Решение дифференциальных уравнений Примеры решения типовых задач Курс практики по математике Инженерная графика Машиностроительное черчение История дизайна Архитектура ПК Лабораторные работы Курс лекций по физике теплоэнергетика
USB-накопитель на флеш-памяти Кэш центрального процессора Дисковая подсистема ПК Понятие архитектуры и структуры ЭВМ Внешние интерфейсы Жесткий магнитный диск Визуализация трехмерных изображений

Курс лекций по персональному компьютеру

Лабораторная работа «Дисковая подсистема ПК»

Цель: Освоить способы подключения жесткого диска к персональному компьютеру и практически исследовать их влияние на скорость передачи информации.

Оборудование: ПК, жесткий диск Fujitsu (model: MPG3204AH, ATA, Part № СА05762-В341, SER № VJ02T1607EJG, DATE 2001-06, 20.49 GB, 16383 цилиндра, 16 головок, 63 сектора, 7200 оборотов в минуту)

Общие сведения:

Накопитель информации на жестких магнитных дисках (НDD - Hard Disk Drive), условно состоит из герметичного блока и платы электроники. Герметичный блок заполнен обычным обеспыленным воздухом под атмосферным давлением и в нем размещены все механические части. Кинематика жесткого диска состоит из одного или нескольких магнитных дисков, жестко закрепленных на шпинделе двигателя и системы позиционирования магнитных головок. Магнитная головка находится на одной из сторон вращающегося магнитного диска и осуществляет чтение и запись данных с поверхности магнитных дисков вращающихся со скоростью до 15 000 оборотов в минуту. Головки закреплены на специальных держателях и перемещаются системой позиционирования между центром и краем диска. Точное позиционирование магнитных головок осуществляется по записанной на диске сервоинформации. Считывая ее, система позиционирования определяет силу тока, которую нужно пропустить через катушку электромагнитного привода для удержания магнитной головки над требуемой дорожкой.

При включении питания процессор винчестера выполняет тестирование электроники, после чего выдает команду включения шпиндельного двигателя. При достижении некоторой критической скорости вращения плотность увлекаемого поверхностями дисков воздуха становится достаточной для преодоления силы прижима головок к поверхности и поднятия их на высоту меньше микрона над поверхностями дисков. С этого момента и до снижения скорости ниже критической головки "парят" на воздушной подушке и совершенно не касаются поверхностей дисков. После достижения дисками скорости вращения, близкой к номинальной головки выводятся из зоны парковки и начинается поиск сервометок для точной стабилизации скорости вращения, после чего выполняется считывание микрокода и другой служебной информации с магнитной поверхности. В завершение инициализации выполняется тестирование системы позиционирования путем перебора заданной последовательности дорожек и если оно проходит успешно, жесткий диск сообщает о готовности к работе. Для повышения надежности хранения информации микропрограмма жестких дисков отслеживает технологические параметры (SMART) доступные для считывания и анализа программой, которая уведомляет пользователя о надвигающемся сбое.

Характеристики

Интерфейс — набор, состоящий из линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил обмена. Современные накопители могут использовать интерфейсы ATA (AT Attachment, он же IDE — Integrated Drive Electronic, он же Parallel ATA), (EIDE), Serial ATA, SCSI (Small Computer System Interface), SAS, FireWire, USB, SDIO и Fibre Channel.

Ёмкость (англ. capacity) — количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств достигает 1000 Гб. В отличие от принятой в информатике (случайно) системе приставок, обозначающих кратную 1024 величину (кило=1024, мега=1 048 576 и т. д.; позже для этого были не очень успешно введены двоичные приставки), производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются кратные 1000 величины. Так, напр., «настоящая» ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 Гб», составляет 186,2 ГиБ.

Физический размер (форм-фактор) — почти все современные накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма. Последние чаще применяются в ноутбуках. Другие распространённые форматы — 1,8 дюйма, 1,3 дюйма и 0,85 дюйма

Скорость вращения шпинделя ( англ. spindle speed) — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об./мин. (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).

Количество операций ввода-вывода в секунду — у современных дисков это около 50 оп./сек при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

Скорость передачи данных ( англ. Transfer Rate):

Внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с

Внешняя зона диска: от 74,0 до 111,4 Мб/с

Адресация секторов в жестких дисках (LBA, CHS)

Жесткий диск хранит информацию фиксированными порциями, которые называются секторами. Сектор является наименьшей порцией данных, имеющей уникальный адрес и расположение на магнитном диске. Обмен информацией с жестким диском предполагает указание адреса в качестве параметра команды. Используемая в жестких дисках линейная адресация получила название LBA (Logical Block Addressing) - логическая линейная адресация. При получении команды жесткий диск транслирует адрес LBA в физический адрес сектора, т.е. номер цилиндра, головки и сектора (CHS - Cylinder Head Sector).

Ход работы:

При выполнении данной лабораторной работы требовалось создать (если это возможно) логический диск размером 600 МБ (если невозможно, то определить причины), используя для этого fdisk, format, disk manager. Провести тестирование скорости обмена информацией между жестким диском и оперативной памятью (с помощью программы hddspeed), проанализировать результаты.

  1) Настройки BIOS Setup для режима Normal:

SIZE CYLS HEAD PRECOMP LANDZ  SECTOR

8455 16383 16 65535 16382 63

 2) Настройки BIOS Setup для режима LBA:

SIZE CYLS HEAD PRECOMP LANDZ SECTOR

8447 1027 255 0  16382 63

Результаты тестирования скорости обмена информацией между жестким диском и оперативной памятью (с помощью программы hddspeed):

 

Характеристики\Режимы

Normal

LBA

Normal (Disk Manager)

Цилиндры

1023

1023

1027

Головки

16

255

255

Сектора

63

63

63

Объём (MBytes)

504

8024

8522

Среднее время доступа (мс)

8,8

11,5

11,3

Средняя линейная скорость

7,1

7,1

7,3

 чтения (мб\с)

Disk Speed Index

831

630

664

Вывод. Мы изучили способы подключения жесткого диска к ПК. В режиме Normal можно использовать только 504 МБ жесткого диска. Решить эту проблему можно использованием режима LBA (если присутствует его поддержка) или специального ПО Disk Manager (могут возникнуть проблемы при загрузке с другого винчестера).

Понятие процессор является многоплановым. В самом общем случае это вычислительное устройство. Существует несколько типов процессоров, например центральный процессор (ЦП), процессор ввода-вывода (ПВВ), вспомогательный процессор (сопроцессор), цифровой процессор обработки сигналов (ЦПОС) и т.д. Обычно, если не подразумевается определенная специализация, то имеется в виду именно ЦП. Это основной рабочий элемент ЭВМ. В его состав входят арифметико-логическое устройство и устройство управления. Иногда в состав ЦП включают ту часть оперативной памяти, которая используется для хранения команд и данных при текущем исполнении процессором
Курс лекций по персональному компьютеру