Командоаппараты. Для чего нужны и из чего состоят?

Устройство для переключения в цепях управления силовых электрических аппаратов (контакторов) называют команодаппаратом. Иногда они могут применяться для включения электромагнитов, непосредственного пуска электродвигателей малой мощности и другого электрооборудования. Командоаппараты могут приводиться в действие управляемым механизмом (например, путевой выключатель) или вручную (ключи управления, кнопки, командоконтроллеры).

Кнопки управления

Одним из простейших
командоаппаратов является кнопка управления. Кнопка используется в различных
схемах остановки, пуска и реверса электродвигателей путем замыкания/размыкания
цепей электромагнитных контакторов, коммутирующих главную цепь.

Кнопочный элемент является основной частью кнопки. Его разрез показан на рисунке ниже:

Чтобы повысить надежность контакты выполняют из серебра. В случае переменного тока дуга хорошо гаснет при 3 А и напряжении до 500 В благодаря наличию двух разрывов. На постоянном токе дела обстоят несколько хуже. Дуга гаснет при напряжении до 440 В, а ток при этом нем должен превышать 0,15 А. Так как кнопка включает электромагниты переменного тока, контакты в замкнутом положении должны надежно пропускать пусковой ток обмотки контактора, который может достигать 60 А. Также стоит отметить,  что проектировать схемы управления желательно так, чтобы отключение цепи производилось не кнопкой, а более мощным аппаратом, включенным последовательно с кнопкой. В случае, когда необходимо производить переключение нескольких цепей управления с большой частотой включений в час по определенной программе, применяют командоконтроллеры.

Командоконтроллеры

В свое время широкое
распространение получили кулачковые нерегулируемые командоконтроллеры.

На рисунке ниже показан командоконтроллер постоянного тока:

Принцип его работы аналогичен принципу работы силового кулачкового контроллера. Мостиковый контакт 1 при отключении создает два разрыва – это облегчает гашение дуги. Большое расстояние контактов кулачкового привода от центра О до рычага 2 благодаря большому раствору контактов позволяют увеличить ток отключения почти в 4 раза по сравнению с кнопочным элементом.  С помощью рычажного фиксатора 4 фиксируется положение вала.

От профиля кулачка 3
будут зависеть моменты включения и отключения контактов. При вращении вала
командоконтроллера происходит управление соответствующими контакторами которые,
в свою очередь, управляют коммутационными процессами в силовой цепи
электродвигателя.

При необходимости более точной регулировки момента срабатывания применяются регулируемые кулачковые командоконтроллеры. Принцип работы и устройство такого контроллера показан на рисунке ниже:

На стальном валу 1
закрепляется диск 3, изготовленный из изолирующего материала. По окружности
диска имеются отверстия, с помощью которых крепятся  кулачки 2 и 7. Когда кулачок 7 набегает на
ролик 9, контактный рычаг 8 повернется против часовой стрелки и неподвижные
контакты 4 и 5 замкнуться мостом 6. Во включенном положении контактный рычаг
удерживается  защелкой 12, которая, в
свою очередь, удерживается пружиной 13 в пазу хвоста рычага 8 (рисунок выше
б)).

Одновременно сжимается
возвратная пружина 10. При последующем вращении диска кулачок 2 набегает на
ролик 11 защелки 12 и выбивает последнюю. Размыкание контактов происходит под
действием пружины 10 (рисунок выше г)).

Огромным плюсом такой
механической конструкции является независимость скорости вращения вала и
скорости размыкания контактов. Это дает возможность использовать
командоконтроллер в качестве путевого выключателя при малой скорости вращения
вала.

С большой точностью и в
широких пределах можно регулировать момент размыкания и замыкания контактов.  Установка кулачка в различные положения на
диске (точность установки 18⁰) называется грубой регулировкой. Для
более точной регулировки используют овальное отверстие для крепления, которое
позволяет смещать кулачок на 10⁰30^/ относительно центра
отверстия для крепления кулачка в обе стороны. Точность работы аппарата ±25^/.

До трех включающих и выключающих кулачков позволяет установить регулируемый командоконтроллер. Число контролируемых цепей может варьироваться от 4 до 12. Возможность управления большим количеством цепей делает этот аппарат пригодным для использования в сложных системах автоматического управления электроприводами.  

Специальный серводвигатель используется в качестве приводного для командоконтроллера, что позволяет осуществлять дистанционное управление данным командоаппаратом.

Конечные, путевые выключатели и микровыключатели

Назначение путевого
выключателя заключается в замыкании / размыкании контактов слаботочной цепи в
зависимости от положения рабочего органа аппарата или управляемой машины.
Конечный выключатель это частный случай путевого выключателя, так как он служит
для коммутации электрических цепей в крайних положениях органа рабочей машины.

В зависимости от
способа привода контактов путевые выключатели подразделяют на шпиндельные,
кнопочные и рычажные.

Контролируемый орган
воздействует на шток кнопочного элемента в путевом кнопочном выключателе.
Особенностью данного типа путевого выключателя является то, что замыкание и
размыкание контактов происходит со скоростью, равной скорости движения
контролируемого органа. При небольших значениях тока гашение дуги происходит за
счет механического растяжения контактов, а при малом их растворе может и вовсе
не погаснуть. Именно поэтому при скорости движения штока меньше 0,4 м/с
обязательно применяются выключатели с быстродействующими контактами, которые
обеспечивают минимально необходимую скорость размыкания в независимости от
скорости рабочего органа.

При необходимости остановить машину или сделать переключение с высокой точностью (0,3 – 0,7) · 10^-3 м применяют микропереключатели. Схематический разрез такого аппарата показан на рисунке ниже а). Переключатель имеет один размыкающий и один замыкающий контакт с общей точкой.

Неподвижные контакты 1
и 2 крепятся в пластмассовом корпусе 7.  
На конце специальной пружины крепится подвижной контакт 3. Пружина
состоит из двух частей – плоской 4 и фигурной 5. Пружина создает давление на
верхний контакт 2 в указанном положении. При нажатии на головку пружина
деформируется и происходит переброс контакта в крайнее нижнее положение.
Переход контакта с верхнего в нижнее положение происходит довольно быстро (0,01
– 0,02 с), что обеспечивает надежное отключение цепи. Ход головки составляет
десятые доли миллиметра. Микровыключатели серии ВКМ-В3Г могут отключать ток в 2,5
А при 380 В переменного напряжения, и при 220 В постоянного напряжения.

Рычажные переключатели
применяются при больших токах или больших ходах. 

Принцип действия одного
из таких переключателей показан на рисунке выше б). На ролик 1 воздействует контролируемый
рабочий орган. Ролик крепится на конце рычага 2. На другом конце рычага
расположен подпружиненный ролик 12, который способен перемещаться вдоль оси
рычага. Контакты 7 и 8 замкнуты в указанном на рисунке положении. Положение
механизма надежно фиксируется защелкой 6. Рычаг 2 поворачивается при
воздействии на рычаг 1 против часовой стрелки. Тарелку 11 поворачивает ролик 12
и связанные с ней контакты 8 и 9. При этом контакты 9 и 10 замыкаются, а 7 и 8
размыкаются.

Контакты замыкаются и
размыкаются с большой скоростью, которая не зависит от скорости движения ролика
1. Это дает возможность при напряжении 220 В постоянного тока отключать токи до
6 А. После прекращения воздействия на ролик 1 пружиной 5 производится возврат
выключателя в исходное положение.

В случае необходимости переключения большого количества цепей с большой точностью в качестве путевого выключателя может применяться регулируемый командоконтроллер. Его вал связан с управляющим валом либо непосредственно, либо через редуктор, согласующий скорости вращения кулачковой шайбы и управляющего вала.

Универсальные переключатели (УП)

Для схем управления электроприводом широко применяются универсальные переключатели (УП). Устройство секции такого переключателя показано на рисунке ниже:

У каждой секции есть
два разрыва 1 и 2. Секция также дает возможность использовать и один разрыв.
Тогда цепь подключается к подвижному контакту 3 и выводу подвижного контакта 4.
Кулачок 6 поворачивается при вращении вала 5. Кулачок воздействует на контактный
рычаг 7 подвижного контакта 8. В этот момент и происходит замыкание контактов.

В зависимости от
напряжения источника и отключаемого тока используется один или два разрыва. В
тяжелых случаях контакты двух соседних секций могут соединяться
последовательно. При этом получается четыре разрыва, включенных
последовательно.

Номинальный ток
переключателя  20 А. Количество
контролируемых цепей (секций) от 2 до 16.

Поскольку универсальные переключатели обладают хорошей отключающей способностью и большим количеством управляемых цепей они широко применялись для пуска и реверса электродвигателей мощностью до 5 кВт при напряжении питания до 500 В. Данные переключатели удобно применять для изменения направления вращения и скорости вращения асинхронных электрических машин.

При включении автоматов, имеющих электромагнитный привод, а также при включении высоковольтных выключателей, необходимо провести целый ряд коммутационных мероприятий, при которых сначала происходит подготовка схемы к включению (включаются лампы сигнализации, подаются звуковые сигналы и так далее), а уже затем происходит непосредственное включение или отключение аппарата. В таких случаях используют ключи управления. Контактная система данных ключей аналогична контактам пакетного выключателя.

В отличии от обычного
переключателя, вал управления универсального переключателя имеет как
фиксированные положения, так и не фиксированные, из которых он автоматически
возвращается после того, как на него перестал действовать оператор. У
переключателя есть два фиксированных положения рукоятки управления –
вертикальное и горизонтальное и два нефиксированных (45⁰ от
горизонтального против часовой стрелки и 45⁰ от вертикального по
часовой стрелке).

Давайте рассмотрим
диаграмму показанную на рисунке выше. В положении «О» (отключено) ручка стоит
горизонтально. Цепи 1, 4, 5, 8, 14 замкнуты. Для включения ручка переводится в
положение «предварительно-включить» (В₁). Цепи 2, 3 и 7, 9 при этом
замыкаются.  Чтобы включить аппарат
рукоятку поворачивают еще на 45⁰ по часовой стрелке (положение В₂).
При этом замкнуться цепи 2, 6, 9, 11, 13. После включения аппарата и отпуска
рукоятки оператором она автоматически возвращается в вертикальное положение –
положение «включено» (цепи 2, 3, 7, 9, 13 замыкаются). В случае отключения
рукоятка поворачивается сначала в горизонтальное положение (О₁ –
«предварительно отключить»), затем рукоятка поворачивается еще на 45⁰ против часовой стрелки, после чего устанавливается в положение О.    

Командоаппараты

—
устройства преимущественно ручного
управления, предназначенные для
переключения в цепях управления эл.
аппаратов пост. и переменного тока.
Команда аппараты выполняются как
контактными так и бесконтактными.

Контактные
делятся на след. группы

1. Кнопки
   управления

2. Универсальные
   переключатели и пакетные выключатели

3. командоконтроллеры

4. путевые
   и конечные выключателя,
   микропереключатели

Команда-
аппараты могут приводится в действие
ручным или ножным приводом, двигательным
приводом.

Применяются
главным образом для
дистанционного управления
электромагнитными аппаратами пост. и
переменного тока, напр. до 500 В

1
.Кнопки
управления-для
схем пуска, остановки и реверса ЭД, для
управления схем автоматики

Ее
контакты в замкнутом положении должны
надежно пропускать пусковые токи
обмоток, которые могут достигать 60
А. Схемы управления целесообразно
проектировать так, чтобы отключение
цепи производилось не кнопкой, а другим
более мощным аппаратом, имеющим
вспомогательные контакты. Для
повышения надёжности- контакты из
серебра. Дуга надёжно гасится благодаря
двум разрывам коммутирующей цепи.

След
исполнения: толкатель цилиндрический,
грибовидный, клавишный, с рукояткой-
ключом

Серии:
ВК 43-21, КМЕ, КЕ

ВК-выключатель
кновочный, 43- номер серии, 19- ток 6,3 А

ПКЕ-
пост управления кнопочный, зымыкающие
контакты имеют толкатель чёрного цвета,
размыкающий — красного

Контроллеры
— многопозиционный аппарат при помощи
которого осущ.
ручное управление электродвигателем(пуск,
торможение, реверс, регул. частоты
вращения)

Контроллеры
применяются для управления двиг.
постоянного и переменного тока, в
подъемотранспортных установках.
Конструктивно контроллер представляет
многоступенчатое
контактное переключающее устройство,
несвязанное в одно целое с резистором.
Отделение контроллера от резистора
вызвано большими габаритами резистора,
либо условиями эксплуатации и размещением
оборудования. Например контроллер
находится в кабине оператора, а резистор
выносится за пределы кабины. Контроллеры
бывают плоские
, барабанные, кулачковые.

Плоские
контроллеры
применяются в случаях когда требуется
большое число
ступеней
а так же для одновременного управления
и регулирования нескольких эл. цепей,
при малых токах и резких переключениях.

Барабанные
контр.
применяются для
управления двигателями мощностью до
45 кВт
постоянного тока и 75 кВт переменного.
Переключающая способность их не велика
они допускают 120-240 переключений в час,
для редких
включений.

На
валу 1 укреплен сегментодержатель 2 с
подвижным контактом в виде сегмента 3.
Сегментодержатель изо­лирован от
вала изоляцией 4. Неподвижный контакт
5 расположен на изолированной рейке 6.
При вращении вала 1 сегмент 3 набегает
на не­подвижный контакт 5, чем
осуществляется замыкание цепи.
Необходи­мое контактное нажатие
обеспечивается пружиной 7.

На
одном валу устанавливается ряд таких
контактных элементов. на рис.7.1 б.

Неподвижные
контакты контроллера обозначены С1, Л1,
СЗ, ЛЗ, жирными горизонтальными линиями
обозначены подвижные контакты-сегменты,
косыми линиями

Кулачковые
контр.
допускают до 600 перекл. в час.; они
выполняются на
большие токи.
Контактные устройства их работают
аналогично контактному устройству
контакторов, каждый коммутационный
элемент снабжается дугогасительной
системой, поэтому они облад. высокой
отключающей способностью

Возможное
выполнение контактов:

1.Контакты
замыкаются кулачком, размыкаются
пружиной.

2.Контакты
замыкаются пружиной, размык. кулачком

3.Контакты
замык. и размык. кулачком

В
кулачковом контроллере переменно­го
тока (рис. 7.2)
перекатывающийся подвижный контакт
1 имеет
воз­можность вращаться относительно
центра 0₂,
расположенного
на кон­тактном рычаге
2. Контактный рычаг 2 поворачивается
относительно центра О₁.
Контакт 1 замыкается с неподвижным
контактом 3 и соеди­няется с выходным
контактом с помощью гибкой связи 4.
Замыкание
контактов 1, 3 и необходимое контактное
нажатие создаются пружиной 5,
воздействующей на контактный рычаг
через шток 6. При
размыкании контактов кулачок 7 действует
через ролик 8 на контактный рычаг. При
этом сжимается пружина 5 и контакты. 1,
3 размыкаются.
Момент вклю­чения и отключения
контактов зависит от профиля кулачковой
шайбы 9, приводящей в действие контактные
элементы. Малый износ контактов позволяет
увеличить число
включений
в час до 600
при ПВ-60 %.

Рис. 7.2.
Кулачковый контроллер. Схема соединений
кулачкового контроллера для пус­ка
АД с фазным ротором

Имеется
механизм для фиксации положения вала.
Контроллеры переменного то­ка в виду
облегченного
гаше­ния дуги могут не иметь
дугогасительных устройств.
В них устанавливаются только дугостойкие
асбестоцементные пе­регородки 10.
Контроллеры
по­стоянного тока имеют дугогасительное
устройство.

Выключение
происходит при воздей­ствии на рукоятку
и передаче этого воздействия через
кулачковую шай­бу, включение происходит
с помощью силы пружины 5 при соответствующем
положении рукоятки. Поэтому контакты
удается развести даже в случае их
сваривания. Недостатком
является большой момент на валу за счёт
включающих пружин при значительном
числе контактных элементов.

в)
Плоские контроллеры.
При большом числе контактов габариты
и масса кулачковых и барабанных
контроллеров резко возрастают. В этом
случае, если
число операций в час
при регулировании и пуске невелико
(10—12), применяются плоские контроллеры.
В плоском конт­роллере на плите из
изоляционного материала располагаются
непод­вижные контакты, по которым
скользит подвижный контакт мостикового
типа, одновременно соприкасающийся с
токосъемной шиной.

П
утевые
выкл.
осуществляют переключение в зависимости
от пути проходимого управляемым
механизмом или от положения управляемого
механизма, в определённых промежуточных
точках на пути перемещения.
Под воздействием управляющих упоров в
определённых точках пути

Путевые: ВКП2005,
ВП21, ВП19М- до 16 А

Частным
случаем
путевых
являются
конечные
(концевые) выключатели,
обеспечивающие коммутацию сигнальных
цепей только в крайних положениях хода
рабочего органа. Контактные
путевые выключатели можно подразделить
на кнопочные
и рычажные,
шпиндельные и вращающиеся.

В
кнопочном путевом выключателе
контролируемый рабочий орган воздействует
на шток кнопочного элемента (см. рис.
7.4). Размыкание и замыкание контактом
происходит со скоростью перемещения
контролируемого ор­гана. Если требуется
остановить рабочий орган привода с
высокой точностью , применяются путевые
(конечные) микропере­ключатели.
На рис. 7.7 показан микропереключатель
с одним переклю­чающим контактом.
При больших ходах
рабочего органа и больших
токах (
до 6 А)
применяют­ся рычажные
путевые переключатели.

При
большом числе переключаемых цепей и
большой точности в качестве путевого
переключателя применяется регулируемый
командоконтроллер

.Для
повышения надежности
и долговечности
в кон­тактных путевых выключателях
часто применяются герметичные
магнитоуправляемые
контакты-герконы

Современные
требования к надежности и увеличенной
частоте сра­батывания привели к
созданию бесконтактных
путевых выключателей.
В таких выключателях контролируемый
рабочий орган воздействует не на
контакты, а на бесконтактные датчики.

Микропереключатели
МП200Л, МП1000Л

Бесконтактные
БТП, ВПБ14-для ком цепей через согласующие
элементы бесконтактных логических
элементов,могут иметь ферритовый
сердечник с катушкой индуктивности,
работают по принципу управляющего
генератора

Командоконтроллер—
для переключения нескольких цепей по
определённой программе с большой
частотой включения ( как контроллер) .
Число коммутирующих цепей от 4 до 18

Драйвер устройства

и его назначение

Драйвер устройства в вычислительной технике относится к особому типу программного обеспечения или определенному типу программного приложения, которое управляет определенным аппаратным устройством, которое позволяет различным аппаратным устройствам взаимодействовать с операционной системой компьютера. Драйвер устройства взаимодействует с компьютерным оборудованием через компьютерную подсистему или компьютерную шину, подключенную к оборудованию.

Драйверы устройств необходимы для правильной работы компьютерной системы, потому что без драйвера устройства конкретное оборудование не работает соответствующим образом, что означает, что оно не выполняет функцию/действие, для которой оно было создано. Большинство используют термин Driver, , но некоторые могут сказать Hardware Driver , что также относится к драйверу устройства .  

Работа драйвера устройства:  

Драйверы устройств зависят от инструкций операционной системы для доступа к устройству и выполнения каких-либо конкретных действий. После действия они также показывают свою реакцию, передавая выходные данные или статус/сообщение с аппаратного устройства в операционную систему. Например, драйвер принтера сообщает принтеру, в каком формате печатать после получения инструкции от ОС, аналогично драйвер звуковой карты, благодаря которому данные 1 и 0 файла MP3 преобразуются в аудиосигналы, и вы наслаждаетесь музыкой. Для работы кардридера, контроллера, модема, сетевой карты, звуковой карты, принтера, видеокарты, USB-устройств, оперативной памяти, динамиков и т. д. требуются драйверы устройств.

На следующем рисунке показано взаимодействие между пользователем, ОС, драйвером устройства и устройствами:

Типы драйверов устройств:

Почти для каждого устройства, связанного с компьютерной системой, существует драйвер устройства для конкретного оборудования. Но в общих чертах его можно разделить на два типа:

1. Драйвер устройства в режиме ядра —
   Этот драйвер устройства в режиме ядра включает некоторое общее оборудование, которое загружается вместе с операционной системой как часть ОС, а именно BIOS, материнская плата, процессор и некоторые другие аппаратные средства, являющиеся частью программного обеспечения ядра. К ним относятся драйверы устройств с минимальными системными требованиями для каждой операционной системы.
2. Драйвер устройства пользовательского режима —  
   Помимо устройств, которые предоставляются ядром для работы системы, пользователь также приносит некоторые устройства для использования во время использования системы, для работы которых устройствам требуются драйверы устройств. Эти драйверы относятся к драйверу устройства пользовательского режима. Например, пользователю нужно любое действие plug-and-play, которое подпадает под это.

Драйвер виртуального устройства:  

Существуют также драйверы виртуального устройства (VxD), которые управляют виртуальным устройством. Иногда мы используем одно и то же оборудование виртуально, в то время как виртуальный драйвер контролирует/управляет потоком данных от разных приложений, используемых разными пользователями, к одному и тому же оборудованию.

Компьютеру необходимо иметь необходимые драйверы устройств для всех его частей, чтобы обеспечить эффективную работу системы. Многие драйверы устройств предоставляются производителями с самого начала, и позже мы можем включить любой необходимый драйвер устройства для нашей системы.

Обзор зонированных запоминающих устройств

| Зонированное хранилище

Зонированное хранилище — это класс устройств хранения, имеющих адресное пространство,
разделены на зоны, которые имеют ограничения записи, отличные от обычных
устройства хранения данных.

Принцип работы​

Зоны в зонированных устройствах хранения должны записываться последовательно. Это называется
ограничение последовательной записи . Каждая зона в адресном пространстве устройства имеет
указатель записи, который отслеживает позицию следующей записи. Данные в
зона не может быть перезаписана напрямую: перед перезаписью зона должна
сначала стереть с помощью специальной команды (сброс зоны). Рисунок ниже
иллюстрирует этот принцип.

Зонированные устройства хранения Принцип

Зонированные устройства хранения могут быть реализованы с использованием различных протоколов команд для
различные технологии записи и мультимедиа. Самая распространенная форма зонированного хранения
сегодня используются команды Zoned Block Commands (ZBC) и Zoned ATA Commands (ZAC) SCSI.
интерфейсы с жесткими дисками Shingled Magnetic Recording (SMR). ZBC и
ZAC позволяет использовать модель зонированного блочного хранилища; Технология SMR позволяет непрерывно
рост плотности, который позволяет удовлетворить растущие потребности в данных, и SMR
технология требует зонированной блочной модели доступа.

Твердотельные накопители (SSD) также могут реализовывать зонированный интерфейс в
чтобы уменьшить усиление записи, уменьшить потребность устройства в DRAM и
повышать качество обслуживания в масштабе. Зонированное пространство имен NVMe (ZNS)
— это спецификация комитета по стандартам NVMe, которая добавляет зонированное хранилище
интерфейс к стандарту интерфейса NVMe.

Размер зоны и емкость зоны

Размер зоны зонированного устройства хранения — это общее количество логических
блоки внутри зоны. Размер каждой зоны фиксируется на этапе изготовления
и не может быть изменен пользователем.

Есть одно исключение из этого правила: стандарт ZBC-2 расширяет команду ZBC
устанавливается с помощью команды FORMAT WITH PRESET, которая позволяет пользователю переформатировать зонированный
Жесткий диск SMR с другим размером зоны. Однако эта операция разрушительна
и, следовательно, не может быть использован в действующей системе.

Некоторые зонированные устройства хранения также определяют атрибут емкости для каждой зоны. А
емкость зоны указывает количество используемых логических блоков в зоне,
начиная с первого логического блока зоны. Вместимость зоны всегда
меньше или равно размеру зоны. Эта концепция проиллюстрирована на рисунке
ниже.

Размер зоны и пропускная способность зоны

Использование пропускной способности зоны, отличной от размера зоны, позволяет размер зоны
оставаться постоянным для всех зон, позволяя оптимизировать отображение зоны
емкость памяти для базовых характеристик носителя. Например, в
В случае устройства на основе флэш-памяти емкость зоны может быть согласована с размером флэш-памяти.
стирать блоки, не предъявляя требований хоста к размеру стирающего блока устройства.

Zone Models​

Зональный интерфейс зонированных устройств хранения может принимать различные формы. Эти
формы называются «моделями», и их различия влияют на хосты и
пользователи. Важно понимать эти различия, так как не все
варианты реализации подходят для конкретного приложения хранения.
Сегодня используются две модели:

• Управляемый хостом Эта модель поддерживает только рабочие нагрузки последовательной записи в
  обеспечить как предсказуемую производительность, так и полный контроль над зонами устройств
  на уровне хоста. Модификации программного обеспечения хоста необходимы для использования хоста.
  управляемые устройства.

• Host-Aware Эта модель обеспечивает обратную совместимость с обычным блоком
  устройств, то есть позволяет выполнять произвольные операции записи в любой сектор.
  Но эта модель также предоставляет тот же интерфейс управления хостом, что и
  модель, управляемая хостом.

Модель, управляемая хостом

Модель, управляемая хостом, не обеспечивает обратной совместимости с устаревшей версией
стеки хранения хоста. Вместо этого он делегирует управление устройством последовательно
ограничение записи для программного обеспечения хоста: хост должен управлять всеми операциями записи
операции. Это делается с помощью указателя записи для обеспечения последовательного
писать внутри зон.

После записи данных в зону указатель записи увеличивается, чтобы
указать начальную точку следующей операции записи в этой зоне. Любой
внеочередная запись (операция записи, которая не начинается в зоне записи
расположение указателя) заставляет устройство прервать операцию и отметить ошибку.
Восстановление после такой ошибки является обязанностью контролирующего хоста.
программное обеспечение. Это принудительное выполнение позволяет управляемым хостом устройствам предоставлять предсказуемые
производительность.

Модель с поддержкой хоста​

Модель с поддержкой хоста одновременно сохраняет совместимость с устаревшим хостом
стеки хранения, будучи обратно совместимыми с обычными блочными устройствами, но
также предоставляет тот же набор команд для хоста, чтобы жестко контролировать устройство
зоны.

Все обсуждаемые вопросы поддержки и оптимизации программного обеспечения на стороне хоста
на этом сайте применяются к устройствам с поддержкой хоста, когда эти устройства используются аналогичным образом
на устройства, управляемые хостом.

Типы зон​

Нормы, регламентирующие характеристики и работу зонального хранения
устройства определяют три разных типа зон.

• Обычные зоны обычно занимают очень небольшой процент от общего
  емкость устройства. Доступы к обычным зонам аналогичны
  обычные блочные устройства (то есть: обычные зоны допускают произвольную запись
  операции и обычно используются для хранения метаданных). Обычные зоны не
  иметь указатель записи.

• Зоны с последовательной записью принимают команды случайного чтения и выполняют
  по сравнению с командами случайного чтения на стандартных блочных устройствах. Однако эти
  зоны подлежат ограничению последовательной записи зонированного хранилища и, таким образом,
  можно писать только последовательно. Любая команда записи должна указывать начало
  сектор, выровненный с указателем записи зоны.

• Зоны с последовательной записью допускают как произвольное чтение, так и произвольную запись
  команды. Однако, в отличие от обычных зон, зоны с последовательной записью
  иметь указатель записи и может использоваться точно так же, как последовательный-запись-требуется
  зоны.

Как правило, зоны с последовательной записью и с последовательной записью
вместе называются последовательными зонами.

Доступность каждого типа зоны на конкретном зонированном устройстве зависит от
управляющий стандарт устройства и модель зоны устройства. Обычные зоны
необязательный и может быть найден как на устройствах, управляемых хостом, так и на устройствах с поддержкой хоста.
Обязательные зоны с последовательной записью определены только для устройств, управляемых хостом, и
Предпочтительные зоны последовательной записи определены только для хост-устройств.

Команды управления зоной

Зонированные устройства хранения также предоставляют команды обнаружения зоны и управления, как
расширения базового набора команд устройства (который аналогичен набору
команды, определенные для обычных блочных устройств).

Программное обеспечение хоста может обнаружить зональную организацию зонированного устройства хранения с помощью
команду REPORT ZONES . Эта команда возвращает список дескрипторов зон.
которые указывают начальный блок, размер, тип и состояние зоны. Для
обязательные зоны последовательной записи и предпочтительные зоны последовательной записи, зона
дескриптор также указывает текущую позицию указателя записи зоны. Этот
информация позволяет программному обеспечению хоста реализовывать последовательные потоки записи в зоны.

Зонами можно управлять с помощью следующих команд.

• RESET ZONE WRITE POINTER — это команда, которую программное обеспечение хоста использует для
  сбросить расположение указателя записи зоны на начало зоны. После
  эта команда выполняется, все данные, которые были записаны в зону, теряются и
  невозможно получить доступ.

• ОТКРЫТАЯ ЗОНА Для зонированного блочного устройства могут потребоваться внутренние ресурсы (для
  например, ресурсы постоянной зоны) для обслуживания каждой зоны. Недостаточный
  ресурсы могут привести к ухудшению функциональности (например,
  производительность или повышенное энергопотребление). Команда OPEN ZONE позволяет
  приложение для явного открытия зоны и указывает устройству, что
  ресурсы, необходимые для записи зоны, должны оставаться доступными до тех пор, пока зона не будет
  полностью записана или пока зона не будет закрыта с помощью CLOSE ZONE
  команда. Преимущества производительности, достигаемые при использовании этой команды, зависят от
  тип носителя устройства и реализация управления зонами.

• ЗАКРЫТЬ ЗОНУ позволяет приложению явным образом закрыть зону, которая была
  открывается с помощью Команда ОТКРЫТЬ ЗОНУ . БЛИЗКАЯ ЗОНА указывает устройству
  что ресурсы, используемые для записи в зону, больше не нужны и
  можно освободить.

• FINISH ZONE позволяет приложению перемещать указатель записи зоны в
  конец зоны, предотвращая любые дальнейшие операции записи в зону до тех пор, пока она не будет
  сбрасывается.

Каждая последовательная зона зонированного устройства хранения имеет атрибут состояния, который
указывает на использование блоков в зоне и ресурсы устройства, которые
зона использует. Определены следующие состояния.

• Пусто Ни один из блоков в зоне не содержит достоверных данных.

• Полный Все блоки в зоне были записаны или зона была
  был завершен хостом с помощью команды FINISH ZONE .

• Неявное открытие Некоторые блоки в зоне недавно были записаны
  хозяин. Зона использует внутренние ресурсы устройства.

• Явное открытие Зоне были выделены внутренние ресурсы устройства хостом
  программное обеспечение посредством выполнения Команда ОТКРЫТЬ ЗОНУ .

• Закрыто Внутренние ресурсы устройства, используемые зоной, были явно освобождены
  хостом посредством выполнения команды CLOSE ZONE или устройством
  неявно освободил внутренние ресурсы, назначенные зоне для обслуживания записи
  операции в разных зонах.

• Только чтение Зона доступна только для чтения. Обычно это состояние соответствует
  дефектное состояние устройства, например. для жесткого диска зона хранится на
  тарелка со сломанной записывающей головкой.

• Offline Зона не может быть прочитана или записана. Это состояние вообще
  соответствует неисправному состоянию устройства, т.е. носитель информации для
  зона больше не работает.

Выполнение команд управления зоной и операций записи может изменить
состояние зоны. Наиболее распространенные переходы, определяемые всеми зонированными запоминающими устройствами
стандарты показаны на рисунке ниже.

Обзор переходов состояний зоны

Переход в только чтение или автономный режим состояния обычно происходят после
внутреннее событие устройства, вызывающее дефекты. Зоны, находящиеся в любом состоянии, не могут
вернуться в полностью функциональное состояние.

Для всех других состояний выполнение команды RESET ZONE всегда изменяет
состояние зоны на пустое , что указывает на то, что ни один из блоков в зоне не содержит
достоверные данные.

Операция записи в зону с пустым состоянием изменяет состояние зоны на
неявное открытие . Запись всех блоков неявно открытой зоны изменяет ее
состояние до полный . Команда FINISH ZONE также изменяет состояние зоны на полное.

Пустая или неявно открытая зона может быть переведена в явно открытую
состояние с помощью команды EXPLICIT OPEN . И наоборот, неявно или явно
открытая зона может быть переведена в состояние закрытая с помощью параметра ЗАКРЫТАЯ ЗОНА
команда.

Ограничения ресурсов зоны

Реализация зонированного устройства хранения может потребовать выделения внутренних
ресурсы (например, буфер записи) для выполнения операций записи в зоны.
Кроме того, характеристики носителя данных устройства также могут ограничивать
количество зон, которые могут находиться в частично записанном состоянии.

Ограничение открытых зон​

Ограничение общего объема внутренних ресурсов, доступных для зонированного
запоминающее устройство для обработки операций записи может налагать ограничение на общее
количество зон, которые могут одновременно находиться в режиме неявного открытия или явного открытия
состояние (открытые зоны). Если такое ограничение существует, зонированное запоминающее устройство может не записать
и OPEN ZONE команды, чтобы избежать превышения максимального количества открытых зон
допустимый.

Это ограничение не влияет на операции чтения.

Предел активных зон​

Любая зона в неявно открытом, явно открытом или закрытом состоянии определяется как
активной зоне и соответствуют любой зоне, которая записывается или была
написано только частично. Зонированное запоминающее устройство может налагать ограничение на максимальный
количество зон, которые могут быть активны. Этот предел всегда равен или больше, чем
ограничение на максимальное количество открытых зон.

В то время как максимальное количество открытых зон зонированного устройства хранения ограничивает только
количество зон, в которые программное обеспечение хоста может одновременно записывать, максимальное
количество активных зон накладывает ограничение на количество зон, которые он может выбрать
для хранения данных. Если достигнуто максимальное количество активных зон, хост
программное обеспечение должно либо сбросить, либо завершить некоторые активные зоны, прежде чем сможет
выбрать другие зоны для хранения данных.

Аналогично ограничению на максимальное количество открытых зон, ограничение на
максимальное количество активных зон не влияет на операции чтения. Любая зона, которая
не в офлайне всегда можно получить доступ для чтения вне зависимости от текущего номера
открытых и активных зон.

Zone Append​

Ограничение последовательной записи, накладываемое зонами, требующими последовательной записи
устройств, управляемых хостом, влияет на стек ввода-вывода хоста. А именно, все
команды записи, направленные в последовательную зону, не должны переупорядочиваться до того, как они
принимаются устройством и выполняются. В противном случае последовательная запись
требование не будет выполнено, что приведет к ошибкам записи. Однако сложность
стеков ввода-вывода хоста и отсутствие гарантий заказа с некоторыми адаптерами хранения
и командные транспорты могут не позволять реализации заказывать команды записи
как требуется для последовательных зон.

Программное обеспечение хоста может избежать ошибок записи, ограничивая количество команд записи
выдающихся на зону до одного. Но это может привести к снижению производительности, особенно
для рабочих нагрузок, выдающих в основном небольшие операции записи.

Чтобы избежать этой проблемы, некоторые зонированные устройства хранения определяют Zone Append .
команда. Команда добавления зоны — это операция записи, которая указывает первую
логический блок зоны в качестве позиции записи. При выполнении команды появляется
устройство записывает данные в пределах указанной зоны, но делает это в текущей зоне
записать положение указателя. Это изменение позиции записи происходит автоматически.
эффективная позиция записи для данных указывается хосту через
информация о завершении команды. Этот механизм позволяет хосту одновременно
отправить несколько операций добавления зоны и позволить устройству обрабатывать их в любом
заказ.

На рисунке ниже показаны различия между обычными операциями записи
и зоны добавляют операции записи.

Обычная запись и запись с добавлением зоны

В приведенном выше примере хост должен отправить в одну и ту же зону три разных
операции записи для данных A (4 КБ), B (8 КБ) и C (16 КБ). Использование обычной записи
команд, это можно сделать безопасно только при глубине очереди записи 1 на зону,
то есть хост должен дождаться завершения незавершенной операции записи.
операции перед выдачей следующего запроса на запись. Для каждого запроса на запись
позиция записи должна совпадать с позицией указателя записи зоны. Этот
приводит к тому, что данные сохраняются в зоне в том же порядке, в котором они были выпущены.

При использовании операций записи с добавлением зоны ограничение глубины очереди записи снято.
и хост может выдать все три запроса на запись одновременно. По завершении
из всех запросов на запись позиция указателя записи зоны идентична
предыдущий случай, поскольку общий объем записанных данных равен. Однако
расположение записываемых данных в пределах зоны может не соответствовать
команда хоста выдает порядок, так как команды могли быть переупорядочены на пути к
Устройство.