В этом обзоре мы познакомим Вас с основными принципами работы накопителя на жестких дисках, далее просто жесткий диск или винчестер. Рассмотрим основные характеристики, на которые необходимо обратить внимание при выборе. Этот материал будет полезен не только начинающим пользователям, но и тем, кто собирается самостоятельно собрать PC. Бывалые пользователи также найдут для себя много полезной справочной информации по самым современным интерфейсам.

Жесткий диск - это прямоугольная металическая коробка, внутри которой расположены тонкие металлические диски, покрытые магнитным слоем, способным хранить информацию.Обычно винчестер имеет несколько таких пластин. Все они крепятся на специальный шпиндель, зафиксированый на микродвигателе, вращающем диски с очень большой скоростью.

Чтобы получить доступ к информации, используются головки чтения/записи, являющиеся электромагнитными элементами. Головки чтения/записи крепяться на специальном приводе, который управляет позицией головок относительно поверхности диска. Все эти механические элементы управляются специальным контроллером жесткого диска, расположенном обычно на нижней стороне устройства. Этот контроллер отвечает за правильность позиционирования головок, разметку дисков, процесс преобразования и передачи информации.

В процессе записи головка преобразует электрический сигнал в электромагнитный импульс, способный изменить магнитные свойства покрытия жесткого диска в конкретном месте, заранее установленном контроллером. Во время чтения информации пользовательская программа выдает контроллеру жесткого диска адрес места, с которого необходимо считать информацию, механника выставляет головку на нужное место и начинает "снимать" состояние магнитного слоя и преобразовывать его в электрический сигнал.

Каждый жесткий диск делится на меньшие разделы, называемые треками или дорожками, представляющими из себя концентрические окружности. Каждая дорожка поделена на сектора по 512Kb.

Цилиндр - название, данное группе одноименных дорожек, расположеных на всех дисках. Цилиндрическая концепция была принята в связи с физическим расположением головок относительно пластин. Все головки размешаются точно друг над другом. Поэтому, если первая головка чтения/записи расположена над диском 1, дорожка 1,сектор 1, то вторая головка точно располагается над диском 2, дорожка1, сектор 1, и т.д.

Одним из наиболее важных параметром, влиящим на скорость работы жеткого диска, ранее считалась скорость вращения, измеряемая в оборотах в минут (RPM). Еще недавно самые лучшие винчестеры обладали скоростью вращения 3600 Об./Мин. С усовершенствованием характеристик материалов у производителей появляется возможность достичь более высоких скоростей вращения. Сегодня наиболее часто в компьютерах встречаются диски со скоростью 5400, 7200, 10000 об/минуту.

Премущество здесь состоит в том, что чем быстрее вращается диск, тем меньше времени головка должна ожидать появление следующего блока данных.

Имеются также и другие факторы, влияющие на скорость работы диска. Так, например, Seek time (время поиска). Этот параметр очень часто используется производителями в рекламных целях. Если посмотреть рекламные буклеты, то очень часто читаешь: "11ms seek time" или "Seek time менее 10 ms". Эти данные вводят в заблуждения. Либо время поиска - величина постоянная, либо переменная в зависимости от каких либо условий. Что же правда? В действительности Seek time - это время, необходимое головке чтения/записи, чтобы перемещаться между дорожками (треками). Конечно же, сегодня порядок величин времени поиска (ms) огромен по сравению с временем ожидания, например, оперативной памяти (ns).

Некоторые производители указывают время доступа, которое является суммой среднего времени поиска и средним временем ожидания.

В настоящее время эта величина колеблется в пределах 10ms. Некоторые чуть меньше, некоторые чуть больше. Но, все равно, этот параметр остается самым медленным и узким местом в производительности винчестера.

Этот вопрос является наиболее важным при выборе жесткого диска. Сегодня существует много разнообразных стандартов и интерфейсов, названия которых могут легко запутать даже самых опытных пользователей. Ниже мы постараемся подробно описать все возможные варианты интерфейсов и их особенности.

IDE - Integraed Drive Elektronics

Интерфейс IDE является одним из самых первых и популярных интерфейсов жестких дисков. За многие годы своего сществования он претерпел массу изменений. Ниже мы расскажем только о самых современных реализациях этого интерфейса. Сегодня существует четко определенный ATA стандарт, подразделяемый на ATA-2 и ATA-3. Все пересмотры ATA стандарта добавляют более быстрые режимы передачи данных.

Формы ATA.

Последний пересмотр ATA стандарта, названный ATA-3, поддерживает следующие особенности. Первое то, что он имеет поддержку следующих режимов передачи данных: PIO режимы 0,1,2,3 и 4, Single World (Одиночное слово), DMA режимы 0,1 и 2, и MultiWorld (МногоСловный), DMA режимы 0,1 и 2. Что же все эти режимы делают?

PIO расшифровавается, как программный ввод-вывод и определяет стандартные режимы передачи данных. Эти режимы установлены по умолчанию в BIOS Вашей системной платы, т.к. не требуют применения дополнительных контроллеров и драйверов, как, например, Ultra ATA устройства.

Самую большую скорость передачи данных позволяет плучить четвертый PIO режим - 16,6Mb/Сек. Помните, что реально Вы получите меньшую цифру из-за внутренней стадии передачи данных.

Неготивной стороной PIO режима является активное использование CPU в процессе передачи данных. Это отрицательно сказывается на общей производительости систем, использующих многозадачные ОС и приложения, активно работающие с винчестером.

Особенности ATA-3

Стандарт ATA-3 подключаеть к одному кабелю два устройства. Это так называемая установка "Master/Slave", о которой Вы, наверное, уже слышали. На каждом современном винчестере есть перемычки, позволяющие выбрать, как будет инсталлирован Ваш винчестер. Если Вы подключаете его к крайнему разъему, то необходимо подключить его как master, если ко второму разъему, то как Slave. При невыполнении грамотной установки происходят разного рода конфликты, не позволяющие правильно работать системе. При подключении второго устройства необходимо помнить о уменьшении пропускной способности шины, что приводит к резкому снижению производительности. Ярчайшим примеров тому является ситуация, которая мучила не одно покаление пользователей. На первом разъеме "висит" винчестер, на втором CD-ROM. При запуске видеофильма наблюдается покадровое изображение.

Другой интересной особенностью ATA-3 является поддержка режима блочной передачи, когда каждый передающийся блок содержит несколько секторов вместо передачи их по одному. Такой режим позволяет несколько увеличить производительность жесткого диска.

Ну, и последняя уникальная.особенность, это поддержка технологии самодиагностики S.M.A.R.T. Эта функция постоянно проверяет производительность и целостность разных модулей жеского диска и в случае возникновения аварийной ситуации извещает пользователя. Таким образом появляется дополнительная возможность сохранить жизненно важные данные без больших затрат нервной системы и денег.

Что такое Enhanced IDE (EIDE)

Это - широко принятый протокол, если можно так выразиться, хотя он так и не был стандартизирован. Этот протокол был разработан и внедрен компанией Western Digital.Он позволяет использовать двойные IDE контроллеры, позволяющие подключать большое колличество устройств.

Самый последний и самый быстрый.

Интерфейс SCSI

Этот интерфейс очень редко применяется в домашних PC. Хотя он и лишен многих недостатков, присущих IDE. Обычно SCSI применяется в производительных рабочих станциях и серверах. Преимуществами этого интерфейса являются большая пропускная способнность шины, интелектуальное управление шиной. Кроме всего SCSI позволяет подключать большее число типов устройств, нежели IDE. Как и IDE/ATA, SCSI имеет массу модификаций, о которых мы расскажем далее.

Различные типы SCSI

Начнем с самого первого типа, SCSI интерфейса - SCSI-1. Он поддерживал 8-ми битную шину, наботающую на частоте 5МГц. Таким образом максимальная скорость передачи данных составляла 5MbСек. Этот интерфейс мог поддеривать до 8 устройств. Следующим покалением SCSI интерфейса стал т.н. SCSI-2, который сильно отличался от SCSI-1. Он имел более широкую шину данных (от 8-ми до 16ти бит), работающую на частоте от 5 до 10МГц. Теперь SCSI интерфейс научился поддерживать больше типов устройств, число одновременно подключенных выросло до 16.

SCSI-3 интерфейс так и не был стандартизирован. Хотя сегодня имеется несколько усовершенствований этого интерфейса, которые становятся уже, своего рода, отдельными стандартами.

Особенно интересны из них - Ultra SCSI, который является на сегодняшний день общим термином. Эта модификация имеет повышенную частоты шины - до 20МГц. Другими интересными, но более сложными модификациями интерфейса SCSI является Serial SCSI и Firewire. Эти модификации чем-то напоминают переход от SDRAM к Rambus, который заключается в уменьшении шины данных и резком увеличении частоты передачи данных. Так, Firewire сужает шину до 8 бит и увеличивает частоту до 400МГц!!! В будующем планируется поднять частоту до 1ГГц.

Seral SCSI (последовательный SCSI) - уже используется, но не для жестких дисков.

Вершиной Serial SCSI является SCSI-based тип, который применяется только в больших вычислительных системах и основывается на применении волоконного канала.Общая пропускная способность такой шины составляет порядка 100Mb/Сек. IBM и SUN уже имеют готовые решения на базе этой технологии.

Теперь, когда Вы имеете общие представления относительно разных стандартов SCSI, давайте перейдем к основным протоколам SCSI, с которыми Вам придется столкнуться при покупки SCSI винчестера.

Существует несколько основных терминов, из которых составляются различные типы протоколов: Fast, Wide и Ultra. Смешивая эти термины, можно получить названия, которые мы так часто видим в прайс-листах: Fast Wide, Ultra Wide, Ultra Fast & Wide и т.д.

Термин "Wide" (широкий) появился, благодаря появлению 16 битной шины. Таким образом 8 битная шина стала называться "Narrow" (узкий), а 16-ти битная - Wide. Сегодня наиболее распространнены Wide диски. Если в Вашей системе планируется использовать несколько SCSI дисков, очень не рекомендуется использовать "Narrow" и "Wide" винчестеры.

Следующие несколько терминов определяют частоту шины. Как Вы уже знаете, существует стандартная частота SCSI интерфейса - 5МГц. Если используется частота 10МГц, то это называется Fast. Если 20МГц - Ultra. При использовании нескольких устройств Вы можете смешивать различные скоростные термины. Дело в том, что SCSI устройства обратно совместимы.

Как определить скорость обмена данными?

Для определения скорости обмена необходимо перемножить ширину шины на частоту. Так, например, в случае Fast Wide SCSI берем частоту 10МГц (Fast) и умножаем на 2 (Wide 16 бит = 2 словам), получаем 20Mb/Сек. Самую большую скорость передачи позволяет получить Ultra Wide SCSI - 40MB/Сек.

И, наконец, самая последняя версия SCSI интерфейса - Ultra 2 Wide SCSI или U2W SCSI. Ultra 2 означает сверхвысокую частоту шины - 40МГц. Этот протокол позволит передавать до 80Mb/Сек.

Получить такое быстродействия от одного устройства невозмоожно, т.к. все упирается во внутреннюю стадию передачи данных.

Приемущество такой быстрой шины состоит в том, что SCSI устройства разумно управляют шиной передачи данных. если Вы используете несколько устройств, то Вы можете воспользоваться преимуществом увеличенной пропускной способности, разделяя ее между подключенными устройствами.

U2W - идеальный протокол для 3D моделирования, обработки видео и других задач, требующих частого обмена большими объемами данных с жестким диском. Большенство из нас не получат ощутимой выгоды от использования U2W.

Использование SCSI контроллера требует отдельного запроса прерывания, поэтому надо быть очень внимательным при инсталляции карты, чтобы не допустить разнообразных конфликтов.

Резюме

Итак, Вы можете нас спросить, что же мы рекомендуем? Ответ на этот вопрос зависит от двух моментов. Первый, что вы собираетесь делать? И второй, сколько денего Вы готовы потратить?