Тема 6Организация ввода-вывода ПК

Драйвер (driver) – программное обеспечение, позволяющее конкретному устройству работать с остальными устройствами компьютера. Каждому устройству соответствует свой драйвер, разработанный под соответствующую операционную систему (операционная система – программное обеспечение, позволяющее всем частям компьютера работать как единое целое). Операционная система компьютера не распознает устройство до тех пор, пока не будет установлен необходимый драйвер (если операционная система не поддерживает спецификацию Plug and Play(включи и работай)). Существуют драйверы мыши, клавиатуры, видеокарты и т.д.

 Каждое устройство для своей работы использует ресурсы ПК, называемыми системными. Обычно под систем­ными ресурсами подразумевают:

 адреса портов ввода-вывода.

 каналы запросов прерываний (IRQ);

 адреса памяти;

 каналы прямого доступа к памяти (DMA);    '

 

Адреса портов ввода-вывода.

Через порты ввода-вывода к компьютеру можно подключать разнообразные устройства для расширения его возможностей. Принтер, подключенный к одному из параллельных портов LPT, позволяет вывести на бумагу результаты работы. Модем, соединенный с одним из последова­тельных портов СОМ, обеспечивает связь по телефонным линиям с другими компьютерами, на­ходящимися за тысячи километров от вас. Сканер, подключенный к порту LPT или адаптеру SCSI, позволяет ввести в компьютер графические изображения или текст непосредственно с листа бумаги и преобразовать их в необходимый формат для дальнейшей обработки.

В большинстве компьютеров имеется хотя бы два последовательных порта и один парал­лельный. Последовательные порты обозначаются, как СОМ1 и COM2, а параллельный —LPT1. В принципе, в компьютере можно установить до четырех последовательных (СОМ1-СОМ4) и трех параллельных (LPT1-LPT3) портов.

Внимание

Теоретически, к каждому из четырех последовательных портов компьютера можно подключить ка­кое-либо устройство, например мышь или модем, но это приводит к возникновению конфликтов, связан­ных с использованием ресурсов.

Порты ввода-вывода позволяют установить связь между устройствами и программным обеспечением в компьютере. Они подобны двусторонним радиоканалам, так как обмен ин­формацией в ту и другую сторону происходит по одному и тому же каналу.

В отличие от прерываний IRQ и каналов прямого доступа к памяти, в наших персональных компьютерах мы имеем огромное множество портов ввода-вывода. Имеется 65 535 портов, пронумерованных от 0000h до FFFFh, и это, пожалуй, самый удивительный артефакт в процессоре Intel. Хотя многие устройства используют до восьми портов, все равно их количество более чем достаточное. Самая большая проблема состоит в том, чтобы двум устройствам случайно не назначить один и тот же порт.

Хотя порты ввода-вывода обозначаются щестнадцатеричными адресами, подобными адресам памяти, они не память; они - порты. Различие состоит в том, что, когда вы посылаете данные по адресу памяти 1000h, то данные будут сохранены в модуле памяти SIMM или DIMM. Если вы посылаете данные по адресу 1000h порта ввода-вывода, то эти данные попадают на этот "канал" шины, и любое устройство, прослушивающее этот канал, может принять эти данные. Если никакое устройство не прослушивает этот адрес порта, то данные достигнут конца шины и будут поглощены нагрузочными резисторами шины.

Специальные программы - драйверы - взаимодействуют, прежде всего, с устройствами, используя различные адреса портов. Драйвер должен знать, какие порты использует устройство, чтобы работать с ним. Обычно это не проблема, поскольку и драйвер, и устройство, как правило, поставляются одной и той же компанией.

Системная плата и набор микросхем системной логики обычно используют адреса портов ввода-вывода от 0h до FFh, а все другие устройства— от 100h до FFFFh.

 

Каналы запросов прерываний (irq).

Прерывания - это базовый механизм реакции системы на возникающие события. Аппаратные прерывания, называемые обычно IRQ (Interrupt ReQuest) - это физические сигналы, с помощью которых контроллер устройства информирует процессор о необходимости обработать некоторый запрос.

Каналы прерываний представляют собой проводники на системной плате и соответст­вующие контакты в разъемах. После получения IRQ компьютер приступает к выполнению специальной процедуры его обработки, первым шагом которой является сохранение в стеке содержимого регистров процессора. Затем происходит обращение к таблице векторов пре­рываний, в которой содержится список адресов памяти, соответствующих определенным но­мерам (каналам) прерываний. В зависимости от номера полученного прерывания запускается программа, относящаяся к данному каналу.

Указатели в таблице векторов определяют адреса памяти, по которым записаны програм­мы-драйверы для обслуживания платы, пославшей запрос. Например, для сетевой платы век­тор прерывания содержит адрес сетевых драйверов, предназначенных для работы слей; для контроллера жесткого диска вектор указывает на программный код BIOS, обслуживающий контроллер

После выполнения необходимых действий по обслуживанию устройства, пославшего за­прос, процедура обработки прерывания восстанавливает содержимое регистров процессора (извлекая его из стека) и возвращает управление компьютером той программе, которая вы­полнялась до возникновения прерывания.

Благодаря прерываниям компьютер может своевременно реагировать на внешние собы­тия. Например, всякий раз, когда с последовательного порта в систему поступает новый байт, вырабатывается IRQ.

Аппаратные прерывания имеют иерархию приоритетов: чем меньше номер прерывания, тем выше приоритет. Прерывания с более высоким приоритетом имеют преимущество перед прерываниями с более низкими приоритетами и могут "прерывать прерывания". В результате в компьютере может возникнуть несколько прерываний, "вложенных" друг в друга.

При генерации большого количества прерываний стек может переполниться и тогда ПК зависнет. Если такая ошибка возникает слишком часто, попытайтесь исправить ситуацию, увеличив параметр STACKS (размер стека) в файле CONFIG.SYS.

Условно схема обработки прерывания выглядит следующим образом:

1.      процессор получает сигнал прерывания и его номер;

2.      по специальной таблице отыскивается адрес программы, ответственной за обработку прерывания с данным номером - обработчика прерывания;

3.      процессор приостанавливает текущую работу и переключается на выполнение обработчика (в общем случае это некоторый драйвер);

4.      драйвер получает доступ к устройству и проверяет причину возникновения прерывания;

5.      запускаются запрошенные действия - инициализация, конфигурирование устройства, обмен данными и др.

6.      драйвер завершает работу, и процессор возвращается к прерванной задаче.

Очевидно, что для корректной работы механизма прерываний необходимо выполнение двух условий: во-первых, сигнал запроса должен доходить до процессора, и, во-вторых, драйвер-обработчик должен правильно реагировать на этот сигнал. В случае конфликта не соблюдается второе условие: сигнал прерывания приходит, но реакция на него оказывается неправильной, в результате чего мы имеем (в лучшем случае) неработоспособное устройство.

IRQ

Стандартная функция

IRQ

Стандартная функция

0

Системный таймер

8

CMOS и часы

1

Контроллер клавиатуры

9

Звуковая или сетевая карты или свободен

2

Программируемый контроллер прерываний

10

Свободен

3

Последовательный порт COM 2

11

USB или SCSI или свободен

4

Последовательный порт COM 1

12

PS/2 совместимый порт мыши

5

Звуковая или сетевая карты или свободен

13

Сопроцессор

6

Стандартный контроллер гибких дисков

14

Основной контроллер IDE

7

Параллельный порт LPT

15

Дополнительный контроллер IDE

 

Каналы прямого доступа к памяти (dma).

Каналы прямого доступа к памяти (DMA) используются устройствами, осуществляющими высокоскоростной обмен данными. Последовательный и параллельный порты, например, не используют DMA, в отличие от звуковой платы или адаптера SCSI. Один канал DMA может использоваться разными устройствами, но не одновременно. Например, канал DMA 1 может использоваться как сетевым адаптером, так и накопителем на магнитной ленте, но вы не сможете записывать информацию на ленту при работе в сети. Для этого каждому адаптеру необходимо выделить свой канал DMA.

 

Адреса памяти.

Это адрес памяти, который контроллер использует для передачи пакетов между ним и процессором. Базовый адрес памяти - это начало блока памяти, который обычно имеет размер 16 или 32К. Два устройства не могут использовать один и тот же блок памяти. Кроме того убедитесь, что этот блок памяти не перекрывает памяти, используемой другим устройством. Обычно начальные адреса находятся в верхней памяти.

 По мере установки дополнительных плат в компьютере значительно повышается вероят­ность возникновения конфликтов, связанных с использованием ресурсов. Конфликт возника­ет при установке двух или более плат, каждой из которых требуется линия IRQ или адрес порта ввода-вывода. Для предотвращения конфликтов на большинстве плат устанавливаются перемычки или переключатели, с помощью которых можно изменить адрес порта вво­да-вывода, номер IRQ и т.д. К счастью, найти выход из конфликтных ситуаций можно почти всегда, для этого нужно лишь знать правила игры.

  

6.1Конфликт

Можно сказать, что конфликт - это ситуация, при которой несколько объектов одновременно пытаются получить доступ к ресурсу, который предназначен только для одного из них. Конфликт прерываний возникает в том случае, если несколько устройств используют одну и ту же линию прерывания для посылки сигнала запроса, и нет механизма, позволяющего обрабатывать конкурирующие запросы. Если драйвер, получая управление, работает не с тем устройством, которое послало запрос, то либо происходит сбой, либо одно из устройств попросту не работает.

 

6.2Распределение номеров IRQ средствами BIOS

В системе номера IRQ распределяются между физическими линиями дважды. Первый раз это делает системный BIOS при начальной загрузке системы. Каждому Plug&Play-устройству (все PCI, современные ISA, интегрированные устройства), а точнее, его линии прерывания, назначается один номер из десяти возможных. Если номеров не хватает, несколько линий получают один общий. Если это линии PIRQ, то ничего страшного - при наличии нормальных драйверов и поддержки со стороны операционной системы (об этом см. ниже) все будет работать. А если один номер получают несколько ISA-устройств или PCI- и ISA-устройства, то конфликт просто неизбежен, и тогда нужно вмешиваться в процесс распределения.

Прежде всего, нужно отключить все неиспользуемые ISA-устройства (в системах без слотов ISA они тоже присутствуют) - порты COM1, COM2 и дисковод. Также можно отключить режимы EPP и ECP порта LPT, тогда прерывание IRQ7 станет доступно.

В BIOS Setup нам понадобится раздел "PCI/PNP Configuration". Есть два базовых способа повлиять на распределения номеров IRQ: заблокировать конкретный номер и напрямую назначить номер линии PIRQ.

Первый способ доступен для всех BIOS: найдите список пунктов "IRQ x used by:" (в новых BIOS скрывается в подменю "IRQ Resources"). Тем прерываниям, которые должны быть назначены исключительно ISA-устройствам, нужно поставить "Legacy ISA". Тем самым при раздаче номеров PCI-устройствам данные прерывания будут пропущены. Поступать так следует в том случае, если какое-либо ISA-устройство упорно становится на одно прерывание с PCI-устройством, из-за чего оба не работают. Тогда мы находим номер этого IRQ и блокируем его в BIOS Setup. PCI-устройство переходит на новый номер IRQ, а ISA-устройство остается. Конфликт разрешен.

Второй, более удобный способ управления номерами IRQ - прямое назначение. В том же подменю BIOS Setup могут быть пункты вида "Slot X use IRQ" (другие названия: "PIRQx use IRQ", "PCI Slot x priority", "INT Pin x IRQ"). С их помощью каждой из четырех линии PIRQ можно назначить конкретный номер. Кстати, в новых AwardBIOS 6.00 можно наблюдать, какие именно устройства (включая встроенные) используют ту или иную линию.

BIOS AMI 

  

6.3Распределение номеров IRQ средствами Windows

Второй раз номера прерываний распределяются операционной системой. Как показали проведенные мной эксперименты, Windows'98 начинает вмешиваться в произведенные BIOS'ом действия только в крайних случаях. При наличии нормального BIOS описанные здесь приемы не понадобятся.

Следует заметить, что для правильной работы механизмов совместного использования IRQ и динамического распределения необходимо, чтобы Windows распознала чипсет материнской платы и загрузила IRQ Miniport. Чем более свежая версия у Windows, тем больше чипсетов поддерживает ее собственный минипорт (PCIIMP.PCI). Однако всегда лучше перестраховаться и установить самые свежие драйверы чипсета.

В Windows 98 управление системой распределения IRQ осуществляется с помощью стандартного менеджера устройств.

Резервирование IRQКроме резервирования, можно непосредственно задать номер прерывания для устройства. Для этого нужно в его свойствах найти закладку "Ресурсы", отключить автоматическую настройку и попытаться изменить назначенный номер прерывания. К сожалению, это работает далеко не всегда.

Windows 2000 - система особая. Если у вас современный компьютер, то он наверняка поддерживает интерфейс конфигурирования ACPI. Windows 2000 в таком случае вообще проигнорирует действия BIOS и "повесит" все PCI-устройства на одно логическое прерывание. В общем случае это будет отлично работать (когда нет ISA), но иногда случаются проблемы. Чтобы получить возможность изменять номера прерываний, нужно либо поменять HAL-ядро, либо переустановить Windows 2000 с отключенным в BIOS ACPI. Замена ядра производится так: в диспетчере устройств выбирайте "Компьютер"/"Компьютер с ACPI", меняйте драйвер на "Стандартный компьютер", перезагружайтесь. Если это не поможет, придется переустановить Windows 2000 заново.

Надеюсь, приведенная выше информация поможет вам в борьбе с глюками "железа". И помните: большинство возникающих проблем связано с низким уровнем компьютерной грамотности хозяина компьютера. Поэтому нужно всегда стремиться к самообразованию, тогда и проблем будет поменьше, а те, что все-таки возникнут - не будут казаться неразрешимыми.

 

Тема 7Внешняя память

 Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер.

В состав внешней памяти компьютера входят:

накопители на жёстких магнитных дисках;

накопители на гибких магнитных дисках;

накопители на компакт-дисках;

накопители на магнито-оптических компакт-дисках;

накопители на магнитной ленте (стримеры)

 и др.

 

7.1                   Накопители на жестких магнитных дисках

НЕБОЛЬШОЙ ЭКСКУРС В ИСТОРИЮ

В мире микрокомпьютеров есть два основных носителя информации: дискеты (гибкие диски) и жесткие диски.

Основными преимуществами жестких дисков, по сравнению с дискетами, являются большая емкость, более быстрый доступ к данным, удобство в использовании.

Самый первый накопитель на жестком диске был разработан на фирме IBM в самом начале 70-х годов. Этот четырнадцатидюймовый диск хранил по 30 Мбайт информации на каждой стороне. Это нашло отражение в названии "винчестер", позже прочно за крепившимся за накопителями на жестких дисках. Дело в том, что емкость диска 30/30 перекликается с названием известного ружья фирмы “Winchester”. Первый серийный накопитель на жестких дисках - 3340 - был создан фирмой IBM в 1973 году.

Спустя 15 лет опять же IBM приспособила жесткие диски для использования в персональных компьютерах, однако, основная концепция и принцип работы остались такими же, как и в первом накопителе 30/30. Типичные современные жесткие диски имеют всего диаметр 5 1/4 или 3 1/2 дюйма.

 Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD — Hard Disk Drive) или винчестерский накопитель — это наиболее массовое запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины — платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации — программ и данных.

Винчестер - единственный накопитель, от которого зависит не только сохранность записанной на нем информации, но и то, как будет загружаться и работать компьютер. Давно уже прошли времена, когда пользователи загружали компьютеры с помощью загрузочной дискеты и радовались работе в MS DOS. Сейчас же ни один BIOS не станет продолжать загрузку, не найдя в конфигурации системы винчестера.

 

3.1.1Устройство винчестера

В самом первом магнитном накопителе, разработанном фирмой IBM, диски и головки вместе с несущей конструкцией размещались в отдельном закрытом корпусе (его называли модулем данных), устанавливаемом для работы на приводное устройство. При установке модуля данных на привод автоматически подключалась система подачи в модуль данных очищенного воздуха. Головки, благодаря малой массе, прижимались к поверхности диска с усилием всего 0.1Н, а при вращении диска между головкой и поверхностью образовывался воздушный зазор толщиной около 0.5мкм. Прослойка воздуха между головкой и диском создавалась за счет потоков, образующихся при вращении диска, и обеспечивала возможность многократной записи и считывания данных без повреждения магнитной поверхности диска.


Рис.  Современный винчестер со снятой крышкой.

В современных устройствах модуль данных и привод составляют единое целое и система подачи очищенного воздуха уже не используется. Каждый современный накопитель содержит пакет магнитных дисков, установленных на одной оси. В первых устройствах использовалась скорость вращения 3600 об/мин, однако по мере роста требований к скорости записи/считывания частота вращения блока дисков была повышена во многих устройствах до 7200 об/мин. Повышение скорости вращения обеспечивает возможность ускорения работы всего устройства, однако рост скорости ограничен механической прочностью дисков.

Диски представляют собой пластины из алюминия, стекла или керамики с нанесенным на них слоем высококачественного ферромагнетика. Состав магнитного покрытия достаточно сложен - оно, как правило, наносится путем напыления или вакуумного осаждения. В первых дисках использовалось покрытие из оксида железа, сегодня в качестве материалов для магнитного покрытия используются как материалы на основе железа и его окислов, так и пленки других магнитных металлов. Покрытия на основе окислов железа и бариевых ферритов являются достаточно мягкими, поэтому их использование в новых разработках почти прекратилось. Металлические пленочные покрытия обеспечивают более высокую плотность записи и прочность поверхности диска. Прочность покрытия особенно важна при использовании дисков в переносных компьютерах, где велика вероятность ударов.

После нанесения покрытия диски подвергаются специальной обработке для обеспечения высококачественной поверхности. Обработанные диски собирают в один пакет (обычно в пакете содержится от 2 до 12 дисков) и закрепляют на оси, устанавливаемой в привод. Каждый диск имеет две рабочих поверхности, однако в некоторых устройствах внешние поверхности крайних дисков пакета не используются из конструктивных соображений.

Для надежной и качественной работы винчестера важно обеспечить отсутствие пыли в корпусе блока дисков и головок, для чего широко используются барометрические фильтры, выравнивающие давление внутри и снаружи блока дисков. Если вы хотите, чтобы ваш винчестер работал долго и обеспечивал высокую надежность хранения данных, никогда не открывайте корпус блока дисков и не срывайте с него защитных наклеек.

3.1.2Магнитные головки

Головки чтения-записи относятся к числу важнейших элементов дискового накопителя. Принцип действия головок винчестера похож на принцип работы головок обычного магнитофона, однако требования к ним предъявляются значительно более жесткие по сравнению с магнитофонными головками. Отличаются головки дисковых накопителей и своими малыми размерами.

Головка всегда находится на некотором расстоянии от поверхности диска (около 0.13мкм), обеспечиваемом за счет потока воздуха при быстром вращении диска (головка "летит"). Уменьшение зазора между головкой и поверхностью диска увеличивает сигнал при считывании и позволяет снизить ток записи, однако сильно снижает устойчивость устройства к вибрациям и ударам. Тем не менее, работы по уменьшению зазора между диском и головкой не прекращаются ведущими производителями винчестеров и по прогнозам в ближайшие пять лет зазор может быть уменьшен до 0.05мкм. Наличие зазора между головкой и поверхностью диска требует парковки головок (перемещения их за пределы рабочей поверхности) при выключении компьютера во избежание повреждения поверхности диска или головки при их механическом контакте. В старых устройствах для парковки головок нужно было использовать специальные программы (их запускали непосредственно перед выключением компьютера), современные винчестеры при выключении питания перемещают головки за пределы рабочей зоны дисков автоматически.

При изготовлении головок используются три различных технологических варианта:

монолитные головки;

композитные головки;

тонкопленочные головки.

Монолитные головки изготавливаются из ферритов. Сложность обработки и хрупкость ферритов накладывают серьезные ограничения на их использование в современных системах с высокой плотностью записи информации на диск. В новых разработках такие головки почти не используются.

Композитные головки имеют меньшие размеры по сравнению с монолитными и выполнены из феррита на подложке из стекла или твердой керамики. Такой подход позволяет уменьшить зазор между головкой и поверхностью диска и, как следствие, повысить плотность записи на диск. Некоторые фирмы при производстве композитных головок используют вместо воздушного зазора в магнитном сердечнике головки зазор, заполненный металлом (это позволяет улучшить конфигурацию магнитного поля головки и дополнительно увеличить плотность записи).

Тонкопленочные головки создаются методом фотолитографии. Магнитный сердечник головки осаждается на керамическую поверхность, что позволяет создать головки с очень малым магнитным зазором. Такая технология дает самую высокую плотность записи и позволяет уменьшить ширину дорожек.

3.1.3Привод головок

Устройство привода магнитных головок (head positioner) является одной из важнейших частей винчестера. От типа используемого привода непосредственно зависит скорость работы устройства в целом - привод обеспечивает важнейший параметр винчестера: время позиционирования головок (seek time). Для перемещения головок обычно используются шаговые двигатели, обеспечивающие высокую точность позиционирования. Существуют два различных варианта приводов: линейные и поворотные. При поворотном приводе головки перемещаются по дуге окружности как в обычном электропроигрывателе, линейный привод обеспечивает перемещение головок по радиусу диска (подобно модным некоторое время назад проигрывателям с тангенциальным тонармом). Преимущество линейного привода заключается в том, что зазор магнитной головки всегда перпендикулярен дорожке и расстояние между дорожками сохраняется постоянным, поворотные приводы обеспечивают меньшую инерционность и, как следствие, более быстрое позиционирование головок. Кроме того, поворотные приводы более устойчивы к ударам и вибрации, поскольку допускают точную балансировку.

3.1.4Размеры винчестеров

Современные дисковые устройства выпускаются четырех типоразмеров по ширине (диаметру дисков) и трех - по высоте. Диаметр дисков в большинстве случаев равен 1.8, 2.5, 3.5 или 5.25 дюйма, высота - 3.25 (устройство полной высоты), 1.63 (устройство половинной высоты) или менее 1 дюйма (низкопрофильное устройство).

Термины по жесткому диску

 Контроллер(Controller) – схемы, обычно расположенные на плате расширения, обеспечивающие управление работой накопителя на жестком диске, включая перемещение головки и считывание данных.

Дорожка(Track) - концентрическое деление диска.

Цилиндр(Cylinder) - дорожки, расположенные напротив друг друга на всех сторонах всех дисков.

Логический диск(Logical drive) - определенные части рабочей поверхности жесткого диска, которые рассматривают как отдельные накопители. Некоторые логические диски могут быть использованы для других операционных систем, таких как, например, UNIX.

Таблица  размещения  файлов  (File Allocation Table (FAT)) - запись, формируемая DOS, которая отслеживает размещение каждого файла на диске и то, какие сектора использованы, а какие свободны для записи в них новых данных.

Сектор(Sector) - деление дисковых дорожек, представляющее собой основную единицу размера, используемую накопителем. Секторы DOS обычно содержат по 512 байтов.

Кластер(Cluster) - наименьшая единица пространства, с которой работает DOS в таблице расположения файлов. Обычно кластер состоит из одного или более секторов. Количество секторов зависит от типа диска. Многие жесткие диски имеют кластеры из четырех секторов или 2048 байтов. Поиск кластеров вместо отдельных секторов сокращает издержки DOS по времени.

Парковка(Park) - перемещение головок накопителя в определенную точку и фиксация их в неподвижном состоянии над неиспользуемыми частями диска, для того, чтобы свести к минимуму повреждения при сотрясении накопителя, когда головки могут ударяться о поверхности диска.

Уровень прекомпенсации ( Value write precompensation ) - номер цилиндра, с которого контроллер начнет упаковывать записываемые данные более плотно. Дело в том, что дорожки, расположенные на диске винчестера, имеют различную длину - те, что ближе к центру, короче расположенных с краю. Но контроллер записывает одно и то же количество данных в каждую дорожку, независимо от ее длины. Для компенсации разницы в длине дорожек контроллер должен записывать данные на удаленные от края диска дорожки более плотно, чем на наружные.

Чередование(Interleave) - отношение между скоростью вращения диска и организацией секторов на диске. Обычно скорость вращения диска превышает способность компьютера получать данные с диска. К тому моменту, когда контроллер производит считывание данных, следующий последовательный сектор уже проходит головку. Поэтому данные записываются на диск через один или несколько сектора. С помощью специального программного обеспечения при форматировании диска можно изменять порядок чередования.

 

Основные характеристики.

Емкость диска. Для пользователя накопители на жестком диске отличаются друг от друга, прежде всего своей емкостью, т.е. тем, сколько информации помещается на диске. На моделях IBM РС ХТ жесткий диск может иметь от 5 Мбайт до больше сотни Гбайт.

Скорость  работы  диска.  Вторая  существенная  для  пользователя характеристика диска - Время доступа (Access Time) - период времени, необходимый накопителю на жестком диске для поиска и передачи данных в память и из памяти. Быстродействие накопителей часто определяется этим параметром.

Время  позиционирования(Seek time) - время, необходимое головке для перемещения с дорожки, на которой она установлена, на какую-либо другую нужную дорожку.

Скорость  передачи  данных  (Transfer rate) - объем информации, передаваемый между диском и ЭВМ в единицу времени. В него входит и время поиска дорожки.

Для Notebook важна также высота винчестера 6 - 9 мм.

3 а м е ч а н и е 1.  В ранних версиях операционной системы MS DOS нельзя было непосредственно работать с дисками емкостью более 32 Мбайт. Это затрудняло использование дисков большой емкости, их приходилось логически "разбивать" на несколько частей (логических дисков) и работать с каждой из них как с отдельным диском.. В версиях операционной системы MS DOS 4.00 и последующих можно использовать логические диски любого размера.

3 а м е ч а н и е 2. Для работы с дисками IDE более 528 Мбайт необходимо при установке диска необходимо выбрать способ (mode) адресации диска. (Normal – используют, когда диск менее 528 Мбайт, LBA - используют, когда диск более 528 Мбайт, Large  - используют, когда невозможно использовать LBA)

 

ФОРМАТИРОВАНИЕ

Форматирование состоит из компьютера двух этапов: физического форматирования, называемого также форматированием низкого уровня (реже абсолютным), и логического форматирования.

разница в следующем. При форматировании низкого уровня создаются сектора, в которых будет храниться информация. Кроме того, определяются сектора, непригодные для записи данных, они помечаются как плохие для того, чтобы избежать их использования.

При логическом форматировании диск подготавливается для записи файлов в - сектора, созданные при низкоуровневом форматировании. Для этого создается загрузочная запись, размещенная в первом логическом секторе раздела диска, две копии таблицы расположения файлов (FAT), в которой хранятся номера дорожек и секторов, хранящих файлы, а также корневой каталог. Кроме того, на данном этапе диску может быть присвоено имя.

Форматирование гибких дисков происходит несколько иначе. В этом случае физическое и логическое форматирование производятся за один проход.

Форматирование низкого уровня нужно производить в следующих случаях:

если вы получил“ совершенно новый накопитель от компьютера, и он оказался неподготовленным к работе;

если появился сбой в нулевой дорожке, вызывающий проблемы при загрузке с жесткого диска, но сам диск при загрузке с дискеты доступен;

если появляются сообщения об ошибке при записи информации на диск;

если вы возвращаете в рабочее состояние старый диск, например, переставленный со сломавшегося. В этом случае для обеспечения надежной работы нужно протестировать диск, чтобы найти и отметить все сектора, недопустимые для записи;

если диск оказался сформатированным для работы с другой операционной системой;

если диск перестал нормально работать, и все методы восстановления не дали положительных результатов;

если вы используете диск с контроллером другого типа. В противном случае могут возникнуть проблемы при обращении к жесткому диску.

Нужно иметь в виду, что физическое форматирование является очень сильнодействующей операцией - при его выполнении данные, хранившиеся на диске, будут полностью стерты и восстановить их будет совершенно невозможно! Поэтому не приступайте к форматированию низкого уровня, если вы не уверены в том, что сохранили все важные данные вне жесткого диска. Иногда рекомендуют производить форматирование низкого уровня в том положении, в котором компьютер будет использоваться горизонтальное положение или вертикальное.

 

Выбор файловой системы в процессе установки

До начала установки Windows NT определите, какую из двух файловых систем Вы будете использовать на каждом создаваемом Вами разделе: Windows NT File System (NTFS) или таблицу размещения файлов (FAT) (рис.).

Рис. Соответствие файловых и операционных систем

NTFS может использоваться Windows NT, Windows 2000 и Windows XP. Она предлагает большую защиту, чем файловая система FAT. При загрузке другой ОС, например Windows 95, Вы не сможете обратиться к данным на разделе NTFS.

В FAT (file allocation table) хранится информация о расположении файла на диске, а информация о имени, атрибутах, времени и дате создания и размере хранится в каталоге. FAT – это электронная таблица, управляющая распределением дискового пространства. Каждая ячейка этой таблицы связана с определённым кластером на диске. Число, содержащееся в этой ячейке, сообщает о том, использован ли данный кластер под какой-либо файл и, если использован, где находится следующий кластер этого файла.

Файловая система FAT32 была создана для организации файлов на больших дисках (более 2 Гбайт). Основное её преимущество - увеличенное по отношению к FAT16 число кластеров в разделе, что уменьшает потери дискового пространства, основной недостаток – несовместимость с более ранними версиями DOS и Windows, а также с файловой системой NTFS.

Файловая система NTFS обеспечивает большие преимущества по сравнению с FAT: большие размеры файлов и разделов, дополнительные атрибуты файлов и расширенные средства безопасности. Размер файла и раздела в NTFS может достигать 17 179 869 184 Гбайт (в FAT до 4 Гбайт). Раздел NTFS состоит из главной таблицы файлов (master file table - MFT). MFT в отличие от FAT содержит больше информации о файле. Атрибуты файла в NTFS сохраняются вместе с файлом и являются частью самого файла. Основное преимущество файловой системы NTFS – это обеспечение безопасности файлов и каталогов.

 

3.1.5Два конкурирующих интерфейса

На данный момент самыми распространенными являются два интерфейса, на которых производятся жесткие диски. Первым является интерфейс IDE (Integrated Drive Electronics), вторым - интерфейс SCSI (Small Computer System Interface).

Интерфейс IDE был разработан и осуществлен в винчестерах фирмой IBM. Сейчас же правами на разработку этого интерфейса обладает фирма Western Digital.

Что касается интерфейса SCSI, то он был предложен фирмой Shugart Associates System Interface. Разрабатывается он в основном фирмой American National Standards Institute.

 

3.1.6Интерфейсы винчестеров

3.1.6.1SCSI

Первоначальный вариант интерфейса SCSI (Small Computer System Interface) был предложен в конце 70-х годов Shugart Associates под названием SASI (Shugart Associates System Interface) взамен разработанной компанией IBM системной шины IPI (интеллектуальный периферийный интерфейс).

Интерфейс SCSI используется не только в IBM-совместимых компьютерах, но и семействах Macintosh, SPARC, VAX и др. Одна из причин такого широкого распространения интерфейса SCSI заключается в том, что он не накладывает никаких ограничений на связь между контроллером и периферийным устройством. Шину SCSI можно использовать для связи компьютера с несколькими периферийными устройствами (как внешними, так и внутренними). Более того, допускается совместное использование одного периферийного устройства несколькими компьютерами, подключенными к общей шине SCSI (правда это значительно сложнее сделать, чем написать, но об этом разговор особый). Подключаемые к шине SCSI устройства могут играть роль ведущих (Initiator) или ведомых (Target), при этом одно и то же устройство может быть ведомым в одних случаях и ведущим - в других. Такое разделение функций устройств позволяет организовать передачу данных с одного периферийного устройства на другое (например, резервное копирование данных с винчестера на стриммерную кассету). Обмен между устройствами по магистрали SCSI происходит в соответствии с протоколом высокого уровня и адресация осуществляется на уровне логических, а не физических (как в ESDI) блоков. Программы для работы со SCSI-устройствами не используют физические характеристики конкретного устройства (число головок, цилиндров и т.п.), а имеют дело с логическими блоками, что дает возможность работы фактически со всеми блочными устройствами.

Для подключения устройств SCSI используется кабель (как правило плоский) с 50-контактными разъемами.  Возможны как синфазная, так и дифференциальная (с помощью "токовой петли") передача данных по кабелю; при синфазной передаче длина кабеля может достигать 6м, при дифференциальной - 25м. Для гарантированной передачи сигналов по магистрали SCSI линию требуется согласовывать с помощью терминаторов (набора резисторов), устанавливаемых по обоим концам шины SCSI.

 

3.1.7Современные реализации ATA/IDE

Предложенный в конце 80-х годов интерфейс ATA (AT Attachment), известный также под названием IDE (Integrated Drive Electronics) очень быстро завоевал широкую популярность среди производителей и пользователей персональных компьютеров. Основными причинами быстрого и широкого распространения нового интерфейса послужили невысокая цена устройств, простота их установки и эксплуатации, а также высокий уровень совместимости устройств IDE. Спецификация АТА уступает по скорости обмена с дисками и ряду других параметров интерфейсу SCSI, однако для большинства пользователей производительность играет меньшую роль, по сравнению с совместимостью, простотой и стоимостью устройств.

3.1.7.1Ограниченность АТА

Первоначальная версия стандарта IDE обеспечивала возможность подключения к компьютеру четырех винчестеров и позволяла обмениваться данными с диском на скорости до 10Мбайт/сек, однако реальная скорость ограничивалась прежде всего возможностями самого винчестера. Подключение четырех устройств, предусмотренное спецификацией IDE, в компьютерах семейства IBM PC AT, в спецификации ATA/IDE реализовано не было. Кроме того, совместное использование стандарта ATA и программного интерфейса Int 13 BIOS ограничивало размер дисковых устройств 528Мб. Природу этого ограничения, связанную с форматами чисел, используемых для адресации головок, секторов и цилиндров винчестера (CHS-адрес) в стандарте IDE и BIOS, можно понять из приведенной ниже таблицы и рисунка, иллюстрирующего взаимодействие операционной системы с диском IDE.

 

Таблица

 

BIOS

IDE

Результат

Максимальное число секторов на дорожке

63

255

63

Максимальное число головок

255

16

16

Максимальное число цилиндров

1024

65536

1024

Максимальный размер диска

8.4Гб

136.9Гб

528Мб


Рисунок  Взаимодействие диска IDE с операционной системой.

Другим существенным ограничением стандарта IDE/ATA является невозможность подключения к контроллеру IDE каких-либо устройств, за исключением винчестеров.

Присущие интерфейсу IDE/ATA ограничения тормозили развитие недорогих компьютерных систем, рассчитанных на массового пользователя, в связи с чем целый ряд фирм предпринял попытки расширения возможностей классического IDE. Наибольших успехов на этом пути добилась компания Western Digital, разработавшая спецификацию Enhanced IDE (EIDE), позволяющую использовать диски, размер которых превышает 528 Мб, и обеспечившую реальную возможность подключения к компьютеру до четырех устройств IDE (не только винчестеров, но и приводов CD-ROM или стриммеров).

Существенно и то, что стандартный интерфейс IDE менее гибок и более ограничен по сравнению со SCSI:

IDE поддерживает только два винчестера, а SCSI обеспечивает возможность подключения большого количества блочных устройств различных типов (принтеры, CD-ROM, стриммеры и др.);

размер дисков IDE не может превышать 528Мб, поскольку для доступа к диску используется интерфейс Int 13 BIOS, тогда как SCSI не ограничивает размер диска;

IDE обеспечивает скорость обмена с диском 2-3 Мб/сек, а SCSI - 10 или 20Мб/сек (Fast/Wide).

Технология Enhanced IDE позволяет избавиться от основных ограничений стандарта IDE/ATA:

предельный размер диска 528Мб;

малая скорость обмена с диском;

поддержка только двух устройств;

невозможность подключения приводов CD-ROM и стриммеров.

 

1. Использование винчестеров размером более 528Мб.

Эта возможность обусловлена внесенными в BIOS изменениями, позволяющими адресовать большие диски. Для работы с дисками более 528Мб требуется поддержка со стороны винчестера, BIOS и операционной системы.

Винчестер должен поддерживать спецификацию ATA (этому требованию удовлетворяет большинство современных винчестеров).

BIOS также должна поддерживать спецификацию ATA; большинство производителей системных плат и разработчиков BIOS уже поддерживают этот режим.

Может потребоваться поддержка работы с большими дисками и со стороны операционной системы. Windows 3.1 не полностью соответствует ATA, поэтому приходится использовать специальные драйверы (Windows "32-bit disk access"), обычно поставляемые вместе с контроллерами EIDE. Большинство 32-разрядных операционных систем (таких, как OS/2) изначально поддерживают работу с большими дисками.

2. Ускоренный обмен данными

основан на использовании скоростных режимов программируемого ввода-вывода (PIO mode 3) и прямого доступа к памяти (DMA mode 1). Эти режимы обеспечивают скорость обмена 11.1 и 13.3 Мб/сек, соответственно. Для реализации скоростного обмена требуется поддержка со стороны винчестера и BIOS.

BIOS должна поддерживать один из скоростных режимов обмена с диском (PIO mode 3 или DMA mode 1), как правило это режим PIO.

Со стороны дискового устройства также должна обеспечиваться поддержка скоростного обмена. Эту возможность обеспечивает большинство современных винчестеров (в том числе диски Fast ATA).

Скоростные режимы обмена позволяют полнее реализовать возможности дисковых контроллеров, использующих широкополосную локальную шину VESA или PCI.

3. Поддержка двух портов ATA.

Для обеспечения этой возможности используются зарезервированные для второго контроллера адреса портов ввода-вывода и прерывание IRQ15. Для реализации этой возможности требуется поддержка со стороны контроллера (хост-адаптера), BIOS и операционной системы.

К самим устройствам (винчестерам, приводам CD-ROM или стриммерам) не предъявляется никаких дополнительных требований.

Контроллер должен обеспечивать возможность установки адресов второго порта (это реализовано отнюдь не во всех современных моделях).

Не все BIOS поддерживают возможность использования четырех устройств IDE, однако современные разработки включают этот режим.

Важную роль играет поддержка использования четырех устройств со стороны операционной системы. Эта возможность реализована в большинстве 32-разрядных ОС и в последних версиях DOS.

4. Возможность подключения приводов CD-ROM и стриммеров.

Этот режим является недорогой альтернативой SCSI. Для обеспечения такой возможности требуется поддержка нескольких новых команд. Спецификация ATAPI (ATA Packet Interface), находящаяся в стадии разработки, содержит описание новых команд.

Для обеспечения возможности подключения к хост-адаптеру недисковых устройств требуется поддержка спецификации ATAPI со стороны BIOS, хост-адаптера, операционной системы и самих периферийных устройств.

В настоящее время большинство устройств CD-ROM уже использует интерфейс IDE/ATAPI для подключения ко второму порту современных контроллеров.

Очевидно, что при таком обилии вариантов расширения возможностей IDE отнюдь не все устройства, рекламируемые как "Enhanced", поддерживают все четыре режима, добавленные в спецификацию Enhanced IDE. Не следует забывать также о том, что для обеспечения полной поддержки EIDE, этой спецификации должны удовлетворять BIOS, хост-адаптер, операционная система и, наконец, сами периферийные устройства.

3.1.7.2                                             Использование дисков большой емкости

Ограничение размера винчестеров с интерфейсом IDE/ATA (528 Мб) является результатом совместного использования стандарта IDE и программного интерфейса Int 13 BIOS. Технология Enhanced IDE дает возможность внести в BIOS изменения, позволяющие избавиться от этого ограничения.

Природа ограничения размера дисков связана с форматом (числом бит), используемым для задания номеров головок, цилиндров и секторов в интерфейсах Int 13 и IDE (CHS-адресация). Поскольку оба интерфейса используют различные форматы, их совместное применение не позволяет работать с дисками размером более 528 мегабайт. В таблице 3 приведены форматы чисел, используемых для нумерации в BIOS и IDE:

Существует два способа преодолеть ограничение размера диска. Первый способ заключается в использовании трансляции адресов CHS (цилиндр-головка-сектор) - пересчета реальных значений в фиктивные, удовлетворяющие ограничениям BIOS. Контроллер и BIOS используют в этом случае разную геометрию для адресации данных на диске. Если диск содержит 1500 секторов и имеет 16 головок, то в результате трансляции BIOS будет воспринимать его как устройство с 750 цилиндрами и 32 головками.

Технология Enhanced IDE использует другой метод, называемый логической адресацией блоков (LBA - Logical Block Address). В этом случае используется сквозная нумерация секторов и адрес CHS преобразуется в одно 28-битовое число, используемое для нумерации секторов - LBA-адрес. Метод LBA обеспечивает более эффективный способ работы с большими дисками за счет простоты преобразования адреса. Кроме того, этот способ представляется более эффективным при разработке новых операционных систем. Схема адресации с использованием LBA была впервые применена фирмой Western Digital в конце 1993 года, позволив создать диск IDE размеров 540Мб (модель AC2540).

 

7.2Накопители на гибких магнитных дисках

Гибкий диск (англ. floppy disk), или лискета, — носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения.

Устройство дискеты
Рис.  Устройство дискеты

Дискета состоит из круглой полимерной подложки, покрытой с обеих сторон магнитным окислом и помещенной в пластиковую упаковку, на внутреннюю поверхность которой нанесено очищающее покрытие. В упаковке сделаны с двух сторон радиальные прорези, через которые головки считывания/записи накопителя получают доступ к диску.

Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены в среде выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами. Обычно устанавливается однозначное соответствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов.

Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.

Подпись:  
Рис.2. Поверхность
магнитного диска

В настоящее время наибольшее распространение получили дискеты со следующими характеристиками: диаметр 3,5 дюйма (89 мм), ёмкость 1,44 Мбайт, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18.

Дискета устанавливается в накопитель на гибких магнитных дисках (англ. floppy-disk drive), автоматически в нем фиксируется, после чего механизм накопителя раскручивается до частоты вращения 360 мин-1. В накопителе вращается сама дискета, магнитные головки остаются неподвижными. Дискета вращается только при обращении к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков.

Защита дискет от записи. На дискетах размером 3,5 дюйма вместо прорези защиты от записи имеется специальный переключатель, разрешающий или запрещающий запись на дискету.  

Хотя поначалу выпускались односторонние дискеты (SS, Single Sided), гораздо большее распространение получили двусторонние (DS, Double Sided) двойной (DD, Double Density) и высокой (HD, High Density) плотности (см. табл. 1). В свое время были созданы и предпосылки для использования дискет 3,5" емкостью 2,88 Мбайт, естественно, со своим стандартом и приводом. Им была присвоена даже своя аббревиатура - ED (Extra Density). Однако это решение не получило широкого распространения, и, видимо, уже не получит.

Таблица 1- Характеристики двусторонних дискет

 

5.25 DD

5.25 HD

3,5 DD

3.5 HD

Ширина, ми 

146

146

101.6

101.6

Высота, мм 

41 

41 

25.4

25.4

Длина, мм

203

203

150

150

Емкость неформатированной дискеты, Мбайт

1

2

1

2

Емкость форматированной дискеты, Мбайт 

0.36 

0,36/1,2 

0.72 

0,72/1,44

Скорость вращения, об/мин 

300

360

300

300

Плотность дорожек, 1/дюйм 

48 

96 

135 

135

Дорожек на рабочей поверхности 

40

80

80

80

Скорость обмена данными, Кбайт/с 

250 

500 

250

500

Время позиционирования, мс 

67

 91

 94

 94

Время позиционирования между дорожками, мс 

3

Время доступа, мс

250

200

175

100

Среднее время наработки на отказ (MTBF), тыс. ч

12

12

10

12

 

Инициализация  (форматирование) дискет. Перед первым использованием дискеты необходимо специальным образом инициализировать. Это делается с помощью программы DOS format.

  

Options

Тип диска

Итоговая емкость дискеты

 track

sec

720k

1.44m

   normal  -    max   

 40-41

  9

 + 

  + 

   362.496 -   371.712

 40-41

 10

 + 

  + 

   398.848 -   409.086

 80-83

  9

 + 

  + 

   724.480 -   752.168

 80-83

 10

 + 

  + 

   806.460 -   837.120

 80-83

 15

   

  + 

 1.212.928 - 1.259.008

 80-83

 18

   

  + 

 1.457.664 - 1.512.960

 80-83

 21

   

  + 

 1.702.400 - 1.765.888

 

Форматирование диска для работы с Windows 2000.

FORMAT том: [/FS:система] [/V:метка] [/Q] [/A:размер] [/C] [/X]

FORMAT том: [/V:метка] [/Q] [/F:размер]

FORMAT тома: [/V:метка] [/Q] [/T:дорожки /N:секторы]

FORMAT тома: [/V:метка] [/Q] [/1] [/4]

FORMAT том [/Q] [/1] [/4] [/8]

 

том 

Указывает букву диска (с последующим двоеточием), точку подключения или имя тома.

/FS:filesystem 

Указывает тип файловой системы (FAT, FAT32, или NTFS).

/V:метка       

Метка тома.

/Q             

Быстрое форматирование.

/C             

Установка режима сжатия по умолчанию для всех файлов, создаваемых на новом томе.

/X             

Инициирует отключение тома, в качестве первого действия, если это необходимо. Все открытые дескрипторы тома будут неверны.

/A:размер        

Заменяет размер кластера по умолчанию. В общих случаях рекомендуется использовать размеры кластера по умолчанию.

NTFS поддерживает размеры 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16КБ, 32КБ, 64K.

FAT поддерживает размеры 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16КБ, 32КБ, 64КБ, (128КБ, 256КБ для размера сектора > 512 Байт).

FAT32 поддерживает размеры 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16КБ, 32КБ, 64КБ, (128КБ, 256КБ для размера сектора > 512 Байт). Файловые системы FAT и FAT32 налагают следующие ограничения на число кластеров тома:

FAT: число кластеров <= 65526 FAT32: 65526 < число кластеров < 268435446 Выполнение команды Format будет немедленно прервано, если будет обнаружено нарушение указанных выше ограничений, используя указанный размер кластеров.

Сжатие томов NTFS не поддерживается для размеров кластеров более 4096 Байт.

/F:размер      

Указывает размер форматируемых гибких дисков (160, 180, 320, 360, 640, 720, 1.2, 1.23, 1.44, 2.88, или 20.8).

/T:дорожки     

Число дорожек на каждой стороне диска.

  /N:секторы     

Число секторов на каждой дорожке.

/1             

Форматирование одной стороны гибкого диска.

/4             

Форматирование 5,25" дискеты емкостью 360 КБ в дисководе высокой плотности.

/8             

Создание восьми секторов на каждой дорожке.

  

7.3.  RAID

В 1987 году Паттерсон (Patterson), Гибсон (Gibson) и Катц (Katz) из калифорнийского университета Беркли опубликовали статью «Корпус для избыточных массивов из дешевых дисков (RAID)» (A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID) [1]. В этой статье описывались разные типы дисковых массивов, обозначаемых сокращением «RAID». В основу RAID положена следующая идея: объединяя в массив несколько небольших и дешевых дисководов, можно получить систему, превосходящую по объему, скорости работы и надежности самые дорогие дисководы. Вдобавок ко всему такая система с точки зрения компьютера выглядит как один единственный диск.

Среднее время наработки на отказ массива диска равно среднему времени наработки на отказ одиночного диска, деленному на число дисков в массиве. Вследствие этого среднее время наработки на отказ массива оказывается слишком малым для многих приложений. Однако дисковый массив можно несколькими способами сделать устойчивым к отказу одного диска.

В данной статье было определено пять типов дисковых массивов: RAID-1, RAID-2, …, RAID-5. Каждый тип обеспечивал устойчивость на отказ, а также различные преимущества по сравнению с одиночным диском. Наряду с этими пятью типами популярность приобрел также дисковый массив RAID-0, НЕ обладающий избыточностью.

 

7.3.1.1. Виды массивов

RAID-0. Обычно определяется как НЕ избыточная группа размеченных дисков без контроля четности. Обычно в RAID-0 устанавливают большой размер страйпов для использования в приложениях с интенсивным вводом-выводом. Но возможно использование RAID-0, составленного из синхронизированных дисков, и для работы с длинными последовательными записями в однопользовательском варианте. В этом случае размер страйпов делают равным размеру сектора. Так как RAID-0 не обладает избыточностью, авария одного диска приводит к аварии всего массива. С другой стороны RAID-0 обеспечивает максимальные скорость обмена и эффективность использования полезного объема. Область применения: аудио- и видео приложения требующие высокую скорость непрерывной передачи данных, которую не может обеспечить одиночный диск. Реализация RAID-0 может осуществляться на относительно дешевых RAID- контроллерах.

RAID-1. Более известен как «дисковое зеркало» или пара дисков, содержащих одинаковую информацию и составляющих один логический диск. Разметка не используется, хотя несколько массивов RAID-1 можно, в свою очередь, объединить в RAID-0 для увеличения скорости работы. Такая конфигурация называется «двухуровневый» RAID или RAID-10. Запись должна производиться на оба диска в каждой паре. Тем не менее, диски, входящие в пару, могут совершать одновременные операции чтения. Таким образом «зеркалирование» может удваивать скорость чтения, но скорость записи остается неизменной. RAID-1 обеспечивает наивысшую скорость работы среди всех типов избыточных массивов, особенно в многопользовательском окружении, но наихудшее использование дискового пространства. Область применения: дешевые массивы. Программный RAID-1 приобрел популярность благодаря фирме Novell, а аппаратный вариант – благодаря дисковым контроллерам фирмы DPT.

RAID-2. Распределяет данные по страйпам размером в сектор по группе дисков. Некоторые диски выделяются для хранения ECC (код коррекции ошибок). Так как большинство дисководов по умолчанию хранят ECC для каждого сектора, RAID-2 не дает особых преимуществ по сравнению с RAID-3 и, поэтому, практически не применяется.

RAID-3. Как и в случае с RAID-2 данные распределяются по страйпам размером в один сектор, а один из дисков массива отводится для хранения информации о четности. RAID-3 полагается на ECC, хранящуюся в каждом секторе для обнаружения ошибок. В случае отказа одного из дисков восстановление хранившейся на нем информации возможно с помощью вычисления исключающего ИЛИ (XOR) по информации на оставшихся дисководах. Каждая запись обычно распределена по всем дискам и поэтому этот тип массива хорош для работы в приложениях с интенсивным обменом с дисковой подсистемой. Так как каждая операция ввода-вывода обращается ко всем дисководам массива, RAID-3 не может одновременно выполнять несколько операций. Поэтому RAID-3 хорош для однопользовательского однозадачного окружения с длинными записями. Для работы с короткими записями требуется синхронизация вращения дисководов, так как иначе неизбежно уменьшение скорости обмена. Применяется редко, т.к. проигрывает RAID-5 по использованию дискового пространства. Реализация требует достаточно сложного контроллера.

RAID-4. RAID-4 идентичен RAID-3 за исключением того, что размер страйпов много больше одного сектора. В этом случае чтение осуществляется с одного дисковода (не считая дисковода, хранящего информацию о четности), поэтому возможно одновременное выполнение нескольких операций чтения. Тем не менее, так как каждая операция записи должна обновить содержимое дисковода четности, одновременное выполнение нескольких операций записи невозможно. Этот тип массива не имеет заметных преимуществ перед массивом типа RAID-5.

RAID-5. Этот тип массива иногда называется «массив с вращающейся четностью». Данный тип массива успешно преодолевает присущий RAID-4 недостаток – невозможность одновременного выполнения нескольких операций записи. В этом массиве, как и в RAID-4, используются страйпы большого размера, но, в отличие от RAID-4, информация о четности хранится не на одном диске, а на всех дисках по очереди. Операции записи обращаются к одному диску с данными и к другому диску с информацией о четности. Так как информация о четности для разных страйпов хранится на разных дисководах выполнение нескольких одновременных операций записи невозможно только в тех редких случаях, когда либо страйпы с данными, либо страйпы с информацией о четности находятся на одном и том же дисководе. Чем больше дисководов в массиве, тем реже совпадает местоположение страйпов информации и четности. Область применения: надежные массивы большого объема. Реализация требует достаточно сложного контроллера.