Comprensión integral del conocimiento del disco duro

2. El retraso promedio se refiere al movimiento del cabezal hacia la pista donde se encuentran los datos, y luego, espere a que el bloque de datos requerido continúe girando debajo del cabezal (media vuelta o más o menos) en milisegundos (ms).

3. La búsqueda de una sola pista se refiere al tiempo que tarda el cabezal magnético en moverse de una pista a otra, en milisegundos (ms).

4. La búsqueda completa máxima se refiere al tiempo total requerido para que la cabeza comience a moverse hasta que finalmente encuentre el bloque de datos requerido, en milisegundos (ms).

5. El tiempo promedio de acceso se refiere al tiempo promedio que tarda el cabezal magnético en encontrar los datos especificados, en milisegundos. Generalmente es la suma del tiempo promedio de búsqueda y el tiempo promedio de espera. Nota: El tiempo de acceso promedio mencionado en muchos anuncios de disco duro se reemplaza en su mayor parte por el tiempo de búsqueda promedio.

6. Tasa máxima de transferencia de datos interna, también llamada tasa de transferencia sostenida, en MB/S (tenga en cuenta la diferencia entre Mb/S). Se refiere a la velocidad máxima de transferencia de datos entre el cabezal magnético y el caché del disco duro, que generalmente depende de la velocidad del disco duro y la densidad lineal de datos del disco (refiriéndose al intervalo de datos en la misma pista). Tenga en cuenta que a menudo se utiliza Mb/S o Mbps como unidad en esta métrica, lo que significa megabits por segundo. Si necesita convertir a MB/S (megabytes por segundo), los datos de Mbps deben dividirse por 8 (8 bits por byte). Por ejemplo, la velocidad máxima de transferencia de datos interna dada por el disco duro WD36400 es 131Mbps, pero si se calcula en MB/S, es sólo 16,37 MB/S (131/8).

7. Tasa de transferencia de datos externos: comúnmente conocida como tasa de transferencia de datos en ráfaga, se refiere a la tasa de lectura de datos del búfer del disco duro. A menudo se reemplaza por la tasa de interfaz de datos en anuncios o características del disco duro. tablas, y la unidad es MB/s. En la actualidad, los discos duros convencionales generalmente usan Ultra ATA/66, y su velocidad máxima de datos externos es 66,7 MB/s. En los discos duros SCSI, la última interfaz SCSI Ultra 160/m. Se utiliza el estándar y su velocidad de transferencia de datos puede alcanzar los 160 MB/s. La transmisión de datos externa máxima utilizando el canal Fibra puede alcanzar los 200 MB/s. En los anuncios, a veces podemos ver la interfaz SCSI dual Ultra 160/m, que teóricamente aumenta la velocidad máxima de transferencia de datos externos a 320 MB/s, pero parece que todavía no se ha lanzado ningún producto con esta interfaz.

8. Velocidad del eje: se refiere a la velocidad del eje en el disco duro. En la actualidad, la velocidad del eje del disco duro ATA (IDE) es generalmente de 5400 ~ 7200 rpm, y la velocidad del disco duro convencional es de 7200 rpm. En cuanto a los discos duros SCSI, la velocidad del eje puede alcanzar 7200 ~ 10000 rpm, y el disco duro SCSI de mayor velocidad puede alcanzar 15000 rpm.

9. Caché de datos: se refiere a la memoria de alta velocidad dentro del disco duro. En la actualidad, la caché del disco duro es generalmente de 565, 438+02 KB ~ 2 MB. La caché de datos actual de los discos duros ata convencionales debería ser de 2 MB, y la caché de datos más alta entre los discos duros SCSI ha alcanzado ahora los 16 MB. Los discos duros con caché de big data tienen grandes ventajas a la hora de acceder a archivos fragmentados.

10. Temperatura de la superficie del disco duro: se refiere a la situación en la que la temperatura generada cuando el disco duro está funcionando hace que la temperatura de la carcasa sellada del disco duro aumente. Este indicador no lo proporciona el fabricante y solo se puede ver en los datos de prueba de varios medios. La alta temperatura del disco duro afectará la sensibilidad de lectura de datos del cabezal magnético de película delgada (incluido el cabezal magnético GMR), por lo que el disco duro con una temperatura de superficie de trabajo más baja tiene una mejor estabilidad de lectura y escritura de datos. En términos generales, un disco duro SCSI de alta velocidad debe estar equipado con un dispositivo de disipación de calor del disco duro para garantizar la estabilidad de funcionamiento del disco duro.

11. MTBF (tiempo continuo sin fallas): se refiere al tiempo más largo desde el inicio de la operación del disco duro hasta la falla, la unidad es horas. Generalmente, el MTBF de un disco duro es de al menos 30.000 o 40.000 horas. Este índice no está disponible en anuncios generales de productos ni en tablas de características técnicas comunes. Si es necesario, puede acceder en línea al sitio web de la empresa que se especializa en producir este disco duro.

Cuarto, interfaz estándar

La interfaz ATA es un tipo de interfaz comúnmente utilizado en los discos duros de escritorio.

Interfaz ST-506/412:

Esta es una interfaz de disco duro desarrollada por Seagate. Los primeros discos duros que utilizaron esta interfaz fueron Seagate ST-506 y ST-412. La interfaz ST-506 es bastante sencilla de utilizar. No requiere cables ni conectores especiales, pero las velocidades de transferencia que admite son bajas. Por lo tanto, esta interfaz se eliminó básicamente alrededor de 1987, y la capacidad de la mayoría de los discos duros antiguos que utilizan esta interfaz está dentro de los 200 MB. Los discos duros utilizados por las primeras máquinas IBM PC/XT y PC/AT eran discos duros ST-506/412 o discos duros MFM (modulación de frecuencia modificada) se refiere a un esquema de codificación.

Interfaz ESDI:

La interfaz (interfaz de controlador pequeño mejorada) fue desarrollada por Maxtor en 1983. Su característica es que el códec se coloca en el propio disco duro en lugar de en la tarjeta de control. La velocidad de transmisión teórica es 2...4 veces mayor que la del ST-506 mencionado anteriormente, y generalmente puede alcanzar los 10Mbps. Sin embargo, su costo era alto y no tenía ventajas en comparación con las interfaces IDE posteriores, por lo que fue eliminado después de la década de 1990.

Interfaz IDE y EIDE:

El significado original de IDE (Integrated Drive Electronics) en realidad se refiere a un disco duro que integra un controlador y un cuerpo de disco. A menudo la llamamos interfaz IDE, también llamada interfaz ATA (Advanced Technology Attachment). La mayoría de los discos duros utilizados en las PC hoy en día son compatibles con IDE y se pueden conectar a la placa base o a la tarjeta de interfaz con un cable. La integración del cuerpo del disco y el controlador reduce la cantidad y la longitud de los cables en la interfaz del disco duro, mejora la confiabilidad de la transmisión de datos y hace que el disco duro sea más fácil de fabricar, porque los fabricantes ya no necesitan preocuparse por si su disco duro es compatible. con otros fabricantes. El controlador producido por el fabricante también es más conveniente de instalar para los usuarios.

ATA-1 (IDE):

ATA es el nombre oficial del primer estándar IDE. IDE en realidad se refiere al disco duro conectado a la interfaz del disco duro. ATA tiene un zócalo en la placa base que admite un dispositivo maestro y un dispositivo esclavo. La capacidad máxima por dispositivo es de 504 MB. El PIO-0 EIDE (E/S programable-0) admitido por ATA tiene solo 3,3 MB/s, mientras que ATA-1 especifica tres modos PIO y cuatro modos DMA (no utilizados en la práctica) y debe actualizarse a ATA-0.

ATA-2 (IDE mejorado EIDE/ATA rápido):

Esta es una extensión de ATA-1. Se agregaron dos modos PIO y dos DMA, la velocidad de transferencia máxima se aumentó a 16,7 MB/s/s y se introdujo el método de traducción de direcciones LBA, superando el límite inherente de 504 MB en el BIOS antiguo y admitiendo discos duros. hasta 8,1 GB. Si su computadora admite ATA-2, puede encontrar la configuración para (LBA, dirección de bloque lógico) o (CHS, cilindro, cabeza, sector) en la configuración de CMOS. Sus dos enchufes se pueden conectar a un dispositivo maestro y un dispositivo esclavo respectivamente, admitiendo así cuatro dispositivos. Los dos enchufes también se dividen en enchufes maestros y enchufes esclavos. Por lo general, los discos duros y las unidades ópticas más rápidos se pueden colocar en el zócalo maestro y los dispositivos menos importantes se pueden colocar en el zócalo esclavo. Esta ubicación era necesaria con las computadoras 486 y las primeras Pentium para que el zócalo maestro pudiera conectarse al bus PCI rápido y los zócalos esclavos pudieran conectarse al bus ISA más lento.

ATA-3(fasta-2):

Esta versión soporta PIO-4 y no añade un modo de trabajo de mayor velocidad (es decir, sigue siendo 16,7MB/s ), pero introduce un esquema de seguridad simple protegido con contraseña, un esquema de administración de energía modificado y la introducción de S.M.A.R.T (tecnología de autocontrol, análisis e informes).

ATA-4 (UltraATA, UltraDMA, UltraDMA/33, UltraDMA/66):

Este nuevo estándar duplica la velocidad máxima de transferencia de datos bajo PIO-4, alcanzando los 33 MB/s o 66 MB/s. También introduce una nueva tecnología de ocupación de bus y utiliza el canal DMA de la PC para reducir la carga de procesamiento de la CPU. Para utilizar Ultra-ATA, se requiere una ranura de expansión PCI libre. Si se inserta una tarjeta de disco duro UltraATA en una ranura de expansión ISA, el dispositivo no puede alcanzar su velocidad de transferencia máxima porque la velocidad de transferencia de datos máxima del bus ISA es de sólo 8 MB/s. Entre ellos, Ultra ATA/66 (es decir, Ultra DMA). /66) es actualmente la corriente principal. El tipo de interfaz utilizado por los discos duros de escritorio tiene una velocidad máxima de transferencia de datos externos de 66,7 MB/s.

Serial ATA:

El nuevo Serial ATA (Serial ATA) es un tipo de interfaz que se utilizará en los productos periféricos de próxima generación lanzados por Intel en el IDF (Intel Developer Forum) de este año. Como sugiere el nombre, transmite datos en serie continua y solo se transmite 1 bit de datos al mismo tiempo. Esto reduce el número de pines de la interfaz y todo el trabajo se realiza con cuatro pines (número 65438), lo que reduce el consumo de energía y la generación de calor. El último tipo de interfaz de disco duro ATA-100 es Serial ATA. Esta es la especificación original. La velocidad máxima de transferencia de datos externos que admite es 100 MB/s. Los dos IBM Deskstar 75GXP y Deskstar 40GV presentados anteriormente son los primeros en adoptar este ATA. -100 productos tipo interfaz. El producto estándar Serial ATA 1x se lanzará en el segundo trimestre de 2001, lo que puede aumentar la velocidad de transmisión de datos a 150 MB/s. Para la interfaz Serial ATA, una computadora con dos discos duros al mismo tiempo no puede distinguir el disco principal y. El disco esclavo. Cada dispositivo es el control principal del host de la computadora, por lo que podemos ahorrar mucho tiempo de puente.

Interfaz SCSI:

SCSI se refiere a la interfaz de un sistema informático pequeño, que se desarrolló por primera vez en 1979. Originalmente se desarrolló como una tecnología de interfaz para minicomputadoras, pero con el desarrollo de la tecnología informática, ahora se ha trasplantado por completo a las PC comunes. Actualmente, SCSI se puede dividir en SCSI-1 y SCSI-2 (SCSI ancho y SCSI rápido).

El SCSI más nuevo es SCSI-3, pero SCSI-2 es actualmente la versión más popular de SCSI. SCSI se usa ampliamente en discos duros, unidades ópticas, ZIP, MO, escáneres, unidades de cinta, JAZ, impresoras, grabadoras de unidades ópticas y otros equipos. Tiene muchas ventajas, principalmente las siguientes:

1. Amplia adaptabilidad; se pueden conectar más de 15 dispositivos usando SCSI, y todos estos dispositivos solo ocupan una IRQ, lo que puede evitar 15 periféricos en las restricciones IDE.

2. Multitarea; a diferencia de IDE, SCSI permite que un dispositivo transfiera datos mientras otro dispositivo busca los datos. Esto permitirá un mayor rendimiento en sistemas operativos multitarea como Linux y Windows NT.

3. Amplio ancho de banda; en teoría, el ancho de banda del bus SCSI más rápido es de 160 MB/s, que es SCSI Ultra 160/s, lo que significa que la velocidad de transferencia máxima de su disco duro alcanzará los 160 MB/s (por supuesto). esto es teórico y puede ser menor en aplicaciones prácticas).

4. Menor uso de CPU

Desde el primer SCSI hasta el actual Ultra 160/m SCSI, la interfaz SCSI tiene las siguientes etapas de desarrollo.

1. SCSI-1: el primer SCSI fue desarrollado en 1979 por la American Shugart Company (predecesora de Seagate). En 1986, SASI (Shugart Associates System Interface) recibió el reconocimiento ANSI. Esto es lo que ahora llamamos SCSI-1, que admite periféricos SCSI síncronos y asíncronos. La velocidad máxima de transferencia de datos de siete periféricos de 8 bits es de 5 MB/s; se admiten periféricos WORM.

2.SCSI-2: a principios de la década de 1990 (1992 para ser específicos), SCSI se convirtió en SCSI-2. El producto SCSI-2 en ese momento (comúnmente conocido como Fast SCSI) pudo aumentar la velocidad de transferencia de datos a 100 MB/s aumentando la frecuencia de transmisión síncrona. La transmisión de datos paralela inicial de 8 bits se llamó Narrow SCSI; más tarde apareció WideSCSI con transmisión de datos paralela de 16 bits y su velocidad de transferencia de datos se incrementó a 20 MB/s.

3.SCSI- 3-1995 Se introdujo SCSI-3, comúnmente conocido como Ultra SCSI, llamado interfaz paralela SCSI-3 Fast-20 (la velocidad de transferencia de datos es de 20 M/S). Utiliza tecnología para aumentar la frecuencia del reloj de transmisión síncrona a 20 MHZ para mejorar la transmisión de datos, por lo que cuando se utiliza el modo amplio de transmisión de 16 bits, la transmisión de datos puede alcanzar 40 MB/s. Permite que la longitud máxima del cable de interfaz sea de 1,5 m.

Ultra 2 SCSI (Fast-40) se lanzó en 4.1997, utilizando el método de transmisión LVD (diferencial de bajo voltaje). La velocidad de transferencia máxima de la interfaz Ultra2SCSI (LVD) de 16 bits puede alcanzar los 80 MB/S, y el cable de interfaz más largo permitido es de 12 m.

5. En septiembre de 1998, se lanzó oficialmente la especificación Ultra 160/m SCSI (Fast-80 under Wide). Su velocidad máxima de transferencia de datos es de 160 MB/s, lo que brindará un mayor rendimiento del sistema a la computadora. sistema. .

Actualmente la tecnología de disco duro serie más popular

Con el lanzamiento de la plataforma INTEL 915, el último ICH6-M también ha entrado en nuestro campo de visión. Además de algunas funciones de administración de energía, ICH6 también introdujo oficialmente los conceptos de SATA (Serial ATA, en lo sucesivo, SATA) y PCI-E. Para las computadoras portátiles, se ha utilizado PATA (Parallel ATA, en lo sucesivo, PATA). nacimiento. Se utiliza para conectar el disco duro. La aparición de SATA supone sin duda una revolución en las interfaces de discos duros. Ahora, con la promoción activa de Intel, los portátiles también han comenzado a entrar en el campo SATA.

Creo que todo el mundo conoce las ventajas de SATA. De hecho, en comparación con PATA, SATA tiene muchas ventajas incomparables, que el autor analizará a través de detalles técnicos en este artículo. Creo que comprenderá más profundamente SATA después de leer este artículo. Además, debido a que este artículo se centra principalmente en computadoras portátiles y de escritorio, tecnologías como RAID no están dentro del alcance de este artículo.

Comunicación en serie y comunicación en paralelo

Antes de introducirlos en detalle, primero comprendamos las características de la comunicación en serie y la comunicación en paralelo.

En términos generales, la comunicación en serie puede completar la transmisión mutua de información a través de dos líneas de señal y un cable de tierra. Como se muestra en la siguiente figura, podemos ver que el intercambio de señal entre el dispositivo A y el dispositivo B se completa con solo dos líneas de señal y un cable de tierra. De esta forma, dentro de un reloj se transmitirán dos bits de datos (un bit en cada dirección, full duplex). Si la frecuencia del reloj es lo suficientemente alta, la velocidad de transferencia de datos será lo suficientemente rápida.

Si queremos ahorrar costes, también podemos utilizar solo un cable de señal para conectar un cable de tierra. Un reloj de este tipo solo transmite un bit (semidúplex) y también podemos aumentar la frecuencia del reloj para aumentar su velocidad.

La comunicación en paralelo es esencialmente lo mismo que la comunicación en serie. La única diferencia es que la comunicación paralela se basa en múltiples líneas de datos para transmitir más bits en un ciclo de reloj. En la imagen siguiente, no hay una o dos líneas de datos, sino muchas. Es fácil saber que si hay 8 líneas de datos, la cantidad de datos transmitidos en el mismo ciclo de reloj es de 8 bits. Si tenemos suficientes líneas de datos, como el bus PCI, podemos transferir datos de 32 bits durante este período.

Aquí, me gustaría recordar a los lectores que, para un producto, cumplir con los requisitos de ancho de banda al menor costo es un diseño exitoso, independientemente de si se trata de comunicación en serie o comunicación paralela, e independientemente de su transmisión. ¿Tecnología avanzada o atrasada?

Velocidad de la interfaz PATA

Sabemos que la velocidad de ATA-33 es de 33 MB/S y la velocidad de ATA-100 es de 100 MB/s. velocidad calculada?

Primero, necesitamos saber la frecuencia del reloj en el autobús. Por ejemplo, ATA-100 tiene 25MHz y PATA tiene 16 líneas de datos paralelas, que pueden transmitir 16 bits de datos a la vez. Para reducir la frecuencia del bus en sí, PATA está diseñado para transmitir datos en los bordes superior e inferior del reloj (similar al principio de DDR), de modo que se pueden transmitir 32 bits en un ciclo de reloj.

De esta forma podemos conseguir fácilmente que la velocidad del ATA-100 sea 25m * 16 bit * 2 = 800 Mbps = 100 Mbyte/s.

Limitaciones de PATA

A la misma frecuencia, el bus paralelo es mejor que el bus serie. A medida que la velocidad de transferencia de datos de los discos duros continúa aumentando, la interfaz ata paralela tradicional expone gradualmente algunos defectos de diseño. El problema más fatal es la interferencia de señal de la línea paralela.

¿Cómo interfieren las líneas de señal entre sí?

1. El primero es el fenómeno de reflexión de la señal. La señal PATA del South Bridge llega al disco duro a través de una línea de señal plana (el portátil también tiene una interfaz del South Bridge al disco duro). Los lectores que hayan estudiado la comunicación por microondas deben saber que la señal inevitablemente rebotará después de llegar al disco duro PATA. La señal rebotada se superpondrá a la señal que se está transmitiendo actualmente, destruyendo la integridad de los datos que se transmiten y provocando errores de juicio en el extremo receptor.

Por lo tanto, en el diseño real, debemos diseñar los circuitos correspondientes para garantizar la integridad de la señal.

Podemos ver que la señal PATA enviada desde South Bridge generalmente necesita pasar por una exclusión antes de ser enviada al dispositivo PATA. Debemos añadir al menos 30 resistencias (además de las 16 líneas de datos, también hay algunas señales de control) para evitar eficazmente el rebote de la señal. Dentro del disco duro, el fabricante del disco duro conectará una resistencia terminal para evitar que las comillas reboten. Esto no sólo aumenta el costo, sino que también genera problemas en el diseño de la PCB.

Por supuesto, el rebote de señal se producirá en cualquier circuito de alta velocidad. En SATA también veremos resistencia en los terminales, pero como SATA tiene menos líneas de datos que PATA y utiliza transmisión de señal diferencial, este problema no sobresale. .

2. En segundo lugar, está el problema del desplazamiento de la señal.

En teoría, las longitudes de las líneas de datos de los buses paralelos deberían ser las mismas. En la práctica, es difícil garantizarlo. Las longitudes inconsistentes de las líneas de señal harán que la señal llegue al extremo receptor demasiado rápido o demasiado lento, lo que provocará errores de juicio lógicos. Hay muchas razones para el retraso de la señal, como la capacitancia distribuida en la placa de circuito y la reactancia inductiva generada por líneas de señal a altas frecuencias.

Como se muestra en la figura, los datos que enviamos al extremo izquierdo del puente sur son [1, 1, 1, 0]. Durante el proceso de envío al disco duro, la cuarta señal se retrasó por algún motivo y no llegó al extremo receptor en el momento del juicio.

De esta forma, el receptor determina que la señal recibida es [1, 1, 1, 1] y se produce un error. También se puede observar que cuantas más líneas de datos paralelas, mayor es la probabilidad de errores.

La siguiente imagen es el cable adaptador de disco duro para Sony Z1. Podemos ver que los diseñadores han creado muchas líneas serpenteantes para cumplir con los requisitos de coherencia de longitud de las líneas de datos PATA.

Podemos imaginar fácilmente que cuanto más rápido sea el reloj de la señal, más corto será el tiempo para juzgar la señal y mayor será la posibilidad de un error de juicio. En el bus lento (arriba), el error de tiempo permitido entre la señal de datos y la señal de juicio es a, mientras que en el bus de alta velocidad (abajo), el error permitido es b. Cuanto más rápida es la velocidad, menor es el error permitido. . Esta es también la limitación de aumentar la frecuencia del bus PATA. La frecuencia del bus afecta directamente la velocidad de transmisión del disco duro. . .

3. Hay interferencia entre líneas de señal (interferencia de diafonía)

Este tipo de interferencia existe en casi cualquier circuito. Al igual que la desviación de la señal, la interferencia cruzada es un problema común en las comunicaciones paralelas. Dado que la comunicación en paralelo requiere que varias líneas de señal funcionen en paralelo (para cumplir con la consistencia de la longitud, la capacitancia distribuida y otros parámetros), en este momento se produce interferencia cruzada. Debido a que la línea de señal cambia constantemente entre 0 y 1 durante el proceso de transmisión de datos, el campo magnético circundante cambia rápidamente. Mediante la ley de Faraday, sabemos que cuanto más rápido cambia el campo magnético, mayor es el voltaje en los cables que cortan las líneas del campo magnético. Este voltaje puede causar distorsión de la señal. Cuanto mayor sea la frecuencia de la señal, más grave será la interferencia, hasta que deje de funcionar. Se puede decir que la interferencia cruzada es el factor más desfavorable que afecta a las líneas PATA paralelas, lo que limita en gran medida la longitud de la línea.

La recuperación del disco duro se basa principalmente en la copia de seguridad, y algunas técnicas de recuperación profesionales requieren aprendizaje profesional. Pero no soy profesional. Ahora GHOST es el más utilizado. Puede realizar copias de seguridad de cualquier disco y generar archivos de copia de seguridad, que se pueden utilizar para restaurar datos cuando sea necesario.

Los principales discos duros actualmente en el mercado incluyen Meto, Western Digital (WD), Seagate (ST), Samsung, Tochi, Panasonic y el último disco duro Eto Secret.