Продолжение (начало в # 122)

Motherboard & Bus (основная плата и шина)

Все "внутренности" персонального компьютера связаны единым набором проводников для передачи сигналов от блока к блоку – общей шиной (bus: от латинского omnibus – для всех). Эта шина формируется на сложной многослойной печатной плате – основной, или материнской (motherboard).

В первых IBM PC по такой шине за один такт передавался один байт информации. Эта XT-bus (extended Technology) уже не используется, но устройств, пригодных для подключения к ней, выпущено много. Поэтому более мощная шина AT (Advanced Technology), или ISA (Industrial Standard Architecture), передающая по 2 байта за такт, сконструирована так, чтобы к ней могли подключаться любые устройства от XT. Аналогично шина EISA (Extended ISA), передающая по 4 байта за такт, допускает подключение любых ХТ- и ISA-устройств. Шина MCA (Micro Channel Architecture), по мощности равная EISA, указанной совместимостью не обладает. Корпорация IBM, создавая ее, надеялась таким способом заставить пользователей покупать только ее устройства – но добилась лишь, что сами компьютеры с MCA-bus почти никто не приобретает.

Шина NuBus, используемая в компьютерах Macintosh, по своим возможностям близка к EISA и МСА.

На основной плате когда-то были только шина, процессор и оперативная память. Все остальные устройства размещались на сменных платах, включаемых в разъемы шины. Сейчас на motherboard находится добрая половина компьютера – и контроллер дисков, и видеоадаптер (если вам не нужно что-нибудь сверхмощное)... А вот процессор и память зачастую помещены на сменные платы – ибо более мощные процессоры и более емкие микросхемы памяти появляются по нескольку раз в год.

Джобе первым разместил на основной плате NeXT универсальный контроллер низкоскоростных периферийных устройств. 12-каналь-ный! Пока это рекорд. Даже в Macintosh AV единый контроллер обеспечивает всего 9 каналов, хотя на motherboard есть для некоторых общепринятых устройств отдельные контроллеры.

Intel platform (интеловская основа)

Первоначально каждый изготовитель компьютеров сам разрабатывал основную плату. Затем выделилось несколько фирм (в основном дальневосточных), выпускающих платы на продажу. Ими пользовались обычно клонмейкеры второго-третьего разряда.

Фирма Intel не ограничивается выпуском процессоров. Она изготовляет почти все компоненты, необходимые для построения motherboard, а с 1994 года – и motherboard в сборе. Качество этих плат достаточно высокое, и их используют даже многие фирмы brand name. Правда, не для новейших своих разработок – в них для повышения мощности есть нестандартные трюки, вроде множества шин, – но для самых ходовых конфигураций.

Массовый выпуск плат заметно снижает их цену. И хотя монополизм всегда опасен, тут он нам не грозит – конкурентов у Intel хватает.

Local bus (локальная шина)

Тактовая частота шины ограничена возможностями подключенных к ней устройств. Поэтому даже EISA, выдерживающая до 25 МГц, обычно используется при 8 МГц. Для особо быстродействующих устройств нужны другие способы подключения.

Отдельные (локальные) шины, работающие с частотой процессора, появились прежде всего для памяти – основной и cache. Затем на локальную шину "посадили" видеоадаптер. Эту Video Local Bus создала группа Video Electronic Standard Architecture, и поэтому у нее два обозначения – VLB и VESA.

VLB очень проста – практически это продолжение внутренней шины процессора – и поэтому дешева. Но из-за простоты к ней подключается не более трех устройств. Фирма Intel разработала локальную шину с самостоятельными схемами управления – Peripheral Component Interconnect. К шине PCI подключается до 10 устройств, ее контактные разъемы совместимы с EISA. Поэтому в мощных компьютерах она вытесняет VLB, несмотря на разницу в цене (порядка 100-200 долларов).

Ради удешевления PCI нeкоторые изготовители попытались упростить конструкцию шины. Результат отступления от стандарта печален – вплоть до потери битов при записи на винчестер! Покупайте PCI только brand name. И проверяйте при покупке. Даже у уважаемой Gateway PCI-машины первых выпусков работали со сбоями.

К локальным шинам сейчас подключают не только видеосистему, но и другие скоростные устройства – прежде всего, магнитные диски. На общей шине стараются оставить лишь "медленные" блоки, и возможностей ISA для большинства компьютеров хватает. Платить лишние 200 долларов за EISA стоит лишь в особо мощных системах (главным образом в серверных центрах компьютерных сетей).

Шины VLB и PCI работают с частотой до 33 МГц. В начале 1995 года утвержден стандарт PCI на частоту 66 МГц, а заодно и стандарт на ширину шины в 8 байт. Насколько можно судить, широкой шиной воспользуются в первую очередь в IBM-совместимых машинах, чтобы использовать существующие сменные платы: узкую плату к широкой шине подключить проще, чем медленную к быстрой. Зато в компьютерах на базе PowerPC, где запаса старых устройств пока нет, будут ориентироваться на быструю шину, а уже затем заботиться о ее ширине. Впрочем, ширина необходима всем – и Pentium, и PowerPC используют внутрипроцессорную 8-байтовую шину, и продолжить ее 8-байтовой же локальной очень удобно. В компьютерах на PowerPC уже в 1996 году никаких шин, кроме PCI, не будет. Тем более, что PCI может работать не только как локальная шина, но и как общая (у общей дисциплина взаимодействия подключаемых устройств сложнее). Поэтому несколько фирм уже изготовляют переходники для подключения к PCI-шине NuBus- и EISA-плат. Так что, купив новый компьютер, вы сможете использовать старую периферию к нему. Пока не надоест.

Winchester (винчестер)

Первый полностью герметизированный (для защиты от пыли) накопитель информации на магнитных дисках, созданный фирмой IBM, включал 2 диска диаметром 14 дюймов (!), на каждый из которых записывалось 30 Мбайт. Соответственно его обозначили 30/30. Так же обозначалась популярная винтовка образца 1888 года фирмы Winchester. И герметичные дисководы обрели название. ????? персональных компьютеров возникли винчестеры диаметром 5,25", для портативных – 3,5"; в нынешние ноутбуки уже ставят накопители диаметром 2,5" и даже 1,8". Винчестеры размером 5,25" уже сходят со сцены: даже в настольных компьютерах чаще стоят 3.5" – на специальных стойках, чтобы держаться в большом гнезде.

Устройства управления винчестерами – контроллеры – раньше размещались на отдельных печатных платах. Теперь почти все нужные схемы встраивают в корпус винчестера – Integrated Drive Electronic (IDE), а немногие оставшиеся компоненты обычно включены в motherboard. Сейчас разработан усовершенствованный (enhanced) вариант контроллера – EIDE, специально для размещения на motherboard.

Винчестеры – это не только сложная электроника, но и точная механика. Делать их куда сложнее, чем чисто электронную часть компьютера, и занимаются этим лишь некоторые крупные фирмы.

Считывая информацию с диска, магнитные головки дисководов движутся над его поверхностью. В первых винчестерах перемещение из конца в конец занимало сотни миллисекунд, затем десятки... Чтобы уменьшить перемещения, используют по нескольку головок на каждый диск. Так что в нынешних винчестерах ожидать доступа к нужной информации приходится не более 20 мс, а в лучших моделях – не более 8-9 мс.

Емкость первых винчестеров для PC была 10 Мбайт. Сейчас винчестеры объемом менее 200 Мбайт уже практически не выпускаются, и хотя купить их из старых запасов еще можно, вряд ли они того стоят. Чем больше емкость, тем дешевле каждый байт – ведь цена механизмов дисковода от емкости почти не зависит!

Сейчас винчестеры стоят всего 0,3-0,5 доллара за 1 Мбайт. Правда, еще года два назад цены были втрое выше. А еще через год ожидается падение цен вдвое. Казалось бы, стоит обождать с покупкой. Но...

Современные сложные программные комплексы занимают на дисках десятки мегабайт, базы данных и графика – сотни. Поэтому какой бы винчестер вы ни купили, его окажется мало. А нарастить трудно – к IBM PC подключается без особых сложностей всего два винчестера. Поэтому уже при покупке не скупитесь.

Кстати, покупать второй накопитель лучше той же фирмы, что и первый. Интерфейсы модернизируются, и винчестеры разных производителей могут друг другу заметно мешать.

Preformatting (предварительное низкоуровневое форматирование)

Ахиллесова пята любых систем с подвижными головками – устройства перемещения этих головок. Они должны позиционировать их точно на магнитную дорожку. И минимальный необходимый шаг дорожек всецело определяется точностью позиционера. Но со временем устройство позиционирования, как любая механика, изнашивается, деформируется... Головки перестают попадать на дорожки.

Каждый сектор диска состоит из двух полей. Кроме информации, записываемой пользователем, на нем есть и служебные поля – формат низкого уровня. По ним дисковод проверяет, туда ли он попал. Из-за неизбежных при погрешностях позиционирования магнитных наводок эта служебная информация постепенно разрушается. И даже при точном попадании возможно сообщение об ошибке: "Сектор не найден".

Поэтому время от времени старый диск приходится освежать – форматировать заново и записывать информацию на прежние места. Чтобы не возиться с сохранением информации на других носителях, это делают в один прием: прочли информацию с дорожки диска, отформатировали ее и тут же записали заново. Для этого разработано множество программ. Например, в популярный у нас комплект Norton Utilities входят программа Disktool, способная проделать это с гибкими дисками, и Calibrate – для винчестеров.

Calibrate заодно умеет менять чередование (interleaving) – соответствие между физическими и логическими номерами секторов на дорожке. Размещая информацию не в соседних секторах, а с промежутками, можно дать медленному компьютеру время для обработки одного сектора прежде, чем к головкам подойдет следующий.

Но как ни реанимируй диск, плотность дорожек все равно ограничена погрешностями механики. И в практику вошел радикально иной принцип – позиционирование по информации, хранящейся на самом диске. В винчестерах головки стали выставлять по уровню сигнала от самих головок, читающих уже записанную на диске информацию, прежде всего, служебную разметку – ее структура стабильна, и ориентироваться по ней легче.

Позиционирование по сигналам от самого диска увеличило точность механизма – а значит, и емкость устройств – в десятки и сотни раз. Поэтому все современные винчестеры предварительно размечены на заводе-изготовителе. И любая попытка отформатировать такой накопитель "на низком уровне" может обернуться полным выходом его из строя.

Заодно в контроллеры дисководов ввели собственную кэш-память размером по меньшей мере на одну дорожку. Теперь она читается или записывается целиком, а обмен информацией с компьютером идет по мере надобности. Необходимость в чередовании отпала, и программы типа Calibrate потеряли всякий смысл. Их еще включают в популярные инструментальные пакеты – для тех, кто не расстался с музейной техникой. Но пользоваться подобными инструментами на новых винчестерах опаснее, чем каменным топором при ремонте хронометра.

У многих IDE-винчестеров программы, необходимые для низкоуровневого форматирования, записаны в постоянную память контроллера. Но рисковать в расчете на это не стоит. Если с вашим винчестером что-то не в порядке – не пытайтесь переразмечать диск самостоятельно. Обратитесь к специалисту!

Logical partition (логическое разделение)

Еще недавно операционная система MS-DOS для IBM PC обслуживала диски емкостью не более 32 Мбайт. Поэтому большие винчестеры программно делились на несколько независимых частей (partitions) – логических дисков.

Начиная с версии 4.00 MS-DOS обслуживает диски до 2 Гбайт, но привычка разделять винчестер сохранилась. Избавьтесь – привычка эта вредная. Все достоинства расчленения винчестера (их с легкостью перечислит любой специалист) меркнут перед одной проблемой, с которой вы неизбежно столкнетесь. Что делать, если на одном логическом диске свободного места еще много, но ваша база данных хранится на другом?

Redundand Array of Inexpensive Disks (избыточный массив недорогих дисков)

Даже 2,6 Гбайт самого мощного нынешнего винчестера исчерпываются очень быстро. Кроме того, отслужит он свои 3-5 лет гарантийного срока – и... А если случайно поломается раньше?

И появился "избыточный массив недорогих дисков": в нем несколько винчестеров разделяют всю работу между собой. В простейшем случае (уровень 0) информация просто дублируется, чтобы при поломке одного винчестера можно было работать с другим. В самом мощном на сегодня варианте (уровень 5) по каждым 4 байтам формируется 5-й, чтобы в случае потери части информации программно восстановить ее. Эти байты разделяются между 5 винчестерами. В случае поломки одного из них его можно заменить не прерывая работы, и восстановить на новом винчестере старые данные по той информации, что хранится на остальных. Можно отвести отдельный диск и каждому из 40 битов этих 5 байтов. Но это уже для особо надежных приложений и особо богатых пользователей (в частности крупных банков).

Некоторые приемы дублирования можно использовать совместно. Например, RAID 10 – это одновременное применение первого и нулевого уровней. Но, несмотря на название "недорогой", RAID-комплекс стоит заметно дороже обычного винчестера – сейчас около 1 доллара ^ Мбайт. Ведь в нем и основные винчестеры, и избыточные, и дополнительная электроника для их взаимодействия. А емкость нынешних комплексов -10-114 Гбайт. Но если ваша информация дороже...

От редакции:

 – Кажется, многомудрая IBM все-таки сделала устройство с одним герметичным неснимаемым блином и одним сменным. И еще: проблемы с подключением дополнительного "винта", требование, чтобы они были от одной фирмы, и ограничение (не более двух) относятся только к IDE.

 – Статья о Logical Partitions, на мой взгляд, и неверна, и неполна. История борьбы куда сложнее, и называется это по-другому. Partition бывает Primary или Extended, a Logical бывают Drive. На самом деле все это старинные ШМ'овс-кие уловки: диск можно развивать как угодно, и большинство нормальных ОС умеют это делать, отчего в интерпретации и использовании таблицы разделов на PC царит полный разброд. Ограничения есть не только в DOS, но и в BIOS, и до сих пор отравляют всем жизнь.

 – Наконец, файловая система DOS устроена так, что при увеличении размера файловой системы возрастают размер кластера и непроизводительные расходы на хранение маленьких файлов. Я имел случай сравнить пространство, занимаемое одной и той же типичной для DOS файловой популяцией на файловой системе размером ЗЗО и 1О5 Мбайт. Потери на большей файловой системе составили, помнится, мегабайт пятнадцать. С тех пор я "режу" диски на "куски" размером в одну ленту – 60,150 или (под UNIX или OS/2) 2 5О Мбайт.

Георгий Кузнецов