33
VODIČ KROZ PC TEHNOLOGIJU ČVRSTI DISKOVI Prevod sa engleskog: Dr Radomir Janković

Vodic kroz PC tehnologiju~Hard diskovi

Embed Size (px)

DESCRIPTION

book

Citation preview

  • VODI KROZ PC TEHNOLOGIJU

    VRSTI

    DISKOVI

    Prevod sa engleskog: Dr Radomir Jankovi

  • 2

    Kada se iskljui napajanje PC raunara, sadraj memorije je izgubljen. vrsti disk PC rauna-

    ra slui kao trajna memorija, medijum za pamenje velikog kapaciteta i skladite za ko-

    risnikove dokumente, datoteke i aplikacije. Moda vam nije poznato da je 1954. godine, kada

    je IBM prvi pronaao vrsti disk, njegov kapacitet bio samo 5 Mbajta smetenih na pedeset

    ploa od 24 ina. Dvadeset pet godina kasnije firma Seagate Technology predstavila je prvi

    vrsti disk za personalne raunare, koji se mogao pohvaliti kapacitetom od 40 Mbajta i brzi-

    nom prenosa podataka od 625 Kbita u sekundi upotrebom kodiranja modifikovane frekventne

    modulacije (MFM). Kasnija verzija interfejsa iste firme, ST506, poveala je i kapacitet i brzi-

    nu i prela na RLL metod komprimovanog kodiranja. Isto tako, teko je poverovati da je ne-

    davno, krajem osamdesetih godina, prostor od 100 Mbajta na disku smatran bogatstvom.

    Danas bi to bilo potpuno neadekvatno, jedva dovoljno da se instalira sam operativni sistem,

    bez velikih aplikacija kao to je Microsoft Office.

    Mogunost nadgradnje PC raunara dovela je softverska preduzea do toga da poveruju kako

    skoro uopte nije vano koliko su velike njihove aplikacije. Kao rezultat toga, prosena

    veliina vrstog diska podigla se sa 100 Mbajta na 1,2 Gbajta za samo nekoliko godina i, na

    poetku novog milenijuma, tipian vrsti disk stonog raunara smetao je 18 Gbajta na tri

    ploe od 3,5 ina. Na svu sreu, kako je kapacitet rastao, tako su cene padale, a poboljani

    nivoi gustine areala predstavljali su preovlaujui razlog za smanjenje cene po megabajtu.

    Nije se poveala samo veliina vrstog diska. Znaajno su evoluirale i performanse medijuma

    fiksnog diska. Kada je pristigao Intelov skup ipova Triton, roen je EIDE PIO mod 4 i per-

    formanse vrstog diska uzdigla su se na nove visine, dozvoljavajui korisnicima da iskuse

    visoke performanse i veliki kapacitet skladitenja podataka bez obaveze plaanja premije sis-

    temima zasnovanim na SCSI interfejsu.

    Konstrukcija

    vrsti diskovi napravljeni su od ploa koje se sastoje od supstrata i magnetskog medijuma.

    Supstrat - osnovni materijal ploe - mora biti nemagnetski i sposoban da bude glatko zavrno

    obraen na mainama. On je napravljen ili od aluminijumske legure ili od meavine stakla i

    keramike. Da bi se mogli smetati podaci, obe strane svake ploe presvuene su magnetnim

    medijumom; najpre je to bio magnetni oksid, ali je sada, gotovo iskljuivo, sloj metala koji se

  • 3

    zove medijum tankog filma. Ovako se smetaju podaci u magnetnom obliku, a na svakoj ploi

    moe da ih stane oko milijardu po kvadratnom inu povrine.

    Ploe su razliitih veliina i vrsti diskovi dolaze u dve veliine, od 5,25 ili 3,5 ina. Trend je

    ka tehnologiji ploa od stakla, jer staklo ima bolje osobine otpornosti na toplotu i dozvoljava

    da se prave tanje ploe od aluminijumskih. Unutranjost ureaja vrstog diska mora da se titi

    od praine, u istoj meri kao i fabrika gde je napravljen. Da bi se eliminisalo unutranje zagai-

    vanje, izjednauje se pritisak vazduha preko specijalnih filtera i ploe su hermetiki zatop-

    ljene u kuitu ija se unutranjost dri u deliminom vakuumu. Ta zatopljena komora esto

    se naziva sklop glave diska (head disk assembly - HDA).

    Dve, tri ili vie ploa po pravilu su sloene jedna iznad druge, sa zajednikom osovinom koja

    obre ceo sklop brzinom od nekoliko hiljada obrtaja u minutu. Postoji razmak izmeu ploa,

    koji ostavlja prostor za magnetsku glavu za itanje/upisivanje, montiranu na kraju pokretne

    ruice. To je sve toliko blizu ploa da samo struja vazduha od rotacije ploa dri glavu van

    povrine diska - ona lebdi na rastojanju od nekoliko delova milimetra iznad diska. Na prvim

    vrstim diskovima to rastojanje iznosilo je oko 0,2 mm. Na dananjim modernim ureajima

    ono iznosi 0,07 mm, pa ak i manje. Mala estica prljavtine prouzrokovala bi "sudar" glave,

    odnosno dodirivanje diska i grebanje magnetnog sloja. Na IDE i SCSI ureajima kontroler

    diska je sastavni deo ureaja.

  • 4

    Za svaku stranu svake ploe postoje glave za itanje/upisivanje, montirane na ruice koje mo-

    gu da ih pomeraju ka centralnoj osovini ili ka ivici. Ruice se pomeraju pomou pokretaa

    glave, koji sadri kalem aktuatora - elektromagnetski namotaj koji moe veoma brzo da pok-

    ree magnet. Membrane zvunika vibriraju koristei slian mehanizam.

    Glave su tako konstruisane da dodiruju ploe kada se disk zaustavi, odnosno kada se iskljui

    napajanje ureaja. Za vreme perioda zaustavljanja obrtanja, struja vazduha se smanjuje dok se

    disk potpuno ne zaustavi, kada se glava polako spusti na povrinu ploe na odreeno mesto

    koje se naziva zona prizemljenja (landing zone - LZ). Ta zona slui kao mesto za "parkiranje"

    glava za itanje/upisivanje i nikada ne sadri podatke.

    Disk je podeljen na staze i sektore. Staze su koncentrini krugovi oko centralne osovine, na

    svakoj strani svake ploe. Staze, koje se fiziki nalaze jedna iznad druge na ploama,

    grupisane su u cilindre, a oni se dalje dele na sektore od po 512 bajta. Koncept cilindara je

    znaajan jer informacijama koje se prostiru preko razliitih ploa u okviru istog cilindra moe

    da se pristupi bez daljeg pomeranja glava. Sektor je najmanja jedinica memorije kojoj se

    moe pristupiti u okviru diska. Ovi ureaji koriste tehniku zonskog zapisivanja bitova, u kojoj

    staze blie periferiji diska imaju vie sektora od staza bliih osovini.

  • 5

    Dodeljivanje i pristupanje pojedinanim sektorima podataka na velikim ureajima zahtevalo

    bi znaajno dodatno vremensko optereenje, to bi opet prouzrokovalo slabu efikasnost ruko-

    vanja datotekama. Da bi se poboljale performanse, sektori podataka dodeljuju se u grupama

    koje se nazivaju klasteri.

    Rad

    Podaci se zapisuju na magnetnoj povrini diska na potpuno isti nain kao na fleksibilne diske-

    te ili magnetne trake. U sutini, povrina se podvrgava postupku kao jedno podruje taaka,

    gde se svaki "domen" magnetne polarizacije postavlja na binarno "1" ili "0". Poloaj svakog

    elementa podruja ne moe se identifikovati u "apsolutnom" smislu, pa zato postoji ema oz-

    naka za voenje koja pomae glavi za itanje/upisivanje da pronae odgovarajue poloaje na

    disku. Potreba za tim vodeim oznakama objanjava zato diskovi moraju da se formatiraju

    pre upotrebe.

    Kada pristupa ve upisanim podacima, disk se vrti veoma brzo, pa svaki deo njegovog obima

    moe brzo da se identifikuje. Ureaj prevodi zahtev za itanje u realnost. Nekada je lokacija

    cilindra/glave/sektora koju je izraunao raunar bila zaista mesto gde se podatak nalazio, ali

    dananji ureaji su sloeniji od onoga ime BIOS moe da rukuje, pa zato prevode zahteve

    BIOS-a koristei sopstveno preslikavanje.

    Dodeljivanje i praenje individualnih sektora podataka na velikim ureajima zahtevalo bi og-

    romnu koliinu dodatnog vremenskog optereenja, to bi prouzrokovalo slabu efikasnost. Da

    bi se poveala efikasnost, sektori sa podacima dodeljivani su u grupama koje se nazivaju

    klasteri. Broj sektora u klasteru zavisi od veliine klastera, koja sa svoje strane zavisi od ve-

    liine particije. Sledea tabela pokazuje mogunosti koje podrava sistem datoteka FAT 32

    operativnog sistema Windows 98:

    Veliina particije Veliina klastera FAT32

    3 GBajta - 7 Gbajta 4 Kbajta

    8 Gbajta - 16 Gbajta 8 Kbajta

    16 Gbajta - 32 Gbajta 16 Kbajta

  • 6

    Vea od 32 GBajta 32 Kbajta

    Kada raunar eli da proita podatak, operativni sistem izrauna gde se podatak nalazi na dis-

    ku. Da bi to uradio, on najpre proita tabelu rasporeivanja datoteka (file allocation table -

    FAT) na poetku particije, a zatim saoptava operativnom sistemu u kome sektoru i na kojoj

    stazi treba da pronae podatak. Sa tom informacijom glava moe da proita podatak.

    Kontroler diska upravlja servo-motorima ureaja i prevodi fluktuirajue napone sa glave u

    digitalne podatke za centralnu procesorsku jedinicu.

    Veoma esto naredni skup podataka koji treba da se proita nalazi se sekvencijalno lociran na

    disku. Zbog toga vrsti diskovi imaju ke memoriju, veliine izmeu 64 Kbajta i 1 Mbajta, u

    kojoj smetaju sve informacije koje se nalaze u sektoru ili cilindru, za sluaj da budu potreb-

    ne. To je vrlo efikasno reenje, jer poveava propusnu mo i skrauje vremena pristupa.

    vrsti disk takoe trai i servo informaciju, koja obezbeuje stalno auriranje lokacije glava.

    Posebna servo ploa je skupa, ali skrauje pristupna vremena, jer glave za podatke ne moraju

    da gube vreme na slanje servo informacija.

    Meutim, servo ploe i ploe za podatke mogu da se meusobno razdese zbog promena tem-

    perature. Da bi se to spreilo, ureaj se stalno samoproverava u procesu koji se zove termalna

    rekalibracija. Za vreme multimedijalnih reprodukcija ovo moe da prouzrokuje iznenadne

    pauze u prenosu podataka, to rezultuje isprekidanom audio reprodukcijom ili izgubljenim

    video kadrovima. Kada je servo informacija smetena na ploama za podatke, termalna

    rekalibracija nije potrebna. Zato veina ureaja diskova smeta servo informaciju meu

    podatke.

    Do poetka novog milenijuma najei nain povezivanja ureaja vrstog diska na PC raunar

    bio je preko EIDE ili SCSI interfejsa.

    Performanse

  • 7

    Performanse vrstog diska veoma su vane za ukupnu brzinu sistema - spor vrsti disk moe

    da omete brzi procesor kao nijedan drugi sastavni deo sistema; efektivna brzina diska od-

    reena je pomou vie inilaca.

    Glavni meu njima jeste brzina rotacije ploa. Broj obrtaja diska u minutu predstavlja kritian

    deo performansi vrstog diska, jer direktno utie na vreme kanjenja i brzinu prenosa

    podataka. to se disk bre vrti, vie podataka prolazi ispod magnetnih glava koje ih itaju; to

    je broj obrtaja u minutu manji, vea su mehanika kanjenja. vrsti diskovi se vrte samo

    jednom konstantnom brzinom i neko vreme veina brzih EIDE vrstih diskova dostizala je

    5400 obrtaja u minutu, dok su brzi SCSI ureaji mogli da postignu 7200 obrtaja u minutu.

    Firma Seagate je 1997. godine podigla brzinu na zapanjujuih 10033 obrtaja u minutu, kada je

    izbacila na trite svoj ureaj UltraSCSI Cheetah, a sredinom 1998. godine postala je prvi

    proizvoa koji je izbacio EIDE vrsti disk sa brzinom od 7200 obrtaja u minutu.

    Godine 1999. Hitachi je probio barijeru od 10000 obrtaja u minutu, predstavivi svoj SCSI

    ureaj Pegasus II. On se vrti brzinom od fantastinih 12000 obrtaja u minutu - to se prevodi

    u vreme kanjenja od 2,49 ms. Hitachi je za smanjivanje prekomerne toplote koja se razvijala

    zbog tako velike brzine obrtanja koristio jednu dovitljivu konstrukciju. U standardnom

    vrstom disku od 3,5 ina fizike ploe diska imale su prenik od 3 ina. Meutim, u ureaju

    Pegasus II veliina ploa bila je smanjena na 2,5 ina. Manje ploe su prouzrokovale manje

    trenje vazduha i tako smanjile koliinu toplote koju stvara ureaj. Pored toga, asija ureaja

    deluje kao svojevrstan hladnjak koji i sam pomae da se odvede stvorena toplota. Loa strana

    konstrukcije sastoji se u tome to su ploe manje pa imaju i manji kapacitet za podatke, to

    ima za posledicu poveanje visine ureaja. tavie, ureaj je trenutno raspoloiv samo

    proizvoaima originalne opreme koji ga koriste u vrhunskim radnim stanicama i serverima.

    Vreme kanjenja

    Mehanika vremena kanjenja, merena u milisekundama, ukljuuju i vreme pozicioniranja i

    rotaciono kanjenje. Vreme pozicioniranja definie se kao vreme koje je potrebno da glava za

    itanje/upisivanje pronae fiziku lokaciju podatka na disku. Vreme kanjenja je proseno

    vreme potrebno da se pristupi sektoru, rotacijom ispod glave, kada je ona ve pozicionirana.

    Ono se lako rauna iz brzine obrtanja osovine, kao polovina vremena jedne rotacije. Proseno

  • 8

    pristupno vreme ureaja jeste interval izmeu trenutka zahteva za podatkom od strane sistema

    i trenutka kada je podatak raspoloiv sa ureaja diska. Pristupno vreme ukljuuje stvarno vre-

    me pozicioniranja, rotaciono kanjenje i dodatno vremensko optereenje za obradu komande.

    Brzina prenosa podataka

    Brzina prenosa diska (koja se ponekad zove brzina medijuma) predstavlja brzinu kojom se

    podaci prenose ka medijumu diska (stvarnoj ploi diska) i od njega, a zavisi od frekvencije

    zapisivanja. Ona je obino izraena u megabajtima u sekundi (MBps). Moderni vrsti diskovi

    imaju poveani opseg brzina prenosa od unutranjeg prenika ka spoljanjem preniku diska.

    To je tehnika "zonskog" upisivanja. Kljuni parametri za upis na medijum, koji se odnose na

    gustinu po ploi, jesu broj staza po inu (Tracks Per Inch - TPI) i broj bita po inu (Bits Per

    Inch - BPI). Staza je cirkularni prsten oko diska. TPI je broj ovakvih staza koje mogu da stanu

    u oblasti date irine (jedan in). BPI definie koliko bitova moe da se upie na jednom inu

    staze na povrini diska.

    Brzina prenosa matinog raunara predstavlja brzinu kojom on moe da prenosi podatke

    preko IDE/EIDE ili SCSI interfejsa na centralnu procesorsku jedinicu. Obinije je da se na nju

    poziva kao na brzinu prenosa podataka (Data Transfer Rate - DTR), to moe biti izvor zabu-

    ne. Neki prodavci navode internu brzinu prenosa, odnosno brzinu kojom disk pomera podatke

    sa glave ka svojim unutranjim baferima. Drugi navode rafalnu brzinu prenosa podataka, od-

    nosno maksimalnu brzinu prenosa koju disk moe da dostigne pod idealnim okolnostima i za

    vrlo kratko vreme trajanja. Realno je mnogo vanije kolika je spoljanja brzina prenosa po-

    dataka, odnosno koliko brzo vrsti disk stvarno prenosi podatke u glavnu memoriju PC rau-

    nara.

    Najbolji dananji ureaji visokih performansi mogu da imaju proseno vreme kanjenja manje

    od 3 ms, proseno vreme pozicioniranja ispod 7 ms i maksimalnu brzinu prenosa podataka

    koja se pribliava 20 Mbajta u sekundi.

    Kapacitet

  • 9

    Od svoje pojave 1955. godine, industrija magnetskog zapisivanja je stalno i dramatino pove-

    avala performanse i kapacitet ureaja vrstog diska kako bi zadovoljila nezajaljive zahteve

    raunarske industrije za sve veom i boljom memorijom. Gustina areala kapaciteta memorije

    ureaja vrstog diska poveavala se istorijskom brzinom od priblino 27% godinje - dostiu-

    i vrhunac od 60% godinje devedesetih godina - to je kao rezultat krajem milenijuma do-

    velo do ureaja diskova sposobnih da smetaju informacije u opsegu od 600 do 700 Mbita po

    kvadratnom inu.

    Tehnologija glava za itanje/upisivanje, koja je najveim delom ovog perioda podravala in-

    dustriju ureaja vrstih diskova, zasnovana je na induktivnom naponu koji se proizvede kada

    se permanentni magnet (disk) pomera pored magnetskog jezgra obmotanog icom (glava).

    Prvobitne glave za zapisivanje bile su proizvoene namotavanjem ice oko ploastog gvozde-

    nog jezgra slinog elektromagnetima u obliku potkovice koji se mogu videti na asovima fi-

    zike u osnovnim kolama. Trino prihvatanje vrstih diskova, u sprezi sa zahtevima za pove-

    anu gustinu areala, dalo je krila stalnom napretku induktivnih glava za zapisivanje. Ovaj nap-

    redak je dostigao vrhunac u savremenim induktivnim glavama za itanje/upisivanje sa tankim

    filmom (thin-film inductive - TFI), koje se mogu proizvoditi u potrebnim obimima korie-

    njem procesora u poluprovodnikom stilu.

    Mada je bila smiljena tokom ezdesetih godina, TFI tehnologija je tek krajem sedamdesetih

    stvarno primenjena u komercijalno raspoloivom proizvodu. Glava za itanje/upisivanje TFI -

    koja se u sutini sastoji od magnetskog jezgra obmotanog icom koja proizvodi napona kada

    se pomera pored ploe magnetskog diska - nastavila je da bude industrijski standard sve do

    sredine devedesetih godina. Tada je postalo nepraktino poveavati gustinu areala na

    konvencionalan nain - poveavanjem osetljivosti glave na promene magnetskog fluksa

    dodavanjem namotaja na kalem TFI glave - jer je to poveavalo induktivnost glave do nivoa

    koji su ograniavali njenu sposobnost da upisuje podatke.

    Reenje je pronaeno u fenomenu koji je otkrio lord Kelvin 1857. godine - da se otpornost

    feromagnetne legure menja u zavisnosti od primenjenog magnetskog polja, to je poznato kao

    efekat anizotropne magnetne otpornosti (AMR).

    Tehnologija MR

  • 10

    Godine 1991. rad firme IBM na tehnologiji AMR doveo je do razvoja MR (magneto-otpor-

    nih) glava, sposobnih da postignu gustinu areala koja se traila kako bi se podrao stalni rast

    industrije ureaja diskova u kapacitetu i performansama. Time se zaobilo osnovno

    ogranienje TFI glava - injenica da su te glave morale naizmenino da izvode konfliktne

    zadatke upisivanja podataka na disk i itanja prethodno upisanih podataka - usvajanjem

    konstrukcije u kojoj su elementi za upisivanje i itanje bili razdvojeni, to je dozvoljavalo

    svakom od njih da bude optimizovan za svoju posebnu funkciju.

    U MR glavi element za upisivanje je konvencionalna TFI glava, dok je element za itanje sas-

    tavljen od tanke trake magnetskog materijala. Otpornost trake menja se u prisustvu magnet-

    skog polja, proizvodei jak signal sa malim pojaanjem uma i dozvoljavajui znaajna pove-

    anja u gustinama areala. Dok disk prolazi pored elementa za itanje, elektronika ureaja dis-

    ka detektuje i dekodira promene u elektrinoj otpornosti prouzrokovanoj obrnutim magnet-

    skim polarnostima. Vea osetljivost MR elementa za itanje obezbeuje vei izlaz signala po

    jedinici irine staze za upisivanje na povrini diska. Magneto-otporna tehnologija ne samo to

    dozvoljava da vie podataka bude smeteno na diskove, nego koristi i manje sastavnih delova

    od drugih tehnologija za postizanje odreenog kapaciteta.

    MR element za itanje manji je od TFI elementa za upisivanje. U stvari, MR element za ita-

    nje moe da se napravi da bude ui od staze za podatke, tako da iako je glava malo van staze

    ili razdeena, ona e i dalje ostati nad stazom i biti sposobna da proita podatke koji su tu

    upisani. Male dimenzije MR elementa za itanje takoe ga spreavaju da pokupi

    interferenciju izvan staze sa podacima, to ide u raun poeljnom velikom odnosu signal-um

    glava izraenih po MR tehnologiji.

    Proizvodnja MR glava moe da predstavlja izvesne tekoe. Elementi MR od tankog filma

    izuzetno su osetljivi na elektrostatika pranjenja, to znai da treba preduzeti specijalne pre-

    ventivne mere kada se radi sa ovim glavama. One su takoe osetljive na zagaenja i, s obzi-

    rom na materijale koji se koriste za njihovu konstrukciju, podlone koroziji.

    Tehnologija GMR

  • 11

    "Dinovska" magneto-otporna tehnologija izrade glava (Giant Magneto-Resistive - GMR)

    zasniva se na postojeoj tehnologiji itanja/upisivanja pronaenoj u TFI i anizotropnoj MR,

    proizvodei glave koje mogu da imaju veu osetljivost na promenljivu magnetizaciju diska i

    rade pomou rasejanja elektrona zavisnog od spina. Tehnologija moe da obezbedi izvanred-

    ne gustine podataka i brzine prenosa koje su potrebne kako bi se odrao korak sa napretkom u

    brzinama procesorskih generatora takta, pomou kombinovanja kvantne mehanike i precizne

    proizvodnje, to daje gustine areala za koje se oekuje da dostignu 10 Gbajta po kvadratnom

    inu 2001. godine i 40 Gbajta po kvadratnom inu 2004. godine.

    U MR materijalu, legurama nikla i gvoa, provodni elektroni kreu se manje slobodno (zbog

    eih sudara sa atomima) kada je njihov pravac kretanja paralelan sa magnetskom orijen-

    tacijom materijala. To je "MR efekat" koji je otkriven 1988. godine. Kada se elektroni manje

    slobodno kreu u materijalu, njegova otpornost je vea. Senzori GMR koriste kvantnu prirodu

    elektrona, koji imaju dva pravca spina - spin nagore i nadole. Provodni elektroni sa pravcem

    spina paralelnim sa magnetskom orijentacijom filma kreu se slobodno, proizvodei malu

    elektrinu otpornost. Nasuprot tome, kretanje elektrona sa suprotnim pravcem spina spreava-

    no je eim sudarima sa atomima u filmu, to proizvodi veu otpornost. Firma IBM je

    razvila strukture nazvane spinski ventili, u kojima je fiksiran jedan magnetski (Co GMR)

    film. To znai da je fiksirana njegova magnetska orijentacija. Drugi magnetski film, ili

    senzorski (NiFe GMR) film, ima slobodnu, promenljivu magnetsku orijentaciju. Ovi filmovi

    su vrlo tanki i veoma blizu jedan drugome, to dozvoljava da se elektroni bilo kog pravca

    spina pomeraju tamo-amo izmeu filmova. Promene u magnetskom polju koje potie od diska

  • 12

    prouzrokuju rotaciju magnetske orijentacije filmova senzora, to sa svoje strane poveava ili

    smanjuje otpornost cele strukture. Mala otpornost pojavljuje se kada su senzor i fiksirani

    filmovi magnetski orijentisani u istom smeru, jer se elektroni sa paralelnim pravcem spina

    slobodno pomeraju u oba filma.

    Vea otpornost se pojavljuje kada su magnetske orijentacije senzorskog i fiksiranog filma

    suprotne jedna drugoj, zato to je kretanje elektrona bilo kog pravca spina spreavano jednim

    ili drugim filmom. Senzori GMR mogu da rade u znaajno veim gustinama areala od senzora

    MR, jer je njihova promena u procentima otpornosti vea, to ih ini osetljivijim na magnet-

    ska polja sa diska.

    Savremeni GMR vrsti diskovi imaju gustinu smetanja podataka od 4,1 Gbita po kvadratnom

    inu, mada su eksperimentalne GMR glave ve radile na gustinama od 10 Gbita po kvadrat-

    nom inu. Ove glave imaju debljinu senzora od 0,04 mikrona i firma IBM izjavljuje da e

    smanjivanje debljine senzora na 0,02 mikrona - sa novim konstrukcijama senzora - omoguiti

    gustine od 40 Gbita po kvadratnom inu. Prednost veih gustina zapisa sastoji se u tome to

    diskovima mogu da se smanje fizike dimenzije i potronja elektrine energije, a to poveava

    brzine prenosa podataka. Sa manjim diskovima za isti kapacitet, u kombinaciji sa lakim

    glavama za itanje/upisivanje, brzine obrtanja osovina mogu jo da se poveavaju i da tako

    minimizuju mehanika kanjenja prouzrokovana potrebnim pokretanjima glave.

    Firma IBM proizvodi jedinstvene glave za itanje/upisivanje u kojima je implementirana

    GMR tehnologija od 1992. godine. One se sastoje od induktivnog elementa za upisivanje sa

    tankim filmom i elementa za itanje. Element za itanje se sastoji od MR ili GMR senzora iz-

  • 13

    meu dva magnetska tita. Magnetski titovi veoma smanjuju neeljena magnetska polja koja

    dolaze sa diska; MR ili GMR senzor u sutini "vidi" samo magnetsko polje od upisanog bita

    podatka koji treba da se proita. U jedinstvenoj glavi drugi magnetski tit takoe radi kao je-

    dan pol induktivne glave za upisivanje. Prednost odvojenih elemenata za itanje i upisivanje

    lei u tome to oba elementa mogu da se optimizuju posebno. Jedinstvena glava ima jo pred-

    nosti. Ona je jevtinija za proizvodnju, jer zahteva manje proizvodnih koraka. Najzad, ona bo-

    lje radi u ureaju vrstog diska, jer je manje rastojanje izmeu elemenata za itanje i

    upisivanje.

  • VODI KROZ PC TEHNOLOGIJU

    VRSTI

    DISKOVI

    II

    Prevod sa engleskog: Dr Radomir Jankovi

  • 2

    IDE Jedan od najstarijih i najznaajnijh standarda uvedenih u PC hardver bio je IDE (Integrated drive electronics - elektronika integrisanih ureaja), standard koji upravlja razmenom podata-ka izmeu procesora i vrstog diska. IDE koncept su najpre uveli Western Digital i Compaq 1986. godine kako bi prevazili ogranienja performansi ranijih podsistema kao to su ST506 i ESDI. Sam termin IDE ne oznaava konkretno standard hardvera ve predstavlja predloge ukljuene u industrijski prihvaenu specifikaciju za sprege (interfejse) poznatu kao ATA (AT Attachment). Paralelni ATA standard razvijen je iz originalne IBM-ove sprege Advanced Technology (AT) i odreuje skup komandi i registara za spregu, stvarajui univerzalni stan-dard za komunikaciju izmeu diska i PC raunara. Jedna od glavnih novina koje je uvedena pomou IDE standarda je objedinjavanje funkcija kontrolera na samom disku. Odvajanje upravljake logike od sprege omoguilo je proizvoa-ima diskova da nezavisno poboljaju rad svojih ureaja jer u samu ATA spregu nisu bile ug-raene karakteristike za poboljavanje rada. IDE diskovi se prikljuuju direktno na sistemsku magistralu bez potrebe za odvojenim kontrolerom na magistrali, ime se smanjuje ukupna cena. Masovna prihvaenost IDE standarda zasniva se na njegovoj mogunosti da slui potrebama trita ispunjavajui dva vana kriterijuma: cenu i kompatibilnost. Narednih godina, ova dva inioca bila su veini korisnika PC raunara vanija od visokih performansi i zahvaljujui tome IDE je ubrzo ustanovljen kao rairen trini standard. Od uvoenja ATA standarda PC raunar se znaajno promenio. IDE specifikacija je projekto-vana da podri dva unutranja vrsta diska, svaki sa maksimalnim kapacitetom od 528 Mbajta, a 1986. godine inilo se da ta gornja granica nadmauje sve zamislive potrebe koris-nika. Ali za deset godina uvedeni su bri procesori i nova tehnologija lokalnih magistrala (VLB i PCI) i to je, u kombinaciji sa sve zahtevnijim softverom, uinilo IDE spregu uskim grlom sistema. EIDE Godine 1993. Western Digital je izbacio na tri-te spregu EIDE (Enhanced IDE - poboljani IDE). EIDE je standard projektovan da prevazie ogranienja ATA, istovremeno zadravajui kompatibilnost sa prethodnim ureajima. EIDE podrava bri prenos podataka (sa Fast ATA sposobnim za brzine prenosa neprekidnih grupa podataka do 16,6 Mbajta u sekundi) i vei kapa-citet diskova, do 137 GBajta od sredine 1998. godine, kada je prevaziena prethodna granica od 8,4 GBajta. Na EIDE sistemu se sa etiri mogua ureaja upravlja pomou dva kanala. Svaki kanal podr-ava dva ureaja u konfiguraciji nadreeni/podreeni. Primarni prikljuak je obino povezan sa lokalnom magistralom (na primer PCI) i to na istu adresu za postavljanje zahteva za preki-dom kao to je to bilo na standardnom IDE sistemu. Ovo osigurava kompatibilnost unazad sa IDE sistemima i spreava konflikte koji bi inae izbili sa softverom operativnog sistema ili

  • 3

    drugim softverom koji komunicira sa IDE ureajem. Stari IDE sistem mora biti podeen tako da se nosi sa poboljanjima na EIDE sistemu (vie performanse i poveani kapacitet vrstog diska), a to omoguava dodatni softver. Kada je matinom raunaru potrebno da podaci budu proitani ili zapisani, operativni sistem prvo odreuje gde su podaci smeteni na vrstom disku - broj glave, cilindar i identifikacija sektora. Operativni sistem onda predaje komandu i upuuje informaciju kontroleru diska koji postavlja glave za itanje/zapisivanje na pravu stazu. Kako se disk okree, odgovarajua glava ita adresu svakog sektora na stazi. Kada se eljeni sektor pojavi ispod glave za ita-nje/zapisivanje, potrebni podatak se uitava u bafer za skrivenu memoriju, obino u blokovi-ma od po 4 Kbajta. Konano, ip za spregu vrstog diska alje podatak matinom raunaru. Mogunost da se podravaju periferijski ureaji koji ne primaju diskove, kao to su CD-ROM ureaji i ureaji s magnetnom trakom, otvorena je pomou specifikacije ATAPI (AT Attachment Packet Interface - sprega koju koriste raunari IBM PC za pristup CD-ROM ureajima), koju je definisao Western Digital. ATAPI proirenje ATA protokola definie poseban skup komandi i poseban skup registara koji dozvoljavaju drugim ureajima da dele ATA magistralu sa tradicionalnim ATA karticama diska. ATAPI obuhvata i nekoliko komandi koje su specifine za CD-ROM ureaje, ukljuujui i grupu komandi Read CD, kao i komandu za biranje brzine CD ureaja. Kao i ATAPI, i EIDE podrava standarde prenosa koje je razvio ATA Komitet. Reimi pro-gramiranog ulaza/izlaza PIO (Programmed Input/Output) predstavljaju niz protokola koje koriste ureaj i IDE kontroler kako bi mogli da razmenjuju podatake pri razliitim brzinama, to odreuje specifikacije za uee centralne procesorske jedinice u razmeni podataka izmeu vrstog diska i memorije. Mnogi ureaji podravaju i operaciju direktnog pristupa memoriji (DMA - Direct Memory Access) kao alternativni protokol za PIO reime. Tada ureaj preuzima magistralu (bus mastering) i prosleuje podatak direktno do sistemske memorije. Ovo je bolje za PC raunare za vieprocesnu obradu zadataka, poto centralna procesorska jedinica moe da obavlja druge poslove dok je prenos podataka u toku, iako, dok je PCI magistrala u upotrebi, centralna procesorska jedinica moe da koristi memoriju i ISA magistrale samo u sistemima koji koriste Triton HX/VX ili novije skupove ipova. Upravljaki program operativnog sistema za podrku pogonskog ureaja je potreban za DMA, a BIOS (basic input/output system - osnovni ulazni/izlazni sistem) takoe mora podravati ove specifikacije da bi se njima sluio. Kasnije je industrija vrstih diskova usvojila nekoliko naina za dalje poboljanje performan-si. Prvi je bio poveanje kapaciteta ureaja. Ovo je postignuto tako to su staze na disku postavljane blie jedna drugoj (gustina traka) i tako to su se podaci zbijenije upisivali na svaku stazu (linearna gustina). Brzine unutranjeg prenosa podataka znatno su poveane time to je vie podataka uinjeno dostupnim tokom svake rotacije. Zatim je usledilo nekoliko mera koje su preduzimali pojedini proizvoai za dalje poveavanje brzina prenoenja podataka, na primer, proizvodnja jedinica sa veim brojem obrtaja u minutu ili izmena algoritama za rad sa baferima skrivene memorije. Poslednji korak bila je izmena samog ATA/IDE protokola. Originalna specifikacija ATA sluila je za prikljuivanje ureaja na ISA magistralu i prenosi matinog raunara bili su ogranieni na 2-3 Mbajta u sekundi. Novija ATA-2 (ili Fast ATA) sprega, prikljuena na lokalnu magistralu, a vee irine propusnih opsega dostupne na arhi-tekturama sa lokalnim magistralama, znaajno je poboljala propusnu mo podataka. Poto je

  • 4

    sistemima i prodavcima ureaja dozvoljeno da svoje proizvode oznaavaju kao EIDE ak i ako podravaju samo podskup njegovih specifikacija, neki od njih koriste naziv Fast ATA (AT Attachment) za svoje EIDE vrste diskove koji podravaju PIO Mode 3 i Multiword Mode 1 DMA, i Fast ATA-2 za ureaje koji podravaju PIO Mode 4 i Multiword Mode 2 DMA. Ultra ATA U drugoj polovini 1997. godine granica EIDE od 16,6 Mbajta u sekundi udvostruena je na 33 Mbajta u sekundi uz pomo novog protokola Ultra ATA (takoe nazivanog i ATA-33 ili Ultra DMA mode 2 protocol). Uz poveanje brzine prenosa podataka, protokol Ultra ATA je poboljao i integritet podataka koristei kd za otkrivanje greaka tokom prenosa podataka, nazvan ciklina provera redundantnosti (CRC - Cylindrical Redundancy Check). Originalna ATA sprega zasnovana je na tranzistorsko-tranzistorskoj logici (TTL) tehnologije magistralnih sprega, koja je, opet, zasnovana na starom magistralnom protokolu standardne industrijske arhitekture (ISA - Industry Standard Architecture). Ovaj protokol koristi metod asinhronog prenosa podataka. I signali podataka i signali komandi alju se preko signalnog impulsa zvanog takt, ali signali podataka i komandi nisu meusobno povezani. Samo jedna vrsta signala (podatak ili komanda) moe biti poslata istovremeno, to znai da zahtev za po-datkom mora biti zavren pre nego to se komanda ili neka druga vrsta signala poalje putem istog takta. Uvoenjem ATA-2 poeo je da se koristi efikasniji sinhroni metod prenoenja podataka. U sinhronom reimu ureaj kontrolie takt i sinhronizuje signale podataka i komandi sa prednjom ivicom sva-kog impulsa. Sinhroni prenosi podataka interpretiraju prednju ivi-cu impulsa kao separator signala. Svaki impuls takta moe da nosi jedan signal podatka ili komande, dozvoljavajui pri tom da se po-daci i komande slobodno rasporede du takta. Da bi se poboljale performanse u ovom okruenju, logino je poveati brzinu takta. Bri takt znai i bri prenos podataka, ali sa porastom brzine takta sistem postaje sve osetljiviji na elektromagnetske smetnje (EMI - electro-magnetic interference, takoe poznato kao smetnje na signalu ili um), to moe da izazove kvarenje podataka i greke prilikom njihovog prenosa. ATA-2 ukljuuje PIO reim 4 ili DMA reim 2, koji su, zajedno sa pojavom Intelovog skupa ipova Triton 1994. godine, omoguili podrku za vee brzine prenosa podataka od 16,6 Mbajta u sekundi. U okviru ATA-4 je i protokol Ultra ATA koji, pokuavajui da izbegne EMI, postie najvee postojee brzine takta koristei i prednju i zadnju ivicu takta kao separator signala. Tako se istom brzinom takta i u istom vremenskom intervalu prenese dva puta vie podataka. Dok ATA-2 i ATA-3 dostiu brzine prenosa neprekidne grupe podataka do 16,6 Mbajta u sekundi, kod Ultra ATA ova se brzina kree do 33,3 Mbajta u sekundi. ATA-4 specifikacija dodaje Ultra DMA reim 2 (33,3 Mbajta u sekundi) prethodnim PIO reimima 0-4 i tradicionalnim DMA reimima 0-2. Ciklina provera redundantnosti (CRC) ugraena u Ultra DMA bila je novina za ATA. Vrednost CRC izraunali su, na osnovu neprekidne grupe podataka, i matini raunar i kontroler vrstog

  • 5

    diska, pa je ona zapamena u njihovim pojedinanim CRC registrima. Na kraju svake neprekidne grupe podataka matini raunar alje sadraje svog CRC registra kontroleru vrstog diska, a ovaj ih uporeuje sa svojim vrednostima. Ako kontroler vrstog diska prijavi matinom raunaru greku, ovaj ponovo izdaje komandu koja je stvorila CRC greku. ATA-5 obuhvata Ultra ATA/66 koji udvostuava brzinu prenosa neprekidne grupe podataka Ultra ATA tako to smanjuje vremena uspostavljanja ivica impulsa i poveava brzinu takta. Vee brzine takta poveavaju elektromagnetne smetnje i one se ne mogu otkloniti standardnim kablom od 40 pina koji koriste ATA i Ultra ATA. Da bi se uklonio ovaj porast elektromagnetnih smetnji, razvijen je novi 40-pinski 80-ilni kabl. Ovaj kabl uvodi 40 dodatnih linija uzemljenja izmeu svake od ve postojeih 40 linija uzemljenja i signala. Tih dodatnih 40 linija pomae u zatiti signala od elektromagnetnih smetnji. Novi konektor je ostao kompatibilan sa postojeim 40-pinskim hederima, a jedinice vrstog diska Ultra ATA/66 kompatibilne su sa Ultra ATA/33, DMA, sa starijim diskovima EIDE/IDE, CD-ROM ureajima i sistemima matinih raunara. Specifikacija ATA-5 uvodi novi kd za otkrivanje greaka pomou cikline provere redundantnosti (CRC) i dodaje Ultra DMA reime 3 (44,4 Mbajta u sekundi) i 4 (66,6 Mbajta u sekundi) prethodnim PIO reimima 0-4, DMA reimima 0-2 i Ultra DMA reimu 2. Tabela koja sledi pokazuje da se nekoliko komponenti poboljalo usavravanjem ATA sprege, ostvarujui sve veu brzinu i funkcionalnost, od vremena kada se pojavila prva ATA specifikacija, 1981. godine:

    Specifikacija ATA ATA-2 ATA-3 ATA/ATAPI-4 ATA/ATA

    PI-5

    Reimi prenosa PIO 1 PIO 4 DMA 2 PIO 4 DMA 2

    PIO 4 DMA 2

    UDMA 2 /

    Maksimalna brzina prenosa

    4 Mbajta u

    sekundi

    16 Mbajta u sekundi

    16 Mbajta u sekundi

    33 Mbajta u sekundi

    66 Mbajta u sekundi

    Maksimalan broj veza 2 2 2 2 po kablu 2 po kablu

    Kabl 40-pinski 40-pinski 40-pinski 40-pinski 40-pinski, 80-ilni CRC Ne Ne Ne Da Da Godina uvoenja 1981 1994 1996 1997

    Specifikacija Ultra ATA/100 - za koju se oekivalo da e biti poslednja generacija paralelnih ATA sprega pre nego to u industriji dovre njen prelaz u serijsku ATA spregu - najavljena je za 2000. godinu. Nova specifikacija, nazivana i Ultra DMA reim 5, koristi isti 40-pinski, 80-ilni kabl, koji se prvo pojavio kod sprega Ultra ATA - 66, i poveava brzine prenosa neprekidne grupe podataka do najvie 100 Mbajta u sekundi tako to smanjuje pridruene vremenske zahteve i napon signala sa 5V na 3,3V. Serijska ATA sprega U poslednjih nekoliko godina, pojavile su se dve alternativne tehnologije serijskih sprega kao

  • 6

    mogua zamena za paralelnu ATA spregu. To su univerzalna serijska magistrala (USB - Uni-versal Serial Bus) i IEEE 1394. Meutim, nijedna od ovih sprega nije pruala kombinaciju niske cene i visokih performansi koja je bila klju uspeha tradicionalne paralelne ATA sprege. Ali, uprkos svom uspehu, paralelna ATA sprega ima niz nedostataka u projektu. Veina tih nedostataka je uspeno prevaziena. Ipak, neki su ostali i zato je 1999. godine formirana rad-na grupa Serial ATA, koju su inile firme APT Technologies, Dell, IBM, Intel, Maxtor, Quantum i Seagate Technologies. On je osnovana da bi zapoela rad na serijskoj ATA memorijskoj sprezi za jedinice vrstog diska i ATAPI ureaje (ATA packet interface), koja je trebalo da zameni postojeu paralelnu ATA spregu. U poreenju sa paralelnom, serijska ATA sprega imae nie signalne napone, manji broj pinova, bie bra i robustnija i imae mnogo krai kabl. Ona e takoe biti potpuno softverski kompatibilna sa paralelnom ATA spregom i obezbeivae kompatibilnost unazad sa ranijim paralelnim ATA i ATAPI ureajima. Ovo e se postii ili upotrebom skupova ipova koji podravaju paralelne ATA ureaje povezane sa posebnim komponentama koje podravaju serijske ATA ureaje ili upotrebom serijskih i paralelnih hardverskih kljueva koji prilagoavaju paralelne ureaje serijskom kontroleru, odn. serijske ureaje paralelnom kontroleru. Osnovne prednosti serijske ATA sprege nad paralelnom ATA spregom podrazumevaju: Smanjenja napona i broja pinova. Zahtev serijske ATA sprege za niskim naponom (500

    mV dvostruke amplitude) uspeno e ublaiti sve manje prilagodljiv signalni zahtev od 5 V koji usporava postojeu paralelnu ATA spregu.

    Krai kablovi koje je lake usmeriti. Ukidanje ogranienja u duini kablova - serijska

    ATA arhitektura zamenjuje iroki, trakasti kabl paralelne ATA sprege tankim, savitljivim kablom duine do 1 metar. Serijski kabl je krai, lake se usmerava unutar asije PC ra-unara i otklanja potrebu za velikim i kabastim 40-pinskim prikljucima koje zahteva pa-ralelna ATA sprega. Kabl malog prenika takoe e poboljati protok vazduha unutar a-sije PC sistema i olakae projektovanje manjih PC sistema u budunosti.

    Poboljana robustnost podataka. Serijska ATA sprega omogui e detaljniju proveru i is-

    pravljanje greaka od onoga to trenutno nudi paralelna ATA sprega. Serijska magistrala moe garantovati integritet komandi i podataka prenesenih od jednog do drugog kraja.

    Oekuje se da e se prva generacija serijske ATA sprege pojaviti 2001. godine, sa podrkom za brzine prenosa podataka koje se kreu do 150 Mbajta u sekundi. Kod kasnijih verzija ove specifikacije oekuje se poveanje performansi koje e omoguiti podrku brzina prenosa podataka od 300 Mbajta u sekundi, a kasnije i 600 Mbajta u sekundi. Granica od 8,4 Gbajta Kada je razvijen prvi PC raunar, konstruktori su morali da odlue koliko e bajtova biti na-menjeno za adresiranje pojedinanih memorijskih lokacija unutar sistema, ukljuujui i me-moriju vrstog diska. Takoe je bilo neophodno odrediti kakva e biti struktura adresnih baj-tova da bi se pristupilo toj memoriji. U poetku, ti bajtovi su bili podeljeni u lokacije adresa

  • 7

    cilindra, glave i sektora (CHS - cylinder, head, sector), koje su bile direktno povezane sa fizi-kim rasporedom vrstih diskova. Naalost, konstruktori sistema BIOS (Basic Input/Output System - osnovni ulazni/izlazni sistem) i sprege ATA (Advanced Technology Attachment - sprega za naprednu tehnologiju) nisu postavili sve bajtove za adresiranje na isti nain niti su odredili isti broj bajtova za adresiranje cilindra, glave i sektora. Zbog razlika u konfiguracijama CHS, potrebno je prevoenje adrese kada je podatak poslat iz sistema (koji koristi BIOS) i ATA sprege. To je prouzrokovalo probleme na ureajima kapaciteta od 528 Mbajta, 4,2 Gbajta i, u poslednje vreme, na 8,4 Gbajta. Granica od 8,4 Gbajta obuhvata ceo adresni prostor definisan za sistem BIOS. Veina PC sis-tema je ograniena za pristup ureajima kapaciteta od 8,4 Gbajta ili manje (7,9 Gbajta kod ne-kih sistema). BIOS ovih sistema nema odgovarajue adresne lokacije za pristup kapacitetima veim od 8,4 Gbajta. To je zato to postojea ATA sprega koristi adresiranje od 28 bita, koje podrava ureaje od 228 x 512 bajta (137 Gbajta). Naalost, veina sistema BIOS koristi adresiranje od 24 bita, koje dozvoljava pristup samo kapacitetima od 224 x 512 bajta ili 8,4 Gbajta. (Kada se ovaj broj pomnoi, dobije se zapravo 8,6 Gbajta, ali zbog naina na koji BIOS koristi bit, dostupno je samo 8,4 Gbajta). Kada sistem eli da zapisuje podatke na disk ili da ih uitava sa njega, BIOS mora da koristi softverski prekid. Glavni prekid koji se koristi da bi se pristupilo jedinici vrstog diska jeste prekid 13h. Ovom prekidu dodeljena su 24 bita za adresiranje, to dozvoljava sistemu da pristupi samo kapacitetu od 8,4 Gbajta na disku. Konstruktori sistema su bili svesni ovog ogranienja, pa su zato definisali proirenja za prekid 13. Ovo doputa etvorostruku re (64 bita za adresiranje), a to je isto to i 264 x 512 bajta (9,4 x 1021 bajta), ili 9,4 tera gigabajta, ili preko trilion puta vie od ureaja od 8,4 Gbajta. Veoma malo sistema projektovanih pre sredine 1998. godine dobro podrava proirenja za BIOS-ov prekid 13; na sreu, postoji nekoliko naina na koje se ovaj problem moe reiti. Meutim, to nije sve, poto postoji jo jedno ogranienje koje utie na korisnika, a ne moe se ispraviti auriranjem BIOS-a. To je posledica ogranienja svojstvenog operativnim sistemima. Najee su korieni Windows 3.x i Windows 95. Veina verzija ovih operativnih sistema podrava samo maksimalnu veliinu particije od 2,1 Gbajta. To znai da e ureaji kapaciteta preko 2,1 Gbajta morati da se podele u nekoliko logikih jedinica, C:, D: itd. Za ureaje kapa-citeta 8,4 Gbajta bie potrebno najmanje etiri logike jedinice diska. Mikrosoft je kao reenje ponudio podrku proirenog sistema datoteka. Ovo poveava broj adresnih bitova u tabeli rasporeivanja datoteka (FAT - File Allocation Table) sa 16 (FAT16) na 32 bita (FAT32), to doputa mnogo vee logike jedinice diska kapaciteta do 2,2 Tbajta. Novi proireni sistem datoteka ima podrku jedino u OSR2.x verziji Windows 95, koja se mogla nabaviti samo kod proizvoaa sistema i nije bila u masovnoj prodaji kao nadgradnja postojeim sistemima. Windows 98 takoe podrava ovaj sistem datoteka. Oekuje se da e se sledee ogranienje na ATA sprezi pojaviti kod kapaciteta od 137 Gbajta, kada 28 bitova za adresiranje na ATA magistrali postane nedovoljno. SCSI Kao to je sluaj sa veinom specifikacija u svetu raunara, originalna SCSI (ita se "skazi") specifikacija (SCSI - Small Computer Systems Interface - interfejs malih raunarskih sistema) zavrena je poto je ve otpoeo rad na boljoj verziji (SCSI-2). Nastala je kao rezultat po-kuaja Shugarta i NCR-a da razviju novu spregu za male raunare. U osnovi sprege bio je, i

  • 8

    jo uvek jeste, skup komandi koje kontroliu prenos podataka i komunikaciju meu ure-ajima. Te komande predstavljale su prednost SCSI-ja, zato to su uinile spregu inteligentnom, ali su istovremeno postale i njena glavna mana, poto nije bilo dovoljno standarda za skup komandi koji bi bio zaista koristan proizvoaima ureaja. Zbog toga je sredinom osamdesetih godina, a da bi standardizovale SCSI komande, razvijeno proirenje CCS (Common Command Set). SCSI je, kao i EIDE, magistrala koja kontrolie protok podataka (I/O) izmeu procesora rau-nara i njegovih periferijskih ureaja, najee vrstih diskova. Za razliku od EIDE, SCSI zahteva spregu koja je povezuje sa PCI ili ISA magistralom PC raunara. To nije kontroler ve, kako se ispravno kae, adapter matinog raunara. Pravi kontroleri su ugraeni u svaki SCSI ureaj. Oni povezuju SCSI periferijske ureaje sa SCSI magistralom preko adaptera matinog raunara. Najvea prednost SCSI-ja jeste broj ureaja kojima moe da up-ravlja. Dok su IDE sprege ogra-niene na dva diska, a dananje EIDE sprege na etiri ureaja (to mogu biti vrsti diskovi i CD-ROM), SCSI kontroler moe da kontrolie do osam ureaja (ukljuujui i karticu za adapter matinog raunara, koja se ubraja u ureaje). ta vie, ureaji mogu biti razliiti, kako vrsti diskovi i CD-ROM tako upisivi kompakt diskovi (CD-R - compact disc recordable), optike jedinice diska, tampai, skeneri, menjai medijuma, mrene kartice itd. Svaki ureaj u lancu, ukljuujui i matini raunar, mora da bude identifikovan jedinstvenim ID brojem. Dva SCSI uredaja ne smeju koristiti isti ID broj, ali ne moraju da budu numerisani po redu. Veina SCSI adaptera matinog raunara ima unutranje i spoljanje prikljuke, sa mogunou da se lanac proiri u jednom ili oba pravca. Nema veze izmeu ID brojeva i fizikih poloaja na magistrali, ali oba kraja moraju biti elektrino "zavrena" pomou otpornika, kako bi se spreila refleksija signala i obezbedio integritet podataka du kabla velike duine. Ima vie varijanti zavretaka, od fizikih kratkospojnika ili prikljuaka do softverskih konfiguracija. Vanilla SCSI podrava do osam ureaja, koristei pri tom ID brojeve od 0 do 7. Po pravilu, kontrolni adapter matinog raunara ima ID broj 7 i aktivira operativni sistem sa ureaja sa najmanjim ID brojem. Veina SCSI sistema postavlja vrsti disk za aktiviranje sistema na ID broj 0, ostavljajui brojeve od 1 do 6 slobodne za druge ureaje koji sistem ne aktiviraju. Kada se SCSI sistem pokrene, izlazi spisak svih ureaja na magistrali sa njihovim ID brojevima.

  • 9

    SCSI adaper matinog raunara preuzima hardversku liniju zahteva za prekidom (IRQ - interrupt request), ali ne i ureaji prikljueni na karticu, to znaajno poveava mogunost proirenja. U stvari, mogue je dodati drugu SCSI karticu za jo sedam ureaja. Jo bolje, dvokanalna SCSI kartica preuzima samo jedan zahtev za prekidom, a kontrolie do 15 periferijskih ureaja. Evolucija SCSI SCSI-1, originalni standard iz 1986. godine, sada je zastareo. On je koristio asinhroni prenos podataka, kod koga su matini raunar i ureaj, od kojih nijedan nije mogao da iskoristi mak-simalni potencijal onog drugog, sporo razmenjivali po 8 bita istovremeno, obezbeujui irinu propusnog opsega od 3 Mbajta u sekundi. SCSI-1 je doputao najvie osam ureaja - adapter matinog raunara i do sedam vrstih diskova. Kod sinhronog prenosa podataka, matini raunar i ureaj zajedniki odreuju najveu brzinu prenosa koju mogu da podre. Na specifikaciji SCSI-2 poelo se raditi 1986. godine, a Ameriki institut za nacionalne standarde (ANSI - American National Standards Institute) konano je odobrio ovaj standard 1994. godine. Specifikaciju SCSI-2 karakterisali su sinhroni prenos podataka, poveavanje irine propusnog opsega na 5 Mbajta u sekundi i dodatne specifikacije koje su omoguavale prikljuenje i drugih ureaja pored vrstih diskova, to je ovom standardu dalo ulogu sprege za vie ureaja. SCSI-2 je uveo i dva opciona poveanja brzina: udvostruenje signalne brzine na 10 MHz (brzi SCSI - fast SCSI) i dodavanje drugog "P" kabla na SCSI magistralu, ime su omogueni prenosi podataka od 16 ili 32 bita (iroki SCSI - wide SCSI). Ove dve opcije mogu da se ko-riste odvojeno ili zajedno u okviru brzog irokog SCSI-ja (fast wide SCSI), koji odrava br-zinu prenosa na 20 Mbajta u sekundi. iroki SCSI adapteri mogu da podravaju do 16 ureaja u jednostrukom lancu, sa ID brojevima od 0 do 15. Posle SCSI-2 stvari postaju pomalo zbunjujue. Specifikacija SCSI-3, skicirana 1996. godine, deli SCSI na nekoliko standarda. To su: specifikacija paralelne sprege, koja upravlja radom SCSI kablova model arhitekture koji definie instrukcije potrebne da bi se izvrio prenos podataka specifikacija primarnih komandi, koja postavlja komande svim SCSI ureajima, i specifikacije za tipove ureaja to je najvanije, SCSI-3 otklanja potrebu za drugim kablom za brzi ili iroki SCSI i dodaje podrku za kabl od optikih vlakana. Jo jedan dodatak je i SCAM (SCSI configuration auto-magically), koji reava jednu od uobiajenih albi na SCSI - da ga je teko instalirati i konfi-gurisati. Kao podskup opcije prikljui-i-radi (Plug and Play), SCAM doputa SCSI ureaje sa automatskim konfigurisanjem koji sami biraju svoje ID brojeve, a ne runu dodelu ID broje-va, kao kod SCSI-1 i 2. SCSI-3 takoe doputa i automatsko zavravanje. Ultra SCSI (takoe poznato kao Fast-20) predstavlja proirenje za SCSI-2. Ono je ponovo udvostruilo signalne brzine, sada na 20 MHz, na raun skraivanja SCSI magistrale na 1,5 m. Ultra SCSI-2 (poznat i kao Fast-40) predstavlja najnovije i najbre ostvarenje iz 1998.

  • 10

    godine. Upravljajui magistralom pri signalnoj brzini od 40 MHz, iroka implementacija od 16 bita teoretski postie maksimalnu irinu propusnog opsega od 80 Mbajta u sekundi. Ultra2 SCSI implementacija takoe moe da podrava produene kablove, to je posledica prelaska sa jednostruko zavrene na niskonaponsku diferencijalnu (LVD - low voltage diffe-rential) signalizaciju. LVD ima sve prednosti visokonaponskog diferencijala od 5V, ali bez potrebe za skupim primopredajnicima. Pored toga to su znatno manje osetljivi na smetnje ko-je izaziva um, LVD doputaju i duine kablova do 12 m, kada je svih 16 ureaja prikljueno. Ultra 160 SCSI, najavljen krajem 1999. godine, predstavlja podskup veeg Ultra3 SCSI standarda, koji udvostruava performanse svog prethodnika, Ultra2 SCSI. Tehnoloki gledano, on nudi tri glavna poboljanja u odnosu na Ultra2: ciklinu proveru redundantnosti (CRC), koja proverava sve prenose podataka, znaajno

    doprinosei integritetu podataka valjanost domena, koja inteligentno proverava konfiguraciju sistema zbog vee

    pouzdanosti, i taktovanje sa dvostrukim prelazom, koje je glavni razlog za poboljani propusni opseg. U sledeoj tabeli prikazane su glavne karakteristike razliitih verzija SCSI specifikacija

    SCSI verzija

    Brzina signala (MHz)

    irina magistrale

    (bita)

    Maks. DTR(Mbajta u sekundi)

    Maksimalan broj ureaja

    Maksimalna duina kabla

    SCSI-1 5 8 5 7 6 m SCSI-2 5 8 5 7 6 m Wide SCSI 5 16 10 15 6 m Fast SCSI 10 8 10 7 6 m Fast Wide SCSI 10 16 20 15 6 m

    Ultra SCSI 20 8 20 7 1.5 m Ultra SCSI-2 20 16 40 7 12 m

    Ultra2 SCSI 40 16 80 15 12 m Ultra160 SCSI 80 16 160 15 12 m

    SCSI je u potpunosti kompatibilan sa ranijim ureajima, sa starinskim SCSI-1 ureajima koji rade uz pomo najnovijih adaptera matinog raunara. Naravno, da bi se koristili potencijali brih, novijih SCSI ureaja, potreban je odgovarajui adapter matinog raunara. Slino tome, najbri matini raunar nee ubrzati stari, spori SCSI ureaj. SCSI je postao prihvaeni standard za masovnu memoriju zasnovanu na serveru, a implemen-tacija Ultra2 LVD esto se moe sresti udruena sa nizovima redundantnih grupa nezavisnih diskova (RAID - redundant array of independent disks) zbog postizanja velike brzine i

  • 11

    povevanja dostupnosti. Meutim, njegova dominacija nad serverskom memorijom dolazi pod sve veim pritiskom nedavno uvedenog standarda Fibre Channel. Kratak pregled sprega U sledeoj tabeli prikazan je kratak pregled najvanijih standarda memorije i periferijskih sprega stonih PC raunara, kakvi su bili sredinom 1999. godine: Standard Tipina upotreba Neprekidni niz DTR Izgledi

    ATA/IDE vrsti diskovi, jedinice CD-ROM i DVD-ROM

    3,3 do 66,6 Mbajta u sekundi

    Standardna magistrala vrstog diska u predvidljivoj budunosti

    SCSI vrsti diskovi, zamenljive jedinice, skeneri

    5 do 80 Mbajta u sekundi

    Standardna magistrala vrhunskih vrstih diskova u predvidljivoj budunosti

    USB Ureaji za pokazivanje, skeneri, digitalne kamere

    12 Mbita u sekundi

    Mogao bi eventualno da zameni serijske i paralelne prikljuke

    IEEE 1394 Digitalne video kamere, brzi memorijski ureaji

    400 Mbita u sekundi Oekuje se pojava u 2000. godini

    Fibre Channel Sada kada je prihvaen kao ANSI standard, izgleda da je Fibre Channel uspostavljen da revo-lucionarizuje nain na koji se organizuje masovna memorija u mrei. On je mnogo bri od SCSI-ja, sa prvim implementacijama koje podravaju brzine prenosa podataka od 100 Mbajta u sekundi, u punom dupleksu i sa ciljem da se poveaju na 400 Mbajta u sekundi u 2001. go-dini. Pored toga, on nema problema sa ogranienjima u daljini koje je nametnuo SCSI, jer po-drava 30 m preko bakarnog kabla i do 10 km kada se kao prenosni medijum koristi optiko vlakno, gotovo isto kao i Gigabit Ethernet, zasnovan na istim transportnim protokolima. Fibre Channel moe da se uradi u obliku kontinualne arbitrirane petlje (FCAL), koja moe da ima na stotine prikljuenih zasebnih memorijskih ureaja i matinih sistema, ili sa vezom preko brzog komutatora (vrlo slino mrenim prekidaima), kao drugom opcijom. Sve ga ovo ini vrlo fleksibilnom i na greke otpornom tehnologijom i, prikljuivanjem niza diskova i re-zervnih ureaja direktno na petlju, a ne na neki server, ta tehnologija moe da se upotrebi za konstrukciju nezavisne memorijske mree (SAN - storage area network). To sa svoje strane dozvoljava da se podaci prenose ka serverima i od njih, kao i da se prave njihove rezervne ko-pije, sa malim ili nikakvim uticajem na uobiajeni mreni saobraaj, to predstavlja stvarnu prednost u skladitima podataka i drugim klijent/server primenama u kojima se radi sa mnogo podataka.

  • 12

    Sledea tabela poredi Fibre Channel sa rasprostranjenijim tehnologijama skladitenja podataka:

    Maksimalni DTR Maksimalna razdaljina Maksimalan broj

    ureaja RAID

    podrka

    IDE 66.6 Mbajta/s 1 m 4 po kontroleru Mogua, ali retka

    Ultra Wide SCSI

    40 Mbajta/s

    1,5 m (25 m uz upotrebu skupljeg diferencijalnog za-vravanja visokog napona)

    15 po kontroleru Da

    Ultra2 LVD SCSI

    80 MBps 12m 15 po kontroleru Da

    Fibre Channel

    100 Mbajta/s (200 Mbajta/s

    sa punim dupleksom)

    30 m po bakru, 500 m po multimo-dalnom, 10 km po jednomodalnom optikom vlaknu

    127 po arbitriranoj

    petlji

    Da, sa nezavisnim prikljuenjem na vie servera

    SSA Dananje ogromne baze podataka i primene sa intenzivnom upotrebom podataka zahtevaju neverovatne veliine memorije, a prenoenje masivnih blokova informacija trai tehnologiju koja je robustna, pouzdana i skalabilna. Serijska memorijska arhitektura (SSA - Serial Storage Architecture) jeste sprega razvijena u firmi IBM. Njome se povezuju memorijski ureaji, memorijski podsistemi, serveri i radne sta-nice u primenama PC servera koje su namenjene za kritine zadatke. Meutim, ona nije uspela da, poetkom 1999. godine, dobije glavnu podrku i izgledalo je da e je pobediti kon-kurentski standard Fibre Channel. SSA obezbeuje zatitu podataka za kritine primene pomaui da se osigura da prekid jed-nog kabla ne sprei pristup podacima. Sve komponente tipinog SSA podsistema povezane su dvosmernim kablovima. Podaci poslati iz adaptera mogu da putuju u oba pravca po petlji do svog odredita. SSA otkriva prekide u petlji i automatski rekonfigurie sistem, to pomae da se odri veza dok se link ponovo ne uspostavi. Sistem moe da podrava do 192 ureaja diska i oni se mogu zamenjivati u toku rada. Ureaji su dostupni u kapacitetima od 2,25 i 4,51 Gbajta, a pojedini od njih mogu biti odreeni za upotrebu od strane niza u sluaju otkaza hardvera. Adapter moe da podrava do 32 posebna niza RAID (Redundant Group of Independent Disks - redudandtna grupa nezavisnih diskova), a nizovi mogu da budu preslikani preko servera kako bi se obezbedio ekonomian nain zatite u kritinim primenama. Pored toga, nizovi mogu da budu smeteni na rastojanjima do 25 metara - povezani tankim jeftinim bakarnim kablovima - to dozvoljava podsistemima da budu na sigurnim, pogodnim mestima, daleko od samih servera.

  • 13

    Sa svojom prirodnom elastinou i lakoom upotrebe SSA se sve vie koristi u okruenjima server/RAID, gde je u moe obezbediti propustljivost do 80 Mbajta u sekundi, sa podranim brzinama prenosa podataka do 60 Mbajta u sekundi u ne-RAID reimu i 35 Mbajta u sekundi u RAID reimu. RAID Osamdesetih godina kapaciteti vrstih diskova su bili ogranieni i veliki ureaji su zahtevali visoku cenu. Traei alternativu skupim individualnim ureajima velikog kapaciteta, projek-tanti memorijskih sistema poeli su da eksperimentiu sa nizovima manjih, jeftinijih vrstih diskova. U radu iz 1988. godine pod naslovom "Primer redundantnih nizova jeftinih diskova" tri istraivaa sa Univerziteta California-Berkeley predloila su smernice za takve nizove. Oni su smislili termin RAID - redundantni niz jeftinih diskova - da bi izrazili pristupanost podacima i prednosti u pogledu trokova koje bi pravilno izgraeni nizovi mogli da obezbede. Kako je tehnologija memorijskih ureaja napredovala i cena po megabajtu padala, termin RAID je redefinisan, pa se odnosi na nezavisne diskove, naglaavajui tako mogue prednosti tehnike u pogledu raspoloivosti podataka u odnosu na uobiajene memorijske sisteme sa diskovima. Originalni koncept se sastojao u tome da se mali jeftini ureaji diskova u niz grupiu tako da niz sistemu izgleda kao jedan veliki skupi ureaj (SLED - single large expensive drive). Pokazalo se da takav niz ima bolje karakteristike u pogledu performansi od tradicionalnih individualnih vrstih diskova. Meutim, u poetku je problem predstavljalo to to je srednje vreme izmeu otkaza (MTBF) niza bilo smanjeno, zbog verovatnoe da bilo koji ureaj iz niza otkae. Dalji razvoj je rezultovao specifikacijom est standardizovanih RAID nivoa, ime se obezbeivala ravnotea izmeu performansi i zatite podataka. U stvari, termin "nivo" je donekle pogrean, jer ovi modeli ne predstavljau hijerahiju; niz RAID 5 nije po prirodi bolji ili gori od niza RAID 1. Najee korieni su RAID nivoi 0, 3 i 5: Nivo 0 obezbeuje raspodeljivanje podataka (prostiranje blokova svake datoteke na vie

    diskova), ali ne i redundantnost. To poboljava performanse, ali ne daje otpornost na gre-ke. Skup ureaja u RAID nizu nivoa 0 ima podatke smetene tako da su organizovani po delovima na vie ureaja diskova, to omoguava da se podacima pristupa na vie diskova paralelno.

    Nivo 1 obezbeuje preslikavanje diskova, to je tehnika kojom se podaci upisuju na dva diska istovremeno, pa ako jedan od diskova otkae, sistem trenutno prelazi na drugi disk, bez ikakvih gubitaka u podacima ili funkciji. RAID 1 poboljava performanse itanja i otpornost na greke po cenu raspoloivog prostora na upotrebljenim diskovima.

    Nivo 3 je isti kao nivo 0, ali nivo 0 rtvuje neto kapaciteta za isti broj ureaja da bi posti-gao vii nivo integriteta podataka ili otpornosti na greke, tako to rezervie jedan namen-ski disk za podatke za ispravljanje greaka. Taj disk se koristi za smetanje informacija o parnosti koje se upotrebljavaju za odravanje integriteta podataka na svim diskovima u podsistemu.

    Nivo 5 se verovatno najee implementira. On obezbeuje raspodeljivanje podataka na nivou bajta, kao i informacije za ispravljanje greaka u delovima podataka. To rezultuje odlinim performansama, zdruenim sa sposobnou da se povrate izgubljeni podaci uko-liko bi bilo koji od diskova otkazao.

    Tehnika memorisanja raspodeljenih podataka fundamentalna je za ovaj koncept i koristi se na veini RAID nivoa. U stvari, RAID 0, koji ini veinu osnovnih implementacija ove tehnike,

  • 14

    nije pravi RAID ukoliko nije upotrebljen sa drugim RAID nivoima, jer nema uroenu otpornost na greke. Raspodeljivanje je metod preslikavanja podataka na fizike ureaje diskova u nizu da bi se stvorio virtuelni veliki ureaj. Podaci su podeljeni u susedne segmente ili "trake" koje se sekvencijalno upisuju na diskove, pri emu svaka traka ima definisanu veliinu ili "dubinu" u blokovima. Niz ureaja diskova, uporeen sa individualnim ureajem, daje poboljane performanse ako je veliina trake tako podeena da odgovara tipu aplikacionog programa podranog pomou niza:

    U okruenju sa intenzivnim ulazom/izlazom, tj. transakcionom okruenju, gde se pojavlju-ju viestruki konkurenti zahtevi za malim zapisima podataka, pogodnije su vee trake (na nivou bloka). Ako je traka na jednom individualnom ureaju dovoljno velika da sadri ceo zapis, ureaji u nizu mogu se nezavisno odazivati na ove zahteve za podacima.

    U okruenju sa intenzivnim podacima, gde su smeteni veliki zapisi podataka, pogodnije su manje trake (na nivou bajta). Ako se dati zapis podataka protee na vie ureaja disko-va u nizu, sadraj zapisa moe da se ita paralelno, poboljavajui ukupnu brzinu prenosa podataka.

    Drugi koncept skladitenja podataka, u bliskoj vezi sa RAID-om, jeste EDAP (Extended Data Availability and Protection - proirena raspoloivost i zatita podataka). Memorijski sistem sa mogunou EDAP moe da zatiti svoje podatke i da obezbedi trenutni onlajn pristup poda-cima, uprkos pojavi otkaza u sistemu diska, meu prikljuenim ureajima ili u svom okrue-nju. Mesto, tip i koliina pojava otkaza odreuju stepen EDAP sposobnosti dodeljene sistemu diska. Dva tipa RAID-a obezbeuju EDAP za diskove: RAID sa preslikavanjem i RAID sa parnou. Preslikavanje je prethodilo RAID-u sa parnou i bilo je identifikovano u radovima istraivaa sa Univerziteta Berkeley kao RAID nivoa 1. Njegova mana sastoji se u tome to, za razliku od RAID-a sa parnou, preslikavanje zahteva redundantnost od 100 %. Njegove prednosti su, za razliku od RAID-a sa parnou, poboljanje performansi itanja, obino skroman uticaj na performanse upisivanja i vei procent diskova koji u redundantnoj grupi sa preslikavanjem mogu istovremeno da otkau u poreenju sa redundantnom grupom RAID-a sa parnou. RAID sa parnou je u radovima istraivaa sa Univerziteta Berkeley identifikovan kao RAID nivoa 3, 4, 5 i 6. U tim sluajevima reija (redundantni podaci u obliku parnosti) znaajno je smanjena, na opseg od 10 % do 33 %, u poreenju sa preslikavanjem (redundantni podaci u obliku potpune kopije).

    Nivoi RAID-a sa parnou kom-binuju raspodeljivanje i proraune parnosti kako bi dozvolili oporavak podataka ako disk otkae. Slika ilustruje i koncept raspodeljivanja podataka i RAID sa parnou, a prikazuje kako blok podataka koji sadri vrednosti 73, 58, 14 i 116 moe da se raspodeli preko niza RAID 3 koji se sastoji od etiri ureaja diskova za podatke i jednog diska za parnost, uz upotrebu parnog metoda parnosti.

    Pred kraj devedesetih godina implementacija RAID bila je skoro iskljuivo u domenu servera. Meutim, do tada su brzine procesora dostigle taku gde je vrsti disk esto bio usko grlo ko-je je spreavalo da sistem radi sa svojim punim mogunostima. Podstaknuta i potpomognuta raspoloivou matinih ploa koje su imale i RAID kontroler, upotreba RAID tehnike raspodeljivanja je, do 2000. godine, izbila na povrinu kao dobro reenje tog problema i na vr-hunskim stonim sistemima.

  • 15

    SMART Godine 1992. IBM je poeo, po prvi put u industriji, sa isporukama ureaja vrstih diskova od 3,5 ina koji bi stvarno mogli predskazati svoj sopstveni otkaz. Ovi ureaji su bili opremljeni tehnologijom PFA (Predictive Failure Analysis - analiza predvidljivih otkaza), razvijenom u IBM-u, koja periodino meri odabrane atribute ureaja - stvari kao to su visina glave nad dis-kom - i alje upozoravajuu poruku kada se pree unapred definisani prag. Prihvatanje PFA tehnologije u industriji dovelo je na kraju do tehnologije SMART (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology - samonadgledanje, analiza i izvetavanje), koja je postala indus-trijski standardni indikator predvianja i za IDE/ATA i za SCSI ureaje vrstih diskova. Postoje dve vrste otkaza vrstih diskova: predvidljivi i nepredvidljivi. Nepredvidljivi otkazi vrstih diskova se dogaaju brzo, bez prethodnog upozorenja. Ove otkaze mogu prouzrokova-ti statiki elektricitet, oteenje pri rukovanju ili toplotni problemi prilikom lemljenja, a nita se ne moe uraditi da bi se oni mogli predvideti ili izbei. U stvari, 60% otkaza ureaja meha-nike je prirode i esto predstavlja posledicu postepene degradacije performansi ureaja. Kljuna vitalna podruja obuhvataju: Glave/sklop glave: pukotina na glavi, slomljena glava, zaprljanost glave, rezonanca glave,

    rav spoj sa elektronskim modulom, oteenje pri rukovanju Motori/leajevi: otkaz motora, istroen leaj, preterana istroenost, nema obrtanja, otee-

    nje pri rukovanju Elektronski modul: otkaz kola/ipa, rava veza sa ureajem ili magistralom, oteenje pri

    rukovanju Medijum: ogrebotina, defekt, ponovni pokuaji, rav servo, intervencije kda za ispravlja-

    nje greaka, oteenje pri rukovanju. Sve ovo je ispitivano godinama i dovelo je do toga da su projektanti ureaja diskova u stanju ne samo da razviju pouzdanije proizvode, nego i da primene svoje znanje na predvianje otka-za ureaja. Kroz istraivanje i nadgledanje vitalnih funkcija treba da se odrede pragovi per-formansi koji su u korelaciji sa bliskim otkazom i ba su to vrste otkaza koje SMART poku-ava da predvidi. Ba kao to arhitektura ureaja vrstog diska varira od jednog do drugog proizvoaa, tako i ureaji koji imaju SMART osobine koriste vie razliitih tehnika da nadgledaju raspoloivost podataka. Na primer, SMART ureaj moe da nadgleda visinu lebdenja glave iznad magnet-skog medijuma. Ako glava poinje da leti suvie visoko ili suvie nisko, postoje veliki izgledi da bi ureaj mogao otkazati. Drugi ureaji mogu da nadgledaju dodatne ili razliite uslove, kao to je sklop za korekciju greaka na kartici vrstog diska ili uestanost pojavljivanja pri-vremenih greaka. Kada se posumnja na pretei otkaz, ureaji alju znak za uzbunu kroz ope-rativni sistem aplikaciji koja prikazuje upozoravajuu poruku. Lom glave je jedan od najkatastrofalnijih tipova otkaza vrstog diska i - poto je visina na ko-joj glava lebdi iznad povrine medijuma stalno sniavana tokom godina kako bi se poveala gustina zapisivanja, a time i kapaciteti diskova - moglo bi se logino oekivati da to bude oblik otkaza sa poveanom verovatnoom. To, na sreu, nije sluaj, jer je visina lebdenja uvek bila jedan od najkritinijih parametara pouzdanosti ureaja vrstog diska koji je kao takav stalno smanjivan, pa su tehnike za predvianje lomova glave postajale sve vie sofisticiranije. Ne samo da su glave koje lebde suvie nisko u opasnosti od loma, nego i onda kada glava za zapisivanje lebdi na veoj visini nego to je predvieno, makar i kratko vreme,

  • 16

    raspoloivo magnetsko polje moe biti nedovoljno da pouzdano upie podatak na medijum. To se zove "zapis sa velike visine". Spoljanji udar, vibracija, defekt medijuma ili zaprljanost mogu to da prouzrokuju. Privremene greke prouzrokovane ovim fenomenom su otklonjive, ali hardverske greke nisu. Visina lebdenja se kontrolie pomou veanja privr-enog za kliza koji obuhvata magnetsku glavu za za-pisivanje i vazduni leaj klizaa. Ovaj aerodinamiki sistem kontrolie promenu u visini lebdenja kada je kliza postavljen iznad povrine medijuma. Prelazak glave preko unutranjeg i spoljanjeg poluprenika diska prouzrokuje promenu brzine u odnosu dva pre-ma jedan. Pre sadanje tehnologije konstruisanja vaz-dunih leaja, ova promena brzine bi stvorila promenu u nominalnoj visini lebdenja u odnosu dva prema jedan. Meutim, sa dananjim konstrukcija-ma vazdunih leajeva, ova promena se moe smanjiti na deo nominalne vrednosti, a visine lebdenja (rastojanja izmeu elemenata za upis/itanje i magnetske povrine) iznose, tipino, nekoliko milionitih delova ina, sve do 1,2 mikroina. Postoji vie razliitih uslova, na pri-mer, visina, temperatura i zaprljanost, koji mogu da stvore poremeaje izmeu vazdunog le-aja i povrine diska i da promene visinu lebdenja. Termalno nadgledanje je skorije uvedeni aspekt SMART, projektovan da upozori matini ra-unar na mogue oteenje zbog ureaja diska koji radi na previsokoj temperaturi. U ureaju vrstog diska i elektronski i mehaniki sastavni delovi - kao to su leajevi aktuatora, osovina i kalem motora - mogu biti podloni uticaju prekomernih temperatura. Mogui uzroci su zaglavljen ventilator za hlaenje, neispravan sobni klima-ureaj ili sistem za hlaenje koji je jednostavno preoptereen sa mnogo diskova ili drugih sastavnih delova. Brojne SMART implementacije koriste toplotni senzor da bi detektovale uslove okruenja koji utiu na pouzdanost ureaja diska - ukljuujui tu temperaturu ambijenta, brzinu protoka vazduha za hlaenje, napon i vibracije - i upozoravaju korisnika kada temperatura pree unapred definisani prag, obino u opsegu od 60 do 650C. Sledea tabela identifikuje jedan broj drugih uslova za otkaz, njihove tipine simptome i uzroke, kao i razliite inioce ije nadgledanje moe da pomogne u predvianju otkaza:

    Tip otkaza Simptom/Uzrok Prediktor

    Previe ravih sektora Rastua lista neispravnosti, ne-ispravnosti medijuma, oteenje pri rukovanju

    Broj greaka, brzina porasta

    Preterana istroenost umovi iz oslonca motora, ote-enje pri rukovanju Istroenost, dijagnostika sile pomeraja

    Previe privremenih greaka

    Naprsla/polomljena glava, zagaenost

    Mnogo ponovnih pokuaja, umeanost koda za ispravljanje greaka

    Otkaz motora, leaja Ureaj nije spreman, ploa se ne okree, oteenje pri rukovanju

    Ponovni pokuaj uspostavljanja obrtanja, vreme uspostavljanja obrtanja

    Ureaj bez odziva, nema veze Neispravan elektronski modul Nikakav, tipino katastrofalno

    Loe servo pozicioniranje

    Velike servo greke, oteenje pri rukovanju

    Traenje greaka, ponovni po-kuaji kalibracije

  • 17

    Otkaz glave, rezonanca

    Velike softverske greke, servo, oteenje pri rukovanju

    Brzina greaka itanja, brzina servo greaka

    U svojoj kratkoj istoriji tehnologija SMART je napredovala u tri razliite iteracije. U prvobitnom obliku, ona je obezbeivala predvianje otkaza nadgledanjem izvesnih onlajn aktivnosti ureaja vrstog diska. Sledea verzija je poboljala predvianje otkaza dodavanjem automatskog oflajn oitavanja nadgledanja dodatnih operacija. Najnovija tehnologija SMART III ne samo da nadgleda aktivnosti ureaja vrstog diska nego i dodaje spreavanje otkaza pokuavajui da otkrije i popravi greke na sektorima. Takoe, dok su ranije verzije tehnologije samo nadgledale aktivnost ureaja vrstog diska u vezi sa podacima koje je traio operativni sistem, SMART III ispituje sve podatke i sve sektore ureaja korienjem "oflajn prikupljanja podataka" da bi se potvrdilo dobro stanje ureaja tokom perioda njegovih neaktivnosti. Microdrive Tehnologija GMR bila je kljuna osobina revolucionarnog ureaja Microdrive firme IBM, ko-ji je uveden sredinom 1999. godine. Microdrive je najmanji ureaj vrstog diska na svetu, koji koristi jednu plou prenika 1 in i ima masu od samo 16 grama. Upotreba industrijske standardne sprege CF+ Tip II, koja dozvoljava jednostavnu integraciju vie ureaja u tzv. handheld raunar i obezbeuje kompatibilnost sa spregom PMCIA Tip II preko adaptera, uvodi memoriju CompactFlash u potpuno novo podruje i znaie veliki kapacitet uz ipak ekonominu linu memoriju za veliki broj elektronskih ureaja. Mali elementi unutar Microdrivea pruaju neke jedinstve-ne prednosti. Na primer, kako njegov aktuator ima 50 pu-ta manju inerciju od onog u velikom ureaju diska, on moe da postigne punu brzinu za pola sekunde. Zato je mogue dozvoliti ureaju da prestane sa obrtanjem kada se ne pristupa podacima, poboljavajui na taj nain karakteristike odravanja energije ureaja. Najpre dostupan u kapacitetima od 170 Mbajta i 340 Mbajta, Microdrive na brzini obrtanja od 4500 obrtaja u minutu ima vreme pozicioniranja od 15 ms, proseno ka-njenje od 6,7 ms i brzinu prenosa podataka izmeu 32 i 49 Mbita u sekundi. Tehnologija OAW Dok e tehnologija GMR u nekoliko sledeih godina tragati za gustinama po povrini do 40 Gbita po kvadratnom inu, neki proizvoai vrstih diskova predviaju da e fenomen gubitaka podataka kao posledice toga to su bitovi podataka pakovani suvie blizu jedan drugome poeti da se javlja ve na gustinama od oko 20 Gbita po kvadratnom inu. Filijala firme Seagate, Quinta Corporation, planira da se bori protiv ove memorijske tehnoloke barijere, inae poznate kao superparamagnetska granica, pomou sopstvene tehnologije optiki potpomognutog vinestera (OAW - Optically Assisted Winchester), koja je trebalo da se pojavi do kraja 1999. godine.

  • 18

    OAW ima mnogo toga zajednikog sa magnetno-optikom tehnologijom, na primer konvencionalni magnetski ure-aji vrstih diskova, ali koristi vie pa-metnih tehnika da zaobie nepogod-nosti magnetno-optikih formata u po-gledu veliine i performansi. Tehnika koristi laserski zrak da bi odabrala raz-liite glave u okviru ureaja, a ne tipi-ni elektromagnetski sistem u okviru konvencionalnih ureaja. Princip je jednostavan: laser se fokusira na povr-inu ploe i moe se koristiti i za ita-nje i za zapisivanje. Prvo od njih se zasniva na Kerrovom efektu, gde polarizovano svetlo koje se odbije od namagnetisane povrine ima obrnutu polarizaciju. Ako se ono dalje propusti kroz polarizujui filter, intenzitet svetla odgovara podeenosti osvetljenog domena. Ovaj metod itanja zahteva manju snagu lasera, pa je efekat zagrevanja medijuma minimalan, to spreava kvarenje podataka. Isti laser i optika mogu biti upotrebljeni i za zapisivanje, upotrebom magnetno-optike tehnike. Mala taka na vrstom disku zagreva se laserom sa snanim izlazom do iznad temeprature zvane taka Curie, iznad koje magnetske osobine povr-inskog materijala mogu biti menjane pomou magnetskog namotaja. To menja karakteristike polarizacije svetlosti. Za razliku od uobiajene magnetno-optike tehnike, meutim, OAW zagreva medijum i zapisuje u jednom prolazu, umesto da zagreva u jednoj rotaciji, a zapisuje u sledeoj. OAW to moe da radi jer koristi servo ogledalo pokretano mikromainom i minijaturna soiva objektiva koja veoma tano fokusiraju laser na najmanju moguu povrinu. Susedne povrine se ne zagrevaju i zato ostaju nepromenjene. Kako laser koji se koristi da zagreje medijum moe biti fokusiran na mnogo manju povrinu od magneta, mogue su vee gustine podataka. Sam medijum je napravljen od amorfne legure koja nema zrnastu strukturu, sa ogranienjima na nivou atoma. Za razliku od konvencionalnih magnetno-optikih diskova, lasersko svetlo se prenosi na glavu preko optikog vlakna, a ne usmerava se preko ogledala kroz vazduh. Kao rezultat toga, glava i ruica zauzimaju manje prostora, dozvoljavajui da se konfiguracije sa vie ploa smeste u isti faktor forme kao to je Winchester vrsti disk. Holografski ureaji diskova Krajem 1995. godine zdrueni konzorcijum univerziteta, industrije i vlade pokrenuo je pro-gram holografskog sistema za smetanje podataka (HDSS - Holographic Data Storage System), sa poetnim ciljem da se razvije vie kljunih sastavnih delova sistema, ukljuujui tu irokopojasni modulator svetla velikog kapaciteta za ulaz podataka, optimizovane nizove senzora za izlaz podataka i snani poluprovodniki laser sa crvenim svetlom. U isto vreme, is-traivai HDSS-a radili su na pitanjima koja su se odnosila na arhitekturu optikih sistema (kao to su eme za multipleksiranje i naine pristupanja), na metodama za kodiranje i dekodiranje, tehnikama obrade signala i zahtevima ciljnih primena. U zavrnoj godini programa napredak je bio takav da jedan lan konzorcijuma - IBM Research Division - veruje

  • 19

    kako bi u sledeem milenijumu hologrami mogli odigrati glavnu ulogu u masovnom smetanju podataka. Holografskim putem mogu da se pamte velike koliine podataka, jer su laseri sposobni da smetaju stranice elektronskih uzoraka unutar specijalnih op-tikih materijala, a ne samo na njihovoj povrini. U tradicionalnoj holografiji svaki ugao gledanja daje razliit aspekt istog objekta. Kod holografske memorije, meutim, pristupa se razliitoj "stranici" sa informacijama. Holografska memorija koristi dva laserska zraka, za referencu i za podatke, da bi stvorila uzo-rak interference na medijumu gde se ta dva zraka seku. Taj presek prouzrokuje stabilnu fizi-ku ili hemijsku promenu koja se pamti u medijumu. To je sekvenca zapisa. Za vreme itanja, akcija zraka za referencu i zapamenog uzorka interference u medijumu ponovo stvara zrak sa podatkom koji moe da se otkrije pomou niza detektora. Medijum moe da bude rotirajui disk koji sadri polimerni materijal ili optiki osetljiv kristal. Oekuje se da holografija bude dragocena za primene u arhivama ili bibliotekama, gde se trai da se velike koliine podataka pohranjuju uz najmanje mogue trokove. S obzirom na to da nema pokretnih delova, holografsko skladite podataka bie pouzdanije od postojeih tehnologija vrstih diskova. IBM je ve pokazao mogunosti dranja 1 Gbajta po-dataka u kristalu veliine kocke eera i brzine pristupa podacima od jednog triliona bita u se-kundi. Oekuje se da e glavni izazov biti razvoj holografske memorije u koju se podaci mogu ponovo upisivati. PLEDM Uprkos razliitim kandidatima za tehnologiju vrstih diskova nastupajueg milenijuma, moglo bi se desiti da budunost vrstih diskova uopte ne lei u mehanikim sistemima. Raz-voj u memorijskim tehnologijama mogao bi znaiti da poluprovodnika memorija postaje oz-biljna alternativa vrstom disku. Tehnologija poluprovodnikih diskova, sa podacima smete-nim u ogromnim bankama RAM memorije velike brzine, ve je primenjena u vrhunskim serverima, ali sa dananjim RAM memorijama ona ne moe da dostigne kapacitete ili cenu prihvatljive za najire trita. Meutim, istraivai za firmi Hitachi, Mitsubishi, Texas Instruments i ostalih ve rade na jeftinim RAM ipovima velikog kapaciteta. Hitachi i Univerzitet Cambridge radili su na tehnologiji PLEDM.

  • 20

    PLEDM koristi male dvotranzistorske elije umesto kondenzatora u uobiajenoj DRAM me-moriji i moe da se razvije da bi odrava sadraj ak i kada se iskljui napajanje. Oekuje se da e postati komercijalan proizvod oko 2005. godine, obeavajui vreme itanja ili upisa manje od 10 ns te jak signal i na niskom naponu. Millipede Krajem 1999. godine Istraivaka laboratorija IBM-a u Cirihu otkrila je koncept koji nagovetava da mikro- i nanomehaniki sistemi mogu da se takmie sa elektronskim i magnetskim ureajima u oblasti masovnih memorija. Umesto da zapisuje bitove pomou namagnetisanih pod-ruja povrine diska, Millipede - kako su naunici nazvali svoj novi ureaj - ras-tapa mala udubljenja na povrini medijuma za zapisivanje. Zasnovana na mikroskopiji atomske sile, tehnologija koristi iljke montirane na krajevima malih podupiraa izrezanih u silicijumu da veoma detaljno skenira povrine. iljci ureaja Millipede - njih 1024, u matrici 32 x 32 - zagrevaju se elektrinim impulsima na temperature do 750 0F (400 0C), to je dovoljno da rastope povrinu diska od polimerskog filma. iljci za sobom ostavljaju upljine na razmaku od 30 do 50 nanometara. Svaka upljina predstavlja jedan bit. Da bi proitao podatke, Millipede detektuje da li je iljak u upljini tako to meri temperature podupiraa. Visoki procenti gustine pakovanja podataka mogu da se postignu paralelnim radom velikog broja minijaturnih iljaka na maloj povrini. Istraivai firme IBM veruju da e njihova tehnika na kraju dozvoliti gustine do 500 Gbita po kvadratnom inu (80 Gbita po kvadratnom centimetru). To je pet do deset puta vie od pretpostavljene gornje granice magnetske memorije.

    Hard disk 1Hard disk 2