Разновидности магнитных дисковых накопителей

Накопители на магнитных дисках могут иметь различные уровни сменяемости. Обычный накопитель на жестком диске (винчестер) устанавливается стационарно. Существуют накопители, допускающие "горячую замену" (Hot Swap), для которой не требуется отключение питания и имеется специальная конструкция, позволяющая использовать винчестер как внешний накопитель и подключать его к компьютеру через разъемы (USB, Fire Wire, E-SATA). Съемные винчестеры – устройства с аналогичными свойствами, но предназначенные для переноса или обеспечения безопасного (в смысле конфиденциальности) хранения данных. До недавнего времени выпускались и недорогие переходники "Mobile Rack", позволяющие использовать в качестве съемного обычный АТА-диск. При этом 3,5 дюймовый накопитель устанавливается в 5,25 дюймовый отсек. Однако следует помнить, что обычные накопители не рассчитаны на вибрацию и удары, опасность которых при частой переноске устройств повышается. Винчестер же, тщательно закутанный в мягкую упаковку, занимает много места. Поэтому больший интерес представляют накопители именно со съемными носителями (дисками).

Диски Бернулли (Bernoulli Removable Media Drive). Привод размером с 5,25 дюймовый дисковод использует 3,5 дюймовые гибкие диски в жесткой кассете. Объем 35-200 Мбайт. При вращении диска со скоростью 3600 об/мин возникает эффект Бернулли, поддерживающий головки. По скоростным параметрам близки к винчестеру. Кассета устойчива к внешним воздействиям. Интерфейсы: внутренние - IDE, SCSI; внешние - SCSI, LPT-порт, USB-порт. Производитель: IOmega. Используется редко.

Кассетные жесткие диски (SyQuest Removable Media Drives) используют 5,25;3,5 и 1,8 - дюймовые картриджи, по скорости обмена сравнимы с дисками Бернулли. Кассеты имеют большую емкость, но более чувствительны к пыли, ударам и другим воздействиям. Производители: SyQuest, SyDOS и другие фирмы. Тоже практически не используется.

Гибкие магнитооптические диски (Floptical drives) - 3,5дюймовые НГМД ”сверхвысокой” плотности. Первые модели имели емкость около 20 Мб: 755 дорожек, 27 секторов по 512 байт. Высокая поперечная плотность достигается применением лазерной системы позиционирования головок. Скорость вращения шпинделя 720 об/мин. Интерфейс - SCSI, ATA, USB или специальный адаптер, позволяющий использовать их как дисковод А. Накопитель совместим и с обычными дискетами 720 Кбайт и 1,44 Мбайт (2,88 Мбайт только по чтению). По удельной стоимости хранения информации при относительно небольшой емкости дискеты эти устройства не вызывали особого интереса. Устройства LS-120 (Laser Servo 120 Мб) имеют емкость дискеты 120 Мб - по 1736 информационных дорожек на каждой стороне с зонным форматом записи. Устройство имеет интерфейс АТАРI. Логическая геометрия - 960 цилиндров x8 головок х32 сектора на дорожку. Физически на каждой дорожке размещается 51- 92 512-байтных сектора. Лазерное позиционирование использует 900 серводорожек. Накопитель существенно дешевле конкурирующих с ним магнитооптических устройств, но удельная стоимость носителя гораздо выше. BIOS имеют поддержку этих устройств и позволяют в последовательность загрузочных устройств включить и LS-120 [15].

Внешние накопители на жестких дисках с интерфейсом E-SATA. Допускают многократное сочленение и ”горячую” замену. Основа накопителя – все тот же жесткий диск.

5.4.3. Накопители на дисковых массивах (RAID)

Дисковые массивы – это решение проблемы увеличения емкости устройств хранения информации. Название RAID (Redundant Arrays of inexpensive Disks) переводится как ”резервирующие массивы недорогих дисков”.

Идея RAID проста: несколько дисков под общим управлением могут не только увеличить суммарный объем накопителя, но и повысить надежность хранения информации при возросшей скорости передачи данных. Такие устройства целесообразно использовать для хранения огромных массивов данных, электронных библиотек и т.д. при совместной работе с мощным сервером (или несколькими серверами).

Массив дисков, будучи подключенным к ЭВМ, распознается системой как один диск большой емкости. Отказоустойчивость дискового массива может быть увеличена за счет избыточности хранимой информации. Емкость современных RAID – систем превышает 1 Т байт, а количество накопителей в стойке (кассете) порядка 16. Кассеты могут объединяться в шкафы, образуя внешние системы хранения данных.

RAID – массив строится на основе распределения данных между дисками. Пространство каждого диска разбивается на сегменты, размер которых может достигать десятки мегабайт. Дисковое пространство RAID – массива представляет собой объединение сегментов всех дисков массива.

Архитектура построения и распределения дисковой памяти в устройствах RAID имеет несколько классов (уровней). Можно выделить 9 уровней RAID – массивов, которые различаются по скорости, надежности и стоимости решения: массивы классов 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6,7, 1- 0, 5-3, а также их комбинации. Наибольшее распространение получили 0, 1, 2, 5. В меньшей степени используются 3, 6, 7 уровни.

В системе RAID нулевого уровня, называемого также ”уровнем чередования данных” (data striping), информация каждого файла располагается на нескольких дисках. Этим достигается высокая скорость чтения/записи, но при этом вероятность отказов велика. Иногда этот уровень называют ”дисковым массивом без дополнительной отказоустойчивости”. Структура такого RAID – массива приведена на рис.5.48.

Рис. 5.48. Структура RAID – массива нулевого уровня.

Дисковые массивы первого уровня – ”зеркального дублирования дисков” (disk mirroring) имеют полный дубликат каждого диска, обеспечивая высокую надежность хранения информации и высокое быстродействие, однако, стоимость такого решения возрастает. Отметим, что для обеспечения работы в этом классе контроллер ввода- вывода (на системной плате или автономный), должен поддерживать одновременное выполнение двух разных операций чтения и одной дуплексной операции записи для пары зеркально дублированных дисков. На рис. 5.49. приведена структура дискового массива RAID первого уровня.

рис.5.49. Структура дискового RAID - массива первого уровня.

Достоинства использования массивов RAID 1 в следующем:

- Скорость записи на зеркальные диски идентична скорости записи на один диск.

- Скорость чтения данных в два раза выше, чем у одного диска.

- Высокая скорость восстановления данных вследствие избыточности информации. Восстановление происходит путем копирования данных с одного диска на другой.

К недостаткам следует отнести низкий коэффициент использования дискового пространства (0,5).

Дисковые массивы нулевого и первого уровней целесообразно использовать в системах, обрабатывающих большие массивы данных и критичных к скорости чтения/записи. Дисковые массивы второго уровня RAID 2 основаны на использовании алгоритма Хэмминга для проверки/восстановления данных. При этом, поток данных разбивается на слова и затем на биты. Биты последовательно записываются на диски. Для каждого слова данных по алгоритму Хэмминга вычисляется значение корректирующего кода ECC (Error Checking/Correcting Code). Код Хэмминга является корректирующим кодом, исправляющим одну ошибку в каждом кодовом слове. Он относится к числу совершенных кодов, поскольку обеспечивает исправление ошибки при минимальной избыточности. Информационная посылка (n) для любого кода состоит из двух полей: поля информационной комбинации (к) и поля проверочных бит ®. Для кода Хэмминга описательное выражение имеет вид

(2 –1, 2 – r –1), где r – число проверочных символов (r = n – к). Например, для информационной комбинации 11 символов требуется 4 проверочных символа (r = 4).

Вычисленные по алгоритму Хэмминга контрольные суммы записываются на отдельный диск и используются для проверки данных при считывании.

Достоинствами технологии RAID 2 являются :

- Оперативное исправление ошибок.

- Высокая скорость передачи данных, увеличивающаяся сростом числа дисков в массиве.

- Возрастание коэффициента использования дискового пространства по мере увеличения числа дисков.

- Относительно простое конструктивное решение.

Информацию о других уровнях можно найти в [15 ].

Поиск по сайту: