работа с накопителями информации

Постановка задачи

Целью данной лабораторной работы является обретение навыков работы с различными типами накопителей информации.

Дисковые накопители предназначеныдля хранения данных и программ. Дисковые накопители делятся на гибкие (ГМД), жесткие (ЖМД или винчестер) магнитные диски, магнитооптические, оптические, дисковые массивы.

Емкость дисковых накопителей измеряется в байтах (байт – единица измерения текстовой и символьной информации, которая хранится на МД, один байт равен 8 бит). 1 Кбайт = 2¹⁰ =1024 байт, 1 Мбайт = 2²⁰ =1024 Кбайт. (Для справки: емкость 1 машинописной страницы текста примерно 2 Кбайта). Емкость определяется размером рабочей поверхности, количеством рабочих поверхностей и плотностью записи.

Для повышения плотности записи применяется зонный метод записи ZBR (Zoned Bit Recording). На внешних дорожках диска можно разместить с той же плотностью большее количество информации, чем на внутренних (рис. 1). Поэтому диск разбивается по радиусу на несколько зон в виде концентрических колец. В пределах каждой зоны число секторов постоянно растет при удалении от центра диска. Поэтому скорость доступа к данным у 3,5- и 5,25-дюймовых накопителей зависит от положения данных на диске. Для 1,8- и 2,5-дюймовых накопителей эта техника, как правило, не применяется, на современных дисках давно уже используется.

Рис. 1. Организация данных на диске

Скорость вращения стандартных жестких дисков лежит в пределах от 4500 до 15000 об/мин. Чем больше скорость вращения, тем больше скорость передачи данных, но и HD при этом становится более шумным и горячим. Может понадобиться дополнительный вентилятор для охлаждения диска, имеющего скорость вращения от 7200 об/мин, иначе его срок службы может существенно сократиться. Современные HD читают все секторы на дорожке за один оборот (чередование 1:1). Скорость вращения постоянна.

Число секторов на дорожке. Современные жесткие диски имеют дорожки различного размера. На внешних частях диска места для секторов больше, чем на внутренних. Запись на HD обычно идет начиная с внешних секторов ко внутренним. Следовательно, доступ и передача данных при чтении и записи в начале диска выполняются с большей скоростью.

Время поиска (время переключения головок), время переключения цилиндров. Наибольшая скорость достигается при переходе непосредственно на соседнюю дорожку. Наименьшая скорость поиска получается при так называемом полном такте, то есть при переходе с внешней на внутреннюю дорожку, и наоборот. Некоторые дисководы жестких дисков (особенно дисководы SCSI) выполняют команду поиска неправильно. Эти дисководы помещают головку рядом с нужной дорожкой или оставляют ее там, где она находилась до этого. Время поиска, интересующее пользователя, – это среднее время, затрачиваемое на установку головок при произвольном запросе. Чем меньше диск (5 1/4", 3 1/2" и т.п.), тем меньше будет время поиска.

Все головки жесткого диска перемещаются посредством одной консоли, то есть все головки находятся на одном и том же цилиндре. Время переключения головок – это среднее время переключения между двумя головками при чтении или записи. Время переключения цилиндров – это среднее время перемещения головок на следующую дорожку при чтении или записи. Все указанные величины измеряются в миллисекундах (ms).

Время задержки при вращении. После того как головка установлена на нужную дорожку, она должна дождаться появления нужного сектора. Это время называется временем задержки при вращении и измеряется в ms. Чем быстрее вращается диск, тем меньше время задержки при вращении. Среднее время – это время, нужное диску для совершения половины оборота, составляющее обычно от 4 ms (7200 rpm) до 6ms (5400 rpm).

Время доступа к данным. Время доступа к данным состоит из времени поиска, времени переключения головки и задержки при вращении и измеряется в ms. Время поиска показывает только, насколько быстро головка устанавливается на нужный цилиндр. До момента считывания или записи данных потребуется еще добавить время переключения головки, которое затрачивается на поиск дорожки, и время задержки при вращении, нужное для поиска сектора.

Кэш-буфер. Все современные HD имеют собственные кэш-буферы, размеры и способы организации которых различны. Обычно кэш используется для чтения и записи. В случае SCSI HD, в зависимости от конкретного дисковода, может потребоваться установить кэширование при записи, поскольку по умолчанию оно может быть не задано. Состояние кэш-буфера можно прочитать с помощью программы наподобие ASPIID от Seagate. Может показаться странным, что важен не размер кэш-буфера, а его организация (кэш чтения-записи или предварительного просмотра). В большинстве дисководов EIDE системная память компьютера используется также для хранения микропрограмм HD (программного обеспечения или "BIOS"). Когда на дисковод подается питание, он считывает микропрограмму со специально отведенных секторов. Это делается производителями компьютеров для того, чтобы сэкономить на микросхемах ROM; кроме того, это позволяет при необходимости легко обновить "BIOS" дисковода (как это потребовалось для дисководов WD, у которых возникли проблемы с некоторыми материнскими платами, приводившие к поломке головок).

Организация данных на диске. На жестком диске имеются цилиндры, головки и сектора. Все эти параметры для каждого жесткого диска есть в BIOS. Размер сектора жесткого диска не фиксирован, как это было раньше. В настоящее время эти величины используются только для совместимости с DOS, поскольку они не имеют отношения к физической геометрии диска. Они пересчитываются в значение адреса логического блока (LBA), а затем величина LBA преобразуется в истинный номер цилиндра, головки и сектора. Современные BIOSы используют LBA, поэтому ограничения наподобие предельной емкости в 504 MB снимаются.

В среде DOS по-прежнему используется номер цилиндра, головки и сектора. Дисководы SCSI всегда осуществляли доступа к данным на жестком диске посредством LBA. В современных операционных системах доступ к данным организован непосредственно через LBA, без использования BIOS.

Скорость передачи данных. На рисунках представлены различные способы физического хранения данных на жестком диске. Можно определить, использует ли дисковод "вертикальную" или "горизонтальную" организацию, используя тест, вычисляющий скорость передачи или время поиска по всему диску. В зависимости от типа головок чтения-записи и серводвигателей (для установки консоли), скорость переключения головок может быть как больше, так и меньше скорости перехода с дорожки на дорожку.

Объем традиционного жесткого диска имеет "вертикальную" организацию (рис. 2). Данные читаются или записываются вначале на один цилиндр, начиная с верхней дорожки к нижней, а затем головки переходят к следующему цилиндру.

Рис. 2. Вертикальная организация данных на диске

"Горизонтальная" организация (рис. 3). Данные читаются и записываются, начиная с внешнего цилиндра ко внутреннему, а затем головки переключаются на следующую дорожку.

Рис. 3. Горизонтальная организация данных на диске

Некоторые жесткие диски используют комбинацию "вертикальной" и "горизонтальной" структур (рис. 4).

Рис. 4. Смешанная организация данных на диске

Как видно из рисунков, при чтении или записи данных на внешнюю часть диска скорость передачи данных будет больше. Причина в том, что там больше места для размещения секторов. Число секторов меняется по шагам. Обычно на диске имеется от 10 до 20 зон (называемых "ступенями") с постоянным числом секторов. В этом и состоит причина того, что скорость передачи представляется по шагам.

Некоторые жесткие диски используют комбинацию "вертикальной" и "горизонтальной" организации. "Горизонтальная" организация используется внутри зоны, "вертикальная" – между зонами. При этом, однако, скорость передачи и время поиска такие же, как для "вертикальной" организации.

При покупке HD может понадобиться информация об организации данных. Если для определенных задач требуется постоянная скорость передачи данных (для видео- и аудиозадач), то не следует приобретать дисковод, не поддерживающий горизонтальную организацию данных. однако дисководы, работающие с горизонтальной схемой доступа, не особенно широко распространены.

Используемое программное обеспечение

Тестирующие программы производительности дисковых накопителей.