Óravázlat Készítette: Kucsera Mihály 2011. PC HARDVER ISMERETEK Óravázlat Készítette: Kucsera Mihály 2011.

Tematika 7. fejezet: Mágneslemezes tárolók Lemezes tárolók fizikai felépítése Lemezes tárolók logikai felépítése Fájlrendszerek

Adatrögzítési eljárások A mágneslemezes tárolók kétdimenziós tárolóeszközök, melyeknél az adatbitek mágneses fluxusváltozás formájában kerülnek rögzítésre. Az adatsűrűség növelése érdekében különféle adatrögzítésban használatos kódolások terjedtek el, ezek közül a legfontosabbak: FM =Frekvenciamoduláció MFM= Módosított frekvenciamoduláció RLL (RUN LENGTH LIMITED)= Futási hossz korlátozás

Mágneslemezek fizikai szerkezete Sáv (TRACK) Geomet-riai szektor Kétdimenziós felületű, 5,25”, ill. 3,5” (2,5”) átmérőjű kör alakú adathordozó Körkörös adattárolás=sávok A sávok további felosztása=szektorok A szektorok mérete a PC-s rendszerekben állandó =512 byte A sávonkénti szektorok száma lehet állandó (floppy, ST506 winchester), vagy változó (IDE) Az adattárolási struktúra formattálással alakul ki. Klaszter (CLUSTER) Szektor (SECTOR)

Hajlékonylemezek Legolcsóbb háttértároló Felhasználási területei: program/adat mozgatás, terjesztés, archiválás, rendszerindítás (boot) Jellemzői: Horizontális sűrűség= a sávok száma sugárirányban (TPI:TRACK per INCH) Lineáris sűrűség= a sávon belül egységnyi méretre írható bitek száma (BPI= BIT per INCH) Típus (SD, DD, HD) Oldalak száma (SS, DS) Lemezméret (5,25”, 3,5”)

Hajlékonylemezek Lemezméret (‘’) Típus Sáv Szektor/sáv Sűrűség (TPI) Kapacitás 5,25 SS/SD 40 9 48 180 Kbyte DS/SD 8 320 Kbyte DS/DD 360 Kbyte DS/HD 80 15 96 1,2 Mbyte 3,5 135 720 Kbyte 18 1,44 Mbyte 36 2,88 Mbyte

A floppymeghajtó A lemezegység 2 mágneses író/olvasó fejjel van ellátva DMA-s adatátvitel a PC és a meghajtó között A BIOS két eszközt támogat, melynek típusát a SETUP-ban kell megadni. (A, B) Az eszközök csatlakoztatására 34 erű szalagkábel szolgál (+tápcsatlakozó)

Merevlemezek Adatok, programok munkatára Szerkezete: Az AL ötvözetből készült lemezek egymás fölött közös tengelyen forognak, a működés teljes ideje alatt. A fej és lemez között légpárna van a működés során, kikapcsoláskor parkoló funkció. A pormentes környezet érdekében zárt házban helyezkedik el. A merevlemezekkel kapcsolatos új fogalmak: Cilinder= az egymás felett elhelyezkedő (azonos sorszámú) sávok együttesen Parkolás= a winchester kikapcsolásakor a fejeket adattárolás szempontjából érdektelen sávra érkeztetik Átlapolási tényező (INTERLEAVE)= logikai szektor eltolás a fizikai sorrendhez képest. Mérőszáma egy arányszám, pl.: 1:2 Írási prekompenzáció (WRITE PRECOMPENSATION)=a belső sávokban a nagyobb sávsűrűség miatt az íróáramot csökkenteni kell, a szám megadja a csökkentés kezdő sávját. A merevlemez teljes tárolókapacitásának meghatározása: C*H*S*512 byte C=cilinderszám;H=fejszám;S=szektorszám*512byte Példa: ST225 winchester C=615;H=4;S=17 ->615*4*17*512 byte=21411840 byte ->21,4 MByte

Merevlemez vezérlő szabványok ST506 ESDI SCSI IDE (ATA)

ST506 vezérlő SEAGATE fejlesztés, mely a korábbi hajlékonylemezes szabványokból fejlődött ki A meghajtók 34 erű vezérlő és eszközönként 20 erű adatkábellel csatlakoznak a vezérlőhöz Analóg jelátvitel a fej és a vezérlő között 5 Mbit/s (MFM), 7,5 Mbit/s (RLL) maximális átviteli sebesség Max 2 eszközt támogat, melyek fizikai paramétereit a SETUP-ban kell beállítani A vezérlő elemi parancskészletű (fej léptetés egy sávval, szektor olvasás …) Az XT/286AT-kben használták Logikai geomtria=fizikai geometria!!!

ESDI vezérlő ST506 továbbfejlesztése Azonos kábelkészletet használ, de nem jelkompatibilis NRZ kódolású digitális jelek a vezérlő és a meghajtó között RLL 2.7 kódolást használ Külön parancsvezetékkel rendelkezik, melyen magas szintű parancsok adhatók ki .(pl.: SEEK, RACALIBRATE, REQUEST CONFIGURATION) SETUP beállítása: „1’ típus –a beállításokat az ESDI BIOS végzi Alacsonyszintű formázásnál nem szükséges a hibás sávokat megadni

SCSI vezérlő SHUGART ASSOCIATES fejlesztés („SASI” csatoló) Sínorientált eszköz interface különféle perifériák (HDD, CD-ROM, nyomtató, scanner, szalagos egység stb.) fogadására. Az eszközöket egyetlen vezérlő (hosztadapter) kezeli Intelligens interfész , az egységek saját processzorral rendelkeznek, magasszintű parancsokat használ (lemez formázás, blokk írás/olvasás) Max 8 (16) eszköz lehet a sínen (a vezérlővel együtt), az eszköz azonosítása SCSI ID-vel történik (nem lehet azonos), a kábelt két végén le kell zárni. Párhuzamos adatátvitel, lehet paritásos v. nélküli SETUP beállítása: nincs eszköz, konfigurálás a vezérlő programjával

SCSI kábelek, csatlakozók Belső egységeknél 50, ill. 68 eres szalagkábel Külső egységeknél 50, ill. 68 eres árnyékolt kábel

SCSI kábelek, csatlakozók SCSI csatlakozók Belső egység csatlakozók Külső egység csatlakozók

SCSI szabványok áttekintése Név Csatlakozó (külső;belső) Sávszé-lesség Átv. seb Max hossz Eszközök sz. SCSI-1 IDC50; Centronics C50 8 bit 5 MB/s 6 m 8 Fast SCSI 10 MB/s 1.5-3 m Fast-Wide SCSI 2 x 50-pin (SCSI-2); 1 x 68-pin (SCSI-3) 16 bit 20 MB/s 16 Ultra SCSI IDC50 Ultra Wide SCSI 68-pin 40 MB/s Ultra2 SCSI 50-pin NA Ultra2 Wide SCSI 68-pin; 80-pin (SCA/SCA-2) 80 MB/s Ultra3 SCSI 160 MB/s Ultra-320 SCSI 320 MB/s Ultra-640 SCSI 68-pin; 80-pin 640 MB/s

SCSI eszköz telepítésének lépései SCSI cím és paritásellenőrzés beállítása Eszközök felfűzése a kábelre (lezárás !) SETUP-ban a merevlemez helyén NOT INSTALLED Alacsonyszintű formázás a vezérlő BIOS programjával Partícionálás Formázás Operációs rendszer telepítés

IDE (AT sínes) csatoló CONNER fejlesztés, lényege, hogy a vezérlőkártya elektronikát a meghajtóra integrálják. Az alaplapon (vagy külön kártyán) csak a sínillesztő található (AT sínes eszköz) ATA (AT ATTACHMENT) az IDE szabványosítása (1988 SFCC) A BIOS felé ST506 felületet emulál- más fizikai és logikai geometria (Alacsonyszintű formázás szükségtelen és tilos !) RLL kódolást használ, változó szektor/sáv érték, 1:1 interleave Meghatározott parancskészlet, mely az SCSI parancskészletre hasonlít (pl.: RECALIBRATE, READ SECTORS,WRITE SECTORS, FORMAT TRACK, IDENTIFY DRIVE). A parancsok paramétereit 4 regiszterbe íródnak be: (SECTOR COUNT, SECTOR NUMBER, CYLINDER, DRIVE/HEAD) Párhuzamos átvitel , 2 MB/s, 40 erű szalagkábelen Két eszközt vezérel (MASTER/SLAVE)- beállítása jumperrel Előnyök Az eszköz és a vezérlő között nics kábel- adatátvitel gyorsítása Fizikai geometriától függetleníti a rendszert Egyszerűbb telepítés

IDE eszköz telepítésének lépései MASTER/SLAVE beállítás Eszközök felfűzése a kábelre SETUP-ban a merevlemez helyén USER TYPE ( vagy AUTO DETECT) Partícionálás Formázás Operációs rendszer telepítés

Átviteli módok PIO mód (PROGRAMMED I/O MODE): Meghatározza azt az I/O módot, amin az ATA merevlemez fut. Alapjában véve a busz működési sebességét határozza meg. Minél nagyobb a PIO mód, annál nagyobb a busz sebessége. Az IDE szabvány a PIO 1,2 módot tartalmazza DMA (DIRECT MEMORY ACCESS) Közvetlen memória hozzáférést engedélyez a meghajtónak, kikerülve ezzel a CPU-t. Ez meggyorsítja az adatátvitelt, és nagymértékben tehermentesíti a CPU-t

Tovább fejlesztett ATA szabványok Az IDE vezérlő hátrányai: Csak merevlemez vezérlésére alkalmas Legfeljebb két eszközt vezérel Merevlemezek kapacitása <=504 MB (*) Összekötő szalagkábel hossza max. 18”.

IDE tárolókapacitás korlát A lemez geometria ábrázolási módjából következik. A szektorok címzése a C/H/S paraméterek megadásával történik. A probléma a BIOS adatábrázolási mód (ST506 kompatibilitás) és az IDE szabvány C/H/S adatábrázolási módjának eltéréséből adódik. Mivel a kiválasztott szektort mindkét rendszerben kell tudni ábrázolni, a kiválasztott paraméter maximuma a lehetséges kisebb érték lehet. IDE LEMEZ Fzikai geometria (csak belsőleg) T1 BIOS Logikai geometria T1 T1 DOS és ALKALMAZÓI PROGRAMOK

IDE tárolókapacitás korlát BIOS ábrázolás IDE ábrázolás Eredő Szektorszám (S) 6 bit (max 63) 8 bit (max 255) 63 Fejszám (H) 8 bit (max 256) 4 bit (max 16) 16 Cilinderszám (C) 10 bit (max 1024) 16 bit (max 65536) 1024 Teljes kapacitás [ byte] (C*H*S) 8 455 716 864 136 902 082 560 528 482 304

Tovább fejlesztett ATA szabványok-ATA-2 2 csatorna, 4 eszköz kezelése , ami nemcsak HDD lehet Megszűnt 504 MB-os korlát- EBIOS logikai címfordítás Gyors PIO módok DMA (UDMA) átvitel P&P kompatibilitás

Lemezparaméterek fordítása CHS (IDE-nél láttuk) Kibővített CHS LBA

Kibővített CHS BIOS-ban: „Large mód” Két paraméterkészlet létezik, melyek között az átfordítás tartja a kapcsolatot. A logikai geometriát a BIOS és a merevlemez között, az átfordított geometriát a BIOS és a külvilág között használjuk Fordítás: a limitet átlépő paramétert elosztjuk egy n számmal, és ugyanazzal megszorozzuk a limiten belüli paramétert: (C/n)*H*(S*n) LEMEZ Fizikai geometria T1 EBIOS Logikai geometria –CHS (T1) Átfordított geometria –CHS(T2) DOS és ALKALMAZÓI PROGRAMOK T2

LBA Logikai blokkcímzés (LOGICAL BLOCK ADDRESSING) A C/H/S háromdimenziós geometriából egyetlen 32 biten ábrázolt logikai szektorsorszámot képez. Az LBA korlátja 134 MB, továbbfejlesztése a 48 bites LBA LEMEZ Fizikai geometria T1-LBA EBIOS Logikai geometria (CHS)-LBA Átfordított geometria –CHS(T2) DOS és ALKALMAZÓI PROGRAMOK T2

ATAPI Az ATA/IDE szabvány kiterjesztése, amely lehetővé teszi a merevlemezektől eltérő eszközök (pl. CD-író, DVD-meghajtó, steamer) illesztését is a csatolóra. Parancskészlete az SCSI parancskészletére hasonlít, és bár illeszkedik az ATA csatolófelülethez, az operációs rendszerbeli támogatáshoz eszközmeghajtó szükséges

Az ATA szabványok összefoglalása (IDE) ANSI X3.221-1994 szabvány Ez már történelem, 1999-ben visszavonták ATA-2 (EIDE) ANSI X3.279-1996 szabvány 16 MB/s adatátviteli sebesség PIO 3, 4 módok Multiword DMA (többszavas DMA) 1,2 módok ATA-3 ANSI X3.298-1997 szabvány Smart mód Megnövelt adatbiztonság ATA/ATAPI-4 (Ultra ATA) NCITS 317-1998 szabvány UDMA-33 - 33 MB/s adatátviteli sebesség új ATAPI parancs és reset protokoll elavult ATA parancsok eltávolítása ATA/ATAPI-5 ANSI NCITS 340-2000 szabvány UDMA-66 - 66 MB/s adatátviteli sebesség ATA/ATAPI-6 ANSI NCITS ??? UDMA-100 - 100 MB/s adatátviteli sebesség LBA bitek száma 28-ról 48-ra nő 16-bites szektorszám (8-bites helyett) ATA/ATAPI-7 UDMA-133 - 133 MB/s adatátviteli sebesség SATA T13 verziója (SATA-1)

Serial ATA Az ATA szabvány érdemi továbbfejlesztése, szakít az eddigi busz topológiával-> soros busz (?) topológia Fejlesztésére külön egyesület Serial ATA International Organization (SATA-IO) jött létre Soros átvitelt valósít meg 6 erű adatvezetéken (3 föld+2*2 adat) +15 erű tápkábel SATA szabványok SATA I- 1,5 Gb/s SATA II- 3 Gb/s SATA III- 6 Gb/s

SAS -Serial Attached SCSI Az SCSI kiváltására dolgozták ki, pont-pont alapú busz protokollt használ 65536 eszköz fűzhető fel a buszra SCSI parancskészletet használ Átviteli sebesége max 6 Gb/s Hotplug támogatás

Állomány és lemezkezelés Lemez fizikai szerkezete: mennyi adat és milyen fizikai elrendezésben található a lemezen Lemez logikai szerkezete: a lemez egyes fizikai tartományait milyen célra használjuk (adattárolás, adminisztráció).

Állománykezelés Feladata: az állományok (FILE) lemezre mentésének és visszaolvasásának szervezése. Allokációs egységek (logikai egységek) Partíció: a lemez kapacitásának egy része (vagy egésze), mely egy operációs rendszer felügyelete alatt áll. Klaszter (CLUSTER): A lemez egyszerre írható vagy, olvasható része. (n szektor =n*512 byte)

Lemez logikai szerkezete MASTER BOOT RECORD (MBR) Partíció (k) PC rendszerekben max. 4 db Elsődleges (PRIMARY)-Kiterjesztett (EXTENDED) Partíció részei: Partíció BOOT szektor Foglaltásgi tábla Főkatalógus Adatterület

MBR A merevlemez első szektora. Felépítése: MBR program feladata MBR program (446 byte): A ROM betöltő programja futtatja. Partíció tábla (4*16 byte) : A partícióbejegyzések adatai. 55AAH: FAT érvényes MBR vég MBR program feladata Aktív partíció kiválasztása (ha nincs, rendszertöltés egyéb eszközről). Partíció bejegyzés ellenőrzése (az első byte 00Hv. 80H, hiba esetén invalid partition table). Aktív partíció boot szektorának betöltése, majd futtatása.

Ismertebb állományrendszerek FAT: A DOS állománykezelő rendszere, de más operációs rendszerek is támogatják. Egyszerű, megbízható, kis lemezmérethez ideális. VFAT: A FAT továbbfejlesztése (WIN95, WIN NT). Hosszú fájlnevek használata. HPFS: Az OS/2 fájlrendszere, nagyobb lemezméret esetén optimális, nagy memóriaigényű. FAT32: A VFAT továbbfejlesztése 32 bites FAT bejegyzéseket használ, így nagyobb lemezméretnél is ajánlott. NTFS: A WIN NT osztályú operációs rendszerek fájlrendszere. Naplózó fájlrendszer, beépített jogosultságrendszert tartalmaz (NTFS jogok)

FAT állományrendszerek A FAT bejegyzések tartalma egy klaszter-láncolat, mely az állományok tárolását írja le (láncolt lista allokáció). Az állomány első klaszterének helyét a katalógus bejegyzés tárolja, a továbbiakat a láncolás tartalmazza.

Láncolt lista allokáció Kiegészítő táblát használ a file foglaltság ábrázolására (FILE ALLOCATION TABLE – FAT), mely a lemezblokkok számával egyenlő sort tartalmaz. FAT file rendszer (MSDOS) A katalógus bejegyzésben szerepel a file név mellett a file első blokk mutatója. A FAT tábla minden sora a file következő blokkjára mutat. A file beolvasása szekvenciálisan történik . Az utolsó bejegyzés End Of File (EOF) Üres hely keresése az első szabad blokk megtalálásával történik. A file bővítése egyszerűen újabb blokkok beláncolását jelenti Hátrányok: A szekvenciális olvasás miatt nagy méretű file-ok esetén lassú hozzáférés Sérülékeny FAT Lemez 5 1 2 3 4 7 6 -1 8 File név Kezdő blokk File.txt ….. 3 Katalógus bejegyzés

FAT állományrendszerek Az állomány első klaszterének helyét a katalógus bejegyzés tárolja, a továbbiakat a láncolás tartalmazza. Minden bejegyzés egyedi azonosítóval rendelkezik. Binárisan ábrázolva, a 12, 16, vagy 32 bites szám. A bejegyzések száma a FAT rendszereknél eltérő ( de a lemez kapacitásától független): FAT16: 216 =>65 536 bejegyzés FAT32: 232 =>4 294 967 296 bejegyzés Így adott lemeznél a klaszter méret a lemezkapacitástól és az alkalmazott FAT verziótól függ. Lemezkapaci-tás határérték (MB) Klaszter méret (KB) -31,93 0,5 -63,98 1 -127,96 2 -255,93 4 -511,86 8 -1023,72 16 -2048 32

FAT állományrendszerek Különleges FAT bejegyzések: 0000H: üres bejegyzés, szabad klaszter FFF7H: hibás lemezfelülethez tartozó klaszter FFFFH: az állomány tárolásának utolsó klasztere Állomány törléskor az állomány által foglalt klaszterek felszabadulnak. Ha eltérő méretű állományt írunk fel , a folytonosság megszűnik (fragmentálódás). A FAT állományrendszerek beépített jogosultságrendszert nem tartalmaznak

NTFS állományrendszer NTFS=New Technology File System: A WINDOWS NT osztályú operációs rendszerek állományrendszere. Jellemzői: Hatékony helykihasználás: az allokációs egység mérete a kötet kapacitásától függetlenül beállítható. Kedvező a belső és külső fregmentálódás szempontjából. Kiterjeszthetőség: a kötetek kapacitása átnyúló kötet alkalmazásával adatvesztés nélkül növelhető. Tömöríthetőség: az állományok tömörítve tárolhatók. Ritka állományok gazdaságos tárolása. Hosszú file nevek alapértelmezés szerinti használata (255.3). Rugalmas szektorkizárás (HOT FIX): a hibás szektorok futás idejű kiláncolása. Naplózás: állományműveletek tranzakciós szintű naplózása, melynek következtében a hibás műveletek visszagörgethetők (roolback). Titkosítás: csak a titkosító tudja az állományt megnyitni.

Állományrendszerek kompatibilitása NTFS FAT FAT32 A Windows XP vagy Windows 2000 operációs rendszerű számítógépek el tudják érni az NTFS-partíciókon található fájlokat. A Service Pack 4 vagy annál újabb szervizcsomaggal frissített Windows NT 4.0 operációs rendszerű számítógépek többnyire képesek elérni bizonyos fájlokat. A többi operációs rendszer erre nem képes. Az MS-DOS, a Windows minden verziója, a Windows NT, a Windows 2000, a Windows XP, valamint az OS/2 rendszer is hozzáfér a fájlokhoz. A hozzáférés csak a következő operációs rendszerekkel lehetséges: Windows 95 OSR2, Windows 98, Windows Millennium Edition, Windows 2000 és Windows XP.

Lemez- és állományméretek NTFS FAT FAT32 Az ajánlott legkisebb kötetméret körülbelül 10 megabájt (MB). Hajlékonylemez-méret és 4 gigabájt (GB) közötti méretű kötetek. 512 MB és 2 TB közötti méretű kötetek. 2 terabájtnál (TB) lényegesen nagyobb kötetek is használhatók. A tartományok használatát nem támogatja. A Windows XP legfeljebb 32 GB méretű FAT32-köteteket képes megformázni. Hajlékonylemezen nem használható.   A fájlméretet csak a kötetek mérete korlátozza. A maximális fájlméret 2 GB. A maximális fájlméret 4 GB.

Felhasznált irodalom: Tomshardwareguide- http://www.tomshardware.hu/ Vége ! Felhasznált irodalom: Tomshardwareguide- http://www.tomshardware.hu/