Chapter 6 External Memory Megnetic disk Optical Magnetic Tape

Types of External Memory Magnetic Disk (the foundation of external memory) เป็นอุปกรณ์ที่ได้รับความนิยมมากสุด Harddisk Removable and Fix Optical CD-ROM CD-Recordable (CD-R) CD-R/W DVD Magnetic Tape

Magnetic Disk(ดิสก์แม่เหล็ก) จานบันทึกข้อมูลชนิดแม่เหล็ก เป็นหน่วยความจำภายนอกชนิดหนึ่งที่ทำหน้าที่ในการจัดเก็บข้อมูล หน่วยความจำชนิดนี้เก็บข้อมูลได้จำนวนมาก

Read and Write Mechanisms(กลไกในการอ่านและบันทึกข้อมูล) Recording and retrieval via conductive coil called a head (อุปกรณ์ที่ทำการบันทึกและเอาข้อมูลเราเรียกว่า หัวอ่าน) May be single read/write head or separate ones (หัวอ่านอาจจะมีหลายหัวอ่าน) During read/write, head is stationary, platter rotates (ขณะกำลังอ่าน หัวอ่านอาจจะคงที่หรืออาจจะเคลื่อนที่เข้าออก)

Data Organization and Formatting Concentric rings (วงกลมที่มีจุดศูนย์กลางร่วมกัน) or tracks Gaps between tracks (เป็นช่องว่าระหว่าง tracks) Reduce gap to increase capacity (ถ้าลด gap จะสามารถเพิ่มความจะของ disk ได้มากขึ้น) Same number of bits per track (variable packing density) จำนวนของ bit ต่อ track เปลี่ยนแปลงตามความหนาแน่น

Tracks divided into sectors (Track แบ่งออกเป็น Sector) (Track พูดง่ายๆ คือ ร่องบันทึกข้อมูล) Minimum block size is one sector (ขนาดของ block size ที่น้อยที่สุด คือ 1 sector) May have more than one sector per block (อาจจะมี มากกว่า 1 sector ต่อ block size)

Disk Data Layout

Disk Layout Methods Diagram

Must be able to identify start of track and sector Format disk Finding Sectors Must be able to identify start of track and sector Format disk Additional information not available to user Marks tracks and sectors

Id field ใช้ระบุตำแหน่งที่อยู่เก็บข้อมูลตำแหน่งไหน Track format Gap1 Gap1 Id Gap2 Data Gap3 Id Gap2 Data Gap3 Sync Byte Track Sync Byte Head Sector CRC Data CRC Id field ใช้ระบุตำแหน่งที่อยู่เก็บข้อมูลตำแหน่งไหน Data field เป็นข้อมูล Gap เป็นช่องว่างระหว่าง track

Characteristics of Disk System Fixed (rare) or movable head (หัวอ่าน) Removable or fixed (Disk) Single or double (usually) sided (ด้าน) Single or multiple platter (จานเดียวหลายจาน) Head mechanism (กลไกของหัวอ่าน) Contact (Floppy) Fixed gap Flying (Winchester)

Fixed/Movable Head Disk Fixed head One read write head per track ( 1 หัวอ่าน ต่อ 1 track) Movable head One read write head per side (1 หัวอ่าน ต่อ 1 ด้าน)

Removable disk (disk ที่สามารถเคลื่อนย้ายไปไหนมาไหนได้) Removable or Not Removable disk (disk ที่สามารถเคลื่อนย้ายไปไหนมาไหนได้) Can be removed from drive and replaced with another disk Provides unlimited storage capacity Easy data transfer between systems Nonremovable disk Permanently mounted in the drive ( Disk มีขนาดใหญ่ไม่สามารถเคลื่อนย้ายไปไหนได้)

Platter (จาน) Single – platter จานเดียว Multiple – platter หลายจาน

Multiple Platters

Track and Cylinders

Head mechanism (กลไกของหัวอ่าน) Contact (floppy) กลไกของหัวอ่านแบบนี้จะสัมผัสกับ platter เลย วิธีการอย่างนี้เช่น floppy disk ซึ่งจะเป็นวิธีการที่ช้าและเสียหายง่าย เวลาอ่านก็จะมีเสียงตลอด Fixed gap การอ่านการเขียนแบบที่หัวอ่านลอยอยู่นั้น ทำให้หัวจะต้องสามารถสร้างสนามแม่เหล็กได้แรงเพียงพอที่จะมีผลต่อการบันทึกข้อมูลลงบนผิวดิสก์ ถ้าช่องว่างนั้นมีขนาดแคบลงก็จะทำให้ความกว้างของร่องบันทึกแคบลงไปด้วยทำให้ได้ปริมาณที่มากขึ้น Aerodyanmic gap วิธีนี้ห้วอ่านจะไม่ติดต่อกับ platter จะมีช่องว่างเล็กน้อย เวลาทำการ read/write ก็จะส่ง electromegnatic เพื่อให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้า สำหรับการ read/write เหมือนกัน Fixed gap แต่ gap จะใกล้กันมาก ทำให้ได้ปริมาณที่สูงมาก

Example external memory Floppy disk Harddisk Removeable harddisk

Speed (ดูรูกหน้า 172 รูป 6.7 ประกอบ) Seek time (เวลาในการค้นหา track) Moving head to correct track (Rotational) latency เวลาในการหมุน sector Waiting for data to rotate under head Access time = Seek + Latency Transfer rate (เวลาที่ tranfer ข้อมูลทั้ง block เก็บลงในหน่วยความจำ)

RAID(Redundant Array of Independent Disks ) ระบบเผื่อไว้แบบอะเรย์ของดิสก์ที่เป็นอิสระต่อกัน Introduction to RAID ถ้าเรามีฮาร์ดดิสก์เพียงตัวเดียว วันหนึ่งถ้าพังก็พังไปเลย ข้อมูลหายหมด แต่ถ้านำฮาร์ดดิสก์หลายๆ ตัวมาต่อกัน เช่น 5 ตัว ข้อดีคือ ได้ความจุเพิ่มขึ้น แต่ถ้าตัวใดตัวหนึ่งพังก็จะเสียข้อมูลในฮาร์ดดิสก์ตัวนั้นไป แต่จะป้องกันได้มากกว่า ถ้าหากเพิ่มฮาร์ดดิสก์เข้าไป 3 ตัว แล้วใช้ระบบการจัดแบ่งเก็บข้อมูลในแต่ละตัว แต่ละตัว พร้อมกันแต่ในแต่ละตัวก็มีข้อมูลที่ซ้ำกัน หรือมีการเก็บ Parity ของอีกตัวไว้ ถ้าเกิดวันใดที่ตัวหนึ่งเกิดพังไป ข้อมูลในตัวที่พังก็ยังคงมีเก็บ "สำรองเผื่อเสีย" ไว้ การแก้ไข ก็เพียงเอาฮาร์ดดิสก์ใหม่มาเปลี่ยน แล้วค่อยๆ ผ่องถ่ายข้อมูลที่ฮาร์ดดิสก์ตัวเก่าที่พังไปเคยฝากไว้กับฮาร์ดดิสก์ตัวอื่นลงมาใหม่ๆ ทำให้สมบูรณ์แบบ ทั้งหมดนั้นเรียกว่าระบบ Fault Tolerance แปลเป็นไทยก็คือ"ระบบที่คงทนต่อความเสียหาย" คือ แทนที่ว่าฮาร์ดดิสก์พังไปตัวหนึ่งก็ต้อง "Down" เซิร์ฟเวอร์ ทำให้ระบบต้องหยุดชะงัก เพื่อป้องกันความเสียหายดังกล่าว จะต้องสร้างระบบให้คงทนต่อความเสียหาย ฮาร์ดดิสก์พังไปแล้วหนึ่งตัว ระบบยังทำงานต่อไปเหมือนไม่มีอะไรเกิดขึ้น โดยวิธีการนี้ จะต้องใช้ RAID ซึ่งเป็นหัวใจของการสร้าง "ดิสก์ที่คงทนต่อความเสียหาย"

คำจำกัดความของ RAID คือ เทคโนโลยีของหน่วยเก็บข้อมูลที่ใช้เพื่อปรับปรุงระบบให้มีความสามารถในการประมวลผลเกี่ยวกับการจัดเก็บข้อมูล เทคโนโลยีดังกล่าวจะออกแบบเพื่อให้ระบบการจัดเก็บข้อมูลแบบอะเรย์มีความเชื่อถือได้ และเพื่อใช้ข้อดีของการนำประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นจากการเพิ่มฮาร์ดดิสก์เข้าไปในระบบหลายๆ ตัวเข้ามาใช้งาน แปลง่ายๆ คือ ฮาร์ดดิสก์ที่ต่อกันเป็นสมาชิกของอะเรย์ (แบบเดียวกับทางคณิตศาสตร์ เรื่องของ อะเรย์) แล้วทำอย่างไรให้ทำงานได้น่าเชื่อถือ ประโยชน์อีกประการของ RAID คือ "เผื่อเสีย" คือ ถ้าตัวหนึ่งเสีย ก็จะสลับตัวที่สำรองไว้ขึ้นมาทำงานโดยอัตโนมัติ ปัจจุบันการนำ RAID มาใช้งานนั้น เกี่ยวกับเซิร์ฟเวอร์เป็นส่วนใหญ่ เมื่อระบบเครือข่ายถูกพัฒนาขึ้นใช้ ความสำคัญของหน่วยเก็บข้อมูล (Storage System) ก็ทวีความสำคัญขึ้น เพราะในเซิร์ฟเวอร์นั้น ถ้าหากว่าฮาร์ดดิสก์ชำรุด ใช้งานไม่ได้ นอกจากจะสูญเสียข้อมูลที่เก็บไว้ในฮาร์ดดิสก์ไปทั้งหมดแล้ว ยังจะต้องเสียเวลาเพื่อรอให้การซ่อมแซมแล้วเสร็จ ซึ่งหมายถึงการสูญเสียโอกาสทางธุรกิจ

ประโยชน์จาก RAID เอื้อประโยชน์ในการรวมเอาพื้นที่จากฮาร์ดดิสก์หลายๆ ตัวเข้ารวมกันเป็น "ก้อน" ก้อนเดียว ใช้ประโยชน์จากการ "เข้าถึง" ของฮาร์ดดิสก์แต่ละตัว ซึ่งหมายถึง จะแบ่งข้อมูลออกเป็นบล๊อคย่อยๆ แล้วแยกกันไปเขียน (อ่าน) ลงบนฮาร์ดดิสก์แต่ละตัว ทำให้ย่นระยะเวลาทำงาน และลดระยะเวลาคอย (Wait State) มีระบบ "เผื่อเสีย" โดยการทำ "Mirroring" หรือ Parity

RAID 0, 1, 2

RAID 3 & 4

RAID 5 & 6

Data Mapping For RAID 0

Optical Storage CD-ROM Originally for audio (เริ่มต้นกับ cd audio) 650 Mbytes giving over 70 minutes audio Data stored as pits Read by reflecting laser

CD-ROM Format Mode 0=blank data field Mode 1=2048 byte data+error correction Mode 2=2336 byte data

Other Optical Storage CD-Recordable (CD-R) CD-RW DVD (Digital Video Disk) (4.7G per layer) DVD-W(DVD – Writable)

CD and DVD

Magnetic Tape Serial access Slow Very cheap Backup and archive เวลาจะอ่านข้อมูลจะช้ามาก ยิ่งถ้าข้อมูลอยู่ด้านหลัง จะยิ่งช้ามาก

Digital Audio Tape (DAT) Uses rotating head (like video) High capacity on small tape 4Gbyte uncompressed 8Gbyte compressed Backup of PC/network servers