1 Κεφάλαιο 2 Το 1956 η IBM κατασκεύασε τον πρώτο δίσκο με την ονομασία RAMAC (random access method for accounting and control) με χωρητικότητα 5 MBytes. Το 1956 η IBM κατασκεύασε τον πρώτο δίσκο με την ονομασία RAMAC (random access method for accounting and control) με χωρητικότητα 5 MBytes. Ο RAMAC ήταν αρκετά μεγαλύτερος σε μέγεθος σε σχέση με τους σύγχρονους δίσκους Ο RAMAC ήταν αρκετά μεγαλύτερος σε μέγεθος σε σχέση με τους σύγχρονους δίσκους Ωστόσο, αν και οι σημερινοί δίσκοι είναι ταχύτεροι, μικρότεροι και αποθηκεύουν περισσότερα δεδομένα, στηρίζονται στις ίδιες τεχνολογικές αρχές που βασίστηκε και ο RAMAC. Ωστόσο, αν και οι σημερινοί δίσκοι είναι ταχύτεροι, μικρότεροι και αποθηκεύουν περισσότερα δεδομένα, στηρίζονται στις ίδιες τεχνολογικές αρχές που βασίστηκε και ο RAMAC. Μαγνητικός Δίσκος

2 Δίσκος RAMAC

3 Φυσική Οργάνωση του δίσκου Πριν τη χρήση του δίσκου θα πρέπει αυτός να οργανωθεί κατάλληλα από το Λειτουργικό Σύστημα, έτσι ώστε να υπάρχουν σημάδια για να μπορούν να βρεθούν οι αποθηκευμένες πληροφορίες. Τα σημάδια αυτά γράφονται με μαγνητικό τρόπο και χωρίζουν τον κάθε δίσκο σε ομόκεντρες τροχιές ή ίχνη (tracks) και τομείς (sectors) ανά τροχιά. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται δ Πριν τη χρήση του δίσκου θα πρέπει αυτός να οργανωθεί κατάλληλα από το Λειτουργικό Σύστημα, έτσι ώστε να υπάρχουν σημάδια για να μπορούν να βρεθούν οι αποθηκευμένες πληροφορίες. Τα σημάδια αυτά γράφονται με μαγνητικό τρόπο και χωρίζουν τον κάθε δίσκο σε ομόκεντρες τροχιές ή ίχνη (tracks) και τομείς (sectors) ανά τροχιά. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται διαμόρφωση ή μορφοποίηση (FORMAT)

4 Ίχνη (tracks): Ομόκεντροι κύκλοι Τομείς (sectors): Τμήματα κάθε ίχνους Συστοιχία(cluster):Συνεχόμ ενο κομμάτι αποθήκευσης (καθορισμένο μέγεθος 512 bytes-64kb)

5 Κεφάλαιο 2 Μαγνητικός Δίσκος οι αντίστοιχες τροχιές από κάθε επιμέρους δίσκο σε ένα σκληρό δίσκο συνιστούν έναν κύλινδρο (cylinder).

6 Όλοι οι τομείς ίδια χωρητικότητα (512 bytes) Όλοι οι τομείς έχουν την ίδια χωρητικότητα (512 Bytes)

7 Συστοιχία (Cluster) Η συστοιχία είναι η μικρότερη περιοχή του δίσκου που μπορεί να αποδοθεί σε ένα αρχείο. Το πλήθος των τομέων που συνιστούν μια συστοιχία ορίζεται κατά την μορφοποίηση και εξαρτάται από το Σύστημα Αρχείων. Το μέγεθος μιας συστοιχίας σε bytes ορίζει και το μέγεθος του μπλοκ δεδομένων που μεταφέρεται σε κάθε λογική διαδικασία ανάγνωσης/εγγραφής στον δίσκο.

8 Μέγεθος συστοιχίας Μικρό μέγεθος: Ένα μεγάλο αρχείο χωρίζεται σε περισσότερα μικρά κομμάτια Μεγάλο μέγεθος: Με τα μικρά αρχεία «χάνεται» χώρος (Εσωτερικός κατακερματισμός) Συνηθισμένο μέγεθος: 4ΚΒ (4096 Bytes)

9 Χωρισμός δίσκου σε διαμερίσματα (partitions) Είναι η διαδικασία δημιουργίας των διαμερισμάτων ενός δίσκου σε δύο ή περισσότερα τμήματα (εικονικός διαχωρισμός του δίσκου) Όλα τα τμήματα δεν παύουν να είναι μέρος του ίδιου δίσκου. Αυτό σημαίνει πως, αν ο σκληρός δίσκος χαλάσει, τα δεδομένα όλων των διαμερισμάτων θα χαθούν

10 Είδη συστημάτων αρχείων Για Windows FAT (FAT12, FAT16, FAT32) NTFS. Για Linux ext2, ext3, ext4

11 FAT/FAT32 - File Allocation Table Είναι ιδανικό για μικρού μεγέθους δίσκους Το FAT16 και το FAT32 δεν μπορούν να διαχειριστούν αρχεία μεγαλύτερα των 2 GB και 4 GB αντίστοιχα, ενώ έχουν τον περιορισμό των 32GB στο μέγεθος των διαμερισμάτων ( partitions) που μπορεί να διασπασθεί ο δίσκος.

12 NTFS - New Technology File System Το NTFS μπορεί επίσης να διαχειριστεί καλύτερα τον ελεύθερο χώρο σε σχέση με τα FAT Το μεγαλύτερο partition που υποστηρίζεται είναι 256 Terabytes. Tα Windows 7 μπορούν να αναγνωρίσουν ένα αρχείο με μέγεθος μέχρι 16 Terabytes, ενώ τα Windows 8 μέχρι 256 Terabytes.

13 exFAT (FAT64) - Extended File Allocation Table ( ) Το exFAT είναι ένα σύστημα της Microsoft σχεδιασμένο για μνήμες flash (έχει εφαρμοστεί σε ορισμένα μοντέλα USB flash)

14 Κατακερματισμός (Fragmentation) Μετά από πολλές διαδικασίες δημιουργίας και διαγραφής αρχείων είναι αναμενόμενο ότι τα μπλοκ του κάθε αρχείου θα βρίσκονται διασκορπισμένα στον δίσκο. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα οι διαδικασίες ανάγνωσης/εγγραφής να απαιτούν πολλές μετακινήσεις των κεφαλών του δίσκου έτσι ώστε να βρεθούν στις κατάλληλες θέσεις. Έτσι όμως αυξάνεται ο χρόνος που απαιτείται για την ανάγνωση/εγγραφή. Αυτή η κατάσταση ονομάζεται εξωτερικός κατακερματισμός (external fragmentation) και μειώνει την απόδοση του δίσκου. Για την αντιμετώπιση του είναι δυνατό να γίνει μια λειτουργία ανασυγκρότησης (αποκατακερματισμού, defragmentation) του δίσκου όπου τα μπλοκ των αρχείων τοποθετούνται σε γειτονικές θέσεις στο μεγαλύτερο δυνατό βαθμό.

15 Προσπέλαση δίσκων Όλες οι απαιτήσεις ανάγνωσης/εγγραφής (I/O Requests) στο δίσκο μεταφράζονται τελικά σε κλήσεις του λειτουργικού συστήματος. Οι απαιτήσεις αυτές αποτελούνται από τα παρακάτω στοιχεία: ● Εντολή (Read,Write, κ.λπ.) ● Λογική Συσκευή (C: κτλ) ● Λογική διεύθυνση ομάδας δεδομένων (1η, 2η, 3η...) ● Φυσική διεύθυνση ομάδας (τη βρίσκει το Λειτουργικό Σύστημα) ● Αριθμός ομάδων δεδομένων (blocks) που θα μεταφερθούν Οι απαιτήσεις αυτές συγκεντρώνονται σε ουρές (Queues) για κάθε αποθηκευτικό μέσο και εξυπηρετούνται με κάποια σειρά

16 Παράγοντες καθυστέρησης κατά την Ανάγνωση/Εγγραφή χρόνος αναμονής στην ουρά μέχρι να αρχίσει η εξυπηρέτηση (Wait Time) χρόνος αναζήτησης του ίχνους (track) από την κεφαλή (head) του δίσκου (Seek Time) χρόνος περιστροφής και καθυστέρησης του δίσκου μέχρι η κεφαλή να έλθει πάνω από το ζητούμενο τομέα (Rotational Delay ή Latency Time) χρόνος μεταφοράς των blocks (Transfer Time) από ή προς το δίσκο

17 Χαρακτηριστικά σύγχρονων μαγνητικών δίσκων Χωρητικότητα: πχ 500 GB Ταχύτητα Περιστροφής:Στροφές ανά Λεπτό(πχ 7200 RPM) Πρωτόκολλο Σύνδεσης: ο τρόπος ο οποίος συνδέεται ο σκληρός δίσκος με τη μητρική πλακέτα (πχ SATA-3 6.0Gb/s ) Μνήμη cache πχ 64 ΜΒ Μέγεθος (Πχ. 3.5’’)

18 Δίσκοι SSD(Solid State Disk) Oι σκληροί δίσκοι SSD, δεν έχουν μηχανικά μέρη(κινούμενα μέρη). Άρα: Δεν θερμαίνονται Δεν θερμαίνονται δεν κάνουν θόρυβο, δεν κάνουν θόρυβο, Είναι πιο γρήγοροι (ενώ οι μαγνητικοί HDD, αργούν γιατί η αναζήτηση των δεδομένων μέσα στο δίσκο, καθυστερεί επειδή θα πρέπει η κεφαλή ανάγνωσης να "πάει" στο σωστό σημείο) Είναι πιο γρήγοροι (ενώ οι μαγνητικοί HDD, αργούν γιατί η αναζήτηση των δεδομένων μέσα στο δίσκο, καθυστερεί επειδή θα πρέπει η κεφαλή ανάγνωσης να "πάει" στο σωστό σημείο) Πιο αξιόπιστοι Πιο αξιόπιστοι Καταναλώνουν 30-60% λιγότερη ενέργεια από τους παραδοσιακούς Hdds. Καταναλώνουν 30-60% λιγότερη ενέργεια από τους παραδοσιακούς Hdds.

19 Κεφάλαιο 2: Μέσα Αποθήκευσης Ο οπτικός δίσκος (optical disk) χρησιμοποιείται κυρίως για την αποθήκευση προγραμμάτων, αρχείων κειμένου, πολυμεσικών αρχείων (ήχου, μουσικής, εικόνων, ταινιών). Ο οπτικός δίσκος (optical disk) χρησιμοποιείται κυρίως για την αποθήκευση προγραμμάτων, αρχείων κειμένου, πολυμεσικών αρχείων (ήχου, μουσικής, εικόνων, ταινιών). Χρησιμοποιούνται επίσης και ως ένας εύκολος τρόπος παραγωγής αντιγράφων ασφαλείας. Χρησιμοποιούνται επίσης και ως ένας εύκολος τρόπος παραγωγής αντιγράφων ασφαλείας. Δεν συνιστάται για αποθήκευση δεδομένων on- line εφαρμογών. Δεν συνιστάται για αποθήκευση δεδομένων on- line εφαρμογών. Οπτικός Δίσκος

20 Κεφάλαιο 2: Μέσα Αποθήκευσης Οπτικός Δίσκος Διάγραμμα οπτικού δίσκου. Διάγραμμα οπτικού δίσκου.

21 Κεφάλαιο 2: Μέσα Αποθήκευσης Σε έναν κενό οπτικό δίσκο η επιφάνεια της χρωστικής ουσίας είναι ημιδιαφανής. Σε έναν κενό οπτικό δίσκο η επιφάνεια της χρωστικής ουσίας είναι ημιδιαφανής. Η αποθήκευση των δεδομένων πραγματοποιείται με τη βοήθεια δέσμης laser που μετατρέπει τη χρωστική ουσία σε αδιαφανή. Η αποθήκευση των δεδομένων πραγματοποιείται με τη βοήθεια δέσμης laser που μετατρέπει τη χρωστική ουσία σε αδιαφανή. Η ανάγνωση των δεδομένων πραγματοποιείται με τη βοήθεια δέσμης laser χαμηλότερης ισχύος. Όταν η δέσμη περάσει από σημείο της χρωστικής ουσίας που είναι ημιδιαφανές, η δέσμη θα ανακλασθεί μέσω της επίστρωσης αλουμινίου. Αλλιώς δεν θα υπάρχει ανάκλαση. Έτσι μπορούμε να διαχωρίσουμε τα bits της πληροφορίας που περιέχεται στον οπτικό δίσκο. Η ανάγνωση των δεδομένων πραγματοποιείται με τη βοήθεια δέσμης laser χαμηλότερης ισχύος. Όταν η δέσμη περάσει από σημείο της χρωστικής ουσίας που είναι ημιδιαφανές, η δέσμη θα ανακλασθεί μέσω της επίστρωσης αλουμινίου. Αλλιώς δεν θα υπάρχει ανάκλαση. Έτσι μπορούμε να διαχωρίσουμε τα bits της πληροφορίας που περιέχεται στον οπτικό δίσκο. Οπτικός Δίσκος

22 Κεφάλαιο 2: Μέσα Αποθήκευσης Τα δεδομένα αποθηκεύονται σε σπειροειδή τροχιά από το κέντρο του δίσκου προς τα έξω. Τα δεδομένα αποθηκεύονται σε σπειροειδή τροχιά από το κέντρο του δίσκου προς τα έξω. Η μορφοποίηση θεωρείται με βάση μία ακτίνα του δίσκου, οπότε μία νοερή άτρακτος βρίσκεται μεταξύ δύο διαδοχικών τομών ακτίνας και σπειροειδούς ατράκτου. Η μορφοποίηση θεωρείται με βάση μία ακτίνα του δίσκου, οπότε μία νοερή άτρακτος βρίσκεται μεταξύ δύο διαδοχικών τομών ακτίνας και σπειροειδούς ατράκτου. Οπτικός Δίσκος

23

24

25