X13UIT Pevné a pružné disky

X13UIT Pevné a pružné disky
Lecture 5 Ing. Martin Molhanec, CSc.

Pevné a pružné disky Princip: magnetický záznam
Určeno pro trvalé uchovávání dat Hromadná paměť Levné a rychlé záznamové medium Je levnější nežli polovodičové paměti Je rychlejší nežli magnetické pásky

Pevný disk - princip hlava strana plotna stopa cylinder

Adresace na pružném disku
Stopa Strana 1 Strana 2 Sektor

Adresace na pružném disku
Velikost sektoru: BPS (Bytes Per Sector) Počet sektorů na stopu: SPT (Sectors Per Track) Počet stop na stranu: TPS (Tracks Per Side) KAPACITA: BPS*SPT*TPS*(2 nebo 1) Lineární adresa sektoru: sektor+(stopa-1)*SPT+strana*TPS*SPT

Adresace na pevném disku
Cylindr Stopa Hlava Spíše nežli hlava by mělo být plotna. Sektor

Adresace na pevném disku
Velikost sektoru: BPS (Bytes Per Sector) Počet sektorů na stopu: SPT (Sectors Per Track) KAPACITA: BPS*SPT*HEADS*CYLINDERS Lineární adresa sektoru: sektor+SPT*(hlava-1)+SPT*HEADS*(cylindr-1)

Pevný disk

Pevný disk Adresace: CHS – cylindr, hlava, sektor (cylinder, head, sector) Kapacita = C x H x S x BPS (byte per sector) Rychlost přenosu (Disc Transfer Rate) závisí na: Šířka a rychlost propojovací sběrnice Velikost paměti cache na disku Rychlost otáček Doba přístupu = doba vystavení + doba čekání rotační Doba vystavení = najetí na cylindr (krokový motor, elmag. cívka) Doba čekání rotační = najetí na sektor (rychlost otáčení disku)

Pevný disk Kódování – MFM, RLL (2x větší kapacita)
Důvod pro kódování je ten, aby za sebou nebyly jen samé 0 nebo 1 ECC – error correction code, je součástí sektoru Umožňuje kontrolu chyb při čtení Parkování disku – u dnešních disků automatické Zabraňuje poškození plotny a hlavičky při manipulaci Prekompenzace – staré disky, změna fáze signálu u středu disku, kde je hustší záznam

Interleave (prokládání sektorů)
Bez prokládání 1 2 3 4 5 6 7 8 Systém nestačí číst sektory, tak jak jsou za sebou. Mezi čtením 1 a 2 sektoru ztratí systém celou otočku ! S prokládáním 1 4 7 2 5 8 3 6 Systém stačí číst sektory, tak jak jsou za sebou. Mezi čtení 1 a 2 sektoru ztratí pouze 2 sektory!

Skew (posunutí stop) Bez prokládání 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 Přesun systému ze stopy na stopu trvá určitou dobu (doba najetí), proto ikdyž interleave=0, nestihne se počátek na další stopě.

Skew (posunutí stop) S prokládáním 5 6 7 8 1 2 3 4 3 4 5 6 7 8 1 2 Přesun systému ze stopy na stopu trvá určitou dobu, proto jsou sektory mezi dvěma stopami posunuty!

Pevný disk Teplotní kalibrace – moderní disky mají autokalibraci
Pří zahřívání se plotny roztahují ZBR – Zóne Bit Recording rozdílný počet sektorů na vnitřních a vnějších stopách Cache – vyrovnávací paměť na disku zlepšuje výkonnost disku MTBF – střední doba mezi chybami S.M.A.R.T. – autodiagnostika disku během jeho chodu Hlučnost – důležité u multimedií

Různá rozhraní HDC S DISK HDC – hard disk controller, S – separátor
Bus: ISA VESA PCI ST506 HDC S DISK HDC – hard disk controller, S – separátor

Různá rozhraní HDC S DISK HDC S DISK
Bus: ISA VESA PCI ST506 HDC S DISK ESDI HDC S DISK HDC – hard disk controller, S – separátor

Různá rozhraní HDC S DISK HDC S DISK B C HDC S DISK
Bus: ISA VESA PCI ST506 HDC S DISK ESDI HDC S DISK IDE (EIDE) B C HDC S DISK HDC – hard disk controller, S – separátor B – budič, C – cache

Různá rozhraní HDC S DISK HDC S DISK B C HDC S DISK HA C HDC S DISK
Bus: ISA VESA PCI ST506 HDC S DISK ESDI HDC S DISK IDE (EIDE) B C HDC S DISK SCSI HA C HDC S DISK HDC – hard disk controller, S – separátor B – budič, C – cache, HA – host adapter

ST506 Toto rozhraní vzniklo na základě připojení disku ST506 (SHUGART, později SEAGATE) pomocí řadiče (WD1003) u první počítačů IBM PC fy IBM. Ostatní firmy toto připojení napodobovaly. XT počítače neměly pro připojení disků žádnou podporu, proto na každém řadiči bylo rozšíření BIOSu ve kterém byla softwarová podpora pro ovládání disku. Parametry disku se nastavovaly přepínači na řadiči. AT počítače měly pro tento typ disku standardní SW podporu v BIOSu. Parametry se nastavovaly v BIOSu a uchovávaly se v paměti CMOS. V řadiči již nebyla nutná SW podpora. Připojení dvěma kabely, až dva disky. Rychlost přenosu cca 0.5 až 1 MB/s Kódování MFM disky – menší kapacita, levnější RLL disky – větší kapacita, kvalitnější

ESDI Enhanced Small Device Interface
Firma MAXTOR Vylepšení ST506, separátor se přesunul na disk, tím bylo možné prodloužit kabely a zvýšit rychlost přenosu až na 3 MB/s Disk uměl posílat svoji konfiguraci řadiči Toto rozhraní bylo bohužel na svoji dobu příliš drahé a neuspělo!

IDE Integrated Device Electronics
V roce 1986 firma Western Digital (COMPAQ) Jako ATA (AT attachment) v roce 1990, standard ANSI 1994 Řadič i separátor jsou umístěny na disku, to bylo umožněno tím, že samotný řadič byl levný a výkonný. Na sběrnici se připojuje pouze karta s budiči (IDE adapter) nesprávně nazývaná řadič! (Ale ten je na disku). Na disku je také brzy integrována i cache pro zvýšení výkonnosti. Připojení je stále kompatibilní s rozhraním ST506. Nejedná se o sběrnici ! Jde vlastně o vytažený port!

IDE později ATA Je možné připojit dva disky na jeden kanál, jako master a slave. Připojení je jedním kabelem (40 pinů) se třemi konektory. Rychlost 8 MB/s, režimy PIO 0 až 2, DMA 0 až 2 Velikost disku 504 MB maximálně, tzv. první limit. IDE adaptér pro XT se nazýval XTA (XT attachment) Pro zvýšení výkonu se později IDE adaptéry dělaly pro sběrnici VESA, výjimečně pro sběrnici PCI. Na IDE řadič se obvykle umisťovalo rozhraní sériové a paralelní.

EIDE, Fast ATA, ATA-2 Jedná se rozšíření standardu ATA v roce 1994
EIDE navrhla firma Western Digital Fast ATA navrhla firma Seagate Obě rozšíření se překrývala a byla ANSI standardizována jako ATA-2 v roce 1996 Kapacita disků >504 MB (LARGE, LBA) 2 kanály – 4 disky PIO 0 až 4, DMA 0 až 2, maximální rychlost až 16.6 MB/s Multiword přenos, identifikace disku, block mode Zpětně kompatibilní s ATA (IDE) IDE adapter již není samostatná deska do PC, ale je integrován přímo na MB a stává se součástí čipsetu. Není to již pouze budič, ale složitější obvod, který zajišťuje složitější komunikaci s diskem. Místo o prodloužení portu lze již mluvit spíše o sběrnici. Připojení je v úrovni sběrnice PCI.

ATAPI ATAPI = ATA Packet Interface
Jedná se způsob připojení CDROM prostřednictvím rozhraní ATA-2 (EIDE). HW je připojení pochopitelně totožné. PO stránce SW se komunikace odehrává ale jinak. S CDROM se komunikuje pomocí příkazů, které jsou podobné příkazům u disků s rozhraním SCSI – tzv. ASPI. Před vznikem ATAPI se CDROM připojovaly: Přes SCSI rozhraní (profesionální použití CDROM) Přes proprietární rozhraní výrobců zvukových karet (asi 3 hlavní rozhraní)

Vývoj ATA ATA-1 (1990) 1994 ATA-2 (1994) 1996 ATA – 3 1997 2 HDD
PIO 0,1,2 DMA 0,1,2 multiword DMA 0 ATA-2 (1994) 1996 PIO 0,1,2,3,4 Multiword DMA 0,1,2 Block transfer LBA addressing Lepší Identify příkaz ATA – definice 40 žilový kabelu SMART Ochrana device heslem

Vývoj ATA ATAPI v polovině 90let ATA/ATAPI – 4 1998 ATA/ATAPI – 5 2000
AT Attachment Packet Interface Umožňuje připojení CDROM přes ATA rozhraní, podobně jako SCSI Původně samostatný standard, později se stal součástí ATA standardu ATA/ATAPI – UltraDMA 0,1,2 (16,25,33MB/s), přenos při vzestupné a sestupné hraně hodinového signálu CRC kontrola přenosu a další vylepšení ATA/ATAPI – UltraDMA 3,4 (44,66) 80 žilový kabel pro omezení rušení

Vývoj ATA ATA/ATAPI – 6 2001 ATA/ATAPI – 7 2002
UltraDMA 5 (100) LBA (48,64bit), Noise reduction, Audio Video Streaming ATA/ATAPI – UltraDMA 6 (133) Další rozvoj standardu naráží na omezení  Seriál ATA (SATA)

Cycle Time (nanoseconds) Maximum Transfer Rate (MB/s)
PIO modes PIO Mode Cycle Time (nanoseconds) Maximum Transfer Rate (MB/s) Defining Standard Mode 0 600 3.3 ATA Mode 1 383 5.2 Mode 2 240 8.3 Mode 3 180 11.1 ATA-2 Mode 4 120 16.7

DMA singleword modes DMA Mode Cycle Time (nanoseconds) Maximum Transfer Rate (MB/s) Defining Standard Single Word Mode 0 960 2.1 ATA Single Word Mode 1 480 4.2 Single Word Mode 2 240 8.3

DMA multiword modes DMA Mode Cycle Time (nanoseconds) Maximum Transfer Rate (MB/s) Defining Standard Multiword Mode 0 480 4.2 ATA Multiword Mode 1 150 13.3 ATA-2 Multiword Mode 2 120 16.7

Ultra DMA modes Ultra DMA Mode Cycle Time (nanoseconds) Maximum Transfer Rate (MB/s) Defining Standard Mode 0 240 16.7 ATA/ATAPI-4 Mode 1 160 25.0 Mode 2 120 33.3 Mode 3 90 44.4 ATA/ATAPI-5 Mode 4 60 66.7 Mode 5 40 100.0 ATA/ATAPI-6 Mode 6 20 133.0 ATA/ATAPI-7

40 a 80 žilový kabel

IDE myths Je známa skutečná geometrie IDE disku?
Známe pouze logickou geometrii. Musí vyhovovat omezením rozhraní ATA C=65536, H=16, S=256 Moderní disky používají ZBR (Zone Bit Recording=různé počty sektorů na stopách) NE!

IDE myths Smí se IDE disky doopravdy low level formátovat?
Neznáme totiž skutečnou=fyzickou geometrii. Moderní disky navíc používají ZBR (Zone Bit Recording=různé počty sektorů na stopách) Formátovací příkaz se většinou ignoruje Jeho vykonání může disk „poškodit“ Lze odstranit firemní low level utilitou NE!

Úzká hrdla komunikace s diskem
Šířka a frekvence ATA kabeluvýkon Počet bitů adresace kapacita Inteligence ovládání  výkon HDD BIOS

HDD BIOS Zavaděč Operační systém Schopnost adresace kapacita Int13h Int 13h extensions

HDD BIOS Zavaděč Schopnost adresace  kapacita Int13h Int 13h extensions Operační systém

Magické limity

Bariery - Limity Jak se disky postupně zvětšovaly přicházely postupně různé limity, které způsobovaly problémy. Důvod Systémový Chyby programátorů BIOSu Jak BIOS reaguje? Příklad: limit 3GB, disk 4GB Omezuje: omezí 4GB na 3GB Vrapuje: myslí si, že pracuje s 4-3=1GB diskem Kousne se  Řešením je upgrade BIOSu!

The 1024 Cylinder Barrier (504MiB / 528 MB)
HDD WD1003 Disk Fyzické CHS ATA

HDD BIOS WD1003 Disk Logické CHS ATA Fyzické CHS ATA

HDD IO.SYS BIOS WD1003 Disk Logické CHS INT13 Logické CHS ATA Fyzické CHS ATA

HDD IO.SYS BIOS WD1003 Disk Logické CHS INT13 Logické CHS ATA Fyzické CHS ATA Cmax Hmax Smax Kapacitamax BIOS Int13 1024 256 63 8GB 10+8+6=24b

HDD IO.SYS BIOS WD1003 Disk Logické CHS INT13 Logické CHS ATA Fyzické CHS ATA Cmax Hmax Smax Kapacitamax BIOS Int13 1024 256 63 8GB 10+8+6=24b IDE/ATA 65 536 16 128GB 16+4+8=28b

HDD IO.SYS BIOS WD1003 Disk Logické CHS INT13 Logické CHS ATA Fyzické CHS ATA Cmax Hmax Smax Kapacitamax BIOS Int13 1024 256 63 8GB 10+8+6=24b IDE/ATA 65 536 16 128GB 16+4+8=28b Min 504MB 10+4+6=20b

Jak 504MB barieru překonáme ?
Transformace parametrů (1. řešení) Extended CHS (ECHS, XCHS, LARGE) BIOS provádí přepočet mezi parametry na straně INT13 (vstup do BIOSu) a na straně ATA (výstup z BIOSu), tak aby specifikovaly stejně velkou kapacitu HDD! Není jediný způsob translace! Nekompatibilita naformátovaných disků! Nejčastěji dělíme cylindry mocninou 2 (2, 4, 8,…) a tím samým číslem násobíme počet hlav. Počet cylindrů zůstává zachován.

The 1024 Cylinder Barrier HDD Cmax Hmax Smax Kapacitamax TRANFORMACE!
IO.SYS BIOS WD1003 Disk Logické CHS INT13 Logické CHS ATA Fyzické CHS ATA Cmax Hmax Smax Kapacitamax CHS output 6136 16 63 3GB Max for output 65 536 256 128GB

IO.SYS BIOS WD1003 Disk Logické CHS INT13 Logické CHS ATA Fyzické CHS ATA Cmax Hmax Smax Kapacitamax CHS output 6136 16 63 3GB Max for input 1024 256 8GB

IO.SYS BIOS WD1003 Disk Logické CHS INT13 Logické CHS ATA Fyzické CHS ATA Cmax Hmax Smax Kapacitamax CHS output 6136 16 63 3GB Faktor 8 8 - Max for input 1024 256 8GB

IO.SYS BIOS WD1003 Disk Logické CHS INT13 Logické CHS ATA Fyzické CHS ATA Cmax Hmax Smax Kapacitamax CHS output 6136 16 63 3GB Faktor 8 8 - CHS input 767 128 Max for input 1024 256 8GB

Jak 504MB barieru překonáme ?
Transformace parametrů (2. řešení) LBA (Logical Block Address) Lineární adresování sektorů na disku Ale POZOR LBA bez transformace nic neřeší!!! Výhoda – transformace je definována jednoznačně Nevýhoda – stejnak není kompatibilní, více vstupních hodnot může dávat stejný výstup! Je pomalejší (musí se doopravdy násobit!) Musí podporovat, jak HDD, tak BIOS!

The 1024 Cylinder Barrier HDD LBA Cmax Hmax Smax Kapacitamax
TRANFORMACE! HDD IO.SYS BIOS WD1003 Disk Logické CHS INT13 Lineární LBA ATA Fyzické CHS ATA LBA Cmax Hmax Smax Kapacitamax LBA output 6136 16 63 3GB Max for output 228= 128GB

TRANFORMACE! HDD IO.SYS BIOS WD1003 Disk Logické CHS INT13 Lineární LBA ATA Fyzické CHS ATA LBA Cmax Hmax Smax Kapacitamax LBA output 3GB CHS input 767 128 63 Max for input 1024 256 8GB

TRANFORMACE! HDD IO.SYS BIOS WD1003 Disk Logické CHS INT13 Lineární LBA ATA Fyzické CHS ATA LBA Cmax Hmax Smax Kapacitamax LBA output 3GB CHS input 767 128 63 transform = 767 * 128 * 63 Max for output 228= 128GB

Řešení hranice 504MB (umožnit transformaci)
Upgrade BIOSu pokud ho výrobce nabízí EPROM, FLASH Speciální software, který se aktivuje při bootu ONTRACK: Disk manager (DDO=Dynamic Disc Overlay) MICROHOUSE: EZ-Drive Je k dostání jako OEM verze při koupi disku ATA-2 adapter s BIOSem, BIOS adapter: méně časté řešení Někdy je nutné vypnout autodetekci v BIOSu Někdy je nutné na disku nastavit menší velikost

The 4096 Cylinder Barrier (1.97GiB / 2.11GB)
Je způsobena chybou v některých BIOSech! Některé BIOSy sice umějí transformaci, ale pro cylindr stále rezervují pouze 12bitů! 212=4096 Možný zdroj chyby: Kapacita ATA: =28b Kapacita Int13: =24b Čili nám stačí omezit kapacitu ATA na: =24b Transformace, ale nemění SPT! Čili potřebuji: =24b! Pro vyřešení problému platí to samé co u předchozích barier, je nutná náhrada chybného BISOu, různým možným způsobem!

Nikdo neví proč  The Phoenix Bios 4.03./4.04 Bug (3.054GiB / 3.28GB) Programátorská chyba! Pro C=6350 až 8322 se kouše Pro C=8323 až zobrazje jenom špatnou hodnotu

Pro počet hlav mezi 8192 až je obvyklá hodnota transformace 16 Příklad: máme 6.45 GB disk C H S Kapacita IDE/ATA max 65536 16 256 137GB Náš disk 12496 63 6.45GB Transformace Po transformaci Int13 max

Pro počet hlav mezi 8192 až je obvyklá hodnota transformace 16 Příklad: máme 6.45 GB disk C H S Kapacita IDE/ATA max 65536 16 256 137GB Náš disk 12496 63 6.45GB Transformace 16 16 - Po transformaci Int13 max

Pro počet hlav mezi 8192 až je obvyklá hodnota transformace 16 Příklad: máme 6.45 GB disk C H S Kapacita IDE/ATA max 65536 16 256 137GB Náš disk 12496 63 6.45GB Transformace 16 16 - Po transformaci 781 Int13 max

Pro počet hlav mezi 8192 až je obvyklá hodnota transformace 16 Příklad: máme 6.45 GB disk C H S Kapacita IDE/ATA max 65536 16 256 137GB Náš disk 12496 63 6.45GB Transformace 16 16 - Po transformaci 781 Int13 max 1024 8.46GB Toto se zdá být OK !? Ale !!!

Pro počet hlav mezi 8192 až je obvyklá hodnota transformace 16 Příklad: máme 6.45 GB disk C H S Kapacita IDE/ATA max 65536 16 256 137GB Náš disk 12496 63 6.45GB Transformace 16 16 - Po transformaci 781 Int13 max 1024 8.46GB 256 hlav = 0 až 255 v registrech! Potřebuji však zobrazit 1 až 256! 256 je však čili 3 a nikoliv 2 bytes !!!

Pro počet hlav mezi 8192 až je obvyklá hodnota transformace 16 Příklad: máme 6.45 GB disk C H S Kapacita IDE/ATA max 65536 16 256 137GB Náš disk 12496 63 6.45GB Transformace 16 16 - Po transformaci 781 Int13 max 1024 8.46GB Jaké bude řešení?

Pro počet hlav mezi 8192 až je obvyklá hodnota transformace 16 Příklad: máme 6.45 GB disk C H S Kapacita IDE/ATA max 65536 16 256 137GB Náš disk 12496 63 6.45GB Transformace 15 15 - Po transformaci 833 240 Int13 max 1024 8.46GB možnost: Transformace 15!!!!

Pro počet hlav mezi 8192 až je obvyklá hodnota transformace 16 Příklad: máme 6.45 GB disk C H S Kapacita IDE/ATA max 65536 16 256 137GB Náš disk 13329 15 63 6.45GB Transformace 16 16 - Po transformaci Int13 max 2. možnost: Počet hlav 15!

Pro počet hlav mezi 8192 až je obvyklá hodnota transformace 16 Příklad: máme 6.45 GB disk C H S Kapacita IDE/ATA max 65536 16 256 137GB Náš disk 13329 15 63 6.45GB Transformace 16 16 - Po transformaci 833 240 Int13 max 1024 8.46GB 2. možnost: Počet hlav 15!

The 240 Head int13 Barrier (7.38GiB / 7.93GB)
Je v BIOSech, které řeší předchozí limit, tak jak bylo ukázáno! Maximální počet hlav je v nich totiž dovolen pouze 240!!! C H S Kapacita IDE/ATA max 65536 16 256 137GB maximum 16384 15 63 7.93GB Transformace 16 16 - Po transformaci 1024 240 Int13 max 8.46GB Jak je vidět řešení změnou počtu hlav je pouze dočasné 

The 240 Head int13 Barrier (7.38GiB / 7.93GB)
Je v BIOSech, které řeší předchozí limit, tak jak bylo ukázáno! Maximální počet hlav je v nich totiž dovolen pouze 240!!! C H S Kapacita IDE/ATA max 65536 16 256 137GB maximum 15360 63 7.93GB Transformace 15 15 - Po transformaci 1024 240 Int13 max 8.46GB Ani řešení změnou transformace nepomůže ! Je pouze dočasné 

The Int13 8GB Barrier (7.88GiB / 8.46 GB)
HDD IO.SYS BIOS WD1003 Disk Logické CHS INT13 Logické CHS ATA Fyzické CHS ATA Přes Int13 prostě více nenacpu!!! Cmax Hmax Smax Kapacitamax BIOS Int13 1024 256 63 8GB 10+8+6=24b IDE/ATA 65 536 16 128GB 16+4+8=28b

The Int13 8GB Barrier (7.88GiB / 8.46 GB)
Řešením je nový standard: Int13h extensions Je dovolena lineární adresa o velikosti až 64bitů=264=9.4 TGB (TeraGigabajtů)!!!! Musí podporovat, jak BIOS, tak operační systém (zavaděč). Například: MS DOS 7.0, Windows 95 a novější, Linuxy… Implikuje nové typy partition pro Windows a DOS! Nebo se musí BIOS obcházet! Má to své nevýhody!

Je zachována pochopitelně plná zpětná kompatibilita!
Int13h extensions Navrhla firma Phoenix známý výrobce profesionálních BIOSů a firmy Microsoft, IBM, Western Digital Parametry se nepřenáší v registrech, ale v paměti na kterou ukazuje pointer, který je v registrech Je dovolena lineární adresa o velikosti až 64bitů=264=9.4TGB (TeraGigabajtů)!!!! Disk dokonce nemusí umět LBA! BIOS udělá zpětnou transformaci LBA CHS Podporuje další služby: nejen HDD, hot swap, atp. HDD IO.SYS BIOS ATA-2 řadič disku Disk Je zachována pochopitelně plná zpětná kompatibilita! LBA INT13 extensions LBA nebo CHS

Int13h extensions Problémy s MS DOS/Windows partitions
Standardně používají CHS (24bit) parametry Proto bylo nutné kvůli bezpečnosti zavést nové MS DOS/Windows partition, které používají pouze LBA (32bit) parametry (2TB) Podrobněji až budeme brát partitions Int13h extensions Neumějí: MS DOS 6.22 a nižší Windows 3.x Starší verze Linuxu, atp. Umějí MS DOS 7.0 a vyšší Windows W95 a vyšší NT 4 a vyšší Novější verze Linuxu, atp.

The Windows 95 32GB Barrier (29.8GiB / 32.0 GB)
V roce 1999 Microsoft oznámil, že Windows 95 nepodporují disky větší než 32GB Nikdo neví proč  Windows 98 a ME podporují větší disky, ale je nutný oprava programu SCANDISK!

The 65536 Cylinder Barrier (31.5GiB / 33.8 GB)
Vyskytuje se u některých verzí Award BIOSu Zřejmě na uschování počtu cylindrů využívají 16bitů (216=65536) Ale protože se standardně vždycky udává počet 63 sektorů, vzniká opět programátorská chyba  Cmax Hmax Smax Kapacitamax IDE/ATA maximum 65 536 16 256 128GB 16+4+8=28b Skutečné využití 63 32GB 16+4+6=26b Zbytečná chyba, protože se pro komunikaci s diskem stejně využívá LBA!

The ATA Interface Limit Barrier (128GiB / 137GB)
Cmax Hmax Smax Kapacitamax IDE/ATA maximum 65 536 16 256 128GB 16+4+8=28b Jedná se o fyzické omezení standardu ATA-2 Řeší ATA/ATAPI – Která navrhuje nové LBA rozhraní k disku Navrhuje používat 48bit nebo 64bit Musí podporovat Disk BIOS (OS, zavaděč)

Řešení barier obecně BIOS OS Zavaděč
Upgrade BIOSu pokud ho výrobce nabízí EPROM, FLASH Speciální software, který se aktivuje při bootu ONTRACK: Disk manager (DDO=Dynamic Disc Overlay) MICROHOUSE: EZ-Drive Je k dostání jako OEM verze při koupi disku ATA-2 adapter s BIOSem, BIOS adapter: méně časté řešení OS Upgrade OS Důvod je ten, že OS BIOS většinou obchází, proto musí umět ty samé věci Podpora Int13h extensions OS mají navíc zase své LIMITY!!! Zavaděč Upgrade zavaděče Zavaděč sice používá BIOS ale, musí umět Int13h extensions pokud chce zavádět OS z velkého disku z oblastí >8GB

SATA (Serial ATA) Nový standard pro připojení disků
Využívá sériové sběrnice, to umožňuje přejít na vyšší frekvence. Není totiž problém se synchronizací paralelních signálů. Verze 150 MB/s Softwarová kompatibilita, OS nepozná, že se jedná o SATA nikoliv PATA Data se přenášejí ve formě paketů (balíčků) dat s kontrolním součtem Je obousměrná, diferenciální (podobně jako Express PCI) Menší konektory (7pinů) a tenčí kabeláž, to ulehčuje chlazení vnitřku skříně, nižší napájení 0,25V Spojení Point-to-Point Podpora Hot-Swap

SATA konektory

NCQ Native Command Queuing
SATA-II. NCQ Native Command Queuing Verze Phase 1: rozšíření vhodná pro servery, inspirace SCSI Phase 2. vyšší výkon, od 300MB/s

External SATA eSATA was standardized in mid-2004, with specifically defined cables, connectors, and signal requirements for external SATA drives. eSATA is characterized by: Full SATA speed for external disks (115 MB/s have been measured with external RAID enclosures) No protocol conversion from PATA/SATA to USB/Firewire, all disk features are available to the host Cable length is restricted to 2 metres, USB and Firewire span longer distances. Minimum and maximum transmit voltage decreased to 400 mV - 500 mV Minimum and maximum receive voltage decreased to 240 mV - 500 mV

eSATA compared to other buses

Pružný disk 1967 IBM – zadala vývojový úkol: vytvořit levné medium pro zavádění mikrokódu pro své střediskové počítače Systém/370 namísto děrné pásky. 1971 byl pod vedení Alana Shugarta vytvořen první 8“ (20cm) pružný disk o kapacitě 80kB! 1973 byla zvýšena kapacita 8“ pružného disku na 256kB. Tento disk se stal levnou hromadnou pamětí pro nastupující 8mi bitové mikropočítače a jejich operační systém CP/M-80 Formát pružných disků byl standardizován jako ECMA-59, později jako ANSI standard. Alan Shugart zakládá Shugart Associates, později Seagate. 1975 – kapacita 8“ FD se zvýčila na 1MB (DS/DD)=(Double Side/Double Density) Tyto jednotky jsou často využívány i pro OS, protože tehdejší mikropočítače nebyly vybaveny HDD!

Pružný disk 1975 – byl vyvinut první 5“ (13cm) FD s kapacitou 110kB
1978 byla zvýšena kapacita 5“ FD na standardních 360kB (standardně využíván v IBM PC) 1980 kapacita zvýšena na 720kB (QD=Quad Density) 1984 IBM PC AT využívá 1.2MB (HD=HighDensity) Během první poloviny nástup 3“ (9cm) FD disků, které vyvinula fa Sony. Na rozdíl od 5“ a 8“ jsou v pevném obalu!!! Jejich kapacita se postupně zvýšila z 720kB na standardních 1.44MB (1987). 1991 pokus o formát 2.88 MB (ED=Extended Density). Nebyl úspěšný, protože zvýšení kapacity nebylo tak výrazné a současně v té době započal nástup jednotek Syquest a později velice populárních jednotek ZIP!!!

Pružný disk Adresace na FD je: Řadič FD Strana Stopa Sektor
IBC PC XT: většinou na desce se SIO a PIO IBM PC AT: na IDE adapteru Nyní na MB V poslední době, zejména u notebooku již není, je nahrazen mechanikou CD ROM nebo CDRW (možnost FD přes USB!)

Pružné disky - formáty TYP Kapacita Stopy Sektory Strany 5“ SS/SD
120kB 40 8 1 140kB 9 5“ DS/SD 320kB 2 360kB 5“ QD 720kB 80 5“ HD 1.2MB 15 3“ SD 3“ HD 1.44MB 18 3“ ED 2.88 36 Formát počítačů IBM PC XT

120kB 40 8 1 140kB 9 5“ DS/SD 320kB 2 360kB 5“ QD 720kB 80 5“ HD 1.2MB 15 3“ SD 3“ HD 1.44MB 18 3“ ED 2.88 36 Populární formát, ale nebyl na IBM PC AT oficiálně podporován! Double Step – problém v BIOSu

120kB 40 8 1 140kB 9 5“ DS/SD 320kB 2 360kB 5“ QD 720kB 80 5“ HD 1.2MB 15 3“ SD 3“ HD 1.44MB 18 3“ ED 2.88 36 Formát počítačů IBM PC AT

Současný formát počítačů
Pružné disky - formáty TYP Kapacita Stopy Sektory Strany 5“ SS/SD 120kB 40 8 1 140kB 9 5“ DS/SD 320kB 2 360kB 5“ QD 720kB 80 5“ HD 1.2MB 15 3“ SD 3“ HD 1.44MB 18 3“ ED 2.88 36 Současný formát počítačů IBM PC AT a notebooků

Přehuštění disket Zvýšená kapacita disket na normální velikost
Více sektorů na stopu Např. z 9 na 10 až 11 Menší gap Více stop Např. ze 40 na 41 až 42 Až na doraz 360 na 400, 720 na 800, 1.2 na 1.4, 1.4 na 1.6 Nakonec to začal užívat samotný Microsoft (instalační diskety WfW 3.11) a IBM (OS/2) Programy: např. 2F nebo FDFORMAT Problémy: 360 formátovaná na 1.2 360 formátovaná na 360, ale v 1.2 mechanice Využití 720 disket v IBM PC originál V současné době diskety prokazují zvýšenou nespolehlivost!

SCSI Small Computer Systems Interface
Obecné výkonné rozhraní pro připojování periferií k počítačům Je multiplatformní, nejen IBM PC, ale i Macintosh, Sun, aj. Umožňuje připojit celou řadu zařízení, zejména HDD, ale také např. TAPE, CDROM,... Na rozdíl od IDE (ATA) se jedná o skutečnou sběrnici s multitáskem! 1979, firma Shugart Associates (Alan Shugart – vymyslel FD a později založil firmu Seagate Technology) Původní název SASI : Shugart Associates Systems Interface 1982 : ANSI začala připravovat standard

SCSI-1 1986 : ANSI standard X , jako SCSI, později nazýváno SCSI-1 Definuje Délku kabelů, charakteristiku signálů Příkazy, přenosové módy 8-bit bus (narrow), 5B/s Jednoduché napájení (0,+) (Single Ended) Pasivní zakončení (Passive Termination) 6m délka kabelu, 50-pin 8 zařízení (jedno z nich je vždy host adapter) Interní a externí kabely Periferie : HDD, tape, WORM,… Z dnešního hledisko omezené a nevýkonné

SCSI-2 1985, započaly práce na standardizaci ANSI
1990, první verze standardu X 1994, druhá verze standardu X Definuje Common Command Set (CCS) Definuje nové vlastnosti Fast SCSI : 10MB/s Wide SCSI : 16bit bus (definuje i 32bit, ale neujal se) 16 devices Nové kabely a konektory : bit Aktivní zakončení (Active Termination) Diferenční napájení (+,-) (Differential Signaling) později jako High-Voltage Differential (HVD) Command Queuing (dávky příkazů) Additional Command Sets : příkazy pro nové periferie Nové periferie : CDROM, scannery, aj.

SCSI-3 1993, započala standardizace ANSI
Jedná se vlastně o celou řadu standardů! Základem je: SCSI-3 Architecture Model (SAM) přijatý jako ANSI standard X V současné době je rozpracováná nová verze standardu SCSI-3 Architecture Model-2 (SAM-2) Standard se člení na Commands : příkazy Protocols : protokoly Interconnects : propojení Každý podstandard se skládá z více standardů a jejich verzí a revizí ! Až 32 periferií Další typy periferií: DAT, FileServer,…

SCSI-3 Informace, že nějaké zařízení je SCSI-3 je nedostatečné, standard je příliš rozsáhlý Nejdůležitější pro paralelní (sběrnicové) připojení je verze standardu SPI !

Verze standardu SPI SPI : X3.253-1995 SPI-2 : X3.302-1999
Protokol je v SIP Jinak je jako SCSI-2 (FastSCSI, 10MB/s) Fast-20, zvyšuje výkon na 20MB/s (narrow) nebo 40MB/s (wide) Ultra SCSI nebo Wide Ultra SCSI 68pin kabel SPI-2 : X Fast-40 : 40MB/s (narrow), 80MB/s (wide) Low Voltage Differential (LVD) Multimode Operation : periferie umí jak SE tak LVD Nové konektory : menší verze 68pin Ultra2 SCSI nebo Wide Ultra2 SCSI

Verze standardu SPI SPI-3 : in 2001 5 hlavních vlastností
Fast-80(DT) : DT=double transmition 160MB/s (wide), 40MHz Cyclic Redundancy Check (CRC) Domain Validation : nastavení optimální rychlosti Quick Arbitration and Selection (QAS) : vylepšení multitásku Packetization : přenos dat po větších kusech Další vlastnosti Zrušení HVD Zrušení 32bit bus Zrušen SCAM (SCSI Configured AutoMatically) Zrušen 8bit bus (narrow) Ultra3 SCSI je vlastně Wide Ultra3 SCSI

Problémy standardu SPI-3 a standard SPI-4
Pro označení Ultra3 SCSI požaduje pouze splnění jedné z 5 vlastností! Obchodníci proto přijali: Ultra160(/m) SCSI který splňoval 3 vlastnosti Fast80 (DT), (160MB/s) Cyclic Redundancy Check (CRC) Domain Validation Ultra160+ splňoval všech 5 vlastností SPI-4, ve vývoji Fast-160(DT) (80MHz) Ultra320 SCSI (320MB/s)

SCSI přehled výkonů Standard Defined Bus Speed Common Signaling Speed
Name Clock Speed (MHz) Clocking Transfer Rate (Mtransfers/s) Throughput (MB/s) Narrow (8-bit) Wide (16-bit) SCSI-1 "Regular" 5 Single -- Fast "Fast" 10 20 Fast-20 "Ultra" 40 Fast-40 "Ultra2" 80 Fast-80 (DT) "Ultra3" or "Ultra160" Double 160 Fast-160 "Ultra320" 320

Ultra3 SCSI, Ultra160(/m) SCSI, Ultra160+ SCSI
SCSI přehled výkonů Signaling Speed Narrow Wide Mode Throughput (MB/s) SCSI-1 5 Wide SCSI 10 Fast Fast SCSI Fast Wide SCSI 20 Fast-20 Ultra SCSI Wide Ultra SCSI 40 Fast-40 Ultra2 SCSI Wide Ultra2 SCSI 80 Fast-80(DT) -- Ultra3 SCSI, Ultra160(/m) SCSI, Ultra160+ SCSI 160 Fast-160(DT) Ultra320 SCSI 320

Icons for hardware using single-ended SCSI (left)
Icons for hardware using single-ended SCSI (left) and regular (high voltage) differential SCSI (right).

Icons for hardware using LVD SCSI (left)
and multimode LVD/SE SCSI (right).

Host Adapter

Male DD-50 SCSI connector.
Note the "D-shaped" metal shell around the pins. Male (above) and female 50-pin Centronics connectors. As you can see, there are no pins; the contacts are flat. Note the tabs on the sides of the male connector and the latches on the sides of the female connector, which snap into the tabs to secure the connector in place.

Male 50-pin (above) and 68-pin external high density connectors.
A male 68-pin VHDCI connector.

Male (above) and female 50-pin regular density internal connectors.
Note the gap in the plastic shield around the male connector, and the tab on the female connector, for keying. A male, internal, high-density 68-pin connector. The 50-pin connector is the same, just narrower. (It is much less common than the 68-pin version.) A female 80-pin SCA connector. This is the connector that would be found on a backplane designed for SCA SCSI drives.

Internal (above) and external (below) connectors on a Wide Ultra2 SCSI host adapter. In the upper photo you can see two connectors; facing you is a 68-pin (wide) high-density connector, and facing up is a 50-pin (narrow) "regular density" connector. In the lower photo is a 68-pin (wide) high-density connector.

An external, male Centronics "A" cable
An external, male Centronics "A" cable. These is one of two of the most common narrow cable types in the SCSI world.

A female regular density internal ribbon "A" cable
A female regular density internal ribbon "A" cable . These is second of two of the most common narrow cable types in the SCSI world.

Above, an external wide cable that has one high density
connector and one very high density connector.

Below, an internal wide cable with five high density connectors
Below, an internal wide cable with five high density connectors. Note the integrated terminator on the internal connector (upper left).

An internal, 68-wire, 5-connector LVD cable. Note the
distinctive "loose" twisted pair wiring between the connectors. The circuit board at bottom right is an integrated LVD/SE terminator. (Incidentally, one of the connectors is hidden behind the terminator and hard to see.)

Detail of the cable pictured before, showing one of the high density connectors, along with a flat section of the cable where the connector attaches, and the twisted pairs of the cable on either side.

SCSI výhody TAGGED COMMAND QUEUING ELEVATOR SORTING
Možnost přijmout až 256 příkazů najednou a postupně je pak zpracovávat v libovolném pořadí (optimalizace). ELEVATOR SORTING Pořadí příkazů se změní tak, aby se minimalizovaly pohyby hlaviček disku. DISCONNECT/RECONNECT Možnost periferie odpojit se od sběrnice a tím ji uvolnit, zatímco zpracovává příkazy.

SCSI  IDE (ATA) Nejde jenom o RYCHLOST!
SCSI má speciální vlastnosti (viz. předešlý slajd). SCSI disky jsou určené do serverů, proto se většinou na rozdíl od IDE (ATA) disků dělají: Spolehlivější Rychlejší

API SCSI INT13 ASPI CAM LADDR
SCSI adapter emuluje BIOS. SCSI disk se objeví při bootování jako normální disk, je z něj možné bootovat a přistupovat na něj podobně jako na disk IDE (ATA). Host adapter je ovšem 2x až 3x dražší nežli stejný adapter, který BIOS neemuluje! Využívá se pochopitelně jen při bootování! ASPI Původně: Adaptec SCSI Program Interface Nyní: Advanced SCSI Program Interface Toto API navrhla firma ADAPTEC, výrobce kvalitních host adapterů. CAM Common Access Method Navrhly firmy Future Domain a NCR Využívá se pro levné host adaptery, např. CD, scanner, atp. LADDR Layer Device Driver Architecture Microsoft pro OS/2 1.0

SAS – Serial Attached SCSI
Firmy: MAXTOR, INTEL Protokol je kompatibilní s SCSI 300MB/s (150MB/s) až 600MB/s Hot plugging, 8 metrů kabel Point to Point, 127 x 127 periferií Externí konektor pro 4 channels Na rozdíl od SATA je full duplex Je po stránce konektorů kompatibilní se SATA (Serial ATA). Umí je i využívat! V 1.0 na trhu od 2004 V 2.0 bude mít 600MB/s

Fibre Channel 1994 ANSI standard (počátek 1989)
Podpora od firem IBM, HP, Sun Určen pro SAN (Storage Area Networks) 10 až 100km !!! (optické zesilovače) V roce 2000 cca 2Gb/s Pracuje se na 10Gb/s Slouží pro přenos protokolů: SCSI, Ethernetu nebo ATM Aplikace: telekomunikace, multimedia, medical imaging, scientific visualisation

SSA Serial Storage Architecture
Firma IBM, 1999 Podpora kritických serverových aplikací 192 hot-swap disků 32 RAID řadičů Délka kabelů 25m 80MB/s Firemní technologie – není příliš úspěšná!

Už je konec ! Hurá

X13UIT Pevné a pružné disky

Podobné prezentace

Prezentace na téma: "X13UIT Pevné a pružné disky"— Transkript prezentace:

Podobné prezentace

O projektu

Kontaktní formulář

Přihlásit se

Přihlásit se přes sociální síť:

X13UIT Pevné a pružné disky

Podobné prezentace

Prezentace na téma: "X13UIT Pevné a pružné disky"— Transkript prezentace:

Podobné prezentace

O projektu

Kontaktní formulář