Λογική δομή
Η μαγνήτιση της επικάλυψης του δίσκου είναι ο πραγματικός φορέας πληροφοριών. Δημιουργείται από την κεφαλή ανάγνωσης/εγγραφής σε κυκλικά, ομόκεντρα ίχνη καθώς ο δίσκος περιστρέφεται. Ένας δίσκος περιέχει συνήθως αρκετές χιλιάδες τέτοια κομμάτια, συνήθως και στις δύο πλευρές. Το σύνολο όλων των ίσων, δηλαδή επάλληλων, τροχιών των επιμέρους δίσκων (επιφανειών) ονομάζεται κύλινδρος. Κάθε κομμάτι χωρίζεται σε μικρές λογικές μονάδες που ονομάζονται μπλοκ. Ένα μπλοκ περιέχει παραδοσιακά 512 bytes δεδομένων χρήστη. Κάθε μπλοκ έχει πληροφορίες ελέγχου (checksums) για να διασφαλιστεί ότι οι πληροφορίες γράφτηκαν ή διαβάστηκαν σωστά. Το σύνολο όλων των μπλοκ που έχουν τις ίδιες γωνιακές συντεταγμένες στους δίσκους ονομάστηκε τομέας (στο MFM). Η δομή ενός συγκεκριμένου τύπου σκληρού δίσκου, δηλαδή ο αριθμός των κυλίνδρων (διαδρομές ανά επιφάνεια), των κεφαλών (επιφάνειες) και των τομέων, ονομάζεται γεωμετρία του σκληρού δίσκου.
Όταν χωρίζονται σε τομείς, μόνο ένα μικρό μέρος της περιοχής του μαγνητικού στρώματος είναι διαθέσιμο για τα εσωτερικά τους μπλοκ, αλλά αυτό είναι αρκετό για την αποθήκευση ενός μπλοκ δεδομένων. Τα εξωτερικά μπλοκ, ωστόσο, είναι πολύ μεγαλύτερα και καταναλώνουν πολύ περισσότερο χώρο στο μαγνητικό στρώμα από ό,τι είναι απαραίτητο. Από το RLL, ο χώρος αυτός δεν σπαταλιέται πλέον στην εξωτερική περιοχή, τα δεδομένα εγγράφονται εκεί εξίσου πυκνά όπως και στην εσωτερική περιοχή - μια διαδρομή στην εξωτερική περιοχή περιέχει πλέον περισσότερα μπλοκ από ό,τι στην εσωτερική περιοχή, επομένως δεν είναι πλέον δυνατή η διαίρεση τομέα. Με σταθερή ταχύτητα περιστροφής, τα ηλεκτρονικά του σκληρού δίσκου μπορούν και πρέπει να διαβάζουν και να γράφουν ταχύτερα στην εξωτερική περιοχή από ό,τι στην εσωτερική περιοχή. Λόγω αυτής της εξέλιξης, ο όρος τομέας έχασε την αρχική του σημασία και χρησιμοποιείται πλέον συχνά συνώνυμα με το μπλοκ (σε αντίθεση με την πραγματική του σημασία).
Καθώς - καθώς η αρίθμηση των μπλοκ ξεπερνούσε το όριο των λέξεων (16 bit) με την αύξηση της χωρητικότητας των σκληρών δίσκων - ορισμένα λειτουργικά συστήματα έφταναν πολύ σύντομα στα όριά τους, εισήχθησαν οι συστάδες. Πρόκειται για ομάδες σταθερού αριθμού μπλοκ το καθένα (π.χ. 32), οι οποίες είναι λογικά φυσικώς γειτονικές. Το λειτουργικό σύστημα δεν απευθύνεται πλέον σε μεμονωμένα μπλοκ, αλλά χρησιμοποιεί αυτές τις ομάδες ως τη μικρότερη μονάδα κατανομής στο (υψηλότερο) επίπεδό του. Μόνο στο επίπεδο του προγράμματος οδήγησης υλικού διακόπτεται αυτή η σύνδεση backup.
Στους σύγχρονους σκληρούς δίσκους, η πραγματική γεωμετρία, δηλαδή ο αριθμός των τομέων, των κεφαλών και των κυλίνδρων που διαχειρίζεται ο ελεγκτής του σκληρού δίσκου, συνήθως δεν είναι ορατή από έξω (δηλαδή από τον υπολογιστή ή το πρόγραμμα οδήγησης του σκληρού δίσκου). Στο παρελθόν, ένας εικονικός σκληρός δίσκος παρουσιαζόταν στον υπολογιστή με εντελώς διαφορετικά γεωμετρικά δεδομένα, προκειμένου να ξεπεραστούν οι περιορισμοί του συμβατού υλικού PC. Για παράδειγμα, ένας σκληρός δίσκος με μόνο τέσσερις κεφαλές στην πραγματικότητα μπορεί να φαίνεται στον υπολογιστή με 255 κεφαλές. Σήμερα, ένας σκληρός δίσκος αναφέρει συνήθως απλώς τον αριθμό των μπλοκ του σε λειτουργία LBA.
Οι σημερινοί σκληροί δίσκοι χωρίζουν εσωτερικά τους κυλίνδρους ακτινικά σε ζώνες, με αποτέλεσμα ο αριθμός των μπλοκ ανά κομμάτι να είναι ο ίδιος εντός μιας ζώνης, αλλά να αυξάνεται όταν η ζώνη αλλάζει από το εσωτερικό προς το εξωτερικό (εγγραφή bit ζώνης). Η εσωτερική ζώνη έχει τα λιγότερα μπλοκ ανά διαδρομή, ενώ η εξωτερική ζώνη τα περισσότερα, γι' αυτό και ο ρυθμός συνεχούς μεταφοράς μειώνεται όταν αλλάζετε ζώνες από την εξωτερική στην εσωτερική.
Ο ελεγκτής του σκληρού δίσκου μπορεί να σβήνει ελαττωματικά μπλοκ στη λεγόμενη περιοχή άμεσης διόρθωσης και στη συνέχεια να σβήνει ένα μπλοκ από μια εφεδρική περιοχή. Για τον υπολογιστή, τότε φαίνεται πάντα ότι όλα τα μπλοκ είναι χωρίς ελαττώματα και μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία μπορεί να εντοπιστεί μέσω του S.M.A.R.T. χρησιμοποιώντας την παράμετρο Reallocated Sector Count. Ένας σκληρός δίσκος του οποίου η τιμή RSC αυξάνεται αισθητά μέσα σε σύντομο χρονικό διάστημα θα παρουσιάσει σύντομα βλάβη.
Σύνθετη μορφή
Από το 2010, τα μοντέλα σκληρών δίσκων χρησιμοποιούν ολοένα και περισσότερο ένα σύστημα τομεοποίησης με μεγαλύτερους τομείς σχεδόν αποκλειστικά 4096 bytes ("4K"). Τα μεγαλύτερα μπλοκ δεδομένων επιτρέπουν μεγαλύτερο πλεονασμό και, συνεπώς, χαμηλότερο ρυθμό σφάλματος μπλοκ (BER) ή/και μικρότερο συνολικό κόστος σε σχέση με την ποσότητα των χρήσιμων δεδομένων. Για να αποφευχθούν προβλήματα συμβατότητας μετά από δεκαετίες (σχεδόν) αποκλειστικής χρήσης μπλοκ 512 byte, οι περισσότεροι δίσκοι εξομοιώνουν μέγεθος μπλοκ 512 byte ("512e") στη διασύνδεσή τους. Ένα φυσικό μπλοκ των 4096 bytes εξομοιώνεται με οκτώ λογικά μπλοκ των 512 bytes - το υλικολογισμικό της μονάδας εκτελεί στη συνέχεια τις πρόσθετες απαραίτητες λειτουργίες εγγραφής και ανάγνωσης ανεξάρτητα. Αυτό ουσιαστικά εξασφαλίζει τη χρήση με τα υπάρχοντα λειτουργικά συστήματα και προγράμματα οδήγησης.
Η εξομοίωση 512e διασφαλίζει ότι οι μονάδες Advanced Format είναι συμβατές με τα υπάρχοντα λειτουργικά συστήματα - ενδέχεται να υπάρξουν απώλειες επιδόσεων εάν τα φυσικά μπλοκ πρέπει να εγγράφονται μόνο εν μέρει (το υλικολογισμικό πρέπει στη συνέχεια να διαβάσει, να τροποποιήσει και να επαναφέρει το φυσικό μπλοκ).
Όταν χωρίζονται σε τομείς, μόνο ένα μικρό μέρος της περιοχής του μαγνητικού στρώματος είναι διαθέσιμο για τα εσωτερικά τους μπλοκ, αλλά αυτό είναι αρκετό για την αποθήκευση ενός μπλοκ δεδομένων. Τα εξωτερικά μπλοκ, ωστόσο, είναι πολύ μεγαλύτερα και καταναλώνουν πολύ περισσότερο χώρο στο μαγνητικό στρώμα από ό,τι είναι απαραίτητο. Από το RLL, ο χώρος αυτός δεν σπαταλιέται πλέον στην εξωτερική περιοχή, τα δεδομένα εγγράφονται εκεί εξίσου πυκνά όπως και στην εσωτερική περιοχή - μια διαδρομή στην εξωτερική περιοχή περιέχει πλέον περισσότερα μπλοκ από ό,τι στην εσωτερική περιοχή, επομένως δεν είναι πλέον δυνατή η διαίρεση τομέα. Με σταθερή ταχύτητα περιστροφής, τα ηλεκτρονικά του σκληρού δίσκου μπορούν και πρέπει να διαβάζουν και να γράφουν ταχύτερα στην εξωτερική περιοχή από ό,τι στην εσωτερική περιοχή. Λόγω αυτής της εξέλιξης, ο όρος τομέας έχασε την αρχική του σημασία και χρησιμοποιείται πλέον συχνά συνώνυμα με το μπλοκ (σε αντίθεση με την πραγματική του σημασία).
Καθώς - καθώς η αρίθμηση των μπλοκ ξεπερνούσε το όριο των λέξεων (16 bit) με την αύξηση της χωρητικότητας των σκληρών δίσκων - ορισμένα λειτουργικά συστήματα έφταναν πολύ σύντομα στα όριά τους, εισήχθησαν οι συστάδες. Πρόκειται για ομάδες σταθερού αριθμού μπλοκ το καθένα (π.χ. 32), οι οποίες είναι λογικά φυσικώς γειτονικές. Το λειτουργικό σύστημα δεν απευθύνεται πλέον σε μεμονωμένα μπλοκ, αλλά χρησιμοποιεί αυτές τις ομάδες ως τη μικρότερη μονάδα κατανομής στο (υψηλότερο) επίπεδό του. Μόνο στο επίπεδο του προγράμματος οδήγησης υλικού διακόπτεται αυτή η σύνδεση backup.
Στους σύγχρονους σκληρούς δίσκους, η πραγματική γεωμετρία, δηλαδή ο αριθμός των τομέων, των κεφαλών και των κυλίνδρων που διαχειρίζεται ο ελεγκτής του σκληρού δίσκου, συνήθως δεν είναι ορατή από έξω (δηλαδή από τον υπολογιστή ή το πρόγραμμα οδήγησης του σκληρού δίσκου). Στο παρελθόν, ένας εικονικός σκληρός δίσκος παρουσιαζόταν στον υπολογιστή με εντελώς διαφορετικά γεωμετρικά δεδομένα, προκειμένου να ξεπεραστούν οι περιορισμοί του συμβατού υλικού PC. Για παράδειγμα, ένας σκληρός δίσκος με μόνο τέσσερις κεφαλές στην πραγματικότητα μπορεί να φαίνεται στον υπολογιστή με 255 κεφαλές. Σήμερα, ένας σκληρός δίσκος αναφέρει συνήθως απλώς τον αριθμό των μπλοκ του σε λειτουργία LBA.
Οι σημερινοί σκληροί δίσκοι χωρίζουν εσωτερικά τους κυλίνδρους ακτινικά σε ζώνες, με αποτέλεσμα ο αριθμός των μπλοκ ανά κομμάτι να είναι ο ίδιος εντός μιας ζώνης, αλλά να αυξάνεται όταν η ζώνη αλλάζει από το εσωτερικό προς το εξωτερικό (εγγραφή bit ζώνης). Η εσωτερική ζώνη έχει τα λιγότερα μπλοκ ανά διαδρομή, ενώ η εξωτερική ζώνη τα περισσότερα, γι' αυτό και ο ρυθμός συνεχούς μεταφοράς μειώνεται όταν αλλάζετε ζώνες από την εξωτερική στην εσωτερική.
Ο ελεγκτής του σκληρού δίσκου μπορεί να σβήνει ελαττωματικά μπλοκ στη λεγόμενη περιοχή άμεσης διόρθωσης και στη συνέχεια να σβήνει ένα μπλοκ από μια εφεδρική περιοχή. Για τον υπολογιστή, τότε φαίνεται πάντα ότι όλα τα μπλοκ είναι χωρίς ελαττώματα και μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία μπορεί να εντοπιστεί μέσω του S.M.A.R.T. χρησιμοποιώντας την παράμετρο Reallocated Sector Count. Ένας σκληρός δίσκος του οποίου η τιμή RSC αυξάνεται αισθητά μέσα σε σύντομο χρονικό διάστημα θα παρουσιάσει σύντομα βλάβη.
Σύνθετη μορφή
Από το 2010, τα μοντέλα σκληρών δίσκων χρησιμοποιούν ολοένα και περισσότερο ένα σύστημα τομεοποίησης με μεγαλύτερους τομείς σχεδόν αποκλειστικά 4096 bytes ("4K"). Τα μεγαλύτερα μπλοκ δεδομένων επιτρέπουν μεγαλύτερο πλεονασμό και, συνεπώς, χαμηλότερο ρυθμό σφάλματος μπλοκ (BER) ή/και μικρότερο συνολικό κόστος σε σχέση με την ποσότητα των χρήσιμων δεδομένων. Για να αποφευχθούν προβλήματα συμβατότητας μετά από δεκαετίες (σχεδόν) αποκλειστικής χρήσης μπλοκ 512 byte, οι περισσότεροι δίσκοι εξομοιώνουν μέγεθος μπλοκ 512 byte ("512e") στη διασύνδεσή τους. Ένα φυσικό μπλοκ των 4096 bytes εξομοιώνεται με οκτώ λογικά μπλοκ των 512 bytes - το υλικολογισμικό της μονάδας εκτελεί στη συνέχεια τις πρόσθετες απαραίτητες λειτουργίες εγγραφής και ανάγνωσης ανεξάρτητα. Αυτό ουσιαστικά εξασφαλίζει τη χρήση με τα υπάρχοντα λειτουργικά συστήματα και προγράμματα οδήγησης.
Η εξομοίωση 512e διασφαλίζει ότι οι μονάδες Advanced Format είναι συμβατές με τα υπάρχοντα λειτουργικά συστήματα - ενδέχεται να υπάρξουν απώλειες επιδόσεων εάν τα φυσικά μπλοκ πρέπει να εγγράφονται μόνο εν μέρει (το υλικολογισμικό πρέπει στη συνέχεια να διαβάσει, να τροποποιήσει και να επαναφέρει το φυσικό μπλοκ).
Σχόλια
Δημοσίευση σχολίου