หน่วยความจำภายนอก
5.1
หน่วยเก็บข้อมูลที่ใช้เทคโนโลยีแม่เหล็ก
สื่อเก็บข้อมูลแบบจานแม่เหล็ก
( Magnetic Disk device ) เป็นอุปกรณ์บันทึกข้อมูลประเภทที่ใช้งานเป็นลักษณะของจานบันทึก
(disk ) ซึ่งมีหลายประเภท ดังนี้
ฮาร์ดดิสก์
( Hard disks ) เป็นอุปกรณ์เก็บบันทึกข้อมูลที่มีโครงสร้างคล้ายกับดิสเก็ตต์
แต่จุข้อมูลมากกว่าและมีความเร็วในการเข้าถึงข้อมูลสูงกว่า
ส่วนใหญ่จะถูกติดตั้งอยู่ภายในเครื่องคอมพิวเตอร์เพื่อใช้สำหรับเก็บตัวโปรแกรมระบบปฏิบัติการ
( operating system ) รวมถึงโปรแกรมประยุกต์อื่น ๆ
ฮาร์ดดิสก์ผลิตมาจากวัสดุแบบแข็งจำนวนหลายแผ่นวางเรียงต่อกันเป็นชั้น
จานแม่เหล็กแต่ละจาน เรียกว่า แพลตเตอร์ ( platter ) ซึ่งอาจจะมีจำนวนต่างกันได้ในฮาร์ดดิสก์แต่ละรุ่น
แทรค
( Track ) เป็นการแบ่งพื้นที่เก็บข้อมูลออกเป็นส่วนตามแนววงกลมรอบแผ่นจานแม่เหล็ก
จะมีมากหรือน้อยวงก็ขึ้นอยู่กับชนิดและประเภทของจานแม่เหล็กนั้น
ซึ่งแผ่นแต่ละชนิดจะมีความหนาแน่นของสารแม่เหล็กแตกต่างกันทำให้ปริมาณความจุข้อมูลที่จะจัดเก็บต่างกันตามไปด้วย
เซกเตอร์
( Sector ) เป็นการแบ่งแทรคออกเป็นส่วน ๆ สำหรับเก็บข้อมูล
ซึ่งแต่ละเซกเตอร์สามารถเก็บข้อมูลได้มากถึง 512ไบต์
หากเปรียบเทียบแผ่นจานแม่เหล็กเป็นคอนโดมิเนียมหลังหนึ่งแล้ว
เซกเตอร์ก็เปรียบได้เหมือนกับห้องพักต่าง ๆ ที่แบ่งให้คนอยู่กันเป็นห้อง ๆ นั่นเอง
แผ่นดิสเก็ตต์ที่พบทั่วไปในปัจจุบันจะเป็นแบบความจุสูงหรือ high density สามารถเก็บข้อมูลได้ถึง
1.44 MB ซึ่งเราอาจคำนวณหาความจุข้อมูลของแผ่นดิสก์ได้โดยการเอาจำนวนด้านของแผ่นจานแม่เหล็ก
( side ) จำนวนของแทรค ( track ) จำนวนของเซคเตอร์ในแต่ละแทรค
( sector/track ) และความจุข้อมูลต่อ 1 เซกเตอร์
( byte/sector ) ว่ามีค่าเป็นเท่าไหร่
แล้วเอาตัวเลขทั้งหมดมาคูณกันก็จะได้ปริมาณความจุข้อมูลในแผ่นชนิดนั้นๆ
เมื่อเก็บหรือบันทึกข้อมูลแล้วสามารถที่จะป้องกันการเขียนทับใหม่
หรือป้องกันการลบข้อมูลที่อาจเกิดขึ้น โดยเลือกใช้ปุ่มเปิด – ปิดการบันทึกที่อยู่ข้าง
ๆ แผ่นได้ ซึ่งหากเลื่อนขึ้น (เปิดช่องทะลุ) จะหมายถึงการป้องกัน ( write-protected
) แต่หากเลื่อนปุ่มลงจะหมายถึง ไม่ต้องป้องกันการเขียนทับข้อมูล ( not
write-protected ) นั่นเอง
ฟล็อปปี้ดิสก์ ( Floppy disks ) สื่อเก็บบันทึกข้อมูลที่ได้รับความนิยมและใช้งานอย่างแพร่หลาย
สามารถหาซื้อใช้ได้ตามร้านขายอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ทั่วไป นิยมเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า
ดิสเก็ตต์ ( diskette ) หรือแผ่นดิสก์ การเก็บข้อมูลจะมีจานบันทึก
ซึ่งเป็นวัสดุอ่อนจำพวกพลาสติกที่เคลือบสารแม่เหล็กอยู่ด้านใน และห่อหุ้มด้วยกรอบพลาสติกแข็งอีกชั้นหนึ่ง
แผ่นดิสก์ในอดีตจะมีขนาดจานบันทึกที่ใหญ่มากถึง 5.25 นิ้ว
ปัจจุบันไม่ได้รับความนิยมและเลิกใช้งานแล้ว จะเห็นได้เฉพาะขนาด 3.5 นิ้วแทน
ซึ่งมีขนาดเล็กและพกพาสะดวกกว่า
โครงสร้างการทำงานของแผ่นดิสก์จะต้องมีการจัดข้อมูลโดยการ ฟอร์แมต ( format
) เมื่อใช้ครั้งแรกก่อนทุกครั้ง
(ปัจจุบันบริษัทผู้ผลิตมักจะมีการฟอร์แมตแผ่นมาตั้งแต่อยู่ในกระบวนการผลิตแล้ว
(ผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องทำการฟอร์แมตก่อนใช้งานซ้ำอีก)
การฟอร์แมตเป็นกระบวนการจัดพื้นที่เก็บไฟล์ข้อมูลก่อนใช้งาน หรือพูดง่าย ๆ ก็คือ
เป็นการเตรียมพื้นที่สำหรับเก็บบันทึกข้อมูลนั่นเอง
ระบบปฏิบัติการ (operating system) หรือ
โอเอส (OS) เป็นซอฟต์แวร์ที่ทำหน้าที่เป็นตัวกลางระหว่างฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ประยุกต์ทั่วไป
บางครั้งเราอาจะเห็นระบบปฏิบัติการเป็นเฟิร์มแวร์ก็ได้ระบบปฏิบัติการมีหน้าที่หลัก
ๆ คือ การจัดสรรทรัพยากรในเครื่องคอมพิวเตอร์ เพื่อให้บริการซอฟต์แวร์ประยุกต์
ในเรื่องการรับส่งและจัดเก็บข้อมูลกับฮาร์ดแวร์ เช่น
การส่งข้อมูลภาพไปแสดงผลที่จอภาพ การส่งข้อมูลไปเก็บหรืออ่านจากฮาร์ดดิสก์
การรับส่งข้อมูลในระบบเครือข่าย การส่งสัญญานเสียงไปออกลำโพง หรือจัดสรรพื้นที่ในหน่วยความจำ
ตามที่ซอฟต์แวร์ประยุกต์ร้องขอ รวมทั้งทำหน้าที่จัดสรรเวลาการใช้หน่วยประมวลผลกลาง
ในกรณีที่อนุญาตให้ซอฟต์แวร์ประยุกต์หลายๆ ตัวทำงานพร้อมๆ กันระบบปฏิบัติการ
ช่วยให้ตัวซอฟต์แวร์ประยุกต์ ไม่ต้องจัดการเรื่องเหล่านั้นด้วยตนเอง เพียงแค่เรียกใช้บริการจากระบบปฏิบัติการก็พอ
ทำให้พัฒนาซอฟต์แวร์ประยุกต์ได้ง่ายขึ้น
มาตรฐานของการควบคุมฮาร์ดดิสก์
ฮาร์ดดิสก์ที่มีใช้งานทั่วไป
จะมีระบบการต่อใช้งานแบ่งออกเป็น 2 แบบใหญ่ ๆ คือ EIDE (Enhanced
Integrated Drive Electronics) กับ SCSI (Small Computer System
Interface) ซึ่งฮาร์ดดิสก์ทั่ว ๆ ไปที่ใช้งานกันตาม
เครื่องคอมพิวเตอร์ตามบ้าน มักจะเป็นการต่อแบบ EIDE ทั้งนั้น
ส่วนระบบ SCSI จะมีความเร็วของการรับส่ง ข้อมูลที่เร็วกว่า
แต่ราคาของฮาร์ดดิสก์จะแพงกว่ามาก จึงนิยมใช้กันในเครื่อง Server เท่านั้น
EIDE หรือ Enhance IDE เป็นระบบของ
ฮาร์ดดิสก์อินเตอร์เฟสที่ใช้กันมากในปัจจุบันนี้ การต่อไดร์ฟฮาร์ดดิสก์แบบ IDE
จะต่อผ่าน สายแพรและคอนเน็คเตอร์จำนวน 40 ขาที่มีอยู่บนเมนบอร์ด
ชื่อเรียกอย่างเป็นทางการของการต่อแบบนี้คือ AT Attachment หรือ
ATAต่อมาได้มีการพัฒนาไปเป็นแบบย่อยอื่น ๆ เช่น ATA-2,
ATAPI, EIDE, Fast ATA ตลอดจน ATA-33
และ ATA-66 ในปัจจุบัน ซึ่งถ้าหากเป็นแบบ ATA-66
แล้วสายแพรสำหรับรับส่งสัญญาณ จะต้องเป็นสายแพรแบบที่รองรับการทำงานนั้นด้วย
จะเป็นสายแพรที่มีสายข้างใน 80 เส้นแทนครับ ส่วนใหญ่แล้วใน 1 คอนเน็คเตอร์
จะสามารถต่อฮาร์ดดิสก์ได้ 2 ตัวและบนเมนบอร์ด จะมีคอนเน็คเตอร์ให้ 2 ชุด ดังนั้น
เราสามารถต่อฮาร์ดดิสก์หรืออุปกรณ์อื่น ๆ เช่นซีดีรอมไดร์ฟ ได้สูงสุด 4
ตัวต่อคอมพิวเตอร์ 1 เครื่อง
วิธีการรับส่งข้อมูลของฮาร์ดดิสก์แบบ EIDE
ยังแบ่งออกเป็นหลาย ๆ แบบ ในสมัยเริ่มต้น จะเป็นแบบ PIO
(Programmed Input Output) ซึ่งเป็นการรับส่งข้อมูลโดยผ่านซีพียู
คือรับข้อมูลจากฮาร์ดดิสก์ เข้ามายังซีพียู หรือส่งข้อมูลจากซีพียูไปยัง
ฮาร์ดดิสก์ การรับส่งข้อมูลแบบ PIO นี้ยังมีการทำงานแยกออกไปหลายโหมด
โดยจะมีความเร็วในกรรับส่งข้อมูลต่าง ๆ กันไป ดังตารางต่อไปนี้
PIO mode
|
อัตราการรับส่งข้อมูล
(MB./sec)
|
อินเตอร์เฟส
|
0
|
3.3
|
ATA
|
1
|
5.2
|
ATA
|
2
|
8.3
|
ATA
|
3
|
11.1
|
ATA-2
|
4
|
16.6
|
ATA-2
|
การรับส่งข้อมูลระหว่าง ฮาร์ดดิสก์
กับเครื่องคอมพิวเตอร์อีกแบบหนึ่ง เรียกว่า DMA (Direct Memory Access) คือทำการ
รับส่งข้อมูลระหว่างฮาร์ดดิสก์ กับหน่วยความจำโดยไม่ผ่านซีพียู
ซึ่งจะกินเวลาในการทำงานของซีพียูน้อยลง แต่ได้อัตราการรับส่ง ข้อมูลพอ ๆ กับPIO
mode 4 และยังแยกการทำงานเป็นหลายโหมดเช่นเดียวกันการรับส่งข้อมูลทาง
PIO โดยมีอัตราการรับส่ง ข้อมูลดังตารางต่อไปนี้
DMA mode
|
อัตราการรับส่งข้อมูล
(MB./sec)
|
อินเตอร์เฟส
|
|
Single Word
|
0
|
2.1
|
ATA
|
1
|
4.2
|
ATA
|
|
2
|
8.3
|
ATA
|
|
Multi Word
|
0
|
4.2
|
ATA
|
1
|
13.3
|
ATA-2
|
|
2
|
16.6
|
ATA-2
|
ฮาร์ดดิสก์ตัวหนึ่งอาจเลือกใช้การรับส่งข้อมูลได้หลายแบบ
ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลักคือ ฮาร์ดดิสก์ที่ใช้นั้นสนับสนุนการทำงานแบบใดบ้าง
ชิปเซ็ตและ BIOS ของเมนบอร์ดต้องสนับสนุนการทำงานในแบบต่าง ๆ
และอย่างสุดท้านคือ ระบบปฏิบัติการบางตัว
จะมีความสามารถเปลี่ยนหรือเลือกวิธีการรับส่งข้อมูลในแบบต่าง ๆ ได้
เพื่อให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมในการทำงาน เช่น Windows NT, Windows 98 หรือ
UNIX เป็นต้น
ถัดจาก EIDE ในปัจจุบันก็มีการพัฒนามาตราฐานการอินเตอร์เฟส
ที่มีความเร็วสูงยิ่งขึ้นไปอีก คือแบบ Ultra DMA/2 หรือเรียกว่า
ATA-33 (บางทีเรียก ATA-4) ซึ่งเพิ่มความเร็วขึ้นไป
2 เท่าเป็น 33 MHz และแบบ
Ultra DMA/4 หรือ ATA-66 (หรือ
ATA-5) ซึ่งกำลังเป็นมาตราฐานอยู่ในปัจจุบัน
โดยมีรายละเอียดดังนี้
DMA mode
|
อัตราการรับส่งข้อมูล (MB./sec)
|
อินเตอร์เฟส
|
Ultra DMA/2
(UDMA2 หรือ UDMA/33) |
33.3
|
ATA-33 (ATA-4)
|
Ultra DMA/4
(UDMA4 หรือ UDMA/66) |
66.6
|
ATA-66 (ATA-5)
|
นอกจากนี้ ปัจจุบันเริ่มจะเห็น ATA-100 กันบ้างแล้วในฮาร์ดดิสก์รุ่นใหม่
ๆ บางยี่ห้อ SCSI เป็นอินเตอร์เฟสที่แตกต่างจากอินเตอร์เฟสแบบอื่น
ๆ มาก ความจริงแล้ว SCSI ไม่ได้เป็น อินเตอร์เฟสสำหรับ
ฮาร์ดดิสก์ โดยเฉพาะ ข้อแตกต่างที่สำคัญที่สุดได้แก่
อุปกรณ์ที่จะนำมาต่อกับอินเตอร์เฟสแบบนี้ จะต้องเป็นอุปกรณ์ที่มีความฉลาดหรือ Intelligent
พอสมควร (มักจะต้องมีซีพียู หรือหน่วยความจำของตนเองในระดับหนึ่ง)
โดยทั่วไป การ์ดแบบ SCSI จะสามารถต่อ อุปกรณ์ได้ 7 ตัว
แต่การ์ด SCSI บางรุ่นอาจต่ออุปกรณ์ได้ถึง 14 ตัว
(SCSI-2) ในทางทฤษฎีแล้ว เราสามารถนำอุปกรณ์หลายชนิด
มาต่อเข้าด้วยกันผ่าน SCSIได้เช่น ฮาร์ดดิสก์ เทปไดร์ฟ
ออปติคัลดิสก์ เลเซอร์พรินเตอร์ หรือแม้กระทั่งเมาส์ ถ้าอุปกรณ์เหล่านั้น
มีอินเตอร์เฟสที่เหมาะสม
SCSI
|
Fast
|
Wide
|
Fast
|
Wide
|
Ultra
|
Ultra
Wide |
Ultra 2
|
Ultra 3
(Ultra160) |
|
บัสข้อมูล (บิต)
|
8
|
8
|
19
|
16
|
32
|
16
|
32
|
16
|
32
|
ความถี่ (MHz)
|
5
|
10
|
5
|
10
|
10
|
20
|
20
|
40
|
40
|
รับส่งข้อมูล (MB/s)
|
5
|
10
|
10
|
20
|
40
|
40
|
80
|
80
|
160
|
คอนเน็คเตอร์
|
SCSI-1
|
SCSI-2
|
SCSI-2
|
SCSI-2
|
SCSI-2
|
SCSI-3
|
SCSI-3
|
SCSI-3
|
SCSI-3
|
5.2 RAID
RAID คือ
การพัฒนาเรื่องการจัดเก็บข้อมูลในแง่ของความรวดเร็ว เสถียรภาพ
และการเพิ่มเนื้อที่สำหรับการจัดเก็บ โดยการใช้ ดิสก์หลายๆตัวในเวลา เดียวกัน
โดยพื้นฐานแล้ว RAID คือ
การทำให้ฮาร์ดดิสก์หลายตัวถูกใช้งานร่วมกันเสมือนเป็นฮาร์ดดิสก์ขนาด
ใหญ่ตัวเดียวกัน ซึ่งผลตอบแทนที่จะได้รับนั้น ขึ้นอยู่กับรูปแบบและระดับการใช้งาน RAID ในแต่ละแห่ง
อยู่ที่ว่าคุณต้องการใช้งาน ในลักษณะใด
ซึ่งในปัจจุบันมีให้เลือกใช้งานได้หลากหลายรูปแบบ
ในราคาที่แตกต่างกันตั้งแต่น้อยกว่า 100 ดอลลาร์ ไปจนกระทั่งถึง 25,000 ดอลลาร์
แน่นอนว่ายิ่งราคาแพงมากเท่าใด ย่อมได้รับระบบการใช้งานที่ดี
กว่ามากขึ้นอย่างแน่นอน ซึ่งระบบที่ดีกว่านั้น ขึ้นอยู่กับชนิดของโปรแกรมต่างๆ
ที่ถูกนำมาใช้งานเป็นส่วนประกอบด้วย
RAIDคำจำกัดความ
คือ Redundant Array of
independent disks แปลไทยได้อย่างไม่สละสลวยว่าระบบเผื่อไว้แบบอะเรย์
ของดิสก์ที่เป็นอิสระ ต่อกัน ฟังแล้วอาจจะงง RAID ก็คือ RAID ฟังแล้วง่าย แต่ไม่เข้าใจไปใหญ่
ถ้ามีฮาร์ดดิสก์เพียงตัวเดียว วันหนึ่งถ้าพังก็พังไปเลย ข้อมูลหาย หมด
แต่ถ้านำฮาร์ดดิสก์หลายๆ ตัวมาต่อกัน เช่น 5 ตัว ข้อดีคือ ได้ความจุเพิ่มขึ้น
แต่ถ้าตัวใดตัวหนึ่งพังก็จะเสียข้อมูลในฮาร์ดดิสก์ตัวนั้นไป แต่จะป้องกัน
ได้มากกว่า ถ้าหากเพิ่มฮาร์ดดิสก์เข้าไป 3 ตัว
แล้วใช้ระบบการจัดแบ่งเก็บข้อมูลในแต่ละตัว แต่ละตัว
พร้อมกันแต่ในแต่ละตัวก็มีข้อมูลที่ซ้ำกัน หรือมีการ เก็บ Parity ของอีกตัวไว้
ถ้าเกิดวันใดที่ตัวหนึ่งเกิดพังไป ข้อมูลในตัวที่พังก็ยังคงมีเก็บ
"สำรองเผื่อเสีย" ไว้ การแก้ไข ก็เพียงเอาฮาร์ดดิสก์ใหม่มาเปลี่ยน
แล้วค่อยๆ
ผ่องถ่ายข้อมูลที่ฮาร์ดดิสก์ตัวเก่าที่พังไปเคยฝากไว้กับฮาร์ดดิสก์ตัวอื่นลงมาใหม่ๆ
ทำให้สมบูรณ์แบบทั้งหมดนั้นเรียกว่า ระบบ Fault Tolerance แปลเป็นไทยก็คือ"ระบบที่คงทนต่อความเสียหาย"
คือ แทนที่ว่าฮาร์ดดิสก์พังไปตัวหนึ่งก็ต้อง "Down" เซิร์ฟเวอร์ ทำให้ระบบต้องหยุดชะงัก
เพื่อป้องกันความ เสียหายดังกล่าว จะต้องสร้างระบบให้คงทนต่อความเสียหาย
ฮาร์ดดิสก์พังไปแล้ว หนึ่งตัวระบบยังทำงานต่อไปเหมือนไม่มีอะไรเกิดขึ้นโดยวิธีการนี้จะต้องใช้
RAID ซึ่งเป็นหัวใจของการสร้าง
"ดิสก์ที่คงทนต่อความ เสียหาย”
คำจำกัดความของ RAID
คือ
เทคโนโลยีของหน่วยเก็บข้อมูลที่ใช้เพื่อปรับปรุงระบบให้มีความสามารถในการประมวลผลเกี่ยวกับการจัดเก็บข้อมูล
เทคโนโลยี ดังกล่าวจะออก แบบเพื่อให้ระบบการจัดเก็บข้อมูลแบบอะเรย์มีความเชื่อถือได้
และเพื่อใช้ข้อดีของการนำประสิทธิภาพ ที่เพิ่มขึ้น
จากการเพิ่มฮาร์ดดิสก์เข้าไปในระบบ หลายๆ ตัวเข้ามาใช้งาน
นี่เขียนแบบวิชาการต้องแบบนั้น คือ ฮาร์ดดิสก์ที่ต่อกันเป็นสมาชิกของอะเรย์
(แบบเดียวกับทาง คณิตศาสตร์ เรื่องของ อะเรย์) แล้วทำอย่างไรให้ทำงานได้น่า
เชื่อถือ แล้วการมีฮาร์ดดิสก์หลายๆ ตัว และให้เขียนและอ่านหลายๆ ตัว พร้อมๆ กัน
จะได้ ประสิทธิภาพดีกว่าเขียนและอ่านตัวเดียว ซึ่งต้อง "รอ"
ให้การเขียนเสร็จสิ้นเป็นคราวๆ ถึงจะเริ่มเขียนใหม่ได้
การกระจายการเขียน-อ่านข้อมูล (Stripping) และพาริตี้
(Parity) 2
กลไก หัวใจของ RAID
การนำเอาดิสก์หลายๆ ตัวมารวมกันเป็นดิสก์อะเรย์
แล้วกำหนดให้เป็น Logical
Drive เพียงหนึ่งตัว นั้นมี "Stripping" เป็นหัวใจในการทำงาน
กล่าวได้ว่า Stripping เป็นหลักการพื้นฐานของ
RAID คือ
เมื่อมีฮาร์ดดิสก์หลายๆ ตัวมารวมกัน การเขียนข้อมูลชุดหนึ่งๆ ลงดิสก์
เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพดีที่สุด ต้องมีการ "กระจาย"
ข้อมูลลงไปในดิสก์ทุกตัวในอะเรย์ เรียกการกระจายเขียน-อ่านข้อมูลเหล่านี้ว่า Stripping
กระบวนการ Stripping นั้นสิ่งที่สำคัญคือ I/O เพราะต้องมีการเข้าถึงฮาร์ดดิสก์ในอะเรย์
ต้องจัดการให้ดิสก์ทุกตัวบรรจุข้อมูลที่ถูกเขียน-อ่าน (Access) ในสภาวะที่สมดุลกัน
ยิ่ง RAID Controller ออกแบบเท่าไร
ก็จะได้ประสิทธิภาพจาก I/O
มากขึ้น สำหรับตัวควบคุมอะเรย์แบบฮาร์ดแวร์ (RAID Controller) การวัดประสิทธิภาพในการทำงาน
สิ่งที่นำมาวัดประสิทธิภาพก็คือ I/O
Performance
ระดับของ RAID
Data
Striping คือการแบ่งข้อมูลออกเป็นส่วนๆ
แล้วนำแต่ละส่วนไปเก็บใน harddisk
แต่ละตัว การทำ striping นี้จะช่วยให้การอ่าน หรือเขียนข้อมูลใน disk array มีประสิทธิภาพมากขึ้น
เพราะแต่ละไฟล์จะถูกแบ่งเป็นส่วนๆ กระจายไปเก็บในส่วนที่ต่างกันของ harddisk หลายตัว
โดย harddisk เหล่านั้นทำงานไปด้วยกันแบบขนาน
(parallel) จึงทำให้การเข้าถึงข้อมูลนั้นเร็วกว่า
harddisk แบบตัวเดียวอย่างแน่นอน
RAID 0
คือการเอา harddisk มากกว่า 1 ตัวมาต่อร่วมกันในลักษณะ non-redundant ซึ่ง RAID 0 นี้มีจุดประสงค์
เพื่อที่จะเพิ่มความเร็วในการอ่าน/เขียนข้อมูล harddisk
โดยตรง ไม่มีการเก็บข้อมูลสำรอง ดังนั้นถ้าฮาร์ดดิสก์ตัวใดตัวหนึ่งเกิดเสียหาย
ก็จะส่งผลให้ข้อมูลทั้งหมดไม่สามารถใช้งานได้ทันที จากรูป
จะเห็นว่าข้อมูลจะถูกแบ่งไปเก็บที่ harddisk
ทั้ง 3 ตัว (กรณีที่เราใช้ harddisk 3 ตัวมาต่อ RAID 0
กัน) และถ้าเพิ่มจำนวน harddisk ใน array ให้มากขึ้น
เวลาที่ใช้อ่านหรือเขียนข้อมูลก็จะลดลงไปตามสัดส่วนตามทฤษฎีแล้ว ถ้า disk array มี harddisk จำนวน N ตัว ก็จะทำให้อ่านหรือแขียนข้อมูลได้เร็วขึ้นเป็น N เท่าตัว แต่ด้วยเหตุผลและปัจจัยหลายประการ เช่น RAID controller, ความคลาดเคลื่อนของความเร็ว
harddisk ทำให้ในความเป็นจริงอาจเร็วไม่ถึงตามทฤษฎี
จุดเด่น ของ RAID 0 คือความเร็วในการเข้าถึงข้อมูล
แต่ข้อเสียก็คือหาก harddisk ตัวใดตัวหนึ่งเสียหาย
จะส่งผลกับข้อมูลทั้งระบบทันที
RAID 1
RAID 1
มีอีกชื่อหนึ่งว่า disk
mirroring จะประกอบไปด้วย harddisk 2 ตัวที่เก็บข้อมูลเหมือนกันทุกประการ
เสมือนการสำรองข้อมูล หาก harddisk
ตัวใดตัวหนึ่งเกิดเสียหาย
ระบบก็ยังสามารถดึงข้อมูลจาก harddisk
อีกตัวหนึ่งมาใช้งานได้ตามปกติ สำหรับ RAID controller ที่ถูกออกแบบมาเป็นอย่างดีแล้ว
การเขียนข้อมูลลง harddisk
2 ตัวในเวลาเดียวกัน จะใช้เวลาพอๆ
กับการเขียนข้อมูลลง harddisk
ตัวเดียว ในขณะที่เวลาในการอ่านก็จะน้อยลง
เพราะ RAID controller จะเลือกอ่านข้อมูลจาก
harddisk ตัวไหนก็ได้
โดยหากมีคำสั่งให้อ่านข้อมูล 2
ชุดในเวลาเดียวกัน ตัว RAID
controller ก็สามารถประมวลผลำสั่งเพื่ออ่านข้อมูลจาก harddisk ตัวหนึ่ง
และคำสั่งอีกชุดนึงจาก harddisk
อีกตัวนึงก็ได้
จุดเด่น ของ RAID 1 คือความปลอดภัยของข้อมูล
ไม่เน้นเรื่องประสิทธิภาพและความเร็วเหมือนอย่าง RAID 0 แม้ว่าประสิทธิภาพในการอ่านข้อมูลของ RAID 1 จะสูงขึ้นก็ตาม
RAID 2
ใน RAID 2 นี้ ข้อมูลทั้งหมดจะถูกตัดแบ่งเพื่อจัดเก็บลง harddisk แต่ละตัวใน
disk array โดยจะมี
harddisk ตัวหนึ่งเก็บข้อมูลที่ใช้ตรวจสอบและแก้ไขข้อผิดพลาด
(ECC - Error Checking
and Correcting) ซึ่งเป็นการลดเปอร์เซนต์ที่ข้อมูลจะเสียหายหรือสูญเสียไป
เมื่อมีการส่งข้อมูลไปบันทึกใน disk
array จะเห็นได้ว่ามี harddisk ที่เอาไว้เก็บค่า ECC โดยเฉพาะ
ถ้าเกิดการปรากฏว่า harddisk
ตัวใดตัวหนึ่งเสียหาย
ระบบก็จะสามารถสร้างข้อมูลทั้งหมดใน harddisk ตัวนั้นขึ้นมาได้ใหม่ โดยอาศัยข้อมูลจาก harddisk ตัวอื่นๆ
และจากค่า ECC ที่เก็บเอาไว้
ซึ่งการทำ ECC นี้ส่งผลให้
harddisk ทั้งระบบต้องทำงานค่อนข้างมากทีเดียว
และ RAID 2
นั้นจะเห็นได้ว่าต้องใช้ harddisk
จำนวนมากในการเก็บค่า ECC ซึ่งทำให้ค่อนข้างสิ้นเปลือง
RAID 3
RAID 3
มีลักษณะที่คล้ายกับ RAID
2 แต่แทนที่จะตัดแบ่งข้อมูลในระดับ bit เหมือน
RAID 2
ก็จะตัดเก็บข้อมูลในระดับ byte
แทนและการตรวจสอบและแก้ไขข้อผิดพลาดของข้อมูล
จะใช้ parity แทนที่จะเป็น
ECC ทำให้
RAID 3
มีความสามารถในการอ่านและเขียนข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว เพราะมีการต่อ harddisk แต่ละตัวแบบ
stripe และใช้
harddisk ที่เก็บ
parity เพียงแค่ตัวเดียวเท่านั้น
แต่ถ้านำ RAID 3
ไปใช้ในงานที่มีการส่งผ่านข้อมูลในจำนวนที่น้อยๆ ซึ่ง RAID 3
ต้องกระจายข้อมูลไปทั่วทั้ง harddisk
จะทำให้เกิดปัญหาที่เรียกว่า คอขวด ขึ้นกับ harddisk ที่เก็บ
parity เพราะไม่ว่าข้อมูลจะมีขนาดใหญ่ขนาดไหน
RAID 3
ต้องเสียเวลาไปสร้างส่วน parity
ทั้งสิ้น ยิ่งข้อมูลมีขนาดเล็กๆ แต่ parity ต้องสร้างขึ้นตลอด
ทำให้ข้อมูลถูกจัดเก็บเสร็จก่อนการสร้าง parity ทั้งระบบต้องมารอให้สร้าง parity เสร็จก่อน
จึงจะทำงานต่อไปได้นั่นเองRAID
3
เหมาะสำหรับใช้ในงานที่มีการส่งข้อมูลจำนวนมากๆ เช่นงานตัดต่อ Video เป็นต้น
RAID 4
RAID 4 มีลักษณะโดยรวมเหมือนกับ
RAID 3 ทุกประการ
ยกเว้นเรื่องการตัดแบ่งข้อมูลที่ทำในระดับ block แทนที่จะเป็น bit หรือ byte ซึ่งทำให้การอ่านข้อมูลแบบ
random ทำใด้รวดเร็วกว่า
อย่างไรก็ตาม ปัญหาคอขวดที่กล่าวใน RAID 3
ก็ยังมีโอกาสเกิดขึ้นเหมือนเดิม
RAID 5
มีการตัดแบ่งข้อมูลในระดับ block เช่นเดียวกับ RAID 4 แต่จะไม่ทำการแยก harddisk
ตัวใดตัวหนึ่งเพื่อเก็บ parity ในการเก็บ parity ของ RAID 5 นั้น จะกระจาย parity ไปยัง harddisk
ทุกตัว โดยปะปนไปกับข้อมูลปกติ จึงช่วยลดปัญหาคอขวด ซึ่งเป็นปัญหาที่สำคัญใน RAID 3 และ RAID 4
คุสมบัติอีกอันหนึ่งที่น่าสนใจของ RAID 5 คือ เทคโนโลยี Hot Swap คือเราสามารถทำการเปลี่ยน harddisk ในกรณีที่เกิดปัญหาได้ในขณะที่ระบบยังทำงานอยู่
เหมาะสำหรับงาน Server ต่างๆ
ที่ต้องทำงานต่อเนื่อง
RAID6
RAID 6
อาศัยพื้นฐานการทำงานของ RAID
5 เกือบทุกประการ แต่มีการเพิ่ม parity block เข้าไปอีก
1
ชุด เพื่อยอมให้เราทำการ Hot
Swap ได้พร้อมกัน 2 ตัว (RAID 5 ทำการ Hot Swap ได้ทีละ 1 ตัวเท่านั้น หาก harddisk มีปัญหาพร้อมกัน
2
ตัว จะทำให้เสียทั้งระบบ) เรียกว่าเป็นการเพิ่ม Fault Tolerance ให้กับระบบ โดย RAID 6
เหมาะกับงานที่ต้องการความปลอดภัยและเสถียรภาพของข้อมูลที่สูงมากๆ
RAID 7
RAID 7 อาศัยพื้นฐานการทำงานของ
RAID 4 โดนเพิ่มคุณสมบัติบางอย่างเข้าไป
เพื่อทำให้ harddisk แต่ละตัวทำงานอิสระต่อกัน
ไม่จำเป็นต้องรอให้ harddisk
ตัวใดตัวหนึ่งทำงานเสร็จก่อน
(ซึ่งทำให้เกิดปัญหาคอขวดใน RAID
4) โดยการส่งข้อมูลแต่ละครั้ง จะทำการส่งผ่าน X-Bus ซึ่งเป็นบัสที่มีความเร็วสูง
RAID 7 ยังมีหน่วยความจำแคชหลายระดับในตัว
RAID Controller เพื่อแยกการทำงานให้อิสระต่อกัน
โดยจะมี Real-Time
Operating System อยู่ภายในส่วนที่เรียกว่า Array Control Processor ทำหน้าที่ควบคุมการส่งข้อมูลบนบัส
RAID 7 เหมาะสำหรับใช้ในองค์กรขนาดใหญ่
เชื่อมต่อได้สูงสุดถึง 12
host 48 drives และราคาของระบบ RAID 7 ค่อนข้างที่จะสูงมาก ด้วย RAID 7 เป็นลิขสิทธิ์เฉพาะของบริษัท
Storage Computer
Corporation ทำให้ผู้ใช้งาน RAID 7 ไม่สามารถปรับแต่งอะไรกับเครื่องเลย ทำให้ RAID 7 ไม่ค่อยได้รับความนิยมมากนัก
RAID 10
RAID 10
หรือ RAID 0+1
เป็นการผสมผสานระหว่าง RAID
0 และ RAID 1 เข้าด้วยกัน
ทำให้การเข้าถึงข้อมูลเป็นไปได้อย่างรวดเร็ว และมีการทำ mirror ข้อมูล
(backup ข้อมูล)
ไปด้วย ข้อเสียของ RAID
10 คือการเพิ่มจำนวน harddisk ในอนาคตเป็นไปได้ยาก
เพราะ harddisk แต่ละตัวมี
mirror เป็นของตัวเอง
ยิ่งเพิ่ม harddisk เพื่อใช้งานก็ต้องเพิ่ม
harddisk เพื่อ
backup ไปด้วย
เหมาะสำหรับ Server ที่ต้องการความเร็วในการเข้าถึงข้อมูลค่อนข้างมาก
และไม่ต้องการความจุมากนัก
RAID 53
RAID 53
มีอัตราความเร็วการเข้าถึงข้อมูลค่อนข้างสูง เพราะมีพื้นฐานการทำงานของ RAID 0
อยู่ และมีการป้องกันความเสียหายที่จะเกิดขึ้นได้ เหมือน RAID 3
ซึ่งแน่นอนว่ายังมีปัญหาคอขวดด้วย นอกจากนี้ RAID 53 ยังสามารถทำ Hot Swap ได้เหมือนใน RAID 5
5.3
หน่วยเก็บข้อมูลที่ใช้เทคโนโลยีแสง
ออปติคัลดิสก์ (Optical Disk) เป็นหน่วยความจำสำรองที่ใช้เทคโนโลยีแสงเลเซอร์ในการบันทึกข้อมูล
ทำให้สามารถเก็บข้อมูลได้จำนวนมากและราคาไม่แพง ออปติคัลดิสก์ที่นิยมใช้ในปัจจุบัน
มีดังนี้
5.3.1) ซีดีรอม
(CD-ROM : Compact
Disk-Read-only Memory) คือ
หน่วยความจำสำรองที่บันทึกได้เพียงครั้งเดียว หลังจากนั้นจะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงข้อมูลเหล่านั้นได้อีก
5.3.2) ซีดีอาร์
(CD-R : Compact
Disk-Recordable) คือ
หน่วยความจำสำรองที่สามารถเขียนข้อมูลลงแผ่นแล้ว
ข้อมูลเหล่านั้นจะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ แต่ผู้ใช้สามารถบันทึกข้อมูลต่างๆ
เพิ่มเติมลงแผ่นเดิมได้จนกว่าข้อมูลจะเต็มแผ่น
5.3.3) ซีดีอาร์ดับบลิว
(CD-RW : Compact
Disk-Rewritable) คือ หน่วยความจำที่สามารถเขียนข้อมูลลงแผ่น
และสามารถเขียนข้อมูลใหม่ทับลงในแผ่นเดิมได้ หรือผู้ใช้สามารถเปลี่ยนเนื้อหาต่างๆ
ภายในแผ่นซีดีอาร์ดับบลิวได้
5.3.4) ดีวีดี
(DVD : Digital Video
Disk) เป็นเทคโนโลยีที่กำลังได้รับความนิยมมากขึ้น
มีการใช้เทคโนโลยีบีบอัดข้อมูลมากขึ้น ดีวีดี 1 แผ่น สามารถเก็บข้อมูลได้ตั้งแต่ 4.7
กิกะไบต์ ถึง 17
กิกะไบต์ ดีวีดีแบ่งออกเป็น 3
ชนิด ดังนี้
(1) ดีวีดีรอม
(DVD ROM) ส่วนมากใช้กับการเก็บภาพยนต์ที่มีความยาวเกินกว่าสองชั่วโมงได้
(2) ดีวีดี-อาร์
(DVD-R) ใช้ในการเก็บข้อมูลที่มีปริมาณมาก
ซึ่งมีราคาสูงกว่าดีวีดีรอม หลังจากที่มีการบันทึกข้อมูลลงแผ่นดีวีดีอาร์แล้ว ผู้ใช้จะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงข้อมูลได้
(3) ดีวีดี-อาร์ดับบลิว
(DVD-RW) เป็นเทคโนโลยีแบบแสง
มีเครื่องอ่านที่ให้ผู้ใช้บันทึก ลบ และบันทึกข้อมูลลงบนแผ่นเดิมได้
5.3.5) บลูเรย์ดิสก์
(Blue Ray Disk) เป็นเทคโนโลยีแบบแสงล่าสุดที่สามารถบันทึกข้อมูลความละเอียดสูงได้ถึง
100
กิกะไบต์ ให้ภาพและเสียงที่คมชัด มักนำมาใช้ในการบันทึกภาพยนต์
5.4
หน่วยเก็บข้อมูลที่ใช้เทคโนโลยีแม่เหล็กและแสง
เทคโนโลยีแมกนีโตออปติคัลจะรวมข้อดีของสื่อบันทึกข้อมูลเทคโนโลยีแบบแม่เหล็กและเทคโนโลยีแบบแสงไว้ด้วยกัน
ดังนั้นจึงเรียกรวมกันว่า แมกนีโตออปติคัล (MO: Magneto Optical) หรือ MO นั่นคือ เอ็มโอสามารถ
บรรจุข้อมูลเท่าๆกับซีดีรอม และสามารถบันทึกเหมือนแผ่นดิสก์ทั่วไป
ลักษณะรูปร่างภายนอกและขนาดคล้ายกับดิสก์เก็ตขนาด 3.5 นิ้ว
แผ่นเอ็มโอจะประกอบด้วยผลึกโลหะที่มีแรงดึงดูดคล้ายแม่เหล็กอยู่ภายในชั้นพลาสติก
ในภาวะปกติชั้นพลาสติกจะแข็งตัวห่อหุ้มไม่ให้ผลึกโลหะเคลื่อนตัวได้
เมื่อต้องการเขียนข้อมูลจะต้องใช้แสงเลเซอร์ยิงเข้าไปที่ผิวหน้าของแผ่นด้วยความเข้มของแสงจะทำให้ชั้นพลาสติกอ่อนตัวพอที่จะให้ผลึกข้างในเคลื่อนที่ได้
ผลึกโลหะที่จัดเรียงแล้วจะมีความสามารถสะท้อนแสงเลเซอร์ไปยังตัวเซนเซอร์ได้
หรือ อาจจะจัดเรียงไม่ให้สะท้อนแสงก็ได้ การอ่านข้อมูลจากดิสก์ เอ็มโอไดร์ฟ
จะยิงแสงเลเซอร์ความเข้มต่างๆ ไปที่แทร็กต่างๆ ของผลึกโลหะ ขณะที่แผ่นหมุนไปข้อมูลจะถูกอ่านขึ้นมาเป็น
1 และ
0
จากการสะท้อนและไม่สะท้อนของแสงเลเซอร์
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น