196785 (Усовершенствование системы регулировки температуры жесткого диска)

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

Введение

1. Жесткий диск

1.1 Винчестер

1.2 Характеристики жесткого диска

1.3 Производители жесткого диска

1.4 История жестких накопителей

1.5 Классификация жестких дисков

1.6 Технологии записи данных на жесткие диски

1.7 Размещение данных на жестком диске

1.8 Файловые системы жестких дисков

2. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВКИ ТЕМПЕРАТУРЫ ЖЕСТКОГО ДИСКА

2.1 Термометр жесткого диска

2.2 Определение температуры дисков

2.3 Опасности перегрева жестких дисков

2.4 Охлаждение жесткого диска

2.5 Датчик температур с интерфейсом RS-485 PTC-095

2.5.1 Технические данные

2.5.2 Общее устройство и система управления

2.5.3 Конструкция

2.6 Модернизация датчика

3. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СТОИМОСТИ АНАЛИЗА ОБЬЕКТА

3.1 Расчет затрат на создание проекта выбора жесткого диска

3.2 Расчет материальных затрат

3.3 Использование ЭВМ

3.4 Расчет технологической себестоимости датчика для жесткого диска

3.5 Расчет капитальных затрат на создание датчика для жесткого диска

3.6 Затраты при эксплуатации датчика жесткого диска

4. ОХРАНА ТРУДА

4.1 Требования к производственным помещениям

4.2 Эргономические требования к рабочему месту

4.3 Режим труда

4.4 Расчет освещенности рабочего места

4.5 Расчет вентиляции

ВыводЫ

Перечень ссылок

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

БМГ – блок магнитных головок

ЖД – жесткий диск

КМОП – комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник

МНК – метод наименьших квадратов

МПС – микропроцессорная система

ПК – персональный компьютер

ЦПУ – центральное процессорное устройство

ШИМ – широтно импульсная модуляция

Введение

Тема дипломной работы – "Усовершенствование системы регулировки температуры жесткого диска", которая является предметом исследования.

Объектом исследования является "Северодонецкое производственное объединение компьютерных технологий".

Предметом исследования является жесткий диск.

Целью дипломного проекта является модернизация датчика системы температур жесткого диска.

Для достижения поставленных целей и задач необходимо выполнить следующие этапы работы:

• подбор литературы и изучение материалов по данной тематике;

• характеристики жестких дисков;

• классификация жестких дисков;

• обзор современных жестких дисков;

• рассмотрение программных и технических характеристик;

• модернизация жесткого диска;

• выполнение расчета экономического эффекта на создание и эксплуатацию жесткого диска;

• анализ плана помещения предприятия и расчет отопления, вентиляции, природного и искусственного предприятия.

Теоретическая значимость состоит в анализе существующих технологий и применений одной из них для реализации на практике.

Практическая значимость состоит в анализе реализованного на практике проекта по модернизации жесткого диска.

1. Жесткий диск

1.1 Винчестер

Накопитель на жёстких магнитных дисках, НЖМД, жёсткий диск, винт, хард, харддиск, HDD, HMDD или винчестер, (англ. Hard (Magnetic) Disk Drive, HDD, HMDD) — энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах.

В отличие от "гибкого" диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В некоторых НЖМД используется одна пластина, в других — несколько на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках 5-10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Название "Винчестер"

По одной из версий название "винчестер" накопитель получил благодаря фирме IBM, которая в 1973 году выпустила жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе пластины диска и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название "30-30", что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 Мб каждый. Кеннет Хотон, руководитель проекта, по созвучию с обозначением популярного охотничьего ружья "Winchester 30-30" предложил назвать этот диск "винчестером".

В Европе и США название "винчестер" вышло из употребления в 1990-х годах, в русском же языке сохранилось и получило полуофициальный статус, а в компьютерном сленге сократилось до слов "винт" (наиболее употребимый вариант), "винч" и "веник".

1.2 Характеристики жесткого диска

Интерфейс (англ. interface) — набор, состоящий из линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил обмена. Современные накопители могут использовать интерфейсы ATA (AT Attachment, он же IDE — Integrated Drive Electronic, он же Parallel ATA), (EIDE), Serial ATA, SCSI (Small Computer System Interface), SAS, FireWire, USB, SDIO и Fibre Channel.

Ёмкость (англ. capacity) — количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств достигает 2000 Гб. (2 Тб) В отличие от принятой в информатике (случайно) системе приставок, обозначающих кратную 1024 величину (кило=1024, мега=1 048 576 и т. д.; позже для этого были не очень успешно введены двоичные приставки), производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются кратные 1000 величины. Так, напр., "настоящая" ёмкость жёсткого диска, маркированного как "200 Гб", составляет 186,2 ГиБ.

Физический размер (форм-фактор) (англ. dimension) — почти все современные (2001—2008 года) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма. Последние чаще применяются в ноутбуках. Так же получили распространение форматы — 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в формфакторах 8 и 5,25 дюймов.

Время произвольного доступа (англ. random access time) — время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Диапазон этого параметра невелик от 2,5 до 16 мс, как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 — 3,7 мс), самым большим из актуальных — диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 — 12,5).

Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об./мин. (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).

Надёжность (англ. reliability) — определяется как среднее время наработки на отказ (Mean Time Between Failures, MTBF). См. также: Технология SMART (S.M.A.R.T. (англ. Self Monitoring Analysing and Reporting Technology) — технология оценки состояния жёсткого диска встроенной аппаратурой самодиагностики, а также механизм предсказания времени выхода его из строя).

Количество операций ввода-вывода в секунду — у современных дисков это около 50 оп./сек при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.

Сопротивляемость ударам (англ. G-shock rating) — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.

Скорость передачи данных (англ. Transfer Rate):

Внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с

Внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с

Объём буфера: Буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных (2008 год) HDD он обычно варьируется от 8 до 32 Мб.

1.3 Производители жесткого диска

Большая часть всех винчестеров производятся всего несколькими компаниями: Seagate, Western Digital, Samsung, а также ранее принадлежавшим IBM подразделением по производству дисков фирмы Hitachi. Fujitsu продолжает выпускать жёсткие диски для ноутбуков и SCSI-диски, но покинула массовый рынок в 2001 году. Toshiba является основным производителем 2,5- и 1,8-дюймовых ЖД для ноутбуков. Одним из лидеров в производстве дисков являлась компания Maxtor. В 2006 году состоялось слияние Seagate и Maxtor. В середине 1990-х годов существовала компания Conner, которую купила Seagate. В первой половине 90-х была еще фирма Micropolice, производившая очень дорогие диски premium-класса. Но при выпуске первых в отрасли винчестеров на 7200 об/мин ею были использованы некачественные подшипники главного вала, поставленные фирмой Nidek, и Micropolice понес фатальные убытки на возвратах, разорился и был на корню куплен тем же Seagate.

Устройство

Жёсткий диск состоит из гермозоны и блока электроники. Гермозона включает в себя корпус из прочного сплава, собственно диски (пластины) с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя.

Блок головок — пакет рычагов из пружинистой стали (по паре на каждый диск). Одним концом они закреплены на оси рядом с краем диска. На других концах (над дисками) закреплены головки.

Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава. Хотя были попытки делать их из пластика и даже стекла, но такие пластины оказались хрупкими и недолговечными. Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика — окислов железа, марганца и других металлов. Точный состав и технология нанесения держатся в секрете. Большинство устройств содержит 1 или 2 пластины.

Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (4200, 5400, 7200, 10 000, 15 000). При такой скорости вблизи поверхности пластины создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для "взлёта" головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин.

Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных, как правило, неодимовых, постоянных магнитов и катушки на подвижном блоке головок.

Вопреки расхожему мнению, внутри гермозоны нет вакуума. Одни производители делают её герметичной (отсюда и название) и заполняют очищенным и осушенным воздухом или нейтральными газами, в частности, азотом; а для выравнивания давления устанавливают тонкую металлическую или пластиковую мембрану. (В таком случае внутри корпуса жёсткого диска предусматривается маленький карман для пакетика силикагеля, который абсорбирует водяные пары, оставшиеся внутри корпуса после его герметизации). Другие производители выравнивают давление через небольшое отверстие с фильтром, способным задерживать очень мелкие (несколько микрометров) частицы. Однако в этом случае выравнивается и влажность, а также могут проникнуть вредные газы. Выравнивание давления необходимо, чтобы предотвратить деформацию корпуса гермозоны при перепадах атмосферного давления и температуры, а так же при прогреве устройства во время работы.

Пылинки, оказавшиеся при сборке в гермозоне и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр — пылеуловитель.

1.4 История жестких накопителей

По мере развития жестких дисков их максимальная емкость изменялась. Основным лимитирующим фактором являлись доступные на тот момент технологии, но помимо них возникали и другие препятствия, такие как ограничения используемых способов адресации, а также характеристики ПО.

Программное обеспечение времен начала 1990х, такое, как MS-DOS, для работы с жестким диском использовало вызов int 13h, ведущий в ПЗУ BIOS.

Адресация блоков диска в вызове int 13h выглядела как номера цилиндра/головки/сектора — C/H/S. При этом на номер C отводилось 10 бит, на номер H — 8 бит, на номер S — 6 бит (в одном 16-битном слове с C).

Обработчик int 13h в BIOS вписывал эти номера в управляющие регистры контроллера IDE. В этих регистрах на номер C отводилось 16 бит, на номер H — 4 бита (в одном байте с номером устройства на IDE шине и флажком LBA), на номер S — 8 бит.

Совокупность того и другого ограничения приводила к ограничению C/H/S = 10/4/6 бит, то есть 20 бит. Это позволяло адресовать 1М секторов по 512 байт каждый, то есть не более 512МБ.

Это ограничение стало ощутимым во времена 1994—1995, примерно время первых микропроцессоров Pentium.

Для его разрешения была изобретена трансляция значений CHS в коде обработчика int 13h в BIOS. Одним из популярных алгоритмов трансляции был LBA — Linear Block Addressing, в котором C понималось, как старшие биты линейного, обычного целочисленного номера сектора, H — как следующие 8, S — как младшие 6. Несложно догадаться, что в этой трансляции число условных секторов на дорожке понималось как строго 64, число условных головок — как строго 256, а число условных цилиндров — как размер диска, деленный на 8МБ.

Трансляция значений имела некие проблемы, а именно — диск, раз использованный (хотя бы разбитый на разделы, хотя бы с единственным созданным разделом) в какой-то трансляции, мог быть далее использован только в ней. Для смены режима трансляции диска было необходимо повторить создание таблицы разделов, что означало удаление всего содержимого диска.

В подавляющем большинстве случаев для всех дисков устанавливали трансляцию LBA и о ней забывали.

Аппаратный интерфейс регистров стандартного IDE контроллера использует 16 бит для номера C, 4 бита для номера H, и 8 бит для номера S. Всего 28 бит, что позволяет адресовать 256 М секторов по 512 байт — то есть 128 ГБ.

Решение проблемы возможно только на уровне аппаратуры (и обновления драйвера для использования новых возможностей аппаратуры). Оно было разработано в виде отправки адреса в контроллер дважды в определенной последовательности.