Файл: Практическая работа 3. Утилиты обслуживания накопителей информации.pdf

Практическая работа №3. Утилиты обслуживания накопителей
информации
Цель работы: формирование представления об обслуживании накопителей информации
Задачи:
− изучить основные принципы работы накопителей информации и научиться разбираться в их основных устройствах;
− познакомиться с типами и основными характеристиками накопителей информации;
− изучить программ обслуживания накопителей информации и приобрести практические навыки использования утилит для обслуживания накопителей информации;
Студент должен:
Знать:
− типы и устройство накопителей информации, их основные параметры;
− утилиты по обслуживанию накопителей информации.
Уметь:
− по заданным значениям определять параметры жестких, твердотельных, оптических и флеш-дисков;
− выявлять и устранять ошибки в работе накопителей;
− использовать диагностические утилиты для их обслуживания

1. КРАТКАЯ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
К техническим средствам накопления и долговременного хранения данных относятся различные соответствующие устройства, называемые накопителями информации или внешней памятью.
Выпускаемые накопители информации представляют собой гамму запоминающих устройств с различным принципом действия физическими и технически эксплуатационными характеристиками. Основным свойством и назначением накопителей информации является ее хранение и воспроизведение.
Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по
принципам функционирования различают следующие виды устройств:
электронные, магнитные, оптические и смешанные – магнитооптические.
Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии
хранения воспроизведения/записи цифровой информации. Поэтому, в связи с видом и техническим исполнением носителя информации различают:
электронные, дисковые и ленточные устройства.
Относительно корпуса ПК выделяют: внешние – выполненные в отдельном корпусе (подключаются к портам системного блока) и внутренние – располагающиеся в системном блоке. По доступу к информации
накопители подразделяются на устройства с последовательным (sequence) и произвольным (random) доступом (access).
В зависимости от области использования к ним предъявляются соответствующие требования: быстродействия, надёжности, защищённости, доступности, а также климатические, санитарно-гигиенические, противопожарные, технические, технологические и другие требования по их эксплуатации и хранению.
1.1. Характеристики и принцип действия различных типов накопителей
информации
Накопители информации используются как запоминающие устройства, позволяющие хранить информацию долговременно, при отключенном питании. Основные виды накопителей: накопители на гибких магнитных дисках (НГМД, в настоящий момент не используются как устаревшая технология); накопители на магнитной ленте (НМЛ, стримеры), накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД/HDD или винчестер,
RAID- системы); электронные накопители (твердотельные и флеш-накопители), оптические накопители (CD-ROM, CD-RW, DVD, Blu-ray Disc).

1.1.1 Стримеры
Устройства с последовательным доступом обычно представляют собой ленточные накопители – стримеры (streamer). Информация записывается на магнитную ленту в виде последовательного потока данных. Используются для резервного копирования и архивации данных. В прошлом использовались четвертьдюймовые QIC картриджи (Quarter Inch Cartridge), в которых ширина ленты равна1/4 дюйма, которые имеют емкость:
− TR1 – 400 Мбайт,
− TR2 – 800 Мбайт,
− TR3 – 1,6 Гбайт,
− TR4 – 4 Гбайт.
Современные картриджи имеют емкость:
– картридж hp (C7973A) для Ultrium3 800 Gb
– картридж hp (C7972A) для Ultrium2 400 Gb (44$)
– картридж hp (C7971A) для Ultrium1 200 Gb
– картридж hp dds-4 (C5718A) для стримера 20 Gb
– картридж Sony DDS4 (4мм, 150м) для стримера 20 Gb
Стример и в наше время является самым современным устройством для записи и хранения данных, обладающим превосходной надежностью и самыми высокими характеристиками, который производит запись информации на специальную магнитную ленту с высокой плотностью.
Именно этот девайс предоставляет пользователям самый большой объем для хранения информации. Стоит отметить, что объем хранимых данных у стримера измеряется не в мегабайтах, как это свойственно для всех остальных типов внешних накопителей, а в терабайтах. Помимо этого, обладая специальным шифровальным ключом, считать информацию с кассеты можно абсолютно с любого девайса.
Также стоит отметить и то, что в сети можно найти множество специальных утилит, с помощью которых можно производить кодирование и сжимание данных, что позволяет записывать еще больше информации. И, несмотря на то что этот метод записи, хранения и передачи данных был изобретен в далеком будущем, он остается актуальным и в наши дни из-за отсутствия более современных устройств, которые по своим технологиям смогли бы превзойти стримеры.
Однако есть один нюанс. Все дело в том, что стримеры отсутствуют в свободной продаже, поэтому обычному юзеру не получится просто отправиться в компьютерный магазин и купить себе этот девайс.
1.1.2. ДИСКОВЫЕ НАКОПИТЕЛИ. НЖМД (HDD)

Без жесткого диска не обходится ни один персональный компьютер или ноутбук — именно на нем хранятся как операционная система, так и пользовательские данные и программы.
Жесткий диск (hard disk drive, HDD) или винчестер – это стационарный накопитель большого объема, располагающийся в системном блоке. Это основной рабочий накопитель, на котором расположены программы и данные, с которыми работает пользователь. По способу записи и чтения информации винчестеры относятся к магнитным накопителям. К плюсам жёстких дисков можно отнести низкую стоимость за Гбайт памяти и практичность в использовании.
В основном современные HDD предназначаются для хранения большого объема данных — для установки ОС все чаще используют твердотельные диски (SSD), которые характеризуются гораздо более высокой стоимостью и гораздо более высокой скоростью.
Все файлы, размещенные на HDD, будут сохраняться без каких-либо потерь независимо от того, включен ПК или нет. Любые файлы могут быть скопированы, а программы проинсталлированы на HDD.
В начале 70-х годов фирмой IBM был разработан первый накопитель на жестких магнитных дисках (14-дюймовый). Диск позволял записать 30 дорожек по 30 секторов в каждой из них (30/30) и мог хранить до 16 Кбайт информации. Вначале ему присвоили название 30/30. Но по аналогии с американскими автоматическими винтовками "Winchester", имеющими калибр 30/30, дисковые устройства с несъемными дисками (жесткие диски) стали называться винчестерами. В 1973 году фирма IBM создала первый
HDD с несколькими дисками емкостью 140Мб, который продавался по цене
$8600.
Относительно корпуса ПК различают внутренние и внешние винчестеры.
Внутренние HDD - дешевле, но их максимальное количество ограничивается числом свободных отсеков корпуса, мощностью и количеством соответствующих разъемов блока питания. Установка и замена внутренних
HDD требует выключения ПК. Внутренние HDD с возможностью "горячей" замены (Hot Swap) представляют собой те же винчестеры, но установленные в специальные кассеты с разъемами. Кассеты вставляются в специальные отсеки со стороны лицевой панели корпуса, конструкция позволяет вынимать и вставлять накопители при включенном питании. Для стандартных корпусов существуют недорогие приспособления (Mobile Rack), обеспечивающие оперативную съемность стандартных винчестеров.
Внешние HDD имеют собственные корпуса и блоки питания, их максимальное количество определяется возможностями интерфейса.
Обслуживание внешних накопителей может производиться и при работающем ПК (критично для серверов), хотя и может требовать прекращения доступа к части дисков.

Для больших объемов хранимых данных применяются блоки внешних HDD - дисковые массивы и стойки - сложные устройства с собственными интеллектуальными контроллерами, обеспечивающими (кроме обычных режимов работы), диагностику и тестирование своих накопителей.
Самые сложные и надежные устройства хранения состоят из множества HDD и называются RAID-массивами.
Рассмотрим устройство и принцип работы HDD.
Накопители на жестких дисках объединяют в одном корпусе носитель
(носители) и устройство чтения/записи, а также, нередко, и интерфейсную часть, называемую собственно контроллером жесткого диска. Типичной конструкцией жесткого диска является исполнение в виде одного устройства
- камеры, внутри которой находится один или более дисковых пластин, насаженных на один шпиндель и блок головок чтения/записи с их общим приводящим механизмом. Обычно, рядом с камерой носителей и головок располагаются схемы управления головками, дисками и, часто, интерфейсная часть и/или контроллер. На интерфейсной карте устройства располагается собственно интерфейс дискового устройства, а контроллер с его интерфейсом располагается на самом устройстве. С интерфейсным адаптером схемы накопителя соединяются при помощи комплекта шлейфов.
Используются алюминиевые или керамические пластины, на которые нанесён магнитный слой: пленка напыленного ферромагнитного металла
(обычно кобальта) толщиной 2-2,5 мм.
Блок электроники (плата с набором управляющих чипов) по своей сути — это контроллер, выполняющий функции микрокомпьютера. На плате у современных винчестеров можно найти процессор, память (ОЗУ), ПЗУ.

Процессор занимается обработкой полученных с головок данных и преобразованием их в понятный компьютеру «язык» - АТА стандарт. Делает он это, как и компьютер в оперативной памяти ОЗУ (обычно используется и в качестве дискового буфера). Таким образом с увеличением памяти ОЗУ в некоторых случаях можно увеличить скорость работы накопителя. ПЗУ, которое хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию винчестера, нужно для старта. При включении плата контроллера считывает служебную информацию и если она корректна, то жесткий диск начинает работу.
Гермозона — это полость жесткого диска, ограниченная крышкой, внутри которой находиться очищенный от частиц пыли воздух. Чаще всего в конструкции жестких дисков присутствует специальное технологическое отверстие с очищающим фильтром для доступа воздуха и выравнивания дав- ления.
Одним из элементов гермозоны является блок магнитных (БМГ).
Конструктивно, кроме самих головок чтения-записи на нем расположена микросхема, усиливающая сигнал, получаемый при чтении информации с магнитного диска.
Еще одно простое устройство, содержащееся в гермозоне это шпиндельный двигатель и сервопривод, заставляющие диск вращаться, а магнитную голову перемещаться вдоль его поверхности. На нем находится пакет магнитных дисков. Двигатель раскручивает пакет дисков до нужных оборотов при исправных остальных элементах жесткого диска.
И наконец самая неустойчивая к повреждениям часть винчестера — это система дисков.
Каждая поверхность диска делится на дорожки, представляющие собой концентрические окружности, вдоль которых размещается информация, дорожки делятся на секторы (их емкость обычно 512 байт). Несколько физических дорожек с одинаковым номером, но расположенные на разных дисковых поверхностях (друг над другом) называются цилиндром.
Существует также понятие кластер — это несколько секторов, рассматриваемых операционной системой как одно целое.
Для жесткого диска выделяют понятия раздела и тома. Раздел — это область жесткого диска, которой после форматирования присваивается буква диска.
На базовом диске (самый распространенный тип диска) томом является отформатированный основной раздел или логический диск (термины раздел

и том часто взаимозаменяемы). Системному разделу обычно присваивается буква С. Буквы А и В зарезервированы для съемных дисков или дисководов гибких дисков. На жестких дисках некоторых компьютеров имеется только один раздел, в этом случае весь жесткий диск обозначен буквой «С». На других компьютерах может быть дополнительный раздел, содержащий средства восстановления на случай, если информация на диске С повредится или станет нечитаемой. Создание дополнительных разделов возможно только в том случае, если на диске есть нераспределенное пространство
(неотформатированное пространство, не входящее в существующий раздел или том). Для создания невыделенного пространства можно сжать существующий том или воспользоваться сторонним средством перераспределения разделов.
Геометрия (ёмкостные параметры) жесткого диска описываются в BIOS следующей формулой:
Общий объем (байт) = C*H*S*512 (байт), где С - количество цилиндров; Н - количество головок; S - количество секторов.
Принцип работы жесткого диска основан на том, что магнитное поле, возбуждаемое записывающей головкой, по-разному намагничивает различные участки ферромагнитного слоя, нанесенного на диск. С точки зрения магнетизма все ферромагнетики состоят из мельчайших частиц — доменов, в каждом из которых магнитное поле направлено одинаково.
Однако в ненамагниченном состоянии магнитные поля всех доменов ориентированы хаотически, в результате чего общая намагниченность отсутствует. Намагничивание внешним полем происходит в два этапа.
Вначале те домены, ориентация которых наиболее близка к направлению внешнего поля, поглощают соседние (происходит рост доменов). На втором этапе, при увеличении напряженности внешнего поля, все домены разворачиваются в его направлении. Таким образом, плотность магнитной записи ограничивается размером элементарных магнитиков-доменов, которые еще и растут (до определенного предела) при перемагничивании.
Итак, все данные, будучи преобразованными головкой чтения/записи из двоичного вида в магнитный "эквивалент", записываются на поверхность магнитного же диска по описанной выше схеме. Чтение информации осуществляется по обратной схеме: головка отслеживает, какие участки до- рожки намагничены, а у каких, напротив, намагниченность сведена к минимуму. После этого считанная последовательность намагниченных и размагниченных участков преобразовывается из магнитного «формата» в электронный и передается по шине дальше. Во время работы головки ни в коем случае не должны механически соприкасаться с рабочими поверхностями - случайное касание поверхности практически всегда приводит к полному или частичному повреждению соответствующей дорожки рабочей поверхности и очень часто к обрыву самой головки.
На корпусе винчестера имеется этикетка с номером модели. В номере закодирована основная информация о характеристиках винчестера. Ниже на

рисунке представлен пример маркировки винчестеров компании Western
Digital.
Рассмотрим характеристики дисковых накопителей:
1) Габаритные размеры (форм-фактор)
HDD могут располагаться в корпусах с шириной (горизонтальный размер)
2,5 дюйма или 3,5 дюйма. Первые в общем случае предназначены для использования в ноутбуках, вторые — для использования в настольных ПК.
Жесткое ограничение размеров дисков позволяет стандартизировать места для их установки. Стоит отметить, что популярность 2.5-дюймовых механических дисков в последние годы сильно снизилась — сейчас в ноутбуках по большей части используют именно SSD.
2) Число поверхностей дисков (sides number) - определяет количество физических дисков, нанизанных на шпиндель. Выпускаются накопители с числом поверхностей от 1 до 8 и более. Однако, наиболее распространены устройства с числом поверхностей от 2 до 5. Принципиально, число поверхностей прямо определяет физический объем накопителя и скорость обработки операций на одном цилиндре.
3) Число цилиндров (cylinders number) - определяет сколько дорожек
(треков) будет располагаться на одной поверхности. В настоящее время все накопители емкостью более 1 Гигабайта имеют число цилиндров более 1024.
4) Число секторов (sectors count) - общее число секторов на всех дорожках всех поверхностей накопителя. Определяет физический неформатированный объем устройства.
5) Число секторов на дорожке (sectors per track) - общее число секторов на одной дорожке. Часто, для современных накопителей показатель условный, т.к. они имеют неравное число секторов на внешних и внутренних дорожках, скрытое от системы и пользователя интерфейсом устройства.
Перечисленные выше параметры определяют емкость накопителя.
Собственно, показывает, сколько всего нужного и важного можно хранить на диске. Большой объем памяти накопителя указывает на быструю работу
за счет большей степени сжатия информации.
В рекламе накопителя может фигурировать одна из четырех цифр:
− неформатированная емкость в миллионах байтов;
− форматированная емкость в миллионах байтов;

− неформатированная емкость в мегабайтах (Мбайт);
− форматированная емкость в мегабайтах (Мбайт).
6) Скорость (частота) вращения шпинделя (rotational speed или spindle speed) - определяет, сколько времени будет затрачено на последовательное считывание одной дорожки или цилиндра, т.е. какой будет скорость доступа считывающей и записывающей головки к данным. Частота вращения измеряется в оборотах в минуту (rpm). Для дисков емкостью до 1 гигабайта она обычно равна 5,400 оборотов в минуту, а у более вместительных достигает 7,200 и 10000=15000 rpm. Большая часть потребительских HDD для настольных ПК работает на скорости 7200 оборотов в минуту, большая часть HDD для ноутбуков — на скорости 5400 оборотов в минуту. Диски для серверов с поддержкой интерфейса SCSI достигают скорости в 10000-15000 оборотов. В некоторых моделях дисков, например, Western Digital, скорость вообще не указывается, а в спецификациях стоит слово «IntelliPower», т. е. накопитель как-то там сам управляет скоростью. Ну да бог с ним, пусть управляет. Естественно, чем выше скорость вращения, тем быстрее должен быть накопитель.
7)