Часть 3 - Технические средства реализации информационных процессов (Т.В. Лукьянова - Конспект лекций по информатике), страница 7

Для чтения данных используется магниторезистивный принцип, когда сопротивление полупроводниковой пленки, из которой сделана головка чтения,меняется в зависимости от напряженности магнитного поля на поверхности ферромагнитного диска. Электрический сигнал с головки усиливается и передается на обработку в контроллер жесткого диска, расположенный в чипсете.Вся электроника, предназначенная для управления двигателем привода дискови электромагнитом головок, а также для чтения и записи данных, располагается нанебольшой печатной плате, укрепленной снаружи корпуса.27Винчестер может иметь до десяти дисков. На поверхности дисков размечаютсятраектории записи информации – концентрические окружности, которые называютсядорожками или треками (track) и сектора на каждой дорожке. Каждая дорожка имеетсвой номер.

Дорожки с одинаковыми номерами, расположенные одна над другой наразных дисках образуют цилиндр. Каждый сектор на дорожке также имеет номер,нумерация начинается с единицы. В один сектор может быть записано 571 байт двоичной информации: 512 байт отведено для записи нужной информации, остальныепод заголовок (префикс), определяющий начало и номер секции и окончание (суффикс), где записана контрольная сумма, нужная для проверки целостности хранимыхданных.

Секторы и дорожки образуются во время низкоуровневого форматированиядиска на заводе-изготовителе. В новых винчестерах число секторов на внешних дорожках больше, чем на внутренних, и для них используют линейный способ адресации блоков LBA (Linear Block Addressing), когда все секторы нумеруются последовательно от первого сектора нулевой дорожки нулевого цилиндра до последнего накрайней внутренней дорожке.К современным винчестерам неприменима операция низкоуровневого форматирования пользователем с помощью специальных программ (возможна для гибкихдисков и старых винчестеров).Несколько секторов образуют кластер – наименьшую адресуемую единицу надиске для используемой файловой системы.

Форматирование с разметкой кластерови созданием файловой системы на диске выполняется с помощью специальной программы, входящей в состав операционной системы (иногда на стадии установки этойсистемы). Неформатированный диск не может быть использован для записи файлов.До форматирования жесткий диск можно разбить на логические диски (разделвинчестера или том). Это удобно, поскольку наличие нескольких логических дисковупрощает структуризацию данных, хранящихся на жестком диске.Существует огромное количество разных моделей жестких дисков многихфирм, таких как Seagate, Maxtor, Western Digital, Quantum, Fujitsu, Hitachi, Samsung,Toshiba и пр.

Для обеспечения совместимости винчестеров, разработаны стандартына их характеристики, определяющие номенклатуру соединительных проводников,их размещение в переходных разъемах, электрические параметры сигналов.До недавнего времени самым распространенным типом винчестера по интерфейсу подключения был IDE (Integrated Drive Electronics). Винчестер типа IDE использует спецификацию параллельного интерфейса АТА (Advanced TechnologyAttachment). В настоящее время новые чипсеты поддерживают новую спецификациюподключения HDD – последовательный интерфейс SerialATA, SerialATA II,SerialATA III.

Соответственно новые винчестеры имеют тип интерфейса SerialATA.Особняком стоит SCSI (Small Computer System Interface – интерфейс малых компьютеров), так этот интерфейс используется, в основном, в серверах, и устройства SCSIдовольно дороги.28ATA – один из старейших стандартов обмена данными, был разработан в 1989году тремя компаниями: Imprimus – подразделением Control Data Corporation, WesternDigital и Compaq. Представляет собой параллельный шинный интерфейс. Первыйстандарт ATA был утвержден в 1994 году национальным комитетом по стандартаминформационных технологий (NCITS).

ATA и его дальнейшие варианты, такие какATA-2, ATA-3, и т. д. – официальные названия стандарта. IDE, EIDE, UltraATA, и т.д.– маркетинговые термины, используемые производителями винчестеров.IDE-интерфейс позволяет обмениваться данными со скоростью до 2 Мбайт/с.Serial ATA – последовательный шинный интерфейс для передачи данных, пришел на замену ATA. Был разработан компанией Intel совместно с IBM, Dell, Seagate,Quantum, Maxtor, APT Technologies и др.

в 2000 году. Обеспечивает пропускную способность до 6 Гбит/с.Среди других параметров, которые влияют на быстродействие HDD следует отметить следующие: скорость вращения дисков – в настоящее время обычно 7200 об/мин, накопители SCSI 10000 – 15000 об/мин; объем кэш-памяти – во всех современных дисковых накопителях устанавливается кэш-буфер, ускоряющий обмен данными; чем больше его емкость, темвыше вероятность того, что в кэш-памяти будет необходимая информация, которую не надо считывать с диска (этот процесс в тысячи раз медленней); емкость кэш-буфера в современных винчестерах до 64 Мбайт; среднее время доступа – время (в миллисекундах), на протяжении которогоблок головок смещается с одного цилиндра на другой.

У современных винчестеров составляет 5 – 10 миллисекунд; время задержки – это время от момента позиционирования блока головок нанужный цилиндр до позицирования конкретной головки на конкретный сектор,другими словами, это время поиска нужного сектора (около 4 мс); скорость обмена – определяет объем данных, которые могут быть переданы изнакопителя к микропроцессору и в обратном направлении за определенныепромежутки времени; максимальное значение этого параметра равно пропускной способности дискового интерфейса и зависит от того, какой режим используется: PIO (Programmed I/O) или DMA; в режиме PIO обмен данными междудиском и контроллером происходит при непосредственном участии центрального процессора, чем больше номер режима PIO, тем выше скорость обмена;работа в режиме DMA (Direct Memory Access) разрешает передавать данныенепосредственно в оперативную память без участия процессора; скорость передачи данных в современных жестких дисках до 300 Мбайт/с.Освоить тонкие современные технологии могут только крупнейшие производители, потому что организация изготовления сложнейших головок, пластин, контроллеров требует крупных финансовых и интеллектуальных затрат.

В настоящее время29жесткие диски производят сеть компаний: Fujitsu, IBM-Hitachi, Maxtor, Samsung,Seagate, Toshiba и Western Digital. При этом каждая модель одного производителяимеет свои, только ей присущие особенности.Несмотря на внешнюю простоту и наличие всего двух разъемов – информационного и питания, винчестеры являются очень сложными устройствами, которые требуют бережного и правильного обращения – следует избегать тряски и резкого перемещения работающего винчестера, это может привести к разрушению внутреннихмеханических узлов и повреждению магнитных головок и поверхности дисков.Современные винчестеры могут безотказно работать более 100 000 часов, система автоматической дефектации (S.M.A.R.T., Self-Monitoring, Analysis andReporting Technology) незаметно для пользователя заменяет плохие кластеры на резервные (если в BIOS включен режим S.M.A.R.T.).Лидеры рынка дисков класса 7200/3.5" выпускают также внешние жесткиедиски, выполненные в отдельном корпусе с блоком питания, интерфейсом USB илиIEEE1394 (FireWire).3.6.2.

Дисководы оптических дисковОптический диск (англ. optical disc) — собирательное название для носителейинформации, выполненных в виде дисков, чтение с которых ведётся с помощью оптического излучения.Дисковод CD-ROMВ 1995 году в базовой конфигурации ПК появился первый привод оптическихдисков – CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory, постоянное запоминающееустройство компакт-дисков). Устройство использовало многослойные компакт-дискидиаметром 120 мм и толщиной 1,2 мм, емкость диска 650 – 700 Мбайт.CD-диск состоит из 4-х слоев (сверху-вниз):1) защитный слой из поликарбоната;2) слой для записи информации;3) отражающий слой;4) основа из поликарбоната.Процесс изготовления диска состоит из операций напылением серебра или золота отражающего слоя на основу, нанесения на негопрозрачного слоя для записи информации и выдавливании на нем углублений, образующих спиральную дорожку, идущую от центра диска к его краю.Для штамповки диска используют матрицу-прототип(мастер-диск) будущего диска.

После этого на поверхность диска наносят защитный слой из прозрачного пластика.Рис. 3.11. Поверхность CD30CD-ROM считывает информацию с диска с помощью лазерного луча с длинойволны 780 нм, который по-разному отражается от поверхности диска (land – ленд) иуглублений на поверхности (pit – пит, Рис. 3.11).

Минимальный размер пита составляет 0,88 мкм, шаг дорожек – 1,5 мкм.Информация при подготовке к записи на компакт-диске подвергается рядусложных преобразований. Вначале используется помехоустойчивое кодирование,затем осуществляется так называемое канальное кодирование. В компакт-дискахприменяется канальный код EFM (Eight to Fourteen Modulation), разработанный фирмой Philips для лазерной звукозаписи.

Суть канального кодирования EFM заключается в том, что каждый байт информации заменяется 14-разрядным словом из специальной таблицы преобразования. К полученному таким образом 14-разрядному словупо определенному правилу добавляется еще три так называемых соединительных разряда. В результате канального кодирования получается непрерывная последовательность бит, причем между двумя единицами никогда не может быть меньше двух илибольше десяти нулей.Именно эта последовательность бит и представлена на компакт-диске питами.Причем питы и ленды чередуются в моменты, соответствующие биту, равному 1 (Рис.3.12).

Если до этого был, например, ленд, то становится пит, и наоборот.Таким образом, питы и ленды с точки зрения представления информации равнозначны и характеризуют только временные интервалы между двумя единицами впоследовательности бит.Рис. 3.12. Схема преобразования при считывании информации с CDПри считывании информации луч лазера отражается от лендов и попадает в фотоприемник, от питов свет тоже отражается, но из-за расфокусировки луча в фотоприемник не попадает. Далее высокочастотный информационный сигнал преобразуется компаратором в последовательность прямоугольных импульсов. Длительностькаждого из полученных таким способом прямоугольных импульсов преобразуется вдвоичный код. Каждые 14 последовательных битов декодируются в соответствии стаблицей кодирования EFM, соединительные разряды при этом отбрасываются.Система кодирования обеспечивает также работу системы автослежения (автотрекинга), которой оснащены все приводы CD-ROM.