Úložiště disku - Disk storage

Úložiště disků (někdy také nazývané úložiště disků ) je obecná kategorie úložných mechanismů, kde jsou data zaznamenávána různými elektronickými, magnetickými, optickými nebo mechanickými změnami povrchové vrstvy jednoho nebo více rotujících disků. Disková jednotka je zařízení, kterým se provádí takový úložný mechanismus. Pozoruhodné typy jsou jednotka pevného disku (HDD) obsahující nevyměnitelný disk, disketová jednotka (FDD) a její vyměnitelná disketa a různé jednotky optických disků (ODD) a přidružená média optických disků .

( Pravopisný disk a disk se používají zaměnitelně s výjimkou případů, kdy ochranné známky vylučují jedno použití, např. Logo Compact Disc. Volba konkrétní formy je často historická, stejně jako v případě použití formy disku společností IBM počínaje rokem 1956 s „ diskovým úložištěm IBM 350jednotka ").

Šest jednotek pevného disku
Tři disketové jednotky
Jednotka CD-ROM (optická)

Pozadí

Zvukové informace byly původně zaznamenány analogovými metodami (viz Záznam a reprodukce zvuku ). Podobně první video disk používal analogovou metodu záznamu. V hudebním průmyslu byl analogový záznam většinou nahrazen digitální optickou technologií, kde jsou data zaznamenávána v digitálním formátu s optickými informacemi.

Prvním komerčním zařízením pro ukládání digitálních disků byl IBM 350, který byl dodán v roce 1956 jako součást výpočetního systému IBM 305 RAMAC . S náhodným přístupem , ukládání disků s nízkou hustotou byl vyvinut pro doplnění již používá sekvenční přístup , skladování s vysokou hustotou poskytované páskové jednotky pomocí magnetické pásky . Intenzivní inovace v technologii diskových úložišť spolu s méně razantními inovacemi v oblasti páskového úložiště snížila rozdíl v pořizovacích nákladech na terabajt mezi diskovým úložištěm a páskovým úložištěm; celkové náklady na vlastnictví dat na disku, včetně napájení a správy, však zůstávají vyšší než náklady na pásku.

Úložiště disků se nyní používá jak v úložištích počítačů, tak v úložištích spotřební elektroniky, např. Audio CD a video disky ( VCD , standardní DVD a Blu-ray ).

Data na moderních discích jsou ukládána do bloků s pevnou délkou, obvykle nazývaných sektory, jejichž délka se pohybuje od několika set do mnoha tisíců bajtů. Hrubá kapacita diskové jednotky je jednoduše počet povrchů disku krát počet bloků / povrch krát počet bajtů / blok. V určitých starších jednotkách IBM CKD byla data uložena na magnetické disky s bloky s proměnnou délkou, tzv. Záznamy; délka záznamu se může lišit na discích i mezi nimi. Kapacita se snižovala se snižováním délky záznamu kvůli nutným mezerám mezi bloky.

Přístupové metody

Jednotky digitálních disků jsou bloková úložná zařízení . Každý disk je rozdělen do logických bloků (kolekce sektorů). Bloky jsou adresovány pomocí jejich adres logických bloků (LBA). Čtení z disku nebo zápis na disk probíhá při granulárnosti bloků.

Původně byla kapacita disku poměrně nízká a byla vylepšena jedním z několika způsobů. Vylepšení v mechanické konstrukci a výrobě umožňovaly menší a přesnější hlavy, což znamená, že na každý z disků bylo možné uložit více stop. Pokrok v metodách komprese dat umožnil uložení více informací v každém z jednotlivých sektorů.

Jednotka ukládá data do válců, hlav a sektorů . Sektorová jednotka je nejmenší velikost dat, která mají být uložena na jednotku pevného disku, a každému souboru bude přiřazeno mnoho sektorových jednotek. Nejmenší entita na CD se nazývá rámec, který se skládá z 33 bajtů a obsahuje šest kompletních 16bitových stereofonních vzorků (dva bajty × dva kanály × šest vzorků = 24 bajtů). Dalších devět bajtů se skládá z osmi bajtů pro opravu chyb CIRC a jednoho bajtu subkódu používaného pro ovládání a zobrazení.

Informace se odesílají z procesoru počítače do systému BIOS na čip, který řídí přenos dat. To je poté odesláno na pevný disk pomocí vícevodičového konektoru. Jakmile jsou data přijata na desce s plošnými spoji jednotky, jsou přeložena a komprimována do formátu, který může jednotlivá jednotka použít k uložení na samotný disk. Data jsou poté předána čipu na desce s obvody, který řídí přístup k jednotce. Jednotka je rozdělena na sektory dat uložených na jedné ze stran jednoho z interních disků. HDD se dvěma disky interně bude obvykle ukládat data na všech čtyřech površích.

Hardware na měniči říká ramenu ovladače, kam má jít pro příslušnou stopu a komprimovaná informace se poté posílá dolů do hlavy, která mění fyzikální vlastnosti například opticky nebo magneticky každého bajtu na měniči, čímž ukládá Informace. Soubor není uložen lineárně, spíše je uchován nejlepším způsobem pro nejrychlejší načtení.

Rychlost otáčení a rozložení stopy

Porovnání několika forem diskových úložišť zobrazujících stopy (v měřítku); zelená označuje začátek a červená označuje konec.
* Některé rekordéry CD-R (W) a DVD-R (W) / DVD + R (W) fungují v režimech ZCLV, CAA nebo CAV.

Mechanicky se uvnitř pohonu vyskytují dva různé pohyby. Jedním z nich je rotace disků uvnitř zařízení. Druhým je pohyb hlavy ze strany na stranu přes disk, když se pohybuje mezi stopami.

Existují dva typy metod rotace disku:

Sledování polohy také sleduje dvě různé metody napříč diskovými úložnými zařízeními. Úložná zařízení zaměřená na uchovávání počítačových dat, např. Pevné disky, FDD, jednotky zip Iomega , používají k ukládání dat soustředné stopy. Během operace sekvenčního čtení nebo zápisu poté, co jednotka přistupuje ke všem sektorům ve stopě, přemístí hlavu (hlavy) na další stopu. To způsobí okamžité zpoždění toku dat mezi zařízením a počítačem. Naproti tomu optické zvukové a video disky používají jedinou spirálovou stopu, která začíná v nejvnitřnějším bodě disku a nepřetržitě proudí k vnějšímu okraji. Při čtení nebo zápisu dat není nutné zastavit tok dat pro přepínání skladeb. Je to podobné jako u vinylových desek, kromě toho, že vinylové desky začínají na vnějším okraji a spirálovitě směřují ke středu.

Rozhraní

Rozhraní diskové jednotky je mechanismus / protokol komunikace mezi zbytkem systému a samotnou diskovou jednotkou. Úložná zařízení určená pro stolní a mobilní počítače obvykle používají rozhraní ATA ( PATA ) a SATA . Podnikové systémy a špičková úložná zařízení budou kromě určitých použití SATA obvykle používat rozhraní SCSI , SAS a FC .

Základní terminologie

  • Disk - Obecně se jedná o magnetická média a zařízení.
  • Disk - požadováno ochrannými známkami pro určitá optická média a zařízení.
  • Talíř - individuální záznamový disk. Jednotka pevného disku obsahuje sadu tácy. Vývoj optické technologie vedl k několika záznamovým vrstvám na DVD .
  • Vřeteno - točící se náprava, na které jsou namontovány talíře.
  • Rotace - talíře se otáčejí; běžné jsou dvě techniky:
    • Konstantní úhlová rychlost (CAV) udržuje disk v rotaci pevnou rychlostí, měřenou v otáčkách za minutu (RPM). To znamená, že hlavy pokrývají větší vzdálenost za jednotku času na vnějších stopách než na vnitřních stopách. Tato metoda je typická pro pevné disky počítačů.
    • Konstantní lineární rychlost (CLV) udržuje pevnou vzdálenost ujetou hlavami za jednotku času. Disk se tedy musí zpomalit, když se rameno pohybuje k vnějším stopám. Tato metoda je typická pro jednotky CD .
  • Stopa - Kruh zaznamenaných dat na jedné záznamové ploše talíře.
  • Sektor - segment stopy
  • Nízkoúrovňové formátování - vytváření stop a sektorů.
  • Hlava - Zařízení, které čte a zapisuje informace - magnetické nebo optické - na povrch disku.
  • Rameno - Mechanická sestava, která podporuje hlavu při jejím pohybu dovnitř a ven.
  • Čas hledání - Čas potřebný k přesunu hlavy do nové polohy (konkrétní stopa).
  • Latence rotace - Průměrná doba, když je paže na správné cestě, než je hlava nad požadovaným sektorem.
  • Rychlost přenosu dat - Rychlost přenosu bitů uživatelských dat z média nebo na médium. Technicky by se to dalo přesněji nazvat „hrubou“ rychlostí přenosu dat .

Viz také

Reference