Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Архитектура компьютера

Глава 4 Магнитные и оптические дисковые накопители

4.1. Магнитные диски

Одним из основных устройств долговременного хранения данных, входящих в состав ПЭВМ, являются магнитные диски. Их широкое распространение связано с портативностью, большим объемом сохраняемой информации, удобством использования, низкой стоимостью дисков и другими их достоинствами. Магнитные диски постоянно участвуют в работе ПЭВМ: с них обычно загружается операционная система, наиболее часто считывается и записывается информация, они используются в качестве средств резервного хранения данных и т. д.

4.1.1. Конструктивные особенности и структура магнитных дисков

Магнитный диск представляет собой тонкую круглую пластинку, покрытую с обеих сторон магнитным материалом, содержащим домены — области однородной намагниченности, способные под действием внешнего поля изменять свою ориентацию, которая сохраняется и после прекращения внешнего воздействия, создавая в этом месте намагниченность материала. Такие участки становятся источником собственного магнитного поля. Намагниченность характеризуется остаточной магнитной индукцией, а способность размагничивания — коэрцитивной силой. Последняя соответствует напряженности магнитного поля, необходимой для полного размагничивания соответствующей области материала. Для улучшения качества хранения информации применяют магнитно-твердые материалы, об-

Рис. 4.1

ладающие повышенными значениями указанных параметров, — например, гамма-феррит-оксид или кобальтовые сплавы.

Диски выпускаются как на мягкой (майлор), так и на твердой (алюминий, стекло и др.) основе и бывают различных размеров.

Гибкие диски помещаются в отдельные защитные чехлы и называются дискетами (Floppy Disk) — рис. 4.1. Для работы с ними используется устройство, называемое дисководом (Floppy Disk Drive, FDD). В настоящее время повсеместно используются дискеты размером 89 мм (3,5" — 3,5 дюйма), хотя до недавнего времени применялись и дискеты размером 133 мм (5,25" — 5,25 дюйма).

Конструктивно центральное отверстие дискеты 3,5" (см. рис. 4.1) закрыто металлической пластинкой, выходящей на ее оборотную сторону (1), которая при установке дискеты в дисковод обеспечивает надежность сцепления диска с двигателем и вращение диска с заданной скоростью. Запись и воспроизведение информации производятся на обеих сторонах диска.

На каждой дискете имеется средство защиты от записи и стирания информации — прямоугольное отверстие с передвигающейся шторкой (2), находящееся в нижнем левом углу дискеты (при взгляде на лицевую сторону). Если оно открыто, то дисковод блокирует (отключает) возможность записи и стирания информации на диске. На правой стороне дискеты с номинальной емкостью 1,44 Мбайт также находится еще одно окошко (3). Его отсутствие означает, что дискета рассчитана на максимальную емкость в 720 кбайт.

Диски на твердой основе (жесткие диски) обычно объединены в набор по нескольку штук на одной оси и соединены с двигателем постоянно, образуя накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД), или Hard Disk Drive (HDD), иногда называемый «винчестером».

С рабочих сторон дисков размещаются магнитные головки (также соединенные в общий пакет), которые в дисководе соприкасаются с поверхностями гибкого диска, а в НЖМД «парят» на высоте сотых долей микрометра над поверхностями жестких дисков. Возникающее в них при записи магнитное поле изменяет ориентацию магнитных доменов диска, находящихся напротив головок, осуществляя запись информации на его поверхности. При чтении данных с диска остаточная намагниченность его участков вызывает изменение магнитного потока в сердечниках головок, появление в них ЭДС, а значит, и считывание записанных данных. Для повышения помехозащищенности хранения данных применяют различные методы их кодирования; в простейшем случае ориентацию магнитных доменов, соответствующих логическим 1 и 0, осуществляют во взаимно противоположных направлениях.

С помощью шаговых двигателей (Stepper Motor) головки могут линейно перемещаться от края пластины к центру и обратно, каждый раз сдвигаясь на определенное расстояние, называемое шагом. Диск при этом вращается, поэтому записываемые данные оказываются расположенными на концентрических окружностях, называемых дорожками (Track). Механическое фиксирование перемещения головок с определенным шагом сопровождается погрешностями, поскольку сложно точно поместить магнитную головку в нужное место над диском. С возрастанием срока службы накопителя эта погрешность увеличивается. Для ее устранения на диск наносят идентификационные метки, используя которые, с помощью замкнутой системы регулирования управляют двигателями непрерывного линейного перемещения (соленоидный приводVoice Сой), устанавливая головку чтениязаписи с требуемой точностью на необходимую дорожку. Эти метки могут размещаться на отдельной, специально выделенной поверхности (Dedicated) либо на том же диске, что и информация (Embedded). При остановке двигателя НЖМД его головки перемещаются в определенное место поверхности диска — паркуются. В современных устройствах место парковки магнитных головок определяется самим накопителем (автопарковка), а в более ранних моделях номер необходимой дорожки нужно было указывать в поле L-Zone (Landing Zone) в программе установки параметров аппаратных средств базовой системы ввода- вывода компьютера (Setup BIOS).

Количество дорожек, расположенных на обеих сторонах дискет, может быть различным. Для загрузочных дискет, предназначенных для загрузки в компьютер операционной системы, количество дорожек равно 40 или 80 на каждой из сторон. Дискеты емкостью более 1 Мбайт имеют 80 дорожек на одной стороне, называются дискетами удвоенной (повышенной) плотности и маркируются как DD (Double Density) или HD (High Density). У жестких дисков количество дорожек может быть любым. Головки чтения-записи сконструированы так, что одновременно с записью информации на дорожку ими производится формирование защитного промежутка на участке между рабочей и соседними дорожками. В нем магнитные домены разориентируются, уменьшая степень влияния соседних дорожек на рабочую и улучшая помехозащищенность записанных данных. Дорожки, одинаково расположенные на разных сторонах одного или нескольких взаимосвязанных дисков, образуют как бы цилиндрические поверхности, поэтому их иногда называют цилиндрами (Cylinder).

В свою очередь, все дорожки дисков делятся на одинаковые отдельные отрезки, называемые секторами (Sector), рассматриваемые как минимальные порции данных, размещаемых вместе, операции над которыми (чтение или запись) производятся за одно обращение к диску. В настоящее время объем информации, записываемый в каждый сектор любой дорожки, составляет, как правило, 512 байт = 0,5 кбайт.

У дискет количество секторов на всех дорожках одинаково. Для повышения объема информации, помещаемой на дорожке, количество секторов в ней стараются увеличить, что приводит к уменьшению поверхности, отводимой для записи одного бита информации, т. е. к повышению плотности записи. Получение при этом высоких показателей качества диска возможно лишь при использовании магнитного материала с повышенными значениями остаточной намагниченности и коэрцитивной силы. Такие дискеты и помечаются индексом HD {High Density — «высокая плотность»). Увеличение (примерно в 7 раз) коэрцитивной силы требует при записи повышения соответствующего значения магнитного поля, создаваемого в головке. Оно не обеспечивается в дисководах с малой максимальной форматируемой емкостью и накладывает ограничения на типы используемых дискет. Например, дискеты 3,5", отмеченные индексом HD, не предназначены для работы с дисководами 720 кбайт, а дискеты 5,25" с индексом HD могут работать только в дисководах с емкостью 1,2 Мбайт. Указанные индексы (DD и HD) размещаются вместе с названием фирмы изготовителя на этикетке дискеты (см. рис. 4.1). Иногда вместо буквы «D» {Double) также используют цифру 2.

У жестких дисков количество цилиндров и секторов значительно больше, чем у дискет. Поэтому здесь предъявляются повышенные требования к качеству записи. В НЖМД для дорожек, расположенных ближе к центру диска, по мере уменьшения поверхности, отводимой для записи одного бита информации, вводят прекомпенсацию — увеличение напряженности магнитного поля головки при записи. В некоторых случаях для оптимизации режима работы накопителя прекомпенсацию устанавливают лишь начиная с определенного цилиндра, номер которого задается в графе Write PreCompensation программы первоначальной установки аппаратных средств компьютера {Setup BIOS). В большинстве современных жестких дисков управление параметрами прекомпенсации осуществляется самим накопителем.

Одним из способов выравнивания плотности записи жестких дисков служит разбиение его различных цилиндров на неодинаковое количество секторов. В этом случае поверхность диска делят на несколько (8 и более) концентрических зон, где младшая зона (с меньшим порядковым номером) включает в себя цилиндры, расположенные на внешнем крае диска, а старшая — на внутреннем. Количество секторов в младшей зоне максимально, а в старшей — минимально. Такой метод деления диска называется зонно-секционным {Zone Bit Recording).

Стремление сделать жесткие диски наиболее компактными привело к уменьшению их толщины и сокращению расстояния между ними в наборе, а повышение производительности потребовало увеличения скорости вращения (сейчас в НЖМД она составляет 7200 - 15000 об/мин). Повышенные требования предъявляются к точности обработки, расположению деталей и чистоте окружающей среды. Поэтому набор жестких дисков помещают в герметично закрытый кожух, снабжают воздушными и барометрическими (выравнивающими внутреннее и внешнее давление) фильтрами. Накопитель дополняют платой управления, позволяющей управлять вращением диска, перемещением головки, нахождением требуемого сектора, записью и считыванием информации. В состав современных НЖМД входит система SMART {Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology System), позволяющая производить самодиагностику, предсказывать возможность сбоев в работе диска, переносить информацию с критических участков на безопасные и т. д.

Контрольные вопросы и задания

  • 1. Опишите конструктивные особенности компьютерных магнитных дисков.
  • 2. Что такое дискета? Как она устроена? Перечислите известные вам типы дискет.
  • 3. Какова структура магнитного диска?
  • 4. Расшифруйте термины: цилиндр, дорожка, сектор.
  • 5. Что обозначают индексы, наносимые на дискету при ее маркировке?
  • 6. Что такое предкоррекция? Для чего она вводится?
  • 7. В чем заключается зонно-секционный метод деления диска?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 
Популярные страницы