Какое будущее в новом секторе и какая же структура жесткого диска?

Здравствуйте уважаемые читатели, недавно я писал статью про файловые системы, новые и старые, а так же помог выбрать подходящую для вас. Но осталось много непонятных понятий, для полного понятия статьи такие как сектор, кластер, вообще структура жесткого диска и в этой статье я постараюсь вам разъяснить что это такое. А так же о новом секторе большего объема, дает ли он производительность или же опять провал изобретения?  Даже если вы знаете это все, не поленитесь прочтите вдруг узнаете что-то новое и вообще оцените мой труд 🙂

 

 

Какая же структура жесткого диска

Структура жесткого диска на внешний взгляд достаточна проста, только углубившись можно столкнутся с какими-нибудь трудностями. Но не пугайте начнем с самого начала.

Жесткий диск как и другие магнитные накопители хранят память в дорожкообразной структуре. Следовательно магнитный диск разбит на кольца разного диаметра начиная с внешнего края. Кольца называемые дорожками состоят из кластеров и секторов. Количество дорожек и секторов определяется форматов диска. А формат диска задается при его изготовлении, так что этот параметр изменить нельзя т.е. если размер сектора при изготовлении 512 байт, то с этим ничего уже не поделать. Дорожка разбивается на равные секторы которые обычно занимают 512 байт (о новых чуть ниже). Как раз процесс разбития диска на секторы, называется форматированием. И уже в кластерах хранится информация.

Сектор — это минимальная единица хранения информации на дисковых носителях. Стандартный размер кластера обычно был 512 байт, но сейчас уже существует новый размер в 4 кб, который тоже имеет ряд интересных своих свойств, о которых мы поговорим чуть ниже.

В секторе записывается его заголовок (prefix portion), где хранится начало и конец сектора, а в конце — заключение (suffix portion), в котором содержится контрольная сумма (checksum), нужная для проверки целостности данных. При форматировании в секторе записывается их номера и служебная информация позволяющая определить начало и конец сектора. А так же то что помогает определить форматированную или не отформатированную область диска. По этому из-за служебной информации емкость диска после форматирования немного меньше. На самом деле хоть и говорят что размер сектора 512 байт, но это только объем информации, а сам размер его составляет 571 байт.

Кластер — это единица хранения данных на диске в файловой системе объединенная в один или несколько секторов. Например если диск имеет сектор размером в 512 байт, то кластер размером в 512 байт содержит один сектор. А если кластер имеет размер 2 КБ, то он имеет четыре сектора. Размер кластера зависит от определенных условий, о который я уже писал здесь.

Размер кластера узнать очень просто, для этого достаточно создать текстовый файл и напишите в нем любое слово или даже поставьте одну букву или цифру сохраните и выберите свойство этого файла. В пункте размер на диске будет ваш размер кластера. Главное чтобы файл весил менее 512 байт. Она буква обычно весит 1 байт.

Вся информация хранится в системном хранилище и хранилище данных.

Системная область диска состоит из

1. Загрузочная запись (MBR), состоящая из системного загрузчика и информационный блок определяющих формат диска.
2. Файловая система о которой я уже писал.
3. Корневой каталог, где находится информация о каждом файле (время создания, изменения, размер и т.д.).

 Физическая структура жестких дисков

Магнитный жесткий диск состоит из нескольких магнитных дисков и каждый диск разбит на большое количество дорожек с каждой стороны. Основной оценкой жесткого диска является его поверхностная плотность записи определяется по формуле Мбит/дюйм2 и Гбит/дюйм2. В настоящее время плотность дисков достигает 740 Гбит/дюйм2. Специалисты IHS предполагают к 2016 году достичь плотности 1800 Гбит на 1 кв. дюйм!

Для достижения более большей поверхностной плотности необходимо чтобы расстояние между головкой и диском было минимальное.

Диск покрыт тонким слоем вещества независимо от его материала, которое не дает размагничиваться от воздействия внешнего магнитного поля.

Существует два типа слоя:

1. оксидный

2. тонкопленочный.

Оксидный слой образуется в результате разбрызгивания оксида железа в полимерном растворе. Ну если это не интересно, процесс образования можно пропустить 🙂 А кому интересно продолжим. Получается химическая смесь которая растекается от центра к внешнему краю жесткого диска. Потом диск полируется, затем наносится следующий чистого полимера слой и потом окончательно шлифуется. Чтобы добиться большего объема жесткого диска необходимо чтобы слой был более гладким и тонким. По этому сейчас используют следующий способ.

Тонкопленочный слой более тонкий, прочный и качество намного выше. Благодаря этому способу удалось уменьшить зазор между дисками и следовательно достичь больших объемов.

Этот способ получают путем электролиза. Это тоже самое как при шлифовки хромированной детали. Подложку жесткого диска погружают в ванну с химическим раствором в следствии чего она покрывается несколькими слоями металлической пленки размером в 3 микродюйма. Сначала в камере химические вещества преобразуются в газообразное состояние, а потом накладываются на подложку. Сначала на алюминиевый диск наносится слой фосфорита никеля, а потом магнитный кобальтовый сплав. Этот способ дает наименьшую величину между головкой и поверхностью дисков всего 0,025 мкм, а раньше 0,076 мкм.

Привод диска

И самый главной деталью в жестком диске является привод головки. Они бывают:

1. C шаговым двигателем

2. C подвижной катушкой.

О них я рассказывать не буду, если интересно можете прочитать здесь, но скажу что с шаговым двигателем приводы самые надежные. 

Новый размер сектора в 4 кб, к чему готовится?

Вот мы и подошли к самой интересной теме сегодняшнего дня. Как вы уже поняли что такое сектор, это минимальная единица для хранения информации, но т.к. для настоящего времени  512 байт стало совсем мало, новые технологии продвинули размер в 4 кб. Создатели нового сектора его IDEMA (Международная ассоциация производителей жестких дисков) дали имя Advanced Format (новый формат).

Теперь давайте разберем конкретные причины перехода и какие трудности могут возникнуть с новым сектором (плюсы и минусы его).

Главная причиной его перехода возникла из-за больших емкостей жесткого диска, для таких объемов размер в 512 байт становится ограничением в создании больших объемов и эффективности исправления ошибок.

Малые сектора занимают меньшую площадь жесткого диска, что создает повышение плотности диска. Из-за этого возникают проблемы в исправлении ошибок и в следствии изнашивается поверхность диска.

В секторах в 512 байт, максимальный объем исправления ошибок составляет 50 байт. Возникают трудности в исправлении и чтобы более эффективно происходил процесс исправления появился новый объем 4 кб.

Благодаря новому объему достигается большая плотность жесткого диска, что должно дать увеличение объемов жестких дисков.

Надежность в исправлении ошибок благодаря тому, что код исправления ошибок увеличен до 100 байт (в отличии от старого 50 байт) и надежность возросла до 97 %.

Новый формат достиг уменьшение ширины дорожки до 70-80 нм, понизить себестоимость и следовательно снизить стоимость для покупателя. Повысился объем области хранения данных диска, улучшилась производительность (снизить время чтения/записи и доступа, снизился шум, нагрев, механический износ).

Какие трудности нас могут ожидать?

Трудность может ожидать в неподготовленности программного обеспечения, в следствии чего новый сектор может не улучшить характеристики, а наоборот ухудшить! Advanced Format поддерживается начиная с Microsoft Vista с последними обновлениями и более поздними версиями Windows, а также последними выпусками Linux и Mac OS X.

А происходит это из-за того, что программные кластеры не соответствуют друг другу (происходит сдвиг), а так же это касается физических секторов на диске, в следствии чего один кластер перекрывает два сектора, в следствии удваевается число операций чтений/записи, что в конечном случае приводит не только к замедлению работы, но и к большому износу жесткого диска.

Для решения этой ситуации компания Western Digital придумала специальную утилиту WD Align System Utility, благодаря которой производится сдвиг содержимого диска на 1 сектор. А так же специальная, технология Seagate SmartAlign, в дисках Seagate, позволяет использовать технологию нового сектора без специальной утилиты. Western Digital также позволяет сместить блоки переключателем на диске, но возможно проблем с количеством свободных блоков.

Можно так же применять специальные утилиты производителе например одна из них: Paragon Alignment Tool, которые позволяют смещать блоки и не давать падать быстродействию, а наоборот повышать.

Вывод здесь один, наши современные технологии идут все вперед и вперед, новый размер сектора действительно способен повысить быстродействие жесткого диска и системы в целом, но для достижения производительности необходимо внимательно подходить к этой технологии. Перед тем как её применять убедитесь в своем программном обеспечении о наличии поддержки нового формата, чтобы у вас не было трудностей в работе и чтобы Advanced Format принес вам только радость и комфорт! 🙂