Luglio 2004 Accesso al Disco Fisso 1

Velocità di accesso al disco fisso

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Cos'è, e a cosa serve il disco fisso

L'hard disk è il componente nel quale vengono memorizzati in modo permanente i files necessari al funzionamento del sistema operativo, dei programmi, ma anche quelli relativi ai dati personali.

Internamente è costituito da piatti in materiale metallico magneto-resistivo e da delle testine, che, sorrette da bracci metallici, viaggiano sulla superficie di questi per registrare i dati.

I dati vengono registrati tramite tracce magnetiche sulla superficie dei piatti.

E' evidente che più veloci saranno le operazioni di ricerca, lettura e trasferimento dati, più veloce risulterà di conseguenza il sistema.

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Interfacce dei dischi fissi

Le interfacce più comuni sono principalmente 2:

• EIDE• SCSI

La prima interfaccia è diffusa su PC di fascia medio-bassa o comunque su PC di uso comune.

La seconda è pressoché un MUST nelle configurazioni server e fino a poco tempo fa era l'unica alternativa considerabile per coloro che pretendevano dal proprio sistema il massimo delle prestazioni.

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EIDE: ...un po' di specifiche

L'interfaccia EIDE si è evoluta col passare degli anni, ed è ormai presente nei nostri PC da almeno un ventennio.I dischi EIDE oggi sono abbastanza veloci e sono idonei per quasi tutte le applicazioni.La tipica velocità di rotazione dei dischi dotati di questa interfaccia è di 7200rpm, in passato sono stati prodotti supporti da 3600 e 5400rpm.

PRO:• costo contenuto• praticamente tutte le MB integrano un controller

EIDE

CONTRO:• sono gestibili solo 2 periferiche su ogni BUS• le prestazioni non sempre soddisfano

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SCSI: ...un po' di specifiche

Anche l'interfaccia SCSI è stata oggetto di successive revisioni negli anni.I dischi SCSI oggi sono molto veloci e sono sicuramente idonei ad ogni tipo di applicazione. Tipicamente vengono installati in configurazioni utilizzate in ambiti in cui le prestazioni della macchina sono molto importanti.La tipica velocità di rotazione dei dischi dotati di questa interfaccia è di 10.000rpm, ma si iniziano a trovare in commercio anche supporti con velocità > di 13.000rpm.

PRO:• altissime velocità di tranfer rate• su ogni bus possiamo collegare fino a 14 dispositivi

CONTRO:• costi elevati• il controller SCSI non è quasi mai integrato sulla scheda

madre, se escludiamo le MB destinate esclusivamente ai server.

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EIDE vs. SCSI

EIDE SCSI

Applicazioni tipiche Sistemi monoutenteWorkstation professionali

Server

Dispositivi supportati

HD

CD/DVD-ROM

CD/DVD-RW

HD interni ed esterni

CD/DVD-ROM

CD/DVD-RW

Scanner e molti altri

Transfer rate

16,33,66,100,133 Mb/s

(ipotetici, quelli reali sono molti di meno)

Fino a 320 Mb/s

Numero dispositivi 2 per canaleFino a 14 con Wide SCSI

Installazione Connettore su M.B.Richiede adattatore SCSI

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Una breve parentesi: I dischi fissi esterni

Ultimamente si stanno diffondendo sempre più, grazie alla loro praticità, al tranfer rate non più penoso e ai prezzi non più proibitivi.

• Interfaccia USB 1.x: trasfer rate di circa 1MB/s

• Interfaccia USB 2.x: transfer rate fino a 60MB/s

• Interfaccia FireWire: transfer rate circa identico a quello dell'”interfaccia principale” del dispositivo.

Nella maggior parte dei casi parliamo di classici HD con interfaccia EIDE o SCSI che vengono fatti dialogare col pc per mezzo di particolari adattatori su canale USB o FireWire.Negli scorsi anni era diffuso anche il collegamento su porta parallela, che oggi è assai obsoleto. Il transfer rate era infatti molto inferiore a 1Mb/s.

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Una “nuova” intefaccia

Da qualche tempo a questa parte si sta diffondendo una “nuova” interfaccia:

il SERIAL-ATA.

Non possiamo definirla come totalmente nuova, in quanto si tratta di uno step di evoluzione del vecchio (parallel-)ATA.

Con serial ATA il transfer rate teorico massimo arriva a 150Mb/s, ma sono già in cantiere nuove evoluzioni che lo porteranno (almeno nelle previsioni) intorno ai 300Mb/s agguerrendo così la competizione con lo SCSI.

C'è chi è pronto a scommetere che questa sarà l'”interfaccia del futuro”.Lo sarà??? Boh.

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Una “nuova” intefaccia (2)

Potrebbe sembrare strano che un protocollo seriale vada più veloce di un protocollo parallelo; ma il “vecchio” (parallel-)ATA era stato originariamente progettato per sopportare transfer rate decisamente più bassi di quelli attuali, ed era ormai al collasso.Già dall'introduzione del UDMA 66 era stato necessario adottare cavi particolari. Il numero dei poli è dovuto raddoppiare (da 40 a 80) a causa dell'introduzione di un filo collegato a massa ogni 2 fili che trasportano dati.L'elevata velocità di trasferimento provocava effetti di corruzione su dati trasmessi su due fili vicini.

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Il disco fisso: una delle poche componentimeccaniche ancora presenti all'inteno dei PC

Facciamo qualche considerazione:

• transfer rate tra CPU e memoria RAM > 6,4Gb/s• transfer rate canale AGP > 5Gb/s• .......

tutte le componenti elettroniche hanno transfer rate impressionanti.

Il “limitato” transfer rate dei dischi fissi è sicuramente imputabile al fatto che è pressoché l'unica componente meccanica all'interno del PC, e come per ogni altra componente meccanica, i progettisti devono fare i conti con la fisica.

Ad oggi infatti non è possibile produrre un disco che giri a 100.000rpm senza che consumi uno sproposito di corrente e senza che fonda a causa del calore generato.

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Una componente importante dell'evoluzione

L'evoluzione dei dischi fissi ha comportato anche l'aumento di densità dei dati su ogni piatto, necessario al fine di produrre HD uguali in dimensioni fisiche, ma sempre più capienti.

Pochi anni fa un disco da 8.4Gb della Western-Digital era composto da 4 piatti e 8 testine; oggi un disco da 40Gb della Maxtor ha 1 solo piatto e 2 testine.

Pochi giorni fa Segate ha annunciato la prossima messa in produzione di dischi con piatti da 40Gb per faccia.

...ma siamo proprio sicuri che > densità = = > prestazione ?

Se consideriamo una lettura sequenziale sicuramente sì, ma se prendiamo in considerazione un HD partizionato e un processo che copia da una partizione all'altra, non possiamo fare nessuna considerazione a priori riguardo il vantaggio di prestazioni rispetto ad un disco con un maggior numero di piatti (meno capienti); tutto dipende dalla collocazione fisica delle partizioni sulla superfice del/dei piatti.

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Il problema del calore

Un problema generato dalle alte velocità di rotazione dei dischi è la dissipazione del calore.

Sono già in commercio HD che scaldano fino a produrre temperature che si aggirano attorno ai 50 gradi. Un ulteriore innalzamento della temperatura potrebbe causare la dilatazione dei materiali interni e di conseguenza anche seri guasti dovuti a problemi strutturali.

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Una soluzione per migliorare le prestazioni

Poiché la tecnologia attuale non ci permette di aumentare le prestazioni per sopraggiunti limiti meccanici, possiamo utilizzare alcuni trucchi.

Facciamo alcune considerazioni:

• I processori raddoppiano le prestazioni ogni 18 mesi (Legge di Moore).

• I dischi no.• Però i dischi si dimezzano di prezzo più velocemente.

IDEA! Combiniamo più dischi per accedervi in modo parallelo.

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RAID: Redundant Array of Indipendents Disks

Due possibili implementazioni:

• Hardware• Software

Più possibili impieghi:

• Mirroring• Striping• Mirroring + Striping

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RAID: come funziona

Mirroring: Lo stesso flusso dati arriva a due o più dischi. In pratica si creano più copie identiche dello stesso file system.

Striping:Il flusso dati destinato all’HD viene suddiviso su più BUS a ciascuno dei quali è collegato uno e un solo disco. In pratica si satura tutta la banda che il disco è in grado di ricevere, generando un transfer rate che almeno teoricamente potrebbe raggiungere: transfer rate disco X numero dischi.L’interfaccia RAID ci permette di vedere anziché più drive separati, un singolo drive.

Mirroring + Striping:Combinazione delle due soluzioni.

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ConclusioniSeppur il transfer rate supportato dalle interfacce di collegamento degli HD sia di diversi ordini di grandezza inferiore rispetto a quello delle altre interfacce presenti nel Pc, il vero fattore limitante sembra essere la struttura dei dischi fissi in sé.

Probabilmente nei prossimi anni assisteremo ad un qualche cambiamento strutturale nella costruzione di dischi fissi, che permetterà loro di fare un vero salto di prestazioni.