Сочинение. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1. Устройство ПК. Лабораторная работа 1 Устройство персонального компьютера Таганрог 2015
 Скачать 0.58 Mb.
|
Жесткие дискиЖесткий диск — (винчестер) основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. Бытует легенда, объясняющая, почему за жесткими дисками повелось такое причудливое название. Первый жесткий диск, выпущенный в Америке в начале 70-х годов, имел емкость по 30 Мб информации на каждой рабочей поверхности. В то же время, широко известная в той же Америке магазинная винтовка О. Ф. Винчестера имела калибр — 0.30; может грохотал при своей работе первый винчестер как автомат или порохом от него пахло — не знаю, но с той поры стали называть жесткие диски винчестерами. Жесткий диск (НDD — Hard Disk Drive) устроен следующим образом: на шпинделе, соединенным с электромотором, расположен блок из нескольких дисков (блинов), над поверхностью которых находятся головки для чтения/записи информации. Форма головкам придается в виде крыла и крепятся они на серпообразный поводок. При работе они "летят" над поверхностью дисков в воздушном потоке, который создается при вращении этих же дисков (90 и 120 об/с). Очевидно, что подъемная сила зависит от давления воздуха на головки. Оно же, в свою очередь, зависит от внешнего атмосферно го давления. Поэтому некоторые производители указывают в спецификации на свои устройства предельный потолок эксплуатации (например, 3000 м). При изменении силы тока, протекающего через головку, происходи изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферромагнитных частиц, образующим покрытие диска. Так осуществляется запись данных на магнитный диск. Операция считывания происходит в обратном порядке. Намагниченные частит покрытия, проносящиеся на высокой скорости вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции. Электромагнитные сигналы, возникающие при этом, усиливайте и передаются на обработку. Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство — контроллер жесткого диска. В прошлом оно представляло собой отдельную дочернюю плату, которую подключали к одному из свободных слотов материнской платы. В настоящее время функции контроллеров дисков выполняю микросхемы, входящие в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некоторые виды высокопроизводительных контроллеров жестких дисков по-прежнему поставляются на отдельной плате. К основным параметрам жестких дисков относятся ёмкость и производительность. Емкость дисков зависит от технологии их изготовления и плотности записи данных. Плотность записи в 2015 году составляет 2 Тбайт на пластину, так в 2002 г. плотность записи составляла 80 Гбайт на пластину. Производительность жестких дисков определяется типом интерфейса, с помощью которого они связаны с материнской платой. Существует два параллельных интерфейса жёстких дисков — ATA (IDE или EIDE) и SCSi. Каждый из них обеспечивает связь ПК с жестким диском и управляет потоком данных между ними. Кроме скорости передачи данных с производительностью диска напрямую связан параметр среднего времени доступа. 5400 и 7200 об/мин — для IDE, для SCSI — 10000 15000 об/мин. IDE (Integrated Drive Electronics, т. е. интегрированная электроника диска), он же ATA (Advanced Technology Attachment) — один из старейших стандартов в PC, применяемых в PC, был разработан в 1989 году тремя компаниями: Imprimus, Western Digital и Compaq. Compaq было нужно недорогое решение для подключения винчестеров к их PC, Imprimus был крупным производителем винчестеров, а Western Digital еще с 1984 года занимался выпуском чипов — контроллеров винчестеров (для IBM). К вопросу терминологии, ATA, и его дальнейшие варианты, вроде ATA-2, ATA-3, и т.д. — официальные названия стандарта. IDE, EIDE, UltraATA, и т.д. — маркетинговые термины, используемые производителями винчестеров, и прочими причастными компаниями. Контроллер IDE встроен в материнские платы. Большинство материнских плат поддерживают один или два встроенных IDE-контроллера. Каждый из таких контроллеров (EIDE-канал) позволяет через один кабель данных подключить два устройства — основной (master) и дополнительный (slave) диски. Для обеспечения максимальной производительности тип интерфейса НЖМД должен совпадать с типом контроллера материнской платы. По стандарту АТА предполагается один разъем на системной плате и поддерживаются ведущий и ведомый диски. АТА-2 (EnhancedIDE/Fast АТА) Стандарт АТА-2 дает возможность подключать до четырех устройств через два EIDE-канала. Каждый из последних позволяет установить два устройства — ведущее и ведомое. Один из каналов считается первичным (основным), а другой — вторичным (вспомогательным). АТА-3 (Fast АТА-2). Эта версия поддерживает режим РIO 4, обеспечивающий скорость передачи данных 16,7 Мбайт/с. В 1997 году была принята новая версия стандарта —ATA-3. Хотя правильнее, наверное, было бы назвать его ATA-2.5. Спецификация создавалась с учетом максимальной совместимости с ATA-2 и фактически, основное новшество, внесенное в ATA-3, было всего лишь одно — это S.M.A.R.T. И, плюс, вообще несколько повысившаяся надежность. В результате, на рынке практически нет оборудования, соответствующего этому стандарту — был осуществлен скачок с ATA-2 сразу на принятый в 1998 году ATA/ATAPI-4. АТА-4 (Ultra ATA/Ultra DMA/Ultra DMA 33) ATAPI (ATA Packet Interface) — стандарт, созданный с тем, чтобы позволить таким устройствам, как дисководы CD-ROM или стримеры, подключаться напрямую к ATA портам — дешево, и без необходимости специальных контроллеров, как это было ранее. Спецификация была разработана максимально заинтересованными лицами — группой производителей дисководов CD-ROM, с большой помощью от Western Digital и Oak Technology. В результате появления ATAPI устройств, появилась возможность подключать дисководы CD-ROM и стримеры непосредственно к тому же шлейфу, к которому подключен и винчестер — пакетный протокол ATAPI позволяет всей цепочке устройств работать в режиме, слегка напоминающем SCSI. С появлением этого стандарта была произведена чистка старых команд ATA, и кроме ATAPI появился новый стандарт — multiword DMA mode 3, названный UltraDMA. Позволяющий добиться более высокой пропускной способности ATA (до 33 Мбайт/с), а также позволить обеспечить целостность передаваемых на такой скорости через стандартный 40-жильный кабель данных (путем использования CRC) Ultra DMA/66Появление очередного стандарта на IDE интерфейс вызвано острой необходимостью — IDE жесткие диски со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин начали выпускаться в заметных объемах, и ничего не мешает увеличить скорость до 10000 об/мин. При таких скоростях считывания скорость передачи данных по интерфейсу становится немаловажным фактором, влияющим на быстродействие компьютера в целом. Кроме этого, надо учитывать желание производителей жестких дисков постоянно подстегивать интерес к новым технологиям и тем самым постоянно стимулировать спрос на их продукцию. Перед разработчиками стандарта стояла задача — увеличить вдвое скорость передачи данных, не потеряв в надежности и, самое главное, не вызвав повышения стоимости реализации интерфейса как на самом IDE устройстве, так и в контроллере IDE. Кроме этого, необходимо сохранить совместимость сверху вниз, так как низкоскоростные IDE устройства, такие как магнитооптические накопители, CD-ROM приводы и жесткие диски, выпущенные ранее, должны работать с контроллерами UDMA/66 без каких-либо проблем. Основное преимущество работы IDE устройств с поддержкой нового стандарта явствует из названия Ultra DMA/66 — скорость обмена по новому интерфейсу равна 66 MB/c. Уже при разработке стандарта UltraDMA/33 был применен метод CRC (Cyclical Redundancy Check — циклический контроль с избыточным кодом) и данные тем самым контролировались на всей цепи их прохождения. CRC сохранился в качестве метода контроля целостности данных, но, кроме этого, пришлось впервые (с момента появления IDE интерфейса) изменить кабель, показанный на рисунке ниже. Кабель Ultra DMA/66 имеет 80 проводников при тех же 40 контактах. Во всем остальном стандарт полностью совместим со своими предшественниками. Любой жесткий диск с интерфейсом UltraDMA/66 будет работать с любым контроллером IDE и наоборот. Единственное жесткое условие — жесткий диск стандарта UltraDMA/66 будет работать с соответствующим контроллером только через специальный кабель. На кабелях для UltraATA/66 голубой разъем ВСЕГДА подключается к контроллеру, а черные разъемы — к периферийным устройствам. Первые жесткие диски этого стандарта были выпущены фирмой Western Digital в декабре 1998 года. Реально скорость работы в 66 Mбайт/с будет достигаться только при работе с буфером на жестком диске. Поэтому при работе с жестким диском, имеющим размер буфера до 512 КБайт, можно ручаться за то, что никакого реального прироста производительности дисковой подсистемы при замене диска и контроллера с UltraDMA/33 на UltraDMA/66 не произойдет. Какое-то повышение производительности будет заметно на жестких дисках с буфером 2 МБайт и больше. Скорее всего размер буфера и дальше будет расти, так как только в этом случае рост скорости интерфейса будет заметен. Ultra ATA/100 В самом начале 2000 года появились первые сообщения об очередном развитии IDE интерфейса — Ultra ATA/100 и в июне того же года Intel выпустила первый контроллер, поддерживающий новый вариант IDE интерфейса. Этот контроллер получил название 82801BA ICH2 и входит в состав наборов i820e и i815e. Первый жесткий диск с новым интерфейсом выпустила фирма Maxtor также в середине 2000 года. Принцип функционирования Ultra ATA/100 не существенно отличается от UltraDMA/66 (Ultra ATA/66). После получения информации от жесткого диска о его поддержке режима Ultra ATA/100 драйвер IDE соответствующим образом программирует IDE контроллер и просто повышается тактовая частота работы на интерфейсе. Внутренняя частота контроллера в этом режиме становится 133 MHz, но, поскольку сигналы записи на диск формируются контроллером, а сигналы чтения с диска собственно диском и есть значительная разница в способах формирования сигналов записи и чтения, чтение диска выполняется со скоростью 100 Мбайт/с, в то время как запись только со скоростью 88.9 Мбайт/с. Несимметричность интерфейса, пожалуй, главная особенность нового варианта IDE. Для работы с конкретным диском по Ultra ATA/100 совершенно необязательно поддержка этого режима другими устройствами на том же канале IDE. Обмен данными по Ultra ATA/100 возможен между контроллером и именно тем устройством, которое этот режим поддерживает. Никаких конструктивных изменений новый интерфейс не требует. Подходит тот же кабель, что и для Ultra DMA/66.
Serial ATA Параллельный интерфейс. Данные передаются одновременно байтами, словами и т.д., в сопровождении специального сигнала. В качестве такого сигнала может выступать и собственно сигнал записи или чтения. По какому-либо фронту этого сигнала и осуществляется запись данных, при чтении — в контроллер интерфейса, а при записи — в само устройство. Для повышения производительности интерфейса часто используется несколько подобных сигналов и оба фронта каждого из них. Количество физических проводов определяется в этом случае разрядностью интерфейса, набором управляющих сигналов и т.п. Пример — PCI, IDE, SCSI, AGP, Centronics. Последовательный интерфейс. Данные передаются побитно, один бит за другим по одному физическому проводу и разрядность передаваемых данных значения не имеет. Пример — RS232C, IEEE-1394, USB, Ethernet, Firewire. С точки зрения обыкновенного здравого смысла параллельный интерфейс всегда быстрее по определению — за один период тактового сигнала шины передаются сразу 8 или 16 или 32 или 64 бита данных. Это утверждение на самом деле правильно для бескабельных шин, таких, как например PCI или AGP. Для бескабельных интерфейсов в качестве проводников используются проводники в печатной плате, которые могут быть достаточно легко разведены в различных слоях печатной платы и их взаимовлияние, а также воздействие внешних помех может быть сведено к минимуму. Но для шин, которые используют кабели для подключения устройств к контроллерам шины, ситуация совсем иная. При прохождении сигналов по параллельной шине вместе с повышением тактовой частоты шины растет как уровень наводок сигналов шины друг на друга, так и "незащищенность" шины от внешних помех. Источников помех много как в самом компьютере, так и за его пределами. Разработчики параллельных интерфейсов, конечно, принимают меры для снижения ущерба от наводок и помех. На примере IDE/ATA можно увидеть, что уже на этапе UltraDMA/33 был введен CRC контроль для проверки правильности приема/передачи данных по интерфейсу. Но этого оказалось недостаточно и всего через год для внедрения UltraDMA/66 потребовалась замена и интерфейсного кабеля с обычного в 40 проводников на кабель с 80 проводниками. Дополнительные провода были добавлены в кабель исключительно для защиты от помех. Дальнейшее развитие IDE/ATA как параллельного интерфейса с точки зрения специалистов стало невозможным. Потери от помех, точнее от применения методов защиты от помех сводят на нет повышение пропускной способности1 интерфейса. Именно по указанным выше причинам компании APT Technologies, Dell, Intel, Maxtor, Quantum, Maxtor, Seagate создали рабочую группу по разработке нового стандарта интерфейса для подключения различных накопителей информации. Стандарт был назван SerialATA. Конкретные преимущества нового интерфейса таковы: максимальная пропускная способность 150 Мбайт/с или 1200 Мбит/с (в будущем планируется переход на 300/600 Мбайт/с); возможность горячего включения; два режима энергосбережения: частичный (partial) и бездействие (slumber); кабель с семью проводами. Разъемы 8 мм шириной; возможность подачи питания по общему кабелю. В таблицу ниже сведены этапы развития нового стандарта
Интерфейс SCSi На большинстве системных плат обычно не бывает встроенных SCSI-контроллеров, и потому перед установкой жесткого SCSI-диска установите плату контроллера. 20 января 2003 года Ассоциация производителей SCSI Trade Association (STA) и Рабочая группа Serial ATA (SATA) II Working Group объявили о сотрудничестве в целях обеспечения совместимости технологии Serial Attachment SCSI (SAS) с дисковыми накопителями Serial ATA (SATA) на системном уровне. Проектировщики систем могут благодаря совместимости SAS и SATA использовать одни и те же задние панели, разъемы и кабельные соединения. Модернизация системы с переходом от SATA к SAS фактически сводится замене дисковых накопителей. Для конечных пользователей совместимость SATA и SAS означает новый уровень гибкости в том, что касается выбора оптимального соотношения цены и производительности. Накопители SATA станут наилучшим решением для недорогих серверов и систем хранения данных, в то время как накопители SAS обеспечат максимальную производительность, надежность и совместимость с управляющим ПО. Возможность модернизации с переходом от накопителей SATA к накопителям SAS без необходимости приобретать для этого новую систему значительно упрощает процесс принятия решения о покупке, защищает инвестиции в систему и снижает общую стоимость владения. Главное определение SAS, которое не стоит забывать — новый последовательный интерфейс Serial Attached SCSI был разработан для нужд широкого списка систем хранения данных корпоративного уровня. При всей своей «заточенности» для работы в крупных и чуть ли не бесконечно масштабируемых системах хранения данных, интерфейс Serial Attached SCSI подразумевает полную совместимость с относительно недорогими накопителями Serial ATA, что позволяет конструировать вполне доступные системы даже в масштабе малых предприятий. В то же время поддержка 2-портовых Serial Attached SCSI приводов позволяет обеспечить производительность уровня, который и не снился нынешним системам на SCSI-приводах. |