РК №2, страница 3

1. Внешние запоминающие устройства. Импульсные методы магнитной записи.

См. вопрос №27.

В результате записи информации на МН сохраняются участки с отсутствием намагниченности и участки намагниченности разных знаков. При считывании информации изменение магнитного потока в зазоре магнитной головки приводит к возникновению импульсов ЭДС, которые могут быть обработаны и приведены к стандартным сигналам. Недостаток метода: необходимость размагничивания перед записью, невысокая плотность записи (при повышении плотности происходит наложение).

1. Внешние запоминающие устройства. Потенциальные методы магнитной записи.

Он позволяет достичь высокой плотности записи, однако обладает специфической проблемой, связанной с распознаванием ситуации при записи 0. Для этого либо используют дополнительную дорожку, в которую записываются сигналы синхронизации записи, как 0 так и 1, или специальный генератор, сигналы которого используются для распознавания моментов записи значений. Однако т.к. диск движется неравномерно, то предпочтительней использовать запись сигналов синхронизации. Достоинство: получение высокой плотности записи. Потенциальный метод, использующий 2 состояния с переключением тока при записи единицы.

1. Накопители на магнитных дисках. Конструкция и работа.

Накопи́тель на жёстких магни́тных ди́сках или жёсткий диск, в компьютерном сленге «винче́стер» — запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома — магнитные диски. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной («парковочной») зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации.

Принцип работы:

Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке за счёт электромагнитной индукции.

1. Накопители на магнитных дисках. Расположение информации.

Кластер — минимальная логическая ячейка для хранения информации на жестком диске компьютера. В настоящее время стандартным является кластер размером 4 096 байт, состоящий из восьми секторов по 512 байт каждый.

Жесткий диск имеет несколько «блинов» (дисков), на магнитную поверхность которых и записываются данные (смотрите рисунок выше).

Каждый блин имеет круглую форму и разметка такого блина выглядит так:

Каждый диск разбит на треки (дорожки), а каждая дорожка поделена на сектора. Это конечно, очень упрощенная схема, но она дает представление о том, что такое сектор.

Сектор – это минимальная пронумерованная область диска, в которой могут храниться данные. Обычно размер одного сектора составляет 512 байт.

1. Организация дискового пространства на жестких дисках.

Любой жёсткий диск можно представить как огромный «чистый лист», на который можно записывать данные и откуда потом их можно считать. Чтобы ориентироваться на диске, всё его пространство разбивают на небольшие «клеточки» — сектора. Сектор — это минимальная единица хранения данных на диске, обычно его размер составляет 512 байт.

Представлять жёсткий диск как единый «лист» не всегда бывает удобно: иногда полезно «разрезать» его на несколько независимых листов, на каждом из которых можно писать и стирать что угодно, не опасаясь повредить написанное на других листах.

Технически разбиение диска на разделы организовано следующим образом: заранее определённая часть диска отводится под таблицу разделов, в которой и написано, как разбит диск.

В таблице разделов для каждого раздела указывается тип, который определяет файловую систему, которая будет содержаться в этом разделе.

Иногда обычной производительности жёсткого диска может не хватать. В случаях, когда во главу угла ставится скорость работы с данными (скорость записи и чтения) или надёжность их хранения, используется технология RAID (Redundant array of independent disks — избыточный массив независимых дисков). Технология RAID позволяет объединять несколько физических дисковых устройств (жёстких дисков или разделов на них) в дисковый массив. Диски, входящие в массив, управляются централизованно и представлены в системе как одно логическое устройство, подходящее для организации на нём единой файловой системы.

Существует два способа реализации RAID: аппаратный и программный.

Существует несколько разновидностей RAID-массивов, так называемых уровней: RAID0, RAID1, RAID4, RAID5.

1. Методы продольной и перпендикулярной магнитной записи на жесткие диски.

Метод продольной записи

Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая, проходя над поверхностью вращающегося диска, намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. При этом вектор намагниченности домена расположен продольно, то есть параллельно поверхности диска. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от направления намагниченности.

Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см². К 2010 году этот метод был практически вытеснен методом перпендикулярной записи.

Метод перпендикулярной записи

Метод перпендикулярной записи — это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у дисков на 2009 год — 400 Гбит/дюйм² (62 Гбит/см²). Теоретический предел технологии составляет 1 Тбит на квадратный дюйм.

1. Отказоустойчивые массивы RAID на жестких дисках.

RAID 0 — дисковый массив повышенной производительности с чередованием, без отказоустойчивости;

RAID 1 — зеркальный дисковый массив;

RAID 2 зарезервирован для массивов, которые применяют код Хемминга;

RAID 3 и 4 — дисковые массивы с чередованием и выделенным диском чётности;

RAID 5 — дисковый массив с чередованием и «невыделенным диском чётности»;

RAID 6 — дисковый массив с чередованием, использующий две контрольные суммы, вычисляемые двумя независимыми способами;

1. Принцип восстановления данных в RAID массивах на жестких дисках.

Методика восстановления информации выбирается в зависимости от уровня массива. Но все равно, при выборе принципов восстановления данных RAID-массива требуется учитывать конкретную ситуацию и возможные причины её. Одно дело, если сбой произошел из-за появления нестабильных секторов, и контроллер не способен правильно обработать нетипичную ситуацию, и совсем иное - если из строя вышел сам контроллер. Нарушения могут возникнуть и по причинам неправильного использования утилиты администрирования этих массивов - попытка реконфигурации завершается неудачно и угрозой невосполнимой потери информации.

Массив RAID0 не предполагает избыточности, и поэтому восстановление данных RAID 0 нужно предварить считыванием информации со сломанного девайса. Восстановление RAID 10, 1, 5 и прочих уровней возможно осуществить и без таких мер. Основной способ восстановления данных с RAID - это программная сборка образа дефектного массива. Проще говоря, особый комплекс программ приводит блоки с различных дисков в правильную цепочку. Для восстановления RAID нужно знать параметры, заданные при его создании. Лучше, если они известны, но если нет - ничего страшного, ведь разработаны программы типа RAID Reconstructor. Если при восстановлении данных задать уровень массива (RAID 0, 1, 10, 50, 5 или другой), эта утилита попытается найти последовательность дисков, алгоритм записи, размер блока.

1. Классификация оптических дисков.

• Без возможности записи - CD-ROM и DVD-ROM

(ROM — Read Only Memory, память только для чтения).

На дисках CD-ROM и DVD-ROM хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна.

• С однократной записью и многократным чтением -

CD-R и DVD±R (R — recordable, записываемый).

На дисках CD-R и DVD±R информация может быть записана, но только один раз. Данные записываются на диск лучом лазера повышенной мощности, который разрушает органический краситель записывающего слоя и меняет его отражательные свойства. Управляя мощностью лазера, на записывающем слое получают чередование темных и светлых пятен, которые при чтении интерпретируются как логические 0 и 1.

• С возможностью перезаписи - CD-RW и DVD±RW

(RW — Rewritable, перезаписываемый).На дисках CD-RW и DVD±RW информация может быть записана и стерта многократно.

Записывающий слой изготавливается из специального сплава, который можно нагреванием приводить в два различных устойчивых агрегатных состояния, которые характеризуются различной степенью прозрачности. При записи (стирании) луч лазера нагревает участок дорожки и переводит его в одно из таких состояний.

При чтении луч лазера имеет меньшую мощность и не изменяет состояние записывающего слоя, а чередующиеся участки с различной прозрачностью интерпретируются как логические 0 и 1.

1. Принцип считывания и записи на оптические диски.

См. конец вопроса №36

В процессе записи информации на лазерные диски для создания участков поверхности с различными коэффициентами отражения применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера. Информация на лазерном диске записывается на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью.

Данные с диска читаются при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм, излучаемого полупроводниковым лазером. Принцип считывания информации лазером для всех типов носителей заключается в регистрации изменения интенсивности отражённого света. Лазерный луч фокусируется на информационном слое в пятно диаметром ~1,2 мкм. Если свет сфокусировался между питами (на ленде), то приёмный фотодиод регистрирует максимальный сигнал. В случае, если свет попадает на пит, фотодиод регистрирует меньшую интенсивность света