Κεφάλαιο 6 | Ενότητα 2 | Eρωτήσεις Επισκόπησης | Επόμενο | Προηγούμενο | Λεξικό όρων
Μαγνητικοί Δίσκοι

Γενικά χαρακτηριστικά
  Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι μαγνητικών δίσκων: οι δισκέτες (ή εύκαμπτοι δίσκοι – floppy disks) και οι σκληροί δίσκοι (hard disks). Και οι δύο τύποι δίσκων αποτελούνται από μία περιστρεφόμενη πλάκα  (platter) επιστρωμένη με μία μαγνητική επιφάνεια και χρησιμοποιούν μία κινητή κεφαλή ανάγνωσης/εγγραφής για να προσπελάσουν το δίσκο. Η αποθήκευση στο δίσκο είναι μόνιμη, πράγμα που σημαίνει πως τα δεδομένα παραμένουν ακόμα και όταν διακοπεί η τροφοδοσία ηλεκτρικής ισχύος.

Πλεονεκτήματα των σκληρών δίσκων έναντι των δισκετών
Επειδή οι πλάκες στους σκληρούς δίσκους είναι μεταλλικές (ή, πρόσφατα, γυάλινες), αυτοί έχουν διάφορα σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι των δισκετών:

Στο υπόλοιπο της ενότητας, θα εστιάσουμε την προσοχή μας στους σκληρούς δίσκους και θα χρησιμοποιούμε τον όρο μαγνητικός δίσκος εννοώντας το σκληρό δίσκο.

Σχήμα 5.2.2 - Οι δίσκοι είναι οργανωμένοι σε πλάκες, ατράκτους και τομείς. Και οι δύο πλευρές μίας πλάκας είναι επιστρωμένες έτσι ώστε οι πληροφορίες να μπορούν να αποθηκευτούν και στις δύο επιφάνειες. Οι δισκέτες έχουν την ίδια οργάνωση, αλλά αποτελούνται από μία μόνο πλάκα.

Περιγραφή λειτουργίας του μαγνητικού δίσκου
  Ενας μαγνητικός δίσκος αποτελείται από μία συλλογή από πλάκες (2 με 20), καθεμιά από τις οποίες έχει δύο εγγράψιμες επιφάνειες, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.2.2. Η στοίβα των πλακών περιστρέφεται με 3600 ως 5400 στροφές ανά λεπτό (RPM) (οι νεώτεροι δίσκοι γυρίζουν σε άνω των 7200 στροφών) και έχει διάμετρο που κυμαίνεται από κάτι παραπάνω από μία ίντσα έως κάτι παραπάνω από 10 ίντσες.
Κάθε επιφάνεια του δίσκου διαιρείται σε ομόκεντρους κύκλους που ονομάζονται άτρακτοι (tracks). Τυπικά, υπάρχουν 500 με 2000 άτρακτοι ανά επιφάνεια.

Κάθε άτρακτος διαιρείται με τη σειρά της σε τομείς (sectors) που περιέχουν τις πληροφορίες· κάθε άτρακτος μπορεί να έχει 32 με 128 τομείς και ο τομέας είναι η μικρότερη μονάδα που μπορεί να διαβαστεί ή να γραφτεί.
Παραδοσιακά, όλες οι άτρακτοι έχουν το ίδιο πλήθος από τομείς και συνεπώς το ίδιο πλήθος bits.

Οι ευρύτεροι δίσκοι συνήθως προσφέρουν την καλύτερη απόδοση και οι δίσκοι με μικρότερη διάμετρο έχουν το καλύτερο κόστος ανά megabyte.

Για να διαβάσουμε και να γράψουμε πληροφορίες, οι κεφαλές ανάγνωσης/εγγραφής πρέπει να μετακινηθούν, ώστε να βρεθούν πάνω από τη σωστή θέση. Οι βραχίονες του δίσκου (disk arms) για κάθε επιφάνεια είναι συνδεδεμένοι μεταξύ τους και μετακινούνται μαζί, έτσι ώστε κάθε βραχίονας να είναι πάνω από την ίδια άτρακτο σε κάθε επιφάνεια. Ο όρος κύλινδρος (cylinder) χρησιμοποιείται για να αναφερόμαστε σε όλες τις ατράκτους κάτω από τους βραχίονες σε ένα δεδομένο σημείο σε όλες τις επιφάνειες.

Προσπέλαση των δεδομένων: 3 στάδια
Για να προσπελάσει τα δεδομένα, το λειτουργικό σύστημα πρέπει να καθοδηγήσει το δίσκο μέσω μίας διεργασίας τριών σταδίων.

1. Το πρώτο βήμα είναι να τοποθετήσουμε το βραχίονα πάνω από την κατάλληλη άτρακτο. Αυτή η λειτουργία ονομάζεται αναζήτηση (seek) και ο χρόνος που απαιτείται για τη μετακίνηση του βραχίονα στην επιθυμητή άτρακτο ονομάζεται χρόνος αναζήτησης (seek time).

Οι κατασκευαστές δίσκων αναφέρουν τον ελάχιστο, το μέγιστο και το μέσο χρόνο αναζήτησης στα εγχειρίδιά τους. Οι δύο πρώτοι είναι εύκολο να μετρηθούν, αλλά ο μέσος χρόνος είναι ανοιχτός σε κάθε ερμηνεία επειδή εξαρτάται από την απόσταση αναζήτησης. Η βιομηχανία έχει αποφασίσει να υπολογίζει το μέσο χρόνο αναζήτησης ως το άθροισμα του χρόνου για κάθε δυνατή αναζήτηση δια του αριθμού των δυνατών αναζητήσεων. Οι μέσοι χρόνοι αναζήτησης διαφημίζονται συνήθως ως 12 με 20 ms, αλλά, ανάλογα με την εφαρμογή και τον προγραμματισμό (scheduling) των αιτήσεων για το δίσκο, ο πραγματικός μέσος χρόνος αναζήτησης μπορεί να είναι μόνο 25% με 33% του διαφημιζόμενου χρόνου, λόγω της τοπικότητας των αναφορών στο δίσκο. Αυτή η τοπικότητα εμφανίζεται τόσο λόγω των διαδοχικών προσπελάσεων στο ίδιο αρχείο όσο και επειδή το λειτουργικό σύστημα προσπαθεί να προγραμματίζει ώστε τέτοιες προσπελάσεις κοντινές μεταξύ τους να γίνονται διαδοχικά.

2. Αφού η κεφαλή έχει φτάσει στη σωστή άτρακτο, το δεύτερο βήμα είναι να περιμένουμε να περιστραφεί κάτω από την κεφαλή ανάγνωσης/εγγραφής ο επιθυμητός τομέας. Αυτός ο χρόνος ονομάζεται καθυστέρηση περιστροφής (rotational delay ή rotational latency). Η μέση καθυστέρηση περιστροφής είναι, όπως είναι φυσικό, η μισή διαδρομή γύρω από το δίσκο. Επειδή οι δίσκοι περιστρέφονται από 3600 RPM μέχρι 5400 RPM, ο μέσος χρόνος περιστροφής είναι μεταξύ:

και
 

Οι δίσκοι μικρής διαμέτρου είναι ελκυστικοί, επειδή μπορούν να περιστρέφονται με υψηλότερους ρυθμούς χωρίς υπερβολική κατανάλωση ισχύος, ελαττώνοντας συνεπώς την καθυστέρηση περιστροφής.

3.  Το τελευταίο στάδιο μίας προσπέλασης στο δίσκο, ο χρόνος μεταφοράς (transfer time), είναι ο χρόνος που απαιτείται για να μεταφερθεί ένα μπλοκ από bits, τυπικά ένας τομέας. Ο χρόνος αυτός είναι μία συνάρτηση του μεγέθους της μεταφοράς, της ταχύτητας περιστροφής και της πυκνότητας εγγραφής της ατράκτου.

Ελεγκτής δίσκου: Το λεπτομερή έλεγχο του δίσκου και τη μεταφορά ανάμεσα στο δίσκο και τη μνήμη διαχειρίζεται συνήθως ένας ελεγκτής δίσκου (disk controller). Ο ελεγκτής προσθέτει το τελικό μέρος του χρόνου προσπέλασης στο δίσκο, το χρόνο ελεγκτή (controller time), ο οποίος είναι η επιβάρυνση (overhead) που επιφέρει ο ελεγκτής προκειμένου να διεκπεραιώσει μία προσπέλαση I/O.

Ο μέσος χρόνος διεκπεραίωσης μίας λειτουργίας I/O θα αποτελείται από το άθροισμα των τεσσάρων αυτών χρόνων συν οποιοδήποτε χρόνο αναμονής που προκαλείται επειδή άλλες διεργασίες χρησιμοποιούν το δίσκο.
 

Παράδειγμα
 
 

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 2

 Να περιγράψετε σε 10-15 το πολύ σειρές τα μορφολογικά χαρακτηριστικά και τη λειτουργία ενός μαγνητικού δίσκου. Στην περίπτωση που δυσκολεύεστε κρίνεται σκόπιμο να επαναλάβετε την ανάγνωση της προηγούμενης υποενότητας με τίτλο: «Μαγνητικοί δίσκοι».

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 3

 Να αναζητήσετε στο διαδίκτυο περιγραφές πρόσφατων σκληρών δίσκων και να καταγράψετε τα χαρακτηριστικά τριών τουλάχιστον από αυτούς.

 

ΑΠΑΝΤΗΣΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ 3