ذخیره سازی بر روی دیسک سخت

سازمان ديسک هاي مغناطيسی

ديسک ها از نظر فيزيکي بسيار ساده اند . نمايي از گرداننده ديسک را در شکل 3-2 مشاهده مي کنيد . وقتي ديسک در حال استفاده است ، موتوري آ ن را با سرعت ثابت مي چرخاند ( معمولا 60 يا 90 يا 120 دور در ثانيه ، ولي ديسک هايي وجود دارند که با سرعت 250 دور در ثانيه مي چرخند ) . اجزاي گرداننده ديسک عبارت اند از :

-      صفحه ( Platter)

-      سطح يا رويه ( Surface)

-      هد خواندن و نوشتن ( read-write head)

-      شيار يا تراک ( track)

-      قطاع يا سکتور ( sector)

-      سيلندر يا استوانه ( cylinder)

-      کنترلگر ديسک ((disk controller

صفحه و سطح

صفحه ديسک به شکل دايره مسطح است . هر صفحه دو سطح دارد که با مواد مغناطيسي پوشانده شده است و اطلاعات ، روي سطوح صفحه ذخيره مي شوند . صفحات از فلز سخت يا شيشه ساخته شده اند . هر ديسک مي تواند چندين صفحه داشته باشد . براي اغلب ديسک ها ، پوشش مغناطيسي در هر دو سطح صفحه قرار دارد که ديسک دو طرفه ناميده مي شود . بعضي از سيستم هاي ديسک ارزان ، از ديسک هاي يک طرفه استفاده مي کنند .

بعضي از گرداننده هاي ديسک ، چند صفحه دارند که فاصله اين صفحات با يکديگر ، يک اينچ است . ديسک هاي يک صفحه اي ، ديسک هاي فلاپي هستند.

هد خواندن و نوشتن

هد خواندن ونوشتن ابزاري براي خواندن و نوشتن اطلاعات روي ديسک است . اين هد درست در بالاي هر صفحه وجود دارد . يعني به ازاي هر صفحه دو هد خواندن و نوشتن تهيه شده است (يکي به ازاي هر سطح ). هد ، نوعي سيم پيچ است . راهکار نوشتن بر اين حقيقت استوار است که با عبور جريان الکتريکي از سيم پيچ ، ميدان مغناطيسي به وجود مي آيد . پالس ها به هد ارسال مي شوند و الگوهاي مغناطيسي که براي جريان هاي مثبت و منفي متفاوت اند ، در صفحه زير آن ثبت مي شود . راهکار خواندن بر اساس اين حقيقت است که حرکت ميدان مغناطيسي نسبت به سيم پيچ ، جريان الکتريکي را در سيم پيچ توليد مي کند . وقتي سطح ديسک از زير هد عبور مي کند ،  جرياني با همان پلاريته ثبت شده ايجاد مي گردد .

راهکار هد ، ديسک ها را به سه دسته تقسيم مي کند که به شرح زير مي باشند :

-      هد با سطح ديسک تماس دارد ( فلاپي ) .

-      هد با سطح ديسک فاصله ثابتي دارد .

-      فاصله سطح ديسک با هد ، آيروديناميکي است ( ديسک وينچستر ) .

در ديسک هاي فلاپي ، هد در زمان خواندن يا نوشتن ، با رسانه ( ديسک ) تماس فيزيکي دارد . فلاپي ، صفحه اي کوچک ، قابل انعطاف و ارزان ترين نوع ديسک اسست .

     معمولا در اغلب ديسک ها ( غير از فلاپي ) ، هد خواندن و نوشتن ، با فاصله ثابتي ازسطح ديسک قرار دارد . هر چه هد به سطح ديسک نزديک تر باشد ، چگالي اطلاعات روي ديسک بيشتر است .

براي درک ديسک نوع سوم ،نياز به توضيحي راجع به رابطه بين چگالي و اندازه فاصله ي هوايي است . هد بايد يک ميدان الکترومغناطيسي با اندازه کافي را ايجاد يا حس کند تا عمل خواندن و نوشتن را به طور مناسب انجام دهد . هر چه هد باريک تر باشد ، بايد به سطح صفحه نزديک تر باشد تا عمل کند . هد باريک تر به معناي شيارهاي  باريک تر و در نتيجه چگالي داده اي بيشتر است که مطلوب مي باشد . اما ، هر چه هد به ديسک نزديک تر باشد ، خطر ناشي از ساختار نامناسب بيشتر مي شود . با پيشرفت فناوري ، ديسک هاي وينچستر به وجود آمدند . هد هاي وينچستر در گرداننده اي مهر و موم شده است که فاقد آلودگي است . اين ها طوري طراحي شدند که نسبت به هدهاي سنتي نزديک تر به سطح ديسک عمل کنند و در نتيجه چگالي داده ها افزايش يابد . هد در واقع يک ورق نازک ( فويل ) آيروديناميکي است که وقتي ديسک حرکت نمي کند بر روي سطح صفحه قرار دارد . فشار هواي ناشي از چرخش ديسک براي بلند شدن اين ورق نازک کافي است . سيستم بدون تماس مي تواند طوري براي استفاده از هدهاي باريک مهندسي شود که نسبت به هدهاي ديسک قديم باريک تر و نزديک تر به صفحه باشد .

انيميشن در مورد كاركرد هدهاي خواندن و نوشتن

اينجا كليك نمائيد

ديسك هاي سخت

اين بخش به مشخصات ديسك هاي سخت و سازمان آ نها خواهد پرداخت و بر روي فاكتورهاي عملياتي ، همچون زمان دستيابي و استانداردهاي اتصال آ نها تاكيد خواهد كرد . ديسك سخت كه گاهي در مقالات   IBM  به آ ن ديسك ثابت يا ديسك وينچستر نيز مي گو يند بر اساس ظرفيت ، زمان دستيابي ( سرعت دستيابي به داده ) و استاندارد اتصال طبقه بندي مي شوند . قبل از كند و كاو در هر گروه توضيحاتي در مورد نام هاي مختلف بكار رفته براي اين وسيله داده مي شود . نام ديسك سخت از اين حقيقت ناشي مي شود كه از صفحات فلزي مسطح به جاي صفحات پلاستيكي نرم ( فلاپي )  استفاده شده است . نام ديسك ثابت به دليل نصب آ ن در محلي درون كامپيوتر است و مانند فلاپي قابل حمل نيست ( هر چند كه بعضي از سازندگان نوع قابل  انتقال آ ن را مي سازند ) . و اما چرا آ ن را ديسك وينچستر مي گويند ؟ وقتي كه   IBMاولين ديسك سخت را براي كامپيوتر هاي بزرگ ساخت در هر سمت آ ن  30 مگابايت قابليت ذخيره سازي وجود داشت بنابراين ديسك  30/30 ناميده شد . پس از معرفي ،   30/30كم كم    30/30وينچستر خوانده شد و بعداً ديسك وينچستر نام گرفت .

سازمان و ظرفيت ديسك سخت

يكي از مهمترين فاكتورهاي قضاوت روي يك ديسك سخت ظرفيت يا تعداد بايت هايي است كه مي تواند ذخيره كند . ظرفيت ديسك هاي سخت از 5 مگابايت تا چندين گيگابايت ( هر گيگابايت 1024 مگابايت است ) مي باشد . ديسك 5 مگابايتي در  PC هاي اوليه به كار مي رفت و ديگر هم ساخته نمي شود . ضمن افزايش ظرفيت ديسك در محدوده گيگابايت ، ديسك هاي  100 تا  500 مگابايتي روي كامپيوترهاي  286 ،  386و 486 و پنتيوم ديده مي شود ( در حال حاضر ظرفيت ها بسيار بالاتر از ارقام فوق است )  جدا از ظرفيت ، همه ديسك هاي سخت براي ذخيره داده از صفحات فلزي استفاده مي كنند . به طور كلي هر چه تعداد صفحات بيشتر باشد ظرفيت ديسك بالاتر است . همانند ديسك فلاپي ، هر دو طرف ديسك سخت با ماده مغناطيسي پوشش يافته است . مثل قبل ، در طريقه ذخيره سازي ، درست مثل ديسك فلاپي ، ديسك سخت  هم به قطاع و شيارها تقسيم مي شود . براي هر سمت صفحه يك هد خواندن / نوشتن وجود دارد و همه اين هدها با هم حركت مي كنند . مثلا ديسك سختي با  4صفحه ممكن است  8هد خواندن / نوشتن داشته باشد ، كه هر كدام مربوط به يك سمت بوده و همه از شيارهاي بيروني توسط يك بازو به سمت شيارهاي داخلي حركت مي كنند .ديسك هاي سخت سازمان پيچيده تري دارند و از اينرو تعاريف جديدي را نيز شامل مي شوند : از جمله اين تعاريف سيلندر است كه از همه شيارهاي واقع در صفحات با شعاع مساوي تشكيل يافته است . چون همه هدهاي خواندن / نوشتن از شياري به شيار ديگر حركت مي كنند ، صحبت از سيلندرها به همراه شيارها در ديسك سخت منطقي خواهد بود . راستي چرا همه هدها با هم حركت مي كنند ؟ پاسخ اين است كه طراحي يك كنترل گر ديسك سخت براي حركت تعداد قابل توجهي هد بسيار گران است . بعلاوه زمان دستيابي را هم بسيار طولاني مي كند ،زيرا بايد يكي از هدها را متوقف كرده و هد ديگري را فعال نمايد تا به انتهاي فايل برسد . با استفاده از مفهوم سيلندر ، همه شيارهاي هم شعاع به طور همزمان دستيابي مي شوند ، واگر به انتهاي فايل نرسد ، همه هدها با هم به شيار بعدي انتقال مي يابند . تعداد هدهاي نوشتن / خواندن از ديسكي به ديسك ديگر فرق مي كند . تعداد انها معمولا دو برابر صفحات است ولي گاهي هم يكي كمتر از اين تعداد است . جدول 8-11 ملاحظه شود . در برخي از ديسك ها ، يك سمت صفحه براي مصارف داخلي بوده و در اختيار كاربر براي ذخيره سازي نيست . دانستن مفاهيم هد خواندن / نوشتن و سيلندرها ، محاسبه تعداد كل شيارها و ظرفيت كل ديسك سخت را ممكن مي سازد . ظرفيت كل ديسك مثل ديسك هاي فلاپي محاسبه مي شود :

تعدادهد * تعداد سيلندر= تعدادشيارها

چگالي قطاع * تعداد قطاع *تعداد شيار = ظرفيتHD

بسته به نوع ديسك سخت ، اغلب  17 تا  36 قطاع در هر شيار وجود دارد و درهرقطاع هم  512 بايت موجود است .

برآ ورد ظرفيت ديسک

ظرفيت ديسک ها از صدها ميليون بايت تا ميليارد ها بايت مي باشد . ظرفيت اسمي ديسک را با استفاده از پارامترهاي خاصي مي توان تعيين کرد که عبارت اند از :

-      تعداد صفحات . گرداننده ديسک معمولي داراي 5 صفحه است و هرصفحه داراي 2 سطح و درنتيجه داراي 10 سطح است . البته در ديسک های فلاپي يا نرم و ديسک هاي Zip فقط يک صفحه با دو سطح وجود دارد . علاوه بر اين ، ديسک هايي با 30 سطح نيز موجود هستند .

-      تعداد بايت درهر سکتور . تعداد بايت ها درهرسکتور معمولا 512 بايت است .

-      تعداد سکتورها درهرشيار . اين تعداد از ديسکي به ديسک ديگر متفاوت است . به عنوان مثال در ديسک سيگيت چيتا تعداد سکتورها درهرشيار، 170 است .

-      تعداد شيارها درهرسطح. هرسطح ممکن است 10000 شيار داشته باشد .

-      تعداد سيلندرها . شيارهايي که مستقيما دربالا و پايين يکديگر قرار دارند ، سيلندر را تشکيل مي دهند . تعداد سيلندرها از ديسکي به ديسک ديگر متفاوت است . به عنوان مثال , ديسک سيگيت چيتا داراي 526 سيلندر است .

-      تعداد شيارها درهرسيلندر . تعداد شيارها درهرسيلندر از ديسکي به ديسک ديگر متفاوت است . به عنوان مثال در ديسک سيگيت چيتا درهرسيلندر تعداد 16 شيار وجود دارد .

چون هر سيلندر شامل تعدادي شيار ، هر شيار شامل چند سکتور و هر سکتور شامل چند بايت است داريم:

طول هرسکتور برحسب بايت * تعداد سکتورها =ظرفيت شيار

ظرفيت شيار * تعداد شيارها درهرسيلندر= ظرفيت سيلندر

ظرفيت سيلندر * تعداد سيلندرها = ظرفيت ديسک

شيارها و قطاع ها

سطح ديسک از نظر منطقي به شيارهايي تقسيم مي شود که پهناي آ ن به اندازه هد خواندن و نوشتن است . هر شيار به قطعات کوچکتري به نام قطاع تقسيم مي شود . سکتور يا قطاع کوچک ترين واحد اطلاعاتي است که مي تواند از ديسک خوانده يا روي ديسک نوشته شود . نمونه اي از سطح ديسک را به همراه شيارها و سکتورها در شکل 4-2 مشاهده مي کنيد . همان طور که در اين شکل مي بينيد ، بين هر سکتور ديسک ، فاصله اي وجود دارد تا تشخيص ابتداي سکتورها به آ ساني انجام گيرد . فاصله بين سکتورها تقريبا 10 درصد از کل شيار را تشکيل مي دهد . فاصله را گپ نيز مي گويند .

بديهي است که طول شيارهاي نزديک به مرکز ( دروني تر ) نسبت به شيارهايي که از مرکز فاصله بيشتري دارند ( بيروني تر ) بيشتر است . در ديسک هاي قديمي تعداد سکتورهاي موجود در شيارهاي دروني تر و شيارهاي بيروني تر يکسان بود ولي در ديسک هاي نسل جديد شيارهاي بيروني تر نسبت به شيارهاي دروني تر سکتورهاي بيشتري دارند . در ديسک هاي فعلي اندازه سکتورها 512 بايت است . در هر صفحه در حدود 50000 تا 100000 شيار، و درهرديسک 1تا 5 صفحه وجود دارد

معمولا در هر شيار دروني تر ، در حدود 500 سکتور ودرهرشيار بيروني تر در حدود 1000 سکتور وجود دارد . البته اين اعداد ، از مدلي به مدل ديگر در ديسک ها فرق مي کند . مدل هايي با ظرفيت بيشتر ، در هر شيار تعداد بيشتري از سکتورها ، ودر هرصفحه تعداد بيشتري از شيارها وجود دارند .

بر اين اساس ، دو طرح از سازمان دهي سکتورها و شيارها در ديسک وجود دارد ( شکل 5-2 ) :

-      طرح سرعت زاويه اي ثابت ( CAV)

-      طرح ذخيره چند منطقه اي (.multizone  ( 

توجه کنيد که بيت اطلاعات نزديک به مرکز ديسکي که مي چرخد ، نسبت به نقطه ثابتي مثل هد خواندن و نوشتن ، در مقايسه با بيتي که از مرکز فاصله دارد ، با سرعت کمتري مي چرخد . بنابراين بايد روشي براي اختلاف سرعت وجود داشته باشد ، به طوري که هد بتواند بيت ها را با نرخ يکساني بخواند . اين کار مي تواند با افزايش فضاي بين بيت هاي اطلاعاتي که در قطعات ديسک ذخيره شده اند ، انجام شود . سپس اگر ديسک با سرعت ثابتي به نام سرعت زاويه اي ثابت بچرخد ، مي توان اطلاعات را پيمايش کرد . شکل  5-2 ( الف ) طرح ديسک را با استفاده از  CAV نشان مي دهد . همان طور که مشاهده مي کنيد ، سطح ديسک به تعدادي شيار و قطاع دايره اي تقسيم مي شود . امتياز استفاده از  CAV اين است که هر يک از بلوک هاي داده مستقيما

توسط شيار و قطاع آ درس دهي مي شوند . براي انتقال هد خواندن ونوشتن به يک آ درس خاص ، هد با حرکت اندکي با شيار خاصي مي رود ، کمي منتظر مي ماند تا قطعات مناسبي زير آ ن قرار گيرد . عيب  CAV اين است که ميزان داده اي که مي تواند در شيارهاي بيروني قرار گيرد ، برابر با شيارهاي کوتاه تر داخلي است .

چون چگالي ( بيت بر اينچ خطي ) در حرکت از بيروني ترين شيار به داخلي ترين شيار افزايش مي يابد ، ظرفيت ذخيره سازي ديسک در سيستم  CAV محدود مي شود . براي افزايش چگالي ، سيستم هاي جديد ديسک سخت ، از تکنيکي به نام ذخيره چند منطقه اي استفاده مي کنند که در آ ن، ديسک به تعدادي منطقه هم مرکز ( معمولا 16 ) تقسيم مي شود . در داخل يک منطقه ، تعداد بيت ها در هر شيار ثابت است . مناطق دورتر از مرکز نسبت به مناطق نزديک تر ، بيت هاي ( قطاع هاي ) بيشتري دارند . با اينکه در اين روش ، پيچيدگي مدار را خواهيم داشت ، ولي ظرفيت ديسک افزايش مي يابد . وقتي هد خواندن و نوشتن از منطقه اي به منطقه ديگر مي رود ، طول هر بيت ( در امتداد شيار ) تغيير مي کند . در نتيجه زمان خواندن و نوشتن ها تغيير خواهد کرد . شکل ( ب ) ماهيت ذخيره چند منطقه اي را نشان مي دهد . در اين توصيف ، پهناي هر منطقه به اندازه يک شيار است . در اين روش نياز به ابزارهايي براي يافتن موقعيت قطاع در شيار است . بديهي است که بايد نقاط شروعي در هر شيار ، و نقاطي براي شناسايي شروع و پايان هر قطاع وجود داشته باشد . اين نيازها توسط اطلاعات کنترلي که در ديسک ذخيره مي شود ، برآ ورده مي گردد . لذا ديسک با مقداري داده اضافي قالب بندي ( فرمت ) مي شود که فقط گرداننده ديسک مي تواند از آ ن استفاده کند و توسط کاربران قابل استفاده نيست .

هدهاي خواندن و نوشتن تمام شيارها بر روي بازوي ديسک نصب مي شوند وبا هم حرکت مي کنند . صفحات ديسکي که بر روي يک محور قرار دارند وهدهاي نصب شده بر روي ديسک را سيستم هدخواندن ونوشتن ديسک مي نامند.

سيلندر يا استوانه

چون هدهاي خواندن ونوشتن تمام صفحات با هم حرکت مي کنند ، وقتي هدي دريک صفحه روي شيار  iام است ، هدهاي ساير صفحات نيز در شيا iرام صفحه خود هستند . لذا ، شيارهاي  ام تمام صفحات را سيلندر يا استوانه مي نامند . شکل 6-2 سيلندرها را با وضوح خوبي نمايش مي دهد . اهميت سيلندر در آ ن است که به همه اطلاعات روي يک سيلندر ، مي توان بدون حرکت دادن بازوي نگهدارنده هد خواندن و نوشتن ، دستيابي داشت . حرکت اين بازو براي قرار گرفتن در يک سيلندر خاص ، پيگرد نام دارد . حرکت بازو معمولا کندترين بخش خواندن اطلاعات از روي ديسک است .

     هدهاي خواندن ونوشتن درفاصله نزديکي با سطح ديسک نگهداري مي شوند تا چگالي ذخيره سازي افزايش يابد . در واقع ، هدها در فاصله چند ميکرون از سطح ديسک واقع اند . به همين دليل صفحات بايد کاملا مسطح باشند تا در اثر تماس هد با صفحه ، اطلاعات روي ديسک از بين نرود .

قسمت بندي

قسمت بندي ديسك فرا يندي است حاصل از تقسيم ديسك سخت به چندين ديسك كوچك تر . اين عمل بارها بر روي ديسك هاي بزرگتر از  32 مگابايت انجام مي شود . مثلا يك ديسك سخت با ظرفيت   80مگابايت ، مي تواند به كمك برنامه   FDISKاز  DOS به سه ديسك منطقي كوچكتر تقسيم شود . اين ديسك ها را ديسك هاي منطقي مي نامند زيرا از نظر فيزيكي همان ديسك اوليه است ولي ازديد  DOS به ديسك هاي  C، D و  Eتقسيم شده است . در حالت فوق ديسك  80 مگابايتي ، شامل ديسك C با 32M و ديسك  Dهم 32M بوده و 16M باقيمانده مربوط به E است ، به شرطي كه مد قسمت بندي اوليه بكار رفته باشد . يك ديسك سخت قابل تقسيم به ديسك هاي منطقي متعددي با اندازه هاي متغير و نام هاي  E F، ... ، Z مي باشد كه در آ نها هيچ ديسكي بزرگتر از  32 مگابايت نخواهد بود . بايد متذكر شد كه هر ديسك  32M بايد براي ويرايش هاي  DOS از  3.3 به بالا قسمت بندي گردند . فقط تحت   DOS4، محدوده   32Mحذف شده است .

پس از قسمت بندي ديسك سخت ، فرمت سازي سطح بالا بايد صورت گيرد . فرمت سطح بالا دقيقا همانند ديسك فلاپي عمل مي كند . ديسك گردان  C بايد بوسيله انتخاب سيستم   Format C:/S فرمت شود بطوري كه سيستم بتواند از درايو C  بوت نمايد . ديسك هاي باقيمانده D تا Zدر فرمت غير بوت قرار دارند . دليل اين است كه  DOS ابتدا ديسك گردان A  را وارسي مي كند و سپس ديسك گردان C را براي آ غاز فعاليت تست مي نمايد . در غياب ديسك بوت بطور خود كار به ديسك گردان بعدي مي رررود تا بوت سيستم را پيدا كند و اگر موفق به يافتن نشود ، پيام مناسبي را نمايش خواهد داد.

تكنيك هاي كدبندي داده در ديسك سخت

داده دودويي روي صفحه پوشش يافته مغناطيسي با انواع تكنيك هاي كدبندي ( انكد ) ثبت مي شود . اين تكنيك ها داراي سرعت انتقال متفاوتي هستند . تكنيك هاي فعلي شامل  FM ،  MFM و  RLL است .

FM (مدولاسيون فركانس)

نام  FM از اين واقعيت گرفته شده است كه كدبندي 0 و1  فركانس هاي مختلفي را طبق شكل 1موجب مي شود . در كدبندي  FM ، صرفنظر از 0 يا 1 بودن ، به ازاي هر رقم يك پالس وجود دارد . در اين روش،  در اغاز پالس ساعت هميشه يك پالس موجود است . اگر داده مورد كد بندي  0 باشد ، در ساعت بعدي پالس وجود نخواهد داشت . ولي اگر رقم 1  باشد ،به ازاي ان پالس وجود دارد . همان طور كه در شكل 4-11 ديده مي شود ، اگر همه داده 0  باشد حد اقل 8  پالس و اگر همه داده  1 باشد  16 پالس خواهيم داشت.

MFM (مدولاسيون فركانس بهبود يافته)

  MFM روش كد بندي كاراتري است كه با اصلاح تكنيك FM حاصل شده است ، به اين ترتيب كه پالس هاي خودكار براي هر رقم حذف مي شود. در  MFM پالس براي 1 همچنان وجود دارد . براي كد بندي  0 ، يك پالس در آغاز پريود وجود دارد مگر اينكه قبل ازآ ن 1 باشد ، كه در اينصورت پالسي وجود نخواهد داشت . كد بندي همان داده قبلي "   11000101 " به همراه گذر فلو را نشان مي دهد . هد ، گذر فلو ( تغيير شمال وجنوب ) را براي خواندن ( ديكد ) يا نوشتن ( انكد ) داده دودويي  0 و1  بكار مي برد . مقايسه اي از گذر مغناطيسي تكنيك هاي  FM و MFM در شكل زير نشان مي دهد كه  MFM داده  11000101 را با 6  گذر ولي   FM جمعا   12 گذر براي همان داده ، كد بندي مي نمايد . هر تركيبي از اعداد دودويي به اين نتيجه منتهي مي شود كه كد بندي  MFM  هميشه دوبرابركارايي FM   را دارا است . به اين دليل كد بندي   FM كه چگالي يگانه هم خوانده مي شود با   MFM كه چگالي مضاعف خوانده مي شود جايگزين شد .

سازمان دهي شيارها با سکتورها

به دو روش مي توان داده ها را روي ديسک سازمان دهي کرد که عبارت اند از :

1.براساس سکتور( سکتوربندي فيزيکي )

2.براساس بلوک هاي تعريف شده توسط کاربر ( سکتورهاي منطقي).

دراين بخش ، سازمان دهي داده ها را براساس سکتورها مورد بحث قرارمي دهيم .

موقعيت فيزيکي سکتورها

سکتورها را به چند روش مي توان درشيارها سازمان دهي کرد . ساده ترين روش اين است که سکتورها قطعات مجاور و با اندازه ثابت از يک شيار باشند که فايل را نگهداري مي کنند . اين روش براي بسياري از کاربردها مفيد است ودرشکل 8-2 ( الف ) مشاهده مي شود . در شکل 8-2 هرشماره نشان دهنده شماره سکتور منطقي است . اين روش ،براي نگهداري يک فايل به طور منطقي مناسب است و راه خوبي براي نگهداري فيزيکي سکتورها نيست . 

وقتي مي خواهيد سکتورهايي را بخوانيد که يکي پس از ديگري دريک شيارقراردارند ، معمولا نمي توانيد سکتورهاي مجاور را بخوانيد ، زيرا پس از خواندن داده ها از سکتور ، کنترلگر ديسک مقداري زمان لازم دارد تا داده هاي دريافتي را پردازش کند و سپس اطلاعات ديگري را بپذيرد . اگر سکتورهايي را که از نظر منطقي مجاور هم هستند، روي ديسک طوري قرار داده شوند که از لحاظ فيزيکي نيز مجاور هم قرار گيرند ، هنگامي که کنترلگر ديسک مشغول پردازش داده هاي خوانده شده است ، ابتداي سکتور بعدي را از دست مي دهيم . در نتيجه ، به ازاي هر بارچرخش ديسک ، تنها قادر به خواندن يک سکتور خواهيم بود .

براي  حل اين مشکل ، ازمفهوم فاصله گذاري بين سکتورهاي منطقي استفاده مي شود . يعني بين سکتورهايي که از نظر منطقي درکنارهم هستند ، چند سکتور فيزيکي قرار مي دهند . اگر ديسکي داراي ضريب فاصله گذاري پنج باشد ، معنايش اين است که بين هر سکتور منطقي 4 سکتور فيزيکي قرار دارد . اين وضعيت را در شکل 8-2 ( ب ) مشاهده مي کنيد . به عنوان مثال ، بين سکتورهاي منطقي 1و2 ،سکتورهاي 14، 27، 8و 21 قرار دارند . در اين شکل ، مشاهده مي کنيد که براي خواندن کل 32 سکتور، ديسک پنج بار گردش مي کند . توجه داشته باشيد که امروزه به دليل افزايش سرعت کنترلگرهاي ديسک ، ضريب فاصله گذاري مي تواند 1 انتخاب شود . يعني ، سکتورهاي متوالي ، از نظر فيزيکي در مجاور هم قرار دارند و خواندن يک شيار،با يک دور گردش ديسک امکان پذير است.

خوشه ها يا کلاسترها ( Clusters)

روش ديگر سازمان دهي سکتورها که موجب افزايش کارايي مي شود ، توسط بخشي از سيستم عامل به نام مدير فايل انجام مي شود . وقتي برنامه اي با فايل کار مي کند ، وظيفه مدير فايل است که بخش هاي منطقي فايل را برروي مکان هاي متناظرشان نگاشت کند . مدير فايل براي انجام اين کارها ، فايل را به صورت مجموعه اي از خوشه ها در نظر مي گيرد . خوشه ، تعداد ثابتي از سکتورهاي پيوسته است . وقتي خوشه اي روي ديسک پيدا شد ، بدون نياز به جست وجوي اضافي مي توان به همه سکتورهاي موجود در آ ن خوشه دست يافت .

مدير فايل براي اين که فايل را به عنوان مجموعه اي از خوشه ها در نظر بگيرد ودر عين حال ، حالت سکتوربندي را حفظ کند ، با استفاده از جدول تخصيص فايل ( FAT) سکتورهاي منطقي را به خوشه هاي فيزيکي متعلق به آ نها ، ارتباط مي دهد . FAT حاوي ليستي از تمام خوشه هاي موجود در فايل است که براساس ترتيب منطقي سکتورهاي موجود در آن ، مرتب شده است . براي هر خوشه ي موجود در FAT ، فيلدي وجود دارد که مکان فيزيکي آ ن را مشخص مي کند( شکل 9-2 ) .

در بسياري از سيستم ها ، سرپرست سيستم تصميم مي گيرد که چند سکتور بايد در هر خوشه وجود داشته باشد . به عنوان مثال ، در ساختار فايل استانداردي که در سيستم عامل VAX استفاده مي شود ، سرپرست سيستم در هنگام آ ماده سازي ديسک تصميم مي گيرد که اندازه خوشه چقدر باشد .

معمولا هر خوشه 3512 بايت است ، ولي مي تواند هر اندازه اي از 1 تا 65535 باشد . چون خوشه ها مجموعه اي از سکتورهايي هستند که از نظر فيزيکي پيوسته اند ، خوشه هاي بزرگ ، بدون پيگرد مي توانند سکتورهاي بيشتري را بخوانند . بنابراين ، وقتي فايل به طور ترتيبي پردازش مي شود ، هرچه اندازه خوشه ها بزرگ تر باشد ، کارايي بيشتري حاصل مي شود

حدود فايل ( extents)

شکل ديگري از سازمان دهي سکتور ، تاکيد بيشتري بر پيوستگي فيزيکي سکتورها در فايل دارد تا پيگرد به حداقل برسد . به طور کلي ، اجتناب از پيگرد نکته مهمي در طراحي فايل است . اگر فضاي خالي زيادي روي ديسک باشد ، مي توان فايلي ساخت که حاوي خوشه هاي پيوسته باشد. در اين صورت ، مي گوييم فايل شامل يک تکه يا حد است ، يعني تمام سکتورها ، شيارها ، و سيلندرهاي آ ن ، يک حد پيوسته را تشکيل مي دهند( شکل 10-2 (الف) ) . اين وضعيت ، به خصوص در مواردي که فايل به صورت ترتيبي پردازش مي شود ، بسيار خوب است ، زيرا کل فايل با حداقل ميزان پيگرد قابل دستيابي است.

اگر فضاي خالي پيوسته اي براي در برگرفتن کل فايل وجود نداشته باشد ، فايل به دو يا چند تکه نا پيوسته تقسيم مي شود . وقتي خوشه هاي جديدي به فايل اضافه مي شود ، مدير فايل سعي مي کند آ ن ها را به طور پيوسته ( از نظر فيزيکي ) به انتهاي فاييل قبلي اضافه کند ، اما اگر چنين فضاي پيوسته اي روي ديسک وجود نداشته باشد ، بايد يک يا چند تکه را اضافه کند ( شکل 10-2 ( ب ) ) . هرچه فايل به تکه هاي بيشتري تقسيم مي شود ، بيشتر بر روي ديسک پراکنده مي گردد و ميزان پيگرد لازم براي پردازش فايل بيشتر مي گردد .

تکه تکه شدن حافظه ديسک

معمولا اندازه تمام سکتورهاي روي ديسک يکسان است . به عنوان مثال ، اگر اندازه هر سکتور 512 بايت و اندازه تمام رکوردها و سکتورها وجود ندارد . دوراه حل براي اداره کردن چنين وضعيتي وجود دارد . در يک راه حل ، در هر سکتور فقط يک رکورد قرار مي گيرد ( شکل 11-2( الف ) ، ودر راه حل دوم رکوردها مي توانند به طور پشت سرهم قرار گيرند ، به طوري که ممکن است بخشي از رکورد در يک سکتور و بخش ديگر آ ن در سکتور ديگري قرار گيرد ( شکل 11-2 ( ب ) ) .

امتياز روش اول اين است که هر رکورد فقط با دست يابي به يک سکتور قابل بازيابي است ، ولي عيبش اين است که در هر سکتور فضاي زيادي از ديسک بلا استفاده مي ماند . اين اتلاف فضا در داخل سکتور را تکه تکه شدن داخلي مي نامند . امتياز روش دوم اين است که هيچ فضايي را در اثر تکه تکه شدن داخلي از دست نمي دهد ، اما عيبش اين است که براي بازيابي بعضي از رکوردها نياز به دستيابي دو سکتور است ( زيرا بخشي از رکورد در يک سکتور و بخشي ديگر در سکتور ديگري قرار دارد ) .

نوع ديگري از تکه تکه شدن داخلي ، از به کار گيري خوشه ها ( کلاسترها ) ناشي مي شود . خوشه کوچک ترين واحد حافظه اي است که مي توان به يک فايل اختصاص داد . وقتي تعداد بايت هاي موجود در فايل ( طول فايل ) مضرب درستي از اندازه خوشه نباشد ، در آ خرين حد از فايل ، تکه تکه شدن داخلي اتفاق مي افتد . به عنوان مثال ، اگر خوشه اي از سه سکتور 512 بايتي تشکيل شده باشد ، فايلي به طول 1 بايت ، 1536 = 512 . 3 بايت از ديسک را اشغال خواهد کرد و 1535 بايت به خاطر تکه تکه شدن داخلي به هدر مي رود .

بنابراين ، بايد بين به کارگيري خوشه هايي با اندازه هاي بزرگ و اتلاف حافظه ، توازن برقرار کرد . در ديسکي فايل هاي بزرگي ذخيره مي شوند که پردازش آ نها به صورت ترتيبي است ، معمولا اندازه خوشه ها بزرگ انتخاب مي شود ، زيرا تکه تکه شدن داخلي مشکلي جدي محسوب نمي شود و کارايي افزايش مي يابد . ديسکي در ا ن فايل هاي کوچک ذخيره مي شوند يا دستيابي به فايل هاي ان به صورت تصادفي است ، معمولا با خوشه هاي کوچک سازمان دهي مي شود .

سازمان دهي شيارها با بلوک ها

گاهي شيارهاي ديسک به سکتورها تقسيم نمي شوند ، بلکه به تعداد مناسبي از بلوک ها تقسيم مي شوند که اندازه آ ن ها توسط کاربر تعيين مي گردد و اندازه آ ن در ديسک هاي متداول از 4 تا 56 کيلو بايت است . البته طول بلوک ها ممکن است ثابت يا متغير باشد که به نيازهاي طراح فايل يا قابليت هاي سيستم عامل بستگي دارد . وقتي داده هاي روي شيار براساس بلوک سازمان دهي شوند ، ميزان داده هايي که در يک عمل I/Q ( ورودي /خروجي ) مبادله مي شود ، مي تواند بسته به نيازهاي طراح نرم افزار تغيير کند ، نه سخت افزار . بلوک ها همانند سکتورها به عنوان رکوردهاي فيزيکي در نظر گرفته مي شوند . در اين صورت ، رکورد فيزيکي کوچک ترين واحد داده ها است که سيستم عامل در ديسک از آ ن پشتيباني مي کند . گاهي واژه بلوک مترادف سکتور يا گروهي از سکتورها در نظر گرفته مي شود .

. 

همان طور که ديديد ، سازمان سکتوري داراي دو مشکل عمده ي تکه تکه شدن داخلي ، و گسترش رکورد در چند سکتوراست  ، اما سازمان بلوکي فاقد اين دو مشکل است ، زيرا اندازه بلوک مي تواند متناسب با سازمان منطقي داده ها تغيير کند . بلوک معمولا طوري سازمان دهي مي شود که تعدادي از رکوردهاي کامل را دربرگيرد . وازه ضريب بلوک بندي مشخص مي کند چند رکورد بايد در هر بلوک از فايل نوشته شود . بنابراين ، اگر فايل با رکوردهاي 300 بايتي داشته باشيم ، به کمک يک الگوي آ درس دهي بلوکي ، مي توان بلوکي تعريف کرد که مضربي از 300 بايت باشد ، واين مضرب به نياز برنامه بستگي دارد . هيچ فضايي در اثر تکه تکه شدن داخلي از بين نمي رود ونياز به بار کردن دو بلوک براي بازيابي يک رکورد نيست .

به طور کلي اگر قرار باشد تخصيص فضاي فيزيکي براي رکوردها متناظر با سازمان منطقي آ نها باشد ، روش بلوک بندي از روش سکتوري بهتر است . اما ديسک هايي وجود دارند که هم از ا درس دهي سکتوري وهم آ درس دهي بلوکي استفاده مي کنند .

در آ درس دهي بلوکي ، هر بلوک از داده ها معمولا با چند زيربلوک همراه است که حاوي اطلاعات اضافي در مورد بلوک داده ها مي باشند . معمولا يک زيربلوک شمارشي وجود دارد که ( علاوه بر چيزهاي ديگر ) تعداد بايت هاي موجود در بلوک داده مربوطه را نگه مي دارد ( شکل 13-2 ( الف ) ) . ممکن است يک زير بلوک کليد وجود داشته باشد که حاوي کليد مربوط به آ خرين رکورد در بلوک داده ها باشد ( شکل 13-2 ( ب)). وقتي از زير بلوک هاي کليد استفاده مي شود ، کنترلگر ديسک مي تواند براي رکورد يا بلوکي که توسط اين کليد شناسايي شدند ، شياري را جست و جو کند . معنايش اين است که برنامه مي تواند از گرداننده ديسک بخواهد همه بلوک هاي شيار را بگردد تا بلوکي با کليد مطلوب را بيابد . اين روش نسبت به روش هاي آ درس دهي سکتوري ، جست و جوهاي مؤثري را انجام مي دهد . توجه کنيد که در روش هاي آ درس دهي سکتوري ، کليدها عموما بدون بار شدن سريع در حافظه ، قابل تفسير نيستند .

مشخصات دستيابي به ديسک

براي دستيابي به فايل روي ديسک ، چند عامل دخالت دارند . چون تمام محاسبات درحافظه اصلي انجام مي شوند ، تا جايي که به ديسک ها مربوط مي شود ، مهم ترين نکته ، انتقال داده ها ( بلوک ها ) بين حافظه اصلي و ديسک است . داده ها ( بلوک ها يا تعدادي از سکتورهاي حاوي بلوک ها ) وقتي خوانده يا نوشته مي شوند که دو عمل زير انجام شود :

الف – هدها در سيلندري قرار گيرند که حاوي شياري است که بلوک بايد در آ ن نوشته يا از آ ن خوانده شود .

ب – ديسک بچرخد تا سکتور مورد نظر درزير هد قرار گيرد .

مدت زمان بين لحظه اي که فرمان خواندن ( يا نوشتن ) بلوک صادر مي شود و لحظه اي که محتويات بلوک درحافظه اصلي قرار مي گيرد، تأخير ديسک نام دارد . زمان تأخير شامل زمان لازم براي پردازش درخواست و سه عمل فيزيکي زمان پيگرد ، تأخير چرخشي ، و زمان انتقال است .

زمان پردازش درخواست

مدت زماني که طول مي کشد پردازنده يا کنترلگر ، درخواست  I/O را پردازش کند ، معمولا کسري از ميلي ثانيه است که از آ ن به دليل نا چيز بودن صرف نظر مي شود . از زمان لازم براي رقابت برسر کنترلگر ديسک و تأخيرهاي حاصل از رقابت گذرگاه ها صرف نظر مي کنيم ( يعني ممکن است همزمان فرآ يند هاي ديگري درحال خواندن و نوشتن روي ديسک باشند ) .

زمان پيگرد ( استوانه جويي )

زمان لازم براي انتقال بازوي ديسک ( هد ) به سيلندر مناسب ، زمان پيگرد نام دارد . اگر هد ها فعلا در سيلندر مناسبي باشند اين زمان صفر است ، و گرنه هدها به زماني براي حرکت ، زماني براي طي فاصله تا سيلندر مورد نظر و زماني براي توقف نياز دارند . حد اقل زمان هاي لازم براي حرکت وتوقف در حد چند ميلي ثانيه و حد اکثر زمان براي طي تمام شيارها درحدود 5 تا 10 ميلي ثانيه است .

به نظر مي رسد که تعيين دقيق زمان پيگرد دشوار باشد . متأ سفانه ، زمان پيمايش شيارهاتابع خطي از تعداد شيار ها نيست ، بلکه شامل زمان حرکت و زمان توقف يا زمان استقرار ( زمان قرار گرفتن هد در شيار مقصد تا تأ ييد هويت شيار ) است .

چون معمولا نمي توان تعداد دقيق شيارهايي را که در هر پيگرد پيمايش مي شود مشخص کرد ، سعي مي شود ميانگين زمان پيگرد براي عمل خاص تععن گردد . در مشخصاتي که سازنده براي گرداننده ديسک ذکر مي کند ، معمولا اين کميت به صورت ميانگين زمان پيگرد ذکر مي شود . اغلب ديسک هاي سخت کنوني پيگردي کمتر از 12 ميلي ثانيه دارند . ديسک هايي با کارايي بالا ، داراي ميانگين زمان پيگرد 6/3 ميلي ثانيه اند ( جدول 2-2 را ببينيد ) . شکل 14-2 تغيير زمان پيگرد را بر اساس مسافت نشان مي دهد . اين شکل ، زمان پيگرد را با شروع از مقدارX  براي يک سيلندر نشان مي دهد و پيشنهاد مي کند که حد اکثر زمان پيگرد در بازه  X3 تا X20 است . ميانگين زمان پيگرد معمولا براي مشخص کردن سرعت ديسک به کار مي رود .

تأ خير چرخشي

زمان لازم براي چرخش ديسک جهت قرار گرفتن ابتداي سکتور در زير هد ، تأ خير چرخشي نام دارد . سرعت هاي چرخش ديسک دهاي مغنا طيسي غير از ديسک هاي نرم ( فلاپي ) در حدود 3600 ( براي اداره کردن دستگاه هايي مثل دوربين هاي ديجيتال ) تا 15000 دور در دقيقه است که 15000 دور در دقيقه معادل يک چرخش در هر 4 ميلي ثانيه است . لذا ميانگين تأ خير چرخشي 2 ميلي ثانيه است . ديسک هاي فلاپي معمولا 300 تا 600 دور در دقيقه مي چرخند . لذا ميانگين تأ خير بين 100 و 50 ميلي ثانيه است . ممکن است اين پرسش مطرح شود که وقتي ديسکي 300 دور در دقيقه مي چرخد .

يادآ وري مي شود که مجموع زمان پيگرد و تأ خير چرخشي را زمان دستيابي مي گويند که زمان لازم براي قرار گرفتن هد در موقعيت خواندن يا نوشتن است .

زمان انتقال

وقتي هد در موقعيت خواندن يا نوشتن قرار گرفت ، با حرکت قطاع زير هد عمل خواندن يا نوشتن انجام مي شود . اين کار ، بخش انتقال داده اي اين عمليات است . زمان لازم براي عمليات انتقال را زمان انتقال مي ناميم . به عبارت ديگر ، در اثناي زمان انتقال ، سکتورهاي بلوک و تمام فاصله هاي بين آ نها از زير هد عبور مي کنند . زمان انتقال به صورت زير محاسبه مي شود :

        زمان چرخش * تعداد بايت هايي که منتقل مي شود /طول شيار = زمان انتقال     

مشکلات ديسک

کارايي ديسک ها همواره در حال افزايش است ، ولي سرعت آ نها هنوز خيلي کمتر از شبکه ها و پردازنده( cpu  ) است . به همين دليل بسياري از فرايند ها توسط ديسک محدود مي شوند ، يعني شبکه و پردازنده بايد منتظر ديسک بمانند تا داده ها منتقل شوند . چندين روش براي حل اين مسئله فراهم شده است  که بعضي از آ نها عبارت اند از :

- يکي از تکنيک هايي که اکنون در بسياري از سيستم ها ي کار ا مد استفاده مي شود ، نواربندي است . در نوار بندي ديسک ، بخش هاي مختلف فايل در چند گرداننده ديسک قرار مي گيرند و سپس تمام گرداننده ها به طور همزمان بخش هاي مختلف فايل را به شبکه تحويل مي دهند . بلوک بندي ديسک را مي توان براي قرار دادن بلوک هاي مختلف فايل روي ديسک هاي مختلف يا پخش کردن يک بلوک در ديسک هاي مختلف به کار برد .

o        نواربندي ديسک ، مثالي از يک مفهوم مهم به نام موازي گرايي است . هر گاه در نقطه اي از سيستم گلوگاهي وجود داشته باشد ، منبع گلوگاه دو برابر مي شود تا چند تا از آ نها به طور همزمان کار کنند . 

o        سرعت اعمالي که فرآ يندهاي I / Q زيادي را انججام مي دهند ، با پخش کردن هر بلوک روي چند گرداننه ديسک قابل افزايش است . اين کار معمولا در سيستم هاي RAID  ( آ رايه هاي افزونگي ديسک هاي مستقل ) انجام مي شود . به عنوان مثال ، براي يک RAID هشت ديسکي ، کنترلگر بلوکي را دريافت کرده آ ن را به هشت قطعه تقسيم مي کند به طوري که هر يک حاوي داده هاي کافي براي يک شيار کامل است . قطعه اول در شيار خاصي از ديسک نخست ، قطعه دوم روي همان شيار از ديسک دوم ، و به همين ترتيب نوشته مي شود . در اين روش  ، سرعت نوشتن ، هشت برابر سرعت يک گرداننده ديسک است . عمل خواندن نيز به همين صورت انجام مي شود ، يعني شيار خاصي از ديسک خوانده مي شود . سيستم هاي   در کنترلگر ديسک ، حافظه نهان بالايي دارند تا بلوک هاي بسيار بزرگ را اداره کنند .

-       تکنيک دوم ، اجتناب کامل از دست يابي به ديسک است . با کاهش روزافزون قيمت حافظه اصلي ، برنامه نويسان براي نگه داري داده ها ، از حافظه اصلي به جاي حافظه جانبي استفاده مي کنند .  دو روش موثر براي استفاده از حافظه جانبي وجود دارد :

-       استفاده از حافظه نهان

-       استفاده از ديسک الکترونيکي  يا

ديسک   بخش بزرگي از حافظه است و طوري پيکربندي مي شود که رفتار ديسک مکانيکي ، به جز سرعت و فرار بودن را شبيه سازي کند . توجه داشته باشيد که داده ها را در حافظه مي توان بدون پيگرد ييا تاخير چرخشي پيدا کرد . به همين دليل ، سرعت آ ن از ديسک هاي مکانيکي فوق العاده بيشتر است . چون حافظه فرار است ، با خاموش شدن کامپيوتر ، اطلاعات ديسک   از بين مي روند . از ديسک هاي   معمولا به جاي ديسک هاي فلاپي استفاده مي شود ، زيرا بسيار سريع اند و براي شبيه سازي ديسک فلاپي به حافظه کمي  نياز است . ديسک   و حافظه نهان مثال هايي از بافرينگ هستند که از تکنيک هاي مهم و پرکاربرد   هستند .

توجه به اين نکته مهم است که اگر الگوي دستيابي به داده ها از اصل محلي بودن ( لوکاليتي  ) پيروي کنند ، حافظه نهان مي تواند منجر به کارايي زيادي شود . فايل در صورتي از اصل محلي بودن پيروي مي کند که بلوک هايي که به ترتيب دست يابي مي شوند ، نزديک به يکديگر روي ديسک ذخخيره شوند . وقتي از حافظه نهان ديسک استفاده مي شود ، بلوک هايي که روي ديسک نزديک به هم هستند ، به احتمال زياد به صفحه يا صفحاتي تعلق دارند که با يک عمل خواندن وارد حافظه مي شوند . به اين ترتيب ، احتمال خواندن هاي اضافي براي دستيابي بيشتر ، کاهش مي يابد .

بهبود زمان دستيابي به ديسك

در اغلب مطالعات الگوريتم ها ، افراد فرض مي كنند داده ها در حافظه اصلي قرار دارند و زمان دستيابي به داده ها براي هر قلم داده يكسان است . اين مدل از محاسبات را " مدل حافظه اصلي " يا مدل دستيابي تصادفي مي گويند . اما وقتي در مورد ذخيره و باز يابي اطلاعات بحث مي شود ، بايد فرض شود كه داده ها در حافظه اصلي جا نمي شوند . بنابراين در طراحي الگوريتم هاي كارامد باييد حافظه هاي جانبي در نظر گرفته شوند . تكنيك هاي متعددي ، چه نرم افزاري و چه سخت افزاري وجود دارند كه منجر به بهبود كارايي ديسك مي شوند . اين تكنيك ها زمان پيگرد و تاخير چرخشي را كاهش مي دهند يا سرعت پردازش فايل را افزايش مي دهند .

از بين تكنيك هايي كه وجود دارد ، موارد زير بحث مي شوند :

-       استفاده از بافر براي افزايش سرعت پردازش فايل ها .

-       سازمان دهي داده ها با استفاده از سيلندر ها ( استوانه ها) جهت كاهش زمان پيگرد و تاخير چرخشي .

-       استفاده از الگوريتم زمان بندي ديسك در سيستم عامل يا كنترلگر ديسك ، براي تعيين ترتيب انتخاب بلوك هاي در خواستي .

-       توزيع داده ها بين چند ديسك كوچك تر به جاي يك ديسك بزرگ . در اين روش با تعداد هدهاي بيشتر براي خواندن ، به تعداد بيشتري از بلوك ها در واحد زمان دستيابي مي شود و زمان پيگرد كاهش مي يابد ( استفاده از سيستم    ) .

-       اينه اي كردن ديسك ها كه موجب مي شود دو يا چند كپي از داده ها روي يك ديسك وجود داشته باشد . در اين روش نه تنها امنيت نگهداري داده ها افزايش مي يابد ، همانند روش قبلي ، در واحد زمان ، به بلوك بيشتري دستيابي مي شود . اين عمل بخشي از سيستم    است .

-       استفاده از حافظه نهان ديسك .

-       استفاده از تكنيك فاصله گذاري 1 بين بلوك ها جهت كاهش تاخير چرخشي .

-       پله اي كردن نقاط شروع شيارها جهت كاهش تاخير چرخشي .

استفاده ازبافر

فرض كنيد فرايند 3 ( برنامه ) كار بر مي خواهد بلوك هايي از داده ها را از ديسكي بخواند و طول هر بلوك 512 بايت است . بلوك هاي روي ديسك بايد به ناحيه اي از حافظه اصلي كه در فضاي ادرس برنامه كاربر قرار دارد ، مثلا در ادرس مجازي 1000 تا 1511 منتقل شود . ساده ترين روش ، صدور فرمان خواندن از ديسك و انتظار براي اماده شدن داده ها است . اين انتظار مي تواند انتظار مشغولي 4 باشد . منظور از انتظار مشغولي اين است كه دايما وضعيت ديسك تست شود تا مشخص گردد امكان خواندن از ديسك وجود دارد يا خير . مشكل عمده اين روش اين است كه برنامه بايد منتظرانجام يك عمل  كند باشد . البته اين وضعيت در عمل نوشتن نيز مطرح است . اگر بلوكي مستقيما از ناحيه برنامه كاربر شروع به انتقال به ديسك كند ، اين برنامه در اثناي انتقال ، منتظر مي ماند .

يكي ديگر از مشكلات اين روش اين است كه بر تصميم گيري سيستم عامل در مبادله فرايند موثر است . به عنوان خ فرايند منتظرعمل  است ، نتواند چنين كاري را انجام دهد .

براي اجتناب از اين مشكلات ، گاهي بهتر است انتقال هاي ورودي را قبل از درخواست و انتقال هاي خروجي را مدتي پس از درخواست انجام داد . براي اين كار از بافر استفاده مي شود . تخصيص بافر ، توسط بخشي از سيستم عامل ، به نام مدير فايل انجام مي شود . مدير فايل ، بخشي به نام مدير بافر دارد كه كه بر تخصيص بافر مديريت مي كند . توجه به اين نكته مهم است كه سيستم عامل تنها يك برنامه نيست ، بلكه مجموعه اي از برنا مه ها است كه هر كدام براي اداره بخشي از منابع كامپيوتر طراحي شده ان . يكي از اين برنامه ها مدير فايل است كه بخشي به نام مدير بافر براي اداره كردن بافر ها دارد . 

حافظه نهان ( cash memory )

 حافظه نهان سريع ترين نوع حافظه است و اغلب اوقات در داخل تراشه ريز پردازنده و يا برد اصلي کامپيوتر به کار مي رود . اين نوع حافظه 20 برابر سريع تر از حافظه  مي باشد . بنابراين از آ ن گران تر است . حافظه نهان از فن آ وري استفاده مي کند . برنامه هايي که در حافظه اصلي مقيم مي شوند به بلوک هاي داده تقسيم شده و برخي از ا ن بلوک ها به حافظه نهان منتقل مي شوند ، ا نگاه   براي استفاده از آ ن داده ها به حافظه نهان مراجعه مي کند .

استانداردهاي اتصال در ديسك هاي سخت 

به منظور اطمينان از ديسك هاي سختي كه بوسيله سازندگان مختلف ساخته مي شود ،استانداردهايي براي اتصال ديسك سخت به كامپيوتر شخصي ابداع شده است . اين استانداردها عبارت اند ازST506 ،   ESDI، و   SCSIكه در زير توضيح داده شده اند .

   ST506 وST506-412    

     ST506يكي از قديمي ترين و پرمصرف ترين استانداردهاي مدارهاي واسط    IBM PC است . اين استاندارد بوسيله شركت سيگيت تكنولوژي ايجاد گرديد . استاندارد   ST506 براي خواندن داده از ديسك از كنترل گر سريال داده استفاده كرده و انها را بصورت بسته 8 بيتي به گذرگاه هاي  PC مي فرستد . به بيان ديگر ، گرچه اين كنترل گر داده را بصورت موازي از كابل 20  پايه به شكاف توسعه كامپيوتر مي فرستد ولي باز هم داده را از سطح ديسك بطور سريال بر مي دارد ، كه به مقدار ان ميزان انتقال دروني گويند . به اين دليل بسته به انواع كد بندي ميزان هاي مختلفي براي انتقال وجود دارد . حد اكثر ميزان انتقال داده برايST506    برابر5  مگابايت بر ثانيه برايMFM   است . روش  FM امروزه بندرت بكار ميرود . اگر   ST506 ازRLL استفاده كند سرعت انتقال داده به7  مگابايت در ثانيه بالغ مي شود . نوع اصلاح شده  ST506 ، به   ST506-412 و يا ساده تر بگوييم ST412   معروف است كه در ان اصلاحاتي در جابجايي هد از شياري به شيار ديگر انجام شده است . در  ST506 ، هد تا رسيدن به شيار مورد نظر هر بار يك شيار پيش مي رود ، ولي درST506-412      با امكاني به نام بافر جستجو كنترل گر با يك حركت و حركتي پيوسته به جاي هر بار يك شيار هد را به شياري نا مجاور مي برد . اين موجب كوتاهي زمان دستيابي مي گردد . اين روش كه به ميزان انتقال بيروني معروف است از بيت هاي سريال در بسته هاي داده 8 بيتي استفاده مي كند و از تقسيم ميزان اتقال دروني بر8  بدست مي ايد . جدول  "ب "ملاحظه شود.

کنترلگر ديسک

کنترلگر ديسک واسطي بين سيستم کامپيوتري و سخت افزار گرداننده ديسک است . در سيستم هاي ديسک مدرن ، کنترلگر ديسک در واحد گرداننده ديسک پياده سازي مي شود . در واقع ، کنترلگر ديسک ، پردازنده کوچکي با قابليت هاي زير است :

1.کنترل محرک هاي مکانيکي که سيستم بازو را حرکت مي دهند تا هدها را در شعاع خاصي قرار دارند . در اين شعاع ، هر شيار از هر سطح ، در زير هد آ ن سطح قرار دارد و قابل خواندن و نوشتن است . همان طور که مي دانيد ، شيارهايي که همزمان زير هدها قرار دارند ، سيلندر ناميده مي شوند .

     2.انتخاب سطحي که عمل خواندن و نوشتن بايد روي ا ن صورت گيرد ، و انتخاب سکتور از شياري از يک سطح که زير هد قرار دارد . کنترلگر همچنين مي داند چه زماني محور به نقطه اي رسيده است که سکتور مورد نظر درحال حرکت زير هد است .

     3. انتقال بيت هاي خوانده شده از سکتور به حافظه اصلي ، يا انتقال بيت هاي موجود در حافظه اصلي به سکتور مورد نظر روي ديسک .

     4.کنترلگر، به همراه هر سکتوري که روي ديسک نوشته مي شود ، جمع تطبيقي را اضافه مي نمايد . وقتي سکتوري خوانده مي شود ، کنترلگر جمع تطبيقي را ازداده هاي خوانده شده محاسبه مي کند و آ ن را با جمع تطبيقي ذخيره شده مقايسه مي نمايد . اگر داده هاي روي سکتور خراب شده باشند ، اين جمع تطبيقي با جمع تطبيقي ذخيره شده يکسان نخواهد بود . اگر چنين خطايي رخ دهد ، کنترلگر چندين بار اقدام به خواندن مي کند . اگر اين خطا کرارا وجود داشته باشد ، کنترلگر خطايي را اعلان مي نمايد .

شکل زيريک کامپيوتر ساده ي تک پردازنده را نشان مي دهد . پردازنده از طريق گذرگاه داده با حافظه اصلي وکنترلگر ديسک ارتباط برقرار مي کند . کنترلگر ديسک مي تواند چندين ديسک را کنترل کند که در اين شکل سه ديسک در يک کامپيوتر وجود دارند .

دستگاه کنترلگر ديسک

دستگاه کنترلگر ديسک ، عمليات ديسک را کنترل مي کند . پردازنده ورودي – خروجي از کنترلگر ديسک مي پرسد آ يا گرداننده ديسک آ ماده نوشتن است يا خير . اگر پردازش    زياد باشد ، اين احتمال وجود دارد که گرداننده ديسک آ ماده نباشد و بايت مورد نظر در بافر خود منتظر بماند تا گرداننده ديسک ا ماده شود .

آ نچه که از اين پس انجام مي شود ، در مقايسه با کار هاي قبلي زمان زيادي مي برد . به گرداننده ديسک فرمان داده مي شود تا هد خواندن و نوشتن خود را به شيار و سکتوري ببرد که بايت مورد نظر ما و ملحقات آ ن بايد در آ ن جا نوشته شود . يعني براي اولين بار از دستگاهي خواسته مي شود کار مکانيکي صورت گيرد . هد بايد شيار مناسب را پيدا کند( مگر اينکه قبلا آ ماده باشد ) و سپس صبر کند تا ديسک بچرخد و سکتور مورد نظر زير هد قرار گيرد . وقتي شيار و سکتور پيدا شد ، پردازنده   ( يا کنترلگر ) مي تواند بايت ها را يکي يکي به گرداننده ديسک ارسال کند . بايت مورد نظر صبر مي کند تا نوبت او فرا رسد ، و سپس تنهايي به گرداننده ديسک ارسال مي شود و در آ ن جا احتمالا در بافر يک بايتي منتظر مي ماند تا روي ديسک قرار گيرد . سرانجام ، با چرخش ديسک زير هد ف هشت بيت بايت مورد نظر ، يکي يکي روي سطح ديسک نوشته مي شوند . در آ نجا  در پايان مسير حرکت خود ، با سرعتي بين 8 تا 15 کيلومتر در ساعت خواهد چرخيد .

کنترل کننده ديسک

کنترل کننده ديسک وظيفه ي حرکت دادن هد ( به منظور خواندن يا نوشتن داده ها ) و تعيين محل يک فايل روي ديسک را بر عهده دارد . امروزه دو نوع کنترل کننده ديسک وجود دارد که عبارتند از :

(Integrared Disk Electronics) IDE و Small Computter System Interface) SCSI)

کنترل کننده IDE

ديسک درايو  IDE توسط يک کابل تخت (  Flat Ribbon cable) به گذرگاه ISA متصل مي شود . کنترل کننده   IDEاز دو hard disk با ظرفيت  8MB52 پشتيباني مي کند . در سال 1994 ميلادي کنترل کننده EIDE ( Extended IDE) به بازار عرضه شد که اين کنترل کننده مي تواند از 4 وسيله جانبي مانند : نوار مغناطيسي ،   CD-ROM و ديسک هاي سخت با ظرفيت هاي معمولي و بالا پشتيباني کند . هر کابل تختي که به کنترل کننده  EIDE متصل شده باشد مي تواند دو  hard disk با ظرفيت هر يک حد اکثر 1 گيگا بايت را پشتيباني کند . EIDE در کامپيوتر هاي سازگار با IMB به کار مي رود .

   ESDI( اتصال دستگاه كوچك پيشرفته)

استاندارد   ESDI توسط گروهي از سازندگان ديسك گردان در  1983 ارايه شد . بين   ESDI وST412    تفاوت هايي وجود دارد كه در زير به انها اشاره شده است .

1-  در مقابل انتقال7.5   مگابايت بر ثانيه در   ST412 ، استاندارد ESDI  قادر است تا  20  مگابايت در ثانيه را انتقال دهد .

2- عليرغم يكسان بودنRPM   با   ST412، اين استاندارد قطاع بيشتري در هر شيار دارد . اين تعداد درESDI   مي تواند    از  20 تا  50 متغير باشد .

3- در حاليكه درST412    ،اطلاعات خرابي بصورت دستي و در حين فرمت سطح پايين بايد صورت گيرد ، درESDI   ، نقشه خرابي قبلا در ديسك گردان ذخيره شده است .

4- در استاندارد   ST412 تعداد سيلندر ها ، هدها و قطاع درCMOS RAM     سيستم و يا در   ROMكنترل گر ديسك سخت نگهداري مي شود ، برعكس در  ESDI اطلاعات آرايش قبلا تهيه شده و نيازي به ذخيره آن در بيرون نيست .

   IDE )دستگاه مجتمع الكترونيكي )

  IDE استاندارد فعليPC ها  مي باشد . در    IDE كنترل گر بخشي از ديسك سخت است . به بيان ديگر ، نيازي به خريد يك ديسك سخت و كنترل گر جداگانه نمي باشد . يكي از دلايلي كه ديسك گردان هاي IDE   سرعت انتقال داده بهتري دارند اين است كه بسياري از توابع كنترل گر با استفاده از تراشه هاي VLSI در خود ديسك گردان قرار داده شده است . مثلا ، در استاندارد ST412 هدهاي خواندن / نوشتن ، داده را خوانده و از طريق يك كابل ان را به كنترل گرانتقال مي دهند و سپس بوسيله مدار جداساز داده از پالس هاي ساعت جدا مي گردد . با حذف كابل ،  IDE و  SCSI به ميزان انتقال داده بالاتري دست يافته اند . محدوديت عمدهIDE   ، ظرفيت آن است . اين ظرفيت به دليل محدوديت   PC BIOS در504MB محدوده شده است . چونIDE   ،   PC BIOS را بكار مي برد كه تنها  1024 سيلندر ،   16هد ،  63 قطاع در هر شيار را پشتيباني مي كند بنابراين ظرفيت ديسك سخت به504MB   محدوده شده است (  MB504 = قطاع/ بايت 1024.16.63.512) . اين حالت در ديسك گردان   SCSI وجود ندارد زيرا آنها PC BI0Sرا كنار گذاشته اند و در آنها ظرفيت به8G  مي رسد .

    ادوات  IDE وEIDE

متداول ترين درايوي که هنگام کار با PC آ ن مواجه مي شويد ، درايو IED است . متداول بودن اين درايو ، به دليل قيمت ارزان و نصب اسان آ ن مي باشد .  IDE مخفف Inegrated Drive Electronics است . در اين بخش عبارتIDE را هم براي اشاره به درايو هايIDE و هم براي اشاره به درايو هاي  EIDE استفاده مي کنيم ، زيرا از نقطه نظر پيکر بندي هر دو يکسان هستند . هر چند درايو هاي EIDE، مي توانند از نظر کارايي مزاياي قابل توجهي داشته باشند و درايوهاي بزرگتري نيز مي توان به وسيله آ نها فراهم کرد .   EIDE مخفف Enhanced Integrated Drive Electronics است .

در درايو  IED ، مانند درايو اسکازي ( SCSI به نام عبارت   Small computer system interfaceمي باشد ) ، کنترلر درايو روي خود ديسک گردان واقع مي باشد اما کنترلرهاي درايوهايIED، براي ارتباط هر چه   آسانتر با کامپپيوتر و گذرگاه  ISA طراحي شده اند . اگر چه درايوهاي IDE امروزه معمولا به واسط  PCI متصل مي شوند  ، اما به دليل قيمت مناسب کنترلر و سادگي نصب آ نها ، طي سال هاي گذشته ، متداول ترين درايوبوده اند.

ممکن است ابتدا کمي عجيب به نظر برسد که يک کنترلر روي درايو هاردديسک و هم يک کنترلر ديگر در خود کامپيوتر داشته باشيم . اما در واقع کنترلر موجود در کامپيوتر ، تنها يک واسط ساده است که اجازه اتصال درايو را مي دهد ( در واقع مثل يک پل عمل مي کند ) و کنترلر روي درايو است که هوشمند مي باشد . اين کنترلر ، اين امکان را براي کامپيوتر فراهم مي آ ورد که با همه درايوها يکسان برخورد کند .

معيارهاي کار آ يي ادوات IDE/EIDE

هنگامي که ادوات IDE براي اولين بار به بازار آ مدند ، سرعت کامپيوترها اين قدر بالا نبود . هنوز از پردازنده هاي  80386 اسستفاده مي شد که سرعت ماکزيمم آ نها کمتر از  50MHZ بود . به همين دليل ، لازم نبود درايوهاي   اوليه داراي سرعت انتقال بالايي ( در مقايسه با سرعت کامپيوترهاي امروزي ) باشند .

ادوات  EIED، داراي مدل هاي انتقال ديگري نيز ميي باشند که امکان افزايش سرعت ارتباط را فراهم مي آ ورند .

ادوات EIDE امروزي ، قادر به انتقال داده تا سرعت    MB/sec  16.6مي باشند که نسبت به ادوات  IDE اوليه که سرعت انتقال آ نها تنها تا  3.2 MB/sec مي رسيد ، پيشرفت قابل ملاحظه اي کرده اند . البته اين سرعت انتقال هاي ذکر شده ، مربوط به   Programmed I/O مي باشند ، يعني ارتباطي که با  IRQ شروع مي شود و  CPU با پاسخ به   IRQ، اجازه تبادل اطلاعات را مي دهد . يعني در اين حالت  CPU در انتقال داده به درايو يا بالعکس نقش دارد .

ادوات  EIDE ، از  DMA نيز پشتيباني مي کنند که اين امکان را براي آ نها فراهم مي آ ورد که بدون ملاحظهCPU، داده به  / از درايو انتقال پيدا کند . اين کار سرعت انتقال داده را باز هم افزايش مي دهد .

يکي از مسائلي که به ازاي بهبود سرعت انتقال داده در ادوات   EIDE ، در مورد اين ادوات وجود دارد ، اين است که واسط  IDE بايد روي گذرگاه PCI ( يا  VESA) قرار گرفته باشد . در بعضي از مادر بردها که داراي دو کنتر لر   مي باشند ، فقط کنترلر اول به گذرگاه  و ديگري به گذرگاه   متصل شده است . در نتيجه اگر از کنترلرIDE اول اين مادربردها براي اتصال به ادوات  EIDE استفاده کنيم ، کارآ يي اين ادوات افزايش مي يابد .

براي تشخيص نحوه اتصال واسط  IDE دوم ، مي توانيد به دفتر چه مادربرد مراجعه کنيد و يا با کارخانه سازنده آ ن تماس بگيريد

کنترل کننده  SCSI

استاندارد  SCSI توسط موسسه  ANSI تعريف شده است . اين رابط موازي که از سرعت بالايي برخوردار است براي اتصال ريز کامپيوترها به وسايل جانبي مانند : scanner, hard disk   وCD-ROM   به کار مي روند . از طريق يک رابط  SCSI مي توان تا هفت وسيله را به شکل زنجيره اي به يکديگر متصل کرد . در اين زنجيره هر دستگاه يک آ درس منحصر به فرد دارد و در هر لحظه فقط يکي از وسايل مي توانند داده هاي خود را به رابط فوق ارسال کنند .

 SCSI رابط استانداردي است که در انواع ريز کامپيوترها مي تواند به کار رود . رابط مذکور در کامپيوترهاي  Macintosh ، RISC Workstation ، Minicomputer  و ... نيز مورد استفاده قرار مي گيرد . براي گذرگاه   کنترل کننده هاي متفاوتي وجود دارد .

   SCSI )رابط سيستم كامپيوتر كوچك )

  SCSI ( كه اسكازي تلفظ مي شود ) يكي از پرمصرف ترين استانداردها ، نه تنها درIBM    ها و سازگاري با ان است ، بلكه ديگر سازندگان غير 80X86همچونApple    و   SUN Micro نيز از ان استفاده كرده اند . دليل اصلي اين است كه بر خلاف   IDE، استاندارد SCSI براي همه وسايل جانبي است و نه فقط براي يك ديسك سخت . مي توان تا 7 وسيله را مثلCD-ROM    ، ديسك نوري ، گرداننده نوار ، و گرداننده فلاپي ، شبكه ها و ديگر وسايل  I/O را به كمك استانداردSCSI   زنجيروار به هم مرتبط كرد ، شكل" ب".

تمام مشخصات مطرح شده براي  ESDI وIDE  در  SCSI هم صادق است . بعلاوهSCSI    مي تواند ميزان انتقال داده اي تا80 مگابيت بر ثانيه را داشته باشد . بايد توجه داشت كه ديسك گردان سخت  SCSI  داراي كنترل گري در درون خودش مي باشد و نيازي به كنترل گر جداگانه نيست . تنها چيزي كه لازم است ،  مبدلي براي تبديل سيگنال هاي  SCSI به سيگنال هايي سازگار با گذر گاه شكاف توسعه در كامپيوتر اصلي است .

ادوات اسکازي

درايو هاي اسکازي  (  SCSI  مخفف عبارت   Small Computer System Interface مي باشد ) در واقع برادر بزرگتر درايو هاي  IDE مي باشند . اين درايوها ، قبل از درايوهاي  IDE به وجود آ مدند ولي هنوز هم چندان متداول نيستند ، زيرا قيمت آ نها نسبت به ادوات  IDE ، بسيار بيشتر است .

درايوهاي اسکازي در مجموع سريع تر هستند و فراميني را پشتيباني مي کنند که آ نها را براي کاربردهاي   multitasking ، مناسب تر نيز مي سازد . هر چند به هر حال کارآ يي و قابليت بيشتر به معناي هزينه اضافي نيز مي باشضد .

انواع مختلف اسکازي

امروزه ، درايوهاي اسکازي مختلفي وجود دارند که هر کدام خصوصيات خاص خود را دارند . ليست زير استانداردهاي ابتدايي ادوات اسکازي را نشان مي دهد .

-    SCSI-1 : واسط اسکازي اوليه که داراي يک واسط   پيني بود و مي توانست داده را با سرعت   5MBPS انتقال دهد .

-   SCSI-2 : نسخه پيشرفته تر   SCSI-1که تا سرعت  10 MBPS را پشتيباني مي کرد نرخ انتقال اطلاعات را دو برابر کرده ، به   مي رساند .

-   Ultra-SCSI : نسخه پيشرفته تر اسکازي که فروشنده تضمين مي کرد نرخ انتقال اطلاعات را دو برابر کرده ، به  20MBPS مي رساند .

-  Wide-SCSI/SCSI :    Wid-SCSI پهناي به اندازه قابل انتقال در يک سيکل را دو برابر کرد . در نتيجه ، بدون دو برابر کردن سرعت انتقال گذرگاه ، کارآ يي واسط دو برابر شد .

-  Ultra-Wide SCSI  : ترکيب  Ultra-Wide SCSI و   Wide SCSI. سرعت اين گذرگاه به   40MBPS مي رسد .

شناسايي رابطهاي اتصال اسکازي

ادوات اسکازي داراي دو نوع رابط اتصال مي باشند که هر دوي آ نها پهن تر از رابط هاي اتصال ادواتIDE مي باشند . ادوات  SCSI-1 ،SCSI-2 و Ultra-SCSI ، ادوات اسکازي باريک ناميده مي شوند و از يک رابط اتصال   پيني استفاده مي کنند که مشابه رابط اتصال  36 پيني درايوهايIDE مي باشد.

ادوات  Wide SCSI  يا  SCSI-3 ، ادوات اسکازي پهن  ناميده مي شوند و براي جلوگيري از احتمال اتصال نا درست کابل که گاهي اوقات در مورد ادوات اسکازي باريک پيش مي آ يد از رابط اتصال  68 پيني به شکل  D استفاده مي کنند .

براي ادوات خارجي ، از چهار نوع رابط اتصال زير مي توان استفاده کرد که عبارت اند از :

-       DB-25: از آ ن در ادوات اسکازي باريک که قديمي تر هستند ، استفاده مي شد . از آ نجا که اين رابط هاي اتصال اغلب با رابط اتصال پرينتر اشتباه مي شدند و نسبت به نحوه زمين کردن حساس بودند ، امروزه ديگر استفاده چنداني ندارند .

-       سنترونيکس - 50  : اين رابط اتصال که به عنوان رابط اتصال   SCSI-1  شنا خته مي شود ، متدوال ترين واسط خارجي است که تا به امروز از ا ن استفاده مي شود . هر چند به دليل اندازه بزرگ آ ن ، معمولا روي خود کامپيوتر از آ ن به عنوان واسط خارجي استفاده نمي شود .

-       50- HD  : اين رابط اتصا ل که به عنوان رابط اتصال  SCSI-2  شناخته مي شود ، متداول ترين واسط روي خود کامپيوتر است که تا به امروز از آن استفاده مي شود . استفاده از اين رابط در ادوات خارجي ، به خصوص در درايو هاي   Tape، نيز آغاز شده است . بعضي از اين کابلها توسط پيچ ثابت ثابت نگه داشته مي شوند و بعضي ديگر توسط گيره . لذا براي انتخاب کابل مناسب براي ادوات مختلف ، بايد دقت کرد .

-       HD-68  : اين رابط اتصال که به عنوان رابط اتصال  SCSI-3 شناخته مي شود ، تنها رابطي است که براي ادوات اسکازي پهن استفاده مي شود . با متداول تر شدن ادوات  SCSI-3 ، اين رابطها نيز هر روز متداول تر مي شوند .

شماره ID ادوات اسکازي

بر خلاف ادوات   IDEکه فقط داراي  Master/Slave  مي باشند ، ادوات اسکازي داراي شماره  ID مي باشند . هر وسيله اسکازي به همراه کنتر لر آ ن ، داراي يک شماره  ID واحد مي باشد . اين شماره ID اين امکان را فراهم مي آ ورد که هر فرمان روي زنجيره اسکازي مختلف مي توانند بدون نياز به ارتباط با کنتر لر ، مستقيما با يکديگر ارتباط برقرار کنند .

اين شماره IDE در ادوات SCSI-1  و  SCSI-2 ، ( ادوات اسکازي باريک ) ، بين 0 تا 7 مي باشد اما براي ادوات   Wideيا  SCSL-3 اين محدوده دو برابر شده ، بين 0 تا 15 مي باشد . در هر دوي اينها ، معمولا ID7  به کنترلر اختصاص مي يابد ، هر چند هر شماره  ID ديگري نيز مي تواند به آ ن اختصاص يابد .

درهم شدن

هد خواندن / نوشتن ضمن عبور از ميان شيارها ، بايد هر قطاع را خوانده و ان را به كنترل گر تحويل دهد . كنترل گر هم اين داده را ازطريق گذرگاه ها به كامپيوتر ميزبان منتقل مي نمايد . اگر هد و كنترل گر نتوانند با رشته داده هاي زير هد پاياپايي داشته باشند ، براي همگامي دو انتخاب وجود خواهد داشت : يكي دور موتور كم مي شود و ديگري از روش در هم شدن استفاده گردد.

استفاده از چرخش اهسته تر ، مثلا    600RPM به جاي   3600 موجب موجب زمان دستيابي طولاني خواهد شد . بنا براين روش در هم شدن باقي خواهد ماند . به دليل عقل چنين تصور مي شود كه قطاع ها بايد روي هر شيار بطور سريال شماره گذاري شوند ، زيرا هد و كنترل گر نمي توانند داده را در قطاع 1 پردازش كنند و براي قطاع 2 كه در ان لحظه زير هد است آماده شوند و مجبور است تا دور بعدي براي خواندن قطاع دوم صبر كند . بهمين ترتيب ، مادامي كه قطاع  2 در حال پردازش است ، قطاع 3  زير هد است و براي خواندن ان بايد تا دور بعدي صبر كند . به اين معني كه براي خواندن 17  قطعه از هر شيار ،17   دور بايد معطل شود . اين شماره گذاري يك شماره گذاري   1:1 است كه به بدي كاهش  RPM  مي باشد . در درهم شدن  2:1 درهم شدن قطاع ، بطور يك در ميان شماره گذاري و دستيابي مي شود . اگر كنترل گر به قدر كافي سريع نيست در هم شدن3:1    مي تواند استفاده شود . در درهم شدن   3:1 ، قطاع سه در ميان شماره گذاري مي شود . براي دست يابي به همه قطاع ها در درهم شدن  2:1 ، دو دور ودر درهم شدن3:1 ، سه دور لازم است . اين روش كامپيوتريPC/XT  بكار رفته است ، كامپيوتر قطاع 1  را دستيابي مي كند و هنگامي كه پردازش ان را تمام مي كند ، قطاع2   زير هد است . دو قطاع بين قطاع  1 و 2 زمان كافي براي كنترل گر جهت امادگي براي قطاع بعدي فراهم مي سازد . توجه كنيد كه در كامپيوترهاي قدرتمند امروزي كه در انها كنترل گرهاي  IDE و  SCSI بكار مي روند ، در هم شدن  1:1 مي تواند در يك دور همه شيارها را بخواند زيرا كنترل گرها سريع و گذرگاه داده عريض است . شكل 6-11 مفهوم در هم شدن را نشان مي دهد .

خلاصه

اين قسمت با نگاهي به سازمان ديسك فلاپي كه يك محيط حافظه ثانويه است ، آغاز شد . حافظه اصلي به  RAN و حافظه ثانويه به محيط هايي به جز   RAM اشاره دارد . اطلاعات در ديسك فلاپي بر روي شيارها ذخيره مي شود . در هر سمت ديسكت شيارهاي متفاوتي وجود دارد . هر شيار متشكل از تعدادي دسته است ، كه اين خود از يك يا چند قطاع ايجاد شده است ، هر قطاع نيز از چندين بايت اطلاعاتي تشكيل مي گردد . اطلاعات مهم در مورد فرمت ديسك در ركورد بوت ديسك نگهداري مي شود . فهرست، فايل هاي روي يك ديسك را فهرست مي كند و اطلاعات مهم درباره فايل را حفظ مي نمايد .FAT   ( جدول تخصيص فايل ) مانند يك نقشه جاده به كامپيوتر مي گويد كه كدام فايل در كدام قطاع واقع شده است .

بخش دوم به ديسك هاي سخت پرداخت . ديسك هاي ثابت يا سخت طبق سه خصيصه مهم ارزيابي مي شوند : ظرفيت ، زمان دستيابي ( سرعت دستيابي به داده ) و استاندارد ارتباط . ظرفيت ديسك سخت از ضرب تعداد شيارها در تعداد قطاع در تعداد بايت در هر قطاع حاصل مي شود . در سازمان ديسك سخت ، كلمه سيلندر به همه شيارهايي گفته مي شود كه داراي شعاع مساوي روي هر صفحه باشند . ديسك سخت قابل قسمت بندي به چند ديسك كوچكتر منطقي است . زمان دستيابي ديسك چند جز دارد : زمان جستجو ، كه عبارتست از مقدار زماني كه طول مي كشد تا هد سيلندر را پيدا كند ، زمان نشست ، عبارتست از زماني كه هد هنگام ايستادن از نوسان مي افتد، و تاخير چرخشي ( دوراني ) كه عبارتست از زمان لازم براي استقرار در يك قطاع خاص . تكنيك هاي كد بندي ( انكد كردن ) به اين معني هستند كه  و منطقي بصورت پالس درامده ودر ديسك ذخيره مي شوند . روش هاي معمول كد بندي عبارتست از FM  ، MFMوRLL. دو استاندارد ارتباط مهم بين ديسك هاي سخت و PC عبارتند از  IDE و SCSI . در هم شدن براي دستيابي سريع در قطاع متوالي بكار مي رود