Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Kapitel 2 Laufwerke. Laufwerke / Speichermedien Tabellarische Anordnung folgender Laufwerke und Beschreibung des Funktionsprinzips: LS 120/240, Zip, JAZ,

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Kapitel 2 Laufwerke. Laufwerke / Speichermedien Tabellarische Anordnung folgender Laufwerke und Beschreibung des Funktionsprinzips: LS 120/240, Zip, JAZ,"—  Präsentation transkript:

1 Kapitel 2 Laufwerke

2 Laufwerke / Speichermedien Tabellarische Anordnung folgender Laufwerke und Beschreibung des Funktionsprinzips: LS 120/240, Zip, JAZ, MO, CD/DVD/UDO/AOD. wichtige Leistungsmerkmale: Speicherkapazität, Übertragungsgeschwindigkeit (Schreib-/Lesegeschwindigkeit), Zugriffsgeschwindigkeit, Schreib-/Lesemöglichkeit Preis/Leistungsverhältnis, spezielle Leistungsmerkmale: Kompatibilität Lautstärkeentwicklung, Haltbarkeit, Empfindlichkeit, Stromverbrauch, sonstige Besonderheiten....

3 Diskette / Festplatte

4 Festplatte

5 Disk-Layout

6 Plattenstapel

7 Grundbegriffe (1) Sektor Spur (Track) Kopf (Head) Zylinder (Cylinder)

8 Diskette

9 Aufzeichnungsverfahren

10 FM (Frequency Modulation) das FM-Verfahren verwendet zur Speicherung abwechselnd ein Taktbit und ein Datenbit. Es war in den 70er Jahren weit verbreitet und wurde durch das MFM- Verfahren abgelöst. Das Ziel der verschiedenen Aufzeichnungsverfahren ist die optimale Ausnutzung der vorhandenen Oberfläche des Datenträgers zur Datenspeicherung (hohe Speicherdichte hohe Speicherkapazität)

11 MFM (Modified FM) MFM kann Daten mit doppelter so hoher Speicherdichte auf der Oberfläche eines Datenträgers abspeichern als FM. Heute arbeitet allerdings nur noch das klassische Diskettenlaufwerk mit dieser Aufzeichnungsmethode.

12 RLL (Run Length Limited) Das RLL-Verfahren arbeitet noch mal 50% effektiver als das MFM-Verfahren und ist seit Ende der 80er Jahre das aktuelle Aufzeichnungsverfahren heutiger Festplatten.

13 Datenträgerorganisation

14 Formatierung Durch das Formatieren wird der Datenträger für die Datenaufnahme vorbereitet. Low-Level-Formatierung High-Level-Formatierung:

15 Diskettenformatierung Das Diskettendateisystem ist FAT12, bei vollständiger Diskettenformatierung wird sowohl LOW als auch HIGH formatiert, es wird immer ein Bootsektor angelegt ob Boot- oder reine Datendiskette. Analyse Diskettenkapazität Rohkapazität:2 MB Formatdaten:0,525 MB Kapazität: Byte Kapazität: Byte (tatsächlich) Dateisystem: Byte (2 x FAT (je 8192 Byte) Byte Bootsektor) (berechnet) (80T x 18S x 512Byte x 2H)

16 Dateisystem Aufgabe des Dateisystems

17 Grundbegriffe (2) Cluster (Zuordnungseinheit, Block) Partition (Logisches Laufwerk)

18 Partitionierung

19 Diskettenkapazität Bei der Diskettenformatierung unter Windows wird das Dateisystem FAT12 verwendet. Es stellt insgesamt 2^ Einträge für die Verwaltung der Cluster zur Verfügung. FAT12 unterstützt Clustergrößen von 512B bis 4KB. Wie hoch ist der theoretische Adressraum von FAT12? Bei der Diskette werden nur 2847 Cluster genutzt Cluster (Zuordnungseinheiten) x 512 Byte/S = Byte Speicherkapazität Gesamtkapazität Diskette: 4085*512Byte = Byte Kapazitätsformel: T*S*H*Bytes.

20 Fehlerkorrektur

21 Grundproblematik Für den effizienten Betrieb einer Festplatte ist ein kontinuierlicher Adressraum von großer Bedeutung. Dem stehen nicht zu vermeidende Produktionsmängel (defekte Sektoren oder Spuren) entgegen. Diese würden Löcher in den kontinuierlichen Adressraum einer Festplatte reißen. Mittels geeigneter Korrekturmechanismen müssen diese korrigiert werden. In den ersten System-Zylindern (Nr.-2, -1; nur Controllerzugriff!) werden "Defekte" verwaltet und der kontinuierliche Adressraum sichergestellt.

22 Sektor-Slipping

23 Bad-Sektor-Mapping

24 Zone-Recording

25 Zone-Recording (1)

26 Zone-Recording (2)

27 Zone-Recording (Tabelle) ZoneSpuren in Zone Sektoren pro Spur Datenübertragungs- rate (Mbit/s) , , , , , , , , , , , , , , ,5

28 Translation Translation Festplatten-Adressierung

29 Adressierungs-Mechanismus Die allgemeine Vorgehensweise bei der Adressierung von HD-Speicher hat sich seit dem Bestehen von Festplatten nur geringfügig geändert. Das Betriebssystem schickt eine Sektor- Adresse an das BIOS, das BIOS wiederum übermittelt diese Adresse an die Festplatte, die daraufhin den Sektor lokalisiert und die Daten zurückliefert. Moderne Betriebsysteme (Windows, Linux) sprechen die Festplatte direkt über eigene Treiber an. Der Umweg über das BIOS entfällt.

30 Adressierungs-Standards Mit der Kapazitäts- und Geschwindigkeitsentwicklung der Festplatten haben sich auch die verwendeten Adressierungs- Standards (= ATA- bzw. IDE-Standard) gewandelt. Ausgangspunkt solcher Verfahren war und sind die jeweiligen Spezifikationen aller beteiligten Systeme: Festplatte mit ihrem ATA- bzw. (E-)IDE-Standard Das BIOS, mit seiner INT13h-Routine, und das Betriebssystem, das über den INT13 oder mittels eigenem Treiber auf die Festplatte zugreift. Im Folgenden wird die Entwicklung der verschiedenen Adressierungs-Modi (ATA/IDE–Standards) CHS-Modus Normal- oder E-CHS-Modus LBA-Modus detailliert dargestellt.

31 CHS-(/Normal-) Modus Cylinder Head Sektor Das CHS-Verfahren (ATA/IDE) ist das älteste Verfahren und wurde bis Mitte der 90er Jahre verwendet. Es setzt auf den physischen Geometriedaten des Laufwerks auf und adressiert mit eine CHS- Angabe den Sektor direkt. Das BS/BIOS übergibt mit einer CHS-Angabe den gewünschten Sektor. Dabei ist zu berücksichtigen, daß BIOS und ATA/IDE mit unterschiedlichen Spezifikationen arbeiten und nur die Schnittmenge (fett hervorgehoben) der Spezifikationen zur Adressierung verfügbar ist. Damit ist der Adressraum auf 1.024C * 16H * 63S *512B = 504MB (=Bootgrenze!) beschränkt gewesen! CHS-Modus bis ca. 90er Jahre aktuell Altes BIOS bzw. Int13 mit 24 Bit Adressraum Erster IDE/ATA-Standard mit 28 Bit Zylinder10 Bit Bit Köpfe (Heads)8 Bit 2564 Bit 16 Sektoren pro Spur6 Bit 63 (64-1)8 Bit 255 (256-1) max. Adressraum7,875 GB127,5 GB

32 Bootgrenze

33 E-CHS / Large-Modus Da das erste CHS-Verfahren mit 504 MB Adressraum schnell an seine Grenzen kam wurde 1993 mit Einführung des EIDE-Standards auch ein Large bzw. E(xtended)-CHS-Modus eingeführt. Diese Modi erlauben Werte von bis zu 255 Köpfen! Bei diesen Modi wurde durch Mapping nunmehr mit logischen CHS- Angaben ein Sektor angesprochen. D.h. die Festplatte meldete dem BIOS über eine CHS-Angabe nicht ihre tatsächliche Geometrie sondern nur ihre Kapazität! Die CHS-Angaben von BS/BIOS hat die Lw-Elektronik dann auf den physikalisch korrekten Sektor umgerechnet! Diese Umstellung auf "virtuelle" Geometriedaten war auch wegen des aufkommenden Zone Bit Recording unumgänglich! Bootgrenze = 1.024C * 255H * 63S *512B = 7,84GB Large bzw. E-CHS-Modus 1993 bis 1996 aktuell Altes BIOS bzw. Int13 mit 24 Bit Adressraum EIDE/ATA-Standard mit 32 Bit (?) Zylinder10 Bit Bit Köpfe (Heads)8 Bit 2568 Bit 255 Sektoren pro Spur6 Bit 63 (64-1)8 Bit 255 (256-1) max. Adressraum7,875 GB127,5 GB

34 Mapping

35 LBA-Modus Linear Block Adressing !996 wurde mit dem LBA-Modus ein komplett anderes Adressierungsverfahren eingeführt. Im gleichen Zuge wurde auch der INT13 "erweitert". LBA reiht alle Sektoren in einen linearen Adressraum, angefangen bei 0 bis n, ein. Zur Adressierung übergibt das BS/BIOS nur die entsprechende LBA-Nummer, die Laufwerkselektronik ermittelt daraufhin den zutreffenden Sektor. LBA benötigt neben einem angepassten BS/BIOS auch ein "modernes" Dateisystem wie z.B. FAT32, NTFS,.... Mit dem LBA-Modus ergeben sich folgende neue Bootgrenzen: –ATA arbeitet bis Ultra-ATA/100 mit 28 Bit 2 28 * 512B = 127,5 GB –ab Ultra-ATA/133, S-ATA mit 48 Bit 2 48 * 512B = 128 PB –die INT13 Extension-BIOS-Routine kann allerdings sogar mit 64 Bit arbeiten! 2 64 * 512B = 16 EB

36 INT13-Extension

37 ATA-Standard ATA-Standard (Advanced Technology Attachments)

38 ATA-Standard ATA (ca.'85) legt das Signalverhalten und das Protokoll für das IDE-Bussystem fest. Dabei geht es nur um die Übertragung zwischen Laufwerk und Host-Adapter. Für den Transfer vom Adapter zum Speicher ist ATA nicht zuständig! Für den Datentransfer zwischen Lw und Adapter existieren 4 Protokolltypen: –PIO veraltet, –Single-Word-DMA ausgestorben, –Multiword-DMA kurz "DMA" genannt veraltet, und –Ultra-DMA aktuell

39 PIO-Modus

40 DMA-Modus

41 Ultra DMA-Modus

42 ATA-Modi

43 Translations-Modi Modus CHS Bits max. Kapazität Bootgrenze binär / dezimal Bemerkung CHS /528MB ursprüngliche BIOS/ IDE-Schnittstelle LBA (alt) ,97 /2,1GB 1995/96 LBA (alt) ,94 /4,2GB 1996 LBA ,8/8,4GB 1997/98 LBA ,5/ 136,9GB 1999 (IDE Standard) LBA 48 2^ /144PB 2002

44 ATA-1 StandardProtokolleBandbreiteBusbreiteGeräteJahr Standard ATA ATA-1 PIO-Mode 03,3 MByte/s 8 2 ab '94 (IDE) PIO-Mode 15,2 MByte/s2 PIO-Mode 28,3 MByte/s2 Single-Word-DMA 02,1 MByte/s2 Single-Word-DMA 14,2 MByte/s2 Single-Word-DMA 28,3 MByte/s2 Multi-Word-DMA 04,2 MByte/s2 max. 4MB/s, 2 Laufwerke, asynchrone Signalverarbeitung, d.h. abwechselnd werden Steuer- und Datensignale über dieselbe Leitung gesendet

45 ATA-2 StandardProtokolle Bandbreite MByte/s Busbreit e GeräteJahr Fast ATA ATA-2 PIO-Mode 311,1 16 2x2 ab '95 (E-IDE) Multi-Word-DMA 113,3 2x2 PIO-Mode 416,6 16 2x2 Multi-Word-DMA 216,6 2x2 max. 16,6MB/s; EIDE 1995; 4 Laufwerke, synchroner Signaltransfer

46 ATA-3 StandardProtokolle Bandbreite MByte/s BusbreiteGeräteJahr Ultra ATA/33 ATA-3 Ultra-DMA 0 16,6 16 2x / 1997 Ultra-DMA 1 252x2 Ultra-DMA 2 33,32x2 max. 33MB/s; S.M.A.R.T.-Technologie (=Self Monitoring Analysis and Reporting Technology) Selbstprüfungsmechanismus. Die gesammelten Status- Informationen über den Betriebszustand der Platte werden in einer Tabelle protokolliert (Angaben zu Motor, Köpfe, Elektronik, Platten...), liegen die Daten irgendwo außerhalb einer gewissen Toleranz wird eine Warnmeldung an das BS ausgegeben um einen drohenden Voll-/Teilausfall des Gerätes und somit Datenverlust zu verhindern.

47 Exkurs SMART SMART (im BIOS oder mit Tool enablen) führt zu Performance-Verlust und ist deswegen meistens ausgeschaltet. Überprüft die HD während des Betriebes auf Störungen: –durch Festplattenermüdung –magnetische Abschwächung z.B. Erdmagnetfeld oder Luft-Erosion durch Schreib-/Lesekopf –Drehzahl-Schwankungen –Anzahl Leseversuche für einen Sektor –...

48 ATA-4 StandardProtokolle Bandbreite MByte/s Bus- breite GeräteJahr Ultra ATA/66 ATA-4 Ultra-DMA 3 66,6162x2 ab '99 max. 66MB/s CD-ROM wird beim Hochfahren automatisch (ohne Treiber) erkannt dadurch kann von diesem Laufwerk auch gebootet werden

49 ATA-5 StandardProtokolle Bandbreite MByte/s BusbreiteGeräteJahr Ultra ATA/100 ATA-5 Ultra-DMA x2 ab '00 max. 100MB/s; spezielles 80adriges Kabel; 28 Bit-Adressierung

50 ATA-6 StandardProtokolle Bandbreite MByte/s BusbreiteGeräteJahr Ultra ATA/133 ATA-6 Ultra-DMA x2 ab '02 max. 133MB/s; 48 Bit-Adressierung

51 S-ATA StandardProtokolle Bandbreite MByte/s Bus- breite GeräteJahr S(erial) ATA UDMA150 seriell einzeln ab '03 max. 150MB/s; jedes Laufwerk wird einzeln am Controller angeschlossen daraus ergibt sich für jedes Gerät die volle Bandbreite, da voneinander unabhängig (Master/Slave fällt weg); Signalspannung von 5V auf 0,25V gesenkt; 7adriges bis 1m langes Rundkabel einfacher und übersichtlicher; bessere Luftzirkulation; Probleme bei Parallel: Signalverzögerung, Signalrauschen, Terminierung; voraussichtlich Standard für die nächsten 10 Jahre; zukünftige Bandbreiten: S-ATA2=300MB/s, S-ATA3=600MB/s

52 SCSI vs. E-IDE Hardware –SCSI flüssigkeitsgelagerte Platten für 24Std.-Betrieb –E-IDE kugelgelagerte Platten für 8Std.-Betrieb Vorteile für SCSI bei mehreren Geräten

53 ATAPI Advanced Technology Attachment Packet Interface ATA"PI" ist ein Unterstandard von ATA. Er erweitert ATA/IDE dahinge- hend, daß neben Festplatten auch andere Laufwerkstypen: –Zip-, –LS-, –CD/DVD-Laufwerke u.a. angeschlossen werden können.

54 Partitionierung (logische Laufwerke erstellen)

55 Partitionierung Die heutigen Laufwerksgrößen von mehr als 120GB sind kaum noch übersichtlich zu handhaben, daher werden sie in kleinere logische Laufwerke "partitioniert". D.h. ein Laufwerk wird erst in kleinere Partitionen aufgeteilt, die dann anschließend formatiert werden müssen Vorteile: –Übersichtlichkeit (Handlichkeit), –Sicherheit, –schnellerer Zugriff, –mehrere Betriebssysteme

56 Partitionsarten primär: boot: erweitert: logisch:

57 Hilfsprogramm Fdisk Fdisk kann nur eine! Primärpartition erstellen und ist auch sonst in den Möglichkeiten her sehr begrenzt! Fdisk Parameter: fdisk /statusaktuelles Partitionslayout anzeigen fdisk /mbrPartitionssektor wird wieder hergestellt* fdisk /ext erweiterte Partition herstellen fdisk /xnicht die LBA-Partition laden * der Bootstrploader und die dahinter liegenden Sektoren werden neu geschrieben, die Partitionstabelle bleibt unberührt!

58 Partitionsaufbau Bootsektor (Bootloader/BS-Starter, Partitionsangaben) FAT (File Allocation Table) FAT (Sicherungskopie der ersten FAT) Wurzel-/Stammverzeichnis Datenbereich (Verzeichnisse und Dateien)

59 Anzeigelogik der Laufwerke Nur die aktive Primärpartition wird angezeigt, alle anderen Primärpartitionen auf dem 1. Laufwerk wird ausgeblendet. Laufwerksreihenfolge: –zuerst Primärpartitionen in der physischen Laufwerksreihenfolge –danach in der Reihenfolge der physischen Laufwerke die vorhandenen logischen Partitionen –danach Wechselmedien z.B. Zip-, LS120/240/750 Laufwerke und andere –danach CD/DVD

60 zukünftige Festplatten- Technologien

61 IBMAFC-Technologie (Antiferro-Magnetically-Coupled)-

62 AFC Da die Anzahl der Scheiben durch die Gehäusegröße limitiert ist, müssen für noch mehr Kapazität neue Technologien her, die eine höhere Speicherdichte ermöglichen. Eine Lösung von IBM sind antiferro- magnetically-coupled Speichermedien, die statt einer zwei magnetische Schichten aufweisen. Diese AFC Technologie erlaubt höhere Speicherdichten von zur Zeit 100 GBit pro Quadratzoll. Hierdurch werden Scheiben mit einer Kapazität von 125 GB in naher Zukunft möglich. Bei der Maxtor D540X ergeben 4 Scheiben eine Kapazität von 160 GB. Demnach wären 500 GB demnächst möglich.

63 Traditionelle Speichertechnik

64 AFC-Speichertechnick

65 SeagatePRT-Technologie (Perpendicular Recording Technology)

66 PRT-Technologie Während die Flächendichte-Steigerungsraten bei der herkömmlichen Longitudinal-Aufzeichnung abnehmen, und die maximale Datendichte bei etwa 100 GBit/in² liegt, erlaubt die Vertikalspeicherung langfristig Flächendichten von bis zu 1 TBit/in² (Marktreife etwa ab 2007). Dies entspricht ungefähr der 20-fachen Dichte heutiger Festplatten. Mit der PRT-Technologie (=Perpendicular Recording Technology) sollen in naher Zukunft (Markteinführung für 2004 geplant) 100 GBit/in² (Spurdichte: 149k TPI, Bitdichte: 680k BPI) und eine Bandbreite von bis zu 125 MByte/s möglich werden. Zum Vergleich weisen heutige Platten Speicherdichten von ca. 42 GBit/in² (2/2003) bzw. 54,2 GBit/in² (5/2003). Daraus ergibt sich eine Kapazität von 120 GByte pro Platte oder mit der neuen Technik 300 GByte. Laut Seagate soll eine 3,5" HD 1TB Speicherkapazität erreichen.

67 PRT-Technologie (Bild1)

68 PRT-Technologie (Bild2)

69 weitere Technologien

70 HAMR-Technologie Eine weitere Technik ist HAMR- Technologie (=Heat Assisted Magnetic Recording) bei der ein Laser die Daten auf die Festplatte schreibt. Sie soll eine Datendichte von 10 TBit/in² ermöglichen!

71 SOMA-Technologie Eine weitere Technologie zur Steigerung der Datendichte ist SOMA (=Self Orientating Magnetic Arrays). Hierbei sollen sich die Partikel auf der Datenoberfläche selbst ausrichten – jedes gespeicherte Bit wird dann einem statt bislang 100 Magnet-Partikeln zugeordnet. Zusammen mit der vertikalen Aufzeichnung und der HAMR- Technologie soll SOMA Datendichten von bis zu 50 TBit/in² ermöglichen.

72 Überblick zukünftige Festplattenentwicklung TechnologieDatendichte max.Marktreife Einzelplatten- kapazität derzeitige Technik50 GBit/in² GByte nahe Zukunft100 GBit/in² GByte PRT1 TBit/in²2007 ?3 TByte ? HAMR10 TBit/in²?30 TByte ? SOMA+PRT+HAMR50 TBit/in²?150 TByte ?


Herunterladen ppt "Kapitel 2 Laufwerke. Laufwerke / Speichermedien Tabellarische Anordnung folgender Laufwerke und Beschreibung des Funktionsprinzips: LS 120/240, Zip, JAZ,"

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen