Uusia kiintolevytekniikoita. Kiintolevyt - tallennustekniikan kehitys

HDD tai kiintolevy on yksi henkilökohtaisen tietokoneen osista. Tämä on laite, johon lähes kaikki tiedot ja ohjelmat tallennetaan. Kiintolevyn toimintaperiaate perustuu materiaalien jäännösmagnetoitumiseen. Tiedon välitön kantaja on yksi tai useampi levy, joka on päällystetty ferromagneettisella materiaalilla. Pinnan yläpuolella, sanan kirjaimellisessa merkityksessä, leijuu pää, joka magnetoimalla miljardeja pieniä alueita tallentaa tietoa ja rekisteröimällä jäännösmagneettikentän, se lukee sitä.

Ensimmäinen kovalevy ilmestyi vuonna 1956. Se koostui 50 levystä, joiden halkaisija oli 60 cm ja jotka pyörivät nopeudella lähes 1,5 tuhatta kierrosta minuutissa. Sen kapasiteetti oli vain 5 MB, ja se muistutti kooltaan modernia jääkaappia.

Evoluutioprosessissa levylle kirjoitetun tiedon tiheys kasvoi, jolloin kapasiteetti kasvoi ja mitat pienenivät vähitellen. Nyt tietojen tallennustiheys on kasvanut noin 60 miljoonaa kertaa ensimmäisiin malleihin verrattuna. Tällä hetkellä kovalevyjen kapasiteetti on satoja ja tuhansia Gt. Vaikka niiden valmistajat ovat saavuttaneet melko korkeat tekniset ominaisuudet, teknologian kehitys jatkuu tähän päivään asti.

rinnakkainen tallennus. Yksi muistisolu, jota kutsutaan verkkotunnukseksi, koostuu useista ferromagneettiatomeista, jotka peittävät kantolevyt. Jotta voidaan sulkea pois yhden verkkotunnuksen vaikutus toiseen, sen vieressä sijaitsevaan, ne on erotettu toisistaan erityisillä puskurivyöhykkeillä. Tämä tarjoaa tallennetun tiedon luotettavimman tallennuksen, mutta tekee mahdottomaksi pienentää verkkotunnuksen kokoa loputtomiin. Rinnakkaistallennustekniikalla magneettiset hiukkaset sijoitetaan siten, että magneettinen suuntausvektori on yhdensuuntainen levyn pinnan kanssa. Tästä syystä menetelmän nimi. Teknologisesta näkökulmasta tämä on yksinkertaisin kaikista mahdollisista ratkaisuista, ja siksi tekniikka on suhteellisen halvin ja yksi luotettavimmista. Mutta on myös rajoitus, joka on menetelmän haitta - suurin tiheys on noin 23 Gb / cm 2.

kohtisuora sisääntulo. Tekniikka syntyi vuodesta 2005 lähtien. Tässä magneettiset suuntausvektorit ovat kohtisuorassa levyn pintaan nähden. Siten naapurialueiden magneettikentät on suunnattu rinnakkain toistensa kanssa eivätkä käytännössä ole vuorovaikutuksessa. Puskurivyöhykkeitä ei tarvitse asettaa, ja siksi on mahdollista nostaa tiedon tallennustiheyttä. Suurin teoreettinen tiheys on 75 Gbit/cm 2 .

TallennustekniikkaHAMR, itse asiassa on kohtisuoran jatko. Erona on, että verkkotunnus lämpökäsitellään ennen kirjoittamista. Siksi tekniikkaa kutsutaan "termimagneettiseksi tallennukseksi". Kuumentamalla aluetta tarkasti lasersäteellä saavutetaan erittäin korkea tiedon tallennustiheys - jopa 150 Gbit/cm 2 . Toistaiseksi tämä on lupaava tekniikka, joka on testausvaiheessa. Tallennusvälineiden valmistajat luottavat siihen, että jos sitä kehitetään edelleen, on mahdollista saavuttaa yleisesti uskomaton suorituskyky - tallennustiheys 7 Tbit / cm 2. Mutta tämä on edelleen vain kaukainen teoria, jota käytäntö ei vahvista.

Muuten, riippumatta siitä, kuinka erinomaiset kiintolevyjen ominaisuudet ovat, ne ovat alttiita sellaisille ongelmille kuin tietojen katoamisen todennäköisyys. Ja tämä ei itse asiassa riipu käytetystä tallennustekniikasta. Siksi tiedostojen palautusohjelma tulee olemaan suosittu henkilökohtaisten PC-käyttäjien keskuudessa pitkään.

HDD:lle tallentamiseen käytetään menetelmiä FM, modified Frequency modulation (MFM) ja RLL-menetelmää, jossa jokainen datatavu muunnetaan 16-bittiseksi koodiksi.

MFM-menetelmällä tiedon tallennustiheys kaksinkertaistuu FM-menetelmään verrattuna. Tässä menetelmässä (Kuva 14.2) jos kirjoitettava databitti on yksi, edellistä kellobittiä ei kirjoiteta. Jos on kirjoitettu" 0 "ja edellinen bitti oli" 1 ”, silloin kellosignaalia ei tallenneta yhtä hyvin kuin databittiä. Mutta jos ennen 0 'hieman arvoinen' 0 ”, synkronointisignaali tallennetaan.

Tällä hetkellä merkintöjä on 3 tyyppiä:

Rinnakkaiskirjoitusmenetelmä

Tällä hetkellä tämä on yleisin tekniikka tietojen tallentamiseen kiintolevylle. Tietobitit tallennetaan käyttämällä pientä päätä, joka kulkiessaan pyörivän levyn pinnan yli magnetoi miljardeja vaakasuuntaisia erillisiä alueita - alueita. Jokainen näistä alueista on looginen nolla tai yksi, riippuen magnetoinnista. Nykyään domaineista on tulossa niin pieniä, että kysymys niiden vakaudesta on akuutti. Tämän tekniikan jatkokehitys on kyseenalainen, monet pitävät tätä menetelmää loppuun käytettynä. Tällä menetelmällä tallennustiheys on tällä hetkellä 150 Gb/in² (23 Gb/cm²).

Kohtisuora tallennusmenetelmä

Lisääntyvän tiheyden ongelman ratkaisemiseksi edelleen monet valmistajat harkitsevat tekniikkaa, joka tallentaa tietobittejä pystysuoriin alueisiin. Tämä mahdollistaa vahvempien magneettikenttien käytön ja pienentää 1 bitin tallentamiseen tarvittavaa materiaalia. Kokeellisen prototyypin tallennustiheys on 200 Gb/in² (31 Gb/cm²), jatkossa tiheyttä on tarkoitus nostaa 400-500 Gb/in² (60-75 Gb/cm²).

Lämpömagneettinen tallennusmenetelmä

Lämpömagneettisen tallennuksen menetelmää (Eng. Heat assisted Magnetic Recording – HAMR) kehitetään parhaillaan aktiivisesti. Tämä menetelmä käyttää levyn pistekuumennusta, jonka avulla pää voi magnetoida hyvin pieniä alueita sen pinnasta. Kun levy on jäähtynyt, magnetointi "korjautuu". Tätä menetelmää Seagate ja IBM aikovat käyttää saavuttaakseen 4 Tbps:n tiheyden neliömetriä kohti. tuuma (620 Gbps per neliöcm). Tämä mahdollistaa 3,5 tuuman kiintolevyn valmistamisen, jonka kapasiteetti on 25 TB. Maksimitiheysmerkkinä arvo 100 Tbps per neliö. tuuma (noin 15 TB neliöcm), mikä vastaa 0,65-Pb (petabyyttiä) tilavuutta 3,5 tuuman kokokertoimella.

Tietojen tallennusmuoto kiintolevylle

Kiintolevy käyttää yleensä datamuotoja, joissa on kiinteä määrä sektoreita raitaa kohden (17, 34 tai 52) ja datamäärä sektoria kohti on 512 tai 1024 tavua. Sektorit on merkitty magneettimerkillä.

Tietyn tietomuodon määräävät tietokoneen sisäinen ohjelmistokokoonpano ja asemasovittimen tekniset tiedot. Formaatin rakenne (kuva 14.3) on samanlainen kuin NGMD:ssä.

Jokaisen sektorin alku on osoitettu osoitemerkillä. Tunnisteen ja tietokentän alkuun kirjoitetaan synkronointitavut HDD-sovittimen tiedonallokointimallin synkronoimiseksi. Sektoritunnus sisältää paketissa olevan levyn osoitteen, jota edustavat sylinteri-, pää- ja sektorinumerokoodit. Toisin kuin kiintolevyllä, kiintolevyn tunnisteeseen lisätään lisäksi vertailu- ja lipputavut. Vertailutavu edustaa jokaiselle sektorille samaa numeroa, jonka avulla tunnisteen oikea luku suoritetaan. Lipputavu sisältää lipun, joka ilmaisee raidan tilan (pää- tai vara-, hyvä tai viallinen).

Ohjaustavut kirjoitetaan tunnistekenttään kerran, kun sektoritunniste kirjoitetaan, ja tietokenttään aina, kun jokainen uusi data kirjoitetaan. Kiintolevyn ohjaustavut ei ole tarkoitettu vain määrittämään, vaan myös korjaamaan lukuvirheet. Yleisimmin käytettyjä ovat polynomikorjauskoodit; tiettyjen koodien käyttö riippuu sovittimen piirin toteutuksesta.

Ennen kuin käytät kiintolevyä, sen on oltava alustava muotoilu- erikoisohjelman ohjaamana suoritettava toimenpide, jonka aikana levypakettiin kirjoitetaan palvelutiedot ja tarkistetaan tietokenttien sopivuus.

Viime aikoina yritykset ovat käyttäneet mukautuva muotoilu. Sen ydin on siinä, että jokainen aseman esiintymä on yksilöllisesti konfiguroitu tehtaalla siten, että se tarjoaa parhaan suorituskyvyn ja luotettavuuden. Tätä varten jokainen kootun levyn "päälevypinnan" pari testataan suorituskykyominaisuuksien määrittämiseksi, ja sitten magneettilautasen kukin puoli alustetaan erikseen (merkitty raidoiksi ja sektoreiksi) parhaan suorituskyvyn saavuttamiseksi. kun työskentelet tämän nimenomaisen pään kanssa. Tämän seurauksena tallenteen lineaarinen tiheys kunkin levyn kummallakin puolella ei välttämättä vastaa vierekkäistä

Kiintolevyn viidellä eri aikavälillä synkronoidaan luku- ja kirjoitusprosessit sekä ohjataan aseman sähkömekaanisten komponenttien toimintaa.

Alkumuotoilun tuloksena sektorien sijainti määritetään ja niiden loogiset numerot asetetaan. Koska levyn pyörimisnopeus on erittäin korkea, levyn kierrosten vähimmäismäärän varmistamiseksi peräkkäisiä sektoreita käytettäessä sektorit, joilla on peräkkäinen numero, sijoitetaan N fyysisen sektorin päähän toisistaan (kuva 14.4).

TO Sektoreiden määrä asetetaan, kun levy alustetaan. Pyörimissuhteet ovat 6:1, 3:1 ja 1:1. Uusimmat HDD-mallit käyttävät 1:1-suhdetta, ja niiden ohjaimet lukevat tiedot koko raidalta levyltä yhdessä iteraatiossa ja tallentavat sen sitten puskurimuistiin. Puskurimuistista pyydettäessä tiedot lähetetään jo vaadituilta sektoreilta.

Levyn jokainen raita on jaettu samaan määrään sektoreita, joten lähempänä raidan nollaa olevien raitojen sektorit ovat pienempiä. Tällaisten sektoreiden tallentamiseen

käytetään voimakkaampia magneettikenttiä ( kirjoita korvaus). Levyn pintojen (päiden), sylinterien (raitojen) lukumäärä ja kirjoituskompensaation alkamispiste ovat mukautettavat parametrit HDD ohjain.

Keskimääräinen käyttöaika kiintolevyllä oleviin tietoihin

t cf \u003d t n +0.5 / F + t vaihto, (14.1)

missä t n on keskimääräinen paikannusaika; F - levyn pyörimisnopeus; t vaihto - vaihtoaika. Vaihtoaika riippuu ohjaimen laitteistosta ja sen liitännän tyypistä, sisäänrakennetun puskurivälimuistin olemassaolosta, levyn datan koodausalgoritmista ja lomitussuhteesta.

Ne voidaan magnetoida kahdella mahdollisella tavalla, jotka osoittavat nollaa tai yhtä, eli 1 bittiä. Tällaista magnetoitua aluetta kutsutaan magneettialueeksi, ja se on levyn pinnalla oleva miniatyyri magneetti, jonka etelä- ja pohjoispuoliset magneettinapat ovat tietyssä suunnassa. Vähän kirjoittamista varten magneettipää muodostaa tietyllä tavalla suunnatun magneettikentän, joka suuntaa alueen, jonka magnetointivektori säilyy pitkään sen jälkeen, kun pää on lakannut vaikuttamasta magneettipinnalle. Tallennustiheys, levyn pinta-alayksikköä kohden tallennettavissa olevan tiedon määrä, liittyy domeenien kokoon. Yleiset arvot tallennustiheydelle ovat:

BPSI (tallennustiheys pinta-alayksikköä kohti) - informaatiomäärä, joka voidaan tallentaa magneettilevyn neliötuumalle.
TPI - (Track Density) - Arvo, joka osoittaa kuinka lähellä kappaleet ovat vadilla toisiaan. Mitattu kappaleina tuumaa kohti.
BPI (Linear Density) on mitta siitä, kuinka tiukasti tiedot on "pakattu" raidalle. Mitattu bitteinä raidan tuumaa kohti.

Tärkeimmät syyt siihen, miksi verkkotunnuksen kokoa ei ole mahdollista pienentää loputtomasti, ovat:

Magneettinen pään koko. Tällä hetkellä hän määrittää minimimagnetisoitavan alueen - alueen - koon.
Lukusignaalin tason vaimennus ja kohinatason nousu siinä.
Domeenin spontaani itsedemagnetoituminen lämpötilan indusoimana.

Verkkotunnusten koon pienentämisen lisäksi kiintolevyvalmistajat käyttävät muita tekniikoita tallennustiheyden lisäämiseen:

PRML on osittaisen vasteen suurin todennäköisyys. Tämä on algoritmi magneettilevylle tallennetun analogisen signaalin muuntamiseksi, joka perustuu useisiin paikkoihin kuviontunnistusteoriassa. PRML-menetelmässä dekoodaukseen käytetään näytejoukkoa, johon lukusignaalia verrataan ja tulokseksi otetaan samankaltaisin. Se koostuu kahdesta osasta - Partial Response -alijärjestelmä (osittaisvaste) muuntaa signaalin analogisesta digitaaliseen muotoon minimoimalla kohinan, ja Maximum Likelihood -alijärjestelmä (maksimitodennäköisyys) käsittelee signaalin digitaalisesti palauttaakseen sen uskottavimman muodon. Tämä algoritmi ja sen kehittäminen EPRML on käytössä lähes kaikissa nykyaikaisissa kiintolevyissä.

AFC - antiferromagneettinen pari (magneettisesti kompensoidut kalvot). Ajatuksen ydin on levittää levylle kolmikerroksinen antiferromagneettinen pinnoite, jossa magneettikerrospari on erotettu erityisellä eristävällä ruteenikerroksella. Johtuen siitä tosiasiasta, että toistensa alapuolella sijaitsevilla magneettisilla domeenilla on magneettikentän vastasuuntainen suuntaus, ne muodostavat parin, joka kestää paremmin spontaanin magnetoinnin käänteistä kuin yksittäinen "litteä" domeeni.

PMR on kohtisuora magnetointivektori. Tämän tekniikan avulla voit lähes kaksinkertaistaa tiedon tallennustiheyden ja vähentää magneettisen vaikutuksen (häiriön) aiheuttamia ongelmia. Toisin kuin klassisessa tallennustekniikassa, magneettisia domeeneja käytetään magneettikentän vektorilla, joka on kohtisuorassa eikä yhdensuuntainen levyn pinnan kanssa. Samaan aikaan naapuri- ja eri domainit eivät enää "katso" toisiaan samoilla napoilla, jotka, kuten tiedetään, hylkivät toisiaan. Tämä pienentää verkkotunnusten välisen tilan kokoa verrattuna klassiseen tallennustekniikkaan, mikä lisää myös kiintolevyjen kapasiteettia.

Pitkittäinen tallennus

Kohtisuora merkintä

HAMR - termomagneettinen tallennus. Idean ydin on magneettisten materiaalien käytössä, jotka tarjoavat tallennetuille pinnoille korkean lämpöstabiilisuuden. Tiedon tallentamiseksi magneettinen alue esilämmitetään fokusoidulla lasersäteellä. Säteen halkaisija määrittää yhtä informaatiobittiä vastaavan alueen koon. Alueen lämpötilan noustessa tapahtuu merkittävä muutos sen magneettisissa ominaisuuksissa (komissitiivivoima pienenee), ja siten kuumennetuista alueista tulee magnetoitumiskykyisiä. HAMR:n massakäyttöä varten massatuotantoon on tarpeen kehittää tehokas lämmönpoisto magneettilevyiltä tiedon tallennuksen aikana.

SOMA - itseorganisoituvat magneettiverkot. Tämä tekniikka mahdollistaa "itseorganisoituvien magneettiryhmien" monodispersion kerroksen muodostumisen levyn pinnalle pienimmistä homogeenisista noin 3 nm kooltaan rauta-platina-konglomeraateista (3 nm on 10-15 atomia kiinteää ainetta, joka on asetettu rivi). Tämän "nanoteknologian" käyttö vähentää merkittävästi yksittäisten magneettisten rakeiden epävakautta ja pienentää alueen kokoa.

Itse kiintolevyjen edistyminen - jos ei oteta huomioon niiden ohjaimien älykkyyden kasvua ja siirtymistä oliopohjaisiin ratkaisuihin järjestelmätasolla - tapahtuu seuraaviin suuntiin: levyt tiivistyvät, niiden kapasiteetti ja tiedon käyttönopeus kasvaa. Geometristen mittojen pienentäminen on mahdollista pystysuoraan tallennukseen ja Serial Attached SCSI -liitäntään siirtymisen vuoksi.

Pystysuora sisääntulo

Yksi ratkaisuista, joka kaksinkertaistaa tallennustiheyden edelleen joka vuosi ja avaa mahdollisuuksia parantaa levyjen fysiikkaa seuraavan vuosikymmenen aikana, on siirtyminen rinnakkain Vastaanottaja kohtisuorassa levyjä. Ero näiden kahden tallennustavan välillä on siinä, kuinka levylevyn magneettiset alueet on suunnattu - vaaka- tai pystysuunnassa.

Joka tapauksessa binäärilukujen kantajat ovat magneettisia alueita, jotka on ryhmitelty niin sanotuiksi "jyväiksi". Tallennusmenetelmän pääominaisuus on sen integraalitiheys(pinta-alatiheys), joka on lineaarisen tiheyden tulon summa, joka määräytyy bittien lukumäärällä raidan tuumalla (Bits per Inch, BPI) ja raitojen lukumäärällä halkaisijan tuumaa kohti (Tracks per Inch, TPI). Tietyllä pyörimisnopeudella sekä TPI:n että BPI:n kaksinkertaistaminen riittää nelinkertaistamaan integraalitiheyden. Itse asiassa tiheyden lisäämisprosessi ei ole ollenkaan niin lineaarinen: rakeisuuden vähenemiseen vaikuttaa myös levyjen pyörimisnopeuden lisääntyminen, mikä on tarpeen tiedonvaihdon nopeuden lisäämiseksi, ja rakeisuuden väheneminen. signaali-kohinasuhde ja muut fyysiset tekijät. Havaittu kvasilineaarinen kasvu säilyi mahdollisena, kunnes tekniikka lähestyi superparamagneettista rajaa, mikä tekee mahdottomaksi lisätä tiheyttä entisestään perinteisillä menetelmillä. Tämän rajoituksen ydin on, että jyvien miniatyrisointi johtaa ennemmin tai myöhemmin siihen, että kantoaine menettää stabiiliutensa ja muuttuu kaoottisesti järjestetyksi joukoksi magnetoituja hiukkasia, jotka muuttavat suuntaaan satunnaisesti. Superparamagneettinen vaikutus syntyy, kun magneettisen momentin muuttamiseen tarvittava energia tulee verrattavissa lämpöympäristön energiaan.

Nykyaikaiset rinnakkaistallennustekniikat perustuvat kahdentyyppisiin tehosteisiin, supermagneettiresistanssin vaikutus(jättimäinen magnetoresisiivinen, GMR) ja tunnelin magnetoresistinen vaikutus(tunnelin magnetoresistanssi, TMR). Sekä TMR että GMR ovat työkaluja lineaarisen tallennuksen parantamiseen, mutta niiden ominaisuudet ovat lähestyneet niin sanottua "superparamagneettista rajaa". Virtaustiheyden kasvunopeuksien ylläpitämiseksi on tarpeen siirtyä pystysuoraan tallennukseen, jossa domeenit eivät ole suunnattu levykiekon pintaa pitkin, vaan kohtisuoraan sitä vastaan (kuva 1), joten ne voidaan pakata tiheämmin.

Tämän ratkaisun yksinkertaisuus on ilmeinen. Todellisuudessa yhden levytyypin korvaaminen toisella edellyttää vakavien teknisten ongelmien ratkaisemista. Erityisesti on tarpeen varmistaa pään matalampi lentokorkeus ja antaa päille erityinen muotoilu, joka takaa täsmälleen pystysuoran tallennuksen, ja substraattina tulisi käyttää erityistä magnetismin kannalta pehmeää materiaalia. Tavalla tai toisella, ennusteiden mukaan, jo vuonna 2007 nämä vaikeudet voitetaan, ja pystysuoralla tallennuksella varustetut kiintolevyt alkavat tulla markkinoille.

SCSI-serialisointi

Shugart Associates esitteli rinnakkaisen SCSI-liitännän ensimmäisen version vuonna 1979 nimellä SASI (Shugart Associates System Interface). Sen jälkeen, kun NCR Corporation, joka nykyään toimii itsenäisenä yrityksenä Engenio, oli viimeistelty, se hyväksyttiin vuonna 1986 ANSI-standardiksi. Kuten mikä tahansa rinnakkaisväylä, SCSI-kaistanleveys on yhtä suuri kuin väylän kellotaajuuden ja kellojaksoa kohden siirrettävän dataosan koon tulo. Ensimmäisissä versioissa väylän leveys oli yksi tavu ja taajuus oli vastaavasti 5 MHz, kaistanleveys oli 5 MB / s. Ultra320 SCSI:n "edistyneimmässä" versiossa 2 tavun osa lähetetään 80 MHz taajuudella. Kaistanleveyden kaksinkertaistavan DDR-algoritmin avulla tiedonsiirtonopeus saavutti 320 MB / s .

Vuoteen 2001 mennessä, kahden vuosikymmenen jatkuvan rinnakkaisen SCSI:n jatkuvan parantamisen jälkeen, kävi selväksi, että tämän rajapinnan resurssit olivat lopussa. Sitten tunnustuksena lähestyvästä umpikujasta joukko kiintolevyyrityksiä järjesti aivoriihen alan johtavien asiantuntijoiden kanssa. Tämä toiminto johti ehdotuksiin uuden rajapinnan - Serial Attached SCSI - luomiseksi. Myöhemmin nämä ehdotukset siirrettiin ANSI INCITS T10 -tekniselle komitealle, jossa ne saatettiin vuoteen 2003 mennessä ANSI-standardin vaiheeseen. Päätös ei ollut odottamaton. Aikaisemmin ATA-liitäntä oli sarjoitettu SATA-muodossa, ja tämän liitännän hyväksyminen oli kuin räjähdys; USB-liitäntä voitti tunnustuksen yhtä nopeasti.

Mikä aiheutti nopean vaihdon aallon rinnakkain käyttöliittymät peräkkäin? Mikä on tämän takana, koska korvaaminen vanha peräkkäin käyttöliittymät rinnakkain? Kummallista kyllä, kesti vuosia ymmärtää, että rinnakkaisuus oli väliaikainen ratkaisu. Aluksi näytti siltä, että yhden johdon vaihtaminen useisiin lisäsi nopeutta vastaavan määrän. Litteän kaapelin ulkonäkö pidettiin korkeana teknisenä saavutuksena. Vaikka rinnakkaisen tiedonsiirron tehokkuusedut näyttävät olevan pinnalla, tällä tekniikalla on kuitenkin vakava orgaaninen puute: se pahentaa ongelmaa synkronointi. Voit nostaa siirtonopeutta tiettyyn rajaan asti lisäämällä väylätaajuutta, mutta tämän rajan jälkeen synkronoinnin ylimäärä ylittää rinnakkaisuuden edut. Itse asiassa rinnakkaisväylä toimii vain niinä lyhyinä hetkinä, jolloin ulkoiset kellopulssit saapuvat, muun ajan se on yksinkertaisesti tyhjäkäynnillä. Määritelmän mukaan sarjakanava sisältää erotinmerkkien sisällyttämisen lähetettävän datan sisään, data kulkee yhtenä streamina, joten kanavan kaistanleveys voidaan hyödyntää täysimääräisesti. Suunnilleen sama ongelma on luontainen nykyaikaisille prosessoreille, synkronoinnin kohtalokkuus havaittiin, kun kellotaajuutta alettiin mitata megahertseinä. Onneksi rinnakkaisten liitäntöjen korvaaminen sarjaliitännöillä on paljon helpompaa kuin synkronisten prosessorien korvaaminen asynkronisilla. Tämän seurauksena SATA II -asemat, joiden kapasiteetti on jopa 500 Gt, pystyvät jo nykyään siirtämään tietoja jopa 3 Mbps:n nopeudella.

SAS-topologia on alkuperäinen: se voidaan kuvitella verkkona, mutta ilman vaihtoa, verkkona, jota tukevat levy- ja isäntäohjaimet (Target Initiator) sekä erikoislaitteet Expander, Fanout ja Edge. Yhdessä ne muodostavat SAS-toimialueen, termi SAS Domain viittaa laitteiden verkkoon ja yksilöllisten ja WWN-nimien, yksilöllisten tunnisteiden tilaan. SAS-verkkotunnuksessa voi olla yhteensä enintään 16 256 laitetta.

Tällä hetkellä tiedonsiirtonopeus SAS-rajapinnan yli on 3 Gb / s, lähitulevaisuudessa tämä luku lupaa kasvaa 6 Gb / s ja vuoteen 2010 mennessä - jopa 10 Gb / s. SAS:n erottuva piirre on myös se, että levyjen liittimistä on useita versioita. Niistä: SFF 8482, yhteensopiva SATA-liittimen kanssa, SFF 8470, yhteensopiva Infinibandin kanssa, ja SFF 8088, joka tarjoaa tiedonsiirron nopeudella 10 Gb / s. SAS tukee Serial SCSI Protocol (SSP)- ja Serial ATA Tunneling Protocol (STP) -siirtoprotokollia; jos liittimet ovat yhteensopivia, voit yhdistää erityyppisiä levyjä samaan asemaan.

kaukaiset rajat

Kohtisuoran tallennuksen tiivistäminen on mahdollista HAMR-tekniikan (Heat Assisted Magnetic Recording) avulla. Nimestä seuraa, että tämä tekniikka sisältää lisälämmityksen, joka suoritetaan laserilla (1 pikosekunnin aikana tallennusalue lämpenee 100 ° C:seen). Eri arvioiden mukaan tallennustiheys voi kasvaa yhdellä tai kahdella suuruusluokalla; On syytä toivoa, että vuoteen 2010 mennessä on mahdollista saavuttaa 5 Tbit/sq. tuumaa.

Tiheyden radikaali kasvu tulee mahdolliseksi, jos yhden databitin tallennusalue pienennetään yhdeksi toimialueeksi; tässä tapauksessa hiukkaset ovat kohdakkain bittikartta(bittikuvioinen media). Teoriassa on olemassa kaksi vaihtoehtoista ratkaisua, jotka mahdollistaisivat tämän saavuttamisen, joista toinen perustuu erityisiin litografiatekniikoihin levyn pinnalle ja toinen luomalla sopiva materiaalirakenne.

Ensimmäistä polkua seuraavat Almadenin IBM:n laboratorion tutkijat yhdessä Stanfordin yliopiston kollegoiden kanssa. He löysivät tavan levittää magneettinaamari levyn pinnalle. Tätä varten polymeeri painetaan erittäin korkeassa paineessa piioksidipohjalle ja käsitellään sitten monimutkaisella tavalla. Hitachi ja Seagate valitsivat toisen polun. Hitachilla (kuva 2) uutta tekniikkaa kutsutaan nimellä Patterned Magnetic Media, ja Seagatessa vastaavaa tekniikkaa kutsutaan nimellä Self-Ordered Magnetic Array (SOMA). Molemmissa tapauksissa ideana on luoda sellainen kantoaine, jonka rakennetta ei määritetä ulkopuolelta, kuten litografiassa, vaan materiaalin omien ominaisuuksien mukaan. Seagate toimii FePt-lejeeringin kanssa, mikä mahdollistaa täydellisen tasaisen solurakenteen luomisen useiden nanometrien solukoolla.

Kiintolevyjen "ei pyörivistä" vaihtoehdoista lähin on tuhoutumaton muisti, joka perustuu flash-asemien tekniikkaan, ja pidemmällä aikavälillä PST (Probe Storage Technology), joka on joukko pyyhkäisymikroskooppeja (atomivoimamikroskooppi). , AFM).

Pystysuora sisääntulo

Pystyäänitystekniikan lupaus on ollut tunnettu jo pitkään. Tätä menetelmää ehdotti ensimmäisen kerran 1800-luvulla magneettisen tallennuksen pioneeri Voldemar Poulsen. Ja vuonna 1955, eli rinnakkain RAMAC-projektin kanssa, josta tuli nykyaikaisten levyjen esi-isä, IBM:llä käynnistettiin myös ADF-projekti, jossa sen piti käyttää pystysuoraa tallennusta. Hankkeen tarkoituksena oli tarjota kymmenkertainen kapasiteetti ja kymmenen kertaa pääsyaika. ADF-levy oli tarkoitettu Airline Reservations System (Saber) -lippujen varausjärjestelmään sekä Stretch Defense -supertietokoneeseen. Elokuussa 1959 ADF-levyn prototyyppi (IBM 1301) koottiin, mutta seuraavana vuonna aihetta koskevaa työtä rajoitettiin. Kävi ilmi, että 60-luvun teknisen kehityksen tasolla lineaarinen tallennus tarjosi korkeamman luotettavuuden, ja sille annettiin etusija. Elvytyksen ansio menee kohtisuoraan ennätykseen, joka kuuluu japanilaiselle tiedemiehelle Shunichi Iwaskille; hän julkaisi tutkimuksensa tulokset vuonna 1976 ja vauhditti näin uutta kehitysaaltoa.

Toisin kuin rinnakkaisväylät, sarjayhteydet, kuten Serial Storage Architecture (SSA), Fibre Channel (FC-AL) ja Serial Attached SCSI (SAS), siirtävät tietoja yksibittisinä paloina. Siksi nopeus mitataan Mbps; lisäksi niillä ei ehkä ole kiinteää kellotaajuutta.

Sivu 2/11

OSA I. Tiedostojen palauttaminen kiintolevyltä

LUKU 1. MITEN KIINTOLEVY TOIMII JA MITEN TIEDOT TALLENNAN SILLÄ

Hieman kiintolevylaitteesta. Jaettu HDD-laite

Mikä on kiintolevy (tiukka termillä - kiintolevyasema)? Jos sinulla ei ollut mahdollisuutta nähdä sitä, niin sanotaan, että ulkopuolelta se näyttää yhdeltä metallilohkolta. Se on myös erittäin kestävä ja täysin tiivis. Tosiasia on, että levyn tekniikka on niin ohut, että jopa pieninkin sisälle pääsevä vieras hiukkanen voi häiritä kokonaan sen toimintaa. Lisäksi kiintolevylle laitettiin kriisitilanteen estämiseksi puhdistussuodatin. Kiintolevyn kotelo toimii myös suojana sähköisiä häiriöitä vastaan. Itse asiassa kiintolevy koostuu kahdesta pääosasta - mekaniikasta ja elektroniikasta. Mekaanisen osan pohja koostuu levyistä (levyistä), jotka ovat muodoltaan pyöreitä. Itse asiassa levyjä voi olla vain yksi. Kaikki riippuu kiintolevyn kapasiteetista kokonaisuutena. Yhden version mukaan kiintolevy sai nimen "winchester" yrityksen ansiosta, joka julkaisi vuonna 1973 mallin 3340 kovalevy, joka yhdisti ensimmäistä kertaa levylautaset ja lukupäät yhteen kiinteään koteloon. Sen kehittämisen aikana insinöörit käyttivät lyhyttä sisäistä nimeä "30-30", mikä tarkoitti kahta moduulia (maksimiasettelussa), kukin 30 Mt. Projektin johtaja Kenneth Haughton ehdotti suositun metsästyskiväärin "Winchester 30-30" nimityksen mukaisesti kutsumaan tätä levyä nimellä "Winchester". Euroopassa ja USA:ssa nimi "winchester" poistui käytöstä 1990-luvulla, mutta venäjäksi se säilyi ja sai puolivirallisen aseman, ja tietokoneslangissa se pelkistettiin sanoiksi "ruuvi" (yleisin vaihtoehto). ), "vinkki" ja "luuta" . Riippumatta siitä, mitä materiaalia levyn pohjana käytetään, se on peitetty ohuella ainekerroksella, joka pystyy säilyttämään jäännösmagnetoinnin ulkoiselle magneettikentälle altistumisen jälkeen. Tätä kerrosta kutsutaan työ- tai magneettikerrokseksi, ja siihen tallennetaan tallennetut tiedot. Yleisimmät ovat seuraavat työkerrostyypit:
OKSIDI;
ohut filmi;
kaksoisantiferromagneettinen (AFC)

Tällä hetkellä on olemassa tapauksia kiintolevyistä, jotka koostuvat neljästä tai useammasta levystä. Levyjen koostumus voi olla erilainen. Ne on valmistettu alumiinista, lasista tai keramiikasta. Kaksi viimeistä koostumusta ovat käytännöllisempiä, mutta erittäin kalliita, ja siksi niitä käytetään "eliitin" kiintolevyjen luomiseen. Valmistuksen jälkeen levyt peitetään kerroksella ferromagneettista materiaalia. Ensimmäisten kiintolevyjen luomisesta lähtien tässä on käytetty rautaoksidia. Tällä aineella oli kuitenkin merkittävä haittapuoli. Tällä ferromagneetilla päällystetyillä levyillä oli alhainen kulutuskestävyys. Tässä suhteessa useimmat valmistajat käyttävät tällä hetkellä kromikobolttia levyjen pinnoitteena. Tämän aineen kulutuskestävyys on suuruusluokkaa suurempi kuin vuosia käytetyn ferromagneetin. Lisäksi tämä pinnoite on paljon ohuempi, koska se levitetään sputteroimalla, mikä lisää merkittävästi tallennustiheyttä. Ferromagneetti on kiinnitetty levyn molemmille puolille, joten tiedot sijoitetaan myös molemmille puolille. Levyt asetetaan karalle samalle etäisyydelle toisistaan, jolloin ne muodostavat paketin. Levyjen alla on moottori, joka pyörittää niitä. Luku-/kirjoituspäät on sijoitettu lautasten molemmille puolille. Ne on järjestetty siten, että ne siirtyvät levyn reunasta sen keskustaan. Tästä on "vastuussa" erityinen moottori. Elektroniikka on levy, jolle on sijoitettu erilaisia kiintolevyn toiminnan kannalta "välttämättömiä" elementtejä, kuten prosessori, ohjausohjelma, RAM, kirjoitus- / lukuvahvistin ja muut. Levyn kumpikin puoli on jaettu raiteiksi. Ne puolestaan sektoreiksi. Kaikki halkaisijaltaan samanlaiset telat kaikilla pinnoilla muodostavat sylinterin. Nykyaikaisissa kiintolevyissä on "suunnittelusylinteri". Se sisältää huoltotiedot (levymalli, sarjanumero jne.), jotka on tarkoitettu tietokoneella luettavaksi.

Aiemmin, jotta levy olisi valmis käytettäväksi, käyttäjän oli suoritettava ns. matalan tason alustus. BIOSissa oli jopa vastaava kohde. Nyt tämä merkintä tehdään heti kiintolevyjen tuotannon aikana. Tosiasia on, että matalan tason muotoilulla servotiedot tallennetaan. Se sisältää erityisiä merkkejä, joita tarvitaan vakauttamaan karan nopeutta, etsimään tarvittavia sektoreita päiden avulla ja myös seuraamaan päiden asentoa levyjen pinnalla. Jos luulet, että kiintolevyn "huonot" sektorit näkyvät vain käytön aikana, olet väärässä. Jokaisella äskettäin luodulla kiintolevyllä on jo huono lohko. Joten matalan tason muotoilulla nämä lohkot tunnistetaan ja kirjoitetaan erityiseen uudelleenkuvaustaulukkoon. Sitten käytön aikana kiintolevyohjain korvaa vialliset lohkot terveillä, jotka on varattu erityisesti sellaisiin tarkoituksiin jo tuotannon aikana. Kiintolevyasemissa tiedot kirjoitetaan yleisiin luku-/kirjoituspäihin ja niitä luetaan pyörivien magneettilevyjen (raitojen) samankeskisistä ympyröistä, jotka on jaettu sektoreihin, joiden kapasiteetti on 512 tavua. Raita on datan "rengas" levyn toisella puolella. Levyn tallennusraita on liian suuri käytettäväksi tallennusyksikkönä. Monissa asemissa sen kapasiteetti ylittää 100 tuhatta tavua, ja tällaisen lohkon varaaminen pienen tiedoston tallentamiseen on erittäin turhaa. Siksi levyn raidat on jaettu numeroituihin segmentteihin, joita kutsutaan sektoreiksi.

Kuinka kovalevy toimii

Spesifisyydestään johtuen kiintolevyn toiminnan aikana magneettipäät eivät ole suorassa kosketuksessa levyjen pintaan. Se voidaan sanoa toisella tavalla: kontakti on "kuin kuolema". Päiden muotoilu on suunniteltu siten, että sen avulla voit "leikkua" levyjen pinnan yläpuolella. Moottori pyörittää karaa sellaisella nopeudella (jopa 15 000 rpm), että pyörivistä kiekoista syntyy voimakas ilmavirtaus. Tämä johtaa ilmatyynyvaikutukseen. Pään ja kiekkojen välinen rako on mikronin murto-osa. Kuten edellä mainittiin, päiden kosketusta pintaan ei kuitenkaan voida hyväksyä. Mutta sähkökatkoja on, sanot. Tottakai. Tätä tapausta varten keksittiin niin kutsuttu "pysäköintialue". Ja kun tapahtuu tilanne, jossa karan nopeus laskee alle sallitun rajan (normaalikäytössä tai hätätilassa, kun virta on katkaistu), jota kiintolevyprosessori valvoo jatkuvasti, päät vedetään takaisin tälle pysäköintialueelle. . Vyöhyke sijaitsee lähellä itse karaa, jonne tietoa ei kirjoiteta, joten magneettipäät voivat helposti "makaa" levyn pinnalla. Miten kiintolevyn "aloitus" on? Pähkinänkuoressa kaikki menee näin. Heti kun kovalevy on saanut virran, sen prosessori alkaa testata elektroniikkaa ja jos tulos on positiivinen, käynnistää levyjä pyörittävän moottorin. Pyörimisnopeuden kasvaessa saavutetaan ilmatyynyvaikutus, joka nostaa magneettipäät pois pysäköintialueelta. Kun nopeus saavuttaa vaaditun arvon, päät poistuvat pysäköintialueelta ja ohjaimen avulla "etsivät" servoja nopeuden vakauttamiseksi. Sitten "huonot" sektorit jaetaan uudelleen, samoin kuin päiden sijainnin tarkistaminen. Jos tehdyn työn tulos on positiivinen, kiintolevyohjain siirtyy toimintatilaan. Tietenkin kiintolevyn toiminnan mekaaninen prosessi on syvemmällä tarkasteltuna, mutta emme pyri kuvaamaan sitä yksityiskohtaisesti. Tärkeintä on, että ymmärrät päiden ja levyjen vuorovaikutusmekanismin perusperiaatteet. Jos joku on kiinnostunut tämän prosessin yksityiskohdista, tästä aiheesta on luotu valtava määrä materiaaleja. Ja siirrymme kiintolevyn työnkulun toiseen osaan - tietojen luku-/kirjoitustekniikkaan.

Kiintolevyn luku-/kirjoitustekniikat

Tietojen lukeminen / kirjoittaminen levylle tapahtuu magneettipäiden avulla, joiden liikeperiaatetta käsiteltiin edellä. Jos vielä löysit vanhan hyvän nauhurin, menetelmä äänen tallentamiseen / lukemiseen magneettinauhalle / nauhalta on identtinen harkitsemamme kanssa. Tiedot muunnetaan vaihtosähkövirraksi, joka syötetään magneettipäähän, minkä jälkeen se muunnetaan magneettikenttään, jonka avulla magneettilevyn tarvittavat osat magnetoidaan. Tiedämme jo, että kiintolevylevyt on päällystetty ferromagneettisella kerroksella. Tämän pinnoitteen erikseen valittu alue voidaan magnetoida kahdella mahdollisella tavalla. Magnetisointi yhdellä tavalla tarkoittaa nollaa, toisella tavalla - yhtä. Tällaista erikseen magnetoitua aluetta kutsutaan alueeksi. Se on minimagneetti, jolla on tietty suuntaus etelä- ja pohjoisnavalle. Toimimalla tiettyyn alueeseen ulkoisella magneettikentällä (magneettipäällä), se hyväksyy tämän vastaavuuden. Kun ulkoinen kenttä lakkaa toimimasta, pinnalle ilmestyy jäännösmagnetoitumisen vyöhykkeitä. Ne viittaavat levylle tallennettuihin tietoihin. Haluaisin huomauttaa, että tietojen tallennuksen tiheys, eli levyn todellinen kapasiteetti, riippuu toimialueen koosta. Jo pitkään on tiedetty kahdesta tekniikasta tietojen tallentamiseksi kiintolevylle: rinnakkain ja kohtisuoraan. Vaikka toinen kirjoitusmenetelmä on tuottavampi, se on hieman monimutkaisempi teknisen resoluution kannalta. Siksi valmistajat käyttivät ja paransivat rinnakkaismenetelmää, kunnes fyysinen raja tuli sille. Kuvaile lyhyesti rinnakkaistallennustekniikkaa, niin se on seuraava. Alueiden magnetointi on yhdensuuntainen levyn tason kanssa. Kaikki luultavasti lapsuudessa "taputtelivat" magneeteilla ja siksi he tietävät, että he houkuttelevat heitä, kun he kääntävät ne toisiinsa eri navoilla (sininen ja punainen). Ja päinvastoin, jos yrität painaa niitä toisiinsa samanvärisillä sivuilla, tällainen yritys ei koskaan onnistu. Joten tätä tekniikkaa käytettäessä naapurialueiden rajalle syntyy hajakenttä, joka vie niiden magneettikenttien energian. Tämän seurauksena domeenien reunapartikkelit muuttuvat vähemmän stabiileiksi ja myös lämpövaihtelujen vaikutus sen magneettiseen järjestykseen kasvaa. Kun käytetään kohtisuoran kirjoitustekniikan tekniikkaa, domeenien magnetointi sijaitsee 90°:n kulmassa levyn tasoon nähden. Tästä johtuen unipolaaristen naapuridomeenien hylkimisvaikutus häviää, koska tässä järjestelyssä magnetisoidut hiukkaset kääntyvät toisiaan vastaan eri napojen avulla. Tämä pienentää verkkotunnusten välisen tilan kokoa rinnakkaiskirjoitustekniikkaan verrattuna, mikä lisää myös kiintolevyjen kapasiteettia. Tämä tallennusmenetelmä vaatii kuitenkin magneettikerroksen monimutkaisemman koostumuksen käyttöä. Ohuen suojakerroksen alla on tallennuskerros, joka koostuu hapetetusta koboltin, platinan ja kromin seoksesta. Substraatti koostuu kahdesta monimutkaisen kemiallisen koostumuksen kerroksesta, joita kutsutaan antiferromagneettisesti kytketyiksi kerroksiksi. Niiden avulla voit poistaa magneettikentän sisäisen voimakkuuden. Lisäksi kohtisuoraan tallennukseen tarvitaan muita magneettitunnisteita, jotka voivat luoda voimakkaamman magneettikentän.. Kohtisuoran tallennustiheys on 500 Gb/in2. Tämä mahdollistaa useiden teratavujen kapasiteetin kiintolevyjen tuotannon. Tiede ei kuitenkaan pysähdy paikallaan, ja uusien teknologioiden kehitys on jo täydessä vauhdissa. Yksi niistä on nimeltään HAMR (Heat Assistant Magnetic Recording) - Thermal Magnetic Recording. Tämä tekniikka seuraa kohtisuoraa tallennusta ja pyrkii parantamaan sitä. Tallennus tapahtuu tässä tapauksessa esilämmittämällä laseria. Lämpeneminen tapahtuu pikosekunnissa, kun lämpötila saavuttaa 100 °C. Tässä tapauksessa alueen magneettiset hiukkaset saavat enemmän energiaa, joten suurta intensiteettiä ei vaadita kenttää luotaessa. Ja korkea energia lisää tallennetun tiedon vakautta. Jälleen tämän tekniikan käyttö on mahdotonta ilman korkean anisotropian materiaalien käyttöä. Tähän sopivat seokset ovat kuitenkin liian kalliita. Lisäksi lämpömagneettinen tallennus vaatii kaksi erillistä päätä. Sinun on myös huolehdittava siitä, kuinka lämpö poistetaan levyiltä. Mutta silti valtava motivaatio lämpömagneettisen tallennuksen käytölle on se, että tämän tekniikan avulla voit saavuttaa tallennustiheyden jopa 1 Tbit / tuuma2

Kuinka tiedot tallennetaan kiintolevylle

Pienintä tietoyksikköä, jolla kiintolevyn hallintajärjestelmä toimii, kutsutaan sektoriksi. Suurimmassa osassa nykyaikaista mediaa sektori on 512 tavua. Tällä hetkellä käytössä oleva sektoriosoitejärjestelmä on nimeltään LBA (Logical block addressing). Samanaikaisesti pienikapasiteettisille levyille tai taaksepäin yhteensopivuuteen vanhempien laitteiden kanssa voidaan käyttää CHS-osoitejärjestelmää. Lyhenne CHS tarkoittaa sylinteriä, päätä, sektoria - sylinteri, pää, sektori. Nimestä tämän tyyppisen osoituksen merkitys on selvä, koska se on sidottu kiintolevylaitteen osiin. LBA:n etuna CHS:ään verrattuna on, että jälkimmäisellä on osoitteistettavien sektoreiden enimmäismäärä, määrällisesti mitattuna, 8,4 gigatavua, LB A:lla ei ole tätä rajaa. Kiintolevyn ensimmäistä sektoria (tai pikemminkin nollaa) kutsutaan MBR:ksi (Master Boot Record) tai pääkäynnistystietueeksi. Tämän sektorin alussa on koodi, jossa tietokoneen perussyöttö/tulostusjärjestelmä siirtää ohjauksen, kun se käynnistyy. Myöhemmin tämä koodi siirtää ohjauksen käyttöjärjestelmän latauslaitteeseen. Myös sektorissa 0 on kiintolevyn osiotaulukko. Osio on tietty joukko sektoreita. Osiota koskeva merkintä syötetään taulukkoon, jossa on sen alkusektorin numero ja koko. Osiotaulukossa voi olla yhteensä neljä tällaista merkintää. Osiota, jonka merkintä on nollasektorin osiotaulukossa, kutsutaan ensisijaiseksi (ensisijaiseksi). Mainituista rajoituksista johtuen yhdellä levyllä voi olla enintään neljä tällaista osiota. Jotkut käyttöjärjestelmät asennetaan vain ensisijaisiin taltioihin. Jos tarvitaan lisää osioita, taulukkoon lisätään merkintä laajennetusta osiosta. Tämä osiotyyppi on säilö, johon luodaan loogiset osiot. Loogisia asemia voi olla rajoittamaton määrä, mutta Windows-perheen käyttöjärjestelmässä samanaikaisesti kytkettyjen taltioiden määrää rajoittaa latinalaisten kirjainten määrä. Näillä kolmella osiotyypillä on laajin tukiasema, suurin osa käyttöjärjestelmistä tukee niitä, ja ne ovat yleisimpiä. Itse asiassa kotoa tai organisaatioiden asiakaskoneiden mittakaavassa tämän tyyppisiä osioita löytyy. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että osiotyypit rajoittuvat näihin kolmeen tyyppiin. Erikoisosioita on suuri määrä, mutta ne käyttävät myös ensisijaisia tilavuuksia kontteina. Osio on vain varattu levytilaa; Jos haluat tallentaa siihen mitään tietoja tietojen tallennusrakenteen järjestämiseksi, on luotava tiedostojärjestelmä. Tätä prosessia kutsutaan osion muotoiluksi. Tiedostojärjestelmiä on monenlaisia, FAT / NTFS käytetään Windows-käyttöjärjestelmissä, Ext2 / 3FS, ReiserFS, Swap ovat käytössä Linux-ytimeen perustuvissa käyttöjärjestelmissä. On monia apuohjelmia, joilla päästään useisiin eri tiedostojärjestelmiin käyttöjärjestelmistä, jotka eivät tue niitä alkuperäisesti (esimerkiksi pääsyn tarjoaminen Windowsista Linux-osioihin ja päinvastoin). Jotkut tiedostojärjestelmät, kuten FAT/NTFS, toimivat suuremmissa kiintolevytietorakenteissa, joita kutsutaan klustereiksi. Klusteri voi sisältää mielivaltaisen määrän sektoreita. Klusterin koon manipulointi tuo lisäetuja tiedostojärjestelmän suorituskykyyn tai vapaan tilan käyttöön. Siten saadaan seuraava looginen tietojen tallennusrakenne: kiintolevy on jaettu osiin (tässä tapauksessa tiedot tästä osiosta tallennetaan ns. pääkäynnistystietueeseen) - niitä kutsutaan nimellä C:, D:, E: jne., jokaiselle osio asetetaan tiedostojärjestelmään (osion alustamisen seurauksena). Tiedostojärjestelmä sisältää tietoa siitä, kuinka osio (looginen levy) on rajattu ja missä tiedostot siinä sijaitsevat. No, sitten osio tallentaa tiedostot, jotka on jaettu tiettyyn määrään klustereita, jotka miehittävät fyysisesti tietyn määrän sektoreita, joihin kiintolevyn raidat on jaettu. Tiedostojärjestelmä määrittää osoitteensa kaikille sektoreille ja tallentaa sitten tiedostonsa näihin osoitteisiin kirjoittaen taulukkoonsa tiettyihin tiedostoihin kuuluvien klusterien (klusterialueet) osoitteet.