WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 16 |

«МОДЕРНИЗАЦИЯ И РЕМОНТ НОУТБУКОВ Скотт Мюллер Москва • Санкт-Петербург • Киев 2006 ББК 32.973.26-018.2.75 М98 УДК 681.3.07 ...»

-- [ Страница 7 ] --

Таблица 9.5. Зависимость времени ожидания от скорости вращения жесткого диска Время ожидания Оборотов в минуту Оборотов в секунду 1!зз 3 600 4 200 70 7, 5400 90 5, 7200 120 4, 10000 167 3, 15000 250 2, В настоящее время скорость вращения многих накопителей формфактора 3,5 дюйма дос тигает 7 200 об/мин, чему соответствует время ожидания, равное всего лишь 4,17 мс. При увеличении частоты вращения до 10 000 или даже 15 000 об/мин время ожидания уменьшает ся до немыслимых величин, равных соответственно 3 и 2 мс. Увеличение частоты вращения накопителя приводит не только к повышению его эффективности, что выражается в умень шении времени доступа к данным, но и к увеличению скорости передачи данных, считанных головкой из указанных секторов. Частота вращения большинства жестких дисков формфак тора 2,5 дюйма составляет 4 200 или 5 400 об/мин, хотя постепенно появляются и модели с частотой 7 200 об/мин.

Среднее время доступа Средним временем доступа к данным называется сумма среднего времени позициониро вания и времени ожидания. Среднее время доступа обычно выражается в миллисекундах.

Величина среднего времени доступа (среднее время позиционирования плюс время ожи дания) представляет собой среднее количество времени, необходимое накопителю для обра щения к произвольно расположенному сектору.

Глава 9. Накопители на жестких дисках Программы кэширования и кэш-контроллер Быстродействие дискового накопителя можно существенно повысить, если восполь зоваться специальными программами кэширования, например SMARTDRV (DOS) или VCASHE (Windows 9x, Windows NT и Windows 2000/XP). Эти программы "подключаются" к прерыванию жесткого диска на уровне BIOS (перехватывают прерывание BIOS) и обрабаты вают запросы на считывание и запись, направляемые приложениями и драйверами устройств в BIOS.

Если приложению понадобилось считать порцию данных с жесткого диска, кэш-програм ма перехватывает соответствующий запрос, проверяет наличие определенных условий (о ко торых будет сказано ниже) и, если они не удовлетворяются, передает запрос в неизменном виде контроллеру накопителя. Считанные в накопителе данные не только передаются прило жению, но и сохраняются в специальном буфере (кэше). В зависимости от размера кэша, в нем могут храниться данные из достаточно большого количества секторов.

Если приложению нужно считать дополнительные данные, кэш-программа вновь пере хватывает запрос и проверяет, не хранятся ли запрошенные данные в буфере. Если это так, то они немедленно передаются приложению, без непосредственного обращения к диску. Можете представить себе, насколько этот прием ускоряет доступ к диску (и заодно сказывается на ре зультатах измерений быстродействия накопителя)!

Большинство современных контроллеров включают встроенный кэш той или иной разно видности, которому не нужно перехватывать и использовать прерывания BIOS. Кэширование осуществляется на аппаратном уровне, и обычные программы измерения быстродействия на копителей его "не замечают". Первыми из подобного рода устройств в накопителях были буферы опережающего считывания дорожки (read-ahead buffer), благодаря которым удалось получить коэффициент чередования 1:1. В одних современных контроллерах просто увеличен размер этих буферов, а в других используются более интеллектуальные устройства, по своим возможностям близкие к кэш-программам.

Во многих накопителях АТА и SCSI кэш-память расположена непосредственно во встро енном контроллере. Большинство современных накопителей АТА имеют встроенную кэш память объемом 2 Мбайт;

во многих высокоэффективных накопителях АТА объем кэш-памя ти достигает 8 Мбайт. Как правило, накопители SCSI имеют кэш-память объемом 8 Мбайт, а в некоторых из них установлен кэш объемом 16 Мбайт. В былые времена 1 или 2 Мбайт оперативной памяти хватало для всей системы. Сейчас же некоторые 2,5-дюймовые накопи тели имеют до 16 Мбайт кэш-памяти, которая встраивается прямо в накопитель.

Несмотря на то что программное и аппаратное кэширование данных позволяет сущест венно повысить производительность накопителей при обычных операциях считывания и за писи, реальная (физическая) скорость передачи данных определяется только конструкцией самого устройства.

S.M.A.R.T.

Технология самотестирования, анализа и отчетности (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology — S.MA.R.T.) — это новый промышленный стандарт, описывающий методы пред сказания появления ошибок жесткого диска. При активизации системы S.M.A.R.T. жесткий диск начинает отслеживать определенные параметры, чувствительные к неисправностям на копителя или указывающие на них. На основе отслеживаемых параметров можно предсказать сбои в работе накопителя. Если на основе отслеживаемых параметров вероятность появления ошибки возрастает, S.M.A.R.T. генерирует для BIOS или драйвера операционной системы от чет о возникшей неполадке, который указывает пользователю на необходимость немедленно го резервного копирования данных до того момента, когда произойдет сбой в накопителе.

На основе отслеживаемых параметров S.M.A.R.T. пытается определить тип ошибки.

По данным компании Seagate, 60% ошибок механические. Именно этот тип ошибок и пред сказывается S.M.A.R.T. Разумеется, не все ошибки можно предсказать, например появление статического электричества, внезапную встряску или удар, термические перегрузки и т.д.

Характеристики накопителей на жестких дисках Технология S.M.A.R.T. была разработана IBM в 1992 году. В том же году IBM выпустила жесткий диск формата 3,5 дюйма с модулем Predictive Failure Analysis (PFA), который изме рял некоторые параметры накопителя и в случае их критического изменения генерировал предупреждающее сообщение. IBM передала на рассмотрение организации ANSI специфика цию технологии предсказания ошибок накопителя, и в результате появился ANSI-стандарт — протокол S.M.A.R.T. для SCSI-устройств (документ ХЗТ10/94-190).

Для накопителей с интерфейсом IDE/ATA технология S.M.A.R.T. была реализована лишь в 1995 году. В разработке этого стандарта принимали участие компании Seagate Technology, Conner Peripherals (в настоящее время является подразделением Seagate), Fujitsu, Hewlett Packard, Maxtor, Quantum и Western Digital. Результатом их работы стала спецификация S.M.A.R.T. для накопителей на жестких дисках с интерфейсом IDE/ATA и SCSI, и они сразу же появились на рынке.

В накопителях на жестких дисках с интерфейсом IDE/ATA и SCSI реализация S.M.A.R.T.

подобна, за исключением отчетной информации. В накопителях с интерфейсом IDE/ATA драй вер программного обеспечения интерпретирует предупреждающий сигнал накопителя, генери руемый командой S.M.A.R.T. report status. Драйвер запрашивает у накопителя статус этой ко манды. Если ее статус интерпретируется как приближающийся крах жесткого диска, то опера ционной системе посылается предупреждающее сообщение, а та, в свою очередь, информирует об ошибке пользователя. Такая структура в будущем может дополняться новыми свойствами.

Операционная система может интерпретировать атрибуты, которые передаются с помощью расширенной команды report status. В накопителях с интерфейсом SCSI S.M.A.R.T. информиру ет пользователя только о двух состояниях накопителя — о нормальной работе и об ошибке.

Для функционирования S.M.A.R.T. необходима поддержка этой технологии на уровне BIOS или драйвера жесткого диска операционной системы (и, естественно, накопитель на жестких дисках, который поддерживает эту технологию). Функции S.M.A.R.T. задейство ваны несколькими программами, например Norton Smart Doctor от компании Symantec, EZ от Microhouse International или Data Advisor от Ontrack Data International.

Обратите внимание: традиционные программы диагностики диска, например Scandisk и Norton Disk Doctor, работают с секторами данных на поверхности диска и не отслеживают всех функций накопителя в целом. В некоторых современных накопителях на жестких дисках резервируются секторы, которые в будущем используются вместо дефектных. Как только "вступает в дело" один из резервных секторов, S.M.A.R.T. информирует об этом пользователя, в то время как программы диагностики диска не сообщают о каких-либо проблемах.

Каждый производитель накопителей на жестких дисках по-своему реализует параметры монитора S.M.A.R.T., причем большинство из них реализовали собственный набор парамет ров. В некоторых накопителях отслеживается высота "полета" головок над поверхностью диска. Если эта величина уменьшается до некоторого критического значения, то накопитель генерирует ошибку. В других накопителях выполняется мониторинг кодов коррекции оши бок, который показывает количество ошибок чтения и записи на диск. В большинстве дисков реализована регистрация следующих параметров:

• высота полета головки над диском;

• скорость передачи данных;

• количество переназначенных секторов;

• производительность времени поиска;

• время раскручивания жесткого диска;

• частота сбоев при поиске;

• количество повторений раскручивания жесткого диска;

• количество повторных калибровок накопителя.

296 Глава 9. Накопители на жестких дисках Каждый параметр имеет пороговое значение, которое используется для определения того, появилась ли ошибка. Это значение определяется производителем накопителя и не может быть изменено.

Существует ряд простых требований, выполнение которых обеспечит корректное функ ционирование S.M.A.R.T.;

для этого необходим S.M.A.R.T.-совместимый накопитель на жест ких дисках и базовая система ввода-вывода, поддерживающая данную технологию, или драй вер жесткого диска для используемой операционной системы. Если BIOS не поддерживает технологию S.M.A.R.T., воспользуйтесь служебными программами (утилитами), которые обеспечат нужную поддержку. К программам такого рода относятся Norton Utilities от ком пании Symantec, EZ Drive от StorageSoft и Data Advisor от Ontrack.

Для получения замечательной и совершенно бесплатной утилиты, которая называется SMARTDefender, зайдите на Web-узел компании Hitachi Global Storage (бывшая IBM):

www.hgst.com/hdd/support/download.htra. Эта программа не только контролирует S.M.A.R.T.-статус накопителей в фоновом режиме, но и может запускаться вручную для про верки их текущего состояния. В эту программу входит приложение SMART Monitor, которое проводит S.M.A.R.T.-тестирование и текущий контроль производительности на основании параметров настройки SMARTDefender. При запуске приложения на панель задач выводится пиктограмма программы SMARTDefender. Можно отключить выполнение текущего контро ля (SMART Monitor) в фоновом режиме и вручную запустить программу SMARTDefender, что даст возможность проверить текущее состояние накопителя на жестких дисках и провес ти перечисленные ниже тесты.

• S.MA.R.T. Status Check (Проверка S.MA.R.T.-cmamyca). Быстрая проверка S.M.A.R.T. статуса жесткого диска.

• S.MA.R.T. Short Self-Test (Краткое самотестирование S.MA.R.T.). Краткое самотести рование жесткого диска (примерно 90 секунд).

• S.MA.R.T. Extended Self-Test (Расширенное самотестирование S.MA.R.T). Комплекс ное самотестирование жесткого диска, позволяющее выявить возможные отказы.

На его выполнение уйдет гораздо больше времени.

Следует иметь в виду, что накопители, при проверке которых появляются сообщения о S.M.A.R.T.-отказах, могут выйти из строя практически в любое время. Как вы понимаете, в этом случае необходимо сразу же создать резервную копию данных, хранящихся на жестком диске, и заменить накопитель, пока это не привело к потере имеющихся данных. Существен ное изменение контролируемых параметров приводит к инициации предупреждения S.M.A.R.T., накопитель передает предупреждение с помощью соответствующей команды IDE/ATA или SCSI (в зависимости от типа имеющегося дисковода) драйверу жесткого дис ка, который находится в системной BIOS. Последняя передает его операционной системе, которая выводит на экран предупреждающее сообщение примерно такого содержания:

Immediately back up your d a t a and r e p l a c e your h a r d d i s k d r i v e.

A f a i l u r e may be imminent.

("Немедленно создайте резервную копию данных и замените накопитель на жестких дис ках. Отказ может произойти в любую минуту".) Сообщение может содержать дополнительную информацию, например название устрой ства, которым было инициировано предупреждающее сообщение, перечень логических дис ководов (разделов), соответствующих физическому устройству, и даже указывать тип, изго товителя и серийный номер устройства.

При получении предупреждающего сообщения прежде всего необходимо обратить внима ние на его содержание и создать резервную копию всех данных, хранящихся на жестком дис ке. Для создания резервных копий используйте только новые носители. Не стоит записывать Характеристики накопителей на жестких дисках копируемые данные поверх ранее созданных качественных копий, так как сбой в работе мо жет произойти до того, как будет завершен процесс резервирования.

Что делать после того, как будет создана резервная копия данных? Предупреждение S.M.A.R.T. может быть вызвано внешними причинами и далеко не всегда указывает на воз можные сбои в работе накопителя. Например, иногда предупреждающий сигнал инициирует ся при изменении климатических условий, в частности повышении или понижении темпера туры окружающей среды. К этому может привести также чрезмерная вибрация накопителя, вызванная какими-нибудь внешними причинами. Кроме того, одной из причин появления подобных сообщений являются электрические помехи, возникающие при работе электродви гателей или других устройств, включенных в одну сеть с компьютером.

В том случае, если предупреждение вызвано какими-нибудь внутренними причинами, в сообщении может идти речь о необходимость замены накопителя. Если устройство нахо дится на гарантии, обратитесь к поставщику и выясните, готов ли он его заменить. Отсутст вие дальнейших сообщений говорит о случайности возникшей проблемы;

в этом случае к за мене накопителя прибегать не придется. Если во время работы появляются новые сообщения, рекомендую все-таки заменить используемый накопитель. Если удастся подключить новый и существующий (сбойный) накопители в одной системе, попробуйте перенести содержимое одного накопителя на другой, что позволит избежать повторной инсталляции приложений и загрузки скопированных данных.

Стоимость В последнее время "удельная стоимость" накопителей на жестких дисках существенно упала. Стоимость накопителей продолжает снижаться и достигла уже 100 долларов за 2,5-дюй мовый жесткий диск объемом 80 Гбайт. Низкая стоимость накопителей привела к тому, что же сткие диски объемом менее 20 Гбайт уже давно не выпускаются.

Интерфейс ATA (IDE) Основной интерфейс, используемый для подключения жесткого диска к современному PC, называется IDE {Integrated Drive Electronics). Фактически он представляет собой связь между системной платой и электроникой или контроллером, встроенными в накопитель.

Этот интерфейс постоянно развивается — в настоящее время существует несколько его мо дификаций. Интерфейс IDE, широко используемый в запоминающих устройствах современ ных компьютеров, разрабатывался как интерфейс жесткого диска.

В настоящее время интерфейс АТА, представляющий собой разновидность IDE, исполь зуется для обеспечения работы не только жестких дисков, но также дисководов CD-ROM и DVD, накопителей на магнитных дисках большой емкости SuperDisk и накопителей на маг нитной ленте. Интерфейс АТА создавался на основе отдельных интерфейсов для контроллера и жесткого диска, использовавшихся до его появления, поэтому применяется главным обра зом в качестве интерфейса жестких дисков. В этой главе подробно рассматриваются стан дартные (параллельные) интерфейсы АТА и новый (последовательный) интерфейс Serial ATA, а также описываются "прародители" АТА и Serial ATA. Интерфейс АТА встраи вается практически во все наборы микросхем системной логики и поэтому является основ ным интерфейсом запоминающих устройств, используемым в большинстве ПК.

Стандартная шина АТА представляет собой 16-разрядный параллельный интерфейс, т.е.

по интерфейсному кабелю одновременно передается 16 бит данных (разрядов). Новый ин терфейс, получивший название Serial ATA, был официально представлен в конце 2000 года и начиная с 2003 года появился в готовых настольных системах. Интерфейс Serial ATA (S АТА) обеспечивает единовременную передачу по кабелю только одного бита данных, что позволяет уменьшить геометрические размеры используемого кабеля и обеспечить более высокую эф фективность его работы, которая достигается за счет повышения циклической частоты пере дачи информации. Интерфейс SATA имеет полностью обновленную физическую архитекту 298 Глава 9. Накопители на жестких дисках ру, обеспечивая при этом программную совместимость с параллельным АТА. Термин ATА, встречающийся в этой книге, относится к параллельной версии интерфейса, в то время как его последовательная версия обозначается как SAT А.

Замечание Многие пользователи полагают, что в компьютерах, в которых разъем IDE установлен на системной плате, контроллер жесткого диска расположен на ней же. На самом деле это не так: контроллер находится в са мом жестком диске., Основным преимуществом накопителей АТА по сравнению со старыми интерфейсами, созданными на основе отдельных контроллеров, а также более современными хост интерфейсами шины данных, к которым относятся SCSI и IEEE-1394 (iLink или FireWire), является их низкая стоимость. Отсутствие отдельных контроллеров или хост-адаптеров по зволяет упростить структуру кабельного соединения, благодаря чему стоимость накопителей АТА значительно ниже, чем стоимость комбинации стандартного контроллера и накопителя.

Стандарты АТА В настоящее время развитием интерфейса АТА занимается независимая группа, вклю чающая в себя представителей различных компаний — разработчиков ПК, жестких дисков и комплектующих. Группа, получившая название Технический комитет Т13 ( h t t p : / / www.tl3.org), отвечает за развитие всех стандартов интерфейса Parallel AT Attachment.

Комитет Т13 входит в Интернациональный комитет по стандартам информационных техно логий (InterNational Committee on Information Technology Standards — INCITS), который ра ботает в соответствии с правилами государственной организации ANSI (Национальный ин ститут стандартизации США). Для создания стандартов SATA была сформирована группа, получившая название Serial ATA Workgroup, в которую вошли многие специалисты Комите та по стандартам ANSI. Эволюция параллельного интерфейса АТА завершится, по всей веро ятности, последней спецификацией АТА-7 (ATА/133), а в дальнейшем найдет свое воплоще ние в форме SATA (о чем речь пойдет несколько позже).

На данный момент были рассмотрены и утверждены следующие стандарты АТА:

• АТА-1 (1988-1994 гг.);

• АТА-2 (1996 г., также называется Fast-ATA, Fast-ATA-2 или EIDE);

• АТА-3(1997г.);

• АТА-4 (1998 г., также называется Ultra- AT A/33);

• АТА-5 (1999 г., также называется Ultra- ATA/66);

• АТА-6 (2000 г., также называется Ultra- AT A/100);

• АТА-7 (2001 г., также называется Ultra-ATА/133).

Все версии стандарта АТА обратно совместимы, т.е. устройства АТА-1 или АТА-2 будут прекрасно работать с интерфейсом АТА-4 или АТА-5. Каждый последующий стандарт АТА ос нован на предыдущем. Это означает, что стандарт АТА-5, например, практически полностью соответствует функциональным особенностям АТА-6. В табл. 9.6 представлены сведения о су ществующих стандартах АТА, а их более подробное описание приведено далее в главе.

Стандарты АТА Таблица 9.6. Стандарты ATA Срокисполь- PIO Быстродейст- Свойства Стандарт ОМА UOMA вие, Мбайт/с зования - 8, АТА-1 1986-1994 гг. 0-2 16,67 Трансляция CHS/LBA для работы с дисками АТА-2 1995-1996 гг. 0-4 0- емкостью до 8,4 Гбайт 16,67 Поддержка технологии S.M.A.R.T.

1997 г. 0- АТА-3 0- 1998 г. 0-2 33,33 Режимы Ultra-DMA, поддержка дисков АТА-4 0-4 0- емкостью до 137,4 Гбайт на уровне BIOS 0-4 66,67 Режимы Faster UDMA, новый 80-контактный 0- АТА-5 1999-2000 гг. 0- кабель с автоопределением АТА-6 2001г. 0-4 0-2 0-5 100,00 Режим UDMA с быстродействием 100 Мбайт/с;

поддержка дисков емкостью до 144 Пбайт на уровне BIOS АТА-7 2001г. 0-4 0-2 0-6 133,00 Режим UPMA с быстродействием 133 Мбайт/с SMART - Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology. LBA - Logical Block Address.

Пбайт - петабайт;

1 Пбайт равен 1 квадрильону байт. UDMA - Ultra DMA (Direct Memory Access).

CHS - Cylinder Head Sector. \ ATA/ATAPI- Спецификация АТА-4 была опубликована в 1998 году. В соответствии со стандартом АТА-4 интерфейс ATAPI рассматривается как полноправный, а не вспомогательный интер фейс ATА, причем полностью совместимый с ним. Кроме того, АТА-4 поддерживает режимы Ultra-DMA (называемые также Ultra-ATA) для еще более быстрой передачи данных. Режим с самым высоким эксплуатационным показателем, называемый DM А/33, имеет пропускную способность 33 Мбайт/с.

Основные нововведения стандарта АТА-4:

режим передачи данных Ultra-DMA, обеспечивающий скорость до 33 Мбайт/с;

интегрированная поддержка ATAPI;

поддержка расширенного управления питанием;

новый 80-жильный кабель;

поддержка Compact Flash Adapter (CFA);

улучшенная BIOS с поддержкой дисков большой емкости (более 9,4 трлн. Гбайт), хотя стандарт АТА по-прежнему ограничен максимальным объемом в 136 Гбайт.

Стандарт АТА-4 описан в документе ANSINCITS317-1998 АТА with Packet Interface Extension.

Степень поддержки и скорость интерфейса АТА в системе определяются главным обра зом набором микросхем используемой системной платы. Большинство микросхем системной логики поставляется с такими компонентами, как микросхемы South Bridge или I/O Controller Hub, поддерживающие интерфейс АТА (а также другие функции). Чтобы узнать, поддерживает ли системная плата режимы AT A/33, AT A/66, AT А/100 или AT А/133, обрати тесь к документации системной платы или ее набора микросхем.

ATA/ATAPI- Данная версия стандарта АТА была одобрена в начале 2000 года и базируется на интер фейсе АТА-4. Этот стандарт был дополнен такими возможностями:

• режим передачи Ultra-DMA (UDMA), рассчитанный на скорость до 66 Мбайт/с (так называемая спецификация UDMA/66 или Ultra-ATA/66);

• 80-жильный кабель, необходимый для работы в режиме UDM А/66;

• автоматическое определение кабеля — 40- или 80-жильный;

• возможность использования режимов выше UDMA33 (только при наличии 80-жиль ного кабеля).

300 Глава 9. Накопители на жестких дисках Стандарт АТА-5 включает в себя спецификацию Ultra- AT А/66, в которой скорость пакетной передачи протокола Ultra-ATA удвоена за счет сокращения времени синхронизации и повыше ния частоты. Последнее привело к увеличению помех при передаче по стандартному 40-жиль ному кабелю, применяемому в интерфейсе АТА и Ultra-ATA. Для снижения уровня помех был разработан 80-жильный 40-контактный кабель. Он был впервые представлен для интерфейса АТА-4, однако стал обязательным для АТА-5 в случае использования режима Ultra-ATA/66.

Этот кабель имеет 40 дополнительных заземляющих проводов между каждой из основных 40 сигнальных и заземляющих линий, что помогает изолировать сигналы от взаимных наводок.

Обратите внимание, что этот кабель работает не только с устройствами Ultra-ATA, но и со ста рыми устройствами, поскольку остальные 40 контактов имеют то же назначение, что и раньше.

Для повышения надежности в режимах Ultra-DMA используется механизм обнаружения ошибок CRC. Этот алгоритм поиска вычисляет контрольную сумму, используемую для обна ружения ошибок в потоке данных. И контроллер и диск вычисляют значение CRC для каж дой передачи Ultra-DMA. После пересылки данных диск отдельно рассчитывает значение CRC и сравнивает его со значением, которое присылает контроллер. Если эти значения отли чаются, контроллер понижает скорость передачи и снова передает данные.

ATA/ATAPI- Стандарт АТА-6, разработка которого была начата в 2000 году, был официально опубли кован в начале 2002 года. Этот стандарт дополнен следующими возможностями:

• режимы передачи Ultra-DMA (UDMA), позволяющие передавать данные со скоро стью до 100 Мбайт/с (так называемая спецификация UDMA/100, Ultra-ATA/ЮО или просто AT А/100);

• количество секторов, приходящихся на каждую команду, увеличилось с 8-разрядных чи сел (256 секторов, или 131 Кбайт) до 16-разрядных (65 536 секторов, или 33,5 Мбайт), что позволило повысить эффективность передачи файлов большого размера;

• расширение адресации LBA с 228 до 248 (281474 976 710 656) секторов, что позволяет поддерживать диски емкостью до 144,12 Пбайт (1 Пбайт равен 1 квадрильону байт);

• адресация CHS уже устарела;

дисководы должны использовать только 28-разрядную или 48-разрядную адресацию LBA.

Стандарт АТА-6 включает в себя спецификацию Ultra-ATA/ЮО (также называемую Ultra-DMA или UDMA/100), в которой скорость пакетной передачи протокола Ultra-ATA увеличена за счет уменьшения времени синхронизации и повышения частоты. Для работы в более быстром режиме, как и для АТА-5, требуется улучшенный 80-жильный кабель. Одним из условий использования режима АТА/100 является его обязательная поддержка жестким диском и интерфейсом системной платы.

Помимо повышения скорости передачи данных до 100 Мбайт/с, АТА-6 весьма своевре менно увеличил поддерживаемую емкость диска. АТА-5 и стандарты более ранних версий поддерживают диски емкостью не более 136,9 Гбайт, что ограничивает увеличение емкости производимых дисков. В 2001 году появились первые коммерческие 3,5-дюймовые диски, емкость которых превышает 137 Гбайт. В настоящее время существуют только SCSI-версии этих накопителей, что связано с ограничениями стандартов АТА. При использовании стан дарта АТА-6 адресация LBA была расширена с 228 до 248 секторов. Это означает, что вместо 28-разрядного числа, которое использовалось логическим блоком адресации, в стандарте АТА-6 может при необходимости использоваться большее, 48-разрядное число. Это позволя ет при емкости сектора, равной 512 байт, повысить максимальную поддерживаемую емкость накопителей до 144,12 Пбайт. Обратите внимание, что 48-разрядная адресация является необязательной и используется только для дисководов, емкость которых превышает 137 Гбайт. Дисководы, емкость которых меньше или равна 137 Гбайт, могут использовать как 28-разрядную, так и 48-разрядную адресацию.

Стандарты АТА ATA/ATAPI- Работа над стандартом АТА-7 началась в конце 2001 года и была завершена в 2004 году.

АТА-7, созданный, как и все ранние стандарты АТА, на основе предыдущего стандарта (АТА-6), отличается некоторыми дополнительными возможностями.

Одной из основных особенностей стандарта АТА-7 является новый режим передачи, по лучивший название UDMA Mode 6, который позволяет передавать данные со скоростью 133 Мбайт/с. Для работы в этом режиме, как и в режимах UDMA Mode 5 (100 Мбайт/с) и UDMA Mode 4 (66 Мбайт/с), потребуется специальный 80-жильный кабель. Меньшие скоро сти передачи не требуют использования 80-жильного кабеля, хотя этот кабель не только будет работать со старыми устройствами, но и имеет улучшенные характеристики по сравнению с 40-жильным кабелем.

Благодаря использованию режимов UDMA пропускная способность интерфейса, соеди няющего контроллер, встроенный в накопитель, с системной платой, заметно повысилась.

Но, несмотря на это, большинство накопителей АТА, к числу которых относятся дисководы, поддерживающие режим UDMA Mode 6 (133 Мбайт/с), все еще имеют среднюю максималь ную скорость передачи при чтении данных, не превышающую 60 Мбайт/с. Это означает, что при использовании современных накопителей АТА, позволяющих передавать данные от дис ковода к системной плате со скоростью 133 Мбайт/с, фактическая скорость передачи данных, считываемых головками с жестких дисков накопителя, будет примерно вдвое меньше. Исходя из этих соображений, можно заметить, что использование накопителя, поддерживающего ре жим UDMA Mode 6 (133 Мбайт/с), и системной платы, работающей только в режиме UDMA Mode 5 (100 Мбайт/с), не приведет к снижению фактической скорости передачи данных.

Аналогично этому, замена хост-адаптера АТА, имеющего скорость передачи 100 Мбайт/с, устройством с пропускной способностью 133 Мбайт/с, не позволит повысить фактическую скорость передачи данных при использовании накопителя, считывающего данные с жестких дисков примерно с половинной скоростью. При выборе накопителя не забывайте о том, что скорость передачи носителей является более важным показателем, чем скорость передачи интерфейса, так как представляет собой главный ограничивающий фактор.

Следует заметить, что АТА-7 стал последней версией почтенного стандарта параллельного интерфейса АТА. Будущее стандарта АТА — последовательный интерфейс Serial ATA, кото рый рассматривается далее в главе. Поскольку разница в эффективности интерфейсов АТА- и АТА-7 крайне незначительна, многие изготовители микросхем и системных плат "пропус кают" АТА-7 и сразу переходят к последовательному интерфейсу SATA, который гораздо быстрее и проще, чем АТА-7.

Особенности интерфейса АТА Стандарты АТА позволили избавиться от несовместимости и различных проблем между дисководами IDE и шинами ISA/PCI. Спецификации АТА определяют сигналы выводов 40-контактного разъема, их функции и синхронизацию, стандарты кабеля и т.п. В этом разде ле приведены некоторые элементы и функции, определяемые спецификацией АТА.

Разъем ввода-вывода АТА Чтобы правильно подключить 40-контактный (для 3,5-дюймовых дисков) или 44-контак тный (для 2,5-дюймовых дисков) разъем интерфейса АТА (рис. 9.12), его обычно (но не все гда) снабжают ключом. В данном случае ключом служит срез вывода 20, причем соответст вующее отверстие в ответной части отсутствует. Всем изготовителям настоятельно рекомен дуется использовать разъемы и кабели с ключами (рис. 9.13). Неправильное подключение кабеля IDE обычно не наносит существенного вреда, хотя может заблокировать систему, что приведет к ее "зависанию" или сделает запуск невозможным.

302 Глава 9. Накопители на жестких дисках Ключ, который предотвращает неправильное подключение разъема Разъем IDE Кабель питания Красный (+5 В) Метка первого контакта кабеля Черный (общий) Черный (общий) Желтый (+12 В) Рис. 9.12. Подключение жесткого диска АТА (IDE) Ключ Контакт 1 Контакт ВВВВВВВВВВНВВВВВВВЕ ВВВВВВВВ> ВНВВВВВВВЕ Контакт Контакт 2 Контакт 20 Т " блокирован Рис. 9.13. Внешний вид 40-контактного разъема интерфейса АТА Назначение выводов разъема интерфейса АТА IDE приведено в табл. 9.7.

Таблица 9.7. Назначение выводов разъема интерфейса АТА IDE Название сигнала Вывод Вывод Название сигнала -RESET 1 2 Общий 3 Данные, бит Данные, бит 5 6 Данные, бит Данные, бит 7 8 Данные, бит Данные, бит 9 10 Данные, бит Данные, бит 11 12 Данные, бит Данные, битЗ 14 Данные, бит Данные, бит 15 Данные, бит Данные, бит 17 Данные, бит Данные, бит Особенности интерфейса АТА Окончание табл. 9. Название сигнала Вывод Вывод Название сигнала Общий Ключ (нет вывода) DRQ3 22 Общий -IOW Общий -IOR Общий 10 СН RDY 27 SPSYNC:CSEL -DACK3 30 Общий IRQ 14 31 -IOCS Адрес, бит 1 -PDIAG 36 Адрес, бит Адрес,бит 0 -CS1FX -CS3FX 40 Общий -DA/SP +5 В (питание электроники) 41 +5 В (питание двигателя) Общий -TYPE (0=ATA) Примечание. Следует заметить, что знак "-", стоящий перед именем сигнала (например, "-RESET"), указывает на активный низкий уровень выходного сигнала.

В портативных компьютерах для подключения 2,5-дюймового дисковода обычно исполь зуется уменьшенный унифицированный 50-контактный разъем, выводы которого располо жены на расстоянии 2 мм (0,079 дюйма) друг от друга.

Кроме основной 40-контактной части, которая практически не отличается от стандартного разъема АТА (за исключением уменьшенного расстояния между выводами), существуют также дополнительные выводы питания и перемычек. Обычно для подключения к разъему используется 44-контактный кабель, передающий силовое напряжение питания и стандарт ные сигналы АТА. Статус жесткого диска определяется положением имеющейся на нем пе ремычки или переключателя: первичный (Master), вторичный (Slave) или выбор кабеля (Select Cable). Унифицированный 50-контактный разъем, используемый для подключения 2,5-дюймовых дисководов АТА, показан на рис. 9.14.

и Контакт Контакт 43 Позиция С а т • Позиция А t а а ааааааааа - Позиция В Контакт 2 Позиция D Контакт 44 Контакт Контакты позиций блокирован и Сблокированы Рис. 9.14. Схема унифицированного 50-контактного разъема, используемого для подключения 2,5-дюймовых дисководов АТА в портативных компьютерах с помощью 44-контактного кабеля Обратите внимание на выводы позиций A-D и удаленные выводы позиций Е и F. Перемыч ка, используемая для определения статуса жесткого диска, обычно располагается между контак тами позиций В и D. Выводы 41 и 42 разъема служат для подачи питания напряжением 5 В к ло гической схеме дисковода (на монтажную плату) и электродвигателю соответственно;

вывод 43 заземлен (т.е. подключен к общему проводу);

вывод 44 является резервным и в данной конст рукции не используется. Обратите внимание, что в 2,5-дюймовых дисководах, в отличие от дис ководов большего размера, используется электродвигатель с рабочим напряжением 5 В.

Назначение выводов унифицированного 50-контактного разъема интерфейса АТА, используемого большинством 2,5-дюймовых дисководов (портативные компьютеры или но утбуки), приведено в табл. 9.8.

304 Глава 9. Накопители на жестких дисках Таблица 9.8. Назначение выводов унифицированного 50-контактного разъема АТА Вывод Вывод Название сигнала Название сигнала Вывод перемычки А В Вывод перемычки Вывод перемычки D Вывод перемычки С F Ключ (нет вывода) Ключ (нет вывода) Е -RESET 1 2 Общий Бит данных 7 3 Бит данных Бит данных 6 5 6 Бит данных Битданных 5 8 Бит данных Битданных 4 Бит данных Бит данных 3 12 Бит данных Бит данных 2 13 14 Бит данных v Бит данных 1 15 16 Бит данных Бит данных 0 17 18 Бит данных Общий 19 20 Ключ (нет вывода) DRQ3 21 22 Общий -IOW 23 24 Общий -IOR Общий 25 I/OCHRDY 27 28 CSEL 29 Общий -DACK IRQ 14 31 32 Резервный Разряд адреса 1 33 34 -PDIAG Разряд адреса 0 35 36 Разряд адреса -CS1FX 37 38 -CS3FX -DA/SP 39 Общий +5 В (логическая схема) 41 42 +5 В (электродвигатель) 44 Резервный Общий Далеко не все разъемы и кабели снабжены ключами Многие компании, производящие недорогие платы и кабели, не обращают на ключи никакого внимания.

В разъемах АТА, используемых в дешевых системных платах, вывод 20 обычно не удален, а соответствую щий контактный вывод в кабеле не блокирован. Условие правильной установки заключается в использо вании закрытого разъема с пазом на системной плате и кабельного разъема с соответствующим высту пом. Несоблюдение этого условия может привести к неправильному подключению кабеля. Иногда неверно подключенное устройство будет неработоспособным до тех пор, пока кабель платы должным образом не соединят с разъемом системной платы.

Следует заметить, что в некоторых системах видеоданные воспроизводятся только в том случае, если на копители АТА реагируют на команду инициализации, которая не поступает при неправильном подключении кабеля. Таким образом, установив в системе накопитель АТА, не снабженный ключом, включите компью тер и, если система окажется блокированной (т.е. на экране ничего не отразится), проверьте подключение кабеля АТА.

В редких случаях, когда приходится устанавливать различные аппаратные компоненты, можно встретить кабель с блокированным выводом 20 (как это и должно быть) и разъем, в котором вывод 20 все еще суще ствует. При этом можно удалить вывод 20 с системной платы, а также разблокировать вывод или восполь зоваться другим кабелем, не имеющим блокированного вывода. В некоторых кабелях блок представляет собой часть корпуса кабельного разъема, следовательно, придется либо удалить вывод 20 на системной плате, либо взять другой кабель.

Существует правило "большого пальца", согласно которому вывод 1 должен располагаться со стороны разъема питания подключаемого устройства, чему обычно соответствует красная полоса на кабеле.

Особенности интерфейса АТА Кабель ввода-вывода ATA Для передачи сигналов между адаптером шины и жестким диском (контроллером) пред назначен 40-контактный ленточный кабель (рис. 9.15). Чтобы по возможности не допускать искажения формы сигнала, увеличения задержек и уровня помех, длина кабеля не должна превышать 46 см (18 дюймов).

Минимум 25,4 см (10"), ' максимум 45,72 см (18") —— - Минимум 12,7см (5"), Минимум 12,7 см (5"), максимум 30,48 см (12") максимум 15,24 см (6") Л 40 или 80 проводников Ключ Устройство 1 Устройство Метка первого контакта Разъем для подключения Разъем вторичного Разъем первичного к системной плате накопителя IDE накопителя IDE (голубой) (серый) (черный) Рис. 9.15. Кабель ATA (IDE) Заметьте, что более новые высокоскоростные интерфейсы IDE наиболее подвержены помехам, возникающим в кабелях, особенно в слишком длинных. В таком кабеле возможно нарушение целостности данных и другие неприятности, которые могут вывести из себя даже самых хладнокровных пользователей. Кроме того, любой жесткий диск, работающий в режи мах UDMA Mode 4 (66 Мбайт/с), Mode 5 (100 Мбайт/с) или Mode 6 (133 Мбайт/с), должен применяться с 80-жильным кабелем. Этот же кабель не помешает использовать и для жестко го диска, работающего в режиме UDMA Mode 2 (33 Мбайт/с). Во многих портативных сис темах используются специальные гибкие кабели, представляющие собой ленту с встроенны ми в нее контактными соединениями. Как правило, подобные кабели имеют индивидуальную конструкцию и поэтому их замена невозможна.

В настоящее время применяется два типа кабелей — 40- и 80-жильные. В обоих использу ются 40-контактные разъемы, а остальные проводники в 80-жильном кабеле заземлены. Такое конструктивное решение позволяет снизить уровень помех в высокоскоростных интерфейсах UltraATA/66 или более новых. Новый 80-жильный кабель обратно совместим с 40-жильным, так что лучше использовать именно этот тип кабеля, причем независимо от интерфейса уста новленного накопителя.

Большая часть качественных 40-контактных кабелей снабжена ключами;

тем не менее, так как наличие ключей не является обязательным, при конструировании более дешевых версий от них решили отказаться. В соответствии со стандартом все 80-жильные кабели должны быть обязательно снабжены ключами.

Двухдисковая конфигурация (подключение двух жестких дисков) Установка двух накопителей IDE в одном компьютере может оказаться проблематичной, так как каждый из них имеет собственный контроллер и оба они должны функционировать, будучи подключенными к одной шине. Поэтому важно найти метод, позволяющий адресовать каждую конкретную команду только одному контроллеру.

306 Глава 9. Накопители на жестких дисках В стандарте ATA предусмотрен способ организации совместной работы двух последова тельно подключенных жестких дисков. Статус жесткого диска (первичный или вторичный) определяется либо путем перестановки имеющейся в нем перемычки или переключателя (с обозначением Master для первичного и Slave для вторичного), либо подачей по одной из ли ний интерфейса управляющего сигнала CSEL (Cable SELect — выбор кабеля).

При установке в системе только одного жесткого диска его контроллер реагирует на все команды, поступающие от компьютера. Если жестких дисков два (а следовательно, и два кон троллера), то команды поступают на оба контроллера одновременно. Их надо настраивать так, чтобы каждый жесткий диск реагировал только на адресованные ему команды. Именно для этого и служит перемычка (переключатель) Master/Slave и управляющий сигнал CSEL.

Когда система передает команду определенному накопителю, контроллер другого дисковода должен "сохранять молчание" до тех пор, пока выбранные накопитель и контроллер продол жают функционировать. Установка перемычки в положение Master или Slave дает возмож ность распознавать контроллеры, задавая параметры определенного двоичного разряда (разряда DRV) в регистре Drive/Head Register командного блока.

Процесс конфигурирования накопителей АТА может быть простым, например при уста новке только одного жесткого диска, или довольно сложным, если приходится подключать к одному кабелю два старых накопителя от разных производителей.

Большинство накопителей IDE можно сконфигурировать следующим образом:

• первичный (один накопитель);

• первичный (два накопителя);

• вторичный (два накопителя);

• выбор кабеля.

Многие накопители поддерживают только три возможные конфигурации: первичный, вто ричный и выбор кабеля. Поскольку каждый накопитель АТА имеет собственный контроллер, необходимо однозначно указать, что один из накопителей является первичным устройством, а второй— вторичным. Между этими накопителями не существует никаких функциональных различий, за исключением того, что накопитель, определенный как вторичное устройство, после возврата системы в исходное состояние отправит сигнал DASP, указывающий первичному на копителю на наличие вторичного устройства. После приема сигнала первичный накопитель ис пользует линию выбора дисковода, которой в обычном режиме работы не придается никакого значения. Передача сообщения о том, что определенное устройство является вторичным, также приводит к задержке вращения диска на несколько секунд, благодаря чему первичный накопи тель начинает работу и нагрузка на блок питания несколько уменьшается.

В настоящее время многим накопителям, полностью отвечающим спецификации АТА, требуется только один переключатель (первичный/вторичный). Правда, в некоторых из них существует также переключатель "вторичный". В табл. 9.9 приведены способы установки этих переключателей для накопителей АТА.

Таблица 9.9. Расположение переключателей для большинства накопителей АТА (IDE) Название переключателя Один накопитель Первичный, два накопителя Вторичный, два накопителя Master (M/S) Вкл. Вкл. Выкл.

Slave Present (SP) Выкл. Вкл. Выкл.

Cable Select (CS) Выкл. Выкл. Выкл.

' Замечание При использовании режима, поддерживающего выбор кабеля, необходимо установить переключатель CS в положение "On", а все другие переключатели в положение "Off". В этом случае разъем кабеля само стоятельно определяет, какой из накопителей должен быть первичным устройством, а какой — вторичным.

Особенности интерфейса АТА На рис. 9.16 показано расположение описанных переключателей на задней части накопителя.

Ключ разъема |— Контакт Контакт 39 Ш о о оо о о о о о о о о о о оо о о о о о о о о о г ОООООООООО. ОООООООО О J O О О О I.^SmJ Г J Контакт2-Л 1 • еHe сиспользуетсяв Л -Разъем питания Контакт Контакт 40 Н и пользует Пропущенный контакт (#20) -> енный (#20) OS (Drive Select)—i Select) I • „„,„„„„ „„„ PK (переключатель Park для вторичных устройств) CS (Cable Select)-I Конфигурация Конфигурация первичного вторичного Конфигурация накопителя накопителя накопителя (стандартный кабель) (стандартный кабель) "выбор кабеля" CS CS PK D • Л ! Г Г" | L, iir, f I РКт I rDS ]Г\ оуо о U о о о о I Г | о оПо LJ о о о о J ~ Т/ О Ц О О О O O PО [ Т/ О О Ц ОО O O P О | При использовании этой Эта конфигурация используется Эта конфигурация используется конфигурации переключатели для второго устройства со для первого (или единственного) обоих устройств должны быть стандартным кабелем устройства со стандартным установлены в одно положение;

кабелем выбор первичного и вторичного устройств выполняется автоматически Рис. 9.16. Переключатели накопителя ATA (IDE) Положение переключателя Master указывает на то, какой из накопителей первичный, а какой вторичный. Для некоторых накопителей требуется также переключатель Slave, обычно используемый в двухдисковой конфигурации, причем устанавливается он только на первичном накопителе, что несколько сбивает с толку. Наличие этой перемычки указывает первичному устройству на подключение вторичного накопителя. Этот переключатель для многих накопителей АТА не является обязательным и поэтому может быть удален. В подоб ных случаях установка вторичного переключателя нисколько не мешает, но при этом позво ляет избежать ненужной путаницы.

Замечание Следует отметить, что в некоторых накопителях переключатели располагаются на монтажной плате, которая находится в нижней часто устройства, поэтому в задней части корпуса данные переключатели отсутствуют.

308 Глава 9. Накопители на жестких дисках В 2,5-дюймовых жестких дисках для ноутбуков перемычки размещены по другой схеме (рис. 9.17).

Поскольку в большинстве ноутбуков к кабелю подключен только один 2,5-дюймовый же сткий диск, перемычки устанавливать не следует и по умолчанию выбирается режим M a s t e r.

Установка перемычки, замыкающей контакты А-В переведет диск в режим S l a v e, а контак ты B-D — в режим C a b l e S e l e c t. Другие комбинации не используются.

Во всех современных системах используется режим выбора кабеля ( C a b l e S e l e c t ), кото рый позволяет избежать ошибок при установке переключателей первичный/вторичный.

Для использования этого режима потребуется два элемента. Во-первых, специальный кабель AT А, все контакты которого (за исключением вывода 28) соединяют разъем системной платы с соответствующими разъемами обоих накопителей. Вывод 28 используется для выбора кабеля и подключается к разъему первичного накопителя (но не вторичного). Затем оба накопителя кон фигурируются в режиме выбора кабеля посредством установки переключателей CS в соответст вующее положение.

В режиме выбора кабеля достаточно установить перемычки CS на всех накопителях, а за тем подключить первичный накопитель в разъем, имеющий соответствующую маркировку, а вторичный — в разъем с маркировкой "вторичный".

Единственным недостатком режима выбора кабеля является строгое положение кабеля или место установки дисковода. Это связано с тем, что первичный и вторичный накопители должны подключаться к определенным разъемам кабеля.

Х-и СА янтакт 43 Контакт 19 Контакт "г- Контакты, -закрываемые перемычкой Т~П Контакт Контакт 20—!

:онтакт 44 DВ удален и СА СА и.

•в гг тт DВ DВ Режим "Master" Режим "Slave" Режим (без перемычки) (А-В) "Cable Select" (B-D) Рис. 9.17. Перемычки жесткого диска AT А, присутствующие на большинстве дисков диаметром 2,5 дюйма Команды интерфейса АТА Одно из преимуществ интерфейса ATA IDE — расширенная система команд. Этот интер фейс разрабатывался на базе использовавшегося в первых компьютерах IBM AT контроллера WD1003, поэтому все без исключения накопители ATA IDE должны быть совместимы с систе мой из восьми команд упомянутого контроллера. Этим, в частности, и объясняется простота ус тановки IDE-накопителей в компьютеры. Во всех PC-совместимых компьютерах поддержка контроллера WD1003, а следовательно, и интерфейса ATA IDE встроена в системную BIOS.

Помимо набора команд контроллера WD1003, в стандарте АТА предусмотрено множество других команд, позволяющих повысить быстродействие и улучшить параметры жестких дис ков. Эти команды считаются необязательной частью интерфейса АТА, но некоторые из них используются почти во всех современных жестких дисках и в значительной степени опреде ляют их возможности в целом.

Особенности интерфейса АТА По-видимому, наиболее важной из них является команда идентификации жесткого диска.

По этой команде из жесткого диска в систему передается блок данных размером 512 байт с подробными сведениями об устройстве. Это позволяет любой программе (в том числе и сис темной BIOS) определить тип подключенного жесткого диска, компанию-изготовителя, номер модели, рабочие параметры и даже заводской номер изделия. Во многих современных версиях BIOS эта информация запрашивается автоматически, и после ее получения парамет ры жесткого диска заносятся в CMOS-память. Это избавляет пользователя от необходимости вводить их вручную при конфигурировании системы. Кроме того, при таком подходе вы бу дете застрахованы от ошибок, если впоследствии вдруг забудете первоначально введенные параметры жесткого диска (если при повторном вводе они будут другими, доступ к данным на диске окажется невозможным).

Данные, полученные при выполнении команды идентификации жесткого диска, включа ют ряд сведений, относящихся к данному дисководу:

• количество адресов логических блоков, доступных при использовании режима LBA;

• количество физических цилиндров, головок и секторов, доступных в режиме P-CHS;

• количество логических цилиндров, головок и секторов в текущей трансляции режима L-CHS;

• поддерживаемые режимы (и скорости) передачи;

• название компании-изготовителя и номер модели;

• версия внутренней прошивки;

• серийный номер;

• тип или размер буфера, определяющий буферизацию сектора или возможности кэши рования.

Некоторые общедоступные программы позволяют выполнить эту команду и вывести получен ную информацию на экран. Ранее большой популярностью пользовалась программа IDEINFO ( h t t p : / / w w w. t e c h - p r o. c o. u k / i d e i n f o. h t m l ), которая, тем те менее, уже устарела. Для получения наиболее достоверных сведений можно воспользоваться программой IDEDIAG (http://www.penguin.cz.~mhi/idediag) или HWTNFO (http://www.hwinfo.com).

(Эти программы особенно эффективны в том случае, когда накопители АТА устанавливаются в системе, BIOS которой уже настроена пользователем с учетом параметров накопителя опреде ленного типа, но при этом не поддерживает функцию автоматического распознавания дисков.

Указанные выше программы получают необходимые данные непосредственно от накопителей.) Еще две очень важные команды — Read M u l t i p l e и Write M u l t i p l e. Они позволяют осуществлять так называемый многосекторный обмен данными (т.е. обмен порциями, равны ми нескольким секторам). В сочетании с возможностью реализации пакетного режима про граммного ввода-вывода (Programmed I/O — РЮ) это позволяет многократно увеличить общую производительность жесткого диска (по сравнению с работой в односекторном режиме).

Помимо указанных, существует множество других дополнительных команд, в том числе специфических, определяемых производителями конкретных моделей жестких дисков.

Довольно часто некоторые операции, например форматирование низкого уровня и создание карт поверхностных дефектов, осуществляются именно с помощью таких специфических на боров команд. Поэтому программы форматирования низкого уровня зачастую бывают уни кальными, а производители включают их в комплекты своих IDE-дисков.

Ограничения емкости дисков Современные интерфейсы AT A/IDE имеют ограничение емкости диска в 136,9 Гбайт.

Кроме того, в зависимости от версии BIOS, значение этого ограничения может находиться еще ниже, например на отметке в 8,4 Гбайт или даже 512 Мбайт. Это может случиться в ре 310 Глава 9. Накопители на жестких дисках зультате наложения ограничений для АТА на ограничения BIOS, что в конечном итоге может привести к еще большим ограничениям.

В табл. 9.10 обобщаются ограничения емкости жестких дисков, связанные непосредствен но с интерфейсом АТА или BIOS.

Таблица 9.10. Ограничения емкости ATA/IDE при использовании различных методов адресации секторов Метод адресации сектора Расчет общего количества секторов Максимальное количество секторов CHS:BIOSw/oTL 1024x16x CHS: BIOS w/bit-shift TL 1024x240x63 15482 CHS: BIOSw/LBA-assistTL 1024x255x63 16 450 CHS: BIOS INT13h 16515 1024x256x CHS:ATA-1/ATA-5 267 386 65536x16x 2* LBA: ATA-1/ATA-5 LBA: ATA-6+ 2" 281474 976 й LBA: EDD BIOS 18 446 744 073 709 551 Максимальная емкость, байт Емкость (в десятичной системе) Емкость (в двоичной системе) 528482 304 528,48 Мбайт 504,00 MiB 7,93 Гбайт 7 927 234 560 7,38 GiB 8 422686720 8,42 Гбайт 7,84 GiB 8 455716 864 8,46 Гбайт 7,88 GiB 136,90 Гбайт 127,50 GiB 136 902082 128,00 GiB 137438 953472 137,44 Гбайт 144,12 Пбайт 128,00 PiB 144115188075 855 9444732965739290430000 9,44 3байт 8,00 ZiB CHS — Cylinder Head Sector (цилиндр, головка, сектор). EDD — спецификация Enhanced Disk Drive (Phoenix/ATA).

LBA — Logical Block (sector) Address (адрес логического блока).

MiB — mebibyte.

w/—c (with).

GiB - gibibyte.

w/o — без (without).

PiB — pebibyte.

TL — Translation.

ZiB — zebibyte.

INT13h - прерывание 13h.

Префиксы десятичных и двоичных множителей Боюсь, что многие читатели плохо знакомы с MiB (mebibyte), GiB (gibibyte) и другими подобными обозначениями, которые используются как в этом разделе, так и во всей книге.

Эти обозначения являются частью стандарта, позволяющего избежать путаницы между мно жителями десятичной и двоичной системы счислений, в частности в компьютерных системах.

Единицы измерений стандарта SI (международной системы единиц, или метрической систе мы) создаются на основе десятичных множителей. Такая система подходит для решения раз нообразных задач, но достаточно неудобна для компьютеров, обитающих в двоичном мире, где все числа создаются на двоичной основе (т.е. на основе множителя 2). Это привело к по явлений различных значений, присваиваемых одному и тому же префиксу: например, 1 Кбайт (килобайт) может обозначать как 1 000 (103) байт, так и 1 024 (210) байт. В декабре 1998 года Международная электротехническая комиссия (МЭК) утвердила в качестве международного стандарта ряд префиксных названий и обозначений двоичных множителей, используемых при обработке и передаче данных. Некоторые из этих префиксов приведены в табл. 9.11.

Особенности интерфейса АТА Таблица 9.11. Стандартные префиксные наименования и обозначения двоичной системы счислений Десятичная система Множитель Обозначение Название Значение ю3 к (к) кило (kilo) ю6 М(М) Mera(Mega) 1000 ю9 Г(С) Гига (Giga) 10O00O000O Т(Т) Тера (Тега) 1 0 0 0 000 000 10" П(Р) 10' s neTa(Peta) 1000 000 000 000 10" Экса(Еха) Е 1 0 0 0 0 0 0 000 000 10" Z 1 000 000 000 000 000 000 Зетта(гейа) Двоичная система Множитель Обозначение Название Производная Значение 2'° Kibi Kilobinary Ki 2м Mibi Megabinary Mi 1048 2» Gi Gigabinary Gibi 1 073 741 Terabinary 2" Ti Tibi 2» Petabinary Pibi 1 125 899 906 «42 Pi » Exabinary Ei Exbi 1 152921 504 606 Й46 2м Zettabinary Zebi Zi 1 180591620717411: Примечание. Обратите внимание, что обозначение "кило/kilo (k)" в соответствии с Международной системой еди ниц SI начинается со строчной буквы, а все остальные обозначения десятичной системы счислений — с прописной.

В соответствии с принятой стандартной терминологией 1 Мбайт (мегабайт) содержит 1 000 000 байт, в то время как 1 MiB (mebibyte) - 1 048 576 байт.

Замечание Для получения подробной информации, относящейся к промышленному стандарту десятичных и двоичных префиксов, обратитесь на Web-узел Национального института стандартов и технологий (NIST):

physics.nist.gov/cuu/Units/prefixes.html.

Методы адресации CHS и LBA Существует два основных метода, используемых для адресации (или нумерации) секторов накопителей AT А. Первый из них называется CHS (Cylinder Head Sector). Это название образо вано по трем соответствующим координатам, которые используются для адресации каждого сектора дисковода. Во втором методе, который носит название LBA (Logical Block Address), для адресации секторов накопителя используется только одно значение. В основе метод;

! CHS лежит физическая структура накопителей (а также способ организации его внутренней работы).

Метод LBA, в свою очередь, представляет собой более простой и логический способ нумерации секторов, не зависящий от внутренней физической архитектуры накопителей.

При последовательном считывании данных с накопителя в режиме CHS процесс чтения на чинается с цилиндра 0, головки 0 и сектора 1 (который является первым сектором на данном диске), после чего считываются все остальные секторы первой дорожки. Затем выбирается сле дующая головка и читаются все секторы, находящиеся на этой дорожке. Этот процесс продол жается до тех пор, пока не будут считаны данные со всех головок первого цилиндра. После этого выбирается следующий цилиндр и процесс чтения продолжается в такой же последовательно сти. Метод CHS подобен принципу одометра (счетчика пройденного пути): для того чтобы из менить номер головки, необходимо "провернуть" определенное количество секторов;

а для того чтобы перейти на следующий цилиндр, необходимо "провернуть" несколько головок.

При последовательном считывании данных с накопителя в режиме LBA процесс чтения на чинается с сектора 0, после чего читается сектор 1, сектор 2 и т.д. Как вы помните, в режиме CHS первым сектором жесткого диска является 0,0,1. В режиме LBA этот же сектор будет сектором 0.

312 Глава 9. Накопители на жестких дисках • В качестве примера представьте себе накопитель, содержащий один жесткий диск, две го ловки (используются обе стороны жесткого диска), две дорожки на каждом жестком диске (цилиндры) и два сектора на каждой дорожке. В этом случае можно сказать, что накопитель со держит два цилиндра (две дорожки на каждой стороне), две головки (по одной на сторону), а также два сектора на каждой дорожке. В общей сложности емкость накопителя равна восьми (2x2x2) секторам. Обратите внимание, что нумерация цилиндров и головок начинается с числа "О", а нумерация физических секторов, находящихся на дорожке, — с числа "1". При использова нии адресации CHS расположение первого сектора накопителя определяется выражением "цилиндр 0, головка 0, сектор 1 (0,0,1)";

адресом второго сектора является 0,0,2;

третьего — 0,1,1;

четвертого—0,1,2;

и так до последнего сектора, адрес которого 1,1,2.

Представьте теперь, что вы взяли восемь секторов и, не обращаясь непосредственно к фи зическим цилиндрам, головкам и секторам, пронумеровали все секторы от 0 до 7. Таким обра зом, если необходимо обратиться к четвертому сектору накопителя, можно сослаться на него как на сектор 0,1,2 в режиме CHS или как на сектор 3 в режиме LBA. Соотношение между но мерами секторов воображаемого восьмисекторного накопителя в режимах CHS и LBA приве дено в табл. 9.12.

Т а б л и ц а 9. 1 2. Н у м е р а ц и я с е к т о р о в в р е ж и м а х C H S и LBA д л я в о о б р а ж а е м о г о н а к о п и т е л я, с о д е р ж а щ е г о два цилиндра, две головки и по два сектора на каждой д о р о ж к е (в о б щ е й с л о ж н о с т и — в о с е м ь с е к т о р о в ) Режим Соответствующие номера секторов CHS: 0,0,1 0,0,2 0,1,1 0,1,2 1,0,1 1,0,2 1,1,1 1,1, LBA: 0 1 2 3 4 5 6 Как видно из приведенного примера, использование нумерации LBA заметно облегчает и упрощает процесс обработки данных. Несмотря на это, при создании первых персональных компьютеров вся адресация BIOS и накопителей АТА была выполнена методом CHS.

Преобразования CHS/LBA и LBA/CHS Адресация секторов может выполняться как в режиме CHS, так и в режиме LBA. Для дан ного накопителя существует определенное соответствие между адресациями CHS и LBA, ко торое, в частности, позволяет преобразовывать адреса CHS в адреса LBA и наоборот. Специ фикация АТА-1 предлагает довольно простую формулу, с помощью которой можно преобра зовать параметры CHS в LBA:

LBA = ( ( ( С X НРС) + Н) X SPT) +S - 1.

Реверсирование этой формулы позволяет выполнить обратное преобразование, т.е. преоб разовать параметры LBA в адрес CHS:

С = int (LBA/SPT/HPC), Н = int ((LBA/SPT) mod HPC), S = (LBA mod SPT) + 1.

В этих формулах использованы следующие выражения:

• LBA — logical block address;

• С — цилиндр (cylinder);

• Н — головка (head);

• S — сектор (sector);

• НРС — количество головок в каждом цилиндре (общее количество головок);

• SPT — количество секторов на каждой дорожке;

Особенности интерфейса АТА • int X — целочисленная часть X;

• X mod Y — модуль (остаток) от X/Y.

С помощью этих формул можно вычислить параметры LBA практически для любого адреса CHS и наоборот. Данный накопитель содержит 16 383 цилиндра, 16 головок и 63 сек тора на каждой дорожке. Соотношение адресов CHS и LBA приведено в табл. 9.13.

Таблица 9.13. Параметры CHS и соответствующая им нумерация секторов LBA для накопителя, содержащего 16 383 цилиндра, 16 головок и 63 сектора на каждой дорожке (общее количество секторов — 16 514 064) Сектор Цилиндр Головка LBA о О О 1 1 999 1007 1000 9999 15 10000 10 0 16 382 Команды BIOS и команды АТА Помимо двух методов адресации секторов (CHS и LBA), существует еще два уровня интерфейса, в которых используется адресация секторов. Одним из интерфейсов является область взаимодействия операционной системы и базовой системы ввода-вывода (с помощью команд BIOS);

другим — область сопряжения BIOS и накопителя (с помощью команд АТА).

На каждом из этих уровней используются определенные команды, которые поддерживают как режим CHS, так и LBA. На рис. 9.18 показаны различные уровни интерфейса.

Файловая система ОС Команды BIOS - INT13h (L-GHS или LBA) - Программное прерывание 13h (по шестнадцатеричной системе) BIOS (драйвер) Команды АТА—адрес ввода-вывода (P-CHS или LBA) " Адрес порта шины ввода-вывода Накопитель АТА Рис. 9.18. Взаимоотношения между BIOS и схемой физической адресации секторов (здесь выражение L-CHS обозначает логический CHS, а выражение P-CHS — физический CHS) Когда операционная система обращается к BIOS для чтения или записи секторов, она вы дает соответствующие команды через программное прерывание INT13h, которое представля ет собой стандартную подпрограмму BIOS, используемую для доступа к диску. Подфункции прерывания INT13h позволяют выполнять чтение или запись секторов, используя при этом адресацию LBA или CHS. После этого стандартные программы BIOS преобразуют команды BIOS в аппаратные команды АТА, которые передаются через порты шины ввода-вывода на контроллер дисковода. Аппаратные команды АТА также могут использовать адресацию» CHS или LBA, несмотря на то что существуют определенные ограничения. Какую адресацию — 314 Глава 9. Накопители на жестких дисках CHS или LBA — будут использовать BIOS и накопитель, зависит от емкости жесткого диска, срока службы накопителя, "возраста" BIOS, установленных параметров BIOS Setup и исполь зуемой операционной системы.

Преодоление ограничения емкости в 8,4 Гбайт Несмотря на то что CHS-трансляция позволила преодолеть ограничение емкости в 528 Мбайт, вскоре пользователи столкнулись с новым препятствием, которым стали жест кие диски емкостью 8,4 Гбайт. Обеспечение поддержки накопителей, емкость которых пре вышает 8,4 Гбайт, потребовало отказаться от CHS-трансляции и перейти к адресации LBA на уровне BIOS. Интерфейс АТА поддерживал адресацию LBA даже в оригинальной специ фикации АТА-1. К сожалению, первоначально поддержка LBA на уровне АТА была факуль тативной, но основная проблема состояла в том, что на уровне интерфейса BIOS адресация LBA не поддерживалась. Пытаясь решить эту проблему, в программе настройки параметров BIOS иногда устанавливали трансляцию LBA-Assist, но это приводило лишь к преобразова нию параметров LBA в параметры CHS на уровне интерфейса BIOS.

Специалисты компании Phoenix Technologies пришли к решению о необходимости использования интерфейса BIOS для перехода от CHS к LBA и в 1994 году опубликовали спецификацию BIOS Enhanced Disk Drive Specification (EDD), в которой для решения этой проблемы были использованы новые расширенные сервисы INT13h BIOS, работающие не с адресами CHS, а с параметрами LBA.

Для обеспечения широкой промышленной поддержки и совместимости с новыми функ циями BIOS компания Phoenix в 1996 году передала этот документ в технический комитет Т13 Национального комитета по стандартам информационных технологий (National Commit tee on Information Technology Standards — NCITS) для дальнейшего улучшения и утвержде ния в качестве стандарта, получившего название BIOS Enhanced Disk Drive Specification (EDD).

Примерно с 1998 года большинство производителей начали обеспечивать в создаваемых BIOS поддержку EDD, реализуя тем самым поддержку режима LBA на уровне BIOS для на копителей АТА, емкость которых превышает 8,4 Гбайт. Случайно или нет, но накопители АТА емкостью 8,4 Гбайт и более появились примерно в это же время.

Спецификация EDD описывает новые расширенные команды INT13h BIOS, обеспечи вающие возможность выполнения адресации LBA до 2Ы секторов, что позволяет поддержи вать накопители с емкостью более 9,44 Збайт. Это то же самое, что 9,44 трлн. Гбайт;

9,44х байт или, если говорить более точно, 9 444 732 965 739 290 430 000 байт! Речь идет о теорети ческой емкости жестких дисков, так как несмотря на то, что к 1998 году BIOS могла обраба тывать до 264 секторов, накопители АТА все еще использовали 28-разрядную адресацию (2ffi секторов) на уровне интерфейса АТА. Это позволяло накопителям АТА содержать не более 268 435 456 секторов, что обеспечивало максимальную емкость 137 438 953 472 байт, или 137,44 Гбайт. Таким образом, после успешного преодоления барьера в 8,4 Гбайт производите ли столкнулись с новым ограничением емкости в 137 Гбайт, появившимся в результате использования 28-разрядной адресации LBA в интерфейсе АТА. Ниже показано, как это выглядит в числовом выражении.

Максимальные значения.

i Итого секторов 268 435 137 438 953 Итого байт 137 Мегабайт 131 Mebibyte (MiB) 137, Гигабайт Gibibyte (GiB) 128, Особенности интерфейса АТА Использование команд нового расширенного 64-разрядного режима LBA на уровне BIOS, а также существующих команд 28-разрядного режима LBA на уровне накопителей АТА не требует выполнения трансляции, поэтому параметры LBA передаются в неизменном виде.

Объединение режимов LBA на уровнях BIOS и интерфейса АТА позволяет окончательно от казаться от громоздкой адресации CHS. Это означает также, что при установке жесткого дис ка АТА емкостью более 8,4 Гбайт в персональный компьютер, содержащий BIOS, которая поддерживает спецификацию EDD (т.е. BIOS, выпущенную в 1998 году или позже) проис ходит автоматическая настройка BIOS и жесткого диска на использование режима LB А.

Существует одна интересная особенность, возникшая при попытке обеспечения обратной совместимости. В этом случае при загрузке операционной системы, которая не поддерживает режим LBA-адресации (например, DOS или первая версия Win95), большинство накопите лей, емкость которых превышает 8,4 Гбайт, сообщают о наличии только 16 383 цилиндров, 16 головок и 63 секторов на каждой дорожке, что и составляет в общей сложности 8,4 Гбайт.

В результате BIOS или операционные системы ранних версий "видят" на 120-гигабайтовом жестком диске только первые 8,4 Гбайт. Это может показаться странным, но я думаю, что лучше иметь 120-гигабайтовый накопитель, распознаваемый как диск емкостью 8,4 Гбайт, чем совершенно нерабочий жесткий диск. При установке накопителя емкостью более 8,4 Гбайт в систему, выпущенную до 1998 года, не забудьте обновить системную BIOS или установить дополнительную плату BIOS с поддержкой EDD (производством которых занимается MicroFirmware и другие компании).

Преодоление барьера в 137 Гбайт В 2001 году производители вплотную столкнулись с проблемой, связанной со 137-гига байтовым ограничением емкости жестких дисков, поскольку существующий технологический уровень уже позволил создавать 3,5-дюймовые жесткие диски емкостью более 137 Гбайт. Реше нием этой проблемы стала спецификация АТА-6, также разработанная в 2001 году. Эта спе цификация, содержащая обновленные функции LBA, позволила перейти от 28-разрядных чи сел к использованию 48-разрядных чисел, что дало возможность поддерживать адресацию накопителей большей емкости.

Спецификация АТА-6 расширяет интерфейс LBA, что позволяет использовать 48-разряд ную адресацию секторов. Это означает, что максимальная емкость жесткого диска повышает ся до 248 секторов (это составляет в общей сложности 281 474 976 710 656). Так как каждый сектор содержит 512 байт, значения максимальной емкости жесткого диска будут соответст вовать приведенным ниже.

Максимальные значения 281 474 976 710 Итого секторов 144 115 188 075 855 Итого байт 144 115 188 Мегабайт 137 438 953 Mebibyte (MiB) 144 115 Гигабайт 137 217 Gibibyte (GiB) 144 Терабайт 131 Tebibyte (TiB) 144, Петабайт (PiB) 128, Pebibyte Как видите, 48-разрядная схема адресации LBA, описанная в спецификации АТА-6, под держивает накопители, емкость которых достигает 144 Пбайт (петабайт — квадрильон байт).

Функции EDD BIOS, использующие 64-разрядную схему адресации, позволяют еще больше расширить существующие ограничения.

Глава 9. Накопители на жестких дисках Максимальные значения Итого секторов 18 446 744 073 709 1 Итого байт 9 444 732 965 739 430 Мегабайт 9 444 732 965 739 Mebibyte (MiB) 9 007 199 254 740 Гигабайт 9 444 732 965 Gibibyte (GiB) 8 796 093 022 Терабайт 9 444 732 Tebibyte (TiB) 8 589 934 Петабайт 9 444 Pebibyte (PiB) 8 388 Эксабайт 9 Exbibyte (EiB) 8 Зетабайт 9, Zebibytes (ZiB) 8, Несмотря на то что службы BIOS, использующие 64-разрядную схему адресации LBA, позволяют работать с дисками, имеющими емкость до 2Ы секторов, ограничение в 144 Пбайт, налагаемое спецификацией АТА-6, вдвое меньше применяемого в настоящее время.

По закону Мура емкость жестких дисков удваивается каждые 1,5-2 года. Поэтому, при нимая во внимание, что накопители АТА емкостью 160 Гбайт появились только в конце 2001 года, можно сказать, что диски емкостью 144 Пбайт будут созданы примерно между и 2041 годами (допуская, что к этому времени технология изготовления жестких дисков не изменится). По аналогии с этим можно предположить, что ограничение EDD BIOS в 9,44 Збайт будет достигнуто не ранее чем между 2055 и 2073 годами! Специалисты компании Phoenix заявляли, что спецификация EDD продержится примерно до 2020 года, но, похоже, они были слишком консервативны.

Преодолеть барьер в 137 Гбайт оказалось значительно труднее, чем справиться с преды дущей задачей. Это было связано с тем, что, помимо аспектов реализации BIOS, пришлось также решать вопросы, связанные с операционной системой и драйвером хост-адаптера АТА, созданного на основе набора микросхем. Доступ к накопителям, емкость которых превышает 137 Гбайт, осуществляется при использовании 48-разрядной адресации LBA (Logical Block Address), для которой требуется поддержка BIOS, драйвера адаптера и операционной систе мы. Как правило, для этого требуется ряд компонентов.

• BIOS с поддержкой 48-разрядной адресации LBA (датированная обычно сентябрем 2002 года и позже).

• Самая последняя версия драйвера набора микросхем, такого, как Intel Application Accelerator (для системных плат, использующих набор микросхем компании Intel).

Этот драйвер можно загрузить с Web-узла h t t p : //www. i n t e l.com.support/ chipset/iaa.

• Операционная система Windows XP с инсталлированным пакетом Service Pack 2.

Если система не обеспечивает поддержку BIOS, обратитесь за обновленной версией к из готовителю системной платы или установите внешнюю плату со встроенной BIOS, одной из которых является PCI-плата Ultra ATA 133 компании Maxtor. Когда в системной плате реа лизован набор микросхем Intel, загрузите последнюю версию драйвера (Intel Application Accelerator) для набора микросхем, посетив Web-узел h t t p : //www. i n t e l. com. s u p p o r t / c h i p s e t / i a a. При использовании набора микросхем, созданного в другой компании, полу Особенности интерфейса АТА чите у изготовителя системной платы или набора микросхем обновленную версию драйвера, который обеспечивает поддержку 48-разрядной адресации LBA.

В заключение следует заметить, что в настоящее время оригинальная версия Windows XP (а также Windows 2000/NT или Windows 95/98/Ме) не обеспечивает поддержку накопи телей АТА, емкость которых превышает 137 Гбайт. Поэтому сначала следует установить Windows XP, а затем инсталлировать пакет Service Pack 1 или его более позднюю версию.

Ограничения операционных систем и различного программного обеспечения Следует хорошо запомнить, что при использовании устаревшего программного обеспече ния, включая утилиты, приложения и даже операционные системы, работа которых базирует ся на параметрах CHS, им будут доступны лишь первые 8,4 Гбайт дисков любой емкости.

Существующие ограничения операционных систем на емкость жестких дисков приведены в табл. 9.14.

Таблица 9.14. Ограничения операционных систем на емкость жестких дисков Операционная система Существующие ограничения DOS/Windows Зх DOS 6.22 или ниже не может поддерживать диски емкостью более 8,4 Гбайт. DOS 7. или выше (включая Windows 95 и выше) распознает диски емкостью более 8,4 Гбайт Windows 9x/Me Windows 95а (оригинальная версия) поддерживает расширения INT13h, а это значит, что данная система поддерживает диски емкостью более 8,4 Гбайт, однако в связи с ограничениями файловой системы FAT16 максимальный размер одного раздела имеет ограничение в 2 Гбайт. Windows 95В 0SR2 или следующие версии (включая Windows 98) поддерживает расширения INT13h, что позволяет этой системе работать с дисками емкостью более 8,4 Гбайт, а также поддерживает файловую систему FAT32, которая допускает наличие разделов большой емкости Windows NT Windows NT 3.5x не поддерживает диски емкостью более 8,4 Гбайт. Windows NT 4. поддерживает диски емкостью более 8,4 Гбайт, однако, если диск такой емкости используется как основное загрузочное устройство, Windows NT не распознает его (эта ошибка исправлена в пакете обновления Service Pack 4) Windows 2000/XP Windows 2000 поддерживает диски емкостью более 8,4 Гбайт OS/2 Warp В некоторых версиях OS/2 существовало ограничение на емкость загрузочного раздела 3,1 или 4,3 Гбайт. IBM выпустила программу Device Driver Pack, которая позволяет использовать загрузочный раздел емкостью более 8,4 Гбайт. Файловая система HPFS поддерживает диски емкостью 64 Гбайт Novell Операционная система NetWare 5.0 и выше поддерживает диски емкостью более 8,4 Гбайт При использовании операционной системы, обеспечивающей поддержку жестких дисков емкостью более 8,4 Гбайт, ограничения максимального объема накопителя зависят не от нее, а от BIOS и интерфейса жесткого диска. В этом случае более существенную роль играют ог раничения размера томов (разделов) и файлов, создаваемых и управляемых различными опе рационными системами. Эти ограничения зависят не только от существующей операционной системы, но и от файловой системы, которая используется в данном разделе. Минимальный и максимальный размеры тома (раздела), а также ограничения размера файлов для различных операционных систем Windows приведены в табл. 9.15. Как отмечалось выше, оригинальная версия Windows XP (а также Windows 2000/NT или Windows 95/98/Ме) не обеспечивает в настоящее время поддержку накопителей АТА, емкость которых превышает 137 Гбайт.

Поэтому для использования накопителей АТА большой емкости придется установить Windows XP, после чего инсталлировать Service Pack 1 или другую версию этого пакета.

Эта операция никак не повлияет на накопители, подключенные к системе с помощью интер фейсов USB, Fire Wire, SCSI и др.

Глава 9. Накопители на жестких дисках Таблица 9.15. Размеры томов (разделов) и ограничения файлового размера для различных файловых систем Ограничения, накладываемые файловой NTFS FAT16 FAT системой Минимальный размер тома (9х/Ме) 2,092 Мбайт 33,554 Мбайт Минимальный размер тома (NT/2000/XP) 2,092 Мбайт 33,554 Мбайт 1,000 Мбайт Максимальный размер тома (9х) 2,147 Гбайт 136,902 Гбайт Максимальный размер тома (Me) 2,147 Гбайт 8,796 Тбайт Максимальный размер тома (NT/2000/XP) 4,294 Гбайт 8,796 Гбайт 281,475 Тбайт Максимальный размер файла (все) 4,294 Гбайт 4,294 Гбайт 16,384 Тбайт Режимы АТА В стандартах ATA-2/EIDE и АТА-3 предусмотрено несколько режимов быстрого обмена данными с жесткими дисками. Описание этих режимов составляет существенную часть стан дарта, и вообще своим появлением он во многом обязан именно этим новым возможностям.

Большинство современных быстродействующих жестких дисков могут работать в так назы ваемых режимах РЮ 3 и РЮ 4, скорость обмена данными в которых очень высока. Эти режи мы описаны ниже.

Режим РЮ От выбора режима РЮ зависит скорость обмена данными с жестким диском. В самом "медленном" режиме (режим 0) длительность одного цикла передачи данных не превышает 600 не. В каждом цикле передается 16 бит данных, поэтому теоретически достижимая скорость обмена в режиме 0 составляет 3,3 Мбайт/с. В большинстве современных жестких дисков под держивается режим РЮ 4, в котором скорость обмена данными достигает 16,6 Мбайт/с.

Характеристики режимов РЮ приведены в табл. 9.16.

Таблица 9.16. Характеристики режимов РЮ Длительность цикла, не Скорость передачи данных, Мбайт/с Стандарт Режим РЮ АТА 3, 0 1 383 5,2 АТА 2 8,3 АТА 3 11,11 АТА-2, EIDE, Fast-ATA 4 120 16,67 АТА-2, EIDE, Fast-ATA В большинстве современных системных плат с поддержкой ATA-2/EIDE существует два разъема IDE, и, как правило, оба они рассчитаны на поддержку этих режимов. Но в некото рых системных платах для процессора 486 и даже Pentium только первичный вывод подклю чается к системной локальной шине PCI, а вторичный разъем обычно подключается к шине ISA и поэтому может поддерживать работу только режимов 0,1 и 2.

В ответ на запрос команды идентификации жесткого диска последний среди прочих пара метров возвращает информацию о режимах РЮ и DMA, в которых он может работать.

В большинстве улучшенных версий BIOS предусмотрен автоматический переход программы в режим, соответствующий возможностям жесткого диска. Если вы установите скорость обмена больше той, на которую рассчитан жесткий диск, данные будут утеряны.

В жестких дисках, соответствующих стандарту АТА-2, предусмотрен блочный режим передачи данных {Block Mode РЮ) с использованием команд Read/Write Multiple. Бла годаря им удается существенно сократить количество прерываний, отсылаемых в адрес цен трального процессора, и соответственно уменьшить время их обработки. Это позволяет еще больше повысить скорость обмена данными.

Особенности интерфейса АТА Режимы ОМА Этот режим в большинстве операционных систем и BIOS не предусмотрен, однако стан дартом АТА-2 он поддерживается. Передача через канал прямого доступа к памяти (DMA) означает, что, в отличие от режима РЮ, данные передаются непосредственно с жесткого дис ка в системную (основную) память, минуя центральный процессор.

Существует два типа прямого доступа к памяти: однословный (8-разрядный) и многословный (16-разрядный). Однословные режимы DMA были удалены из стандарта АТА-3, а также спе цификаций более поздних версий и в настоящее время не используются. Режимы DMA, исполь зующие хост-адаптер, который поддерживает технологию администрирования данных (busmastering), получили название режимов Bus Master ATA. В первом случае обработка запро сов, захват шины и передача данных осуществляются контроллером DMA на системной плате.

Во втором случае все эти операции выполняет устройство, смонтированное на самой плате ин терфейса. Это, естественно, увеличивает сложность и стоимость интерфейсов подобного типа.

В системах с микросхемой Intel PIIX (PCI IDE ISA eXcelerator) и более поздними компо ненты South Bridge могут поддерживать режим Bus Master IDE. При этом используется ре жим Bus Master на шине PCI при передаче данных. Характеристики однословного и много словного режимов Bus Master IDE приведены в табл. 9.17 и 9.18.

Таблица 9.17. Однословные (8-разрядные) режимы DMA и скорости передач* Разрядность Продолжитель- Частота Число циклов Скорость 8-разрядный Специфи режим DMA шины, МГц передачи, шины, байт ность цикла, не за один такт кация АТА Мбайт/с 16 960 1, 0 2,08 АТА- 2, 1 16 480 4,17 АТА- 4, 2 1 8,33 АТА- 16 Таблица 9.18. Многословные (16-разрядные) режимы DMA и скорости передачи Частота 16-разрядный Разрядность Продолжитель- Число циклов Скорость Специфи режим ОМА шины, МГц шины,байт ность цикла,не за один такт передачи, кация АТА Мбайт/с 16 480 4, 0 2,08 АТА- 16 150 13, 1 6,67 АТА- 16 120 16, 2 8,33, АТА- Примечание. Стандарт АТА-2 также может именоваться EIDE (Enhanced IDE) или Fast-А ТА.

К сожалению, даже самый быстрый режим Bus Master IDE 2 имеет ту же скорость переда чи 16,67 Мбайт/с, что и режим Р Ю 4. Это связано с тем, что контроллеры DMA в компьюте рах с шиной ISA обладают очень низким быстродействием, и поэтому нет никакого смысла использовать их для работы с современными жесткими дисками. В большинстве случаев ре комендуется использовать стандартный режим Р Ю 4, если дисководы его поддерживают.

Режимы Bus Master IDE никогда не были очень эффективными и теперь заменены режимами Ultra-DMA, поддерживаемыми совместимыми устройствами от АТА-4 до АТА-7.

В табл. 9.19 приведены спецификации режимов Ultra-DMA, которые в настоящее время описываются спецификациями от АТА-4 до АТА-7.

Таблица 9.19. Спецификации режимов Ultra-DMA Режим Ultra-DMA Время цикла, не Коэффициент передачи данных, Мбайт/с Спецификация АТА-4, Ultra-ATA/ 240 16, 160 25,00 АТА-4, Ultra-ATA/ 120 33,33 АТА-4, Ultra-ATA/ 90 44,44 АТА-5, Ultra-ATA/ 60 66,67 АТА-5, Ultra-ATA/ 40 100 АТА-6, Ultra-ATA/ 30 133 АТА-7, Ultra-ATA 320 Глава 9. Накопители на жестких дисках Интерфейс АТАР1 (ATA Packet Interface) Данный интерфейс был разработан для того, чтобы накопители на магнитной ленте, CD-ROM и другие устройства можно было подключать к обычному IDE-разъему. Основное преимущество устройств, выполненных в стандарте AT API, — это их дешевизна и возможность подключения к уже установленному адаптеру. Что касается накопителей CD-ROM, то они ис пользуют ресурсы центрального процессора гораздо реже, чем аналогичные устройства, под ключенные к специальным адаптерам;

но они не дают выигрыша в быстродействии. А вот быст родействие и надежность накопителей на магнитной ленте могут существенно возрасти, если их подключить к интерфейсу AT API, а не к контроллерам дисководов на гибких дисках.

Хотя накопители CD-ROM и подключаются к интерфейсу жесткого диска, это отнюдь не означает, что с позиций системы они выглядят как обычные жесткие диски. Напротив, в контексте программного обеспечения они напоминают устройства SCSI. Все современные накопители ATA CD-ROM поддерживают протоколы AT API, поэтому эти термины можно с полным основанием использовать в качестве синонимов. Другими словами, накопитель ATAPI CD-ROM представляет собой ATA CD-ROM и наоборот.

Внимание!

В BIOS некоторых систем непосредственно не предусмотрена поддержка ATAPI. Системы без поддержки ATAPI в базовой системе ввода-вывода не могут загружаться с компакт-диска ATAPI, так как предвари тельно нужно загрузить драйвер. В Windows 95/NT/2000/XP встроена поддержка интерфейса ATAPI, а мно гие версии BIOS позволяют выполнять загрузку системы с ATAPI-накопителя CD-ROM. Это значительно упрощает инсталляцию таких систем, как Windows 98 или Windows 2000/XP.

Кроме того, обычно рекомендуется устанавливать различные типы устройств IDE на раз ные каналы. Дело в том, что некоторые старые наборы микросхем системной логики не под держивают разных скоростей передачи, а это означает, что канал приходится настраивать на скорость самого медленного устройства. Поскольку по сравнению с жестким диском накопи тели на магнитной ленте и дисководы компакт-дисков работают в более низкоскоростных режимах IDE, жесткий диск, подсоединенный к одному с ними кабелю, будет работать мед леннее, чем позволяют его возможности. Но даже если набор микросхем системной логики поддерживает разные скорости передачи данных, рекомендую подключать к устройствам от дельные кабели, поскольку IDE, в отличие от SCSI, обычно не допускает (временного) пере крытия операций доступа. Другими словами, когда один диск выполняет команды, к другому нельзя обратиться.

Serial ATA С появлением стандарта АТА-7 могло показаться, что параллельный интерфейс АТА, используемый более 10 лет, уже выходит из игры. Передача данных, осуществляемая по плос кому кабелю со скоростью более 133 Мбайт/с, порождает множество проблем, связанных с син хронизацией сигнала и электромагнитным излучением. Их решением стал новый последова тельный интерфейс ATA (Serial ATA), пришедший на смену параллельному интерфейсу физи ческих накопителей. Serial ATA (SATА) обратно совместим на программном уровне, т.е.

используемое программное обеспечение взаимодействует с новой архитектурой без каких-либо ограничений. Другими словами, существующая BIOS, операционные системы и утилиты, рабо тающие с параллельным АТА, точно так же будут работать и с последовательным интерфейсом.

SATA поддерживает все существующие устройства АТА и ATAPI, в число которых входят дис ководы CD-ROM, CD-RW и DVD, накопители на магнитной ленте, дисководы SuperDisk, а также накопители других типов, поддерживаемые в настоящее время параллельным АТА.

Serial АТА Существуют, конечно, определенные физические различия: нельзя, например, подклю чить дисководы стандарта АТА к хост-адаптерам последовательного интерфейса АТА или на оборот. В SATA используются более узкие 7-контактные кабели, позволяющие упростить схему подключения системных компонентов и уменьшить габариты кабельных ргизъемов.

Конструкция микросхемы SATA отличается меньшим количеством контактов и пониженным напряжением питания. Все эти изменения позволили избежать многих проблем, характерных для параллельного интерфейса АТА.

Несмотря на то что SATA не предназначен для немедленной замены параллельного ин терфейса АТА, многие новые системы поддерживают как последовательный, так и парал лельный интерфейсы. Со временем SATA как фактический стандарт внутренних запоми нающих устройств, используемых в ПК, полностью вытеснит параллельный интерфейс АТА.

Конструктивные особенности современных системных плат указывают на то, что переход от стандартов АТА к SATA будет осуществляться постепенно, причем возможностями парал лельного интерфейса АТА можно будет пользоваться в течение всего переходного периода.

Думаю, что устройства параллельного интерфейса АТА, имеющего более чем 10-летнюю ис торию, будут использоваться даже тогда, когда большинство персональных компьютеров пе рейдут к интерфейсу SATA.

В феврале 2000 года состоялся официальный Форум разработчиков Intel, на котором бы ло объявлено о создании специальной рабочей группы, занимающейся разработкой стандарта SATA. Первыми членами этой группы стали компании APT Technologies, Dell, IBM, Intel, Maxtor, Quantum и Seagate. В настоящее время группа насчитывает более 60 компании, отно сящихся к различным отраслям промышленности. В ноябре 2000 года была завершена первая спецификация SATA 1.0, а в октябре 2002 года выпущена следующая версия спецификации SATA, позволившая использовать этот интерфейс для подключения сетевых устройств хра нения данных. Загрузка документации возможна с Web-узла Serial ATA Working Group no адресу: h t t p : //www. s e r i a l a t a. огд. С момента ее организации, членами рабочей группы SATA стало более 100 компаний, представляющих различные отрасли промышленности.

Первые системы, поддерживающие интерфейс SATA, были выпущены в конце 2002 года.

Эффективность SATA производит сильное впечатление. В настоящее время существует три версии стандарта SATA, в которых используются кабели и разъемы одних и тех же разме ров. Эти версии отличаются только скоростью передачи данных. После появления первой версии стало очевидно, что эффективность интерфейса может быть увеличена в два или даже в четыре раза. В табл. 9.20 приведены спецификации как уже существующих, так и планируе мых версий SATA;

следующая версия интерфейса, скорость передачи данных которого дос тигнет 300 Мбайт/с, выпущена в 2005 году;

версия со скоростью 600 Мбайт/с ожидается не ранее 2007 года.

Таблица 9.20. Спецификации стандартов SATA Ширина Число циклов данных Пропускная способность, Тип SATA Частота шины, шины, бит МГц затакт Мбайт/с SATA-150 1500 SATA-300 1 3000 SATA-600 6000 Как следует из табл. 9.20, последовательный интерфейс АТА единовременно передает только один бит данных. В интерфейсе используется узкий 7-жильный кабель с ключевыми разъемами шириной не более 14 мм (0,55 дюйма) на каждом конце. Подобная конструкция позволяет избежать проблем с циркуляцией воздуха, которые возникают при использовании более широких плоских кабелей стандарта АТА. Следует заметить, что разъемы находятся только на концах кабелей. Кабели, в свою очередь, используются для соединения устрэйства непосредственно с контроллером (обычно на системной плате). В последовательном интер 322 Глава 9. Накопители на жестких дисках фейсе перемычки главный/подчиненный не используются, так как каждый кабель поддержи вает только одно устройство. Концы кабеля совершенно одинаковы, т.е. разъем системной платы и разъем подсоединяемого устройства практически не отличаются. Максимальная длина кабеля SATA достигает одного метра (39,37 дюйма), что значительно превышает 18-дюймовый максимум для параллельного интерфейса АТА. Скорость передачи данных по следовательного интерфейса, использующего более узкий, длинный и менее дорогой кабель, равна 150 Мбайт/с (в полтора раза больше скорости передачи параллельного АТА/100).

В будущем эта скорость увеличится до 300 или даже 600 Мбайт/с.

Для кодирования и расшифровки данных, передаваемых по кабелю, SATA использует специальную схему шифрования, получившую название 8В/10В. Код 8В/10В был разработан (и запатентован) компанией IBM в начале 1980-х годов для использования в быстродейст вующей передаче данных. В настоящее время эта схема применяется во многих высокоскоро стных стандартах передачи данных, включая Gigabit Ethernet, Fibre Channel, Fire Wire и др.

Основной особенностью схемы кодирования 8В/10В является то, что количество последова тельно передаваемых нулей (или единиц) должно быть не более четырех. Схема RLL 0, называется кодированием с ограничением длины записи (Run Length Limited — RLL), где считается минимальным, а 4 — максимальным числом последовательных нулей в каждом за кодированном символе.

В одном закодированном 10-разрядном символе не может быть использовано более шести или менее четырех нулей (единиц). Передача нулей и единиц осуществляется в виде изменения величины подаваемого напряжения. Поэтому промежуток между переходными напряжениями, которые подаются передатчиком, получается достаточно сбалансированным, с более устойчи вым и регулярным потоком импульсов. Нагрузка схемы становится более постоянной, что при водит к повышению ее надежности. Во время преобразования 8-разрядных данных в 10-разряд ные закодированные символы некоторое количество 10-разрядных комбинаций остается неис пользованным. Часть из них применяется для управления потоком, разграничения пакетов дан ных, выполнения проверки ошибок или каких-либо других специальных операций.

В схеме физической передачи интерфейса SATA используется так называемый диффе ренцированный метод "без возврата к нулю" (Non-Return to Zero — NRZ). В этой схеме при меняется сбалансированная пара проводов, по каждому из которых подается напряжение, равное ±0,25 В. Сигналы посылаются дифференцированно: если по одному проводу пары пе редается напряжение +0,25 В, то по другому соответственно -0,25 В. Таким образом, разность напряжений постоянно составляет 0,5 В. Это означает, что форма передаваемого сигнала все гда находится в противофазе по отношению к сигналу, передаваемому по смежному проводу.

Дифференцированная передача минимизирует электромагнитное излучение и позволяет уп ростить чтение сигналов на приемном конце.

В интерфейсе SATA для подачи напряжения 5 и 12 В используется стандартный 4-контак тный силовой разъем, а также дополнительный 15-контактный силовой кабель и разъем пи тания, обеспечивающие подачу электроэнергии напряжением 3,3 В. Ширина силового разъе ма 15-контактного кабеля в этой конструкции составляет всего 24 мм (0,945 дюйма). Сила то ка, подаваемого на контакты уровней напряжения 3,3, 5 и 12 В, достигает 4,5 А, что обеспечи вает достаточную мощность даже для наиболее энергоемких дисководов. Для совместимости с существующими источниками питания дисководы SATA могут быть выполнены как со стандартными 4-контактными разъемами питания, так и с новыми 15-контактными силовы ми разъемами.

Конструкция сигнальных и силовых разъемов интерфейса SATA показана на рис. 9.19.

Serial АТА Сигнальный разъем кабеля Разъем питания кабеля Рис. 9.19. Сигнальные и силовые разъемы SATA В табл. 9.21 и 9.22 приведены параметры выводов разъема данных SATA и дополнитель ных силовых разъемов.

Таблица 9. 2 1. Выводы разъема данных SATA Контакт Сигнал Описание S1 Общий Первая пара S2 А+ Host Transmit* S3 А- Host Transmit S4 Общий Первая пара SS В- Host Receive в+ S6 Host Receive* S7 Общий Первая пара Примечание. Контакты разъема расположены в один ряд па расстоянии 1,27мм (0,05 дюйма) друг от друга.

Выводы заземления длиннее, поэтому они контактируют друг с другом раньше, чем сигнальные или силовые контакты. Это позволяет подключать кабель во время работы компьютера.

Таблица 9.22. Выводы дополнительного силового разъема SATA Контакт Сигнал Описание Р1 +3,3 В +3,3 В (питание) Р2 +3,3 В +3,3 В (питание) РЗ +3,3 В +3,3 В (питание) Р4 Общий Первая пара Первая пара Р5 Общий Первая пара Р6 Общий +5 В (питание) Р7 +5 В +5 В (питание) Р8 +5 В +5 В (питание) Р9 +5 В Первая пара Общий Р Первая пара Р11 Общий Первая пара Р12 Общий + 12 В (питание) Р13 +12В +12 В (питание) Р14 +12В + 12 В (питание) P1S +12В Примечание. Контакты разъема расположены в один ряд на расстоянии 1,27мм (0,05 дюйма) друг от друга.

Выводы заземления длиннее, поэтому они контактируют друг с другом раньше, чем сигнальные или силовые контакты. Это позволяет подключать кабель во время работы компьютера. Три силовых вывода используются для подачи тока силой 4,5 А на каждом уровне напряжения.

324 Глава 9. Накопители на жестких дисках Конфигурирование устройств SATA значительно упрощено, так как переключатели "первичный/вторичный" и "выбор кабеля", используемые с параллельным интерфейсом AT А, больше не понадобятся.

Интерфейс SATA — идеальный выбор для портативных компьютеров, со временем он пол ностью заменит интерфейс Parallel ATA. В конце 2002 года компания Fujitsu продемонстриро вала прототип жесткого диска диаметром 2,5 дюйма с интерфейсом SATA. В течение 2004 года большинство системных плат для портативных компьютеров получили поддержку SATA.

Даже если портативным компьютером и не поддерживается SATA, интерфейс можно доба вить с помощью адаптера PC Card, например Addonics CardBus Serial ATA (рис. 9.20). После установки адаптера можно получить два порта SATA в любом портативном компьютере. Такой интерфейс поддерживает скорость передачи данных, в 2,5 раза превышающую скорость переда чи интерфейса USB 2.O. Адаптер и внешний кабель продаются по цене менее 100 долларов.

Рис. 9.20. Адаптер Addonics CardBus Serial ATA Хотя интерфейс SATA и не проектировался для подключения внешних устройств, компа ния Addonics предоставляет корпуса для внешних накопителей и специальный кабель пита ния от порта USB. Кабель (рис. 9.21) позволяет подключать такие высокоскоростные внеш ние устройства, как накопители CD-ROM/DVD, по интерфейсу SATA.

Как и Parallel ATA, интерфейс Serial ATA проектировался в качестве основного интер фейса для устройств хранения данных персональных компьютеров и не предназначался для подключения внешних устройств. Интерфейс SATA не позиционируется в качестве конку рента таких высокопроизводительных внешних интерфейсов, как SCSI, USB 2.0 и IEEE (FireWire). Ожидается, что SATA полностью вытеснит Parallel ATA уже к концу 2006 года.

Serial ATA Карманный накопитель DVD, DVD/CDRW, DVD/R/RW, CD-ROM Карманный накопитель ExDrive Дополнительный шнур питания USB Внешний кабель Разъем для порта Serial ATA интерфейса Serial ATA Внешний жесткий диск Мобильный накопитель CDRW, DVD/CDRW, DVD-R/RW Модуль DVD/CD DigiCopier Рис. 9. 2 1. Устройства Addonics Serial ATA для портативных компьютеров 326 Глава 9. Накопители на жестких дисках Глава Сменные носители • Начиная с середины 1980-х годов основным носителем данных для ПК стал жесткий диск.

Тем не менее для решения задач по загрузке программного обеспечения, резервирования и переноса данных между компьютерами, их временного хранения были разработаны накопи тели на базе оптических и магнитных носителей, а также магнитной ленты и флэш-памяти.

Существует три основных типа сменных носителей, применяемых в портативных и на стольных компьютерах:

• магнитные диски;

• оптические диски;

• флэш-накопители.

Под магнитными дисками подразумеваются гибкие диски, диски Zip, диски LS-120/ SuperDisk и внешние жесткие диски. В категорию оптических дисков входят накопители CD ROM/DVD, CD-RW и DVD+-RW. К флэш-накопителям относятся карты CompactFlash, SecureDigital, MultiMediaCard, SmartMedia и т.д. В этой главе рассматриваются все три клас са сменных носителей.

Кроме жестких дисков, в ноутбуках используется множество других типов сменных носи телей, предоставляющих доступ к большим объемам данных. Накопители CD-ROM являют ся стандартным компонентом портативных компьютеров вот уже много лет. В современных ноутбуках устанавливаются накопители CD-RW, DVD-ROM и комбинированные приводы DVD/CD-RW. Некоторые производители портативных компьютеров предлагают модели с установленными накопители DVD+/-RW.

Еще одним компонентом является дисковод на гибких дисках. Он уже не используется в большинстве ноутбуков и вместо него применяется либо внешний дисковод, подключаемый по интерфейсу USB, либо устройство, устанавливаемое вместо другого накопителя, например CD-ROM. Большинством пользователей ноутбуков, особенно работающих с локальной се тью, гибкие диски практически не применяются. На данный момент гибкие диски не требу ются даже при установке приложений, так как все программное обеспечение предоставляется на компакт-дисках.

Одной из все более популярных особенностей портативных компьютеров стал модульный отсек для накопителей, дозволяющий устанавливать сменные накопители разных типов.

Вместе с большинством компьютеров, оборудованных модульными отсеками, предоставля ются такие устройства, как дисководы на гибких дисках, несколько типов оптических нако пителей, жесткие диски и дополнительные батареи. Модульные отсеки позволяют настроить конфигурацию компьютера в соответствии с текущими запросами пользователя. Например, во время путешествия можно отказаться от оптического накопителя и заменить его дополни тельной батареей или вторым жестким диском.

При описании количества накопителей, одновременно устанавливаемых в портативном компьютере, часто используется понятие "количества шпинделей". Практически все порта тивные компьютеры поддаются классификации на одно-, двух- и трехшпиндельные. Одно шпиндельные системы являются самыми маленькими и легкими, только с одним встроенным жестким диском. Другие накопители, например дисководы на гибких дисках и накопители CD-ROM, подключаются через внешний интерфейс (например, USB) или с помощью док станции.

Большинство портативных компьютеров попадают в категорию двухшпиндельных сис тем. Такие системы оснащены встроенным жестким диском и модульным отсеком, поддержи вающим установку накопителей различных типов, включая дисковод на гибких дисках, не сколько типов накопителей CD-ROM/CD-RW/DVD, батареи, второго жесткого диска и, возможно, других устройств.

Трехшпиндельные системы обычно обладают встроенным жестким диском, дисководом на гибких дисках и одним модульным отсеком (или встроенным жестким диском и двумя мо дульными отсеками). Такие системы обычно называются "все в одном", поскольку жесткий 328 Глава 10. Сменные носители диск, дисковод на гибких дисках и оптический накопитель могут работать одновременно.

С отказом от использования гибких дисков трехшпиндельные системы стали редкостью.

Прежде чем приобретать портативный компьютер, обратите внимание на список устройств, предоставляемых вместе с ним, а также на возможность их одновременного использования.

Совет При покупке одно- или двухшпиндельного компьютера уточните, можно ли подключить к нему внешний нако питель. Многие двухшпиндельные портативные компьютеры имеют встроенный жесткий и модульный отсеки, поэтому, например, внешний дисковод на гибких дисках придется подключать по интерфейсу USB или уста навливать вместо оптического накопителя в модульный отсек. Другими словами, одновременное использова ние дисковода на гибких дисках и оптического накопителя в таком компьютере будет невозможным.

Если в командировке необходим легкий портативный компьютер, выясните, какие компо ненты не понадобятся, и отключите их. Иногда модульные отсеки можно оборудовать специ альным "весосохраняющим модулем", который представляет собой заглушку, препятствую-, щую проникновению в модуль пыли и посторонних предметов. Такой модуль можно приоб рести в любом магазине портативной техники.

Иногда характеристики накопителей ноутбука для модульного отсека могут вас не уст раивать, в таком случае практически неограниченный выбор накопителей доступен благодаря адаптерам PC Card и интерфейсам USB/FireWire. С их помощью к ноутбуку можно подклю чить любые мобильные накопители, в том числе CD-RW, DVD+-RW, жесткие диски боль шой емкости, устройства резервного копирования на магнитной ленте, дисководы на гибких дисках, накопители Zip или LS-120. Если эти интерфейсы не встроены в портативный ком пьютер (большинство систем обладают, как минимум, портами USB, а в некоторых есть пор ты FireWire;

в то же время немногие портативные компьютеры могут похвастаться интерфей сом SCSI), их можно добавить с помощью адаптеров PC Card или CardBus.

Внешние накопители следует подключать к высокоскоростным портам USB 2.0 или FireWire, предоставляющим наибольшую пропускную способность. В прошлом внешние на копители также подключались и к параллельному порту. В настоящее время многие порта тивные компьютеры не оборудованы параллельным или последовательным портами, а если такой порт и присутствует, то обеспечивает слишком низкую скорость передачи данных, если не использовать высокоскоростные режимы EPP/ECP IEEE 1284.

Передача файлов между двумя портативными компьютерами может выполняться через Ethernet, параллельный порт или порт USB. Для этого требуется использование специальных кабелей, которые можно выбрать на Web-узле LPT. com.

Интерфейсы для съемных накопителей Существует несколько способов подключения этих устройств к компьютеру. Для внутрен них накопителей наиболее распространенным (и одним из самых скоростных) является интер фейс EIDE (Enhanced IDE), который применяется для подключения большинства жестких дис ков. Интерфейс SCSI (как внутренний, так и внешний) такой же, а может, и более быстрый, но его использование для большинства систем требует добавления специального адаптера.

Наиболее удобным и популярным является интерфейс USB (Universal Serial Bus), кото рый использует возможности носителя эффективнее, чем параллельный порт. Интерфейс USB сочетает в себе возможность "горячего подключения" с возможностью использования с Windows 98 и Windows 2000/XP на стационарных и портативных компьютерах, имеющих порт USB. Интерфейс USB 1.1 со скоростью передачи данных 12 Мбит/с полностью подхо дит для накопителей со сменными носителями, емкость которых не превышает 300 Мбайт.

Однако накопители большей емкости следует подключать к более производительным портам US В 2.0 (480 Мбит/с) или IEEE-1394a (FireWire/i.Link) (400 Мбит/с), если таковые имеют ся. Флэш-память в основном должна подключаться к устройствам считывания, обычно осна щенным портами U SB.

Интерфейсы для съемных накопителей Замечание Некоторые версии Windows 95 (OSR2.1 и выше) поставлялись с драйверами устройств USB, но многие производители не предусмотрели их использования под управлением этих версий операционных систем.

Чтобы обеспечить и совместимость, и поддержку со стороны производителей, лучше использовать Win dows 98/МЕ и Windows 2000/XP Большинство съемных накопителей поддерживают несколько интерфейсов, так что мож но подобрать подходящий для вашей системы.

Замечание Установка накопителя со сменными носителями аналогична установке любого другого внешнего или внут реннего устройства.

Для подключения накопителя к шине USB или параллельному порту достаточно подключить кабель к компьютеру и установить необходимое программное обеспечение. Процедура установки накопите ля описана в его документации.

В настоящее время существует два основных типа хранения данных в компьютере: маг нитный и оптический. Устройства магнитного хранения широко представлены в современ ном компьютере — это жесткий диск и дисковод. В них информация записывается на магнит ный вращающийся диск. В устройствах оптического хранения запись и считывание осущест вляются на вращающийся диск с помощью лазерного луча, а не магнитного поля. Следует отметить, что большинство оптических устройств могут лишь считывать информацию с но сителя. Для удобства изложения магнитные и оптические носители данных будут в дальней шем называться просто дисками.

В некоторых устройствах (например, LS-120/LS-240 или SuperDisk) применятся магнит ный и оптический способы записи и считывания информации. Такие устройства получили название магнитооптических.

В настоящее время оптические компакт-диски CD-RW или DVD+RW с поддержкой стан дарта EasyWrite (Mount Rainier) практически полностью вытеснили традиционные гибкие дис ки. Большинство современных систем включают в себя дисководы CD-RW, а накопители на гибких дисках используются только для тестирования, диагностики, конфигурирования систе мы, ее базовой поддержки, форматирования жесткого диска и подготовки к инсталляции опера ционной системы.

Резервное копирование данных Вы, наверное, не раз встречали в серьезной компьютерной литературе рекомендации, ка сающиеся резервного копирования данных. Создание резервных копий жизненно необходи мо, так как любые проблемы, возникающие в системе, могут привести к повреждению какой либо важной информации или программы, хранящихся на жестком диске компьютера. Суще ствует ряд причин, которые могут привести к повреждению данных. Некоторые из них пере числены ниже.

• Резкие колебания напряжения, подаваемого на компьютер (перепады напряжения), ко торые приводят к повреждению или искажению данных.

• Ошибочная перезапись файла.

• Форматирование жесткого диска по ошибке (например, вместо форматирования дискеты).

• Отказ работы жесткого диска, приводящий при отсутствии резервных копий к потере данных. При этом после установки нового дисковода следует повторно установить не обходимое программное обеспечение.

• Катастрофы, приводящие к повреждению компьютера (бури, наводнения, пожары, молнии, грабители и т.п.). Молния, ударившая невдалеке от вашего офиса или дома, Глава 10. Сменные носители может привести к повреждению схемы вычислительной машины, в том числе и,жест кого диска. Кража компьютера эквивалентна действию пожара или наводнения. В этом случае полная резервная копия данных значительно упростит процесс замены повреж денного компьютера.

• Повреждение данных при вирусном заражении системы. Компьютерные вирусы, со держащиеся в загруженной программе или на гибком диске, могут привести к повреж дению ценных файлов или даже всего содержимого жесткого диска. Ежемесячно появ ляется несколько сотен новых вирусов, поэтому ни одна из антивирусных программ не сможет гарантировать полную безопасность. Свежая резервная копия неинфициро ванных критических файлов позволит с наименьшими усилиями восстановить утра ченные данные.

Резервные копии также позволяют избежать проблем, связанных с переполнением жест кого диска или необходимостью передачи данных на другой компьютер. Создавая резервную копию редко используемых данных, можно смело удалить исходные данные, освободив тем самым занятое ими рабочее пространство жесткого диска. При необходимости нужные файлы данных всегда можно восстановить из резервной копии. Кроме того, копирование данных по зволяет совместно использовать большие объемы информации, например при ее передаче на другую систему или даже в другой город. В этом случае достаточно скопировать данные на магнитную ленту или носитель другого типа и затем передать его пользователю.

Несмотря на важность регулярного создания резервных копий, многие пользователи ста раются этого избежать. Основная причина кроется в потерях времени при копировании дан ных на гибкие диски или другие носители малой емкости. В подобных случаях для резервно го копирования всех важных файлов или программ приходится использовать несколько гиб ких дисков.

Для этого лучше всего подходят оптические диски, магнитные носители большой емкости или резервные копии на магнитной ленте. Последняя технология является наиболее прием лемой, поскольку позволяет переписать содержимое многогигабайтовых жестких дисков все го на одну кассету для последующего восстановления поврежденных данных.

Оптические технологии Стандарты компьютерных оптических технологий можно разделить на две основные группы:

• CD (CD-ROM, CD-R, CD-RW);

• DVD (DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-RW, DVD-R, DVD+RW, DVD+R).

Дисководы CD-ROM и DVD получили широкое распространение, так как их можно ис пользовать в развлекательных целях. Например, устройства, созданные на основе стандарта CD, могут воспроизводить музыкальные компакт-диски, а дисководы DVD — цифровые видеодис ки, которые предлагаются в магазинах или напрокат. Дисководы, в которых используются носи тели указанных типов, также обладают множеством дополнительных возможностей.

В следующих разделах рассматривается, что общего у носителей и накопителей CD- и DVD-типа, чем они отличаются друг от друга, а также описываются возможности их приме нения для качественного хранения и воспроизведения данных.

Что такое CD-ROM CD-ROM {Compact Disc Read-Only Memory — память только для чтения на компакт диске) — это оптический носитель информации, предназначенный только для чтения данных.

Форматы CD-R и CD-RW позволяют записывать данные на компакт-диск, а благодаря тех нологии DVD существенно повышается емкость обычного оптического диска.

Оптические технологии Сегодня накопитель CD-ROM — неотъемлемая часть практически любого портативного компьютера. Исключением служат лишь сверхлегкие модели, имеющие слишком малый раз мер корпуса'для установки накопителя.

Оптический носитель информации CD-ROM предназначен только для чтения;

на нем может храниться до 650 Мбайт данных, что соответствует примерно 333 тыс. страниц текста, 74 мин высококачественного звучания или их комбинации. Новые 80-минутные диски со держат уже до 737 Мбайт данных. CD-ROM подобен обычным звуковым компакт-дискам, и его можно даже попытаться воспроизвести на обычном звуковом проигрывателе. Правда, при этом вы услышите просто шум, если только аудиодорожки не предваряют данные Ht диске.

Доступ к данным, хранящимся на CD-ROM, осуществляется быстрее, чем к данным, запи санным на дискетах, но все же значительно медленнее, чем на современных жестких дисках.

Термин CD-ROM относится как к самим компакт-дискам, так и к устройствам (накопителям), в которых информация сЧитывается с компакт-диска.

Сфера применения CD-ROM расширилась очень быстро: если в 1988 году их было запи сано всего несколько десятков, то сегодня предлагаются миллионы наименований разнооб разных тематических дисков — от статистических данных по мировому сельскохозяйствен ному производству до обучающих игр для дошкольников. Множество мелких и крупных ча стных фирм и государственных организаций выпускают собственные компакт-диски со сведениями, представляющими интерес для специалистов в определенных областях.

Немного истории В 1979 году компании Sony и Philips объединили усилия в области разработки современ ных звуковых компакт-дисков. Philips к тому времени уже разработала лазерный проигрыва тель, а у Sony за плечами были многолетние исследования в области цифровой звукозаписи.

Конкурентная борьба между ними могла привести к появлению двух несовместимых форма тов лазерных дисков, поэтому они пришли к соглашению о единой технологии записи и про изводства.

Компания Philips в основном занималась разработкой физического носителя, взяв за основу собственную конструкцию лазерного диска, данные которого, записанные в виде впа дин разной глубины (штрихов), считывали» с помощью лазера. Sony, в свою очередь, разра батывала цифроаналоговую схему, уделяя особое внимание устройствам цифрового кодиро вания и коррекции ошибок.

В 1980 году обе компании представили стандарт CD-DA, называемый с тех пор форматом Red Book (это название формат получил из-за красного цвета обложки опубликованного до кумента). Спецификации Red Book определили способы записи и обработки звука, а также физический размер диска, равный 120 мм (4,72 дюйма), который используется по настоящее время. Как гласит легенда, такой размер был выбран потому, что диск этого диаметра полно стью вмещает в себя 70-минутную Девятую симфонию Бетховена.

После завершения работы над спецификацией компании включилиёь в негласное сорев нование за создание первого коммерческого аудиопроигрывателя компакт-дисков. Победите лем в этом состязании стала Sony, которая имела больше опыта в создании цифровых элек тронных устройств и 1 октября 1982 года, опередив Philips всего на один месяц, представила проигрыватель CDP-101 и первый в мире звуковой компакт-диск с альбомом Билли Джоела (Billy Joel) "52nd Street". Этот проигрыватель начал продаваться в Японии, затем в Европе и только в начале 1983 года в США. В 1984 году Sony выпустила первые автомобильные и пор тативные аудиоплейеры для воспроизведения компакт-дисков.

Компании Sony и Philips продолжали сотрудничать в области стандартов компакт-дисков еще в течение 10 лет и в 1984 году выпустили стандарт CD-ROM, получивший название Yel low Book. Этот стандарт позволил перейти от музыкальных компакт-дисков, используемых для хранения оцифрованного звука, к носителям, содержащим данные только для чтения, ко торые предназначались для компьютерных систем. В стандарте Yellow Book используется тот же физический формат, что и в звуковых компакт-дисках, но модифицированные электрон 332 Глава 10. Сменные носители ные схемы декодирования позволили значительно повысить надежность хранения данных.

Геометрические параметры компакт-диска, принятые оригинальным стандартом Red Book, использовались фактически во всех последующих стандартах CD (по-прежнему называемых по цвету обложек опубликованных документов). Таким образом, компакт-диск прошел путь от хранителя симфонии до универсального носителя программного обеспечения и данных практически любого типа, что стало возможным благодаря появлению стандарта Yellow Book (CD-ROM).

Технология записи компакт-дисков Несмотря на внешнее сходство с компакт-дисками стандарта CD-DA, диски CD-ROM ис пользуются для хранения данных вместо (или помимо) оцифрованных звуковых записей.

Дисководы CD-ROM, используемые в персональных компьютерах для считывания данных, практически идентичны проигрывателям музыкальных компакт-дисков и отличаются только измененной электронной схемой, обеспечивающей дополнительные функции выявления и коррекции ошибок. Это служит гарантией, что данные будут считываться без ошибок, так как малейший, даже самый незначительный сбой при воспроизведении звука недопустим так же, как и отсутствие данных в файле.

Компакт-диск представляет собой поликарбонатную пластину диаметром 120 мм и тол щиной 1,2 мм, в центре которой расположено отверстие диаметром 15 мм. Штампованное или литое основание пластины физически является одной спиральной дорожкой, которая начи нается на внутренней и заканчивается на внешней части диска. Шаг этой дорожки, или разде ление спирали, равен 1,6 микрона (1 микрон — миллионная часть метра или тысячная часть миллиметра). Для сравнения: шаг физической дорожки долгоиграющей пластинки составля ет примерно 125 микрон. Компакт-диск, если смотреть на него со стороны считывания (снизу), вращается против часовой стрелки. Если рассмотреть спиральную дорожку под мик роскопом, то станет видно, что она состоит из приподнятых участков, которые называются впадинами (pits), и плоских поверхностей между ними, называемых площадками (lands). На первый взгляд может показаться странным, что приподнятый участок дорожки называется впадиной. Это связано с тем, что при штамповке диска формовка его верхней части (т.е. про филя дорожки) осуществляется таким образом, что впадины действительно становятся уг лублениями, сделанными в поликарбонатной пластине.

Лазер, используемый для считывания данных компакт-диска, может свободно пройти сквозь прозрачный пластик, поэтому отформованная поверхность диска покрывается отра жающей металлической пленкой (обычно алюминиевой). После этого алюминиевая пленка покрывается тонким защитным слоем акрилового лака, на который, в свою очередь, наносит ся текст или красочное изображение.

Замечание С носителями CD-ROM необходимо обращаться так же осторожно, как и с негативами фотографий.

CD-ROM является оптическим устройством, поэтому загрязнение или повреждение поверхности ухудшает его качество. Хотя считывание данных происходит с нижней стороны диска, слой, содержащий дорожку данных, находится значительно ближе к его верхней части, поскольку толщина защитного покрытия со ставляет всего 6-7 микрон. Поэтому запись, сделанная шариковой ручкой на верхней поверхности диска, может повредить нижележащий слой. Следует соблюдать осторожность даже при использовании различ ных маркеров. Чернила и растворители некоторых маркеров могут стать причиной повреждения как верх него слоя, так и защитного лакового покрытия, что приведет к повреждению нижнего информационного слоя. Постарайтесь использовать только маркеры, предназначенные для выполнения записей на компакт дисках. С обеими сторонами диска следует обращаться очень бережно, уделяя особое внимание его верх ней стороне (этикетке).

Что такое CD-ROM Массовое производство CD-ROM При массовом коммерческом производстве компакт-диски изготавливаются штамповкой или прессованием, но не выжиганием с помощью лазера, как многие считают (рис. 10 1). Хотя лазер и применяется для вытравливания данных на стеклянном мастер-диске, покрытом све точувствительным материалом, непосредственное выжигание дисков при воспроизводстве сотен или тысяч копий будет по меньшей мере непрактично.

- Фоторезисторный слой Нанесение И * — Стекло фоторезисторного слоя Лазер - Фоторезисторный слой, обработанный лазером Лазерная запись 3 * — Стекло Щ<— Электролитическое формование р и и и* Формирование мастер-диска - Металлизированный слой Электролитическое формование — Металлический мастер-диск("папа") Разделение мастер-диска — Стеклянный мастер-диск ^ P B J " * — Металлическая матрица ("сын") - Расплавленная поликарбонатная масса I L ИМ К I I — Металлическая матрица Штамповка диска I | < — Литая основа пластмассового диска I Ш И B T T W * — Металлическая матрица П ~ п ~ г и ~ 1 — г и ~ ' ~ г 1 « — Литая основа пластмассового диска. Отражающий алюминиевый слой Металлизация - Литая основа пластмассового диска Н л - г и - и г г п - г - р - Защитное акриловое покрытие Защитное покрытие Напечатанная этикетка Защитное акриловое покрытие Отражающий алюминиевый слой Конечный продукт Литая основа пластмассового диска Впадины (приподнятые участки) и площадки (плоские поверхности) Лазер(считывание) Рис. 10.1. Схема технологического процесса Далее представлены основные этапы производства компакт-дисков.

1. Нанесение фоторезисторного слоя. Круглая пластина из полированного стекла диа метром 240 мм и толщиной 6 мм покрывается фоторезисторным слоем толщиной око ло 150 микрон, после чего обжигается при температуре 80 °С (176 °F) в течение 30 мин.

2. Лазерная запись. Лазерный самописец (Laser Beam Recorder — LBR) посылает им пульсы синего или фиолетового света, которые засвечивают и размягчают определен ные участки фоторезисторного слоя стеклянного мастер-диска.

3. Формирование мастер-диска. Обработанный стеклянный диск погружается в раствор гидрооксида натрия (едкого натра), который растворяет экспонированные лазером участки, формируя тем самым впадины в фоторезисторном слое.

4. Электролитическое формование. С помощью процесса, называемого гальванопласти кой, ранее подготовленный мастер-диск покрывается слоем никелевого сплава. В ре зультате создается металлический мастер-диск, получивший название родительского диска (father).

5. Разделение мастер-диска. Затем металлическая матрица отделяется от стеклянного мас тер-диска. Матрица представляет собой металлический мастер-диск, который уже может использоваться для изготовления небольших партий дисков, так как матрица изнашива 334 Глава 10. Сменные носители ется очень быстро. Разделение мастер-диска зачастую приводит к повреждению стеклян ной основы, поэтому методом гальванопластики создают еще несколько негативных ко пий диска (которые называются материнскими (mother)). Негативные копии мастер диска впоследствии применяются для создания рабочей матрицы, используемой в про цессе массового тиражирования компакт-дисков. Это позволяет штамповать большое количество дисков, без повторения процесса формирования стеклянного мастер-диска.

6. Штамповка диска. Металлическая рабочая матрица применяется в литейной машине для формирования принципа отображения данных (впадин и площадок) в расплав ленной поликарбонатной массе объемом около 18 грамм, при температуре 350 °С (или 662 °F). При этом сила давления достигает примерно 20 000 фунтов на квадратный дюйм. Как правило, в современных термических штамповочных прессах на изготовле ние каждого диска уходит не более трех секунд.

7. Металлизация. Для создания отражательной поверхности на отштампованный диск посредством напыления наносится тонкий (0,05-0,1 микрона) слой алюминия.

8. Защитное покрытие. Для защиты алюминиевой пленки от окисления на металлизиро ванный диск с помощью центрифуги наносится тонкий (6-7 микрон) слой акрилового лака, затвердевающего под действием ультрафиолетовых лучей.

9. Конечный продукт. В завершение на поверхность диска методом трафаретной печати наносится текст этикетки или какое-либо изображение, также высыхающее под дейст вием ультрафиолетовых лучей.

Процесс изготовления дисков данных CD-ROM и музыкальных компакт-дисков практи чески одинаков.

Впадины и площадки Считывание информации представляет собой процесс регистрации колебаний луча мало мощного лазера, отраженного от металлической поверхности диска. Лазер посылает сфокусиро ванный луч света на нижнюю часть диска, а светочувствительный фоторецептор улавливает от раженный луч. Луч лазера, попавший на площадку (плоскую поверхность дорожки), всегда от ражается обратно;

в свою очередь," луч, попавший во впадину на дорожке, обратно не отражается.

Диск вращается над лазером и рецептором (приемником), поэтому лазер непрерывно из лучает свет, а рецептор воспринимает то, что в сущности является набором световых вспы шек, повторяющих рисунок впадин и площадок, по которым проходит лазерный луч. Всякий раз, когда луч лазера пересекает границы впадины, изменяется состояние отраженного сигна ла. Каждое изменение отраженного сигнала, вызванного пересечением границы впадины, преобразуется в бит со значением 1. Микропроцессоры накбпителя пересчитывают переходы светлый/темный и темный/светлый (т.е. границы впадины) в единицы (1);

область, не со держащая переходов, представляется нулем (0). Полученный набор двоичных разрядов затем преобразуется в данные или звук.

Глубина отдельных впадин, образующих дорожку компакт-диска, равна 0,125 микрона, а их ширина— 0,6 микрона (1 микрон равен миллионной части метра). Минимальная длина впадин или площадок составляет 0,9 микрона, максимальная — 3,3 микрона (рис. 10.2).

06щм 3,3 мкм (максимум) Рис. 10.2. Геометрия впадин и площадок, образующих дорожку компакт-диска Что такое CD-ROM Высота впадины относительно плоскости площадки имеет особое значение, так как она непосредственно связана с длиной волны луча лазера, используемого при чтении диска.

Высота впадины (штриха) составляет ровно 1/4 часть длины волны лазерного луча. Таким образом, луч лазера, попавший на площадку, проходит расстояние, которое на половину дли ны волны (1/4 + 1/4 = 1/2) больше расстояния, пройденного лучом, отразившимся от впади ны. Это означает, что световой луч, отраженный от впадины, на 1/2 длины волны не совпада ет по фазе со световыми лучами, отражаемыми от поверхности диска. Волны, находящиеся в противофазе, гасят друг друга, тем самым значительно уменьшая количество отражаемого света. В результате впадины, несмотря на покрытие металлической отражающей пленкой, становятся "черными" (т.е. не отражающими свет).

Считывающий лазер, используемый в дисководе CD, представляет собой маломощный лазер с длиной волны 780 нм (нанометров) и мощностью около 1 мВт (милливатт). Псликар бонатная пластмасса, используемая при изготовлении компакт-дисков, имеет коэффициент преломления 1,55. Таким образом, свет проходит через пластмассу диска в 1,55 раза медлен нее, чем через окружающую среду. Так как частота света остается постоянной, это приводит к сокращению длины волны в пределах диска с тем же коэффициентом. Следовательно, длина волны, равная 780 нм, уменьшается до 500 нм (780/1,55= 500 нм). Одна четвертая часть от 500 нм равна 125 нм, или 0,125 микрона, что составляет высоту впадины (штриха).

Устройство накопителей CD-ROM Приведем алгоритм работы накопителя CD-ROM (рис. 10.3).

Полупроводниковый лазер Разделительная призма Серводвигатель Рис. 10.3. Структура накопителя CD-ROM 1. Полупроводниковый лазер генерирует маломощный инфракрасный луч, который попа дает на отражающее зеркало.

2. Серводвигатель по командам, поступающим от встроенного микропроцессора, смещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт-диске.

3. Отраженный от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, отража ется от зеркала и попадает на разделительную призму.

4. Разделительная призма направляет отраженный луч на другую фокусирующую линзу.

5. Эта линза направляет отраженный луч на фотодатчик, который преобразует световую энергию в электрические импульсы.

6. Сигналы с фотодатчика декодируются встроенным микропроцессором и передаются в компьютер в виде данных.

336 Глава 10. Сменные носители Первые образцы накопителей CD-ROM были слишком дорогими для массового покупателя.

Кроме того, производители несколько запоздали с принятием соответствующих стандартов, что сдерживало производство CD-ROM. Отсутствовала и база программного обеспечения, которая могла бы стимулировать увеличение темпов производства CD-ROM. Большие физические га бариты, вес и энергопотребление накопителей CD-ROM препятствовали их внедрению в ноут буках. Впервые этим накопителем был оснащен ноутбук IBM ThinkPad 755CD в 1994 году.

В1997 году был представлен ноутбук IBM ThinkPad 770 с накопителем DVD-ROM.

После снижения стоимости накопители и диски все равно не получили должного распро странения в мире ПК. Это можно объяснить небольшими размерами программ того времени.

Постепенно ситуация менялась, и сейчас все программное обеспечение поставляется на ком пакт-дисках, даже если занимает десятую часть диска.

Дорожки и секторы Впадины (штрихи) образуют единственную спиральную дорожку с расстоянием 1,6 микрона между витками, что соответствует плотности дорожек 625 витков на миллиметр или 15 875 витков на дюйм. Стандартный 74-минутный (650 Мбайт) диск в целом содержит 22 188 витков. Диск разделен на шесть основных областей.

• Область фиксирования диска. Представляет собой центральную часть компакт-диска с отверстием для вала проигрывателя. Область фиксирования (посадки) не содержит какой-либо информации или данных.

• Область калибровки мощности (РСА). Существует только на перезаписываемых дис ках (CD-R/RW) и используется только дисководами перезаписываемых дисков для определения мощности лазера, необходимой для оптимального выжигания диска. Тес тирование области калибровки каждого диска CD-R или CD-RW может проводиться до 99 раз.

• Программируемая область памяти (РМА). Существует только на перезаписываемых дисках (CD-R/RW) и представляет собой зону, используемую для записи временной таблицы оглавления (Table Of Content — ТОС). После завершения сеанса записи ин формация ТОС переписывается на нулевую дорожку.

• Нулевая дорожка. Содержит оглавление диска (или сеанса) в кодировочном канале Q.

Оглавление включает в себя начальные адреса и длины всех дорожек (музыкальных или дорожек данных), общую длину программной области (области данных), а также информацию о каждом сеансе записи. Компакт-диск, записанный полностью за один сеанс (в режиме DAO или Disk At Once), содержит только одну нулевую дорожку.

Диски, записанные в течение нескольких сеансов, включают в себя несколько нулевых дорожек, которыми начинается каждый сеанс записи. Нулевая дорожка занимает 4 секторов диска (т.е. одну минуту, если пользоваться единицами времени, или около 9,2 Мбайт данных). Нулевая строка также указывает, является ли данный диск много сеансовым (т.е. многократно перезаписываемым);

кроме того, она указывает следую щий адрес записи диска, если он не заполнен.

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 16 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.