HISTORIA

      Historia pamięci masowych sięga połowy dziewiętnastego wieku – już wtedy używano kart perforowanych do wprowadzania danych do mechanicznych maszyn liczących. Pierwsze elektroniczne komputery korzystały z pamięci zbudowanej z lamp elektronowych, potem zaczęły pojawiać się różnej maści pamięci magnetyczne – bąbelkowe, taśmowe, bębnowe.  
 

Rys. 1 Stary komputer 

     Pierwszy w historii twardy dysk pojawił się w 1957 roku. Wtedy to IBM zaprezentował urządzenie o nazwie RAMAC 350 – złożony z pięćdziesięciu 24-calowych dysków zespół miał pojemność 5 MB, a koszt jego rocznej dzierżawy wynosił 35 tys. dolarów; jak nietrudno policzyć, oznaczało to 7 tys. dolarów za megabajt... W epoce maszyn mainframe budowano całe „farmy dysków” z zamkniętymi w klimatyzowanych pomieszczeniach zestawami talerzy o średnicach 14 czy 8 cali, wartymi grube dziesiątki tysięcy dolarów. Pojawienie się IBM PC w roku 1981 wcale nie zapowiadało rewolucji w dziedzinie pamięci masowych – system operacyjny „prapeceta” zawierał procedury obsługi pamięci w postaci magnetofonu kasetowego, choć oczywiście istniała także możliwość korzystania ze stacji dyskietek. Lista opcjonalnego wyposażenia IBM PC/XT z roku 1983 obejmuje już twardy dysk o pojemności 5 lub 10 MB – ówczesne napędy o znajomej średnicy 5,25" miały wysokość trzech cali (podobnie zresztą, jak wczesne stacje dyskietek) i stąd właśnie określenie „full height” (współczesny czytnik CD-ROM to „half height”). W roku 1984 Western Digital skonstruował - dzierżący przez kilka lat godność „standardu przemysłowego”, zastosowany w IBM PC/AT interfejs ST506, zaś w 1986 – opracowany do spółki z firmą Compaq dobrze nam znany interfejs IDE (Integrated Drive Electronics). Mniej więcej rok później w komputerach stacjonarnych zaczęto instalować dyski 3,5" (o wysokości 1", czyli „low profile”) – dopiero potem znalazły one zastosowanie w przenośnych laptopach. Postęp technologii powodował ciągły wzrost pojemności i szybkości urządzeń, przy jednoczesnym spadku zapotrzebowania na energię, coraz mniejszej hałaśliwości   i większej niezawodności. Wyniki tego wyścigu obserwujemy na co dzień.  
 

Rys. 2 Zdjęcie z archiwum

      W dwudziestoletniej historii PC najbardziej eksponowany był zawsze postęp technologii półprzewodnikowej. Postęp w innych, bezpośrednio z nią związanych dziedzinach technologii był zawsze mniej eksponowany – w ciągu tego samego czasu, gdy stopniowo dokonywano 100-krotnego przyspieszania zegara procesora, pojemność typowego dysku stałego wzrosła 1000-krotnie. Dysk stały, dopóki działa i do momentu, gdy mieszczą się na nim bez kłopotów nasze dane i programy, rzadko bywa przedmiotem szczególnego zainteresowania. Tylko w momencie zakupu staramy się uzyskać możliwy kompromis pomiędzy pojemnościami – dysku i portfela, później dysk schodzi do swojej służebnej roli. Tymczasem od pojemności i szybkości dysku zależy wydajność komputera i wygoda jego użytkowania, a niezawodność dysku to w wielu przypadkach sprawa nie tylko bardzo ważna, ale wręcz kluczowa.

     Przeciętny użytkownik komputera traktuje dysk jako „czarne pudełko” zdolne do zapamiętania pewnej ilości danych – im więcej, tym lepiej. Bardziej dociekliwi zwracają uwagę również na jego parametry wydajnościowe – średni czas dostępu do danych oraz szybkość odczytu i zapisu. Parametry eksploatacyjne każdego urządzenia wynikają z jego konstrukcji, dlatego najdociekliwsi użytkownicy lubią wiedzieć również, co jest wewnątrz „czarnego pudełka” i jak to działa.

BUDOWA

 

     Stosowana w dyskach sztywnych technika zapisu nie odbiega od tej, z jaką mamy do czynienia w magnetofonie czy w kartach telefonicznych, a także w dyskietkach. Wytwarzane przez elektromagnetyczną głowicę pole magnetyczne powoduje uporządkowanie domen magnetycznych w nośniku ferromagnetycznym o szerokiej pętli histerezy, a ruch tak zapisanego nośnika w pobliżu głowicy odczytującej powoduje w niej indukcję sygnału elektrycznego, odpowiadającego zapisanym danym. Współczesna technologia do odczytu danych używa, zamiast głowic indukcyjnych, półprzewodnikowych elementów magnetorezystywnych, umożliwiających zwiększenie zarówno odczytywalnej gęstości zapisu, jak i zwiększenie szybkości odczytu.

     Dysk stały naszego PC to wirujący talerz lub zespół talerzy o powierzchni pokrytej nośnikiem magnetycznym, a odpowiednio ustawiane na tych powierzchniach głowice zapisują i odczytują dane. Głowice umieszczone są na przypominającym ramię gramofonu ramieniu pozycjonującym i dociskane do powierzchni dysku sprężynami, ale podczas obrotów dysku nie stykają się z nią – powstająca w wyniku szybkich obrotów talerzy „poduszka powietrzna” utrzymuje głowice nad powierzchnią. Rozwiązanie takie nazywane jest „pływającymi głowicami” i jak na razie jest bezkonkurencyjne i stosowane powszechnie, chociaż są już w toku prace nad innymi sposobami prowadzenia głowic. 
Jak już wspomniałem, głowice dysku są zamontowane na konstrukcji obrotowej, budzącej skojarzenie z ramieniem gramofonu. Słuszne optycznie skojarzenie nie jest jednak prawdziwe. Podczas gdy ramię gramofonu było prowadzone przez ścieżkę zapisu na płycie, to z ramieniem głowic dysku jest zupełnie inaczej – musi ono być ustawione tak, by głowice znalazły się nad odczytywaną właśnie ścieżką (czy raczej – na odczytywanym „cylindrze”). W pierwszych konstrukcjach dysków sztywnych pozycjonowanie głowic było realizowane przez mechanizm napędzany silnikiem krokowym (rozwiązanie takie jest do dziś stosowane w napędach dyskietek). W miarę wzrostu wymagań szybkościowych stosowano inne rozwiązania, spośród których optymalnym jak na razie okazało się voice coil, czyli układ magnetodynamiczny, wzorowany na stosowanym w głośnikach (stąd nazwa) – umieszczona w polu silnego magnesu stałego cewka porusza się zgodnie z przepływającym przez nią prądem, ustawiając w odpowiedniej pozycji związane z nią mechanicznie ramię głowic dysku. Technika ta pozwoliła na zmniejszenie czasu pozycjonowania głowic na zadanej ścieżce z kilkudziesięciu do kilku milisekund, a przy przejściach pomiędzy kolejnymi ścieżkami nawet poniżej jednej milisekundy.  
 

Rys. 3 Budowa dysku 

     Tradycyjnie w komputerze PC AT adresowanie dysku przez przerwanie 13 BIOS-u (INT 13) odbywało się za pomocą trzech parametrów: cylindra, głowicy i sektora (tzw. adresowanie CHS od słów Cylinder, Head, Sector). Konwencjonalne funkcje INT 13 używały 24 bitów do reprezentacji adresów, zatem możliwe było jedynie zaadresowanie obszaru o pojemności 8,4 GB (224×512 bajtów/sektor = 8,4 GB). W celu przekroczenia tej granicznej wartości producenci wprowadzili dwa nowsze sposoby (stosowane właśnie w dzisiejszych dyskach) adresowania. 
Pierwszy polegał na rozszerzeniu reprezentacji adresu w konwencji CHS do 32 bitów, drugi – częściej stosowany – używał zupełnie odmiennej metody noszącej nazwę LBA. W metodzie LBA (Logical Block Addressing) stosowane jest adresowanie 28-bitowe, co pozwala na zaadresowanie obszaru do granicznej (znowu!) pojemności wynoszącej: 228×512 bajtów/sektor = 137,4 GB. Jest to wartość jak na razie nieosiągalna dla przeciętnego posiadacza komputera (dla producentów – owszem; nie tak dawno Quantum poinformowało o wyprodukowaniu dysku o pojemności ponad 200 GB!). Ten właśnie tryb adresowania jest zalecany i zaimplementowany w BIOS-ach większości dzisiejszych PC-tów.

     Zapis na dysku dokonywany jest w formie koncentrycznych ścieżek, podzielonych na sektory. Dość tajemnicze pojęcie „cylinder”, występujące w opisie parametrów dysku i nie znajdujące bezpośredniego odbicia w jego konstrukcji, to grupa ścieżek o tym samym numerze na wszystkich powierzchniach roboczych. Liczba głowic odpowiada liczbie roboczych powierzchni talerzy dysku. Taki opis parametrów fizycznych dysku oraz wynikający z niego tryb adresowania stanowiły pierwotnie podstawę rozumienia zapisu na dysku przez wszystkie systemy operacyjne. Opis CHS (cylinder/head/sector) sprawdzał się bardzo dobrze w czasach, gdy całością procesu zapisu i odczytu danych zarządzała jednostka centralna przy współudziale dość prymitywnego sterownika. Nietrudno jednak zauważyć, że całkowita długość pierwszej, najbardziej zewnętrznej ścieżki jest znacznie większa od długości ostatniej, najbliższej osi talerza. Liniowa gęstość zapisu jest stała dla wszystkich ścieżek (po prostu – maksymalna), a przy stałej liczbie sektorów na każdej kolejnej ścieżce (licząc od ostatniej do pierwszej) marnowałaby się coraz większa ilość miejsca. Dlatego już od dość dawna stosuje się technikę MZR (Multiple Zone Recording), maksymalnie wykorzystującą dostępną powierzchnię talerzy – liczba sektorów w ostatnim cylindrze dysku, wynikająca z liniowej gęstości zapisu, pozostaje stała w kolejnych cylindrach do chwili, gdy ilość wolnego miejsca pozwoli na dodanie jednego sektora więcej. Na dysku powstają w ten sposób kolejne strefy, charakteryzujące się rosnącą liczbą sektorów w miarę zbliżania się do krawędzi talerza.

      W początkowym okresie stosowania MZR praktykowano technikę przeliczania geometrycznej lokalizacji danych na logiczne parametry systemu CHS. Wymagało to dość kłopotliwego, ręcznego wprowadzania parametrów przeliczeniowych konkretnych modeli dysków do pamięci konfiguracji systemu (tzw. Setup). Od problemu indywidualnych parametrów dysków uwolniły nas dopiero: z jednej strony rozwój interfejsu ATA, dzięki któremu system był w stanie samodzielnie odczytać z dysku i przyjąć do wiadomości przeliczeniowe parametry, z drugiej zaś – wprowadzenie BIOS-u funkcji obsługi trybu LBA (Logical Block Addressing), uniezależniającego adresowanie danych na dysku od ich fizycznej lokalizacji na nim.

Kodowanie danych

 

     Zapis danych binarnych w formie magnetycznej nie jest dokonywany bezpośrednio „bit w bit” – dane przeznaczone do zapisu są kodowane według pewnych algorytmów, których zadaniem jest usprawnienie odczytu, a także zapewnienie większej jednoznaczności zapisu. Kodowanie danych przeznaczonych do zapisu składa się z dwu faz – najpierw do zapisywanych danych dodawane są dane nadmiarowe umożliwiające detekcję i korektę ewentualnych błędów odczytu (CRC – Cyclic Redundancy Code – najprostszy, a zarazem jeden z najefektywniejszych algorytmów wprowadzania danych nadmiarowych dla celów korekcji błędów), następnie zaś wynikowe wartości są przekształcane tak, by uniknąć powtarzania dłuższych ciągów powtarzających się zer czy jedynek.

     Historycznie pierwszym systemem kodowania danych był MFM, dziś już zupełnie nie stosowany, wyparty następnie przez kodowanie RLL (Run Lenght Limited) stosowane w dyskach sztywnych do niedawna, a wciąż jeszcze używane przy zapisie na dyskietkach. Obecnie powszechnie stosowaną techniką kodowania danych na dysku jest PRML (Partial Response Maximum Likelihood), która zapewnia największą efektywną gęstość zapisu, a także najniższą stopę błędu odczytu danych. Technika PRML wymaga stosowania w układach sterujących dysku specjalizowanych procesorów o dużej mocy, jednak technologie krzemowe są obecnie na tyle tanie, że uzyskiwane dzięki nim zwiększenie gęstości zapisu z nawiązką wyrównuje nieco wyższy koszt wbudowanej w dysk elektroniki.

MZR - Multiple Zone Recording - zapis wielostrefowy

 

      Nietrudno zauważyć, że w wyniku podziału każdej ścieżki na stałą liczbę sektorów, sektory znajdujące się dalej od osi dysku będą znacznie dłuższe (długość sektorów wewnętrznych jest ograniczona „od dołu” maksymalnym upakowaniem bitów na jednostkę powierzchni). Aby zapobiec ewidentnemu marnotrawstwu, podzielono dysk na kilka stref o określonej liczbie sektorów (od 60 do 120 sektorów na ścieżkę), coraz większej dla stref bliższych obwodowi dysku. Zysk jest ewidentny (o około 25% większa pojemność i wydajność), przy okazji wychodzi na jaw drobne oszustwo: jak to się ma do liczby sektorów na ścieżkę deklarowanej w „Setupie” BIOS? Ano, BIOS mówi swoje, a elektronika dysku po cichu dokonuje przeliczeń. 

      Mało tego, wewnątrz dysku dzieje się jeszcze coś, o czym ani użytkownik, ani system operacyjny nie mają zielonego pojęcia.  
 

Rys. 4 Obszary dysku 

     Chodzi mianowicie o system obsługi błędów. Oczywiście, dane zapisywane na dysku wyposażone są w dodatkowe informacje umożliwiające funkcjonowanie systemu korekcji „w locie” (ECC on the fly, kodowanie Reed-Solomon itd). Oprócz tego jednak na każdej ścieżce zarezerwowana jest pewna liczba sektorów, które w przypadku pojawienia się fizycznych uszkodzeń nośnika „podstawiane” są przez wewnętrzny mikroprocesor napędu zamiast sektorów wadliwych – dzieje się to całkowicie niezauważalnie dla świata zewnętrznego. Notabene, wewnętrzne układy mikroprocesorowe, w które wyposażone są współczesne napędy, mają moc przetwarzania porównywalną z co najmniej z IBM PC/AT.

Głowice magnetorezystywne

 

     Twardy dysk ze swoimi maleńkimi elementami wykonanymi z dokładnością przy której, zegarmistrzowska precyzja przypomina raczej kowalską robotę to w istocie arcydzieło technologii. Prawdziwym cudem jest jednak głowica. W nowoczesnych konstrukcjach stosuje się tak zwane głowice magnetorezystywne.

Gwoli ścisłości powinno się raczej używać określenia „hybrydowe” – do zapisu danych służy elektromagnetyczna głowica cienkowarstwowa (jej mikroskopijna ceweczka ma około 10 zwojów), głowica magnetorezystywna służy do odczytu.  
 

Rys. 5 Widok dysku

     Wykorzystuje ona efekt zmiany oporności elektrycznej specjalnego materiału (stop żelaza i niklu) przy zmianie pola magnetycznego i jest o wiele czulsza od głowicy elektromagnetycznej. Pozwala to znacznie zmniejszyć powierzchnię zajmowaną przez każdy bit informacji, a więc – zwiększyć gęstość zapisu.   Współczesne dyski charakteryzują się gęstością rzędu 1 gigabita na cal kwadratowy, zaś w laboratoriach IBM (to właśnie w nich stworzono pierwsze głowice magnetorezystywne) osiągnięto w grudniu 1996 roku gęstość 5 gigabitów na cal kwadratowy. 
Przy tej gęstości na jednym calu długości ścieżki mieści się 240 tysięcy bitów, na jeden cal promienia dysku przypada 21 tysięcy ścieżek, a jeden bit zajmuje powierzchnię 1,2 na 0,1 mikrometra (przekrój ludzkiego włosa zmieściłby około 1000 bitów). Dzięki doskonaleniu technologii GMR (Giant Magnetoresistive Effect) naukowcy przewidują osiągnięcie przed końcem wieku gęstości 10 Gb na cal kwadratowy.

Pozycjonowanie głowicy

 

      Kiedyś na potrzeby „nawigacji” zarezerwowana była cała jedna powierzchnia dysku, na której zapisane były znaczniki ścieżek i sektorów dla pozostałych głowic – system taki nazywał się „dedicated servo”. Dzisiejsze napędy wykorzystują technologię „embedded servo” – znaczniki umieszczone są na powierzchniach roboczych i przemieszane z obszarami danych. Wiąże się to co prawda z przydzieleniem elektronice dysku dodatkowych zajęć, pozwala jednak zwiększyć efektywną pojemność urządzenia. W celu uniknięcia błędów odczytu głowica musi znajdować się dokładnie nad środkiem danej ścieżki. Nie jest to wcale łatwe zadanie, gdyż pod wpływem ciepła materiał, z którego wykonane są płyty dysku, może ulec odkształceniom.

     W odróżnieniu od tradycyjnej techniki Servo, przy której głowica musiała regularnie korzystać ze ścieżki sterującej, aby zoptymalizować swoją pozycję, mechanizm Embedded Servo wykorzystuje informacje sterujące zapisane na każdej ścieżce. Głowice zapisująco – odczytujące mogą więc korzystać z nich przez cały czas, co umożliwia dokładniejsze pozycjonowanie. Technika Embedded Servo działa na podobnej zasadzie, jak automatyczny pilot, który nieprzerwanie dba o utrzymanie właściwego toru lotu. Stosowana dawniej okresowa kalibracja głowicy dysku powodowała natomiast dodatkowe przerwy w transmisji danych.Inteligentne układy sterujące pozwoliły także zmienić sposób przesuwania głowicy nad szukaną ścieżkę – niegdyś służyły do tego stosunkowo powolne i zawodne silniczki krokowe (do dziś używane w stacjach dyskietek zdradzają swą obecność charakterystycznym burczeniem), teraz delikatne jak piórko kolibra ramię głowicy wychylane jest na podobieństwo wskazówki miernika elektrycznego za pomocą cewki, przez którą przepływa prąd o odpowiednio dobranym natężeniu  (tzw. voice coil) – dzięki temu średni czas dostępu do danych to dziś 10 lub mniej milisekund. Niektóre firmy stosują technologię „Read on Arrival”, wykorzystującą mechanizm korekcji błędów – pierwsza próba odczytu podejmowana jest jeszcze zanim głowica ustabilizuje się nad żądaną ścieżką; albo próba się powiedzie, albo skutecznie zadziała mechanizm korekcji błędu odczytu, w najgorszym przypadku trzeba będzie ponowić odczyt – nic do stracenia, a można zyskać cenne milisekundy.

PRML (Partial Response Maximum Likelihood)

 

     Większość napędów jeszcze do niedawna podczas odczytu danych używała techniki zwanej peak detection (wykrywanie wartości ekstremalnych – maksimum siły sygnału). W miarę wzrostu gęstości zapisu rozróżnienie sąsiednich wartości szczytowych sygnału od siebie nawzajem i od tzw. tła stawało się coraz trudniejsze. Problem ten rozwiązywano wstawiając pomiędzy sąsiadujące szczyty („jedynki”) rozdzielające chwile ciszy („zera”). Takie postępowanie sprowadzało się do kodowania zerojedynkowych ciągów za pomocą ciągów bardziej przejrzystych, czyli łatwiej identyfikowalnych, lecz z konieczności dłuższych. To oczywiście obniżało efektywną gęstość zapisu danych, a w konsekwencji także wydajność napędu.

      Z pomocą przyszła opracowana na potrzeby długodystansowej komunikacji w przestrzeni kosmicznej technologia PRML (Partial Response Maximum Likelihood). Pochodzący z głowicy odczytującej analogowy sygnał jest próbkowany w wielu miejscach, a następnie cyfrowo filtrowany przez wbudowany w elektronikę dysku dedykowany procesor sygnałowy DSP. Uzyskaną w ten sposób próbkę analizuje się algorytmem Viterbi. Sprawdza on wszystkie kombinacje danych, które mogły wygenerować zbliżony ciąg i wybiera tę najbardziej prawdopodobną. Umożliwia to dodatkowe zwiększenie czułości kanału odczytu i istotne zmniejszenie prawdopodobieństwa wystąpienia błędów odczytu. Najlepsze efekty daje połączenie technologii PRML z magnetorezystywną głowicą odczytującą ze względu na dobrą jakość generowanego przez nią sygnału analogowego. Głowica magnetorezystywna (MRH) wykorzystuje inne zjawisko fizyczne niż głowice, zbliżone konstrukcją do stosowanych w zwykłych magnetofonach. Element czytający MRH jest wykonany z substancji zmieniającej oporność w polu magnetycznym, więc namagnesowanie nośnika bezpośrednio rzutuje na natężenie płynącego przez głowicę MR prądu. Istotną zaletą technologii MR jest większa czułość, pozwalająca na radykalne zwiększenie gęstości zapisu, a co za tym idzie – wzrost pojemności napędu przy zachowaniu jego rozmiarów.

     PRML oznacza także inną metodę kodowania danych na dysku: o ile przejście ze starej metody MFM (Multiple Frequency Modulation) na bardziej zaawansowaną RLL (Run Length Limited) oznaczało wzrost upakowania danych o około 50%, PRML daje tu kolejne 20-40% zysku (różne źródła podają różne wartości).

Fat - system plików

 

      Jednostką objętości zapisu na dysku jest sektor, mieszczący 512 bajtów danych, a wraz z nimi również dane nadmiarowe zapewniające skuteczną korekcję błędów odczytu. Ale nasze dane rzadko mieszczą się w tak skromnej objętości. Jak zachować ich ciągłość przy podziale na poszczególne sektory? Skąd system operacyjny ma wiedzieć, które sektory wchodzą w skład danego pliku? Każdy z systemów operacyjnych ma własny, specyficzny system opisu danych na dysku, zwany systemem plików.

     Niektóre, bardziej zaawansowane systemy operacyjne są w stanie posługiwać się równolegle kilkoma systemami plików dyskowych.  
 

Rys. 6 Dyski twarde 

     Najprostszym systemem plików jest, używany przez DOS i Windows, system oparty na tablicy alokacji plików FAT (File Allocation Table). System ten, pierwotnie stworzony na potrzeby zapisu na dyskietkach, dzięki swojej prostocie trafił do obsługi dysków sztywnych w systemach Microsoftu. System FAT początkowo traktował jako jednostkę alokacji danych pojedynczy sektor, w wyniku czego przy 16-bitowej architekturze systemu operacyjnego umożliwiał obsługę dysków o pojemnościach nie przekraczających 32 MB (65536 sektorów). Obsługę większych pojemności umożliwiło dopiero użycie większych jednostek alokacji, nazywanych klastrami (ang. cluster – pęczek, grono). Przy obsłudze woluminów większych od 32 MB wielkość klastra jest zależna od wielkości woluminu i w przypadku np. dysku o pojemności 1 GB klaster liczy sobie 16 kB, a dysk 2,5 – gigabajtowy wymaga już klastrów o pojemności 64 kB. Każdy zapisany plik to trochę zmarnowanej przestrzeni, średnio połowa pojemności klastra, bo przecież długość plików jest wielkością przypadkową. W przypadku, gdy dysk służy do przechowywania bazy danych, złożonej z kilku plików po kilkaset megabajtów, nie ma to żadnego znaczenia, ale w przypadku kilku tysięcy plików o różnych długościach, jakie znajdują się na dysku typowego użytkownika, może to być kilkanaście megabajtów straconego miejsca. A w dodatku system odczytuje całe klastry – w przypadku potrzeby wczytania liczącego sobie 300 bajtów pliku, np. *.ini, system żąda od dysku odczytu całego klastra. Oprócz straty miejsca jest to również strata czasu!  
 

Rys. 7 Tabela alokacji plików 

Dzięki rozmaitym rozszerzeniom i protezom (jak np. VFAT) system FAT dotrwał do chwili, kiedy programiści Microsoftu zdołali stworzyć 32 – bitową tablicę alokacji. Zmiana nie tyle jakościowa, co ilościowa  dopiero dysk pojemności większej od 2 GB wymaga stosowania jednostek alokacji większych od sektora, a 32-kilobajtowymi klastrami będziemy się posługiwać dopiero w następnym stuleciu.

O wadach systemu FAT, zwłaszcza w jego microsoftowych realizacjach, można by długo pisać. Oprócz wspomnianych już kłopotów, wywołanych przez zbyt małą liczbę dostępnych jednostek alokacji, poważną wadą systemu FAT jest silna fragmentacja plików pomiędzy wiele klastrów o bardzo różnym fizycznym położeniu na dysku. Pociąga to za sobą konieczność okresowej defragmentacji przy użyciu specjalnych narzędzi programowych, a także powoduje stosunkowo duże prawdopodobieństwo powstawania błędów zapisu, polegających na przypisaniu jednego klastra dwóm plikom (tzw. crosslink), co kończy się utratą danych z jednego lub obu „skrzyżowanych” plików. 
 

Rys. 8 Struktura woluminu FAT 

Typowym błędem, pojawiającym się w systemie FAT, jest również pozostawianie tzw. zgubionych klastrów, tj. jednostek alokacji nie zawierających informacji, ale opisanych jako zajęte. O tym, jak duże jest prawdopodobieństwo tego rodzaju błędów, świadczy fakt wyposażenia DOS-u od samego początku w narzędzie do ich wykrywania i likwidacji (polecenie CHKDSK).

     Na potrzeby OS/2 IBM i Microsoft stworzyły wspólnie system plików HPFS (High Performance File System) stosowany początkowo również jako jeden z systemów plików dla Windows NT. Przeznaczony od samego początku do obsługi dużych dysków system używa dość złożonej struktury zapisu danych. Zapisywanych jest również wiele informacji nadmiarowych, umożliwiających łatwe odtworzenie zapisu w przypadku błędów, a także np. informacje statystyczne o użytkowaniu plików, przeznaczone do wykorzystania przez inteligentny, interaktywny system buforowania operacji dyskowych. System jest również wyposażony w mechanizmy ochrony zapisu przed uszkodzeniem, jak np. automatyczne przenoszenie danych z sektorów o niepewnej jakości do dobrych (tzw. HotFix).

Zaletami tego systemu są przede wszystkim szybkość wyszukiwania danych, wysoki stopień ciągłości ich zapisu, a także bardzo duża niezawodność. Główną wadą zaś – stosunkowo długi czas zakładania nowych plików, wynikający z konieczności każdorazowej rekonfiguracji drzewa katalogowego. Niestety, nowe wersje Windows NT (od 4.0) nie obsługują już plików dysków w formacie HPFS pomimo tego, że byłby on wymarzonym rozwiązaniem do obsługi np. dużych, rzadko przebudowywanych baz danych.

     Równolegle z udziałem w pracach nad HPFS Microsoft opracował własny zaawansowany system plików – NTFS (New Technology File System) – przeznaczony dla Windows NT. System ten, oparty na 32-bitowych tablicach FAT, ma dość rozbudowany system bezpieczeństwa, a także mechanizmy ograniczające fragmentację plików. Ciekawą jego cechą jest możliwość przypisania plikom atrybutu kompresji, pozwalającego na ich kompresję w trakcie zapisu.

     Jak widać, po wycofaniu się z HPFS, stosowane obecnie najpopularniejsze systemy plików są wciąż oparte na systemie FAT. Wszystko wskazuje na to, że ciągły wzrost pojemności dysków sztywnych, a także wzrastające ilości składowanych danych wymuszą jednak opracowanie i upowszechnienie systemu plików o strukturze bardziej odpowiadającej współczesnej strukturze danych.   
 

Rys. 9 Długie nazwy na woluminie FAT 

HPFS (High Performance File System) system plików OS/2

HPFS został zaprojektowany przez IBM i Microsoft pod koniec lat osiemdziesiątych, dla potrzeb nowoczesnego systemu operacyjnego, realizowanego podówczas wspólnie przez obydwie firmy – OS/2. W przeciwieństwie do FAT – wymyślonego w 1977 r. do obsługi dyskietek – HPFS był od początku przeznaczony od efektywnej obsługi dysków twardych, i to dużych – teoretyczna granica wielkości woluminu (nb. ostatnio dodatkowo podniesiona) już wówczas wynosiła 2199 GB, czyli 2^32 sektorów (á 512 B), będących również jednostką alokacji. Dysk podzielony jest na tzw. pasma po 8 MB (16384 sektory) zawierające bitową mapę zajętości sektorów w paśmie (32 sektory). Dzięki naprzemiennemu ułożeniu map w kolejnych pasmach tworzone są ciągłe odcinki po 16 MB, rozdzielone mapami dwu kolejnych pasm. Jedno pasmo, położone możliwie blisko geometrycznego środka dysku, zarezerwowane jest do przechowywania opisów katalogów, w tym katalogu głównego – po jego wypełnieniu katalogi mogą być zakładane również w innych miejscach dysku.

     Kluczową dla HPFS strukturą danych jest tzw. Fnode, czyli położony możliwie blisko samego pliku rekord opisujący parametry i położenie pliku (lub katalogu). Jeżeli jest on nie wystarczający do opisu położenia lub tzw. atrybutów rozszerzonych, na dysku tworzone są dodatkowe struktury pomocnicze.

     Zawartość katalogów jest posortowana, zapisywana w blokach o wielkości  2 KB, tworzących strukturę tzw. sterty (posortowanego, binarnego drzewa zrównoważonego). Znacznie przyspiesza to wyszukiwanie i dostęp do pliku, ale spowalnia tworzenie, kasowanie i zmianę nazwy – wymuszają one reorganizację struktury katalogu. HPFS umożliwia operowanie długimi nazwami (do 256 znaków), kompletem dat (utworzenia, ostatniej modyfikacji i ostatniego dostępu), prawami dostępu oraz tzw. atrybutami rozszerzonymi, mogącymi przechowywać dowolne informacje wykorzystywane przez system plików lub aplikację – takie jak np. ikona pliku czy położenie okna na ekranie. Gromadzone są też informacje statystyczne pozwalające na zoptymalizowanie pracy cache'a dyskowego.

     W przeciwieństwie do FAT, HPFS definiuje nie tylko ułożenie danych na dysku, ale także sposób korzystania z niego – wbudowany cache, mechanizmy minimalizowania fragmentacji itp. Zdefiniowane są też mechanizmy ochrony przed uszkodzeniem: weryfikacja zapisu, hotfix (przenoszenie „na gorąco” zawartości uszkodzonych sektorów do obszaru rezerwowego), wbudowany CHKDSK, automatyczna kontrola struktury dysku w przypadku wykrycia nieprawidłowego zakończenia pracy systemu.

Specjalne identyfikatory kluczowych wewnętrznych struktur danych oraz dublowanie niektórych informacji w różnych strukturach (np. początkowych fragmentów nazw plików w katalogu i Fnode) umożliwiają natomiast automatyczne odtworzenie struktury dysku nawet w przypadkach ciężkich awarii.

NTFS (NT File System) - Windows NT

 

     Ten system plików należy do podstawowych składników bezpieczeństwa Windows NT. Partycja NTFS rozpoczyna się klasycznym sektorem inicjującym. Nie jest to, jakby sugerowała nazwa, pojedynczy sektor, ale może być to nawet 16 pierwszych sektorów (zależnie od potrzeb systemu).

Po sektorze inicjującym występuje tzw. nadrzędna tabela plików (MFT – Master File Table), czyli po prostu indeks plików systemowych (ich nazwy zaczynają się od znaku "$"). W aktualnej wersji systemu NT na pliki systemowe wymienione w MFT składają się:

      kopia MFT;

      plik logów;

      informacje o wolumenie (w tym etykieta wolumenu i numer wersji NTFS);

      tablica definicji atrybutów (nazwy, numery identyfikacyjne, objaśnienia);

      katalog główny;

      mapa bitowa klastrów (opis zajętości partycji);

      kopia boot sektora partycji;

      tabela uszkodzonych klastrów;

      tabela konwersji małych liter na duże odpowiedniki Unicode.

Poza tym tabela MFT zawiera 6 wolnych pozycji (zapisów), które mogą zostać wykorzystane w przyszłości. Jak można wywnioskować na podstawie budowy MFT system NTFS podobnie jak FAT opiera się na klastrach. Jednak rozmiar klastra ustalamy tutaj dość swobodnie – od 0,5 KB do 64 KB.

W podanym przy FAT przykładzie (partycja 2 GB) domyślny rozmiar klastra wynosi 4 KB – czyli 8 razy mniej niż w poprzednim przypadku FAT.

Oprócz zaawansowanego, elastycznego systemu bezpieczeństwa jedną z bardziej interesujących cech NTFS jest mechanizm kompresji „w locie”. Jednak w odróżnieniu od rozwiązań typu DriveSpace (dla VFAT) możemy kompresować nie tylko całe wolumeny, ale nawet w standardowo niekompresowanym wolumenie pojedyncze pliki lub katalogi.

To, czy dany element ma być kompresowany ustala się za pomocą klasycznego ustalania atrybutów (w ten sam sposób jak ustala się atrybut „tylko – do – odczytu” czy też „ukryty”). Jedynym ograniczeniem kompresji NTFS jest to, że rozmiar klastra nie może być większy niż 4 KB. 

INTERFEJS

 

       Na pierwszy rzut oka wydawać by się mogło, że w konstrukcji PC używane są obecnie dwa typy interfejsów dyskowych: Ultra ATA i SCSI. Ale po przejrzeniu kilku katalogów sprzętowych opinia ulega zmianie, a w gąszczu nazw takich jak EIDE, ATAPI, Fast Wide SCSI i temu podobnych może się poczuć zagubiony nawet całkiem obyty fachowiec. Tyle jest standardów – czy nie ma żadnego standardu?

Spróbuję trochę wyprostować kręte ścieżki w dżungli interfejsów dyskowych. Zacznijmy od początku, a na początku, wbrew temu co mówi Pismo, nie było chaosu. W PC był tylko jeden interfejs dyskowy, stworzony przez Seagate i określany jako ST-506/ST-412, od symboli pierwszych dwóch modeli dysków wyprodukowanych przez tę firmę.

Ze względu na niewygodę w posługiwaniu się tak abstrakcyjnym symbolem, żargonowo określano ten interfejs jako MFM lub RLL, od stosowanych w tych dyskach technik kodowania (nb. technika RLL jest stosowana przez niektórych producentów do dziś). Interfejs ten dawno odszedł do lamusa wraz z dyskami o pojemnościach kilkunastu megabajtów, wymagającymi złożonej logiki zewnętrznego sterownika. Jego los podzielił również ESDI (Enhanced Small Device Interface) – pomimo niewątpliwych zalet okazał się zbyt kosztowny w stosunku do swojego konkurenta znanego jako IDE, który stał się pierwszym prawdziwym standardem  
 

Rys. 10 Złącze IDE 

Konstrukcja komputera PC AT stworzyła możliwość zastosowania 16-bitowego interfejsu pomiędzy systemem a dyskiem oraz przeniesienia funkcji sterownika dysku do jego konstrukcji (dyski MFM-RLL były całkowicie „głupie” – całość ich obsługi obciążała wchodzący w skład jednostki centralnej komputera sterownik). Powstał interfejs znany pod nazwami IDE i ATA, który dał początek rodzinie powszechnie stosowanych obecnie interfejsów dyskowych.

Integrated Drive Electronic (IDE) to określenie techniki realizacji nowego interfejsu, w którym całość logiki sterownika dyskowego przeniesiono do konstrukcji dysku, ATA zaś to AT Attachment – relacja nowego interfejsu do konstrukcji AT. Specyfikacja ATA została skodyfikowana przez ANSI jako oficjalny standard, definiując następujący zakres funkcji interfejsu:

pojedynczy kanał, dzielony przez dwa dyski, skonfigurowane jako master i slave;

komunikacja w trybach PIO 0, 1 i 2;

komunikacja przez DMA w trybach 0, 1, 2 dla transmisji pojedynczych słów i w trybie 0 dla transmisji multiword.

Standard ATA sprawdził się bardzo dobrze podbijając rynek, ale rosnące wymagania systemów spowodowały jego rozszerzenie do ATA-2, zaakceptowanego również oficjalnie przez ANSI. Nowe funkcje interfejsu ATA-2 to przede wszystkim:

szybsze tryby PIO – ATA-2 wspomaga obsługę w trybach PIO 3 i 4;

obsługa multiword DMA w trybach 1 i 2;

rozkazy transmisji blokowych;

      tryb LBA (Logical Block Addressing), umożliwiający, przy odpowiednim wsparciu przez BIOS komputera, przekroczenie systemowych barier pojemności dysku;

rozszerzenie zakresu identyfikacji dysku przez system.

      Wprowadzone przez ATA-2 rozszerzenia podniosły sprawność interfejsu, ale w wyniku ciągłego wzrostu mocy PC i wzrostu objętości użytkowanych danych, konieczne stały się kolejne usprawnienia interfejsu tak, by możliwie niewielkim kosztem dało się uzyskać kolejne zwiększenie sprawności. Zanim to jednak nastąpiło, powstało ATA-3, nie wnoszące żadnych nowych trybów transmisji i przyspieszenia obsługi, a jedynie takie, skądinąd bardzo użyteczne zmiany, jak:

poprawę pewności transmisji danych po kablu, którego możliwości transmisyjne zostały przy uzyskiwanych szybkościach transmisji wyraźnie przekroczone;

wprowadzenie obsługi SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology) – techniki zapewniającej znaczne zwiększenie poziomu bezpieczeństwa danych dzięki automatycznej diagnostyce dysku.

     Następnym znaczącym krokiem w rozwoju interfejsów z rodziny ATA stał się, stosowany obecnie, nieformalny standard Ultra ATA, umożliwiający transmisję danych multiword w trybie 3 DMA, tzw. DMA-33. Oczywiście taki tryb pracy musi być wspierany od strony jednostki centralnej przez BIOS i logikę płyty głównej. Ze strony logiki dysku konieczna jest dodatkowa kontrola poprawności danych i korekcja błędów transmisji z powodu wspomnianego już przekroczenia przepustowości typowego kabla.

Wszystkie interfejsy ATA charakteryzują się pełną kompatybilnością zstępującą, tzn. każda wyższa wersja obsługuje również pełny zestaw funkcji wersji niższej, dzięki czemu możemy np. dołączyć dysk Ultra ATA do systemu przystosowanego do ATA-2, oczywiście tracąc możliwość wykorzystania zwiększających efektywność funkcji wyższego standardu.

Dopełnieniem rodziny interfejsów IDE/ATA jest ATAPI (ATA Packet Interface), protokół komunikacyjny, umożliwiający komunikowanie się przez interfejs ATA z urządzeniami, nie będącymi dyskami stałymi – przede wszystkim z czytnikami CD-ROM. Początkowo protokół ten był obsługiwany przez ładowany do pamięci sterownik, później wbudowany w system operacyjny. Obecnie ATAPI jest wspierany również przez większość implementacji BIOS-u, dzięki czemu możliwe jest np. ładowanie systemu operacyjnego z CD-ROM-u.  
 

Rys. 11 Ewolucja dysków twardych 

ATA-1 – (IDE) ATA (AT Attachment) jest formalną nazwą tego co często jest nazywane oficjalną specyfikacją IDE. Ale IDE (Integrated Drive Electronics) aktualnie oznacza końcówkę interfejsu twardego dysku. ATA to jedno złącze na płycie głównej umożliwające podłączenie maksymalnie dwóch urządzeń master i slave o maksymalnej pojemności 528 MB. Wydajność ATA zależy od trybu transferu danych zwanego PIO (Programed Input/Output). Wszystkie dyski i kontrolery ATA obsługują tryb PIO mode 0 i niektóre obsługują mode 1 i 2. Rodzaj swojego interfejsu można sprawdzić oglądając płytę główną. Płyty z interefsjem ATA mają tylko jedno złącze ATA (nie można podłączyć drugiej taśmy danych oprócz tej do której podpięty jest twardy dysk). Można oczywiście dokupić specjalną kartę ATA-2 mającą dwa kanały ATA i umożliwiającą podłączenie do czterech urządzeń (np. Promise Technology EłDEMax).  

ATA-2 (Enchanced IDE/Fast ATA). Na płycie z tym interfejsem znajdują się dwa gniazda szpilkowe (zwykle do jednego z nich jest podpięta taśma łącząca płytę z twardym dyskiem i napędem CD-ROM). Innym sposobem na sprawdzenie interfejsu bez rozkręcania komputera prowadzi poprzez menu konfiguracyjne BIOS-u (zwykle po włączeniu komputera należy wcisnąć klaiwsz DEL/ ESC lub CTRL+SHIFT+F1). Wybierz opcję HDD Autodetect. Komputer zacznie rozpoznawać dyski znajdujące się w systemie. Jeżeli na ekranie pokażą się cztery pozycje (nawet puste) to mamy już pewność, że kontroler dysków w kompurterze to ATA-2 lub wyższy. ATA-2 akceptuje dyski większe niż 528 MB lecz mniejsze niż 8.1 GB. Standard ten umożliwia podłączenie maksymalnie dwóch urządzeń  (2 x master, 2 x slave) do dwóch kanałów kontrolera (primary i secondary). Zawsze należy podłączać szybkie dyski jako master do kanału primary, natomiest wolniejsze (napędy CD-ROM, stare twarde dyski PIO-2 lub PIO-3) jako master i slave do kanału secondary kontrolera. Taki sposób podłączenia jest szczególnie ważny w systemach 486 i wczesnych systemach Pentium, gdyż kanał EIDE primary ma bezpośrednie połączenie z magistralą PCI, natomiast kanał secondary jest połączony z dużo wolniejszą magistralą ISA. 

ATA-3 (Fast ATA). Ta wersja ATA akceptuje dyski pracujące w trybie PIO-4 (znanym także jako „bezprzerwowym”) zapewniającym transfer danych z prędkością 16,7 MB/s. 

ATA-4 (Ultra ATA / Ultra DMA / Ultra DMA-33) Standard podwaja maksymalny transfer trybu PIO-4 do 33 MB/s. Tryb ten zawiera technologię bus mastering używającego kanału DMA w celu zmniejszenia obciążenia procesora.

S.C.S.I. (Small Computer Systems Interface)

 

     Zaawansowany technologicznie typ połączenia komputera z urządzeniami zewnętrznymi takimi jak: streamery, CD–ROM-y, dyski twarde, skanery itp. Standard SCSI umożliwia połączenie w łańcuch do jednego kontrolera 7, a w przypadku wersji rozszerzonej WIDE SCSI nawet do 16 urządzeń (łącznie z kontrolerem). Dla porównania standard EIDE obsługuje tylko 4 urządzenia dzięki czemu SCSI jest szczególnie przydatny w przypadku dysków twardych, gdyż umożliwia jednoczesne połączenie więcej niż 4 takich urządzeń a każdy z nich może mieć pojemność nawet do 50 GB. SCSI oferuje również szybszy transfer danych między urządzeniami, dochodzący do 80 MB/s (EIDE - 66 MB/s).

Standard SCSI jak i wykorzystujące go urządzenia używane są głównie w komputerach Macintosch oraz szybkich serwerach sieciowych i urządzeniach archiwizujących. Rzadziej w domowych pecetach gdyż urządzenia komunikujące się za pomocą tego standardu są zwykle dwukrotnie droższe od takich samych ale wykorzystujących inne standardy jak EIDE czy USB.

     Ogólnie SCSI składa się z 4 części: kontrolera SCSI montowanego zazwyczaj jako karta rozszerzająca (ISA lub PCI), lub gotowego elementu wbudowanego bezpośrednio do płyty głównej, kabla połączeniowego SCSI, samego urządzenia (np. dysku twardego) i tzw. terminatorów w postaci zworek lub dodatkowych złącz, które umieszczane są na dwóch końcach łańcucha połączonych urządzeń SCSI. Dzięki nim kontroler otrzymuje informację gdzie są ostatnie urządzenia łańcucha przez co może sprawnie obsługiwać przepływ danych między poszczególnymi urządzeniami a komputerem.

Standard SCSI od czasu swego powstania uległ kilkakrotnie modyfikacjom przez co możemy mieć doczynienia z kilkoma różnymi wersjami tego samego standardu. Jest to szczególnie kłopotliwe w przypadku dobierania i łączenia ze sobą urządzeń obsługujących różne wersje SCSI. Oto zestawienie najważniejszych standardów SCSI: 

SCSI-I – Leciwy standard wraz z ujednoliconym nieco później Common Command Set (CIS) pracuje na bazie ośmiobitowej magistrali danych i oferuje maksymalną prędkość przesyłania danych około 3 MB/s. Opcjonalny jest synchroniczny tryb pracy i 5 MB/s. 

SCSI-II – Oferuje jasno zdefiniowany zestaw poleceń i listę parametrów. Dzięki liście urządzeń uniknięto wiele problemów z napędami CD, MO, wymiennymi dyskami, skanerami itp. Magistrala SCSI-II używa 50 żyłowego kabla SCSI-A i zasadniczo nie jest szybsza niż SCSI-I. 

Fast-SCSI – Jest przyszłością standardu. Pozwala na transfer danych do 10 MB/s, co osiągnięto m.in. podnosząc częstotliwość taktowania magistrali. 

Wide-SCSI – To 16-bitowa wersja Fast SCSI, Maksymalnie 20 MB /s może być przesyłane synchronicznie za pośrednictwem 68-żyłowego kabla SCSI-B. Dzięki temu, że do adaptera Wide-SCSI na ogół można podłączyć zarówno  SCSI-A, jak i SCSI-B, kontroler ten może jednocześnie obsługiwać urządzenia SCSI-II, Fast SCSI oraz Wide - SCSI.

Ultra-SCSI – nazywany również Fast-20-SCSI, stosuje większą prędkość taktowania sygnału przesyłanego zwykłym kablem 50-żyłowym i osiąga wydajność 20 MB/s. Dla urządzeń zewnętrznych wymagany jest specjalny kabel połączeniowy.              16-bitowy wariant Ultra-SCSI umożliwia transfer 40 MB/s poprzez kabel SCSI-B nazywany jest Ultra-Wide-SCSI lub Fast-40-SCSI.

Każde z urządzeń SCSI musi mieć przyporządkowany własny adres tzw. ID (od 1 do 15). Dokonuje się tego przełączając odpowiednią zworkę lub pozycję przełącznika (DIP) w urządzeniu SCSI. 

Zamieszanie w nazwach

 

     Gdy oficjalnym standardem został interfejs ATA-2, zaczęły pojawiać się „nazwy handlowe” w rodzaju „Fast ATA” czy „Enhanced IDE”. Miały one znaczenie wyłącznie marketingowe, odnosząc się do sprzętu w jakimś stopniu zgodnego z ATA-2, ale dzięki popularności rynkowej firm używających tych określeń zostały potraktowane i masowo rozumiane jako określenia standardów. Zresztą firmy te, ufne w swoją wielkość i popularność, pozwalały sobie na dość daleko posuniętą elastyczność w stosowaniu się do standardów.

     Lansowany w swoim czasie przez Quantum interfejs „Fast ATA-2” był całkowicie zgodny z ATA-2, nie wyłączając szybkości – słowo fast miało charakter wyłącznie marketingowy. Z kolei „Fast ATA” Seagate to nieco ograniczone ATA-2 (bez obsługi trybów PIO 4 i multiword DMA 2). Ale największego zamieszania narobiło określenie EIDE (Enhanced IDE), stosowane przez Western Digital. EIDE to oprócz wszystkich funkcji ATA-2 także ATAPI i obsługa dwóch kanałów, tj. czterech urządzeń EIDE. Ta ostatnia funkcja co prawda nie ma żadnego odzwierciedlenia w konstrukcji interfejsu i w całości jest obsługiwana przez BIOS i logikę płyty głównej, tym niemniej została ujęta w specyfikacji EIDE. W ten sposób każda współczesna płyta główna jest zgodna z tą częścią specyfikacji Western Digital, nawet jeśli konstruktor płyty nigdy nie słyszał ani o tej firmie, ani o Enhanced IDE.

      Kolejnym źródłem zamieszania stał się, obowiązujący obecnie, standard Ultra ATA. „Ultra DMA-33”, „UDMA” itp. to kolejne marketingowe nazwy, które wprawdzie niekoniecznie odwołują się do standardu, ale dobrze brzmią. Ostatnim marketingowym sloganem jest  DMA-66. A jedyną metodą na połapanie się, z jakim dyskiem naprawdę mamy do czynienia, jest odwołanie się do jego specyfikacji technicznej, w której jasno określone są obsługiwane przez jego interfejs tryby PIO i DMA. 

Small Computer System Interface (SCSI) to twór bardziej skomplikowany od stosunkowo prostego interfejsu ATA. Podobnie jak ten ostatni, również i urządzenia SCSI mają wbudowane sterowniki, ale podczas gdy ATA jest praktycznie wyłącznie interfejsem pomiędzy dyskiem a jednostką centralną, SCSI stanowi faktyczną szynę systemową, a inteligentne sterowniki urządzeń i bogaty protokół komunikacji sprawiają, że możliwe jest realizowanie przez SCSI wielu funkcji zupełnie niedostępnych dla urządzeń ATA/IDE, jak choćby wymiana danych pomiędzy urządzeniami SCSI bez pośrednictwa jednostki centralnej. W odróżnieniu od ATA, SCSI zostało zaprojektowane od razu z myślą o szerokiej gamie urządzeń, aczkolwiek w początkowej fazie rozwoju również było dość silnie zorientowane na obsługę dysków.

Bałagan nazewnictwa wewnątrz standardu SCSI ma charakter nieco inny niż w przypadku ATA – poszczególne nazwy nie są „hasłami marketingowymi”, lecz raczej opisową charakterystyką poszczególnych wariantów szerokiej rodziny substandardów, np. „Fast Wide SCSI” czy „Ultra SCSI”. Ułatwia to nieco poruszanie się wśród odmian, oczywiście pod warunkiem znajomości ich podstawowych definicji. Na szczęście, mimo nieprecyzyjnego nazewnictwa, poszczególne substandardy są wystarczająco dokładnie zdefiniowane, a ponadto podporządkowane zasadzie kompatybilności zstępującej.

Standard SCSI został zatwierdzony przez ANSI w 1986 roku i bardzo szybko się zestarzał jeśli chodzi o wydajność – szyna 8-bitowej szerokości, taktowana zegarem 5 MHz, mogła stanowić dobry system komunikacji 12 lat temu, ale wymagania systemów komputerowych, nawet tych „small”, wzrastały bardzo szybko. Dlatego już w 1990 roku ANSI zatwierdziło SCSI-2 jako zapis standardu o wariantach dających szeroki zakres możliwości rozwoju.

SCSI w swoich rozlicznych wariantach w stosunkowo niewielkim stopniu znalazł zastosowanie w PC, z dwu głównych przyczyn. Pierwszą z nich była relatywnie wysoka cena urządzeń SCSI i dodatkowy koszt sterownika. Drugą przyczyną ograniczonego stosowania tego interfejsu w komputerach standardu PC był fakt, że zarówno oprogramowanie systemowe (DOS a później Windows), jak  i architektura samego komputera nie były przystosowane do wykorzystania możliwości SCSI. Tym niemniej interfejs SCSI bywa stosowany w PC, szczególnie w dwu przypadkach: w maszynach wysokiej klasy, w których koszty nie odgrywają krytycznej roli, natomiast oprogramowanie ma szansę wykorzystania funkcji SCSI, oraz, często w uproszczonej wersji, jako interfejs dla urządzeń takich, jak streamery, skanery, dyski magnetooptyczne i inne urządzenia o dużej objętości danych przesyłanych przez interfejs.

Te najpopularniejsze sterowniki SCSI często mają bardzo ograniczony zakres funkcji – zwykle główne ograniczenie polega na tym, że do interfejsu może być podłączone tylko jedno urządzenie nie zaś, jak wynikałoby ze standardu, aż 7. Sterownik taki, zwykle niewspółmiernie tańszy od "pełnoprawnego", obsługuje podzbiór funkcji SCSI-2 wystarczający do wypełnienia przewidzianej dla niego roli, ale tak naprawdę jest jedynie interfejsem – nie obsługuje zarządzania szyną SCSI.

EIDE i S.C.S.I. - podobieństwa i różnice

 

     Mimo że SCSI powstało nieco wcześniej od swojego konkurenta, jest do chwili obecnej wykorzystywany w dyskach twardych stosowanych w bardziej zaawansowanych systemach komputerowych. Czynnikiem decydującym o wyborze EIDE jest cena. Dyski wykorzystujące ten interfejs są znacznie tańsze, ale czy gorsze? Należy przyjrzeć się bliżej technologii na jakiej bazują obydwa interfejsy.  

Źródło: Towarzystwo Edukacji Bankowej w Poznaniu  Filia w Grudziądzu Szkoła Informatyki i Internetu

Statystyka: