Пристрої реєстрації інформації (стр. 2 из 5)
Амплітуда сигналу на виході магнітної головки читання лежить на рівні 1-15 мB, причому в такому сигналі відсутня постійна складова. Тому підсилювачі сигналів читання повинні бути широкосмуговими та забезпечувати мінімізацію вхідних перешкод за рахунок мінімізації з'єднань з головками. В ЗП на магнітних дисках інтегральна мікросхема підсилювача розміщується безпосередньо на плаваючому ричазі головки. Рівень сигналу на виході підсилювача повинен досягати 3-5 Вольт.
Структура тракту запису/читання може мати вигляд (рисунок 6).
Рис.6 Структурна схема тракту запису/читання
Де ПУ – пристрій управління протяжним механізмом; М – протяжний механізм; ФСЗ – формувач сигналів запису; ПЗ – підсилювач запису; ГС – генератор стирання; МГ – магнітні головки; КГ – комутатор головок; ДША – дешифратор адреси комутатора головок; ПЧ – підсилювач читання; ФСЧС – формувач сигналів читання та синхронізації.
За сигналами запису ФСЗ виробляється струм запису у відповідності з інформаційним сигналом ІС та вибраним методом модуляції . Цей струм направляється у вибрану, за допомогою комутатора головок та дешифратора, певну магнітну головку. В процесі запису в колі генератора стирання тече постійний струм, який забезпечує постійне підмагнічування головок.
При читанні інформації підсилювач читання ПУ підсилює сигнали на виході головки читання з 1мB до 3-5Вольт. Потім ці сигнали оброблюються пристроєм ФСЧС, який формує на своєму виході інформаційну послідовність та послідовність синхросигналів.
Особливу роль ЗП на магнітних дисках відіграє пристрій управління (ПУ), який забезпечує розгін та заторможення дисків і обертання їх з постійною швидкістю. Час розгону та заторможення дисків не відіграє великої ролі, проте дуже важливо з великою точністю підтримувати середню і миттєву швидкість обертання, щоб зменшити до мінімуму кутові коливання пакета дисків. Пристрій управління, окрім видачі інформації про адресу комутації головок, також управляє необхідними переміщеннями блока головок, пошуком інформації на носіях, копіювання інформації, формує інформацію про стан ЗП і таке інше.
5. Зовнішня пам’ять на жорстких дисках
5.1 Принцип роботи жорсткого диска
Самим необхідним і в той же час самим загадковим компонентом комп'ютера є накопичувач на жорсткому диску. Як відомо, він призначений для зберігання даних, і наслідки його виходу з ладу найчастіше виявляється катастрофічними. Для правильної експлуатації або модернізації комп'ютера необхідно добре уявляти собі, що ж це таке – накопичувач на жорсткому диску.
Основними елементами накопичувача є кілька круглих алюмінієвих або некристалічних склоподібних пластин. На відміну від гнучких дисків (дискет), їх не можна зігнути, звідси й з'явилася назва жорсткий диск (рисунок 4.7). У більшості пристроїв вони незнімні, тому іноді такі накопичувачі називаються фіксованими (fixed disk). Існують також накопичувачі зі змінними дисками, наприклад пристрою Iomega Zip й Jaz.
Основний критерій оцінки накопичувачів на жорстких дисках — поверхнева щільність запису. Вона визначається як добуток лінійної щільності запису уздовж доріжки, що виражає в бітах на дюйм (Bits Per Inch — BPI), і кількості доріжок на дюйм (Tracks Per Inch — TPI). У результаті поверхнева щільність запису виражається в Мбіт/дюйм або Гбіт/дюйм. На підставі цього значення можна зробити висновок про ефективність того або іншого способу запису даних. У сучасних накопичувачах розміром 3,5 дюйми величина цього параметра становить близько 6 Гбіт/дюйм2, а в експериментальних моделях вона досягає 20 Гбіт/дюйм". Це дозволяє випускати накопичувачі ємністю більше 10 Гбайт для портативних комп'ютерів з одним диском-носієм на 2,5 дюйми.
Основні принципи роботи накопичувачів на жорстких дисках наступні: дані записуються й зчитуються універсальними головками читання/запису з поверхонь обертових магнітних дисків, розбитих на доріжки й сектори (512 байт кожний), як показано на рисунку 8.
Рисунок 7 – Внутрішній вид накопичувача на жорстких дисках.
Рисунок 8 – Доріжки й сектори накопичувача на жорстких дисках
У накопичувачах звичайно встановлюється ДЕкілька дисків, і дані записуються на обох сторонах кожного з них. У більшості накопичувачів є, щонайменше, два або три диски (що дозволяє виконувати запис на чотирьох або шести сторонах), але існують також пристроЇ, що містять до 11 і більше дисків. Однотипні (однаково розташовані) доріжки на всіх сторонах дисків поєднуються в циліндр (рисунок 9). Для кожної сторони диска передбачена своя доріжка читання/запису, але при цьому всі головки змонтовані на загальному стрижні, або стійці. Тому головки не можуть переміщатися незалежно друг від друга й рухаються тільки синхронно.
Рисунок 9 – Циліндр накопичувача на жорстких дисках
Жорсткі диски обертаються набагато швидше, ніж гнучкі. Частота їхнього обертання навіть у більшості перших моделей становила 3 600 обертів/хв (тобто в 10 разів більше, ніж у накопичувачі на гнучких дисках) і до останнього часу була майже стандартом для жорстких дисків. Але останнім часом частота обертання жорстких дисків зросла. Швидкість роботи того або іншого жорсткого диска залежить від частоти його обертання, швидкості переміщення системи головок і кількості секторів на доріжці.
При нормальній роботі жорсткого диска головки читання/запису не торкаються (і не повинні торкатись!) дисків. Але вони опускаються на його поверхню при вимиканні живлення й зупинці дисків. Під час роботи пристрою між головкою й поверхнею обертового диска утворюється дуже малий повітряний зазор (повітряна подушка). Якщо в цей зазор потрапить порошина або відбудеться струс, головка "зштовхнеться" з диском, що обертається "на повному ходу". Якщо удар буде досить сильним, то відбудеться поломка головки.
Оскільки пакети магнітних дисків утримуються в щільно закритих корпусах й їхній ремонт не передбачений, щільність доріжок на них дуже висока — до 20 000 і більше на дюйм. Блоки HDA (Head Disk Assembly — блок головок і дисків) збирають у спеціальних цехах, в умовах практично повної стерильності. Обслуговуванням HDA займаються лічені фірми, тому ремонт або заміна яких-небудь деталей всередині герметичного блоку HDA обходиться дуже дорого.
Доріжка — це одне "кільце" даних на одній стороні диска. Доріжка запису на диску занадто велика, щоб використати неї як одиниця зберігання інформації. У багатьох накопичувачах її ємність перевищує 100 000 байт, і відводити такий блок для зберігання невеликого файлу вкрай марнотратно. Тому доріжки на диску розбивають на нумеровані відрізки, називані секторами.
Кількість секторів може бути різним залежно від щільності доріжок і типу накопичувача. Наприклад, на доріжці гнучких дисків може бути 8-36 секторів, а на доріжці жорсткого диска – 17-100 секторів. Сектори, створюються за допомогою стандартних програм форматування, мають ємність 512 байт, але не виключено, що в майбутньому ця величина зміниться.
Нумерація секторів на доріжці починається з одиниці, на відміну від головок і циліндрів, відлік яких ведеться з нуля. Наприклад, дискета HD (High Density) формату 3,5 дюйми (ємністю 1,44 Мбайт) містить 80 циліндрів, пронумерованих від 0 до 79, у дисководі встановлені дві головки (з номерами 0 й 1), і кожна доріжка циліндра розбита на 18 секторів (1-18).
На початку кожного сектора записується його заголовок (або префікс — prefix portion), no якому визначається початок і номер сектора, а наприкінці — висновок (або суфікс — suffix portion), у якому перебуває контрольна сума (checksum), необхідна для перевірки цілісності даних. Крім зазначених областей службової інформації, кожен сектор містить область даних ємністю 512 байт. При низькорівневому (фізичному) форматуванні всім байтам даних привласнюється деяке значення, наприклад F6h.
Стверджувати, що розмір будь-якого сектора дорівнює 512 байт – не цілком коректно. Насправді в кожному секторі можна записати 512 байт даних, але область даних – це тільки частина сектора. Кожен сектор на диску звичайно займає 571 байт, з яких під дані приділяється тільки 512 байт. У різних накопичувачах простір, що відводить під заголовки (header) і висновку (trailer), може бути різним, але, як правило, сектор має розмір 571 байт.
Для наочності уявіть, що сектори - це сторінки в книзі. На кожній сторінці існує текст, але їм заповнюється не весь простір сторінки, тому що в неї є поля (верхнє, нижнє, праве й ліве). На полях міститься службова інформація, наприклад назви глав (у нашій аналогії це буде відповідати номерам доріжок і циліндрів) і номера сторінок (що відповідає номерам секторів).
Області на диску, аналогічні полям на сторінці, створюються під час форматування диска. Тоді ж у них записується й службова інформація. Крім того, під час форматування диска області даних кожного сектора заповнюються фіктивними значеннями. Відформатувавши диск, можна записувати інформацію в області даних звичайним чином. Інформація, що міститься в заголовках і висновках сектора, не змінюється під час звичайних операцій запису даних. Змінити її можна, тільки переформатувавши диск.
Ідентифікатор (ID) сектора складається з полів запису номерів циліндра, головки й сектора, а також контрольного поля CRC для перевірки точності зчитування інформації ID. У більшості контролерів сьомий біт поля номера головки використовується для маркування дефектних секторів у процесі низькорівневого форматування або аналізу поверхні. Однак такий метод не є стандартним, і в деяких пристроях дефектні сектори позначаються інакше. Але як правило, оцінка робиться в одному з полів ID.