Háttértár(secondary memory)

Az IBM kompatibilis PC Az IBM kompatibilis PC hardverismeretei – hardverismeretei – perifériákperifériák

Bóta Laca

bemeneti egységek(input)

kimeneti egységek (output)

IBM kompatibilis PC-k logikai felépítése

Alaplap (motherboard, mainboard) processzor (CPU) operatív tár (operative memory)

...

Perifériák(peripheral equipment) bemeneti egység (input) kimeneti egység (output) háttértár (secondary memory) hálózati kommunikációs

eszközök...

111234

Bóta Laca

Háttértárak (secondary memory)

adattároló egység, amely képes

nagy mennyiségű felhasználói adatot

(hosszú távon) tárolni

függetlenül a számítógép

működésétől.

211234

Bóta Laca

A háttértárak csoportosítása

papíralapú háttértárak mágneses háttértárak optikai háttértárak magnetooptikai háttértárak elektronikus háttértárak

211234

Bóta Laca

Háttértárak (secondary memory) papíralapú (lyukkártya, lyukszalag) mágneses elvű:

mágnesdob mágnesszalag (streamer, ditto) mágneslemez

hajlékonylemezes technológia flopi (hajlékonylemez)

merevlemezes technológia winchester (merevlemez)

optikai csak olvasható - ROM (CD-ROM, DVD-ROM) egyszer írható - WORM(CD-R, DVD-R, DVD+R) újraírható - WARM (CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD RAM)

magnetooptikai tár elektronikus

USB tár/PenDrive/USB Drive/USB key/Flash Drive memóriakártyák

111234

Bóta Laca

Háttértárakról általánosan A papíralapúak már nem használatosak, de lyukasztás után már

csak olvasni lehetett az adatot, a két állapot: a felület és a lyuk. A mágneses háttértárak írhatóak és olvashatóak, azaz az adatot

le is tudjuk törölni. A mágnesezett felületen a mágnesezettség kétféle állapotának egyike jelenti az 1 bitnyi adatot. Tárolókapacitásuk, az adatok elérése (soros, direkt), az adathordozó ára eszközönként jelentősen eltérő.

Az optikai háttértárak nagyon olcsó tárak a rájuk írt adatmennyiséghez képest. Az olvasást lézer fény segítségével oldják meg, ami a roncsolt és az ép lemezfelületről másként verődik vissza. Az egyik vagy másik állapot jelenti az 1 bitet. Törölhető változatuk is van, de ahhoz egy speciális meghajtó egység (író), valamint egy külön program is szükséges.

A magnetooptikai tárak a mágneses és az optikai tárak előnyeit egyesítik, ennek köszönhetően a legbiztonságosabb adathordozó, az adatok ütődésre, karcolásra, hőmérséklet változásra, a kezünk hagyta szennyeződésre kevéssé érzékeny. Az ára viszonylag magas.

elektronikus tár (PenDrive, memóriakártya): elektronikusan rögzíti az adatokat, megbízható, törölhető tár. Kezelése egyszerű, az újabb operációs rendszereknél nem szükséges külön program használatukhoz. Valószínű a flopi utódja lesz a viszonylag nagy tárkapacitása miatt.

111234

Papír alapú háttértárak

Secondary MemorySecondary MemoryBased onBased onPaperPaper

Bóta Laca

Papír alapú háttértárak csoportosítása

lyukszalag (punched tape, paper tape)

lyukkártya (punch card)

Bóta Laca

A papíralapú háttértárak jellemzői

Használatának kezdete 1725 FranciaországFalcon és Bouchon szövőszéke

Használatának vége XX. század utolsó (két) évtizedeBináris jel 2 értéke papírlap <> lyukasztás

Kezelőegység hatalmas olvasó és író (lyukasztó) berendezésOlvasás módja optikai úton

Írás módja lyukasztássalKezelő program PC-nél nem volt

Cserélhető adathordozó igenÚjraírhatóság (törölhető) nem lehetséges

Adatelérés szekvenciálisTárkapacitás 80 karakter/kártya (az ismert IMB kártyánál)

lyukszalagnál a hosszúságtól függött

Mágneses háttértár

MagneticMagneticSecondarySecondaryMemoryMemory

Bóta Laca

Az ismertebb mágneses háttértárak

mágnesdob (magnetic drum)

mágnesszalag (streamer)

hajlékony mágneslemez

(diskette, floppy disk)

merev mágneslemez (hard disk)

211234

Bóta Laca

A mágneses háttértárak jellemzőiHasználatának kezdete 1947. mágnesdob

1951. mágnesszalag - Remington cég (UNIVAC)1956. merevlemez - IBM 305 RAMAC számítógéphez1969. hajlékony lemez (8”) (ezután 1976-ban 5,25”)1981. 3,5”-os FDD - Sony OA-D3OV1987. 3,5”-os DD, HD jelű flopi

Használatának vége merevlemez váltotta a mágnesdobot, a flopik egymást

Bináris jel 2 értéke mágnesezhető felület fluxusváltása

Meghajtóegység lemez forgatása + fejek mozgatása, illetve szalag továbbítása

Olvasás módja olvasó fejjel, ami a fluxusváltást képes érzékelni

Írás módja író fejjel, ami képes a fluxusváltásra

Kezelő program PC esetén: BIOS + operációs rendszer + meghajtóprogram (múlt)

Cserélhető adathordozó szalagnál és hajlékonylemeznél

Újraírhatóság (törölhető) minden esetben több tízezerszer lehetséges

Adatelérés szekvenciális (szalag), direkt (dob, lemez)

Tárkapacitás merevlemez max.: 1,6 Tbájt (2006. október).

211234

Bóta Laca

Mágneses háttértárak A mágnesezett felületen a mágnesezettség

kétféle állapotának egyike jelenti az 1 bitnyi adatot.

Az íráshoz és az olvasáshoz egy meghajtó berendezésre van szükség. Az adathordozó olvasását és írását egy író/olvasó fej végzi, ami írásnál képes a mágnesezett állapot megváltoztatására (fluxusváltásra).

Az adathordozó törölhető, azaz többször írható. Egyes mágneses adathordozó használatához

szükséges külön program is, míg az ismert lemezes kivitelűeket az operációs rendszer kezeli.

211234

Bóta Laca

Mágnesdob az 1947-ben készült el az első mágnesdob. A dob oldalára írták az adatokat. ma már nem használják, csak múzeumokban létezik. Tárolási kapacitása: 230 bit/inch-ről indult, ami

kerekítve úgy 1 bit/mm PC-hez nem használták

Bóta Laca

Mágnesszalag - Streamer A rögzítés anyaga egy mágnesszalag, így az adatok elérése

szekvenciális (soros), azaz lassú. Kezdetben a mágnesszalagot orsóra csévélték, egy igen kedvelt

háttértároló volt sok éven át. Ma a kazettás kivitelt használják, az ún. streamer kazetta egy

mágnesszalagot rejt, amit biztonsági adatmentésre alkalmaznak.

A régi SLR75 ésegy újabbMini-QIC80 kazetta.

243

Bóta Laca

Streamer csatlakoztatása

USB

Vezték nélkül,USB

IDE

FireWire SCSI

Bóta Laca

Mágnesszalag - Ditto

Iomega cégtől, biztonsági mentéshez párhuzamos port (max. 1 MB/s) már nem gyártják

Hajlékonylemezes háttértárak

FloppyFloppyDiskDiskSecondary MemoriesSecondary Memories

Bóta Laca

Hajlékonylemezes technológia háttértárai flopi (floppy disk, diskette) ZipDrive (tárolókapacitása: 100 MB), LS-120 vagy a:drive (tárolókapacitása: 120 MB)

meghajtója olvassa a 3,5"-os flopit is adatátviteli sebessége 300 Kbájt másodpercenként

211236

Bóta Laca

Hajlékonylemez = flopi

A flopi a legismertebb hajlékony-lemezes technológia, így a két névmagyarul már ugyanazt jelenti.

Az adathordozót (flopit), vagyis ahajlékony, műanyag, mágnesesbevonatú lemezt csak a megfelelő meghajtó egységgel (FDD – Floppy Disk Drive) lehet írni és olvasni.

A meghajtó lámpája a lemez használatakor világít, ilyenkor a lemezt nem szabad kivenni

211236

Bóta Laca

A flopi utolsó két mérete

3,5" 5,25"

írásvédelmi retesz(write protect switch)

írásvédelmi rés(write protect

notch)

211236

Bóta Laca

A 3,5”-os flopi részei A hajlékony

mágneslemez a forgás hatására válik merevvé, így képes az írófej írni rá.

Az író és az olvasó műveletek előtt a csúsztatható védőlemezt elmozdítja, így a fej a lemezt közvetlenül eléri.

211236

Bóta Laca

3,5”-os flopi A flopi írásvédetté tehető

213

Bóta Laca

Adatok tárolása flopin

Az adatok tárolása koncentrikus körök mentén történik, amit sávnak nevezünk, ez szektorokra oszlik, amit az író-olvasó fej közvetlenül képes elérni.

Ha ez a szerkezet kialakult, akkor mondjuk, hogy a flopi formázott vagy formatált. Csak ebben ez esetben írhatunk rá adatokat.

formázatlan egy sáv egy szektor

211

Bóta Laca

A flopi utolsó két méretének típusai

évszámnév

lemez-átmérő

lemez-jelzések

tárkapacitás(capacity)

adatátviteli sebességKbit/sec

sávok száma(track)

sávonkénti szektorszám

(sector)

sávsűrűség(track/inch)

(TPI)

fordulatszám(ford./percRotate Per

Minute)(RPM)

1976 - SD8 5,25" SS, DD 160 KBájt n.a. 40 8 n.a. n.a.

1978 - DD9 5,25" DS, DD 360 KBájt 250 40 9 48 n.a.

1982 - DQ15 5,25" DS, HD 1,2 MBájt 500 80 15 96 360

1984 - DQ9 3,5" DS, DD 720 KBájt 250 80 9 n.a. 360

1987 - DQ18 3,5" DS, HD 1,44 MBájt 500 80 18 135 360

1991 - DG36 3,5" DS, XD 2,88 MBájt 1 Mbit/s 80 36 n.a. n.a.

DS - Double Side (két oldalas)DD - Double Density (dupla írássűrűség)HD – High Density (kiemelt írássűrűség)XD – Extra Density (extra írássűrűség) – csak az IBM1 szektorban 512 bájt adat található

212

Bóta Laca

Mennyi adat fér rá? A kedvelt flopi: 3,5”, DS, HD. DS >> 2 oldalas HD >> 80 sáv,

sávonként 18 szektor 1 szektorban 512 bájt fér el 2 oldal x 80 sáv x 18 szektor x 512 bájt = 1 474 560 bájt. 1 474 560 bájt = 1 474 560/1024 kbájt = 1440 Kbájt 1440 Kbájt = 1440/1024 Mbájt = 1,40625 Mbájt Valójában a floppira közelítőleg 1,4 Mbájt fér. A gyártók az utolsó átváltásnál 1000-rel ezerrel váltottak

1024 helyett (ez elég gyakran előfordul az adattáraknál):1 474 560/1024 = 1440 Kbájt 1440/1000 ≈ 1,44 Mbájt.

A mértékegység használatának következetlenségeiről bővebben olvashat:http://epa.oszk.hu/00000/00025/00003/lambert.html (2005. október 17.)

http://www.sulinet.hu/tart/cikk/ae/0/18394/1 (2005. október 17.)

Merevlemezes tárak

HardHardDiskDiskSecondary MemoriesSecondary Memories

Bóta Laca

Merevlemezes technológia háttértárai winchester: mivel ez a leggyakoribb így ezt nevezik

magyarul merevlemeznek, a meghajtó és az adathordozó egy egységet alkot

SyQuest és PLI lemezek merevlemezes technológiára épülő, cserélhető háttértárak, tárkapacitásuk40-200 MBájt közötti, átmérőjük 5,25" vagy 3,5".

JAZ lemez szintén cserélhető merevlemezes technológián alapuló háttértár, kapacitása 2 GBájt.

237

Bóta Laca

Merevlemez - winchester A winchester a flopinál nagyobb

tárkapacitású, gyorsabb adatelérésű háttértár.

A lemezek nem cserélhetőek A winchesternél az adathordozó

lemezeket egybeépítették a meghajtó egységgel(HDD – hard disk drive).

A merevlemezes tárolók adathordozó része egyetlen vagy több, egymás fölött elhelyezkedő fémből – általában alumíniumból – készült,vékony mágneses rétegű lemezből állnak.

237

Bóta Laca

A merevlemez története 1956. az első merevlemez - IBM 305 RAMAC számítógép-rendszerhez

4,4 Mbájt tárkapacitás, 50 db kétoldalú lemez, 10 millió $/Gbájt 1979. az első 8 inch-es merevlemez - IBM 62 PC "Piccolo" 1980. az első 5,25 inch-es merevlemez - Shugart Technology ST506 1983. az első 3,5 inch-es merevlemez - Rodime RO 352 1985. az első kártyában elhelyezett merevlemez - Quantum Hardcard 1987. Az utolsó 14 inch-es merevlemez - IBM 3380K 1987. RAID definiciója - University of California, Berkeley 1988. az első 2,5 inch-es merevlemez - PrairieTek 220 1991. az első 1,8 inch-es merevlemez - Integral Peripherals 1820 1997. elsőként alakalmaztak nagy írássűrűséget lehetővé tevő fejeket

(giant magnetoresistive heads), amiért2007-ben a felfedezők fizikai Nobel-díjat kaptakIBM: Deskstar 16GP "Titan"

1999. 1 inch-es átmérőjű merevlemez - IBM: Microdrive

Bóta Laca

Egy szétbontott merevlemez szerkezetemágneses réteggel (50 mikron)

bevont alumíniumlemez

237

Bóta Laca

A merevlemez tárkapacitása

A felületi adatsűrűség szerint200 GB/négyzetinch (2007.)500 GB/négyzetinch (2009. - terv)

Teljes kapacitás szerint750 GB (2007. - gazdaságos)1 TB (2007. - drága)4 TB (2009. – terv, 2007-ben kifejlesztett,

kétezerszer kisebb olvasófej)

237

Bóta Laca

A merevlemez partícionálása, formázása

A lemeztányérok mindkétoldalához tartozikegy író-olvasó fej.

Használat előttelőször partícionálni (logikai

egységekre osztani > C:, D: stb.),majd a partíciókat formázni szükséges,

amikor kialakulnak a sávok és a szektorok.Egy szektor 512 bájtot tartalmaz.

Az egymás alatt lévő sávok neve: cilinder.Az írás és olvasás alapja a sokszor a cilinder.

Az adat helyét a lemezszám, a cilinderszám és a szektor határozza meg.

237

Bóta Laca

Adattárolás a merevlemezen

sávszektor

író-olvasó fejek

tengely

sáv

szektor

lemez

Bóta Laca

A merevlemez logikai adatkezelése alapja: a klaszter (cluster), általában egy állomány több

klaszterben fér el, de egy klaszterbe csak egy állomány, vagy az adott állomány kódjánek egy része kerülhet.

egy bitnyi adat is legalább 1 klasztert foglal le. a klaszter legtöbbször több szektorból áll, de formázásnál a

partíció méretétől függetlenül klaszterszám rögzített. pl.: FAT32 klasztermérete állandó: 4 KB = 8 szektor pl.: FAT16-nál a klaszter mérete változik a lemezméretel

ha a klaszter mérete nagy, akkor a kis állományok sok szabad helyet hagynak>> több partícival elérhető, hogy a klaszterekkevesebb szektorból álljanak.pl.: FAT16 - DOS:

1,2 GB HDD1 partíció >> 32 KB a klaszter

237

sáv

szektor

klaszter

Bóta Laca

Zónák kialakítása a merevlemezen

Bóta Laca

Az adatok láncolása, defragmentálás Egy állomány különböző klaszterekben helyezkedik el,

ezért, a klaszterek szektorai a rákövetkezőre kell, hogy mutassanak, amit láncolásnak nevezünk.

ha fizikailag az összetartozó (láncolt) adatok már nagyon sok darabban találhatók, akkor az az olvasási sebesség csökkenését hozhatja maga után. Az előbbi állapotot nevezzük fragmentált állapotnak, aminek a megszüntetése a defragmentálás (töredezettségmentesítés).

Egy speciális program (olykor órákonkeresztül) megoldja az összetartozóadattöredékek (klaszeterek) egymás utáni elhelyezését.

237

Bóta Laca

Csatolók, szabványok 1

A mai HDD-k, az XT-ben használt, 10 MB-os Seagete lemezekből fejlődtek ki.

Ebben 4 fej, 306 cilinder, és sávonként 17 szektor volt. (Cilinder: egy adott sugárirányhoz tartozó sávok összessége.)

Itt az olvasást a CPU végezte el, a regiszterekbe betöltötte hogy honnan kell olvasni, majd meghívta a BIOS-t, amely kiadta a szükséges utasításokat.

Bóta Laca

Csatolók, szabványok 2 IDE: integrated device electronics, beépített

eszközelektronika ~1985. Bios hívási koncepciók megmaradtak, a szektor hívása: fej(4 bit),szektor(6 bit),cilinder(10 bit): 16 fej x 63 szektor x 1024 cilinder = 1 032 192 szektor = 504 MB max. 4MB/s

EIDE: Extended IDE, megjelent az LBA címzés (Logical Block Adressing) a szektorokat 0-228-1 –ig számozza. A vezérlőnek ekkor az LBA címet át kell konvertálnia fej,szektor,cilinder címekké. Max. 128 GB. 16,67 MB/s.

ATA-3: EIDE utódja, AT attachment ATAPI-4: ATA Packet Interface, 33MB/s ATAPI-5: 66MB/s ATAPI-6: LBA címek kiterjeszése 48 bitre: így 248x29

byte: 128 PB max méret, 100MB/s adatátviteli seb. ATAPI-7 :soros ATA átvitel (SATA) egy időben 1 bit

átvitele, 7 eres kábel, 150 MB/s – 1,5 GB/s, 0,5V így kisebb energiafelhasználás

Bóta Laca

Csatolók, szabványok 3

SCSI: Small Computer System InterfaceNagy átviteli sebesség (160-320 MB/s),

egyszerre akár 7 eszköz egy vezérlőkártyán.

50 eres, akár több méteres kábel.Zajos, nagy energia felhasználásRAID-ben, kiszolgálókban gyakori

Bóta Laca

PATA (EIDE) csatlakozó aljzat az alaplapon

253

Bóta Laca

Hordozhatóság

IDE mobil rack USB mobil rack

238

USB-skülső HDD

Bóta Laca

Merevlemez csatlakoztatása az alaplaphoz

merevlemez (HDD)

PATA (IDE/EIDE) kábel PATA (IDE/EIDE) csatlakozók

SATA kábel

SATA csatlakozók

253

Bóta Laca

Kábelek az a meghajtókhoz

1- IDE/ATA kábel (80/40)

2- IDE/ATA kábel (40/40)

3- SCSI kábel (LVD-SCSI átalakítóval)

4- flopi kábel

5- SATA kábel

6- 4 pólusú Y kábel a tápellátáshoz

7- IDE/ATA kábel(80/40)

253

Bóta Laca

Háttértárak csatlakozói az alaplapon

A: IDE 3 csatlakozó (CD-ROM)

B: Flopi meghajtó csatlakozója

C: csatlakozók a ház előlapjához

D: IDE 1 csatlakozó (HDD)

E: IDE 2 csatlakozó

253

Bóta Laca

Egy konkrét merevlemez jellemzői (2005)

WD Caviar RE2

valódi tárkapacitás (formatted capacity) : 400 088 MBhirdetett tárkapacitás (capacity) : 400 GB !!!

adatátviteli sebesség (data transfer rate): 1,5 Gb/s átlagos adatelérési idő (average latency): 4,2 ms fordulatszám (rotational speed): 7200 RPM csatoló felület (interface): Serial ATA 150 MB/s lemezek száma (number of platters): 4

fejek száma (number of heads): 8 felhasználható szektorok száma (user sectors per drive): 781 422 768 db 1 szektorban tároltható adat (bytes per sector): 512 bájt

Bóta Laca

Adatrögzítés lemezmeghajtók vezérlése ún.

vezérlőkártyákkal történik A vezérlőkártya a 0, 1 értékű soros

adatbiteket alakítja fluxusváltozássá Tudni kell azt is, hogy egy bit hol fejeződik

be, ami eltérő, a mágneses adatrögzítési eljárásoktól függően:FM (frekvenciamoduláció)MFM (módosított ferkvenciamoduláció)RLL (futási hossz korlátozás)ARLL (továbbfejlesztett futási hossz korlátozás)

234

Bóta Laca

Mágneses rögzítési eljárások - FM

FM – frekvenciamoduláció a mágneses fluxus iránya minden 1 értékű

adatbitnél megváltozik, a 0-nál nem minden adatbithez egy szinkronbit tartozik kevésbé hatékony, elavult

FM

0 1 1 10 0 1 10 0 0 0110 0

6 4 6 3

234

Bóta Laca

Mágneses rögzítési eljárások - MFM

MFM – módosított frekvenciamoduláció kapacitásnövekedés 100% - 17 szektor/sáv lemeztányér állandó forgási sebessége 1 értékű adatbitnél fluxusváltozás egy bithez

tartozó tartomány közepén 0 értéknél fluxusváltozás a tartomány elején

(szinkronbit), ha az előző adatbit nem 1 volt hajlékonylemezeknél használják,

merevlemezeknél elavult

0 1 1 10 0 1 10 0 0 0110 0

6 4 6 3

MFM

234

Bóta Laca

Mágneses rögzítési eljárások - RLL

RLL – futási hossz korlátozás kapacitásnövekedés 50% - 26 szektor/sáv

ARLL: 34 szektor/sáv 2 egyes között meghatározott számú

nullának kell állniaRLL 2.7: 2-7RLL 3.9 (ARLL): 3-9 db nulla

AT buszos (IDE) és SCSI merevlemezek

234

Bóta Laca

Példa az RLL 2.7 kódolásra

Adatsorozat RLL2.7 kód010 100100

011 0010000

0010 001000

0011 00100100

000 000010000

10 0100

11 1000

0 1 1 10 0 1 10 0 0 0110 0

6 4 6 3

0 1 1 10 0 1 10 0 0 0110 0RLL 2.7 felbontás

00 10 00 0100 10 10 0000 00 01 00001000 00RLL 2.7 kódolás

RLL 2.7 eljárás

234

Bóta Laca

Adatrögzítési eljárások

FM

0 1 1 10 0 1 10 0 0 0110 0

6 4 6 3

MFM

0 1 1 10 0 1 10 0 0 0110 0RLL

234

Bóta Laca

RAID

több merevlemez adatok tárolására striping (csíkozás): logikailag összefüggő

adatok darabolása mirroring (tükrözés): ugyanazon adatok

több merevlemezre írása egyszerre több szintje van: RAID 0 – RAID 6

235

Bóta Laca

RAID 4

http://www.netzwerk-community.de/bilder/infobild/raid7.gif

A bemutató forrásanyagai

Bóta Laca

Könyvek, cikkek

Sikos László: PC hardver kézikönyv. BBS-INFO, 2007. Abonyi Zsolt: PC hardver kézikönyv. Computerbooks, Bp., 1998. Racskó Péter: Bevezetés a számítástechnikába. LSI. Markó Imre: PC hardver. Konfigurálás és installálás. LSI, 2000. Hasznos oldalak:

http://www.mdgx.com/glossary.htm http://www.ata-atapi.com/ http://www.computerhope.com/help/ide.htm

2007. október