CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии - Владо Дамьяновски

Рис. 9.56. Одно из самых важных электромеханических устройств цифрового видеорегистратора

Необходимость более полного понимания технологии жестких дисков и их ограничений сейчас особенно остро чувствуется в видеонаблюдении. Даже самая стабильная ОС будет зависеть от надежности аппаратного обеспечения. Если оно выйдет из строя, то ОС тоже не будет функционировать, даже если с технической точки зрения сбой произошел не по вине ОС. В любом компьютере самыми уязвимыми с точки зрения надежности являются движущиеся детали, а именно охлаждающие вентиляторы и вращающиеся жесткие диски. Эти компоненты компьютера чаще всего выходят из строя по причине износа и стирания, а также от повышенной температуры, пыли, влажности, ударов и тряски. Некоторые из этих проблем успешно решаются только некоторыми производителями цифровых видеорегистраторов. К сожалению, приходится констатировать тот факт, что к моменту написания этой книги большинство производителей цифровых видеорегистраторов даже не рассматривают этих проблем. И только очень немногие производители, движимые конкуренцией на рынке, готовы затратить больше усилий и средств, используя более качественное аппаратное обеспечение и закладывая на стадиях разработки и производства способы и средства его защиты. В большинстве же случаев все будет зависеть от поставщиков и инсталляторов и от того, как они сумеют объяснить заказчикам важность создания, поддержания постоянных комфортных условий для функционирования оборудования, которое должно находиться в чистых и хорошо кондиционируемых помещениях.

Жесткие диски — это самая важная часть цифрового видеорегистратора, которая имеет движущиеся части (вращающиеся диски). В первую очередь жесткие диски важны потому, что на них хранится записанная информация, поэтому в этой главе мы уделим им особое внимание.

Анализ всех особенностей различных ОС, которые в настоящее время используются в цифровых видеорегистраторах, далеко выходит за рамки нашей книги, но мы остановимся на файловых системах, которые используются в различных ОС для хранения информации (в том числе файлов с видеоизображением) на жестких дисках.

Жесткие диски являются очень важной частью любого современного компьютерного устройства, к числу которых относятся и цифровые видеорегистраторы, используемые в видеонаблюдении. Следовательно, необходимо понимать принципы их работы, основные технические характеристики и знать об ограничениях, накладываемых технологией. Жесткий диск или накопитель на жестких магнитных дисках (это полное название) предназначен для долговременного хранения информации. В отличие от оперативной памяти (ОЗУ, RAM), которая теряет всю информацию после выключения питания компьютера, жесткий диск хранит информацию постоянно, что позволяет сохранять на нем программы, файлы и другую нужную информацию. Кроме того, жесткие диски имеют значительно больший объем, чем оперативная память. Сейчас на одном жестком диске уже может храниться около 400 Гбайт информации.

Жесткий диск состоит из 4 основных элементов: пластинки, шпиндель, считывающие/записывающие головки и интегрированная электроника. Пластинки представляют собой твердые диски из металла или пластика, обе стороны которого покрыты тонким слоем оксида железа или другого намагничиваемого материала. Эти пластинки надеты на центральную ось или шпиндель, который вращает все пластинки с одинаковой скоростью. Считывающие/записывающие головки закреплены на специальных держателях по обе стороны каждого диска и могут перемещаться от центра до края пластинки. Это движение в сочетании с высокой скоростью вращения пластинок, позволяет головкам получить доступ ко всем областям пластинок. Интегрированная электроника позволяет переводить команды, поступающие от компьютера, и позиционировать головки в соответствующие области пластинок, осуществляя процесс считывания и записи нужной информации.

Компьютеры записывают данные на жесткие диски в виде последовательности двоичных битов. Каждый записанный на жестком диске бит закодирован ориентацией частиц оксидного слоя пластинки. При записи данных компьютер посылает серию битов на жесткий диск. Когда диск принимает эту последовательность, то он использует записывающую головку, чтобы намагнитить соответствующие области оксидного слоя пластинки и таким образом осуществляет запись. Биты не обязательно хранятся в той последовательности, в какой они были отправлены на жесткий диск. Например, данные одного файла могут быть записаны в разных областях и на разных пластинках жесткого диска, а когда компьютер требует информацию, записанную на жестком диске, головки жесткого диска будут спозиционированы на все нужные участки пластинки. В процессе считывания информации головки жесткого диска определяют ориентацию элементов оксидного слоя на пластинке, затем эта информация декодируется и пересылается компьютеру. Считывающие/записывающие головки жесткого диска могут получить доступ к любому участку пластинок в любое время, что позволяет считывать и записывать данные произвольно, а не последовательно, как в случае с магнитной лентой. Поскольку жесткие диски характеризуются произвольным доступом, они могут считать или записать информацию в течение нескольких миллисекунд.

Рис. 9.57. Основные механические детали жесткого диска

Для того чтобы операционная система компьютера «знала», где искать нужную информацию на жестком диске, он разбивается на отдельные области, что позволяет компьютеру легко и быстро найти нужные последовательности битов.

Такой способ разметки жесткого диска называется форматированием. Форматирование подготавливает жесткий диск к записи файлов таким образом, что нужная информация может быть быстро считана, когда это потребуется.

Прежде чем можно будет использовать новый жесткий диск, его необходимо отформатировать. Форматирование — это метод организации записанной на диск информации, зависящий от операционной системы.

Существует два вида форматирования жестких дисков: низкоуровневое и высокоуровневое. Низкоуровневое форматирование осуществляется прежде, чем высокоуровневое.

Рис. 9.58. Два основных формата жестких дисков: жесткие диски 3.5" используются в настольных компьютерах, а жесткие диски 2.5" применяются в ноутбуках

Форматирование осуществляется разметкой поверхности на секторы, кластеры (группа секторов) и дорожки в соответствии с используемой операционной системой. Дорожки представляют собой окружности, отмеченные на каждой стороне пластинки (такие же дорожки можно видеть на виниловой пластинке или компакт-диске). Дорожки отличаются номерами. Их нумерация начинается с нулевой дорожки, расположенной ближе других к внешнему краю пластинки. Дорожки разделяются на меньшие участки — секторы, используемые для хранения фиксированных объемов данных. Секторы обычно форматируются таким образом, что содержат 512 байтов данных (1 байт состоит из 8 бит). Цилиндр состоит из набора дорожек, которые находятся на одном и том же расстоянии от шпинделя на всех сторонах магнитных пластинок. Например, третья дорожка на каждой стороне у каждой магнитной пластинки находится на одном и том же расстоянии от шпинделя. Если представить, что эти дорожки вертикально соединены, то мы получим форму цилиндра. Программное и аппаратное обеспечение компьютера очень часто работает, используя цилиндры. Когда данные организованы на жестком диске цилиндрами, к ним можно быстро получить доступ без многократного позиционирования головок жесткого диска. Поскольку позиционирование головок производится достаточно медленно по сравнению со скоростью вращения магнитных пластинок и переключением между головками, запись цилиндрами значительно сокращает время доступа к информации на жестком диске.

Рис. 9.59. Цилиндры формируются из дорожек на обеих сторонах магнитных пластинок

После того как жесткий диск был отформатирован на низком уровне, магнитные свойства покрытия пластинки с течением времени постепенно ухудшаются. Со временем головкам жесткого диска становится все труднее считывать и записывать информацию в секторы магнитной пластинки. Секторы, которые стали непригодны для хранения данных, называют дефектными (bad sectors). К счастью, качество современных жестких дисков таково, что дефектные секторы на них встречаются относительно редко. Более того, современные компьютеры умеют определять, когда сектор испортился и отмечать его как дефектный. После этого сектор больше не будет использоваться для хранения данных, а вместо него будет выбран другой сектор из резервной области.