Винчестеры
Первый винчестер, также называемый накопителем на жестких дисках (Hard Disk Drive, HDD), установленный в PC, имел "колоссальную емкость" 10 Мбайт, а еще недавно PC были оснащены стандартными винчестерами Seagate ST225 емкостью 21 Мбайт. В настоящее время уже выпускаются винчестеры емкостью более 40 Гбайт. Можно только удивляться крайне быстрым темпам развития этих аппаратных средств.
Примечание
В развитие технологии производства жестких дисков внесли большой вклад Файнис Коннер и уже упоминавшийся Алан Шугарт. В 1979 г. они основали фирму Seagate Technology и организовали производство жестких пятидюймовых дисков. Созданный в этом же году накопитель на жестком диске модели ST-506 (емкостью 6 Мбайт), считается предтечей всех последующих накопителей для PC. В 1982 г. фирмой Seagate был разработан накопитель ST-412 (емкостью 12 Мбайт), который был использован в 1983 г. в первом компьютере IBM PC/XT. После этого IBM на многие годы стала основным заказчиком для фирмы Seagate.
Интерфейс ST-506/412 для накопителей на жестких дисках, разработанный А. Шугартом, на протяжении многих лет фактически был стандартом для накопителей на жестких дисках и лег в основу интерфейсов ESDI и IDE. А. Шугартом также разработан интерфейс SCSI, используемый в современных персональных компьютерах. В конце 80-х годов Ф. Коннер возглавил компанию Conner Peripherals, основанную фирмой Compaq.
HDD имеют чуть ли не магическое свойство: несмотря на емкость этого носителя данных, через два-три месяца эксплуатации объем свободной памяти на нем составит всего только 5—10%. При этом новые программные продукты предъявляют все более высокие требования к объему памяти на диске. Например, Windows 95 для своего размещения на винчестере требует примерно 35 Мбайт свободной памяти. В начале 90-х годов применение программ с подобными "габаритами" едва ли было возможно.
Хотя, исходя из опыта, время эксплуатации винчестеров составляет более пяти лет, развитие программных и аппаратных средств в этой области все же побуждает пользователя заменять HDD, как правило, через 2 года.
Для долговременного хранения больших объемов информации широко используются другие носители, такие как CD-ROM, магнитооптические диски и т. п.
По сравнению с дискетами, описанными в предыдущей главе, винчестеры имеют два важнейших достоинства и один незначительный недостаток:
□ Емкость винчестеров едва ли можно сравнивать с емкостью дискет. Так, для того чтобы сохранить данные объемом 420 Мбайт, потребуется около 290 дискет 3,5" HD.
□ Время доступа для винчестеров на порядок меньше, чем для приводов дискет.
□ Винчестеры предназначены для стационарной установки в PC; обычно они извлекаются из корпуса PC только при замене.
Габариты современных винчестеров вряд ли могут в дальнейшем еще больше уменьшиться, хотя в этом отношении прослеживается следующая тенденция. Размеры жестких дисков уменьшаются при их увеличивающейся емкости. Физические размеры винчестеров стандартизированы параметром, называемым форм-фактор (form-factor). Так например, все HDD с форм-фактором 3,5" имеют стандартные размеры корпуса 41,6x101x146 мм. В настоящее время существует всего несколько стандартных значений форм-фактора.
Сейчас практически во всех настольных PC (типа desktop) применяются HDD с форм-фактором 3,5". Основная причина этого перехода: накопители размером 3,5" по сравнению с накопителями 5,25" позволяют при меньших затратах добиться большей скорости вращения диска, меньшего времени доступа и, соответственно, более высокой скорости передачи данных. Диски с форм-фактором 5,25" в настоящее время используются довольно редко, поскольку такой винчестер полной высоты занимает место двух FDD 5,25", поставленных друг на друга. Когда говорят о HDD с форм-фактором 5,25", то чаще всего подразумевают HDD емкостью, измеряемой в гигабайтах, которые устанавливаются в качестве запоминающих устройств в сетевых файловых серверах. 5,25" HDD половинной высоты долгое время были стандартом. Обычно в этом случае речь идет о MFM, RLL, ESDI или SCSI HDD. Сокращения соответствуют также и типу контроллера накопителя.
Накопители с форм-фактором 3,5" (рис. 11.1) имеют несколько стандартных значений высоты (толщины): 2,6", 1", 3/4", 0,5". HDD половинной высоты (2,6") встречаются относительно редко, в компьютере обычно находится диск 3,5" типа Slimline (1" по высоте), размеры которого примерно соответствуют габаритам 3,5" FDD.
Если в корпусе отсутствует специальный бокс для накопителя 3,5", то для установки винчестера на место дисковода 5,25" необходимы крепежные уголки или рамы.
Винчестеры должны быть прочно и стабильно укреплены в корпусе PC. У накопителей, которые укреплены винтами только с одной стороны, наблюдается быстрое разбалтывание конструкции,
HDD 2,5" обычно применяются для PC типа notebook. Размеры винчестеров (с точностью до 0,1 мм для различных модификаций) приведены в табл. 11.1.
Таблица 11.1. Характеристики винчестеров
Внимание!
В отличие от других компонентов PC винчестеры ни в коем случае нельзя разбирать.
В принципе жесткие диски подобны дискетам. В них информация также записывается на магнитный слой диска. Однако этот диск, в отличие от дискет, сделан из жесткого материала, чаще всего алюминия (отсюда и название Hard disk). В корпусе из прессованного алюминия объединены такие элементы винчестера, как управляющий двигатель, носитель информации (диски), головки чтения/записи и электроника (рис. П.2).
Если дискета физически состоит из одного диска, то винчестер — из нескольких одинаковых дисков, расположенных друг под другом (рис. 11.3). От количества дисков в этой "стопке" зависит общий объем памяти HDD.
Головки чтения/записи соответствуют рабочим головкам дисковода. Для каждого диска имеется пара таких головок, которые приводятся в движение и позиционируются шаговым двигателем. Все головки расположены "гребнем". Позиционирование одной головки обязательно вызывает аналогичное перемещение и всех остальных, поэтому, когда речь идет о логической структуре винчестера, обычно говорят о цилиндрах (Cylinder), а не о дорожках.
Рабочий двигатель приводит пакет дисков во вращение, скорость которого в зависимости от модели находится в пределах 3000—3600 об/мин, а это означает, что головки движутся с относительной скоростью 60—80 км/час (скорость вращения дисков некоторых современных винчестеров составляет 7200 об/мин). Жесткий диск вращается непрерывно даже тогда, когда к нему не происходит обращения, поэтому винчестер должен быть установлен только вертикально или горизонтально. Могут ли жесткие диски работать "вниз головой", зависит от конкретной модели; этот момент должен быть описан в документации. В сомнительных случаях старайтесь избегать подобного положения. Винчестеры всегда должны надежно устанавливаться в корпусе PC и не располагаться под углом.
На рис. 11.4 показана конструкция винчестеров и головок. В отличие от дисководов FDD, где головки имеют непосредственный контакт с носителем информации, у винчестеров головки чтения/записи парят на воздушной подушке. Расстояние между диском и головкой составляет примерно 0,00005—0,0001 мм. Мнение, что внутри корпуса дисковода создается вакуум, является ошибочным, так как там, где есть вакуум, конечно же, не может быть воздушных подушек.
ум, является ошибочным, так как там, где есть вакуум, конечно же, не может быть воздушных подушек.
Вследствие большой скорости вращения диска и малого расстояния, на котором расположена головка от диска, частицы грязи представляют собой потенциальную угрозу разрушения материала носителя. Для сравнения: человеческий волос примерно в 5—10 раз толще, чем воздушная подушка под головкой, частичка табачного дыма больше в два раза. Для головки чтения/записи встреча с такими частицами сравнима с сильным ударом. Такая коллизия может привести к отклонению головки от своей "орбиты", касанию поверхности диска и его повреждению.
Внимание!
Ни в коем случае не разбирайте винчестер. Это может быть сделано в абсолютно свободном от пыли помещении, которое обычно бывает только в фирменных лабораториях, где изготавливают жесткие диски.
К тем же последствиям (повреждение головкой поверхности диска) может привести вибрация или перемещение винчестера во время процесса чтения/записи. Поэтому внимательно следите за тем, чтобы привод был укреплен стабильно и установлен со всем необходимым крепежом.
Современные диски имеют функцию автоматической парковки. То есть при включении и выключении PC головки устанавливаются по мере необходимости на определенный, чаше всего, последний цилиндр. Эта парковочная позиция обозначается Landing Zone или сокращенно L-Zone.
В винчестерах более ранних выпусков нужно устанавливать головки в пар-ковочную позицию при помощи специальных утилит. При этом в качестве парковочной позиции автоматически определяется последний цилиндр. При парковке головки автоматически блокируются, и их дальнейшая работа невозможна. При последующей загрузке головки снова разблокируются.
Внутри корпуса винчестера находится воздушная щель, которая снабжена микрофильтром для того чтобы защитить материал дисков от пыли. Через эту воздушную щель выравнивается давление воздуха между дисководом и окружающей средой. Другой фильтр удаляет частицы, образующиеся в результате работы механических частей диска (рис. 11.5).
Второй причиной сокращения срока службы дисков является высокая температура среды. Как уже говорилось в других главах, для электроники, а также для отдельных механических частей высокие температуры чрезвычайно вредны. Никогда не устанавливайте PC вблизи горячих объектов и других источников тепла. Следует заботиться о том, чтобы с целью охлаждения к компьютеру всегда был открыт доступ воздуха. Для компьютера, который установлен в стеллаже и для которого не гарантирован оптимальный режим воздушного охлаждения естественным путем, необходимо обеспечить такой режим за счет периодического выключения компьютера. Так как теплый воздух имеет меньшую плотность, чем холодный, то воздушная подушка под головками уменьшается. При разгоне или торможении диска воздушная подушка будет образовываться не так быстро, чтобы обеспечить защиту головок и поверхности дисков. Изготовители гарантируют безотказную работу винчестеров в диапазоне температур от 0° до +50 °С. Нормальной можно считать температуру около +20 °С.
Маленькие и плотно закрытые корпуса PC (с ограниченными по этой причине возможностями охлаждения) при высокой температуре окружающего воздуха следует охлаждать с помощью дополнительного вентилятора.
Винчестеры, в первую очередь, подразделяются по виду и способу расположения хранимой на них информации. Однако разделение по такому признаку не является исчерпывающим.
На практике устанавливается следующая классификация при обозначении приводов жестких дисков:
□MFM □ RLL □ ESDI □ IDE □ SCSI
Что обозначают эти сокращения и какие методы обработки информации с ними связаны, вы узнаете далее в этой главе.
Так как винчестер всегда соединен с контроллером (в некоторых моделях его также называют Host-адаптером), рассмотрим механизм и способы подключения HDD. Именно этот контроллер выполняет прием, передачу и обработку сигналов от HDD.
Нестандартные конфигурации, например установка наряду с винчестером IDE винчестера SCSI, рассмотрены в главе 32.
MFM-винчестеры сегодня уже не устанавливаются в PC. Они использовались в качестве стандарта для PC типа XT и AT 286. Самыми известными из них являются два винчестера фирмы Seagate: ST225 объемом 21,4 Мбайт и временем обращения 65 мс и ST251 (42,8 Мбайт, 28 мс). В обоих случаях речь идет о винчестерах 5,25" половинной высоты (2,6"). Если вы найдете в каком-нибудь компьютере эти весьма прочные диски, то сможете убедиться, .что они обеспечивают работу в течение 3—5 лет. Для винчестера производства фирмы Seagate предусматривается время работы в течение 100 000 часов.
По истечении этого времени у некоторых винчестеров возникают проблемы с рабочим двигателем. Если ваш винчестер вышел из строя и вы хотите прочитать содержащуюся на нем информацию, попытайтесь сделать следующее. Посмотрите на дисковод с обратной стороны, найдите примерно в середине печатной платы вал, на котором располагаются диски. Теперь повращайте его вручную и посмотрите, раскручиваются ли при этом диски. Либо при включенном PC аккуратно отсоедините и затем подсоедините снова разъем питания. Дело в том, что бывают случаи, когда вал привода заклинивает из-за высыхания смазки, попадания грязи на трущиеся части или общего их износа. Основная цель этих операций — попытаться снять заклинивание вала привода, на котором крепятся диски, вручную или с помощью импульса тока, чтобы хотя бы временно "оживить" винчестер для считывания с него необходимой информации. В результате этих действий вам может повезти, вы "приведете винчестер в чувство" и прочитаете необходимые данные. Однако настоятельно рекомендуется в ближайшее же время решить вопрос о приобретении нового винчестера.
Внимание!
Подобные эксперименты никогда нельзя проводить с рабочим винчестером. Указанные действия можно проводить только в случае описанной выше неисправности.
Часто в связи с предполагаемым сроком службы дисковода упоминается понятие MTBF (Time Between Failures). Оно означает среднее время эксплуатации, в течение которого может наступить первый сбой. Например, для HDD Fujitsu типа М2622—М2624 значение MTBF устанавливается более 20000 часов, и на продукцию дается соответствующая гарантия до трех лет.
RLL
Вряд ли в PC вы сейчас встретите RLL-винчестеры. Причем методы записи, обозначаемые как RLL, напротив, в настоящее время используются почти во всех типах винчестеров. Точнее говоря, в этом случае речь идет о ARLL-методах, принцип работы которых будет пояснен далее.
RLL-винчестером мы обозначаем здесь HDD, которые работают с RLL- контроллером. Чисто внешне и по соединению кабелей вы не сможете отличить RLL- от MFM-винчестера. В контроллере вы также можете не увидеть заметных различий.
Различные изготовители аппаратуры в качестве отличительного признака привыкли ставить для обозначения такого типа жесткого диска букву R. Применяемым RLL-винчестером был, например, Seagate ST238R. Большинство производителей помечают RLL-винчестеры. Возможно, это делается потому, что между MFM- и RLL-винчестерами практически нет конструктивных различий либо имеются лишь несущественные. Например* конструкция винчестеров ST225 и ST238R одинакова, но за счет того, что в них используются различные методы кодирования информации, емкость ST238R больше на 50%.
ESDI-винчестеры сложно идентифицировать по способу подключения, поскольку они, как и MFM- и RLL-винчестеры, подключаются 34-жильными управляющими и 20-жильными информационными кабелями. Вы можете не знать, какого типа винчестер установлен в вашем PC, и не найти эти кабели. Однако все же, когда речь идет о ESDI-винчестерах, с достаточной уверенностью можно сказать, что обычно они бывают полной высоты и находятся в корпусе 5,25". ESDI-винчестеры, в отличие от MFM и RLL, работают с числом секторов на дорожку до 53 и принадлежат к первым винчестерам, которые достигли емкости 100 Мбайт. Поэтому они применялись, в первую очередь, на сетевых серверах и высокоскоростных (по тогдашним меркам) устройствах. ESDI-винчестеры фирм Seagate и Fujitsu идентифицируются по наличию литеры Е после номера модели.
Обозначение AT-Bus не совсем корректно. Винчестеры этого типа должны обозначаться как IDE-винчестеры (Integrated Drive Electronics, IDE). Это название указывает на то, что управляющая электроника расположена не в 1 контроллере, а в винчестере. Их преимущество проявляется, прежде всего, I при приеме и передаче информации, т. е. в таких винчестерах оптимально согласованы прием и передача сигналов.
Эти винчестеры легко идентифицировать. Они связаны с контроллером 40-жильным плоским кабелем (такой кабель не используется для других периферийных устройств).
IDE HDD нет необходимости форматировать на низком уровне. Когда вы приобретете винчестер такого типа, то он уже подготовлен и остается только:
□ записать в CMOS Setup его параметры;
□ разбить винчестер на разделы;
□ отформатировать его средствами операционной системы.
В основу работы IDE-винчестеров положен метод под названием Zone Bit Recording, о котором сказано ниже в этой главе.
Другая важнейшая информация: IDE HDD обрабатывают данные совместно с шиной ввода/вывода, поэтому работа обоих этих устройств должна быть скоординирована. Это возможно только тогда, когда частота тактового сигнала шины ввода/вывода соответствует быстродействию HDD.
IDE HDD работают с тактовой частотой 10 МГц и выше. Эта частота не совпадает с тактовой частотой CPU и всегда составляет только ее часть. Установите этот такт в Standard CMOS Setup опцией Bus clock Frequency. Когда там указан параметр, например, 1/2 clk, то это означает, что для PC с тактовой частотой системной шины 33 МГц шина ввода/вывода работает с частотой 16,5 МГц. В этом случае для IDE HDD гарантируется необходимая пауза для чтения/записи данных. Обычно с такой установкой процессор может работать не с одним, а с несколькими HDD. Задавайте это значение так, чтобы не получить частоту, меньшую 10 МГц.
При установке двух IDE HDD они должны конфигурироваться с помощью джамперов на их платах следующим образом: первый винчестер (загрузочный) должен быть установлен как Master, а второй — как slave. Как это сделать, описано в главе 32.
SCSI-винчестеры имеют самую высокую скорость обмена данными. Но их достоинством является не столько скорость обмена информацией, сколько вся SCSI-система как таковая. SCSI Host-адаптер может управлять не только винчестером, но и всеми периферийными устройствами, которые подключены к нему и поддерживают протокол SCSI. Это могут быть приводы CD-ROM, сканеры, стримеры и т. п. В этом случае каждому периферийному устройству присваивается логический номер (Logical Unit, LU) для идентификации его Host-адаптером и установления связи с ними.
У SCSI Host-адаптера, к которому подключается SCSI HDD, есть своя система BIOS, поэтому обращения к BIOS PC не происходит. В связи с этим он конфигурируется в CMOS Setup PC как Not installed. SCSI-диски можно узнать по кабелю данных, идущему от винчестера к контроллеру. Это 50-жильный плоский кабель. SCSI-винчестеры производства фирмы Seagate имеют после номера модели литеру Н, а SCSI-винчестеры производства фирм Western Digital, Fujitsu, Quantum или Maxtor имеют после номера модели литеру S.
Внимание!
То же, что и для IDE-винчестеров, справедливо и для SCSI: ни в коем случае нельзя выполнять низкоуровневое форматирование, поскольку при этом теряется информация о важнейших эксплуатационных параметрах, необходимых для обеспечения работоспособности винчестера.
Основные характеристики винчестеров
Основными характеристиками винчестеров, на которые следует обратить внимание при выборе устройства, являются:
□ Емкость
□ Быстродействие
□ Время безотказной работы
Основным критерием для пользователя должна быть емкость винчестера, т. е. максимальный объем данных, которые можно записать на носитель. Сначала нужно выяснить, какими программами будет оснащаться PC. Помните также о том, что имена файлов и каталогов занимают объем памяти, который может достигать нескольких мегабайт.
Едва ли можно сказать, какой емкости винчестера достаточно для PC типовой конфигурации — каждая последующая версия программного продукта занимает на винчестере существенно больше места, чем предыдущая. Сегодня минимальная емкость винчестера составляет 2—3 Гбайт. Практически все фирмы-производители прекратили выпуск винчестеров меньшей емкости. Ежегодно плотность записи (и соответственно емкость) винчестеров увеличивается примерно на 60% при ежеквартальном снижении стоимости хранения 1 Мбайт информации на 12%. Сейчас уже можно приобрести винчестеры емкостью до 40 Гбайт.
Примечание
Большинство фирм-производителей считают, что 1 Мбайт равен не 1024х х1024 байт, а 1 000000 байт, 1 Гбайт равен не 1024x1024x1024, а 1 000000000 байт. Поэтому, если вы купили винчестер емкостью, например, 405 Мбайт (по документации), то File Manager в Windows укажет, что его емкость составляет всего лишь 386 Мбайт.
Быстродействие
Время доступа не является мерой всех вещей. Гораздо более важным параметром, характеризующим работу винчестера, является скорость передачи данных (часто про этот параметр забывают). Однако время доступа — более наглядная характеристика для первой оценки быстродействия винчестера.
Среднее время доступа
При обращении к большим массивам данных головки должны позиционироваться на диске гораздо чаще, чем при обращении к небольшим массивам или данным, которые последовательно расположены на диске. Так что фактическая производительность определяется средним временем доступа (Average Seek Time) к различным объектам на диске.
Время, необходимое HDD для поиска любой информации на диске, измеряется миллисекундами. Для медленных дисков это значение составляет примерно 20 мс. Сегодня HDD со временем доступа 15—20 мс уже являются стандартом. Винчестеры, которые могут обеспечить доступ менее чем за 15 мс, уже могут считаться хорошими. Для лучших IDE и SCSI HDD это значение меньше 10 мс.
Важнейшим показателем, характеризующим механизм перемещения головок, является время, которое необходимо винчестеру, чтобы переместить всю гребенку с головками от одного цилиндра к следующему. Эту величину называют временем позиционирования головки на дорожке (Track to Track Seek). Оно также измеряется в миллисекундах, при этом для хороших винчестеров значение этого параметра составляет менее 3 мс.
Максимальное время доступа (Maximum Seek Time) измеряется как интервал времени, который необходим гребенке с головками, чтобы однократно переместиться по всей поверхности диска (с первой дорожки на последнюю).
Среднее время поиска
Под термином "среднее время поиска" (измеряется в миллисекундах) понимается время, в течение которого магнитные головки (конкретного типа накопителей) перемещаются от одного цилиндра к другому. Этот параметр можно измерить, выполнив серию операций поиска случайно выбранных дорожек, а затем разделив общее время поиска на количество операций.
В качестве среднего времени поиска в паспортных данных накопителя часто указывается время, необходимое для перемещения магнитных головок на расстояние, равное одной трети ширины зоны записи данных на диске. Среднее время поиска зависит, главным образом, от конструкции механизма привода головок, а не от типа интерфейса.
Существует довольно много программ, предназначенных для аттестации жестких дисков {Benchmarks). В отечественной литературе регулярно приводятся методики тестирования накопителей на жестких дисках и результаты тестирования. В частности, используется программный пакет WinBench 98, содержащий большое количество тестов для дисков.
Скорость передачи данных
Скорость передачи данных предлагается в качестве второго параметра для оценки производительности винчестера. Время доступа характеризует только скорость позиционирования головки, а то, как быстро эта информация считывается, зависит от таких характеристик винчестера, как количество байт в секторе, количество секторов на дорожку и, наконец, от скорости вращения дисков.
Зная перечисленные параметры, можно определить максимальную скорость передачи данных (Maximum Data Transfer Rate, MDTR) по следующей формуле:
MDTR = SRTx512xRPM/60(байт/с)
где srt — количество секторов на дорожке; rpm — скорость вращения дисков, об/мин.
Время безотказной работы
В описаниях накопителей указывается такой параметр, как среднестатистическое время между сбоями (Mean Time Between Failures, MTBF), характеризующее надежность устройства, которое обычно составляет 20000— 500000 часов, но может равняться и 1 млн часов. Эти значения являются расчетными (ожидаемыми) с известной вероятностью, а для получения достоверных данных о надежности устройства необходимо протестировать группу одинаковых накопителей и подсчитать количество отказов за время, превышающее, как минимум, в два раза ожидаемое значение MTBF. Нетрудно вычислить, что при круглосуточной работе компьютера в течение года его наработка составит 8760 часов. Таким образом, для подтверждения заявленных 500 тыс. часов безотказной работы понадобится примерно 57 лет. Из вышесказанного можно сделать вывод: показатель MTBF далеко не всегда соответствует реальной надежности устройства.
В табл. 11.2, 11.3 приведены параметры наиболее распространенных винчестеров, в том числе скорость передачи данных и время доступа.
Как показывает опыт, если накопитель на жестких дисках безотказно работает на протяжении первого гарантийного месяца, то он будет также безотказно работать до полного своего морального устранения. Однако известны случаи, когда безотказно работавший в течение полугода накопитель вдруг начинал сбоить, а его производительность — ухудшаться. Причина этого была выявлена: оказалось, что многие фирмы-производители выпускают накопители на жестких дисках для использования их в качестве резервных устройств архивирования данных (т. е. накопителей Slave). Гарантийное время безотказной работы таких накопителей значительно меньше, так как они рассчитаны на меньшее число операций чтения/записи (стоимость их также ниже).
В большинстве современных накопителей на жестких дисках гермоблоки комплектуются противоударной подвеской. Между корпусом накопителя и монтажным каркасом устанавливаются специальные прокладки из эластичной резины (или полимерного материала), компенсирующие (частично или полностью) удары и вибрацию. Однако нужно помнить, что залогом безотказной работы накопителя является бережное к нему отношение и соблюдение правил эксплуатации.
Под термином кэш-память в данном случае подразумевается не буфер оперативной памяти PC, организованный программным путем, а фактически имеющиеся ячейки памяти в контроллере винчестера. Эта кэш-память может существенно влиять на скорость работы винчестера, так как она в состоянии хранить прочитанные с упреждением данные, которые с высокой вероятностью понадобятся процессору. Мы уже знаем этот принцип по кэш-памяти, устанавливаемой на материнскую плату.
Вряд ли в настоящее время на рынке есть винчестеры без кэш-памяти. Обычно ее объем составляет 512, 1024 и даже 2048 Кбайт.
В результате старения, износа компонентов винчестера, а также нарушения режимов его эксплуатации часть записанной информации может быть безвозвратно потеряна. Для предотвращения подобных случаев крупнейшие производители винчестеров разрабатывают различные технологии оценки состояния дисков и их автоматической профилактики.
Технология S.M.A.R.T.
Технология S.M.A.R.T. {Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology) была разработана с участием крупнейших производителей винчестеров. Для анализа надежности жесткого диска используются две группы параметров: параметры естественного старения диска и текущие параметры. К параметрам первой группы относятся:
□ Количество оборотов двигателя за время работы
□ Количество перемещений головок чтения/записи
К параметрам второй группы относятся, например, такие:
□ Высота головки чтения/записи над рабочей поверхностью
□ Скорость обмена данными между дисками и кэш-памятью винчестера
□ Количество переназначенных поврежденных (bad) секторов О Скорость поиска данных на диске
Вся информация записывается на специальных дорожках, не доступных для аппаратных и программных средств.
Существует три версии технологии S.M.A.R.T.
□ S.M.A.R.T. I обеспечивает предсказание ошибок, на основании анализа состояния диска в режиме On-line.
□ В S.M.A.R.T. II добавлена возможность сканирования поверхности диска в режиме Of-line, то есть, когда диск работает в режиме холостого хода.
□ S.M.A.R.T. Ill в дополнение к возможностям предыдущих версий определяет и восстанавливает проблемные сектора.
Если ваш винчестер поддерживает технологию S.M.A.R.T., то при запуске PC после тестирования памяти на экране монитора появится соответствующее сообщение, типа
Pri Master: 17.01J17 WDC AC28400R
Ultra DMA Mode-2 S.M.A.R.T. Capable and Status OK
Как правило, BIOS предоставляет возможность пользователю включить (или отключить) режим S.M.A.R.T. через установки CMOS Setup.
Технологии прозводителей
Крупнейшие производители винчестеров наряду с технологией S.M.A.R.T используют собственные технологии, призванные повысить надежность работы винчестера. Это вполне оправдано, поскольку никто, кроме производителей, не знает все особенности работы выпускаемых ими устройств.
Например, компания Western Digital разработала технологию Data Lifeguard, которая является развитием технологии S.M.A.R.T. и предусматривает следующее.
□ Проверку ЕСС (Error-Correction Code) данных для проблемных секторов.
□ Создание и хранение записей о невосстанавливаемых секторах. В процессе последовательной записи данных в подозрительные сектора производится проверка на чтение.
□ Приостановление диагностики/восстановления в момент обращения к диску. Процедура возобновляется с переходом в холостой режим.
□ Независимую от S.M.A.R.T. II процедуру, производимую на основе сканирующих возможностей S.M.A.R.T. II.
Data Lifeguard выполняет сканирование поверхности диска в режиме холостого хода. В результате работы Data Lifeguard уменьшается количество повторных обращений к сбойным секторам. Процедура инициируется автоматически после восьми часов работы, что в среднем соответствует дневной нагрузке накопителя. Время, необходимое для сканирования всей поверхности диска, пропорционально его размеру (например, для модели WD Caviar АС310100 емкостью 10,1 Гбайт время сканирования составляет около 16 мин).
Если во время сканирования диагностирована ЕСС - ошибка, запускается процедура теста сектора для выявления дефекта поверхности. Если дефект существует, Data Lifeguard перезаписывает исправленные данные на старое место и читает их снова. При повторении ошибки данные переносятся на зарезервированные участки поверхности диска.
С помощью программных средств Data Lifeguard Tools осуществляется форматирование диска, выделение разделов, быстрое копирование данных с диска на диск, быстрая диагностика винчестера и устранение проблем.
В табл. 11.4 представлено сравнение технологий различных фирм — произ-. водителей винчестеров.
Логическая структура жесткого диска
Подобно дискетам жесткий диск делится на дорожки и сектора (рис. 11.6). Каждая дорожка однозначно определяется номером головки и порядковым номером на диске относительно внешнего края. Сектора идентифицируются своим порядковым номером относительно начала дорожки. Нумерация секторов на дорожке начинается с единицы, а головок и цилиндров — с нуля.
Количество секторов может быть различным (от 17 до 150) в зависимости от типа накопителя. Каждый сектор содержит некоторую служебную информацию и данные. Обычно объем сектора составляет 571 байт. В начале каждого сектора записывается заголовок {Prefix portion), по которому определяется начало сектора и его номер, а в конце сектора {Suffix portion — заключении сектора) содержится контрольная сумма, необходимая для проверки целостности данных. Между заголовком и заключением сектора находится область данных объемом 512 байт (для DOS). Запись информации на дорожках осуществляется не постоянным потоком, как в бытовых магнитофонах, а блоками по 512 байт.
Число дисков, головок и дорожек винчестера устанавливается изготовителем, исходя из свойств и качества дисков. Изменить эти характеристики нельзя. Количество секторов на диске зависит от метода записи, а плотность — от носителя: чем лучше материал диска, тем плотнее могут быть записаны на нем данные. Современные винчестеры содержат до 150 секторов на дорожке.
Зная эту величину, всегда можно рассчитать общий объем памяти HDD. Формула поясняет это:
Общий объем (байт) = CxHxSx512 (байт)
где
с — количество цилиндров;
н — количество головок;
s — количество секторов.
Однако эта общая емкость в значительной степени ограничивается логической структурой дисков. Здесь требуется (как и в случае дискет) некоторая дисковая память, необходимая для управления размещением данных. У дисков объемом 200 Мбайт это различие между емкостью "нетто" и "брутто" может составлять 3 Мбайт.
Описанное выше форматирование диска называется низкоуровневым (Low Lewel).
В современных винчестерах параметр Interleave, или как его еще называют Interleave-фактор (рис. 11.7), не играет заметной роли. Однако рассмотрение этого параметра позволяет весьма точно описать принцип действия винчестера.
При вращении диска головка полностью считывает 512-байтный сектор и посылает данные в контроллер, откуда они передаются процессору. Тем временем диск продолжает вращаться, предлагая головке следующий сектор, а контроллер все еще занят обменом данными с процессором. Поэтому для того чтобы прочитать следующий сектор, головка должна ожидать полного оборота диска.
Рис. 11.7. Размещение секторов при lnterleave-факторах 1 и 3
Диски более ранних выпусков организованы так, что сектора располагаются не последовательно, а в другом порядке, определяемом Interleave-фактором. При этом, при позиционировании головки контроллер имеет достаточно времени для передачи информации без лишнего оборота диска. Современные контроллеры работают по другому принципу: для организации непрерывного чтения секторов данные считываются из нескольких секторов (так сказать, "с подозрением" на их необходимость) и запоминаются в буфере, откуда впоследствии они могут быть извлечены. Преимущество такого способа заключается в том, что контроллер помещается в дисковод, т. е. механика и электроника работают оптимальным образом.
Изменение Interleave-фактора возможно только специальными программными средствами и, как следствие, приводит к полной потере данных, так как изменяется логическое разбиение диска.
После установки нового диска и объявления его в CMOS Setup сам накопитель вам еще не доступен. PC "знает", какие жесткие диски установлены, но для операционной системы они пока отсутствуют. Для того чтобы операционная система "видела" диск и загружалась с него, необходимо выполнить следующие три операции:
□ Отформатировать диск на низком уровне (физическое форматирование)
□ Разбить диск на разделы
□ Отформатировать диск на высоком уровне (отформатировать разделы)
□ Скопировать операционную систему на диск, чтобы диск стал загрузочным Кратко опишем эти операции.
При форматировании на низком уровне формируется логическая структура диска. Дорожки разделяются на сектора и для каждого сектора записывается служебная информация. Область данных обычно заполняется значением 0Е6. Такое форматирование чаще всего выполняет изготовитель. Для этого необходимы специальные программные средства (например, Speed Store или Disk Manager) или определенные команды DOS. В состав некоторых BIOS входит программа для низкоуровневого форматирования, которую можно вызвать через CMOS Setup.
Внимание!
При низкоуровневого форматировании вся информация на диске будет уничтожена.
Во всех современные винчестерах IDE и SCSI используется так называемая зонно-секционная запись.
Метод зонно-секционной записи
Когда мы рассматривали логическую структуру дисков, то, возможно, вы заметили, что дорожка, расположенная ближе к центру, короче дорожки, расположенной ближе к краю диска. Вследствие этого плотность на внутренних дорожках выше, чем на внешних, и полезная емкость винчестера используется неэффективно.
Для компенсации различной плотности записи используется метод зонно-секционной записи (Zone Bit Recording). Суть метода заключается в том, что все рабочее пространство магнитного диска делится на зоны: 8 и более. В самой младшей зоне, т. е. на дорожке, которая расположена дальше всех от центра диска, содержится большее количество секторов (обычно 120—96). К центру диска количество секторов уменьшается, достигая в самой старшей зоне 64—56. В результате чего, поскольку диск вращается с неизменной скоростью, от внешних зон поступает значительно больший объем информации, чем от внутренних. Неравномерность поступления данных компенсируется путем увеличения скорости работы канала считывания/преобразования данных и использования специальных перестраиваемых фильтров для частотной коррекции по зонам, а также путем применения производительных однокристальных микроконтроллеров.
Жесткие диски, работающие таким образом, нельзя объявлять в CMOS Setup с их фактическими параметрами (Native Mode). Для этих дисков есть опция, называемая Translation Mode. Если ее установить, то значение, указанное в CMOS Setup, пересчитывается контроллером в соответствии с расположением цилиндров и секторов.
При разбиении диска на разделы в первый сектор записывается специальная программа, необходимая для загрузки операционной системы, и таблица разбиения (Partition table, РТ), в которой содержится информация о разделе. Этот сектор называется главным загрузочным сектором или главной загрузочной записью (Master Boot Record, MBR).
Винчестер можно разделить на несколько (не более четырех) независимых частей, называемых разделами. Каждый раздел может быть выделен какой-либо операционной системе (например, DOS, Xenix, OS/2) и в нем создана файловая система, соответствующая операционной системе.
Различают три типа разделов:
□ Первичный раздел DOS
□ Расширенный раздел DOS
□ Раздел не-DOS
На винчестере может быть сформирован один первичный раздел DOS, один расширенный раздел DOS и несколько разделов не-DOS (рис. 11.8).
Чтобы можно было работать в среде DOS (или Windows 95/98), наличие первичного раздела DOS обязательно. В нем создается единственный логический диск (обычно с именем С:).
Рис. 11.8. Логическая структура винчестера
Расширенный раздел DOS является необязательным. Такой раздел может быть разбит на один или несколько логических дисков, которым назначаются различные имена и которые допускается использовать под управлением DOS (или Windows 95/98).
Таким образом, с точки зрения пользователя винчестер в среде DOS представляет собой совокупность логических дисков. Только в первичном разделе DOS логический диск может быть сделан системным (загрузочным).
При работе с DOS, Windows 95/98 или Windows NT, которые используют для хранения файлов 16-разрядную таблицу размещения файлов (FAT-16), рекомендуется разбивать диск на логические диски, объем которых не превышает 512 Мбайт.
Дело в том, что в качестве одного элемента адресации на диске используется кластер, объединяющий несколько секторов. FAT-16 исторически является самой старой файловой системой с 16-разрядной адресацией и максимально возможное количество кластеров на одном логическом диске не превышает 65 536. Соответственно максимальный размер одного кластера — 32 Кбайт, так как максимальный размер логического диска составляет 2 Гбайт. Поэтому один из главных недостатков FAT — большой размер кластера. Дело в том, что при кластере 32 Кбайт файл размером 1 байт займет на диске 32 Кбайт. Теоретически можно заполнить файлами размером 1 байт каждый логический диск емкостью 2 Гбайт 65 536, хотя физически диск будет практически пустой. Соотношения размеров раздела и кластера приведены в табл. 11.5.
Таблица 11.5. Соотношения между размером раздела диска
и размером кластера на диске
Примечание
Попытка отказаться от ограничений классической FAT и видоизменить ее была предпринята корпорацией Microsoft в версии Windows 95 OEM Service Release 2.
В этом варианте Windows 95 таблица размещения файлов стала 32-разрядной (FAT-32). Из 32 бит 4 были зарезервированы. Таким образом, максимальный размер раздела в этом варианте становится 2 Тбайт (2048 Гбайт), а раздел в 8 Гбайт получает кластер размером всего 4 Кбайт, и корневой каталог диска не имеет фиксированного размера, что снимает ограничения на количество файлов и директорий в корневом каталоге. При этом приложения DOS не могут работать с файлами объемом более 2 Гбайт, а 32-разрядные приложения Windows могут работать с файлами объемом до 4 Гбайт.
Разбиение на разделы выполняется командой FDISK, которая входит в стандартную поставку DOS и Windows 95/98 (рис. 11.9). Для этого необходимо загрузить DOS (или Windows 95/98) с системой дискеты и выполнить команду FDISK (естественно, на дискете должна находиться программа FDISK.EXE).
Командой FDISK осуществляется описанное выше конфигурирование винчестера, то есть его разбивка на разделы и формирование в разделах логических дисков. Реализующая эту команду программа работает в интерактивном режиме и выполняет функции, перечисленные ниже.
□ Создание первичного раздела DOS и логического диска на нем. Создание расширенного раздела DOS.
□ Формирование логических дисков в расширенном разделе DOS.
□ Установка или смена активного раздела, то есть раздела, с логического диска которого будет осуществляться загрузка операционной системы после включения питания PC, нажатия кнопки Reset или клавиш <Ctrl>+<Alt>+<Del>.
□ Удаление логических дисков и разделов DOS, а также некоторых типов разделов не-DOS, что обеспечивает возможность реконфигурирования винчестера.
□ Отображение информации о конфигурации (разбивка на разделы и логические диски) винчестера.
□ Конфигурирование другого винчестера, если таковой в PC имеется.
Рис. 11.9. Панель управления FDISK
Формирование единственного логического диска в первичном разделе DOS осуществляется автоматически при создании раздела.
Таким образом, для того чтобы подготовить винчестер к работе, необходимо сделать следующее:
1. Создать первичный раздел DOS с логическим диском на нем.
2. Создать расширенный раздел DOS.
3. Сформировать логические диски в расширенном разделе DOS.
4. Установить признак активности первичного раздела DOS.
Второе и третье действия могут не выполняться, если имеется единственный логический диск. Четвертое действие также не всегда необходимо, поскольку при соблюдении определенных условий признак активности для первичного раздела DOS устанавливается автоматически.
Использование утилиты FDISK при установке в PC нового винчестера рассмотрено в главе 31.
После конфигурирования винчестера подготовка его к работе в составе PC обязательно должна быть завершена форматированием высокого уровня всех логических дисков с использованием команды FORMAT.
Форматирование высокого уровня
При форматировании высокого уровня операционная система создает структуру для работы с файлами. В каждый раздел заносится загрузочный сектор тома {Volume Boot Sector, VBS), таблица размещения файлов (FAT) и корневой каталог (ROOT Directory).
В настоящее время чаще используются файловые системы:
□ FAT (File Allocation Table) - в ОС DOS, OS/2, Windows 95/98/2000/NT
□ NTFS (Windows NT File System) — в ОС Windows NT
Наиболее широкое распространение получила файловая система FAT (рис. 11.10). В отличие от NTFS, в файловой системе FAT все дисковое пространство разбивается на кластеры, которые представляют собой объединение нескольких секторов. Размер кластера определяется в зависимости от объема дискового пространства.
Таблица разделов (РТ) состоит из четырех разделов. Операционные системы DOS и Windows используют только два первых раздела, в которых содержится информация о головках, дорожках и секторах раздела, общем количестве секторов в разделе, типе файловой системы и т. п.
В загрузочном секторе тома (VBS) содержится описание файловой системы: размер кластера, размер, количество и тип FAT и др.
Корневой каталог (ROOT Directory) включает описания файлов, расположенных на диске: их имена, типы, даты создания и изменения, атрибуты, размер и др. Кроме того, в него входит указатель на первый кластер файла. Каталоги в корневом каталоге описываются как файлы. Также корневой каталог содержит указатель на первый кластер самого корневого каталога и на первый кластер родительского каталога.
В таблице размещения файлов (FAT) имеется информация о связях между кластерами, в которые записан файл.
Форматирование винчестера подобно форматированию дискеты. При этом нужно иметь в виду следующее.
□ Как и при разбиении на разделы, в процессе форматирования все данные на винчестере теряются.
Рис. 11.10. Файловая система FAT
□ При переформатировании винчестера рекомендуется сохранить необходимые данные на другом носителе. Однако процесс, который может вернуть назад предварительно сохраненные или сжатые данные (с помощью утилит RESTORE и других), не дает гарантии 100%, что эти данные будут восстановлены полностью и без ошибок. В любом случае восстановление данных является хлопотным делом, а для винчестеров, прежде всего, долговременным процессом.
Форматирование выполняется следующей командой DOS:
FORMAT С:
Внимание!
Если винчестер разбит на разделы, то, естественно, нужно форматировать каждый раздел отдельно.
Примечание
С помощью команды FORMAT для гибких дисков осуществляется одновременное форматирование как на низком, так и на высоком уровне.
Создание системного диска
Чтобы перенести на винчестер операционную систему, нужно отформатировать диск командой:
FORMAT С: /S
или после обычного форматирования, загрузив систему с дискеты, скопировать системные файлы на диск командой:
SYS С:
При этом с дискеты на винчестер переносятся три важнейших файла: IO.SYS, MSDOS.SYS и COMMAND.COM, которые нужны для загрузки системы, а в Boot-сектор записывается программа начальной загрузки.
Параметры винчестеров в CMOS Setup
При конфигурировании винчестера нужно корректно установить его параметры в CMOS Setup. Типовые параметры в AMI BIOS приведены в табл. 11.6.
Таблица 11.6. Типовые параметры винчестера в CMOS Setup AMI BIOS
С некоторыми из этих параметров вы уже знакомы: цилиндры (cyin), головки (Heads) и сектора (sectors). Их значения определяют емкость диска и могут задаваться пользователем. Параметр size недоступен для редактирования в CMOS Setup, и его значение зависит от установленных значений вышеуказанных параметров.
IDE HDD, отформатированный с помощью метода Zone Bit Recording, работает с параметрами, занесенными в CMOS, а не с реальными (Native Mode). Значения этих параметров содержатся на самом винчестере и присваиваются диску при его форматировании на низком уровне. При новом форматировании эта информация теряется.
Так как возможны различные комбинации головок, цилиндров и секторов, для IDE- дисков имеется несколько режимов Translation Mode. При ЭТОМ могут появиться различия в емкости, иногда достигающие 5—Ю Мбайт, которые чисто теоретически имеются в распоряжении, но фактически не используются. Для винчестера емкостью меньше 100 Мбайт такая "потеря" существенна. Проверьте документацию HDD на предмет наличия нескольких режимов Translation Mode и выберите параметры, которые обеспечивают самую большую емкость накопителя.
CMOS Setup современных BIOS содержат опцию, называемую Автоматическим определением типа винчестера. Чаще всего BIOS определяет тип диска как 47 (users — Пользовательский). Отсюда можно узнать параметры винчестера.
Внимание!
После того как параметры диска изменены в CMOS Setup, необходимо заново разбить диск на разделы и отформатировать его. Помните, что тогда все данные на диске теряются, поэтому переустановка параметров HDD имеет смысл, когда новый диск еще не заполнен информацией.
Примечание
К сожалению, мы не можем поместить в этом разделе список параметров всех винчестеров. Во-первых, развитие винчестеров происходит такими быстрыми темпами, что, весьма вероятно, вашего нового диска в этом списке не будет, и, во-вторых, современные компьютерные журналы предлагают значительно больше информации по данной теме, чем можно было бы дать в этой книге.
SCSI-диски в Setup PC объявляются как Not installed. Для управления SCSI HDD предназначен отдельный BIOS SCSI-адаптера.
Параметр L-zone (Landing Zone — Зона автопарковки) определяет номер цилиндра (чаще всего последнего на диске), на котором паркуется головка чтения/записи при выключении PC. Этим устраняются возможные повреждения головки и самого диска. Установка данного параметра необходима винчестерам, не имеющим функции автопарковки. Для IDE- или SCSI-диска можно задать данный параметр, указав номер последнего цилиндра.
Параметр wpcom означает компенсацию при записи (Write Precompensation). Необходимость подобной компенсации объясняется механической конструкцией диска: чем ближе к оси вращения находится головка чтения/записи, тем меньше скорость вращения диска относительно головки. В результате чего время доступа к ряду цилиндров увеличивается на несколько наносекунд. С помощью параметра wpcom устанавливается номер цилиндра, начиная с которого включается компенсация этого времени.
При инсталляции винчестера параметр wpcom может быть пропущен, поскольку для современных дисков значение этого параметра уже установлено производителем (по умолчанию — 65 535).
На корпус винчестера обычно наклеена этикетка с номером модели. В номере закодирована основная информация о характеристиках винчестера. К сожалению, единая маркировка для винчестеров различных производителей отсутствует. На рис. 11.11 представлены примеры маркировки винчестеров компаний Western Digital, Seagate и Fujitsu.
В настоящее время для подключения винчестеров используется либо контроллер IDE, либо SCSI.
Поскольку контроллер SCSI редко интегрируется на материнской плате, для подключения винчестера SCSI необходимо устанавливать специальную карту, контроллеры IDE получили более широкое распространение.
Устаревшие контроллеры
В наше время, когда средняя емкость винчестера для домашнего PC составляет не менее 2 Гбайт, перечисленные ниже контроллеры, которые уже давно не выпускаются, можно рассматривать лишь как музейные экспонаты.
Однако если вы еще имеете в распоряжении старый PC, винчестер MFM (а пользователи компьютеров класса XT имеют еще старый Seagate ST225) и RLL-контроллер, то можете использовать эту систему в качестве резервной памяти, устройства для модема или сервера принтера.
XT-контроллер
В компьютерах типа XT контроллер винчестера (XT-контроллер) размещается на отдельной карте расширения и к нему можно подключить только один винчестер. Кроме того, XT-контроллер не в состоянии распознать и установить параметры диска (количество секторов, емкость и др.). Соответствующие установки производятся на этом контроллере жесткого диска с помощью джамперов.
MFM-контроллер
Обычно PC класса AT 286 оборудован комбинированным контроллером (рис. 11.12), который может управлять двумя накопителями на гибких дисках (FDD) и двумя винчестерами MFM.
Рис. 11.12. Типичный
комбинированный
MFM-контроллёр
Такой контроллер поддерживается так называемым интерфейсом ST 506/412. Это обозначение соответствует одноименным названиям винчестеров (5, 10 Мбайт емкости), которые были изготовлены фирмой Seagate в начале 80-х годов и применялись в компьютерах IBM. Отличительная особенность этих интерфейсов состоит в том, что они работают с "неинтеллектуальными" HDD. Винчестер содержит информацию только о своих физических характеристиках, например, о скорости вращения дисков, количестве головок и т. д.
Все необходимые сигналы управления винчестером поступают от контроллера. Внешне это можно определить по монтажным кабелям: MFM-винчестер соединен с контроллером двумя кабелями: 34-жильным, который передает диску соответствующие сигналы управления, и 20-жильным, по которому передаются данные. При установке двух винчестеров используется один кабель управления и два кабеля данных; каждый кабель данных подключается к отдельному HDD (рис. 11.13).
RLL-контроллер
RLL-контроллер работает в основном так же, как и MFM-контроллер. Имеются отдельные XT-контроллеры и комбинированные контроллеры для управления FDD и HDD. Винчестер RLL подключается аналогично. Каждый винчестер нуждается в кабелях управления и данных. Для соединения контроллера и жесткого диска используется та же схема, что и представленная на рис. 11.13.
Преимущество метода RLL по сравнению с MFM заключается в том, что данные кодируются с троекратной плотностью, в результате чего емкость диска повышается примерно на 50%, тем более что количество секторов на дорожке увеличено с 17 до 26. При одинаковом строении механических узлов RLL HDD Seagate ST238R имеет объем 38 Мбайт, a MFM HDD Seagate ST225 — 21 Мбайт. Благодаря тому, что применяются кабели одинакового типа, можно подсоединить винчестер MFM к контроллеру RLL. В 80% случаев подключенный таким образом MFM-винчестер работает без проблем. Скорость передачи данных по сравнению с методом MFM также существенно возросла. Ее значение может достигать 900 Кбайт/с (7,5 Мбайт/с).
ESDI-контроллер
Для удовлетворения возросших потребностей в больших объемах памяти и скорости обмена данными был разработан метод, который получил название ESDI {Enhanced Small Device Interface).
Емкость винчестеров ESDI уже на ранней стадии их развития превышала 100 Мбайт. Приводы ESDI имели двойную высоту, что являлось основным отличительным признаком винчестеров этого типа. Однако ESDI-контроллер по внешнему виду вряд ли можно отличить от MFM- или RLL-контроллера. ESDI-контроллер, так же как и MFM- или RLL-контроллер, подключается к винчестеру 34-жильным кабелем управления и 20-жильным кабелем данных. В остальном же метод ESDI не совместим с RLL и MFM.
IDЕ- контроллер
Предложенный в конце 80-х годов компаниями Compaq и Western Digital интерфейс IDE (Integrated Drive Electronics) очень быстро завоевал популярность среди производителей и пользователей PC. В отличие от рассмотренных выше этот контроллер интегрирован на плате винчестера, в результате чего стоимость дисковой системы упала, а стоимость винчестера увеличилась незначительно. Интегрированный контроллер позволил подключать винчестер непосредственно к слоту на материнской плате, представляющему собой усеченный слот шины ISA, или к плате адаптера. Ранее на плате адаптера был интегрирован контроллер FDD, а также располагались параллельные и/или последовательные интерфейсы и игровой порт (рис. 11.14). На современных материнских платах все эти компоненты интегрированы непосредственно в Chipset.
Рис. 11.14. Комбинированный контроллер IDE
Первые промышленные устройства на базе IDE/ATA были выпущены в 1986 г. и получили широкое распространение. По оценкам компании Compaq около 90% PC оснащены винчестерами с интерфейсом IDE. Основные причины такой популярности нового интерфейса — это невысокая цена устройств, простота их установки и эксплуатации.
IDE-контроллер подключается к винчестеру 40-жильным кабелем и этим отличается от контроллеров всех других типов.
Неправильное подключение разъема кабеля обычно не ведет к повреждению сопрягаемых компонентов. В этом случае жесткий диск просто не инициализируется.
Примечание
В редких случаях (например, при подключении к винчестеру Seagate ST9051A) неверное подсоединение контроллера может привести к его выходу из строя. При подключении кабеля к плате лучше проверить, подходит ли цветная маркированная жила на контакт номер 1 разъема.
Подключение второго винчестера к IDE-контроллеру не вызывает затруднений: оба жестких диска подключаются к контроллеру 40-жильным кабелем параллельно друг другу.
Внимание!
Физического подключения второго винчестера к контроллеру не достаточно: дополнительный диск должен быть сконфигурирован соответствующим образом с помощью установок в CMOS Setup и джамперов, расположенных на плате винчестера. (Более подробно об установках Master/Slave написано в главе 31, где приведены примеры установки второго винчестера.)
При покупке PC с IDE-контроллером проверьте, имеются ли на 40-жиль-ном кабеле данных три разъема, чтобы впоследствии можно было подключить второй винчестер и, кроме того, достаточна ли длина этого кабеля. В табл. 11.7 приведено назначение контактов разъема контроллера жесткого диска.
Таблица 11.7. Назначение контактов разъема ЮЕ-контроллера
Режимы передачи данных
Для передачи данных между винчестером и памятью PC используются два основных режима:
□ Режим программного ввода/вывода (Programmed Input/Output, РЮ)
□ Режим прямого доступа к памяти (Direct Memory Access, DMA)
Режим PIO
В режиме PIO каждый байт информации с жесткого диска сначала считывается центральным процессором и только потом записывается в оперативную память. В зависимости от длительности цикла считывания и количества секторов, передаваемых за одно обращение к диску, различают режимы РЮО (PIO Mode 0), РЮ1, РЮ2, РЮЗ, РЮ4, РЮ5. Характеристики режимов РЮ приведены в табл. 11.8.
Например, в режиме РЮО за одно обращение к диску обычно передается содержимое одного сектора (512 байт), а в режиме РЮ4 — 16 (или больше), за счет чего достигается высокая скорость передачи данных.
Таблица 11.8. Характеристики режимов РЮ
Если появились сбои в работе PC после установки нового винчестера, можно попробовать понизить скорость работы жесткого диска, принудительно установив в CMOS Setup более низкий режим РЮ.
Режим DMA
Режимы РЮ используются в однозадачных операционных системах, когда процессор компьютера производит считывание или запись данных в буферную память накопителя на жестких дисках стандартов IDE или EIDE, а затем эти данные передаются в оперативную память. В многозадачных операционных системах целесообразно использовать режимы прямого доступа к оперативной памяти (Direct Memory Access, DMA). Ввод/вывод данных в этом режиме осуществляется в оперативную память PC, минуя CPU. Этот процесс происходит под управлением контроллера накопителя на жестких дисках в паузах между обращениями CPU к оперативной памяти, что несколько снижает скорость передачи данных, но экономит процессорное время. Для реализации режимов DMA, в отличие от РЮ, необходимы как специальные контроллеры, так и драйверы.
Режимы DMA подразделяются на однословные (Singleword) и многословные (Multiword) в зависимости от количества слов, передаваемых за один цикл работы с системной шиной (табл. 11.9).
Таблица 11.9. Характеристики режимов DMA
К настоящему времени разработан и внедрен режим Ultra DMA/33, при котором скорость обмена повышается за счет передачи данных как по переднему, так и по заднему фронту сигнала записи или чтения.
Стандарт Ultra DMA/33 отличается от предыдущих версий IDE не только скоростью обмена. Впервые в нем используется механизм обнаружения ошибок с помощью циклического контрольного кода (CRC).
Функция Bus Master
С появлением процессоров Pentium контроллеры EIDE обеспечивают функцию Bus Master. Дело в том, что в многозадачных операционных системах слишком расточительно использовать CPU для ввода/вывода данных, поэтому контроллеры внешних устройств (EIDE в частности) стали оборудоваться как бы собственными процессорами ввода/вывода. В этом случае CPU программирует контроллер EIDE, указывая ему, откуда он должен взять данные и в какую область памяти их поместить. После получения этих указаний контроллер захватывает управление шиной PCI и выполняет операции по считыванию данных с накопителей информации (например, с винчестера, приводов CD-ROM, CD-R, CD-RW) непосредственно в RAM с помощью контроллера DMA.
Однако выигрыш в производительности PC при использовании функции Bus Master будет заметен лишь при одновременной работе нескольких приложений.
Функцию Bus Master поддерживают практически все современные Chipset. В Chipset корпорации Intel технология Bus Master IDE реализована в контроллере PIIXN (см. главу 8).
Для реализации этой технологии необходимо выполнение следующих требований к аппаратному и программному обеспечению:
□ Chipset должен поддерживать функцию Bus Mastering (см. главу 8). П Винчестер и привод CD-ROM должны поддерживать режимы DMA.
Примечание
Информацию об этом можно найти в документации на соответствующее устройство. Подавляющее большинство современных винчестеров и приводов CD-ROM поддерживают этот режим.
□ Компьютер должен работать под управлением многозадачной операционной системы типа Microsoft Windows 95/98 и Windows NT 4.0.
□ Необходимо наличие соответствующего драйвера и соответствующей системы BIOS.
Примечание
Режим Ultra DMA/33 не является обязательным, но желательным.
Операционные системы Windows 98, Windows 95 OSR2, и Windows NT 4.0 Service Pack 3 поставляются с драйвером Bus Master IDE. Кроме того, корпорация Intel распространяет соответствующие драйверы для других операционных систем и версий Windows 95/98 через Internet (http://www.bmdrivers.com, http://www.drivershq.com).
Для определения версии Windows 95/98 выберите команды Пуск (Start), Настройка (Settings), Панель управления (Control Panel), Система (System). На
экран монитора будет выведена информация о системе (табл. 11.11), которая поможет вам при установке драйвера Bus Master для Windows.
Таблица 11.11. Поддержка функции Bus Master операционными системами и BIOS
Если вы обнаружили неприятные эффекты, например "зависание" компьютера при попытке сохранить файл, невозможность проигрывания аудиодисков, в этом случае следует удалить драйвер Bus Master. В Windows 95/98 это делается повторным запуском программы Setup установки драйверов и выбора Uninstall.
ATA
Интерфейс IDE с момента своего появления постоянно совершенствовался.
Первый стандарт данного интерфейса получил название ATA (ATAttachment).
Стандарт ATA имел следующие возможности:
□ Поддерживал только два винчестера
□ Поддерживал режимы РЮО, РЮ1 и РЮ2
□ Поддерживал режимы Singleword DMAO, DMA1, DMA2 и Mutiword DMA0
□ Обеспечивал скорость обмена данными с диском 2—3 Мбайт/с
□ К контроллеру IDE можно подключать только винчестеры
□ Емкость диска IDE не превышала 504 Мбайт
Почему емкость диска IDE не может превышать 504 Мбайт? Как было отмечено выше, емкость винчестера определяется произведением количества цилиндров (С), количества головок (Н), количества секторов (S) и емкости одного сектора (512 байт), т. е. CxHxSx512.
Ограничение емкости винчестеров с интерфейсом IDE является результатом совместного использования стандарта IDE и программного интерфейса BIOS (Intl3). Дело в том, что интерфейсы IDE и Intl3 используют различное количество разрядов для задания числа головок, цилиндров и секторов, поэтому для того чтобы IDE и BIOS могли работать вместе, из двух максимальных значений приходится брать меньшее (табл. 11.8).
Таким образом: CxHxSx512 = 1024x16x63x512 = 528 482 304 байт « 504 Мбайт.
Некоторым усовершенствованием стандарта АТА стал протокол Fast ATA, разработанный компаниями Seagate Technology при поддержке Quantum. Отличие данного протокола от протокола АТА заключается в поддержке режимов РЮ4 и Multiword DMA1. Данный протокол не является стандартным и поддерживается не всеми винчестерами.
АТА-2
Увеличение тактовой частоты процессоров и размеров используемых программ автоматически требует и повышения скорости передачи данных. Однако при использовании HDD с интерфейсом АТА максимальная скорость передачи данных для моделей последних разработок в среде DOS составляет 3—5,5 Мбайт/с (IDE на локальной шине). При использовании программных комплексов автоматизированного проектирования и приложений Windows для удовлетворительной работы этого явно недостаточно. Кроме того, емкость АТА- винчестеров ограничена значением 504 Мбайт.
Относительная простота устройств с интерфейсом АТА и указанные выше ограничения побудили ведущих производителей в 1993 г. начать усовершенствование интерфейса АТА. На его основе был разработан новый интерфейс АТА-2, утвержденный в качестве стандартного ANSI (Американским национальным институтом стандартов); иногда АТА-2 называют EIDE (Enhanced IDE).
В отличие от АТА интерфейс стандарта АТА-2:
□ Поддерживал дополнительно режимы РЮЗ и РЮ4
□ Поддерживал дополнительно режимы Mutiword DMA1 и DMA2
□ К контроллеру IDE стало возможно подключать не только винчестеры
□ Емкость диска IDE превысила 504 Мбайт
Логическая адресация блоков
Существует два способа преодоления ограничения емкости винчестера.
Первый способ заключается в пересчете реальных значений адресов CHS (цилиндр-головка-сектор) в фиктивные, удовлетворяющие ограничениям BIOS (см. табл. 11.8). Контроллер IDE и BIOS используют в этом случае разные способы для адресации данных на диске. Например, если диск содержит 1500 цилиндров и имеет 16 головок, то в результате пересчета BIOS будет воспринимать его как устройство, имеющее 750 цилиндров и 32 головки.
Превышение емкости винчестеров более 504 Мбайт стало возможно благодаря применению метода логической адресации блоков {Logical Block Addressing, LBA), который используется в технологии АТА-2. Для поддержки LBA необходима соответствующая BIOS, поддерживающая интерфейс АТА-2. В этом случае все сектора нумеруются подряд, начиная с сектора (0,0,1), которому присваивается логический адрес 0, т. е. адрес CHS преобразуется в 28-битное число, используемое для нумерации секторов. Поскольку размер каждого сектора равен 512 байт, то в соответствии с данными, представленными в табл. 11.8, максимальная емкость винчестера может составлять
CxHxS = 65536x16x256x512 ≈128 Гбайт
К сожалению, для операционной системы необходимы пересчитанные значения секторов, поэтому BIOS сначала определяет общее количество секторов, а затем пересчитывает их. Однако в BIOS существуют некоторые ограничения (см. табл. 11.8), поэтому максимальная общая емкость диска будет равна
CxHxS=1024x256x63x512 ≈ 7,88 Гбайт
Для работы с дисками емкостью более 528 Мбайт требуется поддержка со стороны винчестера, BIOS и операционной системы. Например, большинство 32-разрядных операционных систем (таких, как Windows 95/98, OS/2) поддерживает работу с большими дисками.
При использовании технологии АТА-2 повышается скорость обмена с диском, допускается применение более скоростных дисков и обеспечивается возможность установки в компьютере до четырех устройств IDE. Контроллер АТА-2 имеет два канала (primary — первичный и secondary — вторичный), к каждому из которых можно подключить до двух устройств (всего четыре).
Кроме того, АТА-2 позволяет подключать не только винчестеры, но и другие устройства (приводы CD-ROM, стримеры), поддерживающие спецификацию ATAPI (ATAttachment Packet Interface).
Стандарт ATAPI получил широкую поддержку среди производителей устройств CD-ROM и разработчиков операционных систем, что еще более расширило сферу распространения интерфейса АТА-2.
В новых АТА-2-устройствах предусмотрен режим экономии электроэнергии, что соответствует требованиям Environmental Protection Agensy's Energy Star (Агентство защиты окружающей среды и сохранения энергии). Этот режим поддерживается многими накопителями последних разработок, а для накопителей АТА-2 он является стандартным — двигатель винчестера сам останавливается при отсутствии обращений к винчестеру в течение временного интервала, определяемого пользователем системы.
Все винчестеры, выпускаемые с интерфейсом АТА-2, обеспечивают работу в режиме стандартного АТА-интерфейса, и наоборот, компьютеры, оснащенные АТА-2, могут работать с обычными винчестерами АТА.
Если к одному кабелю подключены винчестер и накопитель CD-ROM, то в случае обращения CPU к CD-ROM во время записи данных на винчестер, CPU будет ожидать завершения операций с винчестером, прежде чем он получит доступ к CD-ROM. Поэтому нецелесообразно подключать к одному кабелю IDE привод CD-ROM и винчестер. При наличии в системе двух винчестеров их также желательно подключить к разным кабелям.
АТА-3
В отличие от АТА-2, стандарт АТА-3, хотя и не вводит новые режимы, предназначенные для ускорения передачи данных, но включает технологию S.M.A.R.T.
Ultra ATA/33
Интерфейс Ultra АТА/33 (называемый также Ultra DMA/33 и АТА-33), предложенный компанией Quantum, обеспечил передачу данных в режиме Multiword DMA со скоростью 33 Мбайт/с. В отличие от режима DMA2, в режиме Ultra АТА/33 передача данных осуществляется по переднему и заднему фронтам тактового сигнала, что позволяет в два раза увеличить скорость передачи без увеличения тактовой частоты импульсов (рис. 11.15).
Кроме того, в Ultra ATA/33 осуществляется контроль передаваемых данных с помощью процедуры CRC.
Ultra ATA/33 обеспечивает совместимость устройств и систем ранних стандартов. В системе может одновременно работать винчестер стандарта Ultra АТА/33 и других стандартов.
Для реализации всех возможностей стандарта Ultra АТА/33 необходимо, чтобы его поддерживали Chipset и BIOS материнской платы, а также были установлены соответствующие драйверы.
UltraATA/66
Протокол Ultra ATA/66 по сравнению с Ultra АТА/33 удваивает скорость передачи данных до 66 Мбайт/с за счет увеличения частоты тактового сигнала. Для обеспечения целостности данных предусмотрен новый 80-жильный кабель, который подключается к стандартному 40-контактному разъему (рис. 11.16). В новом кабеле сигнальные линии разделены линиями земли, которые играют роль экрана.
Рис. 11.16. 80-жильный кабель IDE
Последующим развитием интрефейса Ultra ATA/66 является протокол Ultra АТА/100, обеспечивающий передачу данных со скоростью 100 Мбайт/с. Ultra АТА/100 поддерживает все предыдущие протоколы.
SCSI-контроллер
SCSI это наиболее универсальный и эффективный интерфейс, чем IDE. Однако его аппаратная реализация значительно дороже, чем реализация интерфейса IDE. Интерфейс SCSI имеет явные преимущества при работе с видео, а также при использовании привода CD-ROM в многозадачной операционной среде или в качестве сетевого накопителя.
Связь между SCSI-устройством и шиной ввода/вывода (таких, как ISA, PCI, VLB) осуществляется через внешнюю шину с помощью Host-адаптера (рис. 11.17). Устройства, подключенные к SCSI-шине, взаимодействуют друг с другом не напрямую, а через встроенные SCSI-контроллеры.
Рис. 11.17. Host-адаптер SCSI AHA-154x
В табл. 11.12 показано назначение контактов разъема контроллера Adaptec 152х. Другие изготовители, например Future Domain, используют иное расположение контактов, но это не означает, что отдельные SCSI-устройства работают только со специальными контроллерами. Например, у вас могут возникнуть проблемы при использовании винчестера, отформатированного с помощью контроллера SCSI фирмы Seagate. При этом необходимо заново отформатировать его с помощью контроллера фирмы Adaptec.
Таблица 11.12. Назначение контактов разъема контроллера Adaptec 152x
Внимание!
Сигнал ATN формируется для указания на возникшие сбои при обмене данными.
Примечание
Контакты с 1 по 25 замкнуты на корпус, контакт 13 не используется.
Подключение
На корпусе SCSI-устройства, как правило, имеются входной и выходной разъемы. К выходному разъему должно подключаться следующее SCSI-устройство. Если к этому разъему такое устройство не подключено, то необходимо подключить внешний модуль нагрузки — терминатор, который входит в комплект SCSI-устройств. На многих винчестерах SCSI в целях экономии места имеется только один разъем. В этом случае устанавливаются так называемые проходные модули нагрузки.
Шина SCSI всегда должна быть нагружена с обоих концов. Если Host-адаптер установлен в середине цепочки подключенных к шине устройств, то на конечных устройствах должны быть установлены терминаторы. Если Host-адаптер расположен в начале цепочки, то в нем должны быть установлены нагрузочные резисторы.
Для конфигурации SCSI-устройств необходимо каждому устройству присвоить идентификационный номер (ID), который устанавливается с помощью джамперов, кнопок или переключателя.
"Интеллектуальные" SCSI-контроллеры отличаются большим числом возможных установок. Контроллер фирмы Adaptec позволяет устанавливать идентификатор SCSI, номер линии прерывания, канал DMA и т. д. В случае сомнений следует принять стандартные установки. В документации, поставляемой с хорошими SCSI-контроллерами, имеется раздел, посвященный устранению возможных конфликтов, возникающих при установке этих карт в PC. В этом случае у вас есть хорошая возможность попробовать свои силы в переключении джамперов. Запоминайте (и записывайте) исходное состояние каждый раз перед установкой джампера в новое положение или при другом изменении конфигурации.
Драйверы
В процессе производства отдельных компонентов фирма Adaptec (лидер в производстве SCSI-контроллеров) разработала соответствующие драйверы. В настоящее время широкое распространение получил универсальный драйвер ASPI (Advanced SCSI Programming Interface), который поддерживает различные периферийные устройства и операционные системы, такие как OS/2, UNIX, Novell и т. п.
Фирмы Futura Domain и NCR разработали еще один драйвер — САМ (Common Access Method — Метод общего доступа).
В главе 31 приведен перечень ошибок, наиболее часто встречающихся при работе с SCSI-устройствами.
Достижимые скорости передачи данных для интерфейса SCSI и других ранее рассмотренных интерфейсов приведены в табл. 11.13.
Таблица 11.13. Производительность различных интерфейсов
Интерфейс SCSI имеет некоторые преимущества перед интерфейсом АТА:
□ Возможность подключения до 15 устройств (например, Ultra SCSI-Ill).
□ Возможность подключать внутренние и внешние устройства.
□ Высокая скорость передачи данных (в последних стандартах).
□ Диски SCSI-винчестеров вращаются с высокой скоростью (7200 или 10 000 об/мин), и время доступа к ним меньше — 5—7 мс.
□ Длина кабеля SCSI может достигать 3—6 м.
Однако стоимость винчестеров SCSI существенно выше (примерно в 1,5
раза при той же емкости), чем стоимость винчестеров АТА. Кроме того, IDE
винчестер можно подключить к любой материнской плате, в то время как
для подключения винчестера SCSI необходим специальный контроллер.
Таким образом, для домашнего компьютера целесообразнее использовать
винчестеры АТА. В настоящее время максимальная емкость винчестеров
SCSI и АТА примерно одинакова — около 40 Гбайт.
Для профессиональных систем, например, мощного сервера со многими
винчестерами, лучше подойдет SCSI.
Приводы CD-ROM
CD (Compact Disks — Компакт-диски), использовавшиеся для аудиоаппаратуры, были модифицированы для применения в PC и в настоящее время уже уверенно вошли в стандартную комплектацию современных компьютеров.
Примечание
Установка привода CD-ROM в компьютер еще не означает, что можно без ограничений работать с мультимедиа.
К мультимедиа относится гораздо больше устройств, чем только круглый блестящий диск (CD-ROM). Необходимы звуковая карта, быстродействующий процессор, акустическая система, соответствующее программное обеспечение и т. п.
Сосредотачиваясь на мультимедиа, часто забывают, что CD являются прекрасным средством для хранения программных дистрибутивов (Software Distributions). CD является достаточно емким и, прежде всего, компактным носителем. Если взять соотношение между емкостью носителя и его стоимостью, то в этом отношении CD всегда лучше винчестера.
Успех аппаратных средств на рынке зависит от имеющихся программ и почти все крупные разработчики перешли на использование CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory). Вряд ли программы, записанные на магнитных носителях информации, не будут поставляться и в альтернативном варианте на CD-ROM.
Прежде чем рассмотреть работу приводов CD-ROM, приведем небольшой список их достоинств и недостатков.
□ По сравнению с винчестерами CD значительно надежнее в транспортировке.
□ Компакт-диск имеет огромную емкость (объем данных, располагаемых на CD, достигает 500-700 Мбайт).
□ CD практически не изнашивается (при соответствующей эксплуатации).
□ Основной недостаток относится к методам обработки информации. Устройство CD-ROM предназначено только для чтения данных с компакт-диска.
Приводы CD-ROM (рис. 12.1) работают не так, как все описанные выше электромагнитные носители информации. При записи компакт-диск обрабатывается лазерным лучом (без механического контакта), выжигающим тот участок, который хранит логическую единицу, и оставляет нетронутым тот участок, который хранит логический нуль. В результате чего на поверхности CD образуются маленькие углубления, — так называемые питы (Pits).
Рис. 12.1. Конструкция оптико-механического блока привода CD-ROM
Первые приводы CD-ROM применялись как внешние устройства. Современные же модели почти всех производителей выполняются как внутренние компоненты и имеют размеры дисковода 5,25" (рис. 12.2).
Рис. 12.2. Внешний и внутренний приводы CD-ROM
Приводы CD-ROM обычно управляются через IDE-сопряжение, SCSI-интерфейс или звуковую карту. Эти приводы не надо объявлять в CMOS Setup.
Технология производства устройств CD-ROM развивается уже более десяти лет. За этот немалый для компьютерных технологий срок сменилось несколько поколений накопителей CD-ROM. Рассмотрим основы технологии CD-ROM. Толщина компакт-диска составляет 1,2 мм, а диаметр — 120 мм. Диск изготавливается из поликарбоната, который покрыт с одной стороны тонким металлическим отражающим слоем (алюминия, реже золота) и защитной пленкой специального прозрачного лака. Информация на диске записана в виде чередований углублений в поверхности металлического слоя. Двоичный нуль представляется на диске в виде углубления, так и в виде основной поверхности, а двоичная единица — в виде границы между ними.
При кодировании 1 байт (8 бит) информации на диске записывается 14 бит плюс 3 бита слияния (merge bit). Базовая информационная единица — это кадр (Frame), который содержит 24 кодированных байта или 588 бит (24х(14 + 3) + 180 бит для коррекции ошибок). Кадры образуют секторы и блоки. Сектор содержит 3234 кодированных байта (2352 информационных байта и 882 байта для коррекции ошибок и управления). Такая организация хранения данных на компакт-диске и использование алгоритмов коррекции ошибок позволяют обеспечить качественное чтение информации с вероятностью ошибки на бит, равной 10-10.
В соответствии с принятыми стандартами поверхность диска разделена на три области (рис. 12.3).
□ Входная директория (Lead in) — область в форме кольца, ближайшего к центру диска (ширина кольца 4 мм). Считывание информации с диска начинается именно со входной директории, где содержатся оглавление (VolumeTable of Contents, VTOC), адреса записей, число заголовков, суммарное время записи (объем), название диска (Dick Label).
□ Область данных.
□ Выходная директория (Lead out) имеет метку конца диска.
Основным отличием структуры каталога компакт-диска от структуры каталога дискеты (или структуры каталога DOS) является то, что на CD в системной области записаны адреса файлов, что позволяет осуществлять прямое позиционирование. Следовательно, для доступа к данным, хранимым на CD, необходимо преобразование форматов. Для этих целей фирмой Microsoft был выпущен специальный драйвер (MSCDEX.EXE).
Таким образом, для использования приводов CD-ROM в системе имеются два драйвера, информация о которых содержится в системных файлах AUTOEXEC.BAT и CONFIG.SYS. Первый драйвер - это MSCDEX.EXE, поставляемый в качестве стандартного для подобных систем в составе DOS 6.O. Второй драйвер специализированный и поставляется вместе с конкретным приводом CD-ROM. Более тонкие подробности программной установки CD приведены в главе 17.
Для того чтобы привод CD-ROM можно было использовать для прослушивания еще и аудиокомпакт - диски, необходима звуковая карта. В зависимости от модели привода для подключения звуковой карты требуется двух- или четырехжильный кабель.
Для установки диска в привод положите его в выдвижной контейнер {Caddy), который после легкого нажатия приводится в движение и въезжает в корпус привода (рис. 12.4). При установке приводов CD-ROM нужно помнить, что это устройство работает только в горизонтальном или в вертикальном положении. Ни в коем случае, как и HDD, нельзя размещать привод CD-ROM под углом.
Рис. 12.4. Установка компакт-диска в привод CD-ROM
Эксплуатационные характеристики
Выбор привода CD-ROM зависит от того, какие задачи предполагается решать с его помощью. А именно, какие требования предъявляются со стороны этих задач к характеристикам привода. Условно можно выделить следующие основные группы задач:
□ Установка и обновление программного обеспечения
□ Поиск информации в базах данных, архивах, справочниках, энциклопедиях и т. д.
□ Запуск и работа с программными продуктами
□ Запуск и работа с игровыми, развлекательными и образовательными программами
□ Просмотр видеофильмов, видеоклипов и фотоизображений
□ Использование привода в качестве разделяемого ресурса LAN О Прослушивание музыкальных CD
Применительно к указанным задачам можно рассматривать характеристики конкретного привода CD-ROM и оценивать его пригодность для их решения. К основным характеристикам приводов CD-ROM относятся следующие:
□ Скорость передачи данных {Data Transfer Rate, DTK)
□ Среднее время доступа (Access Time, А Т)
□ Объем буферной памяти (Buffer Memory)
□ Коэффициент ошибок (Error Rate)
□ Средняя наработка на отказ (Mean Time Between Failure, MTBF)
□ Тип интерфейса
□ Перечень поддерживаемых форматов CD О Параметры трактов воспроизведения
□ Конструкция привода
□ Комплект поставки программного обеспечения
Далее рассмотрим более подробно перечисленные характеристики.
Скорость передачи данных (DTR) — это максимальная скорость, с которой данные пересылаются от носителя информации в оперативную память компьютера. Это наиболее важная характеристика привода CD-ROM, которая практически всегда упоминается вместе с названием модели. Непосредственно со скоростью передачи данных связан такой параметр, как скорость вращения диска (кратность). Первые приводы CD-ROM передавали данные со скоростью 150 Кбайт/с, как и проигрыватели аудиокомпакт-дисков. Скорость передачи данных следующих поколений устройств, как правило, кратна этому числу (150 Кбайт/с). Такие приводы получили название "накопителей с двух-, трех-, четырехкратной и т. д. скоростью". Причем, скорость передачи данных приводов с n-кратной скоростью зависит от типа читаемой информации. Например, если считывается информация со звукового диска, то скорость передачи составляет 150 Кбайт/с (Normal speed), a если считываются файлы данных, то скорость передачи данных может быть равна 300, 450, 600 Кбайт/с и т. д. Иногда для характеристики накопителей на CD-ROM используют такой показатель, как скорость постоянной передачи данных (Sustained Data Transfer, SDT).
Соотношение скорости передачи данных приводов CD-ROM и кратности представлено в табл. 12.1.
С переходом на быстродействующие модели приводов наметилась тенденция к "размыванию" понятия "кратность". Дело в том, что термин "кратность" соответствует не угловой скорости вращения диска, а линейной скорости перемещения питов диска относительно считывающего устройства. В этом состоит важное отличие накопителя CD-ROM, например, от накопителя на жестких дисках. Если одной из главных целей конструкторов жестких дисков было повышение средней производительности накопителей, то дисководы CD-ROM изначально проектировались для нужд аудиотехники, где требовалось, прежде всего, постоянство скорости передачи данных, независимо от того, с какой области диска в данный момент производится считывание — с внешней или внутренней. До недавнего времени в приводах CD-ROM, в отличие от накопителей на магнитных дисках, использовался метод считывания информации с постоянной линейной скоростью (Constant Linear Velocity, CLV), при котором угловая скорость вращения диска является величиной переменной, зависящей от места считывания информации (уменьшается по мере продвижения от центра к краю диска).
Для преодоления серьезных технических проблем, возникающих при скоростях передачи информации 2400 Кбайт/с (кратность 16) и более, производители CD-ROM начали выпускать накопители с частично-постоянной угловой скоростью вращения диска (Partial Constant Angular Velocity, PCAV). При использовании метода PCAV (иногда встречается обозначение CLV-CAV) паспортное значение скорости передачи информации достигается только при считывании данных из области на внешнем крае диска, а в области, расположенной близко к центру, этот параметр может быть меньше указанного почти в два раза.
В настоящее время разные компании применяют различный подход к определению скорости производимых дисководов CD-ROM. Например, два устройства с кратностью 12х, которые формально являются идентичными, в действительности могут существенно различаться по скорости передачи данных. Так в дисководе CDR-8130 фирмы Hitachi, официально объявленном как 12-скоростной, максимальная скорость передачи данных достигает 2400 Кбайт/с, что соответствует кратности скорости 1бх, причем этот параметр остается неизменным при считывании данных со значительной части поверхности диска. А в 12-скоростном дисководе CR-584B фирмы Panasonic максимальная скорость передачи данных составляет 1944 Кбайт/с, что незначительно превышает среднюю величину, указанную в паспорте (1800 Кбайт/с).
Вот почему выбрать накопитель CD-ROM на основе паспортных данных бывает трудно. Многие пользователи решают проблему путем опроса знакомых. Хорошим подспорьем служат публикуемые в периодических изданиях по компьютерной тематике результаты тестов устройств CD-ROM. За последние год-два на отечественном рынке накопителей CD-ROM произошли значительные перемены, связанные с появлением высокоскоростных устройств. Дисководы CD-ROM со скоростью передачи данных ниже 8-кратной уже сняты с производства ведущими фирмами. Хотя 8-скоростные устройства еще и имеются в продаже, разница их цены и цены более производительных накопителей слишком мала, чтобы оправдать их приобретение.
Высокая скорость передачи данных привода CD-ROM необходима, прежде всего, для синхронизации изображения и звука. При недостаточной скорости передачи возможны пропуск кадров видеоизображения (дрожание изображения) и искажение звука. Как известно из опубликованных результатов тестирования, приводы CD-ROM с двукратной скоростью передачи данных не могут с удовлетворительным качеством воспроизводить видеоизображение с частотой 30 кадров/с. Приводы, например, с шестикратной скоростью обеспечивают поток данных, достаточный для воспроизведения видеоинформации с частотой от 25 до 47 кадров/с.
Официально представленный в конце 1997 г. привод CD-ROM с 32-кратной скоростью передачи данных, рассматривается многими аналитиками как последний этап в развитии традиционной технологии производства таких устройств. Такая точка зрения основана на том, что, во-первых, появилась более перспективная технология — DVD, а, во-вторых, потенциал совершенствования технологии накопителей на CD-ROM за счет повышения кратности скорости передачи данных исчерпан. При дальнейшем повышении скорости вращения CD (достигнута скорость 7200 об/мин) не обеспечивается требуемый уровень качества считывания.
Качество считывания характеризуется коэффициентом ошибок {Error Rate) и представляет собой оценку вероятности искажения информационного бита при его считывании. Данный параметр отражает способность устройства CD-ROM корректировать ошибки чтения/записи. Паспортные значения этого коэффициента составляют 10~10—1(И2. Когда считываются данные с загрязненного или поцарапанного участка диска, регистрируются группы ошибочных битов. Если ошибку не удается устранить за счет избыточности помехоустойчивого кода (применяемого при чтении/записи), то скорость считывания данных понижается и происходит многократный повтор чтения. Если механизм коррекции ошибок не в состоянии устранить сбой, то на мониторе компьютера появляется сообщение sector not found (сектор не найден). В случае устранения сбоя привод переключается на максимальную скорость считывания данных.
Среднее время доступа (Access Time, AT) — это время (в миллисекундах), которое требуется приводу для того, чтобы найти на носителе нужные данные. Очевидно, что при работе на внутренних участках диска время доступа будет меньше, чем при считывании информации g внешних участков. Поэтому в паспорте накопителя приводится среднее время доступа, определяемое как среднее значение при выполнении нескольких считываний данных с различных (выбранных случайным образом) участков диска. По мере совершенствования приводов CD-ROM среднее время доступа уменьшается, но все же этот параметр значительно отличается от аналогичного для накопителей на жестких дисках (100—200 мс для CD-ROM и 8—12 мс для жестких дисков). Столь существенная разница объясняется принципиальными различиями конструкций: в накопителях на жестких дисках используется несколько магнитных головок и диапазон их механического перемещения меньше, чем диапазон перемещения оптической головки привода CD-ROM. Среднее время доступа приводов CD-ROM представлено в табл. 12.2.
Объем буферной памяти (Buffer Memory, BM) — это емкость оперативного запоминающего устройства привода CD-ROM, используемого для повышения скорости доступа к данным, записанным на носителе. Буферная память (или кэш-память) представляет собой устанавливаемые на плате накопителя микросхемы для хранения считанных данных. Благодаря буферной памяти данные в компьютер могут передаваться с постоянной скоростью. Например, данные обычно размещены в различных областях диска, а поскольку накопители на CD-ROM имеют относительно большое время доступа, это может привести к задержке поступления данных в компьютер. Такие задержки практически незаметны при работе с текстовыми файлами, но при выводе видеоизображений или звукового сопровождения возникающие паузы недопустимы. Если для управления приводом CD-ROM используются специальные программы-драйверы, то в буферную память может быть заранее записано оглавление диска. В этом случае обращение к фрагменту запрашиваемых данных происходит значительно быстрее.
Оптимальный объем буферной памяти определяется многими факторами. Принято считать, что для приводов CD-ROM с двукратной скоростью объем буферной памяти должен составлять не менее 64 Кбайт, а для накопителей с кратностью 4х и выше — не менее 256 Кбайт. Современные устройства имеют буферную память объемом 256—512 Кбайт.
Частично компенсировать недостаточный объем буферной памяти позволяют специальные программы буферизации или кэширования дисков, использующие для этого RAM компьютера. Примером такой программы является драйвер SMARTDRV операционной системы MS DOS 6.2.
Кроме объема буферной памяти на производительность накопителя CD-ROM оказывает влияние тип буфера накопителя. Различают три типа буферов накопителей CD-ROM: статический, динамический и с опережающим чтением.
Статический буфер принимает и накапливает все блоки данных, поступающих от устройства, пока их не потребует процессор компьютера. Динамический буфер накапливает только те блоки данных, которые предположительно могут быть затребованы повторно. Динамический буфер используется при работе с небольшими по размеру файлами, произвольно расположенными на диске, что характерно для баз данных. Буфер с опережающим чтением учитывает характер передаваемых данных, что позволяет подготовить нужные данные заблаговременно. Его использование наиболее эффективно при работе с большими по размеру файлами, например, аудио- и видеоданными. К сожалению, тип буферной памяти редко указывается в паспорте накопителя.
Средняя наработка на отказ (Mean Time Between Failure, MTBF) — это среднее время (в часах) безотказной работы привода CD-ROM. MTBF определяет надежность накопителя как технического устройства. Для первых моделей приводов CD-ROM средняя наработка на отказ составляла около 30 тыс. часов, или 3,5 года круглосуточной работы. Этот показатель современных моделей составляет 50—125 тыс. часов, что почти на порядок превышает срок морального старения накопителя.
Параметры аудиотракта
Поскольку приводы CD-ROM используются и для проигрывания аудиодисков формата CD-DA (Compact Disk-Digital Audio), то они характеризуются и параметрами, описывающими качественные показатели тракта воспроизведения звука:
□ Полосой воспроизводимых частот
□ Динамическим диапазоном
□ Отношением сигнал/шум
□ Коэффициентом нелинейных искажений П Сопротивлением на выходе
□ Э.д.с. сигналов на выходе
□ Переходным затуханием между каналами и др.
По этим характеристикам можно судить о том, способен ли привод CD-ROM заменить пользователю проигрыватель звуковых компакт-дисков.
Стандарты CD
Прежде чем рассматривать форматы компакт-дисков для накопителей CD-ROM, остановимся на одной особенности, о которой вы, наверное, уже слышали. Для большинства CD вся хранимая на них информация заносится за один технологический цикл, или сеанс {Single Session). Указатель того, где хранится информация, содержится во VTOC. Сравнительно недавно появилась технология, позволяющая дописывать информацию на специальные многосеансовые CD {Multi Session CD). При этом в начале дописываемого блока также содержится VTOC. Обычный привод CD-ROM сможет прочесть, к сожалению, только первую запись, поскольку не поддерживает новые форматы Multi Session. Такие многосеансовые записи определены в форматах Kodak Photo-CD и CD-ROM-XA. Для чтения CD, записанных в соответствии с этими форматами, необходимы совместимые с ними приводы. Эти приводы должны "уметь" считывать несколько таблиц VTOC, располагаемых на дисках Multi Session.
Photo-CD
Photo-CD появились осенью 1992 г. Это направление начала развивать фирма Kodak с целью решения проблемы хранения на CD обычных фотографий, которые могут быть отображены с высоким качеством. Информация об изображении подготавливалась путем сканирования фотографий с высоким разрешением. Затем она с помощью специальных алгоритмов сжималась и переносилась на CD-ROM. При помощи соответствующего читающего устройства можно просматривать картинки с высокой скоростью на мониторе PC и использовать их для дальнейшей обработки.
Чтобы обычный привод CD-ROM мог прочитать информацию с диска в формате Photo-CD, необходим специальный драйвер.
CD-ROM-XA
Дальнейшим развитием обычных приводов CD-ROM является привод типа ХА (extended Architecture). Стандарт CD-ROM-XA разработан фирмами Philips, Sony и Microsoft для получения такой дополнительной возможности, как чередование {Interleaving). Стандарт ХА предусматривает возможность создания специального идентификатора, указывающего тип хранимых данных: графика, текст или звук. Графические данные могут включать в себя стандартные графические изображения, анимацию или видеоизображения реального времени. Более того, эти блоки могут чередоваться, т. е., например, за видеофрагментом может следовать музыкальное (звуковое) сопровождение, затем следующий видеофрагмент и т. д. Устройство последовательно считывает эти блоки, сохраняет их в буфере, а затем посылает на компьютер для синхронизации. Таким образом, данные считываются с диска фрагментами, а затем синхронизируются, в нашем случае, для одновременного воспроизведения.
Отметим, что накопители стандарта CD-ROM-XA также поддерживают диски Multi Session.
ISO 9660
Это наиболее распространенный в мире стандарт на логическую организацию записанных на CD-ROM данных. Согласно ISO 9660 все пространство компакт-диска делится на три части:
□ Область входа (Lead In), в которой находится оглавление (Volume Table Of Contents, VTOC), адреса всех записей, число дорожек и суммарное время
записи.
□ Область данных, в которой находится собственно записанная информация, физически занимает место в виде кольца шириной 33 мм.
□ Область выхода (Lead Out), в которой расположена специальная метка,
означающая конец записи.
Стандарт ISO 9660 не решил всех проблем, связанных с совместимостью. До принятия стандарта High Sierra оставался открытым вопрос о том, какую еще вспомогательную информацию, облегчающую поиск данных, записывать на диск и способы форматирования блоков данных.
High Sierra
Стандарт получил имя по названию отеля на озере Тахо (Калифорния), где представителями ведущих фирм-производителей приводов CD-ROM и компакт-дисков в 1985 г. было принято соглашение о единстве интерпретации и практической реализации стандарта ISO 9660. В результате была принята спецификация HSG (High Sierra Group), которая носила рекомендательный характер. Данная спецификация определяла файловую структуру CD. Она также послужила основой для принятого несколько позже международного стандарта ISO 9660 для цифровых CD. Благодаря этому стало возможным чтение данных с дисков, записанных в формате ISO 9660, на всех приводах, что, в свою очередь, привело к массовому тиражированию программ на CD. Кроме того, появление этого стандарта позволило создать компакт-диски, ориентированные на различные операционные системы: DOS, UNIX и т. д.
CD-I
Компакт-диски типа CD-I (Compact Disk-Interactive) разрабатывались для широкого потребительского рынка с целью записи на них музыки, видео, игр, различного рода энциклопедий и т. д. Этот тип дисков определен как стандартный для записи мультимедийной информации. Устройства для проигрывания таких дисков могут быть подключены к обычному бытовому телевизору, а сам диск позволяет сохранять 90 минут "живого" видео с текстом, данными, стереозвуком, графикой и анимацией. Аудиокомпакт-диски можно читать (проигрывать) на дисководах для CD-I. Воспроизведение на PC видео с диска CD-I возможно только в случае применения аппаратного либо программного декодера MPEG.
CD-E/CD-R
Стандарт CD-E (Compact Disk-Eraseable), называемый также CD-R (Compact Disk-Rewritable), является стандартом многократной записи на CD. Диск типа CD-E позволяет хранить данные более 10 лет, выдерживает около 10000 циклов обращений и 1000-кратную перезапись. Диск CD-E имеет более низкий уровень оптического отражения, чем стандартные CD, а приводы обладают пятикратной скоростью чтения и записи. Стандарт CD-E совместим с CD-ROM и CD-R. Другими словами, новыми приводами CD-E будут читаться существующие диски.
Технология CD-E основана на изменении фазы отраженного луча лазера при чтении диска. Эти диски не могут быть перезаписаны современными приводами CD-R. Кроме того, они могут не читаться многими существующими приводами CD-ROM по причине того, что коэффициент отражения CD-R значительно ниже серебряных CD-ROM и CD-R. Для чтения дисков CD-R привод обязательно должен иметь качественную схему автоматической регулировки усиления.
Диски CD-E используют файловую систему с однократной записью (CD-UDF), которая может не восприниматься (диски не будут читаться) некоторыми операционными системами даже в случае совместимости аппаратных средств.
Системные ресурсы приводов CD-ROM
Как и другим периферийным устройствам, CD-ROM необходимо присвоить соответствующие базовые адреса и прерывания IRQ, чтобы процессор и операционная система могли к ним обращаться. Здесь список установок этих параметров не приводится, так как в зависимости от модели возможны различные конфигурации.
Для системы прерываний важно, чтобы для привода использовались свободные IRQ с номером выше 7 (звуковая карта чаще всего связана с IRQ 7). Базовые адреса обычно расположены в области от 300h до 340h. Если привод должен работать с каналом DMA, то следует обратить внимание на то, чтобы он не конфликтовал с другими устройствами. Как правило, для CD используют канал DMA 1.
Накопители CD-R и CD-WR
Терминами CD-R {CD-Recordable — записываемый CD) и CD-RW (CD-ReWritable — перезаписываемый CD) обозначаются как устройства, так и сами диски для однократной и многократной записи соотвественно.
Для однократной записи используются "чистые" диски, представляющие собой обычный компакт-диск, отражающий слой которого выполнен, как правило, из золотой или серебряной пленки, а между ним и поликарбонатной основой расположен регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании (рис. 12.5). Длина волны лазерного луча (как и при чтении) составляет 780 нм, а его интенсивность более чем в 10 раз выше, чем обычного привода CD-ROM.
В процессе записи лазерный луч нагревает отдельные участки регистрирующего слоя, которые темнеют и рассеивают свет, образуя участки, подобные питам. Однако отражающая способность зеркального слоя и четкость питов у дисков CD-R ниже, чем у CD-ROM, изготовленных промышленным способом (методом штамповки). Поэтому некоторые модели приводов CD-ROM могут не читать эти диски.
В перезаписываемых дисках регистрирующий слой выполнен из материала, изменяющего под воздействием луча свое фазовое состояние с аморфного на кристаллическое и обратно, в результате чего меняется прозрачность слоя. При нагреве лазерным лучом свыше критической температуры материал регистрирующего слоя переходит в аморфное состояние и остается в нем после остывания, а при нагреве до температуры значительно ниже критической восстанавливает свое первоначальное (кристаллическое) состояние. Существующие диски выдерживают от нескольких тысяч до десятков тысяч циклов перезаписи. Однако их отражающая способность значительно ниже штампованных и CD-R. Поэтому для чтения CD-RW необходим специальный привод с автоматической регулировкой усиления фотоприемника, хотя некоторые модели приводов CD-ROM читают их не хуже обычных дисков. Приводы, способные читать CD-RW, маркируются как Multiread. Диски CD-R можно использовать для записи в приводах CD-RW, но не наоборот: вам не удастся записать на приводе CD-R диск CD-RW.
В перезаписываемых дисках регистрирующий слой выполнен из органических соединений, известных под названиями цианин (Cyanine) и фталоцианин (Phtalocyanine). Цианин имеет голубой (Cyan) цвет и характеризуется средней стойкостью к облучению светом и перепадам температуры. Фталоцианин имеет золотистый цвет и более стоек ко внешним воздействиям.
В качестве отражающих материалов используется золото и серебро, реже — алюминий и его сплавы. Соответственно рабочая поверхность диска с отражающим слоем из серебра или алюминия имеет цвет своего регистрирующего слоя, а отражающий слой из золота изменяет цвет с голубого на зеленоватый. Органический слой дисков CD-RW обычно имеет серо-коричневый цвет.
Поскольку отражающий слой обычно выполняется из золота и серебра, менее подверженных окислению, чем алюминий в большинстве штампованных дисков, диски CD-R/RW тускнеют медленнее обычных. Однако материал регистрирующего слоя CD-R/RW более чувствителен к свету и так же подвержен окислению и разложению. Кроме того, регистрирующая пленка находится в полужидком состоянии и потому чувствительна к ударам и деформациям диска. Примерная оценка долговечности среднего CD-R — около двух-трех и более лет при аккуратном обращении и около года при интенсивном использовании в сочетании с неаккуратным обращением (удары, перегибы, воздействие тепла, влажности, яркого света и т. п.).
На CD-R организуется та же информационная структура, что и на штампованных дисках: оглавление (VTOC) и набор дорожек различных типов.
Перезаписываемый диск может иметь такую же структуру дорожек и файловую систему, что и CD-R, либо на нем может быть организована специальная файловая система UDF (Universal Disk Format — Универсальный дисковый формат), позволяющая пользоваться им, как обычным сменным диском (см. главу 13), т. е. создавать файлы и уничтожать их.
В отличие от CD, изготовленных методом штамповки, CD-R и CD-WR изготовляются со вспомогательной разметкой (Pregmove), которая одновременно служит для разбивки диска на кадры (блоки) и размещения дополнительной информации о диске: кодов, рекомендуемых значений скорости вращения и мощности записывающего лазера. Разметка используется для нахождения служебных и пользовательских областей диска, а также для облегчения слежения за информационной дорожкой в процессе записи. При считывании слежение производится, как обычно, по записанной информационной дорожке.
Кроме этого, диск содержит две служебные области: РСА (Power Calibration Area — Область калибровки мощности) и РМА (Program Memory Area — Область памяти программы), расположенные внутри входной директории (Lead in). РСА используется для выбора оптимальной мощности лазера перед каждой записью, а РМА — для временного хранения VTOC в случае записи одной сессии (одного сеанса записи) за несколько приемов.
РСА и РМА являются таблицами фиксированной длины, что ограничивает как общее количество сеансов записи, так и этапов формирования незакрытых сессий.
Минимальной единицей информации, записываемой на CD-R за один прием, является дорожка (трек). Минимальная длина дорожки 300 блоков (600 Кбайт, 4 с). В начале каждой дорожки формируется служебный зазор (Pre-gap), содержащий ее параметры, размером 150 блоков (300 Кбайт, 2 с) для однотипных дорожек и 225 блоков (450 Кбайт, 3 с) для дорожек разных типов.
Одна или несколько дорожек образуют программную область (Program Area), которая может формироваться за несколько сеансов, причем адреса и параметры дорожек (VTOC) сохраняются в РМА. Для того чтобы обычные приводы CD-ROM, не воспринимающие РМА, могли читать записанные дорожки, в начале и конце программной области должны быть зоны Lead in (9 Мбайт, 1 мин) и Lead out (4,5 Мбайт, 30 с), причем в Lead in должно содержаться оглавление. Структура из Lead in—Program Area—Lead out называется сессией, а процесс записи Lead in и Lead out вокруг области данных — закрытием сессии.
В процессе записи первой сессии около 22,5 Мбайт общей емкости диска расходуется на служебную информацию, а при записи каждой следующей — 13,5 Мбайт. Таким образом, чем больше сессий на диске, тем меньше доступное пространство для данных.
При закрытии сессии в ее входной директории (Lead in) записывается информация о размере оставшейся свободной области диска за пределами выходной директории (Lead out) текущей сессии. Это позволяет дописывать на диск новые сессии. Однако, чтобы диск нормально считывался на всех приводах CD-ROM, он должен быть закрыт полностью: в этом случае указатель на свободную область не создается, и диск становится недоступным для последующей записи.
Перед началом записи необходимо сформировать полный список файлов, входящих в сессию. При этом запись может осуществляться "на лету" (on the fly) или с предварительным построением образа диска (image).
В первом случае до включения записывающего лазера формируется только оглавление диска, а сами записываемые файлы открываются и считываются непосредственно в процессе записи. В случае считывания файлов с медленных устройств (CD-ROM, магнитооптика, медленные винчестеры) или при записи множества мелких файлов темп их открытия может оказаться недостаточным для обеспечения непрерывного потока данных, что может привести к аварийному прерыванию записи. В этом режиме желательно иметь как минимум, двукратный запас по средней скорости поступления исходных данных.
Во втором случае перед записью во временном файле формируется образ диска, и затем последовательно данные переносятся на диск. В этом режиме, если нет других снижающих быстродействие причин, практически не требуется запаса по быстродействию.
Запись дисков CD-R и CD-WR выполняется при помощи специальных программ (Easy CD, CD Creator, CD Publisher, Direct CD и т. п.), поддерживающих различные режимы записи. Режимы записи, в свою очередь, связаны с физическим и логическим (файловой системой) форматами, в которых записывается диск. Существуют три основных режима записи:
□ Track-at-Once □ Disc-at-Once □ Packet Writing
Track-at-Once
В режиме Track-at-Once {ТАО — Одна дорожка за один прием) записывающий лазер выключается после записи каждой дорожки и снова включается, если надо записать еще одну, даже когда несколько дорожек записываются подряд в одной за один сеанс записи. Дорожки, записанные в режиме ТАО, разделяются промежутками {gaps) — сериями специальных блоков run-in, run-out и link, предназначенных для связывания дорожек между собой. Стандартный промежуток между дорожками содержит 150 таких блоков (2 с). Все современные приводы CD-R поддерживают этот режим.
Некоторые новые модели приводов CD-R позволяют вручную установить размер промежутка между дорожками в режиме ТАО (режим Variable-Gap Track-at-Once). Эту возможность также должно поддерживать программное обеспечение. Обычно значение этого параметра можно установить в диапазоне от 0,03 до 8 с.
В режиме ТАО записывают многосессионные диски формата CD-ROM, допускающие последующую дозапись данных. Сессия может быть записана как полностью, за один прием, с формированием VTOC, файловой системы и зон Lead in/Lead out (запись с закрытием сессии), так и в несколько приемов, с сохранением временных VTOC в РМА (запись, при которой сессия остается открытой).
Disc-at-Once
В режиме записи Disc-at-Once {DAO — Весь диск за один прием) одна или более дорожек записываются без выключения лазера, и диск закрывается. Диск, записанный за один прием, является наиболее универсальным и считывается любыми приводом CD-ROM с любым файловым диспетчером, однако после записи невозможно дописывать новые данные.
Для записи в режиме DAO требуется чистый диск. Этот режим необходим при изготовлении мастер - диска, чтобы можно было тиражировать диски путем штамповки, поскольку устройства изготовления матриц обычно воспринимают промежутки между дорожками как ошибку. Режим DAO поддерживается не всеми записывающими приводами.
Packet Writing
Запись одной дорожки представляет собой единый процесс, который не может быть прерван, иначе диск будет испорчен. Для обеспечения равномерности поступления записываемой информации на лазер все приводы CD-RW имеют буфер, отсутствие данных в котором приводит к аварийному прерыванию записи. Перерывы в поступлении данных в буфер могут быть вызваны запуском параллельных процессов (например, программы Хранитель экрана), работой системы виртуальной памяти, зависанием программы или операционной системы. К сбою записи приводят также механические толчки привода. Поэтому организовать бесперебойную работу привода CD-R/CD-WR — задача непростая, требующая много времени и внимания. Чтобы снизить вероятность неудачной записи, был разработан метод Packet Writing — новый метод записи данных на CD-R/CD-RW небольшими порциями, основанный на стандартной спецификации UDF. В этом режиме записывающий лазер быстро включается и отключается в промежутках между блоками, записывая 7 связующих блоков (2 run-out, 4 run-in и 1 link) вместо обычных 150.
При записи в режиме Packet Writing не требуется непрерывный поток данных: когда данные в буфере закончатся, лазер отключится, а при появлении данных запись продолжится с того места, где была прервана. Таким образом, с помощью метода пакетной записи одна сессия обычного диска CD-R может быть записана в несколько приемов.
Благодаря применению этой технологии исключается порча диска за счет неравномерного поступления данных. Однако этот способ записи не спасает от сбоев из-за толчков привода, зависания системы или отключения питания во время записи.
В режиме Packet Writing информацию можно записывать двумя способами: пакетами фиксированной (Fixed-length) или переменной (Variable-length)
длины.
Пакеты фиксированной длины больше подходят дискам CD-RW для поддержки выборочного стирания (Random erase). Недостаток такого метода заключается в том, что при использовании пакетов размером 32 Кбайт (как требует стандарт) расточительно расходуется доступное пространство на диске. Стандартная емкость дисков CD-RW, отформатированных под пакеты фиксированной длины, составляет около 500 Мбайт. При использовании пакетов переменной длины (Variable-length packets) экономится место на диске, т. к. размер пакета может изменяться в зависимости от объема записываемых данных. Это полезно при записи на стандартные CD-R-диски, поскольку они являются "одноразовыми", и нет необходимости отслеживать наличие свободного пространства.
Не все приводы CD-R поддерживают этот режим и не все современные приводы CD-ROM могут читать диски, записанные в этом режиме. В некоторых случаях может потребоваться драйвер UDF.
Предварительное форматирование
Помимо сессионного метода для записи CD-RW может применяться предварительное форматирование — разбивка диска на секторы, подобно магнитным дискам. После форматирования диск CD-RW может использоваться так же, как обычный сменный диск: стандартные файловые операции (копирование, удаление и переименование) будут преобразовываться драйвером привода в операции перезаписи секторов диска. Благодаря этому для работы с дисками CD-RW не требуется другого программного обеспечения, кроме драйвера привода с поддержкой файловой системы UDF (например, Adaptec DirectCD) и программы начальной разметки.
На всех дисках указывается максимальное время записи (обычно 74 мин.). Точное количество доступных для записи блоков зависит от модели диска; его можно узнать, запросив свойства диска в записывающей программе.
На большинстве дисков указана их максимальная вместимость в мегабайтах данных (обычно 650 Мбайт при размере блока 2048 байт). На дисках некоторых производителей (например, фирмы Maxell) вместимость в рекламных целях указывается в миллионах байт (680), что означает те же 650 Мбайт. Отдельные диски маркируются цифрой 780, что обозначает емкость диска в звуковых секторах (74 мин. по 176 Кбайт).
На диске или коробке сообщается также максимально допустимая скорость записи (1х—6х). Регистрирующий слой, как правило, рассчитан на конкретную скорость записи. При записи на повышенных скоростях информационные метки могут "смазаться", поэтому диск будет плохо читаться либо полностью станет негодным для использования.
Устройства для записи CD выпускают многие известные фирмы. В нашей стране наибольшее распространение получили CD-R (рис. 12.6) производства фирм Yamaha, HP, Sony, Philips, Teac, Mitsumi, Panasonic. Как и приводы CD-ROM, приводы CD-R и CD-WR могут быть внутренними или внешними с интерфейсами EIDE/ATAPI или SCSI. Они различаются скоростью чтения и записи. Недорогие модели могут обеспечивать скорость чтения до 32х и записи до 4х.
В заключение дадим несколько рекомендаций, полезных при записи CD-R/CD-WR.
□ Предварительно дефрагментируйте жесткий диск, а также оптимизируйте систему всеми известными способами. Хорошо использовать отдельный раздел для записываемых файлов.
□ При записи множества мелких файлов сначала создайте образ диска, а потом запишите его на CD (лучше всегда перед записью создавать образ).
□ Перед записью используйте тест-режим (эмуляция процесса записи с выключенным лазером) для проверки скорости. Применение тест-режима необязательно. Он нужен только при первых попытках записи (после установки привода или изменения конфигурации PC). Процесс тестирования занимает столько же времени, сколько и обычная запись (74 мин. на однократной скорости). Кстати, успешное завершение теста не гарантирует успешной записи.
□ В окне свойств привода в Windows 95/98 отключите опцию CD-ROM Auto Insert Notification (располагается по адресу Device Man-ager>CDROM>Settings>Auto Insert Notification), а в Windows NT — внесите изменение в реестр: HKEY_LOCAL_MACHINE > SYSTEM > CurrentControlSet > Services > Cdrom > Autorun=0). Это можно делать не всегда. Например, для работы с DirectCD эту опцию необходимо включить. При несоблюдении этого возможны ошибки при записи VTOC, т. к. система после записи VTOC опознает диск и попытается считать его содержимое, что нарушит процесс записи. Причем, этого не произойдет в режиме тестирования, поскольку VTOC реально не записывается. В режиме Track-at-once ошибка может появиться в конце, а в режиме Disk-at-оnсе — в начале записи.
□ Закройте все приложения, выгрузите из памяти резидентные программы, отключите энергосберегающие функции всех устройств PC. Иными словами, постарайтесь сделать так, чтобы в процессе записи ни одна программа самопроизвольно не запускалась и не прерывался поток данных.
□ Используйте драйверы последних версий для контроллеров и устройств.
□ Привод CD-R с интерфейсом IDE/ATAPI и жесткий диск подключайте к разным каналам контроллера.
□ Привод CD-R имеет смысл принудительно охлаждать в процессе записи, тогда количество испорченных дисков (любого изготовителя) значительно снизится. По этой причине лучше использовать внешние устройства.
Накопители DVD
По мере совершенствования технологии создания CD и приводов, а также создания научно-технического задела в области высококачественного цифрового видео, возникла потребность в увеличении емкости оптических носителей информации. К началу 1995 г. несколько конкурирующих фирм-производителей предложили свои стандарты компакт-дисков увеличенной емкости, в частности, был предложен формат SD (Super Density). Чтобы избежать многообразия (а часто и несовместимости) стандартов, в сентябре 1995 г. фирма Sony в союзе с восемью другими фирмами предложила новый универсальный формат записи данных на DVD-диск (Digital Versatile Disk). Этот формат получил активную поддержку среди ведущих мировых электронных компаний, так как DVD удовлетворяет требованиям к воспроизведению видеоизображений, а также требованиям к хранению данных.
Использование формата DVD позволяет приблизить качество видеоизображения для бытовых проигрывателей CD к качеству студийной TV-продукции.
Параметры элементов рабочей поверхности дисков, записанных в различных форматах, приведены на рис. 12.7.
Уровень качества изображения, хранимого в формате DVD, очень близок к уровню профессиональных студийных видеозаписей. Качество звука при записи в формате DVD также не уступает студийному. Высокое качество звучания обеспечивается использованием 16-, 20- или 24-разрядной линейной импульсно-кодовой модуляции с частотой дискретизации 48 или 96 кГц, что обеспечивает запись звука в полосе частот шириной 22 или 44 кГц соответственно. Считывание звуковой информации в формате DVD производится со скоростью 384 Кбайт/с, что позволяет организовать многоканальное звуковое сопровождение.
После принятия соглашения о применении единого стандарта DVD появились новые проблемы, связанные с интересами разных киностудий. Они потребовали дополнительных гарантий того, что кинофильмы, предназначенные для одного рынка, будут недоступны для других. В результате весь мир был поделен на шесть зон, в которых будут применяться различные региональные коды и диски. На рис. 12.8 приведены пиктограммы DVD-дисков, показывающие, для каких зон (регионов) предназначен данный диск.
Такое искусственное деление мира послужит еще одним источником неприятностей для пользователей. Так, однажды кто-то выяснит, что аппаратура, приобретенная им, например, в США (зона 1) или в странах бывшего СССР (зона 5), не сможет воспроизвести DVD-диск, предназначенный для стран Европы.
В соответствии с первоначально принятым стандартом DVD-диск является односторонним и может содержать до 4,7 Гбайт информации. Так же как CD, диск формата DVD имеет диаметр 120 мм. В накопителе нового стандарта рабочая' длина волны излучения лазера снижена с 0,78 мкм до 0,63— 0,65 мкм (видимый диапазон волн), что обеспечило возможность уменьшения размеров штрихов записи практически в два раза, а расстояние между дорожками записи — с 1,6 до 0,74 мкм.
Каждый двухскоростной DVD-диск состоит из двух дисков толщиной по 0,6.мм, плотно соединенных друг с другом. Сравнительные характеристики стандартов CD и DVD приведены в табл. 12.3.
Таблица 12.3. Основные характеристики стандартов CD-ROM и DVD
Применяя сжатие MPEG-2, на DVD-диске можно разместить полнометражный видеофильм (длительностью до 135 мин) с тремя каналами качественного звукового сопровождения и четырьмя каналами субтитров.
Спецификация DVD сначала разрабатывалась для одностороннего однослойного диска, затем появилась конструкция двухслойного диска емкостью 8,5 Гбайт. Следующим шагом в развитии технологии DVD явилось создание двухсторонних дисков, как однослойных, так и двухслойных, при этом емкость дисков доведена до 9,4 и 17 Гбайт соответственно, а длительность воспроизведения записанной на них информации — 4,5 и 8 часов. В табл. 12.4 представлены значения емкости дисков DVD в зависимости от их конструкционных особенностей.
Таблица 12.4. Характеристики дисков DVD
В накопителях стандарта DVD используется более узкий луч лазера, чем в приводах CD-ROM, поэтому толщина защитного слоя диска была снижена в два раза (до 0,6 мм). С учетом того, что общая толщина диска должна остаться неизменной (1,2 мм), под предохранительный слой был помещен укрепляющий слой. На укрепляющем слое также стали записывать информацию, что привело к появлению двухслойных дисков DVD. Когда лазерным лучом считывается информация, записанная на первом слое, расположенном в глубине диска, луч беспрепятственно проходит через полупрозрачную пленку, образующую второй слой. По окончании считывания информации с первого слоя меняется по команде контроллера фокусировка луча лазера. Луч фокусируется в плоскости второго (наружного) полупрозрачного слоя для дальнейшего считывания данных.
Для доступа к данным на второй стороне двухстороннего диска его приходится переворачивать вручную. Несмотря на то, что этот промежуточный формат стал частью спецификации, он вряд ли будет применяться на практике. Предпочтительными являются приводы DVD, оснащенные двумя независимыми считывающими системами. Возможные варианты DVD-дисков представлены на рис. 12.9.
Так же как с появлением компакт-дисков произошла революция в области качественного воспроизведения звука, так и с появлением DVD-дисков повысится качество домашнего видео. Фактически качество современных видеоизображений приближается к студийному.
В настоящее время привод DVD-ROM не на много (примерно на 50 USD) дороже стандартного накопителя CD-ROM. Приводы DVD-ROM поставляются как с аппаратным декодером MPEG-2 в виде карты расширения для шины PCI (рис. 12.10), так и с программным декодером.
Компакт-диск представляет собой металлизированный пластмассовый диск диаметром ПО мм и толщиной 1,2 мм. На верхнюю сторону наносится светоотражающий алюминиевый слой, который покрыт защитным лаком для предотвращения повреждений. Подобно долгоиграющим пластинкам (и в отличие от жестких дисков) питы располагаются не на концентрических окружностях, а идут по спирали. Причем эта спираль начинается от центра носителя. Ширина питов составляет 0,6 мкм, а расстояние между дорожками — 1,6 мкм. Этим и обеспечивается огромная емкость этого носителя информации.
Несмотря на то, что компакт-диски являются достаточно надежными и прочными, при их эксплуатации необходимо соблюдать следующие рекомендации:
□ Никогда не держите CD открытым, а укладывайте его в специальный защитный футляр.
□ Не касайтесь поверхности диска пальцами, берите его за края.
Хотя у приводов CD-ROM есть механизм корректировки ошибок, но в случае повреждений поверхности, которые на аудиодисках приводят к "выпадению" нескольких миллисекунд звука, для информационных дисков делают дефектным весь диск. Кроме того, механизмы коррекции ошибок не всегда справляются со своими задачами.
Чтобы предотвратить скопление пыли внутри привода, следует уделять внимание тому, чтобы сам привод был по возможности лучше экранирован от проникновения в него частиц пыли и дыма.
Внешние устройства хранения информации
LS-120
В настоящее время на рынке развернулась нешуточная борьба за возможность стать наследником дисковода гибких дисков. Уже появились альтернативные дисководы, но миллионы PC все еще комплектуются 3,5" FDD емкостью 1,44 Мбайт.
Желание производителей заменить стандартный FDD очевидно: при нынешних объемах программного обеспечения и размерах файлов носитель емкостью всего 1,44 Мбайт явно не удовлетворяет своему предназначению — обеспечить обмен данными между PC, не говоря уже о хранении резервных копий и архивов.
Именно в результате воплощения этого желания в жизнь появились такие накопители, как LS-120, SyQuest, Zip, Jaz, МО, ORB и др. Соответственно, возник и новый параметр оценки этих устройств — совместимость с FDD — способно ли устройство читать и записывать данные на гибкий 3,5"-диск емкостью 1,44 Мбайт, т. е. может ли новый привод заменить FDD.
Все перечисленные устройства несовместимы с FDD, работают исключительно со своими дисками, и только дисковод LS-120 в состоянии читать, помимо своих дискет емкостью 120 Мбайт, стандартные дискеты емкостью 1,44 Мбайт.
В настоящее время дисководы LS-120 выпускаются фирмами Matsushita (Panasonic), Mitsubishi и O.R.Technology как внешние устройства (рис. 13.1) с интерфейсом LPT или внутренние с интерфейсом IDE. Несомненным преимуществом дисковода LS-120 является высокая емкость дискеты (120 Мбайт) при достаточно низкой цене (стоимость накопителя с интерфейсом IDE примерно 70, а диска — 5—8 USD, т. е. ниже, чем стоимость дискет Zip емкостью 100 Мбайт), но при этом скорость чтения/записи всего лишь в несколько раз выше, чем у FDD (80-100 Кбайт/с в DOS и 200—300 Кбайт/с в Windows, против 60 Кбайт/с у FDD).
Поскольку дисководы LS-120 являются магнитными, им присущи такие же недостатки, как и всем магнитным носителям информации: чувствительность к магнитным полям, пыли и механическим деформациям.
Для устойчивой работы устройства, особенно при переписывании файлов большого размера (свыше 1 Мбайт), необходимы драйверы Bus Master (см. главу II) для Chipset материнской платы PC. После инсталляции устройства в системе оказываются два привода: "Диск А" емкостью 120 Мбайт и "Сменный накопитель" емкостью 1,44 Мбайт. Такое разделение предусмотрено спецификацией LS-120 и обусловлено стремлением сохранить совместимость со старым FDD.
Для корректной работы устройства лучше в CMOS Setup отключить контроллер FDD (Onboard FDC Controller — Disable), установить значение параметра Drive А в None, а последовательность загрузки — LS/ZIP.
В настоящий момент все дискеты LS-120 системные, т. е. на них установлены DOS 7.0 из Windows 95/98 и Norton Commander 4.0/5.0.
Сменные жесткие диски
Уже давно желанием многих пользователей является возможность размещения больших объемов данных на малогабаритных носителях. Дискеты долгое время были именно такой "медленной средой" для хранения информации. Однако при работе с графикой становится заметно, что для размещения файлов на дискетах необходимо столько же времени, сколько понадобилось для их создания. Сменный жесткий диск (рис. 13.2) поможет решить эту проблему. Этот носитель обычно используется для двух целей:
□ Периодического сохранения данных на внешнем носителе.
□ Обмена информацией, поскольку сменные жесткие диски надежны, быстры и удобны.
Рис. 13.2. Сменный жесткий диск
У сменного винчестера переносным является не только носитель информации, но и весь дисковод, который вынимается из своих направляющих в корпусе PC.
Когда говорят о таких сменных дисках, речь чаще всего идет о IDE-дисках, которые вставляются в специально предусмотренное для этих целей место в корпусе компьютера. Для извлечения дисковода на передней панели имеется специальная ручка. С обратной его стороны находится адаптер, который обычно обеспечивает силовое питание и связь для приема/передачи данных. Мы не рекомендуем этот тип сменного диска для частого обмена информацией по двум причинам:
□ Данные жесткие диски достаточно надежны, но только в том случае, если они прочно установлены в корпусе. Они совсем не готовы к восприятию внешних весьма значительных воздействий, зачастую возникающих при их транспортировке.
□ Второе соображение является результатом практической работы. Если вы вынимаете один винчестер и вставляете другой, то, естественно, каждый раз должны записать соответствующие параметры в CMOS Setup (в случае, если речь не идет о дисках с идентичными параметрами). Еще сложнее обстоит дело, если вы передаете винчестер вашему коллеге, а он, может быть, никогда не слышал о CMOS Setup.
Отсюда можно сделать вывод: сменные жесткие диски главным образом следует использовать только для целей архивирования данных.
Накопители производства компании SyquestTechnology
Лидер на рынке в области сменных жестких дисков — фирма Syquest. В процессе своей деятельности она провела многочисленные исследования, изготовила конструкции, которые, однако, не получили широкого распространения из-за их ненадежности. Серьезный конкурент в этой области — фирма SyDOS (рис. 13.3), которая является дочерней фирмой корпорации Syquest.
Рис. 13.3. Сменный привод фирмы SyDOS
В настоящее время фирма Syquest изготавливает четыре различных типа приводов и соответствующих носителей: SyQuest, SyJet, SparQ и EZFlyer.
SyQuest
SyQuest — это накопитель на сменных дисках емкостью более 2 Гбайт. Устройство имеет емкость 4,7 Гбайт, а емкость кэш-буфера — 2 Гбайт (!). Такие накопители производятся только с интерфейсом SCSI. В устройстве используется технология магнитного носителя со встроенными головками, т. е. считывающие головки находятся в картридже. Пиковая скорость передачи почти в три раза выше чем у накопителей МО — более 10,6 Мбайт/с, а время доступа составляет около 12 мс. Накопители SyQuest предназначены для использования в корпоративных сетях и в профессиональных видеостудиях.
SyJet
В накопителе SyJet (рис. 13.4) используются картриджи с жесткими дисками емкостью 1,5 Гбайт. Такой картридж имеет 2 диска, 4 поверхности, а считывающие головки находятся снаружи, т. е. в приводе.
Использование таких картриджей позволило достичь очень высокой производительности накопителя: пиковая скорость обмена данными — более 10 Мбайт/с, причем средняя скорость передачи достигает 7 Мбайт/с (сравнима со скоростью передачи данных современного винчестера). Однако у внешнего устройства с интерфейсом LPT значение этого параметра ограничено возможностями самого порта (около 1,3 Мбайт/с). Время доступа к данным составляет 11 мс.
SparQ
SparQ (рис. 13.5)— это накопитель 3,5" со сменными картриджами емкостью 1 Гбайт. Выпускается с интерфейсами LPT, EIDE и USB. Обеспечивает время доступа 12 мс. Скорость пакетной передачи данных накопителя с интерфейсом ЕШЕ достигает 16,6 Мбайт/с (режим РЮ-4), средняя скорость передачи данных 3,7—6,9 Мбайт/с. При использовании интерфейса USB скорость передачи данных падает до 0,7 Мбайт/с, а интерфейса LPT — около 0,9, в пакетном режиме — примерно 2,0 Мбайт/с. Накопитель оборудован встроенным интеллектуальным кэш-буфером емкостью 512 Кбайт.
Рис. 13.5. Внешний накопитель SparQ
EZFIyer
EZFlyer (рис. 13.6) — это также, накопитель 3,5" с картриджем емкостью 230 Мбайт. Основан на технологии жестких дисков. Выпускается с интерфейсами SCSI (как внутренний, так и внешний), LPT и EIDE. При скорости вращения диска 3600 об/мин и среднем времени доступа 13,5 мс обеспечивает
скорость передачи данных в режиме РЮ-4 до 16,6 Мбайт/с. Имеет кэш-буфер емкостью 32 Кбайт.
Рис. 13.6. Внешний накопитель EZFIyer
Обычно привод Syquest устанавливается как SCSI-устройство. Каждое устройство Syquest имеет программу установки (небольшие приводы получают также и IDE-версию), которая очень проста в эксплуатации и делает подключение устройства к системе легкой операцией.
Если вы хотите дополнить PC сменными жесткими дисками, на котором уже имеется SCSI-периферия, то мы рекомендуем устанавливать устройство, поддерживающее протокол SCSI.
Jaz и Zip
В ходе исследований по развитию технологий сменных носителей многие фирмы искали решение, которое отвечало бы всем требованиям пользователей как по производительности и объему накопителя, так и по его стоимости. В результате, отказавшись от использования в новом устройстве принципов магнитооптики и, основываясь на огромном. опыте разработки мобильных дисковых накопителей, компания iOmega предложила приводы Jaz и Zip (рис. 13.7, 13.8). Появление этих устройств значительно изменило ситуацию на рынке накопителей со сменными жесткими дисками.
Рис. 13.7. Внешний накопитель Jaz Рис. 13.8. Внешний накопитель Zip
компании iOmega компании iOmega
Благодаря хорошему соотношению цена/производительность оба привода превосходят по своим характеристикам все существующие сегодня на рынке накопители со сменными носителями.
В этих устройствах применяется традиционная технология магнитных носителей, но с более совершенной системой позиционирования головок чтения/записи и надежной механикой привода. В приводе Jaz в качестве носителя используется жесткая дисковая пластина, а в Zip — гибкий диск, во многом сходный с обычными пластинами флоппи-дисков (Floppy). Емкость картриджа Zip составляет 100 Мбайт, Zip 250Mb — 250 Мбайт, картриджей Jaz — 540 и 1070 Мбайт, а.картриджа Jaz 2Gb — 2 Гбайт.
Подключение
Накопители Jaz, как и накопители Zip, бывают двух видов — внутренние и внешние. Внутренний привод устанавливается в один из отсеков для установки дисководов. В комплект такого устройства входит адаптер SCSI. Внешний привод Zip подключается непосредственно к параллельному порту PC. Установка сводится к подсоединению одного кабеля и вызову единственной DOS-программы с одной 3,5" дискеты. И это практически все. Пользователи, для которых любое новое устройство в конфигурации PC является источником конфликтов и проблем, будут озадачены: подключенный между компьютером и принтером привод Zip не вызывает конфликтов вообще. Более того, конфликтов не возникает даже при одновременной работе целой цепочки устройств: принтера, накопителя Zip и листового сканера, подключенных к единственному параллельному порту.
Привод Jaz является таким же SCSI-устройством, как Syquest или магнитооптическое. В комплект привода Jas входит адаптер SCSI. Подключение привода Jaz к PC не вызывает затруднений. Если вы имеете опыт подключения устройств SCSI, то привод Jaz будет готов к работе из DOS и Windows через 5 мин, в противном случае можно целый час разбираться с возникающими то и дело конфликтами устройств, зависаниями и поразительно невнятной диагностикой ошибок.
Область применения
Привод Jaz планируется как мобильная альтернатива обычного жесткого диска, a Zip — как накопитель на гибких дисках эпохи мультимедиа. С привода Zip нельзя произвести загрузку компьютера, но его можно использовать для:
□ Переноса файлов достаточно большого объема (например, отсканированные изображения, сверстанные рекламные буклеты и брошюры, игры). Вес накопителя Zip составляет всего 450 г, а габаритные размеры — 3,7x13,6x18,0 см.
□ Хранения резервных копий файлов, записанных на винчестер.
□ Работы с закрытой информацией, так как в самом устройстве предусмотрена функция введения пароля.
□ Хранения сервисных программ для диагностики ошибок и обслуживания PC.
□ Переноса информации с PC на компьютеры Apple Macintosh.
Скорость доступа и передачи данных накопителя Jaz соизмерима с аналогичными характеристиками некоторых IDE-винчестеров. Поэтому такое устройство можно использовать не только для хранения и переноса больших объемов информации, но и для установки программного обеспечения.
В отличие от винчестера, подключение которого к разным компьютерам вызывает проблемы, а между различными платформами и вовсе невозможно (без потери данных), картриджи Jaz можно переносить с PC на Apple Macintosh. При этом остается доступной вся информация и структура файловой системы, так как MacOS считает картриджи Jaz дискетами. Обратная операция (прочесть Mac-форматированный картридж на PC) не всегда возможна. Впрочем, это и не обязательно, поскольку в качестве универсального средства переноса можно использовать диск, форматированный под PC. To же справедливо и для привода Zip. В табл. 13.1 представлены основные характеристики накопителей Jaz и Zip.
Таблица 13.1. Характеристики накопителей Jaz и Zip фирмы Ютеда
Накопитель ORB
ORB — это накопитель на сменных дисках, разработанный компанией Castlewood на основе передовой технологии MR (MagnetoResistive) фирмы Intel. В качестве носителя данных используется сменный жесткий диск размером 3,5", заключенный в картридж. Благодаря использованию технологии MR (магниторезистивных головок и особого магнитного материала), а также цифрового сигнального процессора удалось создать накопитель на сменных дисках емкостью 2,2 Гбайт (больше, чем диск Jaz 2Gb). Скорость вращения диска 5400 об/мин, а максимальная скорость передачи данных — 12,2 Мбайт/с (2 Мбайт/с у накопителя с интерфейсом LPT).
Этот накопитель очень похож на накопитель Jaz 2Gb (рис. 13.9), но по стоимости хранения одного мегабайта значительно превосходит его (примерная стоимость внешнего накопителя составляет 200 USD, а картриджа — 30 USD). Благодаря хорошему соотношению показателя качество/цена, накопитель ORB в ближайшем будущем окажется, по прогнозам специалистов, вне конкуренции с подобными ему устройствами (Zip и Jaz).
Рис. 13.9. Внешний и внутренний (справа) накопители ORB
Картридж ORB (рис. 13.10) по размерам, в том числе и по толщине, сравним с картриджами Zip, но в отличие от последних, снабжен запатентованной системой защиты диска: добраться до поверхности диска, как например, у дискет FDD, Zip, Jaz и др., сдвинув защитный кожух, не удастся.
Накопители ORB поддерживают практически все существующие интерфейсы: External SCSI, External Parallel Port, Internal SCSI, Internal EIDE, IEEE 1394 FireWire, USB.
Рис. 13.10. Картридж ORB
Примечание
Емкость накопителя в 2,2 Гбайт достигается на IBM-совместимых компьютерах только с файловыми системами FAT32 и NTFS, причем для NTFS — только в режиме Fixed drive. При использовании файловой системы FAT16 емкость диска составит 2,16 Гбайт (при покупке диски отформатированы в FAT16).
Описываемые в этом разделе накопители уже получили достаточно широкое распространение, но не настолько широкое, как хотелось бы, из-за соотношения цена/производительность.
МО-привод (Magneto-Optical — Магнитооптический) представляет собой накопитель информации, в основу которого положен магнитный носитель с оптическим (лазерным) управлением. Магнитооптическая технология зародилась в лабораториях IBM в начале 70-х годов. Первые промышленные образцы создала фирма Sony. На рынке магнитооптические диски и накопители появились в середине 80-х годов. Сначала они не произведи большого впечатления вследствие своей дороговизны и сложности, но по мере развития технологии и понижения цен отношение к ним изменилось.
Ближайшими родственниками МО-устройств являются floptical-накопители, в которых одновременно используются магнитный и оптический механизмы.
Floptical — это (как можно легко определить по английскому названию) составное слово, образованное от слов Floppy-диск и Optical-диск. Принцип работы этого привода ясен из названия. Диск Floptical имеет размер 3,5" и может быть прочитан или записан на внешнем или внутреннем дисководе (рис. 13.11). Емкость таких накопителей достигла к настоящему времени 21 Мбайт. Чтение дорожек осуществляется оптическим методом, а запись — обычными магнитными средствами, как запись на дискеты.
Накопители Floptical не могут пробить себе "место под солнцем" по следующим причинам:
Рис. 13.11. Магнитооптический диск и привод
□ Для них требуется предварительное оптическое форматирование, поэтому эти диски почти в пять раз дороже, чем дискеты HD.
□ Скорость вращения диска низкая (720 об/мин), вследствие чего данные считываются со скоростью примерно 100 Кбайт/с.
Кроме того, альтернативные сменные накопители по соотношению цена/емкость все еще значительно лучше. Интересен тот факт, что некоторые модели могут читать и записывать обычные дискеты 3,5" DD и HD. Загрузка операционной системы с подобных приводов чаще всего невозможна.
Запись и чтение магнитооптических дисков
Принципиальное устройство всех видов магнитооптических дисков одинаково. Наибольшее различие состоит в том, что некоторые диски имеют две рабочие поверхности, а некоторые — одну. Принципиальное строение одностороннего магнитооптического диска показано на рис. 13.12.
Рис.13.12. Строение магнитооптического диска
Поверхность магнитооптического диска покрыта сплавом, свойства которого меняются как под воздействием тепла, так и под воздействием магнитного поля. Если нагреть диск сверх некоторой температуры, то становится возможным изменение магнитной поляризации посредством небольшого магнитного поля. На этом свойстве основаны технологии чтения и записи магнитооптических дисков.
При записи лазер направляется на битовую ячейку, в которую должна быть произведена запись, и нагревает ее до так называемой точки Кюри (большинство применяемых сплавов приходят в это состояние при температуре около 200°). В точке Кюри резко падает магнитная проницаемость, и изменение магнитного состояния частиц может быть произведено относительно небольшим по величине магнитным полем. Поле переводит все битовые ячейки в одинаковое состояние. При этом стирается вся информация, имевшаяся на диске (рис. 13.13).
Затем направление магнитного поля меняется на противоположное, а лазер включается в те моменты, когда нужно изменить ориентацию частиц в битовой ячейке (значение бита). Потом сплав охлаждается, и частицы его застывают в новом положении.
При чтении применяют лазерный луч более низкой мощности (примерно на 25%), чем при записи. Отраженный свет попадает на светочувствительный элемент, который определяет направление поляризации. В зависимости от этого направления светочувствительный элемент посылает двоичную единицу или двоичный ноль контроллеру МО-дисковода.
Рис. 13.13. Схема записи и чтения информации МО-диска
Форматы магнитооптических дисков
Существуют следующие форматы магнитооптических дисков:
□ Односторонние 3,5"
□ Двухсторонние 3,5"
□ 2,5" диски MD Data, разработанные фирмой Sony
□ 12" диски фирмы Maxell
Магнитооптические диски внешне похожи на дискеты 3,5". Однако 3,5" оптический диск раза в два толще. Стандартные емкости односторонних дисков 3,5" в настоящее время составляют 128, 230 и 640 Мбайт. Накопители для этих дисков совместимы сверху вниз, то есть 128-мегабайтные диски можно считывать на накопителях для 230-мегабайтных. У двусторонних магнитооптических дисков обе стороны являются рабочими. Такие диски имеют стандартную емкость 600 и 650 Мбайт. Все эти диски совместимы сверху вниз. Выпускаются также диски емкостью 1,7 и 2 Гбайт размером 5,25" (фирма Hitachi), только частично совместимые со своими предшественниками — разработанные для них накопители могут читать диски более низкой емкости, но не могут писать на них.
В настоящее время фирмами Sony (основной производитель дисков) и Fujitsu (производитель МО-приводов) совместно разработана новая модель — GigaMO — емкостью 1,3 Гбайт, полностью совместимая со всеми предшествующими МО-дисками: 640, 540, 230, 128 Мбайт. Быстродействие повышено на 30%, интерфейс — SCSI и LPT. Стоимость нового накопителя по традиции остается все еще достаточно высокой.
2,5" диски Mini Disk Data (MD Data) фирмы Sony созданы по спецификациям, разработанным для мини-аудиодисков, и имеют емкость 140 Мбайт.
Фирма Sony рассчитывает, что именно 2,5" диски будут иметь применение в портативных компьютерах, так как накопители для них также компактны и потребляют достаточно мало энергии.
Фирма Maxell выпускает 12" диски однократной записи емкостью 3,5 Гбайт (односторонние диски) и 7 Гбайт (двухсторонние). Плотности записи у этих дисков— 33200 bpi (bit per inch— бит на дюйм), а плотность дорожек — 17000 tpi (track per inch — дорожек на дюйм). Накопители для них производит фирма Hitachi. Эти гигантские по емкости диски применяются в системах архивирования. Существуют магнитооптические библиотеки на таких дисках, емкость которых может достигать нескольких терабайт.
Основные характеристики магнитных носителей представлены в табл. 13.2.
Таблица 13.2. Характеристики магнитных носителей
Дорожки с информацией образуют единую спираль, разделенную на секторы. Диски малой емкости — 3,5", емкостью 128, 230, 540, 640 Мбайт, — созданы по технологии CAV {Constant Angular Velocity— Постоянная угловая скорость). Каждая дорожка этих дисков разбита на одинаковое количество секторов одной и той же емкости. Так как внешние дорожки длиннее внутренних и, следовательно, могли бы хранить больше информации, то много места теряется впустую.
Для увеличения емкости диска применяется разбиение его на зоны по технологии ZCAV (Zoned Constant Angular Velocity — Зонная постоянная угловая скорость).
Как и другие подобные устройства, магнитооптические накопители бывают встроенными (внутренними) и внешними (рис. 13.14), причем те и другие требуют для подключения наличия свободного разъема в компьютере. Все существующие накопители имеют интерфейс SCSI или SCSI-2.
Кроме обычных дисководов, широкое распространение получают так называемые оптические библиотеки с автоматической сменой дисков, емкость которых может составлять до сотен гигабайт и даже нескольких терабайт (табл. 13.3). Типичное время смены диска— несколько секунд, а время доступа и скорость обмена данными такие же, как у обычных дисководов.
Рис. 13.14. Внешний вид привода МО-дисков
На рис. 13.15 представлен внешний вид накопителя с автоматической подачей дисков Alpine 1100.
Рис. 13.15. Внешний вид накопителя с автоматической подачей дисков Alpine 1100
Накопители на магнитной ленте, называемые иногда стримерами, можно приобрести в виде внутреннего или внешнего устройства (рис. 13.16), как и сменный жесткий диск. В качестве носителя информации используется магнитная лента, которая похожа на ленту в обычной аудиокассете.
Внимание!
При использовании лент различных производителей следует быть внимательным, потому что на практике не каждое устройство может записывать или считывать любую кассету, причем, это не зависит от того, идет ли речь о немаркированном картридже или картридже с маркой фирмы.
Рис. 13.16. Внутренний и внешний накопители на магнитной ленте
Стримеры используются, в основном, для архивирования и резервного копирования больших объемов данных на компактные носители. К их недостаткам относится малая скорость передачи информации. Она значительно ниже, чем у винчестеров и сменных жестких дисков, поэтому стримеры нельзя рекомендовать для использования в других целях, кроме резервного копирования информации. Если вы постоянно выполняете такое копирование на ленту, то можете делать это автоматически, используя специальные программы.
Стандарты
В 1972 г. фирма ЗМ разработала первую кассету размером 15x10x1,6 см (формат DC для магнитной ленты шириной 0,25"), предназначенную специально для хранения данных. Внутри кассеты находились две катушки, на которые с помощью лентопротяжного механизма наматывалась лента в процессе чтения/записи. Благодаря надежности этой кассеты интерес к системам резервного копирования на магнитной ленте стал резко возрастать. Однако серьезным препятствием для распространения накопителей на магнитной ленте являлось отсутствие единого стандарта на способы записи данных.
QIC
В 1983 г. под руководством координирующей организации QIC {Quarter-Inch Cartridge Drive Standards Inc), которую назвали "четвертьдюймовым комитетом", был выпущен первый стандартный QIC-накопитель на магнитной ленте, емкость которого составляла 60 Мбайт. Запись данных производилась на 9 дорожках, а магнитная лента имела длину около 90 м.
В табл. 13.4 приведены.параметры наиболее распространенных типов кассет, соответствующих стандарту QIC. Основу магнитного слоя лент QIC составляет оксид железа, а запись данных осуществляется с использованием кодирования по методу MFM или RLL.
Таблица 13.4. Основные параметры кассет стандарта QIC
Наибольшее распространение получили накопители на магнитной ленте QIC-40 и QIC-80. Запись информации на кассету QIC-40 производится на 20 дорожек, а плотность записи данных составляет 10 000 бит/дюйм. Магнитное покрытие ленты обладает коэрцитивной силой 550 Э. Длина ленты в кассете QIC-40 равна 62,5 м. Причиной успеха этих накопителей стало то, что стоимость хранения данных на ленте (в пересчете на 1 Мбайт) значительно ниже, чем при использовании накопителей на гибких магнитных дисках, и, кроме того, ленточные накопители просты в использовании и надежны.
К недостаткам накопителей на кассетах QIC-40 и QIC-80 относится их низкое быстродействие, так как они подключаются к интерфейсу, предназначенному для накопителей на гибких дисках. Запись данных при этом производится со скоростью 2—9 Мбайт/мин. Форматирование кассеты перед записью данных также требует много времени, например, для форматирования кассеты емкостью 60 Мбайт стандарта QIC-40 требуется около полутора часов. Развитие технологии производства накопителей на магнитной ленте пошло по пути увеличения емкости кассет и повышения плотности записи данных. Комитетом QIC были разработаны стандарты систем резервного копирования с емкостью кассет от 86 Мбайт до 13 Гбайт. На рис. 13.17 представлен внешний вид кассеты QIC (емкость 170 Мбайт). В подобных устройствах плотность записи данных на ленту составляет свыше 60 000 бит/дюйм. Запись производится на 144 дорожки. Чтобы добиться таких показателей, была разработана головка чтения/записи с большой коэрцитивной силой, равной 1300 Э, а также увеличена длина магнитной ленты (например, для модели QIC-5010 она составляет 360 м).
Рис. 13.17. Кассета QIC емкостью 170 Мбайт
В версии QIC-80, например, за основу взят мини-картридж 0,25" емкостью 80, 120 или 446 Мбайт. Стандартом Q1C-80 плотность записи устанавливается 14,700 bpi, что соответствует записи 28 дорожек. Относительно скорости движения ленты и передачи данных QIC-80 определяет следующие характеристики: при скорости движения ленты 864 мм/с передача данных должна происходить со скоростью 500 Кбит/с.
TRAVAN
Совершенно новый стандарт кассет, основанный на стандарте QIC, разработала фирма ЗМ. Этот стандарт получил название TRAVAN. Соответствующие устройства в последние год-два достаточно широко представлены на рынке компонентов компьютерной техники. Накопители TRAVAN размещаются в отсеке для дисковода 3,5". Они могут работать как с оригинальными мини- кассетами стандарта TRAVAN, так и с кассетами стандарта QIC. Кассета (или картридж) TRAVAN содержит 225-метровую магнитную ленту шириной 8 мм.
При производстве кассет TRAVAN применяются запатентованные технологии. Технология Black Watch уменьшает проскальзывание ленты за счет применения однородного специального покрытия, которое, кроме того, препятствует накоплению статического электричества и, соответственно, осаждению пыли. Технология Blash Gard ("стенка внутри стенки") обеспечивает отсутствие в кассете мельчайших технологических отходов, возникающих при ее сборке, и, тем самым, предохраняет ленту от механических повреждений. На сегодняшний день существуют четыре типа кассет и стандарта TRAVAN (TR-1, -2, -3, -4). Емкости мини-кассет TRAVAN (типа 1, 2, 3 и 4) составляют 400, 800, 1000 и 4000 Мбайт соответственно (рис. 13.18).
Рис. 13.18. Картриджи стандарта TRAVAN
Необходимо заметить, что все накопители TRAVAN обеспечивают аппаратное сжатие данных с коэффициентом 2:1, что увеличивает емкость кассет вдвое. Это означает, что накопитель TR-4 способен хранить до 8 Гб информации. Накопители TR-1, -2, -3 обычно подключаются к системе через контроллер накопителя на гибких дисках или параллельный порт, a TR-4 используют интерфейс SCSI-2.
Ditto
Фирмой iOmega также налажен выпуск оригинальных накопителей на магнитной ленте — Ditto. На рис. 13.19 представлен внешний накопитель Ditto, а на рис. 13.20 — встраиваемый.
Для накопителя Ditto разработана оригинальная кассета емкостью 2 Гбайт (рис. 13.21). Необходимо, однако, отметить, что широкого распространения накопители Ditto не получили.
Рис. 13.19. Внешний накопитель Ditto Рис. 13.20. Встраиваемый накопитель Ditto
DAT
Фирмой Sony освоен выпуск устройств, в которых используются магнитные ленты шириной 4 мм для цифровой звукозаписи и ленты шириной 8 мм для видеозаписи. Несколько фирм производят аналогичную продукцию по приобретенным лицензиям, тем самым фактически введя стандарты на выпускаемые накопители и магнитные ленты, хотя единого признанного стандарта в этой области до сих пор нет.
Рис. 13.21. Внешний вид Рис. 13.22. Внешний вид
кассеты Ditto фирмы iOmega кассеты стандарта DDS
В частности, фирма Sony разработала стандарт для хранения данных в цифровом виде (Digital Data Storage, DDS). При записи данных на магнитную ленту используется наклонно-строчная технология. Эта технология давно используется в видеомагнитофонах и заключается в том, что магнитная лента проходит через блок головок, установленных на вращающемся барабане, причем ось вращения барабана наклонена под небольшим углом (около 7°) к направлению движения ленты. Во время движения лента охватывает вращающийся блок головок, в результате записывается столько дорожек, сколько магнитных головок установлено в блоке. При таком способе записи используется практически вся поверхность ленты (в отличие от других методов, при использовании которых дорожки оказываются разделенными промежутками). На рис. 13.22 представлен внешний вид кассеты стандарта DDS производства фирмы ЗМ.
В магнитных лентах, предназначенных для цифровой звукозаписи, используются два формата записи данных: DDS и DAT. Существуют три типа формата DDS — это DDS-1, -2 и -3.
DLT
В середине 90-х годов появилась новая технология, позволяющая обеспечить более высокую емкость, скорость передачи данных и надежность резервного копирования — технология DLT {Digital Linear Tape), которая сегодня считается одной из самых популярных. Накопители DLT могут хранить 20—40 Гбайт данных и обеспечивают скорость передачи 1,5—3,0 Мбайт/с.
В табл. 13.5 приводятся основные параметры накопителей на магнитных лентах стандартов DAT и DLT.
Таблица 13.5. Основные параметры накопителей на магнитных лентах стандартов DAT и DLT
В накопителях стандарта DLT во время чтения/записи магнитная лента, разделенная на параллельные горизонтальные дорожки, проходит через неподвижную магниторезистивную головку со скоростью 2,5—3,7 м/с. Этим повышается надежность работы головки и обеспечивается малый износ магнитного слоя ленты. Расчетный срок службы ленты соответствует 500000 перемоток. Накопители DLT рассчитаны, в первую очередь, на использование в сетевых серверах в качестве автоматизированных систем резервирования данных на магнитных лентах. На рис. 13.23 представлена библиотека на DLT-кассетах (модель Scalar 440 фирмы ADIC). В накопителе обеспечивается независимый доступ к каждой из кассет (их может быть до нескольких десятков). При этом суммарная емкость ленточной библиотеки достигает 5 Тбайт, а производительность (скорость обмена данными) — 20 Мбайт/с.
Рис. 13.23. Библиотека на DLT-кассетах