Www.referate.ro-dispozitivele de Memorare Externa Eaf83

download Www.referate.ro-dispozitivele de Memorare Externa Eaf83

of 19

description

Memorare externa

Transcript of Www.referate.ro-dispozitivele de Memorare Externa Eaf83

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    27

    Aplicaia nr. 3

    Dispozitivele de memorare extern (unitile de disc)

    3.1. Scopul lucrrii

    Lucrarea are drept scop s prezinte unele detalii de construcie ale discurilor hard i dischetelor i diferite modaliti de organizare a informaiei pe suporturi magnetice.

    3.2. Clasificarea dispozitivelor de memorare extern n funcie de tehnologia utilizat

    Dispozitivele de memorare extern sunt: - Magnetice. Suprafeele lor sunt acoperite cu o pelicul magnetic fin.

    Valorilor binare 0 i 1 le corespund dou nivele de magnetizare a particulelor. - Optice. Se utilizeaz o raz laser pentru a citi informaiile de pe disc.

    Valorile binare 1 i 0 sunt codificate prin zone care reflect lumina (lands) i zone care nu o reflect (pits);

    - Magnetico-optice. Se utilizeaz tehnologie magnetic pentru stocarea informaiilor i tehnologie optic pentru citirea acestora.

    3.3. Dischetele (floppy-discurile) sunt suporturi de memorie magnetic, de diferite dimensiuni. Primele dischete au fost create la sfritul anilor 60 i aveau ''8 . Acestea, cu timpu au fost nlocuite cu dischete de ''25,5 .

    Dischetele utilizate astzi sunt de ''5,3 , au carcasa din plastic (floppy) i o capacitate de memorare mai mare. Cele mai utilizate formate sunt de 720Kb (double density) i de 1,44 Mb (hight density).

    Fig.3.1. Construcia dischetei de 3,5

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    28

    Un disc flexibil este format dintr-o folie magnetizabil pe ambele fee, mbrcat complet n material plastic nedeformabil (la discurile de 3.5"). Principial, mbrcmintea are prevzute patru orificii: unul central pentru antrenare, unul radial pentru selectarea pistelor i un orificiu n apropierea celui de antrenare, destinat poziionrii capetelor de scriere - citire.

    Dischetele de 3.5" dispun, n vederea proteciei la scriere, de un comutator cu dou poziii: protejat la scriere, respectiv neprotejat. Astfel, dac orificiul este nchis atunci este permis scrierea pe dischet, iar dac orificiul este deschis, se interzice scrierea.

    Pentru a utiliza o dischet aceasta trebuie formatat. Operaia de formatare stabilete modul de memorare a informaiilor pe dischet i depinde de unitatea de dischet folosit, dar i de sistemul de operare. Informaiile sunt organizate pe dischet n piste, fiecare pist fiind mprit ntr-un anumit numr de sectoare, de dimensiune fixat.

    Numrul de piste de pe disc i numrul de sectoare de pe o pist sunt variabile depinznd de formatul folosit.

    Pentru a calcula capacitatea de memorare a unei dischete pentru un anumit format trebuie s nmulii numrul de fee (2) cu numrul de piste de pe fiecare fa, cu numrul de sectoare de pe fiecare pist i cu numrul de octei de pe fiecare sector.

    Exemplu: Cel mai utilizat format pentru dischete utilizeaz 80 de piste de pe fiecare

    fa, fiecare pist fiind mprit n 18 sectoare de ctre 512 octei. Acest format determin o capacitate de memorie de 1,44 Mb.

    Citirea i scrierea informaiilor memorate pe dischete se realizeaz cu ajutorul unitilor de dischete. Acestea au dou capete de citire/scriere, cte unul pe fiecare fa a dischetei. Capetele de citire/scriere se pot mica doar liniar, nainte i napoi, poziionndu-se pe pista dorit.

    Discheta este rotit cu o vitez de 300 sau 360 rot/min, capul de citire/scriere avnd astfel posibilitatea de a accesa direct orice sector de pe pist.

    Viteza de acces la informaiile stocate pe dischete este mai mic dect la informaiile stocate pe alte tipuri de discuri, iar capacitatea de memorare este mult mai mic.

    3.4. Discurile hard

    3.4.1. Construcia hard-discurilor.

    Discul hard este un grup de platane magnetice aflate pe acelai ax care se rotesc cel puin de 10 ori mai rapid dect o dischet (f > 3500 rot/min, de regul 5400 rot/min sau 7200rot/min). Fiecare platan magnetic este asemntor cu o dischet, dar este rigid. mprirea pe sectoare, piste i fee este asemntoare cu aceea a unei dischete.

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    29

    Capetele de citire/scriere sunt montate pe acelai suport deplasndu-se simultan astfel nct pistele care au acelai numr pe fiecare fa se afl pe aceeai vertical i formeaz un cilindru. Pentru a minimiza timpul de acces la date, trebuie s se previn dispersarea datelor pe disc, lucru ce ar fora micarea capetelor pentru accesul ntre diverse piste. O cale de a reduce timpul de acces la date este de a scrie datele secvenial pe o singur pist. Dac datele nu pot fi cuprinse pe o singur pist se pot scrie pe o alt pist cu acelai numr dar pe un alt platan (acelai cilindru), fr a mai fi necesar s se deplaseze capetele de citire/scriere. Selecia unui cap se face electronic i este mai rapid dect deplasarea pozitionerului cu capetele ntre dou track-uri (micare mecanic). Cilindrul refer toate track-urile cu acelai numr, dar care se gsesc pe platere diferite.

    Fig.3.2 Reprezentarea schematic a unui hard-disc

    Metoda de adresare a informaiei pe disc prin intermediul a trei numere reprezentnd adresele pistei/cilindrului, capului i sectorului se numete metoda CHS (Cylinder, Head, Sector).

    3.4.2. Timpul de acces.

    Performana unui hard-disc este msurat prin viteza de acces. Timpii de acces uzuali ai unitailor de hard-disc sunt n domeniul 8ms-20ms i reprezint de obicei o medie a timpului de poziionare dintre dou adrese disc. Fabricanii utilizeaz mai recent i timpul de deplasare ntre dou piste alturate (track-to-track seek time) dar i timpul maxim de acces (maximum seek time) pentru a exprima performana de vitez a discului.

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    30

    Timpul maxim de acces este timpul necesar pentru a deplasa capetele R/W ntre primul i ultimul cilindru. Observaie: De multe ori rezultatele testelor de evaluare (programe pentru msurat timpul de acces) sunt eronate, deoarece controllerele ascund (translateaz) adresele fizice reale de cilindru, cap, sector.

    3.4.3. nregistrarea informaiei pe hard disc.

    ntr-un sistem de codare liniar, informaia poate fi reprezentat prin simbolurile 0 i 1. Pe o suprafa magnetic nu se poate asocia simbolurilor 0 i 1 stri ca magnetizat sau demagnetizat, pentru c particulele magnetice nu pot fi separate fizic astfel nct s se poat reprezenta de exemplu un ir de 0. Nu se poate distinge un ir de 3 simboluri 0 de un ir de 4 simboluri 0. Evenimentul care poate fi sesizat este trecerea din starea nemagnetizat n starea magnetizat sau invers. Pentru a stabili durata fiecrui bit (0 sau 1) este necesar s se dispun de o referina de timp, mai exact de un semnal de ceas. Totui nu se poate defini foarte precis o durat constant pentru fiecare ciclu din cauza unor perturbaii (fluctuaiile vitezei de rotaie a hard discului, etc.). Metoda de codare FM (modulaie de frecventa). n principiu metoda const n a reprezenta 1 prin una sau mai multe variaii de flux magnetic i 0 prin absena acestor variaii. n acest caz vor fi probleme din cauza absenei de informaie la nregistrarea unor iruri lungi de 0 (controllerul poate pierde sincronismul). Pentru eliminarea neajunsului se nregistreaz un semnal de clock mpreun cu datele. Bitul 1 poate fi nregistrat ca dou variaii de flux, iar 0 ca o singur variaie. Prima variaie de flux poate fi semnalul de ceas.

    Fig. 3.3. Metoda de codare FM

    Aceast metod simpl are i un neajuns. Fiecare bit necesit dou tranziii de flux, ceea ce reduce capacitatea discului la jumtate. Metoda MFM ( modulaia de frecven modificat). Pentru a mri densitatea de informaie pe disc i a reduce numrul de tranziii de flux magnetic (flux reversal) se folosete urmtoarea codare:

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    31

    Tabelul 3.1 Bitul de date Codarea 1 Tranziie 1 dup 0 tranziie care nu este urmat de alt tranziie 0 dup 1 de dou ori lipsa tranziie

    Singura problem este atunci cnd 1 este urmat de 0, care cere o tranziie la poziia normal. Aceasta ar trebui s se fac la jumtatea intervalului dintre dou tranziii. Din cauz c acest timp mai mic de nregistrare nu este admis, nu se nregistreaz tranziia pentru un zero care urmeaz un 1. Urmtoarea tranziie vine dup 1 1/2 T (combinaia 100b) sau chiar dup 2T (combinaia 101b) - ca n figura 3.4:

    Fig. 3.4. Metoda de codare MFM

    Metoda RLL (Run Lengh Limited) este cu 50% mai eficient dect MFM. n RLL simbolul 1 este memorat ca tranziie de flux, iar pentru 0 absena de flux. Nu este important i semnul de ceas pentru sincronizare. Totui, n cazul unui ir prea lung de 0 s-ar putea pierde sincronizarea, iar n cazul n care tranziiile pentru 1 ar veni prea rapid, de asemenea circuitul electric ar putea s nu sesizeze prezena informaiei. Soluia const n codarea unei grupe de bii ca n figura 3.5.

    Fig. 3.5. Exemplu Metoda de codare RLL

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    32

    Tabelul 3.2. Conveniile de codare pentru figura 3.5 Secvena de bii Codul 000 000100 10 0100 010 100100 0010 00100100 11 1000 011 001000 001 00001000

    Factorul de ntretesere (interleave). Un factor de ntreesere 1 : n nseamn c dup citirea unui sector vor fi srite n sectoare pn la citirea urmtorului. Folosirea intreeserii a fost necesar la primele controlere fabricate deoarece acestea nu erau suficient de rapide pentru a prelucra informaia din sectorul citit curent i a deveni pregtite pentru a citi urmtorul sector.

    Fig. 3.6. ntreeserea sectoarelor

    Interfeele actuale lucreaz cu un factor de interleave 1 : 1. Ele folosesc buffere suficient de mari pentru a citi ntreaga pist la o singur rotaie a discului, iar accesul la oricare sector se face din buffer fr a mai fi necesar ntreeserea sectoarelor.

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    33

    Deplasarea cilindrelor i a pistelor. n mod curent apare situaia c se dorete accesul la date care ocup mai mult dect o pist, aflndu-se n acelai cilindru, dar pe al doilea cap de R/W, al treilea cap de R/W, etc, depuse n continuare. Este posibil ca dup citirea ultimului sector corespunznd primului cap, primul sector de pe acelai cilindru, dar corespunznd celui de-al doilea cap s fie trecut deja prin faa capului R/W din cauza ntrzierilor necesare circuitelor de comutare a capetelor. Din aceast cauza trebuie s se mai atepte o rotaie complet a discului pentru ca sectorul dorit s ajung n faa capetelor. Pentru a elimina o astfel de ntrziere toate sectoarele unei piste sunt deplasate astfel nct comutnd pe urmtorul cap, primul sector s fie citit fr ntrziere rotaional. Deplasarea cilindrilor (cylinder skewing) se stabilete n timpul formatrii low-level. Similar cu deplasarea cilindrilor, este deplasarea pistelor (track skewing). Aceasta ia n consideraie timpul necesar pentru drive de a mica ansamblul de capete R/W la urmtoarea pist.

    Fig. 3.7. Deplasarea cilindrilor - Cylinder skewing

    Fig. 3.8. Track skewing cu un interleave de 1:1

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    34

    Mrirea numrului de sectoare pe pistele externe. O cale de a mri capacitatea discului este de a mri numrul de sectoare pe pistele exterioare. Standardul ST506 a stabilit i a limitat numrul de sectoare pe track n funcie de posibilitile pistei cea mai din interior ( pista cea mai scurt). Controloarele SCSI i IDE simuleaz numai numrul de capete, piste i sectoare din standard fcnd posibil formatarea individual a pistelor cu un numr diferit de sectoare. n acelai timp de rotaie, mai multe sectoare pot fi citite sau scrise pe pistele externe dect pe pistele interne. Aceast tehnic permite creterea capacitii unui hard disc cu 20% pn la 50% fa de modelul cu numr fix de sectoare pe pist. Corectarea erorilor. Un important indicator al calitii unui disc este fiabilitatea datelor nregistrate. Imperfeciuni ale materialului magnetic pot face ca unele poriuni din hard disc s nu fie utilizabile. La primele discuri, fabricantul oferea o list cu sectoarele defecte detectate. n timpul formatrii low-level, utilizatorul ntroducea numerele de sectoare defecte astfel nct sistemul de operare recunotea aceste sectoare defecte i le marca n FAT astfel nct s nu se memoreze date n aceste sectoare. La discurile mai noi, n timpul formatrii low-level sunt recunoscute zonele defecte care sunt srite sau nlocuite cu sectoare dintr-o zon alternat (de rezerv). Cnd discul hard ncearc s acceseze o zon defect va fi comutat ctre zona de rezerv spre un sector de nlocuire. Pentru a stabili n timpul citirii sau scrierii dac un sector de date este defect se genereaz un cod de eroare (ECC - Error correction Code) care este automat salvat la fiecare scriere pe disc. Dac se ntlnete o eroare n timpul unei operaii exist posibilitatea folosind codul generat n multe cazuri s se refac datele, iar acestea s fie rescrise corect pe un sector alternat. Structura unui sector pe hard disc. Cnd un sector este formatat, pe disc se scrie o informaie suficient de complex pentru regsirea i citirea corect a datelor. Dei exist diferene constructive ntre unitile de disc i controllere n funcie de fabricant informaia n principiu este aceeai (numere cilindru, cap, sector).

    0 13 15 17 18 20 36 38 550 552 570 SYNC ID ZK S CRCTD GAP AM DATA ECC DATA GAP Coninutul zonelor: SYNC = 13 octei de sincronizare cu valoarea 00H ID = identificator nceput adresa de sector, 2 octei continand A1FE ZK = numr de cilindri i capete, 2 octei S = numrul sectorului, 1 octet CRCTD = valoare de control pentru detectarea erorilor, 2 octei GAP = spaiu ce permite controllerului s citeasc informaia din cmpul ID, 16 octei AM = identifica nceputul zonei de date, 2 octei continand A1F8H DATA = 512 octei continand datele utile

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    35

    ECCDATA = cod de validare date i corecie erori, 2 octei GAP = spaiu permitand controllerului s verifice corectitudinea datelor

    Fig. 3.9. Formatul sectorului n standardul de controller ST506

    Fiecare sector ncepe cu o serie de 13 octei de sincronizare cu valoarea 00H (cmpul SYNC) care produce o secven de tranziii de flux constant care ajut controllerul s se autosincronizeze. Urmeaz identificatorul de sector care ncepe cu o valoare fix A1FEH i se sfrete cu un cod de eroare pe doi octei care permit validarea informaiei de adres (CRC ID). Gap-ul este o zon ce permite controllerului s se pregteasc pentru citirea datelor. Urmeaz datele (512 octei) precedate de un identificator (AM, conine valoarea A1F8). Cmpul de date este terminat cu un cod de eroare pe doi bytes (cmpul ECC-DATA). Sectorul se termin cu un alt spaiu liber (gap coninnd 4EH) ce d posibilitatea s se verifice corectitudinea datelor. Lungimea total a sectorului este 570 octei. Alte piste cu destinaie special (extra track): - servo tracks - piste folosite de circuitele electronice pentru poziionarea corect a capetelor sau pentru sincronizarea necesar la citirea/ scrierea de date. - piste rezervate (alternate tracks) - nu sunt cunoscute de BIOS. Se folosesc pentru nlocuirea pistelor ce au sectoare defecte. - zona de parcare a capetelor (park area). La oprirea calculatorului, capetele R/W coboar pe o zon fr date pentru a evita distrugerile de informaie util n timpul pornirii/opririi.

    3.4.4. Structura logic a discurilor

    Partiionarea discurilor. Partiia este un domeniu continuu de pe hard -disk, care fizic reprezint toate sectoarele dintre dou adrese de hard-disk. Pentru realizarea partiionrii hard-disk-ului se utilizeaz tabela partiiilor aflat ntotdeauna n primul articol de boot care coincide cu primul sector al fiecrui hard-disk (se mai numete i articol de partiionare sau sectorul partiiilor). Articolul de boot este creat n toate versiunile de DOS de ctre programul utilitar FDISK n primul sector al discului hard (cylinder 0, head 0, sector 1). Denumirea articol de boot provine de la procedura de pornire booting a PC-ului, nsemnnd n limba englez aproximativ a pune pe picioare (a porni din loc prin ridicare pe picioare). Poziia tabelei partiiilor este ntotdeauna fix (cunoscut) pe oricare hard-disc, spre deosebire de a celorlalte date, a cror poziie poate s difere.

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    36

    Fig. 3.10. mprirea unui disc n 4 partiii

    Tabelul 3.3. Structura articolului de boot n cazul sistemului FAT Adresa Lungimea Coninut

    0 3 Comanda de salt la nceputul procedurii de boot

    3 8 Productor i versiune 11 2 Numr de octei dintr-un sector 13 1 Numr de sectoare / cluster 14 2 Numr de sectoare rezervate 16 1 Numr de FAT-uri 17 2 Numr de ntrri n primul director 19 2 Numr de sectoare de pe disc 21 1 Tipul discului 22 2 Numr sectoare din FAT 24 2 Numr sectoare pe pista 26 2 Numr capete Read/Write 28 2 Numr sectoare ascunse 30 416 Procedura de boot

    446 64 Tabela de partitionare 510 2 55AAH - marcaj date de sistem

    Tabela partiiilor se afl la offsetul 1BEH al sectorului partiiilor.

    Tabelul 3.4. Tabela partiiilor Adresa relativa n sectorul de

    boot Lungimea n octei Numrul partiiei

    1BEH 16 Partiia 1 1CEH 16 Partiia 2 1DEH 16 Partiia 3 1EEH 16 Partiia 4 1FEH 2 ID code (AA55)

    Total = 512 octei

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    37

    Coninutul nregistrrii din tabela partiiilor referitoare la tipul i coninutul partiiei se prezint n tabelul 8.

    Tabelul 3.5. Structura unei ntrri n tabela partiiilor. Adresa (offset)

    Lungimea n octei

    Semnificaia

    0 1 80 - partiie activ 00 - partiie inactiv

    1 2 3

    3 Adresa de nceput a partiiei - primul sector (cap, sector, cilindru)

    4 1 Identificatorul sistemului de operare (ID) 5 6 7

    3 Adresa de sfrit a partiiei -ultimul sector (cap, sector, cilindru)

    8 9 10 11

    4 Adresa logic sector de nceput (Numr sectoare naintea partiiei)

    12 13 14 15

    4 Numr de sectoare din Partiie

    Identificatorul sistemului de operare (ID) poate lua diferite valori n funcie de sistemul de fiiere folosit de sistemul de operare instalat. Dischetele nu pot fi partiionate. Ele pot fi considerate ca o singur partiie, iar articolul de boot al acesteia care nu conine ncrctorul de partiii lanseaz direct sistemul de operare. n momentul n care un PC este pornit prin punere sub tensiune sau dup un reset, ncrctorul bootstrap intrat n execuie la sfritul rutinelor POST (Power On Self Test) i citete primul sector de pe discheta aflat n unitatea A sau de pe hard disk, n cazul n care lipsete discheta din unitatea A sau aceasta nu este sistem. n acest moment se pred controlul procedurii de ncrcare aflate pe primul sector. Dac este vorba de primul sector de pe o discheta sistem, se ncarc imediat sistemul de operare. Dac este primul sector de pe hard disk, acesta este citit mai nti n memoria de baz la adresa 7C00H i apoi i se pred controlul procedurii de ncrcare coninut n acest prim sector. Procedura de ncrcare copiaz chiar articolul de boot cu tabela partiiilor la adresa 0600H pentru a elibera zona tampon de la adresa 7C00H pentru alte date i caut partiia activ n tabela partiiilor. Dup determinarea partiiei active, se citete primul sector al partiiei active care va fi depus n memorie la aceeai adres 7C00H.

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    38

    Dac sectorul citit conine marcajul 55AA de sistem, atunci procedura de ncrcare (pn aici mai poate fi denumit ncrctor de partiii) consider c este articolul de boot al partiiei i pred controlul asupra procesorului, programului coninut n acesta . Dac marcajul de date de sistem lipsete sau nu exist partiie activ n tabel, atunci ncrctorul de partiii d un mesaj de eroare la consol. Cednd controlul procesorului programului coninut n articolul de boot al partiiei active din tabela de partiii, ncrctorul de partiii pornete ncrcarea sistemului de operare care se afl n cadrul acelei partiii. n funcie de sistemul de operare instalat n partiia activ, se folosete ntotdeauna sistemul de gestiune al fiierelor propriu acelui s.o. pentru accesul la date. Structura schematic a unei partiii utiliznd sistemul de fiiere FAT se prezint n tabelul 110. Tabelul 3.5

    Coninutul partiiei 1 Articolul de boot 2 FAT 1 3 FAT 2 4 Directorul rdcin 5 Zona de date

    Structura unei intrri n directorul rdcin (root) se prezint n tabelul 11.

    Tabelul 3.6 Numr de octei exemplu Coninut

    8 N O R T O N .

    .

    Numele fiierului

    3 E X E

    Extensia fiierului

    1 Fiier/Director 10 Neutilizati 2 Data 2 Timpul 2 Primul cluster 4 Dimensiunea fiierului

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    39

    Operaia de formatare; noiunea de cluster. Operaia prin care discheta sau discul sunt mprite sub SO n domeniile egale numite sectoare se numete formatare. Deoarece sectorul este o unitate de alocare a spaiului prea mic s-a adoptat ca unitate de alocare i acces pe disc grupul de sectoare numit cluster. Utilizarea clusterelor cu numr mare de sectoare are i dezavantaje n sistemele de fiiere de tip FAT: fiiere de numai civa octei pot ocupa un cluster de mai muli k-octeti, deoarece alocarea spaiului pe discul hard se face numai cu numr ntreg de uniti (clustere). Aceast problem s-a rezolvat sub sistemul de operare NTFS. Structura i coninutul FAT (File Alocation Table - Tabela de alocare a fiierelor). A doua component a zonei de sistem de pe dischet respectiv a unei partiii hard este tabela de alocare a fiierelor (FAT), nregistrat n dublu exemplar, din motive de siguran a datelor. Intrrile FAT pot avea 12 bii lungime pentru dischete i hard discuri sub 17 Mb i 16 bii dac discul este mai mare de 17Mb. Evidena spaiului alocat pe disc se face prin intermediul clusterelor a cror dimensiune variaz n funcie de capacitatea total a acestuia ntre 512 octei i 8K. FAT-ul este de fapt un simplu tabel cu numere n care fiecare cluster de pe disc are rezervat o poziie (intrare n FAT). Intrrile n FAT au semnificaii bine stabilite:

    Tabelul 3.7. Tipuri de nregistrri n FAT FAT pe 12 bii FAT pe 16 bii Semnificaia 0 0 cluster liber 002H - FEFH 0002H-FFEFH cluster ocupat FF0H - FF6H FF0 - FFF6 cluster rezervat FF7H FFF7 cluster defect FF8H - FFFH FFF8H - FFFFH ultimul cluster al fiierului

    FAT-ul separ funcia de eviden a nregistrrilor de spaiul fizic alocat fiierelor reducndu-se posibilitile de defectare i chiar mai mult, se creaz posibiliti de recuperare a datelor n caz de incidente. FAT-ul este o component critic a sistemului de operare i din acest motiv ea se memoreaz n dublu exemplar. Copia FAT se actualizeaz n permanen i se poate folosi la reconstituirea datelor n fiiere n caz de defectare a tabelei FAT utilizat n mod curent.

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    40

    Fig. 3.11. Adresarea clusterelor n tabela FAT

    3.4.5. Programe de optimizare a discului

    Pentru a realiza utilizarea discului hard la parametrii maximi de lucru se impune ndeplinirea urmtoarelor cerine: - defragmentarea datelor stocate pe disc; - reordonarea fizic a fiierelor pe disc; - localizarea i marcarea zonelor defecte de pe disc; - folosirea unei funcii cache de citire/scriere. Aceste deziderate se realizeaz prin intermediul unor programe utilitare special create pentru acest scop. Fragmentarea datelor este principala cauz a micorrii vitezei de acces la disc. Fragmentarea datelor apare ca urmare a modificrilor repetate i a tergerilor de fiiere de pe disc. Cu ct numrul de fiiere nregistrate este mai mare (n mod curent sute sau mii) i cu ct mai frecvent se fac operaii cu acestea, cu att mai mult cresc ansele de a avea date fragmentate pe disc. Cnd spaiul liber pe un disc este suficient de mare, un fiier nou este scris contiguu. Pe msur ce spaiul se reduce, pentru nregistrarea unui nou fiier, sau chiar a unuia mai vechi a crui dimensiune se mrete, se refolosesc i zonele mai mici eliberate pe disc n urma numeroaselor tergeri ce pot avea loc, astfel nct fiierul nu mai ocup un spaiu contiguu, diverse componente ale lui se pot afla n cele mai diferite poziii pe disc. Pentru a accesa un astfel de fiier dispersat pe suprafaa discului, capetele de citire /scriere vor trebui s se mite de mai multe ori i chiar s sar peste zone ntinse ale discului, regsirea datelor devenind extrem de lent. Acesta este motivul pentru care este necesar s se foloseasc regulat programe utilitare de defragmentare a discului. Aceste programe verific tabelul FAT i directoarele, pentru a determina care fiiere sunt fragmentate i apoi le rescriu n locaii potrivite, unificndu-le. Dup realizarea unei defragmentri se va observa o mbuntire a performanelor dac fiierele de pe disc aveau calitatea fragmentate nainte de executarea operaiei. Reordonarea fizic a fiierelor de pe disc este un alt motiv care poate duce la o vitez sczut de lucru a discului. Dac se utilizeaz, de exemplu, dou fiiere

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    41

    situate n zone diferite ale discului, se consum timp pentru deplasarea capetelor de citire/scriere pentru a accesa aceste fiiere.

    Se recomand ca fiierele ce au legtur unele cu altele s fie stocate n zone nvecinate. Fiierele aparinnd aceluiai director ar fi de dorit s se afle ntr-o zona contigu de disc. n mod frecvent ordonarea fiierelor este realizat de aceleai programe utilitare care fac i defragmentarea. Ordonarea poate fi fcut i de ctre o funcie separat a utilitarului, sau chiar de un utilitar special destinat acestui scop. Localizarea i marcarea locaiilor de stocare defecte de pe disc se realizeaz de asemenea prin intermediul unor programe utilitare care testeaz suprafaa discului nainte de a scrie noi date pe el, chiar dac mai existau informaii deja stocate. n SO este disponibil utilitarul SCANDISK pentru a testa suprafaa discului i fiecare locaie de stocare. Este necesar verificarea periodic a suprafeei discului deoarece dac se scriu informaii pe o poriune de disc nesigur, s-ar putea pierde datele respective. Testarea i marcarea zonelor defecte se face prima dat de ctre SO la formatarea discului, dar cu timpul marcajele de format (adresele de sectoare) se pot terge i de aceea trebuie s se aib n vedere n permanen verificarea suprafeei discului. Sistemele de operare mai au posibilitatea automatizrii acestei funcii (WINDOWS) care se lanseaz n execuie periodic, absolvind administratorul sistemului de aceast grij. Realizarea unei funcii cache de citire/scriere este o alt posibilitate de mrire a vitezei de acces la disc. Circuitele electronice (memoria, procesorul, etc.) sunt cu cteva ordine de mrime mai rapide dect unitatea fizic de hard-disc. Pentru a reduce timpul de ateptare al procesorului pentru ca datele s fie citite/scrise pe disc, se poate ncerca anticiparea urmtoarelor date ce vor fi folosite de ctre procesor prin stocarea unei zone de informaii mai mari de pe disc ntr-o zon de memorie RAM numit cache. Se pot realiza dou lucruri principale cu aceast memori cache. n primul rnd datele care urmeaz s fie scrise pe disc vor fi stocate mai nti n cache. Procesorul este eliberat pentru execuia altor sarcini, iar n momentul cnd se elibereaz el poate scrie datele pe discul fizic. n al doilea rnd, n cazul citirii, se aduce de pe disc o zon mai mare de date i programe care se stocheaz n cache (n general citirea datelor este o operaie mai frecvent dect scrierea). Atunci cnd un program cere informaii, ele sunt cutate mai nti n memoria cache. Exist o probabilitate important ca informaiile solicitate s se afle n memoria cache fr a mai fi necesar s se apeleze la discul fizic. Programele de realizare a memoriilor cache actuale au la baz algoritmi compleci de realizare a unei predicii foarte bune a urmtoarelor informaii cerute. Predicia depinde i de specificul aplicaiei, astfel ca multe pachete de programe au propriile programe cache pentru realizarea unui acces optim la disc.

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    42

    Cel mai cunoscut program pentru memoria cache este utilitarul SMARTDRV, instalabil automat n sistemele de operare WINDOWS.

    n utilizarea programelor de realizare a memoriei cache trebuie luat o anumit msur de prevedere pentru evitarea pierderii de informaie la resetarea sau deconectarea calculatorului. Dac operaia de scriere a fost amnat de procesor, nu se poate deconecta calculatorul pn nu se stabilete (prin diverse modaliti) c operaia de scriere a fost completat. Dac oprirea calculatorului a fost accidental datele aflate n memoria cache ce ar fi trebuit s fie scrise pe disc se pierd iremediabil. Pentru a mpiedica pierderile de date prin resetarea calculatorului, oprirea se execut obligatoriu sub sistemele de operare WINDOWS cu funcia shutdown.

    3.5. Controllerul hard discului.

    n evoluia PC - urilor au aprut mai multe tipuri de controllere, cu scopul de a crete continuu rata de transfer a datelor ntre hard-disc i unitatea centrala de calcul. Pentru c a fost primul aprut, tipul de controller ST506 aparinnd firmei SEAGATE s-a impus ca un standard fiind cunoscut i sub numele MFM/RLL, dup metoda de nregistrare a datelor pe hard disc. n standardul ST506, hard-discul i controllerul sunt dou componente distincte. Controllerul este o plac separat i ocup o poziie n conectorii de pe placa de baz a PC-ului. Acest standard are limitri importante att n ce privete rata de transfer (max. 5Mbit/sec. pentru MFM, 7,5Mbit/sec pentru RLL), ct i din punctul de vedere al capacitii discurilor conectate printr-un cablu cu numai 20 fire ce oblig la procedeul flux reversal. Restul de parametri impui erau: Numrul max. de cilindri = 1024 Numrul max. de sectoare pe track = 16 Viteza de rotaie = 3600 rot/min Numrul max. de capete = 16 Chiar dac se obinea capacitatea maxim (500M) viteza controllerului era prea mic astfel c acest tip a disprut destul de repede, dar a lsat n urma lui un standard impus prin rutinele din BIOS ce nu mai puteau fi modificate din motive de compatibilitate.

    3.5.1. Interfaa IDE (Integrated Drive Electronics)

    Interfaa IDE a aprut n 1984 la firmele Compaq i Western Digital. Controlerul se gsete pe hard disc, formnd o singur unitate legat printr-un cablu de 40 fire (linii de date i comenzi) direct la bus-ul sistemului - de unde i denumirea de discuri AT-bus, sau altfel ATA (AT Atachement, adic ataarea direct a discului i controlerului la magistrala calculatorului IBM AT).

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    43

    Denumirile IDE sau ATA sunt echivalente. Cablul IDE se poate conecta la unele PC-uri direct pe motherboard, iar la altele pe o plac pe care se mai pot afla circuitele pentru comanda unitilor de flppy sau a porturilor seriale. Combinaia ntre drive i controller ofer cteva avantaje importante: - emularea altor formate de disc; - memorie cache pentru un track; - factorul de interleave cel mai bun 1:1; - flexibilitate, usurin n manevrare; - vitez mai mare dar i compatibilitate cu celelalte standarde - ST506; - consum mic de energie, ideal pentru laptop i notebook (apare funcia sleep). - uor de integrat n cele mai diverse sisteme utiliznd un cablu standard i un conector cu 40 de pini. Din punctul de vedere al BIOS-ului, discul IDE apare ca un controller ST506 (precursorul controlerului IDE). Standardele ATA/IDE cele mai cunoscute sunt:

    - ATA-1 (1986 1994, 8,33MB/s) - ATA -2 (1995; numit i Enhanced IDE/IDE mbuntit sau Fast-

    ATA, sau Fast-ATA-2, 16,67MB/s) - ATA-3 (1996, 16,67MB/s) - ATA-4 (1997; denumit i Ultra-ATA/33, 33,33MB/s) - ATA-5 (1998; denumit i Ultra-ATA/66, 66,67MB/s) - ATA-6 (2000; denumit i Ultra-ATA/100, 100MB/s) - ATA-7 (2001; denumit i Ultra-ATA/133, 133MB/s)

    ncepnd cu ATA-5 a devenit obligatorie utilizarea cablului de 40 de pini cu 80 de fire pentru eliminarea perturbaiilor i zgomotului.

    3.5.2. Lucrul cu memoria

    Rapiditatea accesului utilizatorului la hard disc i controller depinde i de rata de transfer a datelor la memorie. Metodele pentru acces la combinaia hard disc - controller sunt: - intrarea/ieirea programat (Programmed I/O - PIO); - maparea memoriei (Memory Mapped I/O) - DMA (Direct Memory Access) - Bus master DMA PIO (Programmed I/O). Cu intrarea/ieirea programat, discul se folosete prin intermediul instruciunilor IN i OUT ale limbajului de asamblare. Aceasta nseamn c fiecare byte trece prin CPU. Rata de transfer este limitat numai de viteza bus-ului PC i de performana CPU. Cu ISA BUS (16 bii) se obine o rat de transfer teoretic maxim de 5.33 Meg/sec. Memory mapped I/O. CPU poate prelucra datele oferite de controllerul de hard disc ca i cum s-ar afla ntr-o zon de memorie RAM n PC plasat

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    44

    deasupra zonei Video-RAM. i n acest caz viteza de procesare a CPU este mai mare dect debitul de date oferit de controller. DMA (Direct Memory Access). Metoda cea mai frecvent folosit este accesul direct la memorie. Datele provenind de la un dispozitiv (hard drive, CD - ROM, etc.). Se pot transfera direct n memorie, ocolind CPU. Un program trebuie s comunice controllerului DMA doar ci octei are de transferat. Totui accesul prin DMA este destul de ncet i rigid dect de exemplu cel prin metoda PIO. Datorit acestui fapt, accesul prin DMA se folosete tot mai puin n PC - urile moderne. O rat tipic de transfer pentru DMA este 2 Meg/s. BUS master DMA. Este de fapt o alt form de acces la memorie, dar care nu este legat de circuitul DMA de pe placa de baz a PC-ului. Prin aceast metod, controllerul hard drive-ului deconecteaz CPU de la bus i transfer datele folosind propriul sau Bus-master DMA. Metoda reusete o rat de transfer mai mare - 8M/s, dar presupune circuite mai scumpe. Ultra-DMA. Pentru mrirea fiabilitii i vitezei n modurile Ultra-DMA s-au fcut o serie de modificri ale interfeei:

    - eliminarea modului de transfer DMA pe un singur cuvnt i introducerea translaiei cu suport LBA (Logical Block Address) n locul translaiei CHS (Cylinder, Head, Sector). Aceasta nseamn depirea barierelor de adresare n cazul discurilor de mare capacitate (peste 8,4GB).

    - s-au actualizat rutinele BIOS pentru a permite utilizarea discurilor mari. ATA Serial. Transmiterea de date cu viteze peste 133 MB/s, printr-un

    cablu paralel, prezint mari dificulti legate de sincronizarea semnalelor, interferena electromagnetic, i alte cauze. Soluia este o nou interfa ATA, denumit ATA-Serial, sau SATA, ca nlocuitor pentru interfaa paralel. Standardul SCSI (Small Computer System Interface) permite conectarea n plus fa de hard discuri i a altor periferice: CD-ROM, scanere, benzi de salvare (tape backup streamers) etc. Este ntlnit i pe alte tipuri de calculatoare sau staii de lucru (APPLE, SUN, etc.). Interfaa realizat conform acestui standard are o serie de avantaje, printre care cuplarea i decuplarea simpl a dispozitivelor, pentru c acestea realizeaz comunicarea cu interfaa printr-un bus diferit de PC-BUS. Standardul SCSI este bine stabilit i este folosit cu preferin de unele sisteme de operare (UNIX, OS/2). BIOS-ul nu a avut prevzut iniial opiunea SCSI, de aceea pentru a utiliza acest standard este necesar modificarea BIOS-ului.

    Interfaa SCSI asigur o vitez maxim de transfer (Ultra640, 640MB/s) mai mare dect n cazul ATA (Maximum 133MB/s).

    3.6. Desfurarea Lucrrii

    3.6.1. Se va studia coninutul parii teoretice a lucrrii. 3.6.2. Se va face msurarea timpilor de acces la disc (timpul mediu, timpul track to track, timpul maxim) cu ajutorul programului de diagnosticare hard sau de evaluare a performanelor.

  • ndrumar laborator Anul I Text preliminar

    45

    3.6.3. Se va efectua o operaie de defragmentare a datelor pe discul de lucru folosind programul de defragmentare existent sub sistemul de operare instalat pe calculatorul de lucru. 3.6.4. Se va lansa n execuie opiunea de localizare i marcare a blocurilor defecte pe discul hard (sau pe o dischet, eventual cu defeciuni). Se va folosi fie utilitarul specific sistemului de operare Windows, fie un alt program special de diagnosticare hard. 3.6.5. Se va executa o operaiune de formatare low-level a unui disc de test, urmat de operaiunile de partiionare (cu utilitarul sistemului FDISK sau cu un altul special destinat) i formatare la nivel logic cu FORMAT.

    3.6.6. Se va studia semnificaia i modul de utilizare al diferiilor parametri ai comenzilor folosite.