Pevné disky Štěpán Šípal

Rozvržení hodiny Fyzická struktura disku Solid State Disky Řadiče disků Logická struktura disku Disková pole RAID

Pevný disk Pevný disk počítače slouží k dlouhodobému ukládání dat uživatelů pracujících s počítačem. Pevný disk je jedna z nejpomalejších součástí dnešních počítačů. Z tohoto důvodu jsou v počítači ještě další paměti – operační paměť RAM a různé cache. Data jsou ukládána v digitální podobě (binární) jako magnetické bipóly na jednotlivé plotny pevného disku.

Fyzická struktura disku Plotny na které se ukládají data (kovové disky na které je obvykle zapisováno z obou stran). Rameno s hlavičkami pro zápis a čtení dat. Mechanika pohybující ramenem. Motorek točící diskem. Deska rozhraní pro připojení k základní desce a řízení práce disku.

Hard disk

Plotny Pevný disk obsahuje obvykle několik ploten umístěných nad sebou na jedné ose. Na plotny se zapisuje z obou stran, pouze krajní plotny jsou u některých disků zapisovány pouze z vnitřní strany. Plotny mají průměr 3,5 palce, případně 2,5 palce u notebooků (a menší u mobilních zařízení).

Rameno s čtecími hlavičkami Nad plotnami se pohybuje rameno s čtecími hlavami (nad každou plochou se pohybuje jedna čtecí/zapisovací hlavička). Všechny hlavičky jsou na jednom rameni, pohybují (vystavují) se tedy společně. Hlavičky plují velmi nízko nad plotnami na vzduchovém polštáři. Při vypnutí disku jsou automaticky zaparkovány do bezpečné oblasti, aby v případě otřesů nepoškodily data.

Hlavičky a rameno

Členění ploten Každá plotna se člení na jednotlivé stopy, to jsou soustředné kružnice. Dále jsou stopy rozděleny na části které se nazývají sektory. Sektor je nejmenší adresovatelná jednotka na pevném disku. Při výrobě disku je na začátek každého sektoru zapsán jeho identifikátor.

Členění ploten Nad každým povrchem se vznáší jedna záznamová hlavička. Všechny hlavičky jsou na společném rameni, pokud se tedy posune hlavička 1 na stopu 45, posunou se na danou stopu i zbývající hlavičky. Stopám stejně vzdáleným od středu na všech plochách se říká cylindr.

Stopy a cylindry

Adresování na disku Adresování disku je tedy možné na základě třech údajů – číslo stopy, číslo plochy a identifikace sektoru ze kterého chceme číst/zapisovat.

Výkon pevných disků Výkon samotného disku ovliňuje především doba vystavení hlavičky a doba čekání Vystavení hlavičky – za jak dlouho hlavička dorazí nad danou stopu. Doba čekání – za jakou dobu se pod hlavičkou objeví hledaný sektor. Doba čekání se zkracuje díky vyšší rychlosti otáčení pevných disků – dnes běžné disky dosahují 7 200 otáček za minutu, výkonné až 15 000, notebookové pak 4 200 kvůli úspoře energie.

Vyrovnávací paměť Aby nedocházelo k prodlevám při zapisování a čtení dat, je přímo na disku umístěna vyrovnávací cache paměť o velikosti 2-16 MB. Pokud tedy počítač potřebuje zapsat data, nemusí vždy čekat na dokončení jejich zápisu, data se načtou do cache paměti s zapíšou se postupně dle fyzických možností disku. Stejnětak při čtení jsou data z cache postupně odesíláná podle propustnosti sběrnice.

Kapacita disků Běžné disky do PC dnes mají kapacitu zhruba do 3 TB (3 000 GB), nicméně stav se poměrně rychle mění. Vyšší kapacita se navyšuje především vyšším zahuštěním záznamu. Hlavičky se nad diskem pohybují stále níže, potřebují tedy slabší magnetické pole, což umožňuje vyšší hustotu záznamu.

SSD – Solid State Drive Zajišťuje obdobnou službu jako běžné HDD. Data neukládá na plotny, ale na flash paměť, neobsahuje tedy jako HDD žádné nespolehlivé pohyblivé části. Má nižsí spotřebu elektrické energie. Využívá stejné rozhraní jako HDD, tedy PATA, SATA. SSD mají obvykle vyšší rychlost čtení dat než HDD.

Solid State Drive vs HDD

SSD - nevýhody Flash paměť má omezený počet zapsaní dat do stejné oblasti (udává se cca 100 000). Operační systémy neumí se SSD správně pracovat (nedokáží využívat jejich výkon, pracují s nimi jako s běžnými disky).

Řadiče disků EIDE – na motherboardu jsou obvykle dva kanály EIDE, na ty se pomocí plochého kabelu dají napojit vždy dvě zařízení Maximální přenosová rychlost ccs 22 MB/s. SATA – sériové rozhraní které dnes prakticky nahradilo EIDE K jednomu zařízení je vždy samostatný kabel. Přenosová rychlost SATA II je 300 MB/s. Plug and play disků.

Disková pole RAID Redundant Array of Independent Disks. Slouží pro zvyšování výkonu a stability systému díky propojení několika shodných disků. Distribuce dat na více disků (zrychlení zápisu), zrcadlení dat (zabezpečení proti ztrátě), případně kombinace obojího. Operační systém tyto spolupracující disky vidí jako jeden běžný disk.

RAID 0 Rozdělení dat na dva a více disků (striping). Na každém disku je pouze část dat. Zrychluje ukládání a načítání dat, jejich tok se rozdělí mezi více disků. V případě ztráty dat na jednom disku jsou ztracena všechna data!

RAID 1 Zrcadlení disků. Používá se pro zvýšení spolehlivosti úložného prostoru. Dva disky mají naprosto shodný obsah. Při havárii jednoho disku je možno data obnovit z druhého. Čtení může být rychlejší (čteme ze dvou disků).

RAID 5 Využívá 3 pevné disky. Data jsou mezi ně střídavě distribuována. K datům se vypočítává parita (XOR), ta je uložena rovnoměrně na všech discích – všechny disky jsou opotřebovávány rovnoměrně. Vyšší rychlost čtení dat (čte se z více disků najednou). Nižší rychlost zápisu dat (vypočítává se parita).

RAID O+1 a 1+0 Integrace prvků RAID 1 a RAID 0. Data jsou podle typu buďto nejdříve zrcadlena a poté stripována, nebo naopak. Potřeba minimálně čtyři disky. Zrychlení zápisu, čtení a zabezpečení při hávárii disku.