[go: up one dir, main page]

RU2757659C1 - Magnetic drive with divided areas - Google Patents

Magnetic drive with divided areas Download PDF

Info

Publication number
RU2757659C1
RU2757659C1 RU2020120632A RU2020120632A RU2757659C1 RU 2757659 C1 RU2757659 C1 RU 2757659C1 RU 2020120632 A RU2020120632 A RU 2020120632A RU 2020120632 A RU2020120632 A RU 2020120632A RU 2757659 C1 RU2757659 C1 RU 2757659C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ssd
drive
mft
log
file
Prior art date
Application number
RU2020120632A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Георгиевич Носков
Original Assignee
Александр Георгиевич Носков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Георгиевич Носков filed Critical Александр Георгиевич Носков
Priority to RU2020120632A priority Critical patent/RU2757659C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2757659C1 publication Critical patent/RU2757659C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Signal Processing For Digital Recording And Reproducing (AREA)

Abstract

FIELD: computing technology.SUBSTANCE: magnetic drive with divided areas (hereinafter MDDA) is an evolutionary development of an HDD drive and is intended for long-term non-volatile storage of digital information, e.g., in a computer. The principle of operation of the MDDA consists in separate recording of the special sector area to the SSD-mft solid-state memory and the transaction log area to the SSD-log solid-state memory, added to the printed circuit board of the controller of the MDDA. The data sector area therein exclusively occupies all the surfaces of the ferromagnetic layers of the rotating physical disks of the MDDA.EFFECT: technical result is an increase in the reliability of information storage.3 cl, 3 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Накопитель магнитный с разделенными областями относится к вычислительной технике, а именно к дисковым энергонезависимым цифровым запоминающим устройствам (ЦЗУ) и предназначен для многократной перезаписи, хранения и чтения массива информации в цифровом коде, например на сервере или в компьютере.The magnetic drive with separated areas refers to computer technology, namely to disk non-volatile digital storage devices (CDS) and is intended for repeated rewriting, storage and reading of an array of information in a digital code, for example, on a server or in a computer.

Уровень техникиState of the art

ЦЗУ можно условно разделить:TsZU can be roughly divided:

- по возможности записи на:- if possible, record on:

• ЗУ, запись в которые производится только заводом-изготовителем (например, масочные микросхемы ПЗУ, CD-ROM).• memory devices, which are written only by the manufacturer (for example, masked ROM chips, CD-ROM).

• ЗУ, запись в которые может осуществить пользователь с помощью отдельного устройства (например, EPROM с ультрафиолетовым стиранием, использовавшиеся в ранних микросхемах BIOS).• memory devices that can be written to by the user using a separate device (for example, the UV erasable EPROM used in early BIOS chips).

• ЗУ, запись в которое осуществляется конечным пользователем в том же устройстве, которое его использует (например, большинство видов памяти в современных компьютерах).• memory, which is written by the end user in the same device that uses it (for example, most types of memory in modern computers).

- по возможности перезаписи:- if possible rewriting:

• С однократной записью без возможности перезаписи (ПЗУ) (например, CD-ROM, CD-R, масочные микросхемы ПЗУ).• Write-once, non-rewritable (ROM) (eg CD-ROM, CD-R, masked ROM chips).

• Полупостоянные, перепрограммируемые ЗУ (ПППЗУ) - запоминающие устройства с возможностью многократной перезаписи, затрудненной долгим временем записи или ограниченным числом циклов записи (например, CD-RW, микросхемы EPROM).• Semi-permanent, reprogrammable memory (EPROM) - memory devices with the possibility of multiple rewriting, complicated by long write times or a limited number of write cycles (for example, CD-RW, EPROM chips).

• Устройства со свободной многократной перезаписью (например, жесткие магнитные диски HDD, микросхемы оперативной памяти). Между этим и предыдущим классом нет четкой границы.• Devices with free multiple rewriting (for example, hard magnetic disks HDD, memory chips). There is no clear line between this and the previous class.

- по назначению:- by appointment:

• Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - память, в которой размещаются данные, над которыми непосредственно производятся операции процессора. Оперативная память может иметь несколько иерархических уровней. Примеры: SRAM, DRAM.• Random access memory (RAM) - memory in which data is located, on which the processor's operations are directly performed. Random access memory can have several hierarchical levels. Examples: SRAM, DRAM.

• Внутренние устройства для долговременного хранения информации (например, CMOS-память, магнитный HDD-накопитель, твердотельный SSD-накопитель).• Internal long-term storage devices (eg CMOS memory, magnetic HDD, solid state SSD).

• Внешние носители, предназначенные для резервного хранения либо переноса информации от одного устройства к другому (например, дискеты, флэш-памяти).• External media intended for backup storage or transfer of information from one device to another (eg floppy disks, flash memory).

• Запоминающие устройства для идентификации и платежей (например, магнитные карты, метки RFID).• Storage devices for identification and payments (eg magnetic cards, RFID tags).

- по энергозависимости:- by volatility:

• энергонезависимые, записи в которых не стираются при снятии электропитания;• non-volatile, records in which are not erased when the power supply is removed;

• энергозависимые, записи в которых стираются при снятии электропитания:• volatile, records in which are erased when the power supply is removed:

Figure 00000001
статические, которым для хранения информации достаточно сохранения питающего напряжения;
Figure 00000001
static, for which it is enough to maintain the supply voltage to store information;

Figure 00000001
динамические, в которых информация со временем разрушается (деградирует), и, кроме подачи электропитания, необходимо производить ее периодическое восстановление (регенерацию).
Figure 00000001
dynamic, in which information is destroyed (degrades) over time, and, in addition to supplying power, it is necessary to periodically restore it (regenerate).

- по типу доступа:- by type of access:

• с последовательным доступом (например, магнитные ленты).• sequential access (eg magnetic tapes).

• с произвольным доступом (RAM; например, оперативная память).• random access (RAM; for example, random access memory).

• с прямым доступом (например, жесткие диски HDD).• with direct access (for example, hard drives HDD).

• с ассоциативным доступом (специальные устройства, для повышения производительности баз данных).• with associative access (special devices to improve database performance).

- по геометрическому исполнению:- by geometric design:

• дисковые (магнитные диски, оптические, магнитооптические);• disk (magnetic disks, optical, magneto-optical);

• ленточные (магнитные ленты, перфоленты);• tape (magnetic tapes, punched tapes);

• барабанные (магнитные барабаны);• drum (magnetic drums);

• карточные (магнитные карты, перфокарты, флэш-карты, и др.);• card (magnetic cards, punched cards, flash cards, etc.);

• печатные платы (карты DRAM, картриджи).• printed circuit boards (DRAM cards, cartridges).

- по физическому принципу:- according to the physical principle:

• с магнитной записью• with magnetic recording

Figure 00000001
магнитные сердечники (пластины, стержни, кольца, биаксы)
Figure 00000001
magnetic cores (plates, rods, rings, biaxes)

Figure 00000001
магнитные барабаны
Figure 00000001
magnetic drums

Figure 00000001
жесткий магнитный диск (HDD)
Figure 00000001
hard magnetic disk (HDD)

Figure 00000001
гибкий магнитный диск (Floppy)
Figure 00000001
floppy disk

Figure 00000001
магнитные ленты (Streamer)
Figure 00000001
magnetic tapes (Streamer)

Figure 00000001
магнитные карты (банковские кредитные карты)
Figure 00000001
magnetic cards (bank credit cards)

• оптические о CD• optical about CD

Figure 00000001
DVD
Figure 00000001
DVD

Figure 00000001
HD-DVD
Figure 00000001
HD-DVD

Figure 00000001
Blu-ray Disc
Figure 00000001
Blu-ray Disc

• магнитооптические:• magneto-optical:

Figure 00000001
CD-МО
Figure 00000001
CD-MO

• использующие накопление электростатического заряда в диэлектриках (конденсаторные ЗУ, запоминающие электроннолучевые трубки);• using the accumulation of electrostatic charge in dielectrics (capacitor chargers, memorizing cathode-ray tubes);

• использующие эффекты в полупроводниках (EEPROM, флэш-память, SSD)• using effects in semiconductors (EEPROM, flash memory, SSD)

• звуковые и ультразвуковые (линии задержки);• sound and ultrasonic (delay lines);

• использующие сверхпроводимость (криогенные элементы);• using superconductivity (cryogenic elements);

- по количеству устойчивых состояний:- by the number of stable states:

• двоичные• binary

• троичные• ternary

• десятичные• decimal

Информационная емкость двоичных ЦЗУ измеряется в битах, а троичных ЦЗУ измеряется в тритах.The information capacity of binary CPUs is measured in bits, and ternary CPUs are measured in trites.

К основным параметрам цифровых ЗУ относятся информационная емкость, потребляемая мощность, время хранения информации, быстродействие.The main parameters of digital memory include information capacity, power consumption, storage time, and performance.

К наиболее применяемым энергонезависимым ЦЗУ с прямым доступом относятся «Накопитель на жестких магнитных дисках» и «Твердотельный накопитель», а так же «Гибридный жесткий диск»:The most commonly used non-volatile direct-access memory devices include "Hard Disk Drive" and "Solid State Drive", as well as "Hybrid Hard Drive":

--- «Накопитель на жестких магнитных дисках» (далее HDD-накопитель), называемый также жестким диском, НЖМД, НЖД, HMDD, HDD, hard (magnetic) disk drive или на сленге «винчестером». Его принцип работы основан на взаимодействии магнитного поля неподвижной магнитной головки и тонкого слоя ферромагнетика, который смещается, как в магнитофоне, относительно магнитной головки.--- "Hard disk drive" (hereinafter referred to as HDD-drive), also called a hard disk, HDD, HDD, HMDD, HDD, hard (magnetic) disk drive or in slang "hard drive". Its principle of operation is based on the interaction of the magnetic field of a stationary magnetic head and a thin layer of ferromagnet, which is displaced, like in a tape recorder, relative to the magnetic head.

Конструкция HDD-накопителя приведена на фиг. 1 и включает в себя:The design of the HDD is shown in Fig. 1 and includes:

• шпиндель вентильного мотора 1valve motor spindle 1

• вращающийся физический диск 2, который закреплен на шпинделе вентильного мотора 1 и покрыт тонким слоем ферромагнетика. Ферромагнетик защищается от механического воздействия магнитной головки слоем углерода и слоем полимера. Общая толщина слоев около 12 нм. Обычно на шпинделе закрепляются несколько жестких физических дисков.• rotating physical disk 2, which is fixed on the valve motor spindle 1 and covered with a thin layer of ferromagnet. The ferromagnet is protected from the mechanical effect of the magnetic head by a layer of carbon and a layer of polymer. The total layer thickness is about 12 nm. Typically, multiple physical hard disks are attached to a spindle.

• коромысло 3, которое поворачивается на оси коромысла 4 и на концах рычагов которого закрепляются:rocker arm 3, which rotates on the axis of rocker arm 4 and at the ends of the levers of which are fixed:

Figure 00000001
звуковая катушка коромысла 5, которой осуществляется дискретное поворачивание коромысла в необходимое положение за счет ее взаимодействия с постоянным магнитом 6
Figure 00000001
the voice coil of the rocker arm 5, which performs discrete rotation of the rocker arm to the required position due to its interaction with the permanent magnet 6

Figure 00000001
слайдер 7 - деталь с особой аэродинамической формой, которая закрепляется на рычаге коромысла около магнитной головки 8. Поток воздуха от вращающегося физического диска 2 создает в слайдере подъемную силу, которая поднимает магнитную головку 8 на высоту около 10 Нм относительно слоя ферромагнетика.
Figure 00000001
slider 7 is a part with a special aerodynamic shape, which is fixed on the rocker arm near the magnetic head 8. The air flow from the rotating physical disk 2 creates a lifting force in the slider, which raises the magnetic head 8 to a height of about 10 Nm relative to the ferromagnetic layer.

Figure 00000002
магнитная головка 8 записи/чтения данных, например, на основе туннельного магниторезистивного эффекта с оксидом магния. Магнитные головки находятся над каждой стороной всего пакета вращающихся физических дисков 2
Figure 00000002
magnetic head 8 for writing / reading data, for example, based on the tunnel magnetoresistive effect with magnesium oxide. Magnetic heads are located above each side of the entire stack of rotating physical disks 2

Figure 00000003
коммутатор-предусилитель 9, который закреплен на коромысле 3 около магнитной головки 8. Создаваемый магнитной головкой 8 сигнал очень слаб и для его повышения должен усиливаться до уровня цифровых сигналов
Figure 00000003
switch-preamplifier 9, which is fixed on the rocker 3 near the magnetic head 8. The signal created by the magnetic head 8 is very weak and to increase it must be amplified to the level of digital signals

• печатную плату 10 фиг 2, в которую впаяны микросхемы, например:• printed circuit board 10 of Fig. 2, into which microcircuits are soldered, for example:

Figure 00000001
основной контроллер 11, который обрабатывает инструкции, транслирует потоки данных внутрь и наружу, корректирует ошибки, управляет током звуковой катушки коромысла 5 и т.п., например, LSI В64002
Figure 00000001
the main controller 11, which processes instructions, translates data streams in and out, corrects errors, controls the current of the voice coil of the rocker arm 5, etc., for example, LSI B64002

Figure 00000004
КЭШ-память 12 (или буферная память) - это особая разновидность энергозависимой оперативной памяти, своеобразная «прослойка» между магнитным диском и другими компонентами компьютера, в которой временно хранятся и обрабатываются часть данных HDD-накопителя. Предназначена для более плавного считывания информации и хранения данных, к которым на текущий момент чаще всего обращается пользователь или операционная система. Например, микросхема Samsung К4Т51163QJ: 64 МБ DDR2 SDRAM с тактовой частотой 800 МГц.
Figure 00000004
Cache memory 12 (or buffer memory) is a special type of volatile random access memory, a kind of "layer" between the magnetic disk and other computer components, which temporarily stores and processes part of the data from the HDD. Designed for smoother reading of information and storage of data, which at the moment is most often accessed by the user or the operating system. For example, the Samsung K4T51163QJ chip: 64 MB DDR2 SDRAM with a clock frequency of 800 MHz.

Figure 00000005
микросхема управления вентильным мотором 14, например Smooth MCKXL
Figure 00000005
valve motor control chip 14, for example Smooth MCKXL

Figure 00000006
последовательная флеш-память 15, которая используется для хранения встроенного программного обеспечения HDD-накопителя (немного похожего на BIOS компьютера), например, Winbond 25Q40BWS05 объемом 500 КБ
Figure 00000006
15 serial flash memory, which is used to store the firmware of an HDD drive (a bit like a computer's BIOS), such as a 500KB Winbond 25Q40BWS05

Figure 00000007
разъемы для подключения питания 16 и информационного кабеля 17, например, интерфейса SATA.
Figure 00000007
connectors for connecting power 16 and data cable 17, for example, SATA interface.

Для работы с дисками используются несколько уровней:Several levels are used to work with disks:

• физический уровень доступа к данным на диске с помощью контроллера диска• physical layer of access to data on the disk using the disk controller

• доступ к данным с использованием BIOS (прерывание 13h)• access to data using BIOS (interrupt 13h)

• доступ к данным с использованием средств операционных систем• access to data using the means of operating systems

• доступ к данным с использованием средств языков высокого уровня.• access to data using the means of high-level languages.

Во время заводского низкоуровневого форматирования диска в ферромагнетике поверхности диска формируются магнитной головкой 8 концентрические дорожки (track).During the factory low-level formatting of the disk in a ferromagnet, the surface of the disk is formed by the magnetic head 8 concentric tracks (track).

Каждая дорожка состоит из набора секторов. Стандартная емкость одного сектора равна 512 байт (4 096 бит) и не подлежит логическому или физическому разделению.Each track consists of a set of sectors. The standard capacity of one sector is 512 bytes (4096 bits) and cannot be logically or physically split.

Дорожки нумеруются по направлению от края диска к его центру, начиная с номера 0. Секторы нумеруются в пределах одной дорожки, начиная с номера 1. Стороны нумеруются, начиная с 0.Tracks are numbered from the edge to the center of the disc, starting at 0. Sectors are numbered within one track, starting at 1. Sides are numbered starting at 0.

Принято несколько секторов логически объединять в кластер (cluster). Количество секторов в одном кластере зависит от общего объема HDD-накопителя. В один кластер невозможно записать информацию из разных файлов. Кластер не подлежит логическому разделению.It is accepted to logically combine several sectors into a cluster (cluster). The number of sectors in one cluster depends on the total size of the HDD. It is impossible to write information from different files into one cluster. The cluster is not subject to logical separation.

Все дорожки, расположенные на разных физических дисках, но на одинаковом расстоянии от центра, называются цилиндром (cylinder). Номер цилиндра соответствует номерам дорожек, входящих в этот цилиндр. По мере записи информации цилиндры постепенно заполняются по направлению к центру диска. В пределах цилиндра переход от одной дорожки текущего диска к дорожке другого диска не требует перемещения головок чтения/записи. Таким образом, за счет оптимизации перемещения головок достигается уменьшение времени на смещение головок от одного сектора к другому.All tracks located on different physical disks, but at the same distance from the center, are called a cylinder. The cylinder number corresponds to the numbers of the tracks included in this cylinder. As information is recorded, the cylinders gradually fill towards the center of the disc. Within a cylinder, the transition from one track of the current disc to a track of another disc does not require moving the read / write heads. Thus, by optimizing the movement of the heads, a decrease in the time for moving the heads from one sector to another is achieved.

Для того чтобы однозначно указывать адреса блока данных, необходимо определить три числа:In order to unambiguously indicate the addresses of the data block, it is necessary to define three numbers:

• номер цилиндра (определяется дорожка)• cylinder number (track is determined)

• номер магнитной головки (определяется номер физического диска и его стороны)• number of the magnetic head (the number of the physical disk and its side is determined)

• номер сектора на дорожке.• sector number on the track.

Здесь используется так называемая абсолютная нумерация дискаThe so-called absolute disc numbering is used here.

Однако операционная система рассматривает все секторы диска, как один непрерывный массив, элементы которого нумеруются подряд, начиная с 0, поэтому каждый сектор, кроме абсолютной нумерации, имеет свой логический или относительный номер.However, the operating system considers all sectors of the disk as one contiguous array, the elements of which are numbered in a row, starting from 0, therefore, each sector, except for the absolute numbering, has its own logical or relative number.

Дорожки группируются по одному (например, диск С) или нескольким разделам (логическим дискам).Tracks are grouped one by one (for example, drive C) or several partitions (logical drives).

Организация нескольких разделов предоставляет возможность устанавливать на каждый из них свою операционную инфраструктуру с отдельным томом и логическими дисками.The organization of several partitions provides the ability to install on each of them its own operating infrastructure with a separate volume and logical disks.

Все логические диски снабжаются загрузочным сектором тома, двумя копиями таблицы размещения файлов и корневым каталогом. Посредствам вышеуказанных структур, операционной системе удается производить распределение дискового пространства, отслеживание расположения файлов, а также обход поврежденных участков на диске.All logical drives are provided with a volume boot sector, two copies of the file allocation table, and a root directory. Through the above structures, the operating system manages to allocate disk space, track the location of files, and bypass damaged areas on the disk.

Форматирование высокого уровня сводится к созданию разделов, оглавлений диска и файловой системы (FAT, NTFS и т.п.). Посредством DOS-команды FORMAT гибкий диск подвергается сразу обоим типам форматирования, тогда как жесткий - лишь форматированию высокого уровня.High-level formatting comes down to creating partitions, disk tables of contents and file system (FAT, NTFS, etc.). With the DOS FORMAT command, a floppy disk undergoes both types of formatting at once, while a hard disk only undergoes high-level formatting.

Дорожки и сектора вращающегося физического диска 2 фиг. 1 разбиты на:The tracks and sectors of the rotating physical disc 2 of FIG. 1 are broken down into:

• зону парковки магнитных головок 20, где магнитная головка 8 «приземляется» перед выключением HDD-накопителя, что исключает повреждение магнитными головками слоя ферромагнетика вращающегося физического диска 2.• the parking area of the magnetic heads 20, where the magnetic head 8 "lands" before turning off the HDD-drive, which prevents the magnetic heads from damaging the ferromagnet layer of the rotating physical disk 2.

• область загрузочных секторов 21 с адресом «сторона 0, дорожка 0 и сектор 1». В общем случае данный сектор содержит адрес начала области специальных секторов, но может содержать программу начальной загрузки. Содержит так же таблицу описания разделов (Partition Table), где один из четырех разделов помечается как активный, в каталог которого программой начальной загрузки передается управление. Partition Table указывает на расположение блоков секторов логических устройств• area of boot sectors 21 with the address "side 0, track 0 and sector 1". In general, this sector contains the address of the start of the special sector area, but may contain a bootstrap program. It also contains a Partition Table, where one of the four partitions is marked as active, and control is transferred to the directory of the boot program. The Partition Table indicates the location of the LUN sector blocks

• область специальных секторов, в которой размещается файловая система, например:• the area of special sectors in which the file system is located, for example:

Figure 00000001
область специальных секторов FAT32 22 фиг. 1, которая применялась в Windows до 1993 года. Поддерживает диски размером до 128 Гб, а размер отдельных файлов - в пределах 4 Гб. Область специальных секторов файловой системы FAT32 располагается в начале вращающегося физического диска, сразу после области загрузочных секторов 21.
Figure 00000001
FAT32 special sector area 22 of FIG. 1, which was used in Windows until 1993. Supports drives up to 128GB and individual files up to 4GB. The FAT32 file system special sectors area is located at the beginning of the rotating physical disk, immediately after the boot sectors area 21.

Figure 00000008
область специальных секторов 23 фиг. 1 ОС NTFS - применяется в начиная с серверов NT и Windows Vista. Поддерживает диски размером до 16 Тб.
Figure 00000008
the area of special sectors 23 of FIG. 1 NTFS OS - used in NT and Windows Vista servers. Supports drives up to 16 TB.

Область специальных секторов 23 файловой системы NTFS располагается на дорожках в середине вращающегося физического диска и содержит, например:The area of special sectors 23 of the NTFS file system is located on tracks in the middle of a rotating physical disk and contains, for example:

Figure 00000009
корневой каталог
Figure 00000009
root directory

Figure 00000010
MFT (Master File Table). NTFS резервирует первые 16 записей таблицы размером около 1 Мб для специальной информации
Figure 00000010
MFT (Master File Table). NTFS reserves the first 16 records of the table, about 1 MB in size, for special information

Figure 00000009
Зеркальную запись MFT. Если первая запись MFT разрушена, NTFS считывает вторую запись
Figure 00000009
Mirror record MFT. If the first MFT record is corrupted, NTFS reads the second record

Figure 00000009
Семнадцатая и последующие записи главной файловой таблицы используются собственно файлами и каталогами на томе
Figure 00000009
The seventeenth and subsequent records of the master file table are used by the actual files and directories on the volume

Figure 00000009
Файл битовой карты (bitmap file), где хранится схема распределения пространства на томе. Атрибут данных этого файла содержит битовую карту, каждый бит которой представляет один кластер тома и указывает, свободен ли данный кластер или занят некоторым файлом
Figure 00000009
A bitmap file that stores the allocation of space on a volume. The data attribute of this file contains a bitmap, each bit of which represents one cluster of the volume and indicates whether the given cluster is free or occupied by some file

Figure 00000009
Файл плохих кластеров (bad cluster file) для регистрации поврежденных участков на томе
Figure 00000009
Bad cluster file for registering bad sections on a volume

Figure 00000009
Файл тома (volume file), содержащий имя тома, версию NTFS и бит, который устанавливается при повреждении тома
Figure 00000009
Volume file containing the volume name, NTFS version and bit that is set when the volume is damaged

Figure 00000009
Файл (attribute definition table), содержащий таблицу определения атрибутов, которая задает типы атрибутов, поддерживаемые на томе, и указывает можно ли их индексировать, восстанавливать операцией восстановления системы и т.д.
Figure 00000009
An attribute definition table file that contains an attribute definition table that specifies the types of attributes supported on the volume and whether they can be indexed, restored by a system restore, and so on.

Figure 00000011
exFAT (FAT64) - поддерживает все актуальные системы, в том числе Мас и Linux. Работает с файлами размером более 4 Гб и рассчитана на использование в съемных устройствах.
Figure 00000011
exFAT (FAT64) - Supports all current systems, including Mac and Linux. Works with files larger than 4 GB and is designed for use in removable devices.

Figure 00000012
HFS+ -поддерживает исключительно устройства Apple
Figure 00000012
HFS + - only supports Apple devices

• область секторов данных 24 фиг. 1, в которой располагаются файлы хранимой на HDD-накопителе информацииdata sector area 24 of FIG. 1, which contains the files stored on the HDD-drive information

• область журнала транзакций 25 фиг. 1, в которой в системе NTFS регистрируются все операции, влияющие на структуру тома, включая создание файла и любые команды, изменяющие структуру каталогов. В области журнала транзакций записывается «Журнал транзакций», который используется для восстановления тома NTFS после сбоя системы. Журнал транзакций - это обычный файл (log file) нефиксированной длины, который записывается в произвольное место в область секторов данных 24 фиг. 1.transaction log area 25 of FIG. 1, which logs all operations affecting the volume structure to NTFS, including file creation and any commands that change the directory structure. The Transaction Log area records the "Transaction Log", which is used to recover an NTFS volume after a system failure. The transaction log is a regular, non-fixed length log file that is written to an arbitrary location in the data sector area 24 of FIG. 1.

В кластеры области секторов данных 24 фиг. 1 записываются файлы в соответствии с таблицей MFT файловой системы, например:In the clusters of the data sector area 24 of FIG. 1 files are written according to the file system MFT table, for example:

• Файлы драйверов• Driver files

• Файлы операционной системы• Operating system files

• Файл подкачки, который используется при недостаточности оперативной памяти• Paging file, which is used when there is insufficient RAM

• Файлы прикладных программ• Application files

Разделением информации на файлы обеспечивается возможность машине и человеку отличать один набор данных от другого при их поиске, изменении, удалении или выполнении с ними других операций.By dividing information into files, it is possible for a machine and a person to distinguish one set of data from another when searching for, changing, deleting or performing other operations with them.

Следует отметить важность сохранения целостности кластеров области специальных секторов 23 (или 22) фиг. 1. Ее повреждение часто приводит к потери всей информации HDD-накопителя.It should be noted that it is important to maintain the integrity of the clusters of the special sector area 23 (or 22) of FIG. 1. Its damage often leads to the loss of all information on the HDD.

В тоже время повреждение одного сектора в области данных 25 фиг. 1 приводит к разрушению только одного информационного файла.At the same time, damage to one sector in the data area 25 of FIG. 1 leads to destruction of only one information file.

Если кластеры, содержащие файл, расположены не подряд, то данные файла оказываются фрагментированными. Сильно фрагментированные файлы значительно снижают эффективность работы HDD-накопителя, так как головка чтения/записи при поиске очередного кластера файла должна прерывисто перемещаться между дорожками и ожидать «подлета» необходимого сектора.If the clusters containing the file are not in a row, then the file data is fragmented. Heavily fragmented files significantly reduce the efficiency of the HDD-drive, since the read / write head, when searching for the next file cluster, must intermittently move between tracks and wait for the necessary sector to "approach".

Очевидно, во время записи/считывания информации магнитные головки постоянно челночно перемещаются между областью специальных секторов, областью журнала транзакций и областью секторов данных. Например, магнитная головка от зоны парковки 20 фиг. 1 смещается к области загрузочных секторов 21, далее в область специальные секторов 23 фиг. 1, где считываются файлы и таблицы NTFS, и, с учетом данных файла плохих кластеров (bad cluster file), свободных кластеров цилиндров, которые зарегистрированы в файле битовой карты (bitmap file), магнитная головка смещается сначала в область журнала транзакций 25 фиг. 1, где записываются планируемые изменения в файл log file, а потом смещается в область секторов данных 24 фиг. 1, в дорожках которой записывается сохраняемая информация. В итоге на запись/чтение каждого сектора HDD-накопителя тратится существенно много микросекунд.Obviously, during the writing / reading of information, the magnetic heads are constantly shuttling between the special sector area, the transaction log area and the data sector area. For example, the magnetic head from the parking area 20 of FIG. 1 is shifted to the area of boot sectors 21, then to the area of special sectors 23 of FIG. 1, where NTFS files and tables are read, and in view of the bad cluster file data, free cylinder clusters that are registered in the bitmap file, the magnetic head is first moved to the transaction log area 25 of FIG. 1, where the planned changes are written to the log file, and then shifted to the data sector area 24 of FIG. 1, in the tracks of which the stored information is recorded. As a result, many microseconds are spent on writing / reading each sector of the HDD.

Если произошел сбой транзакции, например отключалась энергосеть, то с использованием записей журнала транзакций (log file) происходит автоматическое возращение HDD-накопителя в исходное состояние.If a transaction has failed, for example, the power grid is disconnected, then using the records of the transaction log (log file), the HDD will automatically return to its original state.

При определенных обстоятельствах сама область загрузочных секторов может оказаться фрагментированной, чем дополнительно снижается производительность HDD-накопителя.Under certain circumstances, the boot sector area itself may become fragmented, which further reduces the performance of the HDD.

Челночные механические перемещения магнитных головок HDD-накопителя между областями и ожидание, когда необходимый сектор каждой области «довернется» до головки, ограничивают общую скорость работы компьютера, как единого устройства.Shuttle mechanical movement of the magnetic heads of the HDD-drive between areas and the waiting for the necessary sector of each area to "fit" to the head, limit the overall speed of the computer as a single device.

При этом, небольшая по емкости область специальных секторов является наиболее часто читаемой и наиболее часто перезаписываемой, что вызывает усиленный износ соответствующих ферромагнитных дорожек вращающегося физического диска. Разрушение ферромагнитной поверхности в области специальных секторов приводит к необратимой потере информации всего диска.At the same time, the area of special sectors, small in capacity, is the most frequently read and most frequently rewritten, which causes increased wear of the corresponding ferromagnetic tracks of the rotating physical disk. The destruction of the ferromagnetic surface in the area of special sectors leads to the irreversible loss of information of the entire disk.

На протяжении десятилетий магнитные способы записи доминировали в сегменте хранения данных. Изобретенный в 1956 году HDD-накопитель из-за своей относительно медленной скорости стали «узким местом» ЦВУ.For decades, magnetic recording methods have dominated the data storage segment. The HDD, invented in 1956, has become the bottleneck of the DCU due to its relatively slow speed.

--- «Твердотельный накопитель» (далее SSD-накопитель),--- "Solid State Drive" (hereinafter referred to as SSD-drive),

Проблема в компьютере или на сервере с магнитным HDD-накопителем устраняется его заменой на SSD-накопитель (solid state drive), который обеспечивает намного большую скорость работы с данными.The problem in a computer or server with a magnetic HDD-drive is eliminated by replacing it with an SSD-drive (solid state drive), which provides much faster data processing speed.

Первые образцы имели емкость 128 Мб, ну а сейчас стали доступными по цене модели до 480 Гб.The first samples had a capacity of 128 MB, but now they have become affordable models up to 480 GB.

SSD-накопитель представляют собой технологически законченные постоянные запоминающие устройства, хранящие данные в микросхемах. Отличается от флеш-памяти прежде всего большой информационной емкостью. Наиболее распространенный вид твердотельных накопителей использует для хранения информации энергонезависимую память типа NAND, однако существуют варианты, в которых накопитель создается на базе DRAM-памяти, снабженной дополнительным источником питания - аккумулятором.SSD-drives are technologically complete read-only memory devices that store data in microcircuits. It differs from flash memory primarily in its large information capacity. The most common type of solid-state drives uses non-volatile memory such as NAND to store information, but there are options in which the drive is created on the basis of DRAM memory, equipped with an additional power source - a battery.

С целью оптимизации использования SSD-накопителя в 2011 году разработан логический интерфейс NVMe (Non-Volatile Memory Express), поддержка которого добавлена в Windows, начиная с версии 8.1.In order to optimize the use of SSD-drive in 2011, the logical interface NVMe (Non-Volatile Memory Express) was developed, support for which was added to Windows, starting with version 8.1.

В отличие от HDD-накопителя, цена SSD-накопителя очень сильно зависит от доступной емкости, что связано с ограниченной плотностью размещения ячеек памяти и ограничением размера кристалла в микросхеме.Unlike an HDD, the price of an SSD is highly dependent on the available capacity, due to the limited density of memory cells and the limitation of the size of the crystal in the microcircuit.

В настоящее время, SSD-накопители разделяются по четырем технологиям изготовления, которые отличаются плотностью хранения данных и ресурсом:Currently, SSDs are divided into four manufacturing technologies, which differ in storage density and resource:

• SLC (Single Level Cell-одноуровневые ячейки памяти) - один бит на ячейку• SLC (Single Level Cell) - one bit per cell

• MLC «Multi Level Cell» - два бита на ячейку• MLC "Multi Level Cell" - two bits per cell

• TLC «Triple Level Cell» - три бита на ячейку• TLC "Triple Level Cell" - three bits per cell

• QLC «Quad Level Cell» - 4 бита данных в ячейке. Самый бюджетный диск со стоимость 1 Тб около $100-120.• QLC "Quad Level Cell" - 4 data bits per cell. The most budgetary drive with a cost of 1 TB is about $ 100-120.

По сравнению с HDD-накопителем, SSD-накопитель имеет преимущество в исключении механических движущихся частей, отсюда:Compared to HDDs, SSDs have the advantage of eliminating mechanical moving parts, hence:

• стабильность времени считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации• stability of the reading time of files, regardless of their location or fragmentation

• высокая скорость чтения/записи, вплоть до нескольких гигабайт в секунду для произвольно расположенных данных, близка к пропускной способности интерфейсов (SAS/SATA II 300 МБ/с, SAS/SATA III 600 МБ/с)• high read / write speed, up to several gigabytes per second for randomly located data, close to the throughput of interfaces (SAS / SATA II 300 MB / s, SAS / SATA III 600 MB / s)

• количество произвольных операций ввода-вывода в секунду (IOPS) у SSD-накопителя на порядок выше, чем у жестких дисков, за счет возможности одновременного запуска множества операций и более низкой латентности каждой операции (нет необходимости ожидать оборота диска перед доступом, а также ожидать наведения головки диска на нужный цилиндр);• the number of random input-output operations per second (IOPS) of an SSD-drive is an order of magnitude higher than that of hard drives, due to the possibility of simultaneous launching of many operations and lower latency of each operation (there is no need to wait for a disk revolution before accessing, and also to wait pointing the disk head to the desired cylinder);

• намного меньшая чувствительность к внешним электромагнитным полям;• much lower sensitivity to external electromagnetic fields;

• высокая механическая стойкость (кратковременно выдерживают порядка 1500 g);• high mechanical resistance (withstand for a short time about 1500 g);

• малые габариты и вес. Для твердотельных накопителей были разработаны более компактные типовые размеры, например mSATA, NGFF (М.2).• small dimensions and weight. For solid-state drives, more compact standard sizes have been developed, for example, mSATA, NGFF (M.2).

• отсутствие шума;• lack of noise;

• низкое энергопотребление;• low power consumption;

Но главными недостатками SSD-накопителя считаются в несколько раз большая стоимость в расчете на Гб и ограниченное количество циклов перезаписи, например:But the main disadvantages of an SSD drive are considered several times higher cost per GB and a limited number of rewriting cycles, for example:

• Дешевые накопители (SB, SD, uSD типа TLC) имеют ресурс порядка 1000 циклов или менее.• Cheap drives (SB, SD, uSD type TLC) have a life on the order of 1000 cycles or less.

• Обычная MLC, например флэш-память (flash memory), позволяет записывать данные примерно 3000-10 000 раз (гарантированный ресурс);• Ordinary MLC, such as flash memory (flash memory), allows you to write data about 3000-10,000 times (guaranteed resource);

• Более дорогостоящие виды памяти SLC имеют ресурс порядка сотен тысяч циклов перезаписи.• More expensive types of SLC memory have a resource of the order of hundreds of thousands of rewriting cycles.

Для борьбы с неравномерным износом в высокопроизводительных (SATA и PCIe) SSD-накопителях применяются схемы балансирования нагрузки ячеек: основной контроллер хранит информацию о том, сколько раз какие блоки перезаписывались, и при необходимости производит запись в менее изношенные блоки. При выработке реального ресурса банков памяти накопитель может перейти в режим «только для чтения», что позволяет сохранить и скопировать данные.To combat uneven wear in high-performance (SATA and PCIe) SSDs, cell load balancing schemes are used: the main controller stores information about how many times which blocks have been overwritten, and, if necessary, writes to less worn blocks. When the real resource of memory banks is used up, the drive can switch to read-only mode, which allows you to save and copy data.

При дальнейшем бурном развитии технологий SSD-накопителей низкий ресурс по количеству перезаписей, несомненно, будет устранен, например, путем изготовления носителя информации по другим физическим принципам, типа FeRam, ReRAM (resistive random-access memory) и др.With the further rapid development of SSD technologies, the low resource in the number of rewrites will undoubtedly be eliminated, for example, by making an information carrier according to other physical principles, such as FeRam, ReRAM (resistive random-access memory), etc.

Но уже сейчас производители SSD-накопителей по технологии 3D TLC дают гарантию не менее 3 лет.But now manufacturers of SSD-drives using 3D TLC technology give a guarantee of at least 3 years.

--- «Гибридный жесткий диск» (далее SSHD-накопитель).--- "Hybrid hard disk" (hereinafter referred to as SSHD-drive).

Первый в мире гибридный жесткий диск (solid-state hybrid drive) разработала компания Seagate в 2007 году.The world's first solid-state hybrid drive was developed by Seagate in 2007.

В SSHD-накопителе сочетаются технологии параллельного хранения данных на магнитном HDD-накопителе и в твердотельном SSD-накопителе. Отдельный твердотельный SSD-накопитель ограниченной емкости используется в качестве большого буфера (кэша) информации, хранимой на магнитном HDD-накопителе. Контроллер устройства копирует из области секторов данных HDD-накопителя в быстрый SSD-накопитель наиболее часто используемые файлы.The SSHD is a combination of magnetic HDD and solid-state SSD parallel storage technologies. A separate solid state SSD with limited capacity is used as a large buffer (cache) of the information stored in the magnetic HDD. The device controller copies the most frequently used files from the data sector area of the HDD to the fast SSD.

В основе технологии гибридных накопителей лежит принятие решения о том, какие элементы данных являются приоритетными для SSD-накопителя, а какие нет. Поэтому SSHD-накопители могут работать в двух основных режимах:At the heart of hybrid drive technology is deciding which data items are prioritized by an SSD and which are not. Therefore, SSHD drives can operate in two main modes:

• Автоматический режим или self-optimized. В этом режиме гибридный винчестер самостоятельно принимает все решения, относящиеся к распределению данных и не зависит от операционной системы• Automatic mode or self-optimized. In this mode, the hybrid hard drive independently makes all decisions related to the distribution of data and does not depend on the operating system

• Хост-Оптимизированный режим или host-hinted. В этом режиме работы, гибридный SSHD-накопитель включает расширенный набор команд SATA «Hybrid Information)). На основе этих команд, операционная система и драйвер устройства, учитывая структуру файловой системы, принимает решение о том, какие элементы данных размещать в SSD-накопитель.• Host-Optimized Mode or host-hinted. In this mode of operation, the SSHD hybrid drive includes an extended SATA command set (Hybrid Information)). Based on these commands, the operating system and device driver, taking into account the structure of the file system, decides which data items to place in the SSD.

Некоторые специфические особенности SSHD-накопителя, такие как host-hinted режим, требуют программной поддержки в операционной системе. Поддержка host-hinted операции появилась только в Windows 8.1, в то время как патчи для ядра Linux доступны с конца 2014 года.Some specific features of an SSHD drive, such as host-hinted mode, require software support in the operating system. Support for host-hinted operation only appeared in Windows 8.1, while patches for the Linux kernel have been available since late 2014.

За счет увеличенного кэша, удалось уменьшить количество обращений к магнитному диску, что отразилось на уменьшении энергопотребления и тепловыделения, долговечности и уменьшении шума при работе. Все это делает их на порядок производительнее и практичнее HDD, но в несколько раз дешевле SSD-накопителя.Due to the increased cache, it was possible to reduce the number of requests to the magnetic disk, which was reflected in a decrease in power consumption and heat dissipation, durability and a decrease in noise during operation. All this makes them an order of magnitude more productive and more practical than an HDD, but several times cheaper than an SSD drive.

В результате увеличивается производительность накопителя. Подобное объединение позволяет воспользоваться преимуществом (по количеству произвольных операций ввода-вывода в секунду (IOPS)) недорого SSD-накопителя с небольшой емкостью при сохранении малой стоимости хранения 1 Гб данных на HDD-накопителе.As a result, the performance of the drive is increased. This combination allows you to take advantage (in terms of random IOPS) of an inexpensive SSD with a small capacity while maintaining the low cost of storing 1 GB of data on the HDD.

Существуют две основные конструкции, используемые для реализации гибридных накопителей:There are two main designs used to implement hybrid drives:

• с независимыми корпусами HDD-накопителя и SSD-накопителя, например, по технология Hyper Duo, Adaptec MaxIQ, каждый из которых подключаются к компьютеру по отдельному интерфейсному кабелю• with independent HDD and SSD enclosures, for example, Hyper Duo technology, Adaptec MaxIQ, each of which is connected to the computer via a separate interface cable

• в одном корпусе смонтированы HDD-накопитель, SSD-накопитель и контроллер, например, по технологии Intel Smart Response. Корпус подключается к компьютеру одним интерфейсным кабелем. Конструктивно SSD-накопитель размещается на печатной плате SSHD-накопителя как обычная микросхема. Можно сказать, что это одно из направлений эволюционного развития HDD-накопителей.• HDD-drive, SSD-drive and controller are mounted in one case, for example, using Intel Smart Response technology. The case is connected to the computer with one interface cable. Structurally, the SSD is placed on the printed circuit board of the SSHD drive like a conventional microcircuit. We can say that this is one of the directions of the evolutionary development of HDD-drives.

К технической проблеме гибридных SSHD-накопителей относится противоречие между производительностью и стоимостью. Заметный выигрыш по производительности происходит при копировании из HDD-накопителя в SSD-накопитель всех наиболее часто используемых файлов. Но для это надо увеличивать емкость SSD-накопителя, что увеличивает стоимость SSHD-накопителя и себестоимость хранения 1 Гб информации. С другой стороны, если нет постоянно используемых файлов, то промежуточное копирование файлов из HDD-накопителя в SSD-накопитель отрицательно сказывается на общей производительности SSHD-накопителя, в том числе на количестве операций ввода-вывода в секунду (IOPS). Устанавливать в гибридный диск SSD-накопитель больше 32 Гб не имеет смысла, так как будет дешевле приобрести обычный SSD-накопитель на 64 Гб.The technical issue with SSHD hybrid drives is the tension between performance and cost. A noticeable performance gain occurs when copying all the most frequently used files from HDD to SSD. But for this it is necessary to increase the capacity of the SSD-drive, which increases the cost of the SSHD-drive and the cost of storing 1 GB of information. On the other hand, if there are no constantly used files, then intermediate copying of files from HDD to SSD will negatively affect the overall performance of the SSHD, including the number of input / output operations per second (IOPS). It does not make sense to install an SSD drive larger than 32 GB in a hybrid drive, since it will be cheaper to purchase a regular 64 GB SSD drive.

По совокупности существенных признаков изобретения наиболее близким аналогом является HDD-накопитель.By the totality of the essential features of the invention, the closest analogue is the HDD-drive.

К основной технической проблеме накопителей на жестком магнитном диске относится низкое быстродействие. При дальнейшем увеличении емкости HDD-накопителя постоянное челночное перемещение магнитной головки между дорожками области специальных секторов, области секторов данных и области журнала транзакций существенно влияет на количество произвольных операций ввода-вывода в секунду (IOPS). Низкая скорость записи/чтения HDD-накопителя стала «узким местом» в современных компьютерах.The main technical problem of hard disk drives is low performance. With a further increase in the capacity of the HDD-drive, the constant shuttle movement of the magnetic head between the tracks of the special sector area, the data sector area and the transaction log area significantly affects the number of random input-output operations per second (IOPS). The low read / write speed of the HDD has become a bottleneck in modern computers.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Накопитель магнитный с разделенными областями (далее НМРО) представляет собой новый вид ЦЗУ, в котором область специальных секторов 8 рис. 1 и область журнала транзакций 25 фиг. 1 вынесены с ферромагнитной поверхности вращающегося физического диска 2 фиг. 1 HDD-накопителя в соответствующие твердотельные накопители SSD-mft 27 фиг. 4 и SSD-log 29 фиг. 4. Твердотельные накопители 27 и 29 размещаются, например, на печатной плате 10 фиг. 4 контроллера НМРО. Соответственно, всю площадь ферромагнетика вращающегося физического диска занимает исключительно область секторов данных 24 фиг. 3. В итоге:A magnetic storage device with divided areas (hereinafter NMRO) is a new type of CZU, in which the area of special sectors 8 Fig. 1 and the transaction log area 25 of FIG. 1 are removed from the ferromagnetic surface of the rotating physical disk 2 of FIG. 1 HDD to the corresponding SSD-mft 27 of FIG. 4 and SSD-log 29 of FIG. 4. The solid state drives 27 and 29 are located, for example, on the printed circuit board 10 of FIG. 4 NMRO controllers. Accordingly, the entire area of the ferromagnet of the rotating physical disk is occupied exclusively by the area of the data sectors 24 of FIG. 3. As a result:

• на вращающийся физический диск 2 фиг. 3 в область секторов данных 24• on the rotating physical disk 2 of FIG. 3 to the area of data sectors 24

фиг. 3 записывается основной объем информации, например:fig. 3 the main amount of information is recorded, for example:

Figure 00000006
файлы операционной системы
Figure 00000006
operating system files

Figure 00000006
файлы драйверов, например, для работы с принтером или монитором о файл подкачки, который используется при недостаточности оперативной памяти
Figure 00000006
driver files, for example, for working with a printer or monitor o paging file, which is used when there is insufficient RAM

Figure 00000006
файлы прикладных программ
Figure 00000006
application files

Figure 00000006
другая информация для постоянного хранения
Figure 00000006
other information for permanent storage

• в небольшую по емкости SSD-mft 27 фиг. 4 записывается и хранится область специальных секторов системы NTFS, например, область загрузочных секторов, таблица MFT (Master File Table), bitmap file, bad cluster file и т.д. файловой системы NTFS• into a small SSD-mft 27 fig. 4, the area of special sectors of the NTFS system is written and stored, for example, the area of boot sectors, the MFT (Master File Table), bitmap file, bad cluster file, etc. file system NTFS

• в небольшую по емкости SSD-log 29 фиг. 4 записывается и хранится область журнала транзакций системы NTFS, которая содержит «файл журнала транзакций» (log file), а также копии области загрузочных секторов, файла тома (volume file), зеркальной таблицы Master File Table, файла плохих кластеров (bad cluster file). Эти файлы просто сохраняются, но используются при откате транзакций или для восстановления НМРО при катастрофическом отказе SSD-mft.• into a small SSD-log 29 FIG. 4 writes and stores an NTFS transaction log area that contains a "log file" as well as copies of the boot sectors area, volume file, mirrored Master File Table, bad cluster file ... These files are simply saved, but are used when rolling back transactions or to recover the NMRO in the event of an SSD-mft crash.

Считывание информации с НМРО происходит следующим образом, например:Reading information from NMRO is as follows, for example:

• по названию файла основной контроллер 11 фиг. 4 находит в таблице MFT твердотельной памяти SSD-mft 27 фиг. 4 соответствующие номера кластеров• by the name of the file, the main controller 11 of FIG. 4 finds in the MFT table of the solid state memory SSD-mft 27 of FIG. 4 matching cluster numbers

• сектора кластеров последовательно считываются магнитной головкой 8 фиг. 3 с вращающегося физического диска 2 фиг. 3• sectors of the clusters are sequentially read by the magnetic head 8 of FIG. 3 from the rotating physical disc 2 of FIG. 3

• информация направляется напрямую к центральному процессору• information is sent directly to the central processor

• при необходимости, части считанной информации временно хранятся в Кэш-памяти (буферной памяти) 12 фиг. 4.• if necessary, portions of the read information are temporarily stored in the Cache memory (buffer memory) 12 of FIG. 4.

Запись информации в НМРО упрощенно происходит следующим образом, например:The recording of information in the NMRO is simplified as follows, for example:

• записываемый файл или его часть запоминается в КЭШ памяти 12 фиг. 4• the file being written or part of it is stored in the memory cache 12 of FIG. 4

• по таблице MFT из твердотельной памяти SSD-mft 27 фиг. 4 основной контроллер 11 фиг. 4 планирует номера кластеров на вращающимся физическом диске 2 фиг. 3 для записи в них файла• according to the MFT table from the solid-state memory SSD-mft 27 fig. 4, the main controller 11 of FIG. 4 plans the cluster numbers on the rotating physical disc 2 of FIG. 3 to write a file to them

• основной контроллер 11 фиг. 4 производит последовательную запись файла из КЭШ-памяти 12 фиг. 4 в запланированные кластеры вращающегося физического диска 2 фиг. 3• the main controller 11 of FIG. 4 sequentially writes a file from the cache memory 12 of FIG. 4 to the scheduled clusters of the rotating physical disk 2 of FIG. 3

• параллельно все планируемые изменения на вращающемся физическом диске 2 фиг. 3 фиксируются в твердотельной памяти SSD-log 29 фиг. 4• in parallel, all planned changes on the rotating physical disk 2 of FIG. 3 are stored in the SSD-log 29 of FIG. 4

• в случае невозможности завершения транзакции, основным контроллером 11 фиг. 4 производится автоматическое восстановление исходного состояние кластеров вращающегося физического диска 2 фиг. 3 с использованием записей «журнала транзакций» в твердотельной памяти SSD-log 29 фиг. 4• if it is impossible to complete the transaction, the main controller 11 of FIG. 4, automatic restoration of the initial state of the clusters of the rotating physical disk 2 of FIG. 3 using "transaction log" entries in SSD-log 29 of FIG. 4

• после успешного завершения транзакции измененная таблица MFT и bitmap file копируются из SSD-mft 27 фиг. 4 в SSD-log 29 фиг. 4• After successful completion of the transaction, the modified MFT and bitmap file are copied from SSD-mft 27 of FIG. 4 in SSD-log 29 of FIG. 4

• в случае успешного завершения транзакции и по истечении заданного времени соответствующая запись в файле журнала транзакций log file твердотельной памяти SSD-log 29 фиг. 4 обнуляется.• in case of successful completion of the transaction and after a predetermined time has elapsed, the corresponding entry in the transaction log file log file of the SSD-log 29 of FIG. 4 is reset to zero.

НМРО сохраняет большую информационную емкость и низкую себестоимость 1 Гб HDD-накопителя, но выгодно отличается от него более высокой надежностью хранения информации, меньшим временем произвольного доступа (random access time), более высоким количеством операций ввода-вывода в секунду (англ. IOPS) и меньшим механическим износом ферромагнитных поверхностей вращающегося физического диска 2 фиг. 3, за счет исключения челночного перемещения магнитной головки 8 коромыслом 3 фиг. 1 между дорожками области специальных секторов NTFS 23 фиг. 1, дорожками области секторов данных 24 фиг. 1 и дорожками области журнала транзакций NTFS 25 фиг. 1 вращающегося физического диска 2 фиг. 1, а также за счет на порядок более высокой скорости чтения/записи области специальных секторов системы NTFS в SSD-mft 27 фиг. 4 и области журнала транзакций системы NTFS в SSD-log 29 фиг. 4 НМРО.NMRO retains a large information capacity and low cost of 1 GB HDD-drive, but compares favorably with it in higher reliability of information storage, less random access time, higher number of input-output operations per second (IOPS) and less mechanical wear of the ferromagnetic surfaces of the rotating physical disk 2 of FIG. 3, by eliminating the shuttle movement of the magnetic head 8 by the rocker arm 3 of FIG. 1 between the tracks of the NTFS special sector area 23 of FIG. 1, the tracks of the data sector area 24 of FIG. 1 and the tracks of the NTFS transaction log area 25 of FIG. 1 of the rotating physical disc 2 of FIG. 1, and also due to an order of magnitude higher read / write speed of the area of special sectors of the NTFS system in the SSD-mft 27 of FIG. 4 and the NTFS transaction log area in SSD-log 29 of FIG. 4 NMRO.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Фиг. 1 Накопитель на жестком магнитном диске (вид без крышки со стороны вращающегося физического диска), где 1 - шпиндель вентильного мотора, 2 - вращающийся физический диск (несъемный жесткий, покрытый ферромагнетиком), 3 - коромысло, 4 - ось коромысла, 5 - звуковая катушка коромысла, 6 - постоянный магнит, 7 - слайдер, 8 - магнитная головка, 9 - коммутатор-предусилитель, 20 - зона парковки магнитной головки, 21 - область загрузочных секторов, 22 - область специальных секторов устаревшей FAT32, 23 - область специальных секторов (современной NTFS), 24 - область секторов данных, 25 - область журнала транзакций.FIG. 1 Hard disk drive (view without a cover from the side of a rotating physical disk), where 1 is a valve motor spindle, 2 is a rotating physical disk (non-removable hard disk covered with a ferromagnet), 3 is a rocker arm, 4 is an axis of a rocker arm, 5 is a voice coil rocker arms, 6 - permanent magnet, 7 - slider, 8 - magnetic head, 9 - preamplifier switch, 20 - magnetic head parking area, 21 - boot sector area, 22 - obsolete FAT32 special sector area, 23 - special sector area (modern NTFS), 24 - data sectors area, 25 - transaction log area.

Фиг. 2 Контроллер HDD, где 10 - печатная плата, 11 - основной контроллер, 12 - КЭШ-память (буферная память), 14 - микросхема управления вентильным мотором, 15-последовательная флеш-память, 16 - разъем для подключения питания, 17 - разъем для подключения информационного кабеля.FIG. 2 HDD controller, where 10 is the printed circuit board, 11 is the main controller, 12 is the cache memory (buffer memory), 14 is the valve motor control chip, 15-serial flash memory, 16 is the power connector, 17 is the connector for data cable connection.

Фиг.3 Накопитель магнитный с распределенными областями (вид без крышки со стороны вращающегося физического диска), где 1 - шпиндель вентильного мотора, 2 - вращающийся физический диск (несъемный жесткий, покрытый ферромагнетиком), 3 - коромысло, 4 - ось коромысла, 5 - звуковая катушка коромысла, 6 - постоянный магнит, 7 - слайдер, 8 - магнитная головка, 9 - коммутатор-предусилитель, 20 - зона парковки магнитной головки, 24 - область секторов данных.Fig. 3 Magnetic drive with distributed areas (view without a cover from the side of a rotating physical disk), where 1 is a valve motor spindle, 2 is a rotating physical disk (non-removable hard, covered with a ferromagnet), 3 is a rocker arm, 4 is an axis of a rocker arm, 5 is rocker voice coil, 6 - permanent magnet, 7 - slider, 8 - magnetic head, 9 - switch-preamplifier, 20 - magnetic head parking area, 24 - data sectors area.

Фиг. 4 Контроллер НМРО, где 10 - печатная плата, 11 - основной контроллер, 12 - КЭШ-память (буферная память), 14 - микросхема управления вентильным мотором, 15 - последовательная флеш-память, 16 - разъем для подключения питания, 17 - разъем для подключения информационного кабеля, 27- твердотельный накопитель SSD-mft, 29 - твердотельный накопитель SSD-log, 30 - разъем (сокет) для установки твердотельной памяти.FIG. 4 NMRO controller, where 10 is a printed circuit board, 11 is the main controller, 12 is a cache memory (buffer memory), 14 is a valve motor control chip, 15 is a serial flash memory, 16 is a power connector, 17 is a connector for data cable connections, 27 - SSD-mft solid-state drive, 29 - SSD-log solid-state drive, 30 - connector (socket) for installing solid-state memory.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

В отличии от HDD-накопителя на печатной плате контроллера НМРО, дополнительно впаяны два SSD-накопителя существенно небольшой емкости и себестоимости.In contrast to the HDD-drive on the printed circuit board of the NMRO controller, two SSD-drives of significantly small capacity and cost are additionally soldered.

После форматирования НМРО:After formatting the NMRO:

• на всей площади магнитной памяти вращающегося физического диска 2 фиг. 3 размечаются и размещаются исключительно дорожки области секторов данных 24 фиг. 3• over the entire area of the magnetic memory of the rotating physical disk 2 of FIG. 3, only the tracks of the data sector area 24 of FIG. 3

• в SSD-mft 27 фиг. 4 записываются основная таблица MFT и другие файлы системы NTFS• in SSD-mft 27 fig. 4 the main table MFT and other files of the NTFS system are written

• в SSD-log 29 фиг. 4 записываются журнал транзакций системы NTFS (log file), а так же копии файлов из SSD-mft, например, область загрузочных секторов, файл тома (volume file), зеркальной Master File Table, файла плохих кластеров (bad cluster file).• in SSD-log 29 of FIG. 4 records the NTFS transaction log (log file), as well as copies of files from the SSD-mft, for example, the boot sector area, volume file, mirrored Master File Table, bad cluster file.

Низкая себестоимость SSD-mft и SSD-log достигается за счет их небольшой емкости, например 0.256 Гб, а также использования общего с вращающимся физическим диском основного контроллера 11 фиг. 4.The low cost of SSD-mft and SSD-log is achieved due to their small capacity, for example 0.256 GB, as well as the use of the main controller 11, which is common with the rotating physical disk, in FIG. 4.

Высокая надежность SSD-mft и SSD-log достигается за счет применения схемы балансирования нагрузки ячеек и использования твердотельных накопителей, допускающих большое количество перезаписей ячеек, например, по технологии SLC.The high reliability of SSD-mft and SSD-log is achieved through the use of a cell load balancing scheme and the use of solid-state drives that allow a large number of cell rewrites, for example, using SLC technology.

Схемой балансирования нагрузки ячеек последовательно блокируются ячейки с выработанным ресурсом количества перезаписей. После почти полного использования свободных ячеек, НМРО автоматически переводится в режим «только чтение», чем обеспечивается сохранность и доступность информации на вращающемся физическом диске 2 фиг. 3.The cell load balancing scheme sequentially blocks cells with a depleted resource of the number of rewrites. After almost complete use of free cells, NMRO is automatically transferred to the "read-only" mode, which ensures the safety and availability of information on the rotating physical disk 2 FIG. 3.

SSD-mft и SSD-log размещаются в съемных корпусах, например, микро-SD (ранее известных как TransFlash, T-Flash или TF), которые вставлены в соответствующие разъемы (Socket) 30 фиг. 4 печатной платы 10, что позволяет переносить твердотельные накопители 27 и/или 29, которые выработали свой ресурс по количеству перезаписей, на отдельный стенд и профилактически копировать информацию с SSD-mft и/или SSD-log на новые SSD-накопители. Новые SSD-mft и/или SSD-log с перенесенными данными вставляются в соответствующие сокеты НМРО и его работа продолжается без утраты информации.SSD-mft and SSD-log are housed in removable enclosures such as micro-SD (formerly known as TransFlash, T-Flash or TF), which are inserted into the respective Socket 30 of FIG. 4 printed circuit boards 10, which allows you to transfer solid-state drives 27 and / or 29, which have exhausted their resource in the number of rewrites, to a separate stand and prophylactically copy information from SSD-mft and / or SSD-log to new SSD-drives. New SSD-mft and / or SSD-log with the transferred data are inserted into the appropriate NMRO sockets and its work continues without loss of information.

Причем расположение разъема (сокета) 30 фиг. 4 на печатной плате допускает замену SSD-mft 27 и/или SSD-log 29 без разборки корпуса НМРО и корпуса компьютера, например, как в сотовом телефоне.Moreover, the location of the connector (socket) 30 of FIG. 4 on a printed circuit board allows the replacement of SSD-mft 27 and / or SSD-log 29 without disassembling the NMRO case and the computer case, for example, as in a cell phone.

Легкосъемные SSD-mft 27 и SSD-log 29 обладают функцией электронного ключа защиты. После их удаления из сокета контроллера НМРО, область секторов данных 24 фиг. 3 на вращающемся физическом диске 2 фиг. 3 представляет собой набор секторов актуальной и «удаленной» информации с примесью секторов файлов операционной системы, которые сопоставимы с крошечными кусочками документов измельченных в офисном шредере. Причем, в отличие от пароля, изъятие из НМРО SSD-mft и SSD-log активного диска делает операционную систему компьютера абсолютно недоступной, например, хакерам. При неконтролируемой транспортировке компьютера, например в багаже самолета, изъятые SSD-mft и SSD-log перемещаются по независимому каналу, например, пользователем компьютера или курьером.The easily removable SSD-mft 27 and SSD-log 29 have an electronic security key function. After removing them from the socket of the NMRO controller, the data sector area 24 of FIG. 3 on the rotating physical disc 2 of FIG. 3 is a collection of sectors of actual and "remote" information with an admixture of operating system file sectors, which are comparable to tiny pieces of documents shredded in an office shredder. Moreover, unlike the password, the removal of the SSD-mft and SSD-log of the active disk from the NMRO makes the computer's operating system absolutely inaccessible, for example, to hackers. During uncontrolled transportation of a computer, for example, in the luggage of an aircraft, seized SSD-mft and SSD-log are moved through an independent channel, for example, by a computer user or courier.

Claims (22)

1. Накопитель магнитный с разделенными областями (далее НАКОПИТЕЛЬ) (или кратко: HMPO, MDDA («Magnetic Device with Divided Areas»)), включающий в себя HDD-накопитель (Hard (magnetic) Disk Drive), в котором на ферромагнитном слое вращающегося физического диска магнитной головкой последовательно записана с разбивкой по цилиндрам и секторам, в частности, область секторов данных с файлами операционной системы, драйверов и прикладных программ, причем на печатной плате контроллера HDD располагается основной контроллер, который управляет процессом записи/чтения/форматирования на вращающемся физическом диске, а также микросхемы КЭШ-памяти (буферной памяти), управления вентильным мотором, последовательной флеш-памяти с программой основного контроллера, разъем для подключения питания и разъем для подключения информационного кабеля,1. A magnetic drive with divided areas (hereinafter referred to as the DRIVE) (or briefly: HMPO, MDDA ("Magnetic Device with Divided Areas")), which includes an HDD (Hard (magnetic) Disk Drive), in which a rotating ferromagnetic layer of the physical disk by the magnetic head is sequentially recorded with a breakdown by cylinders and sectors, in particular, the area of data sectors with files of the operating system, drivers and application programs, and the main controller is located on the PCB of the HDD controller, which controls the process of writing / reading / formatting on a rotating physical disk, as well as microcircuits of cache memory (buffer memory), control of a valve motor, serial flash memory with the program of the main controller, a connector for connecting a power supply and a connector for connecting an information cable, отличающийся тем, что в печатную плату контроллера HDD дополнительно впаяны два энергонезависимых твердотельных SSD-накопителя (solid state drive) со схемой балансирования нагрузки ячеек, именуемые далее накопителями SSD-mft и SSD-log, в сочетании с которыми печатная плата именуется далее: «контроллер НМРО», причем основной контроллер на печатной плате контроллера НМРО управляет вращающимся физическим диском, накопителем SSD-mft и накопителем SSD-log, где накопитель SSD-mft контроллера НМРО предназначен для записи и хранения файлов системы NTFS, в том числе:characterized in that two non-volatile solid state drives (solid state drives) with a load balancing scheme are additionally soldered to the PCB of the HDD controller, hereinafter referred to as SSD-mft and SSD-log drives, in combination with which the printed circuit board is referred to hereinafter: "controller NMRO ", and the main controller on the printed circuit board of the NMRO controller controls a rotating physical disk, an SSD-mft drive and an SSD-log drive, where the NMRO's SSD-mft drive is intended for recording and storing NTFS files, including: - области загрузочных секторов;- boot sector areas; - области специальных секторов, которая содержит, например:- an area of special sectors, which contains, for example: - файл тома (volume file);- volume file; - корневой каталог;- root directory; - файл с MFT-таблицей (Master File Table) операционной системы NTFS, - file with MFT-table (Master File Table) of the NTFS operating system, где записываются название файлов и их распределение по номерам цилиндров, магнитным головкам и секторам на дорожках;where the name of the files and their distribution by cylinder numbers, magnetic heads and sectors on the tracks are recorded; - зеркальную копию файла с MFT-таблицей;- a mirror copy of the file with the MFT table; - файл битовой карты (bitmap file);- bitmap file; - файл плохих кластеров (bad cluster file);- bad cluster file; - файл атрибутов (attribute definition table),- file of attributes (attribute definition table), а накопитель SSD-log контроллера НМРО предназначен для записи и хранения:and the SSD-log drive of the NMRO controller is intended for recording and storing: - области журнала транзакций системы NTFS, которая содержит журнал транзакций (log file);- the area of the transaction log of the NTFS system, which contains the transaction log (log file); - а также копии файлов SSD-mft контроллера НМРО, в том числе:- as well as copies of SSD-mft files of the NMRO controller, including: - области загрузочных секторов;- boot sector areas; - файла тома (volume file);- volume file; - зеркальной Master File Table;- mirrored Master File Table; - файла плохих кластеров (bad cluster file),- bad cluster file, при этом область секторов данных занимает все поверхности ферромагнитных слоев вращающегося физического диска.the area of the data sectors occupies all the surfaces of the ferromagnetic layers of the rotating physical disk. 2. НАКОПИТЕЛЬ по п. 1, отличающийся тем, что с целью, например, профилактического обслуживания, которое предусматривает периодический перенос файлов и таблиц (без потери информации НАКОПИТЕЛЕМ) с выработавших свой ресурс SSD-mft и/или SSD-log на новые SSD-накопители, SSD-mft и/или SSD-log изготовлены в съемном малогабаритном корпусе, например micro-CD, каждый из которых вставлен в соответствующий разъем печатной платы контроллера НМРО, где конструкция НАКОПИТЕЛЯ обеспечивает замену SSD-mft и/или SSD-log без его разборки.2. STORAGE DRIVE according to claim 1, characterized in that for the purpose of, for example, preventive maintenance, which provides for periodic transfer of files and tables (without loss of information by the STORAGE DRIVE) from the exhausted SSD-mft and / or SSD-log to new SSD- drives, SSD-mft and / or SSD-log are made in a removable small-sized case, for example micro-CD, each of which is inserted into the corresponding connector of the NMRO controller PCB, where the DRIVE design allows replacing the SSD-mft and / or SSD-log without it disassembly. 3. НАКОПИТЕЛЬ по п. 1, отличающийся тем, что с целью, например, защиты информации НАКОПИТЕЛЯ при сборке, транспортировке и/или хранении компьютера съемные SSD-mft и/или SSD-log могут выполнять функцию электронных ключей, которые возможно хранить, например, в сейфе или транспортировать отдельно от компьютера, для чего конструкция НАКОПИТЕЛЯ и компьютера обеспечивают изъятие/установку SSD-mft и/или SSD-log без разборки компьютера как, например, производится замена micro-CD в смартфоне.3. The STORAGE DRIVE according to claim 1, characterized in that for the purpose, for example, of protecting the DRIVE's information during assembly, transportation and / or storage of the computer, removable SSD-mft and / or SSD-log can function as electronic keys that can be stored, for example , in a safe or transported separately from the computer, for which the design of the DRIVE and the computer provide removal / installation of SSD-mft and / or SSD-log without disassembling the computer, such as replacing the micro-CD in a smartphone.
RU2020120632A 2020-06-16 2020-06-16 Magnetic drive with divided areas RU2757659C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120632A RU2757659C1 (en) 2020-06-16 2020-06-16 Magnetic drive with divided areas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120632A RU2757659C1 (en) 2020-06-16 2020-06-16 Magnetic drive with divided areas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2757659C1 true RU2757659C1 (en) 2021-10-19

Family

ID=78286496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020120632A RU2757659C1 (en) 2020-06-16 2020-06-16 Magnetic drive with divided areas

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2757659C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2442211C2 (en) * 2006-06-07 2012-02-10 Майкрософт Корпорейшн Hybrid memory device with a single interface
US20160357452A1 (en) * 2015-06-04 2016-12-08 Seagate Technology Llc Sector translation layer for hard disk drives
US20190050353A1 (en) * 2017-08-11 2019-02-14 Western Digital Technologies, Inc. Hybrid data storage array
US20190146913A1 (en) * 2019-01-10 2019-05-16 Intel Corporation On-device-copy for hybrid ssd
US20190294363A1 (en) * 2018-03-21 2019-09-26 Micron Technology, Inc. Hybrid memory system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2442211C2 (en) * 2006-06-07 2012-02-10 Майкрософт Корпорейшн Hybrid memory device with a single interface
US20160357452A1 (en) * 2015-06-04 2016-12-08 Seagate Technology Llc Sector translation layer for hard disk drives
US20190050353A1 (en) * 2017-08-11 2019-02-14 Western Digital Technologies, Inc. Hybrid data storage array
US20190294363A1 (en) * 2018-03-21 2019-09-26 Micron Technology, Inc. Hybrid memory system
US20190146913A1 (en) * 2019-01-10 2019-05-16 Intel Corporation On-device-copy for hybrid ssd

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102168838B1 (en) Mapping tables for storage devices
US10282130B2 (en) Coherency of data in data relocation
US9720616B2 (en) Data-retention controller/driver for stand-alone or hosted card reader, solid-state-drive (SSD), or super-enhanced-endurance SSD (SEED)
US8930671B2 (en) Logical address offset in response to detecting a memory formatting operation
EP2359252B1 (en) Storage system snapshot assisted by ssd technology
US7302534B2 (en) Dual media storage device
US9927999B1 (en) Trim management in solid state drives
US9959058B1 (en) Utilizing flash optimized layouts which minimize wear of internal flash memory of solid state drives
US8850128B2 (en) Implementing data storage and dual port, dual-element storage device
Sanvido et al. NAND flash memory and its role in storage architectures
CN108628542B (en) File merging method and controller
US20200104047A1 (en) Container key value store for data storage devices
US11543989B2 (en) Storage system and control method thereof
WO2006122474A1 (en) A circuit and method of enhancing the storage lifetime
US10929319B2 (en) Data storage device with front end bus
KR20220103340A (en) Data storage device and operating method thereof
RU2757659C1 (en) Magnetic drive with divided areas
US10628051B2 (en) Reducing a data storage device boot time
CN100409164C (en) Storage device and storage system
US10268386B2 (en) Data storage device including temporary storage locations
CN101176075A (en) Circuit and method for improving service lifetime of memory device
TW201443647A (en) Tiered data storage system with data management and method of operation thereof
CN101236478A (en) Solid state disk machine
US20230152985A1 (en) Memory system for backing up data in case of sudden power-off and operation method thereof
KR20230069800A (en) Memory system for backing-up data in case of sudden power-off and method of operation thereof