7 Pevný disk

Hard disk - nebo-li pevný disk obsahuje plotny vyrobené většinou z hliníku nebo skla ( plotny jsou neohebné ) odtud název pevný disk.

 

 

 

 
obr. 119 Pohled na pevný disk firmy SAMSUNG

Na pevných discích by nás měly zajímat tyto parametry:
· Kapacita disku:
Hodnoty uváděné výrobce nikdy nejsou přesné. Většinou zjistíte,že kapacita je o něco menší. Vycházejme z hodnot, které jsou uváděny na discích počet hlav, cylindrů a sektorů.
Příklad:
Disk označovaný jako Seagate ST320413A má značenou kapacitu 20 020MB
16 hlav x 38792 cylindrů x 63 sektorů x 512 datových bajtů = 20 020 396 032 B

20 020 396 032: 1 048 576 = 19 092,9 MB

· Hustota záznamu:
Uvádí se v GB/jedna plotna ( nebo MB/na čtvereční palec ). Udává jakou velkou kapacitu dat pojme jedna plotna HDD.
Na tomto parametru je závislá i hlučnost disku ( čím více ploten, tím hlučnější disk ) a přenosová rychlost.

· Rychlost otáček disku:
Dalo by se spíše říci rychlost otáčení ploten HDD. Rychlost je uváděná v otáčkách /min. . V současné době se nejvíce používají disky s otáčkami 5400 ( přenosová rychlost se pohybuje mezi 5 - 20 MB/sec. ) a 7200 (6 - 30 MB/sec. ). Servery mají disky s parametry 10 000 a 15 000 otáček/min.

· Přístupová doba a latence:
Uvádí se v milisekundách a udává průměrnou dobu přemístění čtecí/zápisové hlavy na požadovanou stopu.
Latence udává dobu, kdy se hlava přemístí na příslušnou stopu,ale čeká, než se pod ní objeví požadovaný sektor. To trvá průměrně půl otáčky plotny.

7.1 Struktura pevného disku
Data se na pevný disk ukládají do stop ( tracks ) a sektorů ( sectors ) pomocí jednotlivých pohyblivých hlav umístěných na závěsu.
Stopa může obsahovat až 100 000 B dat a sektor 571 B. Sektor tvoří hlavička ( leader ) , která obsahuje začátek sektoru - číslo a zakončení sektoru ( trailer ), který obsahuje kontrolní součet. Každý sektor obsahuje také 512 B datové oblasti ( platí pro formát ve Windows ).
Sektor je číslovaný od jedničky, hlavy a cylindry od nuly.
 Stopy jsou soustředné části disku , které počítáme od středu k okraji.

Sektory tyto stopy rozdělí na příč, viz obr.

 

Sektory  nadisku                                                                       
 

 

 

 

 

Náčrtek kotouče disku a sektorů


                                                                             

obr. 122 P evný disk SAMSUNG

Každá plotna v disku je oboustranná, takže umožňuje zápis i čtení na obě strany. Podle toho má pevný disk i příslušný počet hlav.
Shodně umístěné stopy na obou stranách ploten tvoří dohromady cylindr.

Během čtení a zápisu se hlavy ploten nedotýkají a je mezi nimi vzduchový polštář. Po vypnutí PC se plotny zastaví a hlavy se posunou do parkovací polohy. . Pokud se dostane během provozu mezi hlavu a plotnu cizí předmět ( i malé zrnko prachu ), nebo nárazem klesnou hlavy na plotnu, může dojít k tzv. „ havarii hlav “ a následovné ztrátě dat či zničení celého disku.

Vztahy mezi stopami a cylindry:
· Hlavy disku ( heads )
Počet čtecích ( zapisovacích ) hlav na HDD je shodný s počtem aktivních ploch, na kterých se provádí záznam.

· Stopy disku ( tracks )
Jsou na každé aktivní ploše disku číslovány od 0 ( vnitřní stopa disku )

· Cylindry disku ( cylindry )
Jsou shodné s číslováním stop.

· Sektory ( sectors )
Rozdělení stopy na aktivní části disku.

Omezení rozhraní:
· IDE
- 4 bity pro adresaci povrchu pevného disku ( max. 16 povrchů )
- 10 bitů pro adresaci cylindrů ( max. 1024 )
- 6 bitů pro adresaci sektorů ( max. 64 sektorů )
- při zápisu 512 B do jednoho sektoru je max. kapacita disku 512MB
· EIDE
Při použití LBA
o 4 bity pro adresaci povrchu pevného disku ( max. 16 povrchů )
o 16 bitů pro adresaci cylindrů ( max. 65536 )
o 8 bitů pro adresaci sektorů ( max. 256 sektorů )
o při zápisu 512 B do jednoho sektoru je max. kapacita disku 128 GB

7.2 Přenosové módy PIO a DMA
Zařízení IDE pracuje v různých přenosových módech ( režimech ). Starší mód nazývaný PIO ( Programmed Input / Output ) využívá pro řízení přenosu výkon procesoru. Nevýhodou tohoto režimu je vytížení CPU při zápisu nebo čtení HDD. S tímto režimem pracují hlavně starší disky a pomalejší CD-ROMy.

Režim PIO

0

1

2

3

4

5

Datový tok ( MB/sec. )

3,3

5,2

8,3

11,1

16,6

20


                                                                                    Tab. 25 Datové toky v režimech PIO

V současné době se používá mód označovaný jako DMA ( Direct Memory Access ) - přímý přístup do paměti, a Ultra DMA ( Ultra ATA )- viz kapitola Rozhranní IDE. Pro přímou komunikaci mezi pamětí a řadičem se používá busmastering - CPU vyšle příkaz na data, ostatní
zařizuje řadič disku. U Ultra DMA je možnost dalších zlepšení jako je např. korekce chyb.

Režim DMA

0

1

2

Datový tok ( MB/sec. )

4,2

13,3

16,6





                                                    Tab. 26 Datové toky v režimech DMA

7.3 Nastavení disků a jejich optimalizace

obr. 123 Připojovací panel na pevném disku
 

Každé IDE zařízení musí být nastaveno pomocí jumperu na určitý kanál řadiče. Může to být Master ( pán ), Slave ( sluha ), Cable Select ( nastavení podle zapojení ), Master, Slave not present ( samostatný disk ) nebo Single drive ( samostatný disk ).Toto nastavení záleží na připojení IDE zařízeni na kabelu.

Master, Slave not present

Zařízení IDE je zapojeno na kabelu samostatně. Tato varianta nemusí být vždy k dispozici. Potom je možné zařízení zapojit jako Master.

Single drive
Samostatný disk

Master ( pán )
Tato varianta se používá pokud jsou dvě IDE zařízení na jednom kabelu. Pro zařízení to znamená, že je řídící a druhé je podřízené.
Lze použít i při samostatném zapojení jednoho zařízení.

Slave ( sluha )
Podřízený disk.

Cable Select ( automatický výběr )
Zařízení samo rozpozná na které pozici je připojeno.

Pozor na chyby:
Pokud je zapojen jen jeden disk nemůže být nastaven jako Slave nebo Master, Slave is present. Zařízení by nebylo detekováno.
Cable Select u některých zařízení nepracuje spolehlivě. Jistější je zapojení ruční.

Od vzniku rozhraní EIDE ( ATA - 2, ATA - 3 ) je možno zapojit 4 IDE zařízení na mainboard.
Pozice jsou : - Primary Master
- Primary Slave
- Secondary Master
- Secondary Slave

Princip zapojování je stejný jako v předchozím případě.

Při optimalizaci zapojení disků je zapotřebí si uvědomit, že všechna IDE zařízení nemusí pracovat na stejné rychlosti. Proto pokud je to možné zapojujeme dva disky na samostatné IDE. Také je optimální zapojení dvou zařízení se stejnými rychlostmi ( nebo alespoň podobnými ) na stejný kabel.
7.4 Formátování disků

Formátování znamená rozdělení disku na stopy a sektory a uložení správy souborů a dat na disk.Tato funkce je potřeba pokud zakoupíme nový disk, nebo jej rozdělujeme na oddíly.
Pro pevný disk se používají dva druhy formátování:
§ nízkoúrovňové ( fyzické ) - low level
§ vysokoúrovňové ( logické ) - high level

Nízkoúrovňové formátování se používalo hlavně u MFM disků. U starších verzí BIOSu jste mohli najít nabídku nízkoúrovňového formátování, ale příchodem větších disku se muselo od tohoto typu ustoupit..U IDE disků toto formátování vytváří výrobce, který může poskytovat i potřebný software pro uživatele. Pozor, mohou jej použít jen zkušení uživatelé, neboť jinak mohou poškodit nesprávným zásahem HDD.

Nízkoúrovňové ( fyzické ) - low level format - LLF
Během tohoto formátování se vytváří na disku rozdělení sektorů, jejich hlavičky a zakončení.
Pevné disky, u nichž bylo zapotřebí externího řadiče, provádí standardní LLF, což znamená stejný počet sektorů ve vnitřní i vnější stopě.


 ).



Obr. 125 Znázornění zónového low level formátování.

 
 
 
 
 
 
 
 
Ostatní disky s integrovanými řadiči používají tzv. „zónové formátování“, u kterého počet sektorů vzrůstá k vnější stopě ( zóny

 
Vysokoúrovňové ( logické ) - high level format - HLF
V průběhu tohoto formátování se na disk ukládají správy souborů a dat ( dvě kopie FAT tabulky, kořenový adresář ).
Při vysokoúrovňovém formátování se provádí:
· kontrola a vyhledání všech vadných stop a sektorů a jejich značení jako nečitelné ( každý sektor čí stopa jsou 5x načítány a pokud není hlava schopna přečíst data označí jej )
· zápis spouštěcího sektoru svazku do prvního cylindru ( hlava 1, sektor 1 )
· zápis alokační tabulky FAT do sektoru 2 ( hlava 1 ) a její kopie těsně za originál
· vytvoření kořenového adresáře

Příkaz pro vysokoúrovňové formátování:

                                                                    FORMAT C: /S /V

kde Format - příkaz DOSu
C: - formátovaná jednotka
/S - parametr pro přenos systémových souborů - MSDOS.SYS, IO.SYS, COMMAND.COM
/V - parametr vyžadující název disku ( svazku )

7.5 Rozdělení disků
Rozdělení pevného disku se hlavně používá k možnému využití více operačních systémů na jednom PC. Rozdělení se také používá k zálohování programů v oddělené části disku apod.
K rozdělení disků se využívá mnoho programů, přičemž nejznámější je FDISK ( obsažen v DOSu )nebo např. Partition Magic.
V současné době se používají pro oddíly tyto souborové systémy:

· FAT - Alokační tabulka souborů ( File Allocation Table )
Maximální velikost disku se souborovým systémem FAT je 2GB.
FAT používají operační systémy DOS, Windows 95.

Pomocí FDISKu můžete vytvořit dva základní oddíly ( primární a rozšířený ) a až 25 logických oddílů.

Partition Magic zase umožňuje vytvoření čtyř primárních oddílů nebo tří primárních a jednoho rozšířeného oddílu.

· FAT 32 - 32 bitová alokační tabulka souborů ( 32 bit File Allocation Table )
Maximální velikost disku se souborovým systémem FAT 32 je 2TB.
FAT 32 používají operační systémy Windows 98 a výše.

· NTFS - Souborový systém Windows NT ( Windows NT File Systém )
Novější typ souborového systému zajišťující i lepší zálohování a obnovování dat.

O souborových systémech více v samostatné kapitole.

7.6 Program na rozdělení pevného disku - FDISK
Tento program je dodáván spolu s operačním systémem od firmy Microsoft ( MS-DOS a Windows ). Podobný program je například i v operačním systému LINUX.
Disk pod DOSem umožňuje rozdělení pevného disku jen na oddíly DOSovského formátu používající FAT, ale i mazání tzv. oddílu NonDOS ( např. NTFS formát ).

Po spuštění FDISKu ( většinou ze systémové diskety ) se program zeptá, zda-li má použít správu velkých disků ( jedná se o všechny pevné disky o kapacitě větší než 512 MB).

            První obrazovka po spuštění programu FDISK, který je určen již pro 32 bitové FAT.

 
Další nabídka nám již umožňuje výběr pro práci s pevným diskem. V této nabídce se může vyskytovat malý rozdíl. V našem případě máme v PC nainstalovány dva pevné disky. Proto se nám objevil v nabídce bod pět. Pokud však je v PC pouze jeden disk budeme mít na výběr jen první čtyři body.
 
1. Vytvoření oddílu DOS nebo logické jednotky DOS


V této podnabídce je možno vytvořit tři druhy oddílu.
Pokud chceme nechat disk neroz-dělený - v plné kapacitě ( používá se například při instalaci úplně nového disku nebo při zpětném slučování oddílů ) vybereme možnost číslo 1.

Objeví se nám obrazovka ( obr. 128 )kde se provádí kontrola disku a následovně otázka na vytvoření primárního oddílu na celém disku ( obr.130 ).
           
            Integrita pevného disku se provádí vždy při tvorbě oddílu


Pokud zde zadáme A-ano disk bude ponechán v celku ( bude sloučen do jednoho celku ). Klávesou ESC ukončíme program FDISK a po restartu PC provedeme formátování příkazem FORMAT.

Jestliže chceme rozdělit pevný disk na oddíly potřebujeme trochu blíže vysvětlit jednotlivé možnosti ( obr. 131 ).

Postup při rozdělování disků je následující:
 

Vytvoření primární části
Postup je obdobný jako při vytváření primárního oddílu na celý disk. Po otázce jestli chceme oddíl na celý disk potvrdíme písmenem N-ne. Potom se objeví nabídka( obr. 132).



 

Po vykonání příkazu potvrdí FDISK rozdělení ( obr 133 ).
 
· Vytvoření rozšířené části

Rozšířená část musí být umístěna na zbytek disku, jinak bude zbý-vající kapacita nedostupná ( pokud však chcete pone-chat místo na neDOSovský oddíl, můžete jej nechat volný a rozdělit jej jiným programem ).
 
 
 
 
 
 
 
Postup vidíte na obr. 134 a 135 kde již systém potvrdil rozšířenou jednotku.



 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
· Vytvoření logického oddílu


 
 
 
 
Logický disk se vytváří na rozšířené části disku. Logických oddílů může FDISK vytvořit až 25. Při dělení je zapotřebí zadat jen kapacitu potřebnou pro oddíl. Písmena disků si program přiřazuje automaticky sám.
Hlášení o nutnosti definovat logické oddíly
 

                                    Samotné rozdělo-vání logických oddílů

                                    Výpis logických oddílů

2. Nastavení aktivního oddílu
Toto nastavení definuje, který oddíl bude aktivní ( kde budou umístěny spouštěcí soubory ).
Pokud necháme disk nerozdělen ( celý disk bude mít pouze jeden primární oddíl ), disk se automaticky nastaví na aktivní.
Pokud disk rozdělujeme na oddíly, je zapotřebí přiřadit atribut aktivního oddílu ručně. Nastavuje se na primární oddíl.( atribut A ).

3. Odstranění oddílu nebo logické jednotky DOS
Oddíly odstraňujeme v obráceném pořadí než je vytváříme.
Nejprve: - libovolný logický oddíl
- rozšířený oddíl
- primární oddíl

Při odstraňování logických oddílů se nás program zeptá na:
- označení disku ( E, F ...apod. )
- jméno disku ( pokud disk není pojmenován, tak jen potvrdíme )
- potvrzení mazání ( A/N ) viz obr.128

obr. 139

U rozšířeného oddílu žádá program jen potvrzení volby ( viz obr. 129 ).

obr. 140
Při odstraňování primárního oddílu je potřeba zadat:
- číslo disku ( 1, 2 ...apod. )
- jméno disku ( pokud disk není pojmenován, tak jen potvrdíme )
- potvrzení mazání ( A/N ) viz obr.130
obr. 141
obr. 142

4. Zobrazení informací o oddílech
Po zvolení této položky se vypíší na monitoru veškeré údaje o rozdělení disků (výpis oddílů). Pokud chceme vidět i logické oddíly stačí potvrdit dotaz.

 
5. Změnění aktuální jednotky pevného disku



Tato položka se objeví pouze tehdy, pokud je v PC nainstalováno více pevných disků než jeden. Umožňuje nastavit pro práci s FDISKem potřebný disk.
obr. 143


Po skončení práce s FDISKem je potřeba PC restartovat a jednotlivé oddíly naformátovat.
Tím jsme připravili disk na další práci.

Pokud je PC více pevných disků, je zapotřebí si uvědomit, jaké označení ponesou jednotlivé oddíly. Počítač si oddíly pojmenuje podle určitých kritérií.( viz tabulka 27 )
Další zařízení, připojující se na IDE rozhranní, umožňuje nastavit písmeno jednotky i ručně, ale až za pevnými disky.

První disk

Druhý disk

Jeden oddíl ( PRI )

Dva oddíly ( PRI; EXT )

Více oddílů ( PRI; EXT )

C

C; D

C; D; E

 

 

Jeden oddíl ( PRI )

Dva oddíly ( PRI; EXT )

Více oddílů ( PRI; EXT

C

C; E

C; E; F…

Jeden oddíl ( PRI )

Dva oddíly ( PRI; EXT )

Více oddílů ( PRI; EXT

D

D; F

D; H; I…



 

 

 

 

 

 

                                    tab. 27 Tabulka ukazuje možné pojmenování disku při jednom i více oddílech a discích


! Pozor u operačního systému MS-DOS. !
Tento OS umožňuje bez jakéhokoli zásahu do spouštěcích souborů pouze tři oddíly ( C;D;E ). Pokud je v PC oddílů více ( popřípadě více disků ) je zapotřebí upravit soubor CONFIG.SYS vložením řádku:

LASTDRIVE = x

Kde x = poslední potřebná zobrazená jednotka

7.7 Virtuální jednotka na disku
Je možnost jak vytvořit virtuálního jednotku na pevném disku beze ztráty . Je to adresář ( složka )chovající se jako oddíl na disku. Má přiřazené písmeno a v nabídce jej najdeme jako normální oddíl pevného disku.
Nevýhodou je, že pro něj platí vše co pro adresáře ( složky ), takže např. při smazání potřebné složky dojde ke zničení dat uložených na tomto disku.
Výhoda spočívá např. v rychlém vytvoření odkládacího prostoru ( jiného disku ).
Postup při vytváření virtuálního disku je následující:
1. Vytvoříme si na disku adresář ( složku ), který budeme jako disk využívat ( pro náš případ např. složku s názvem disk_E ).
2. Upravíme soubor AUTOEXEC.BAT a to tak, že vložíme řádek s příkazem

SUBST E: C:\disk_E

kde SUBST je příkaz DOSu
E je název nového disku ( musí to být hned následující nevyužité písmeno )
C:\disk_E cesta k vytvořenému adresáři

3. Pokud je potřeba upraví se i soubor CONFIG.SYS příkazem LASTDRIVE.
4. Nejlépe adresář skryjeme a restartujeme PC.
Pokud je vše nastaveno správně, objeví se po restartu systému virtuální disk.

7.8 Zkratky použité u HDD parametrů
· S.M.A.R.T technologie ( Self - Monitoring, Analysis and Reporting Technology )

Technologie, která umožňuje disku kontrolu parametrů a svých vlastností. Pokud S.M.A.R.T zjistí pravděpodobnost nějaké chyby, podá BIOS nebo ovladač hlášení o blížící se možné závadě výpisem na monitor. To umožní zálohovat disk nebo určitá data na disku.
Tato technologie se dá plně využít jen v případě, že je podporována pevným diskem i BIOSEm ( základní deskou )

· LBA ( Logical Block Adressing )

Používá se u HDD s větší kapacitou než 528 MB. Jedná se o překlad adres cylindru, hlav a sektorů pevného disku pro BIOS.

· CHS ( Cylinder Head Sector )

Přístup BIOSu k pevnému disku typu IDE. U této technologie není prováděn překlad adres.

7.9 Omezení disků
V uvedené tabulce najdete omezení pevných disků z kterými se můžeme při práci s PC setkat.
 

Kapacitní limit

Omezení

Stručný popis

10 MB

Hardwarové

Omezení počítačů IBM PC XT

16 MB

Souborového systému FAT

Omezení systémového souboru FAT16

32 MB

Operačního systému

OS MS-DOS 3.X podporoval pevné disky do kapacity 32 MB.

128 MB

Operačního systému

OS MS-DOS 4.X podporoval pevné disky do kapacity 128 MB.

504 MB

BIOS ( do 7.1994 )

Podpora pouze 1024 cylindrů, 63sektorů, 16 hlav. BIOS nepodporoval LBA.

2 048 MB

BIOS

Podpora pouze 4096 cylindrů.

2 048 MB

Operačního systému

OS MS-DOS podporuje pouze max. kapacitu disku 8,4 GB a oddíly pouze o kapacitě 2048 MB.

2 048 MB

Operačního systému

Windows 95A a OS/2  ( při použití FAT 16 )podporují  max. kapacitu disku 2048 MB

4,2 GB

Operačního systému

Windows NT 4.0 při použití FAT 16 podporuje pouze oddíly o velikosti 4,2 GB.

8,4 GB

BIOS

LBA podporovala max. 63 sektorů, 16 hlav, 16384 cylindrů.

32 GB

Operačního systému

OS Windows 2000 a Windows XP neumožňují naformátovat disk se souborovým systémem FAT 32 větší než 32 GB ( formátují se NTFS )

137 GB

Rozhraní

Rozhraní ATA používá 28bitové adresování.

Blízká budoucnost

2,2 TB

Operačního systému

OS používají 32 bitové adresování ( max. 2200 MB ).

144 PT

Rozhraní

Rozhraní ATA-ATAPI 6 používá 48bitové rozhraní.


                                                                                Tab. 28 Možné omezení disků