В предпочтительности применения жестких дисков повышенной емкости можно убедиться с помощью таблицы 3, в которой приведен типичный, но несколько устаревший пример использования дискового пространства для Windows 98. 

            В начале 2004г винчестеры емкостью менее 80Гб уже практически не производятся, обычными стали 80 – 160 Гб и более. 

            При установке жестких дисков с интерфейсом Enchanced IDE необходимо учитывать некоторые их особенности, связанные с так называемым барьером емкости, достижением хорошего уровня производительности, совместным использованием с другими устройствами и обеспечением надежной и устойчивой работы.

             Однако прежде, чем говорить о перспективах модернизации жестких дисков, следует получить ответы на некоторые вопросы. 

             Что такое PIO и DMA?

                        Это режимы программного ввода/вывода (Programmed Input/Output) и прямого доступа к памяти (Direct Memory Access) на винчестерах стандарта IDE/EIDE. Программный ввод/вывод – обычный метод обмена с IDE-винчестером, когда процессор при помощи команд ввода/вывода считывает или записывает данные в буфер  винчестера, что отнимает какую-то часть процессорного времени. Ввод/вывод путем прямого доступа к памяти идет под управлением самого винчестера или его контроллера в паузах между обращениями процессора к памяти, что экономит процессорное время, но несколько снижает максимальную скорость обмена. В однозадачных системах более предпочтителен режим PIO, в многозадачных – режим DMA. Однако для реализации режима DMA необходимы специальные контроллеры и драйверы, тогда как режим PIO поддерживается всеми без исключения системами.

             Что обозначают режимы PIO и DMA? 

            Номер режимов обозначают скорость (или время одного цикла) обмена.

 PIO Время цикла, нс Максимальная скорость обмена, Мб/с

0                 600  3,3

1                383  5,2 

2                240  8,3 

3                180  11,1

4                120  16,6   

5                100  20,0

             Режимы 0…2 относятся к обычным IDE (стандарт ATA), 3…4 – к EIDE (ATA-2). Режим 5 – к АТА-3.

За один цикл передается слово (2 байта), поэтому скорость вычисляется так (например, для PIO-3):

 1 000 000 000 ns/180nsx2 =      11 111 110 б/с

             Режимы DMA делятся на однословные (single word) и многословные (multiword) в зависимости от количества слов (циклов обмена), передаваемых за один сеанс работы с шиной; 

DMA Время цикла, нс Максимальная скорость обмена, Мб/с

Single word 

0           960 2,1

1          480 4,2

2          240 8,3 

Multiword 

0                    480 4,2

1          150 13,3

2          120 16,6

3          100 20,0

             Режимы Single Word 0…2 и Multiword 0 относятся к АТА, 1…2 – к АТА-2, режим 3 – к АТА-3.

             Поддерживаемые контроллером или винчестером режимы определяют лишь максимально возможную скорость обмена по интерфейсу — реальная скорость обмена определяется частотой вращения дисков, скоростью работы логики винчестера, скоростью работы процессора и памяти и еще множеством других причин.

             Что такое Blocke Mode? 

            Это режим блочного обмена с IDE – винчестером. Обычный обмен делается посекторно: например при чтении пяти секторов запрашивается чтение первого, винчестер считывает его во внутренний буфер, процессор забирает данные в свою память, запрашивается чтение другого сектора и т.д. При этом между обращениями к последовательным секторам может проходить достаточно времени, чтобы очередной сектор «уехал» из-под головки, и для его считывания потребуется лишний оборот диска. 

            При блочном чтении винчестеру вначале сообщается количество секторов, обрабатываемых за одну операцию, он считывает их все во внутренних буфер, и затем процессор забирает все секторы сразу. Различные винчестеры имеют разный размер внутреннего буфера и разное количество секторов на операцию. 

            Наибольший выигрыш от блочного режима получается тогда, когда основная работа идет с фрагментами данных, не меньшими, чем Blocking Factor (количество секторов на операцию), и наименьший, или совсем никакого – при преобладании работы с мелкими фрагментами, когда обмен идет одиночными секторами.

             Для работы в блочном режиме необходим винчестер, поддерживающий этот режим, и BIOS или драйвер, умеющий им управлять. Никакой поддержки со стороны системной платы или внешнего контроллера не требуется.

            Что такое LBA?

             Logical Block Addressing — адресация логических блоков в EIDE – винчестерах. В стандарте АТА был предусмотрен только классический способ адресации секторов — по номеру цилиндра, головки и сектора. Под номер цилиндра было отведено 16 разрядов, под номер головки  - 4 и сектора – 8, что давало максимальную емкость винчестера в 128 Гб, однако BIOS c самого начала ограничивал количество секторов до 63, а цилиндров — до 1024, этому же примеру последовал и DOS, что в итоге дало максимальный поддерживаемый объем в 504 Мб. 

            Метод, использованный для передачи BIOS`у адреса сектора, оставляет свободными 4 старших разряда в номере головки, что позволило увеличить поддерживаемую DOS емкость еще в 16 раз – до 8Гб. Для стандартизации метода передачи адреса сектора винчестеру был введен режим LBA, в котором адрес передается в виде линейного 28-разрядного абсолютного номера сектора, преобразуемого винчестером в нужные номера цилиндра (головки) сектора.

            Для работы в режиме LBA необходима поддержка как винчестера, так и его драйвера (или BIOS). При работе через BIOS винчестер представляется имеющим 63 сектора, число головок, равное степени двойки (до 256) и необходимое число цилиндров. BIOS преобразует эти адреса в линейные, а винчестер – в адреса собственной геометрии.

             Проблемы, связанные с ограничением емкости IDE жестких дисков величиной 528 Мб (Под DOS/Windows), могут возникать только при установке их в довольно старые компьютеры, BIOS которых не поддерживает режим Logical Block Address (LBA). В таком случае требуется либо применение специального драйвера, либо использование IDE контроллера с собственным BIOS. 

            Используемая в настоящее время версия LBA поддерживает до 500 Гб, однако более ранние версии, которые применялись в BIOS первых плат под процессоры Pentium, имели ограничения сначала в 2Гб, а потом в 8Гб. Для таких плат применение жестких дисков большой емкости затруднительно (требуется прошивка BIOS).

            При использовании встроенных в системную плату (или отдельных) контроллеров, допускающих режим обмена PIO Mode 3 и 4, удается получить скорость передачи данных на хорошем уровне 2 – 3 Мб/с (по Norton Sysinfo). Однако не стоит пренебрегать при необходимости и другими известными примерами повышения производительности дисковой подсистемы. Один из основных способов — это применение для DOS/Windows программного кэширования диска с помощью SmartDrive. Программное кэширование гибче и быстрее аппаратного, так как для обмена данными с кэш-памятью не используется системная шина.

            Системные платы со встроенными Bus Master Enchanced IDE контроллерами позволяют использовать для передачи данных не только режим PIO, но и DMA (при установке соответствующего драйвера). В этом случае возрастает производительность как дисковой системы, так и общая — за счет снижения загрузки процессора операциями ввода/вывода.

             При подключении жесткого диска и привода CD-ROM с интерфейсом IDE/ATAPI к одному и тому же каналу IDE – контроллера производительность диска может резко упасть. В этом случае рекомендуется для CD-ROM использовать другой канал (т.е. желательно применять двухканальные Enchanced IDE контроллеры, поддерживающие 4 устройства). 

            О возможностях эффективного режима Ultra DMA/66 и Ultra ATA/100 рассказано в разделе «Новое в системных платах». 

            Повышение скорости работы интерфейса до 100 Мб/с в режиме Ultra DMA/100 по сравнению с 33 Мб/с для Ultra DMA 133 приводит к некоторому увеличению производительности, но весьма небольшому. В то же время переход к более скоростным интерфейсам и возрастание количества подсоединяемых устройств требует определенных мер по обеспечению устойчивой работы. В отличие от SCSI, где этим проблемам уделяется особое внимание, в IDE нет средств для контроля четности, целостность данных не проверяется и о ее нарушении не сигнализируется. Поэтому особое внимание должно уделяться мерам конструктивного характера. Длина кабеля не должна 18 дюймов (45,7 см), разъем для второго жесткого диска должен находиться не далее чем в 6 дюймах (12,5 см) от его конца. Эти рекомендации актуальны, поскольку кабеля зачастую изготавливаются самостоятельно.

Дизайн и программирование - Joker -  2005г.