фыв. Практическая работа 3. Утилиты обслуживания накопителей информации
 Скачать 3.66 Mb.
|
|
Практическая работа №3. Утилиты обслуживания накопителей информации Цель работы: формирование представления об обслуживании накопителей информации Задачи: − изучить основные принципы работы накопителей информации и научиться разбираться в их основных устройствах; − познакомиться с типами и основными характеристиками накопителей информации; − изучить программ обслуживания накопителей информации и приобрести практические навыки использования утилит для обслуживания накопителей информации; Студент должен: Знать: − типы и устройство накопителей информации, их основные параметры; − утилиты по обслуживанию накопителей информации. Уметь: − по заданным значениям определять параметры жестких, твердотельных, оптических и флеш-дисков; − выявлять и устранять ошибки в работе накопителей; − использовать диагностические утилиты для их обслуживания 1. КРАТКАЯ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ К техническим средствам накопления и долговременного хранения данных относятся различные соответствующие устройства, называемые накопителями информации или внешней памятью. Выпускаемые накопители информации представляют собой гамму запоминающих устройств с различным принципом действия физическими и технически эксплуатационными характеристиками. Основным свойством и назначением накопителей информации является ее хранение и воспроизведение. Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и смешанные – магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии хранения воспроизведения/записи цифровой информации. Поэтому, в связи с видом и техническим исполнением носителя информации различают: электронные, дисковые и ленточные устройства. Относительно корпуса ПК выделяют: внешние – выполненные в отдельном корпусе (подключаются к портам системного блока) и внутренние – располагающиеся в системном блоке. По доступу к информации накопители подразделяются на устройства с последовательным (sequence) и произвольным (random) доступом (access). В зависимости от области использования к ним предъявляются соответствующие требования: быстродействия, надёжности, защищённости, доступности, а также климатические, санитарно-гигиенические, противопожарные, технические, технологические и другие требования по их эксплуатации и хранению. 1.1. Характеристики и принцип действия различных типов накопителей информации Накопители информации используются как запоминающие устройства, позволяющие хранить информацию долговременно, при отключенном питании. Основные виды накопителей: накопители на гибких магнитных дисках (НГМД, в настоящий момент не используются как устаревшая технология); накопители на магнитной ленте (НМЛ, стримеры), накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД/HDD или винчестер, RAID- системы); электронные накопители (твердотельные и флеш-накопители), оптические накопители (CD-ROM, CD-RW, DVD, Blu-ray Disc). 1.1.1 Стримеры Устройства с последовательным доступом обычно представляют собой ленточные накопители – стримеры (streamer). Информация записывается на магнитную ленту в виде последовательного потока данных. Используются для резервного копирования и архивации данных. В прошлом использовались четвертьдюймовые QIC картриджи (Quarter Inch Cartridge), в которых ширина ленты равна1/4 дюйма, которые имеют емкость: − TR1 – 400 Мбайт, − TR2 – 800 Мбайт, − TR3 – 1,6 Гбайт, − TR4 – 4 Гбайт. Современные картриджи имеют емкость: – картридж hp (C7973A) для Ultrium3 800 Gb – картридж hp (C7972A) для Ultrium2 400 Gb (44$) – картридж hp (C7971A) для Ultrium1 200 Gb – картридж hp dds-4 (C5718A) для стримера 20 Gb – картридж Sony DDS4 Стример и в наше время является самым современным устройством для записи и хранения данных, обладающим превосходной надежностью и самыми высокими характеристиками, который производит запись информации на специальную магнитную ленту с высокой плотностью. Именно этот девайс предоставляет пользователям самый большой объем для хранения информации. Стоит отметить, что объем хранимых данных у стримера измеряется не в мегабайтах, как это свойственно для всех остальных типов внешних накопителей, а в терабайтах. Помимо этого, обладая специальным шифровальным ключом, считать информацию с кассеты можно абсолютно с любого девайса. Также стоит отметить и то, что в сети можно найти множество специальных утилит, с помощью которых можно производить кодирование и сжимание данных, что позволяет записывать еще больше информации. И, несмотря на то что этот метод записи, хранения и передачи данных был изобретен в далеком будущем, он остается актуальным и в наши дни из-за отсутствия более современных устройств, которые по своим технологиям смогли бы превзойти стримеры. Однако есть один нюанс. Все дело в том, что стримеры отсутствуют в свободной продаже, поэтому обычному юзеру не получится просто отправиться в компьютерный магазин и купить себе этот девайс. 1.1.2. ДИСКОВЫЕ НАКОПИТЕЛИ. НЖМД (HDD) Без жесткого диска не обходится ни один персональный компьютер или ноутбук — именно на нем хранятся как операционная система, так и пользовательские данные и программы. Жесткий диск (hard disk drive, HDD) или винчестер – это стационарный накопитель большого объема, располагающийся в системном блоке. Это основной рабочий накопитель, на котором расположены программы и данные, с которыми работает пользователь. По способу записи и чтения информации винчестеры относятся к магнитным накопителям. К плюсам жёстких дисков можно отнести низкую стоимость за Гбайт памяти и практичность в использовании. В основном современные HDD предназначаются для хранения большого объема данных — для установки ОС все чаще используют твердотельные диски (SSD), которые характеризуются гораздо более высокой стоимостью и гораздо более высокой скоростью. Все файлы, размещенные на HDD, будут сохраняться без каких-либо потерь независимо от того, включен ПК или нет. Любые файлы могут быть скопированы, а программы проинсталлированы на HDD. В начале 70-х годов фирмой IBM был разработан первый накопитель на жестких магнитных дисках (14-дюймовый). Диск позволял записать 30 дорожек по 30 секторов в каждой из них (30/30) и мог хранить до 16 Кбайт информации. Вначале ему присвоили название 30/30. Но по аналогии с американскими автоматическими винтовками "Winchester", имеющими калибр 30/30, дисковые устройства с несъемными дисками (жесткие диски) стали называться винчестерами. В 1973 году фирма IBM создала первый HDD с несколькими дисками емкостью 140Мб, который продавался по цене $8600. Относительно корпуса ПК различают внутренние и внешние винчестеры. Внутренние HDD - дешевле, но их максимальное количество ограничивается числом свободных отсеков корпуса, мощностью и количеством соответствующих разъемов блока питания. Установка и замена внутренних HDD требует выключения ПК. Внутренние HDD с возможностью "горячей" замены (Hot Swap) представляют собой те же винчестеры, но установленные в специальные кассеты с разъемами. Кассеты вставляются в специальные отсеки со стороны лицевой панели корпуса, конструкция позволяет вынимать и вставлять накопители при включенном питании. Для стандартных корпусов существуют недорогие приспособления (Mobile Rack), обеспечивающие оперативную съемность стандартных винчестеров. Внешние HDD имеют собственные корпуса и блоки питания, их максимальное количество определяется возможностями интерфейса. Обслуживание внешних накопителей может производиться и при работающем ПК (критично для серверов), хотя и может требовать прекращения доступа к части дисков. Для больших объемов хранимых данных применяются блоки внешних HDD - дисковые массивы и стойки - сложные устройства с собственными интеллектуальными контроллерами, обеспечивающими (кроме обычных режимов работы), диагностику и тестирование своих накопителей. Самые сложные и надежные устройства хранения состоят из множества HDD и называются RAID-массивами. Рассмотрим устройство и принцип работы HDD. Накопители на жестких дисках объединяют в одном корпусе носитель (носители) и устройство чтения/записи, а также, нередко, и интерфейсную часть, называемую собственно контроллером жесткого диска. Типичной конструкцией жесткого диска является исполнение в виде одного устройства - камеры, внутри которой находится один или более дисковых пластин, насаженных на один шпиндель и блок головок чтения/записи с их общим приводящим механизмом. Обычно, рядом с камерой носителей и головок располагаются схемы управления головками, дисками и, часто, интерфейсная часть и/или контроллер. На интерфейсной карте устройства располагается собственно интерфейс дискового устройства, а контроллер с его интерфейсом располагается на самом устройстве. С интерфейсным адаптером схемы накопителя соединяются при помощи комплекта шлейфов. Используются алюминиевые или керамические пластины, на которые нанесён магнитный слой: пленка напыленного ферромагнитного металла (обычно кобальта) толщиной 2-2,5 мм. Блок электроники (плата с набором управляющих чипов) по своей сути — это контроллер, выполняющий функции микрокомпьютера. На плате у современных винчестеров можно найти процессор, память (ОЗУ), ПЗУ. Процессор занимается обработкой полученных с головок данных и преобразованием их в понятный компьютеру «язык» - АТА стандарт. Делает он это, как и компьютер в оперативной памяти ОЗУ (обычно используется и в качестве дискового буфера). Таким образом с увеличением памяти ОЗУ в некоторых случаях можно увеличить скорость работы накопителя. ПЗУ, которое хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию винчестера, нужно для старта. При включении плата контроллера считывает служебную информацию и если она корректна, то жесткий диск начинает работу. Гермозона — это полость жесткого диска, ограниченная крышкой, внутри которой находиться очищенный от частиц пыли воздух. Чаще всего в конструкции жестких дисков присутствует специальное технологическое отверстие с очищающим фильтром для доступа воздуха и выравнивания дав- ления. Одним из элементов гермозоны является блок магнитных (БМГ). Конструктивно, кроме самих головок чтения-записи на нем расположена микросхема, усиливающая сигнал, получаемый при чтении информации с магнитного диска. Еще одно простое устройство, содержащееся в гермозоне это шпиндельный двигатель и сервопривод, заставляющие диск вращаться, а магнитную голову перемещаться вдоль его поверхности. На нем находится пакет магнитных дисков. Двигатель раскручивает пакет дисков до нужных оборотов при исправных остальных элементах жесткого диска. И наконец самая неустойчивая к повреждениям часть винчестера — это система дисков. Каждая поверхность диска делится на дорожки, представляющие собой концентрические окружности, вдоль которых размещается информация, дорожки делятся на секторы (их емкость обычно 512 байт). Несколько физических дорожек с одинаковым номером, но расположенные на разных дисковых поверхностях (друг над другом) называются цилиндром. Существует также понятие кластер — это несколько секторов, рассматриваемых операционной системой как одно целое. Для жесткого диска выделяют понятия раздела и тома. Раздел — это область жесткого диска, которой после форматирования присваивается буква диска. На базовом диске (самый распространенный тип диска) томом является отформатированный основной раздел или логический диск (термины раздел и том часто взаимозаменяемы). Системному разделу обычно присваивается буква С. Буквы А и В зарезервированы для съемных дисков или дисководов гибких дисков. На жестких дисках некоторых компьютеров имеется только один раздел, в этом случае весь жесткий диск обозначен буквой «С». На других компьютерах может быть дополнительный раздел, содержащий средства восстановления на случай, если информация на диске С повредится или станет нечитаемой. Создание дополнительных разделов возможно только в том случае, если на диске есть нераспределенное пространство (неотформатированное пространство, не входящее в существующий раздел или том). Для создания невыделенного пространства можно сжать существующий том или воспользоваться сторонним средством перераспределения разделов. Геометрия (ёмкостные параметры) жесткого диска описываются в BIOS следующей формулой: Общий объем (байт) = C*H*S*512 (байт), где С - количество цилиндров; Н - количество головок; S - количество секторов. Принцип работы жесткого диска основан на том, что магнитное поле, возбуждаемое записывающей головкой, по-разному намагничивает различные участки ферромагнитного слоя, нанесенного на диск. С точки зрения магнетизма все ферромагнетики состоят из мельчайших частиц — доменов, в каждом из которых магнитное поле направлено одинаково. Однако в ненамагниченном состоянии магнитные поля всех доменов ориентированы хаотически, в результате чего общая намагниченность отсутствует. Намагничивание внешним полем происходит в два этапа. Вначале те домены, ориентация которых наиболее близка к направлению внешнего поля, поглощают соседние (происходит рост доменов). На втором этапе, при увеличении напряженности внешнего поля, все домены разворачиваются в его направлении. Таким образом, плотность магнитной записи ограничивается размером элементарных магнитиков-доменов, которые еще и растут (до определенного предела) при перемагничивании. Итак, все данные, будучи преобразованными головкой чтения/записи из двоичного вида в магнитный "эквивалент", записываются на поверхность магнитного же диска по описанной выше схеме. Чтение информации осуществляется по обратной схеме: головка отслеживает, какие участки до- рожки намагничены, а у каких, напротив, намагниченность сведена к минимуму. После этого считанная последовательность намагниченных и размагниченных участков преобразовывается из магнитного «формата» в электронный и передается по шине дальше. Во время работы головки ни в коем случае не должны механически соприкасаться с рабочими поверхностями - случайное касание поверхности практически всегда приводит к полному или частичному повреждению соответствующей дорожки рабочей поверхности и очень часто к обрыву самой головки. На корпусе винчестера имеется этикетка с номером модели. В номере закодирована основная информация о характеристиках винчестера. Ниже на рисунке представлен пример маркировки винчестеров компании Western Digital. Рассмотрим характеристики дисковых накопителей: 1) Габаритные размеры (форм-фактор) HDD могут располагаться в корпусах с шириной (горизонтальный размер) 2,5 дюйма или 3,5 дюйма. Первые в общем случае предназначены для использования в ноутбуках, вторые — для использования в настольных ПК. Жесткое ограничение размеров дисков позволяет стандартизировать места для их установки. Стоит отметить, что популярность 2.5-дюймовых механических дисков в последние годы сильно снизилась — сейчас в ноутбуках по большей части используют именно SSD. 2) Число поверхностей дисков (sides number) - определяет количество физических дисков, нанизанных на шпиндель. Выпускаются накопители с числом поверхностей от 1 до 8 и более. Однако, наиболее распространены устройства с числом поверхностей от 2 до 5. Принципиально, число поверхностей прямо определяет физический объем накопителя и скорость обработки операций на одном цилиндре. 3) Число цилиндров (cylinders number) - определяет сколько дорожек (треков) будет располагаться на одной поверхности. В настоящее время все накопители емкостью более 1 Гигабайта имеют число цилиндров более 1024. 4) Число секторов (sectors count) - общее число секторов на всех дорожках всех поверхностей накопителя. Определяет физический неформатированный объем устройства. 5) Число секторов на дорожке (sectors per track) - общее число секторов на одной дорожке. Часто, для современных накопителей показатель условный, т.к. они имеют неравное число секторов на внешних и внутренних дорожках, скрытое от системы и пользователя интерфейсом устройства. Перечисленные выше параметры определяют емкость накопителя. Собственно, показывает, сколько всего нужного и важного можно хранить на диске. Большой объем памяти накопителя указывает на быструю работу за счет большей степени сжатия информации. В рекламе накопителя может фигурировать одна из четырех цифр: − неформатированная емкость в миллионах байтов; − форматированная емкость в миллионах байтов; − неформатированная емкость в мегабайтах (Мбайт); − форматированная емкость в мегабайтах (Мбайт). 6) Скорость (частота) вращения шпинделя (rotational speed или spindle speed) - определяет, сколько времени будет затрачено на последовательное считывание одной дорожки или цилиндра, т.е. какой будет скорость доступа считывающей и записывающей головки к данным. Частота вращения измеряется в оборотах в минуту (rpm). Для дисков емкостью до 1 гигабайта она обычно равна 5,400 оборотов в минуту, а у более вместительных достигает 7,200 и 10000=15000 rpm. Большая часть потребительских HDD для настольных ПК работает на скорости 7200 оборотов в минуту, большая часть HDD для ноутбуков — на скорости 5400 оборотов в минуту. Диски для серверов с поддержкой интерфейса SCSI достигают скорости в 10000-15000 оборотов. В некоторых моделях дисков, например, Western Digital, скорость вообще не указывается, а в спецификациях стоит слово «IntelliPower», т. е. накопитель как-то там сам управляет скоростью. Ну да бог с ним, пусть управляет. Естественно, чем выше скорость вращения, тем быстрее должен быть накопитель. 7) |