Дисковое хранилище

Дисковое хранилище (также иногда называемое дисковым хранилищем ) — это механизм хранения данных, основанный на вращающемся диске. При записи используются различные электронные, магнитные, оптические или механические изменения поверхностного слоя диска. Дисковод — это устройство , реализующее такой механизм хранения. Известные типы — жесткие диски (HDD), содержащие одну или несколько несъемных жестких пластин ; дисковод гибких дисков (FDD) и его съемный дисковод ; и различные приводы оптических дисков (ODD) и соответствующие носители оптических дисков .

( Орфографический диск и диск используются как взаимозаменяемые, за исключением случаев, когда товарные знаки исключают одно использование, например, логотип Compact Disc. Выбор конкретной формы часто является историческим, как в случае с использованием IBM формы диска , начиная с 1956 года с « диска IBM 350 ». единица хранения ».)

Фон

Аудиоинформация изначально записывалась аналоговыми методами (см. Запись и воспроизведение звука ). Аналогично, первый видеодиск использовал аналоговый метод записи. В музыкальной индустрии аналоговая запись в основном заменена цифровой оптической технологией, при которой данные записываются в цифровом формате с оптической информацией.

Первым коммерческим цифровым дисковым запоминающим устройством был IBM 350 , который поступил в продажу в 1956 году как часть вычислительной системы IBM 305 RAMAC . хранения с Диски с произвольным доступом и низкой плотностью были разработаны в дополнение к уже используемым устройствам последовательным доступом и высокой плотностью, обеспечиваемым ленточными накопителями с использованием магнитной ленты . Энергичные инновации в технологии дисковых хранилищ в сочетании с менее энергичными инновациями в ленточных хранилищах позволили сократить разницу в стоимости приобретения за терабайт между дисковыми и ленточными хранилищами; однако общая стоимость владения данными на диске, включая питание и управление, остается выше, чем у ленточных накопителей. ^[1]

Дисковая память теперь используется как в компьютерной памяти, так и в бытовой электронной памяти, например, аудио-CD и видеодисках ( VCD , DVD и Blu-ray ).

Данные на современных дисках хранятся в блоках фиксированной длины, обычно называемых секторами и различающихся по длине от нескольких сотен до многих тысяч байт. Общая емкость диска — это просто количество поверхностей диска, умноженное на количество блоков/поверхностей, умноженное на количество байтов/блока. В некоторых устаревших дисках IBM CKD данные хранились на магнитных дисках с блоками переменной длины, называемыми записями; длина записи может различаться на разных дисках. Емкость уменьшалась по мере уменьшения длины записи из-за необходимых промежутков между блоками.

Методы доступа

Цифровые дисководы представляют собой блочные устройства хранения данных . Каждый диск разделен на логические блоки (набор секторов). Блоки адресуются с использованием их логических адресов блоков (LBA). Чтение с диска или запись на диск происходит в зависимости от детализации блоков.

Первоначально емкость диска была довольно низкой и была улучшена одним из нескольких способов. Улучшения в механической конструкции и производстве позволили уменьшить головки и сделать их более точными, а это означает, что на каждом из дисков можно было хранить больше дорожек. Достижения в методах сжатия данных позволили хранить больше информации в каждом из отдельных секторов.

Привод хранит данные в цилиндрах, головках и секторах . Секторная единица представляет собой наименьший размер данных, которые могут храниться на жестком диске, и каждому файлу будет назначено множество секторных единиц. Наименьший объект на компакт-диске называется кадром, который состоит из 33 байтов и содержит шесть полных 16-битных стереосэмплов (два байта × два канала × шесть сэмплов = 24 байта). Остальные девять байтов состоят из восьми байтов коррекции ошибок CIRC и одного субкода, байта используемого для управления и отображения.

Информация отправляется из процессора компьютера в BIOS в микросхему, управляющую передачей данных. Затем он отправляется на жесткий диск через многопроводной разъем. Как только данные поступают на печатную плату привода, они преобразуются и сжимаются в формат, который отдельный привод может использовать для хранения на самом диске. Затем данные передаются на чип на плате, который контролирует доступ к диску. Диск разделен на сектора данных, хранящихся на одной из сторон одного из внутренних дисков. Жесткий диск с двумя внутренними дисками обычно хранит данные на всех четырех поверхностях.

Аппаратное обеспечение на диске сообщает рычагу привода, куда ему следует идти по соответствующей дорожке, а затем сжатая информация отправляется в головку, которая изменяет физические свойства, оптически или магнитно, например, каждого байта на диске. , таким образом сохраняя информацию. Файл не хранится линейно; скорее, он хранится наилучшим образом для скорейшего извлечения.

Скорость вращения и расположение дорожек

Механически внутри привода происходят два разных движения. Один из них — вращение дисков внутри устройства. Другой — это движение головки из стороны в сторону по диску при перемещении между дорожками.

Существует два типа способов вращения диска:

постоянная линейная скорость (используется в основном в оптических накопителях) изменяет скорость вращения оптического диска в зависимости от положения головки и
постоянная угловая скорость (используется в жестких дисках, стандартных FDD, некоторых системах оптических дисков и виниловых аудиозаписях ) вращает носитель с одной постоянной скоростью независимо от того, где расположена головка.

Позиционирование трека также осуществляется двумя разными методами на дисковых устройствах хранения данных. Устройства хранения данных, предназначенные для хранения компьютерных данных, например жесткие диски, флэш-диски и zip-диски Iomega , используют концентрические дорожки для хранения данных. Во время операции последовательного чтения или записи, после того как привод обращается ко всем секторам дорожки, он перемещает головку(и) на следующую дорожку. Это приведет к кратковременной задержке потока данных между устройством и компьютером. Напротив, в оптических аудио- и видеодисках используется одна спиральная дорожка, которая начинается в самой внутренней точке диска и непрерывно переходит к внешнему краю. При чтении или записи данных нет необходимости останавливать поток данных для переключения треков. Это похоже на виниловые пластинки, за исключением того, что виниловые пластинки начинаются с внешнего края и закручиваются по спирали к центру.

Интерфейсы

Интерфейс жесткого диска — это механизм/протокол связи между остальной частью системы и самим дисководом. Устройства хранения данных, предназначенные для настольных и мобильных компьютеров, обычно используют ATA ( PATA ) и SATA интерфейсы . Корпоративные системы и высокопроизводительные устройства хранения обычно используют интерфейсы SCSI , SAS и FC в дополнение к некоторому использованию SATA.

Основная терминология

Диск

Обычно относится к магнитным носителям и устройствам.

Диск

Требуется для товарных знаков для определенных оптических носителей и устройств.

блюдо

Индивидуальный диск для записи. Жесткий диск содержит набор пластин. Развитие оптических технологий привело к появлению нескольких слоев записи на DVD .

Шпиндель

вращающаяся ось, на которой установлены диски.

Вращение

Тарелки вращаются; распространены две техники:

Постоянная угловая скорость (CAV) обеспечивает вращение диска с фиксированной скоростью, измеряемой в оборотах в минуту (об/мин). Это означает, что головки преодолевают большее расстояние за единицу времени на внешних дорожках, чем на внутренних. Этот метод типичен для жестких дисков компьютера.
Постоянная линейная скорость (CLV) сохраняет фиксированным расстояние, пройденное головками за единицу времени. Таким образом, диск должен замедлиться, когда рычаг движется к внешним направляющим. Этот метод типичен для приводов компакт-дисков .

Отслеживать: Круг записанных данных на одной записывающей поверхности пластины.
Сектор: Отрезок трека
Низкоуровневое форматирование: Установление дорожек и секторов.
Голова: Устройство, которое считывает и записывает информацию (магнитную или оптическую) на поверхность диска.
Рука: Механический узел, который поддерживает головку при ее движении внутрь и наружу.
Ищите время: Время, необходимое для перемещения головки в новое положение (конкретный трек).
Задержка вращения: Среднее время, когда рука находится на правильном пути, прежде чем голова окажется над желаемым сектором.
Скорость передачи данных: Скорость, с которой биты пользовательских данных передаются из или в среду передачи. Технически это точнее было бы называть «валовой» скоростью передачи данных .

См. также

Ссылки

^ Ричард Л. Мур; и др. (3 мая 2007 г.). «Модели стоимости хранения на дисках и лентах» (PDF) . Суперкомпьютерный центр Сан-Диего, Калифорнийский университет в Сан-Диего. Архивировано (PDF) из оригинала 25 июля 2008 г. Проверено 20 февраля 2013 г.

[1] Ричард Л. Мур; и др. (3 мая 2007 г.). «Модели стоимости хранения на дисках и лентах» (PDF) . Суперкомпьютерный центр Сан-Диего, Калифорнийский университет в Сан-Диего. Архивировано (PDF) из оригинала 25 июля 2008 г. Проверено 20 февраля 2013 г.

[1]