К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки - Организация ЭВМ - 5-е издание (2003) (1114649), страница 89
Текст из файла (страница 89)
Диск имеет тонкое магнитное покрытие, как 380 Глава 5. Система памяти правило, наносимое на обе его стороны. Вся зта конструкция с постоянной скоростью вращается с помощью мотора, так что намагниченные поверхнос и движутся над головками, выполняющими операции считывания и записи (рис, 5.29, а). Головка представляет собой электромагнит, состоящий из сердечника с обмоткой, по которой пропускается ток (рис. 5.29, 6). Информация записывается на магнитный слой с помощью электромагнитных импульсов нужной полярности, генерируемых током в обмотке. Головка намагничивает находящуюся непосредственно под ней поверхность диска, изменяя вектор намагниченности ее частиц. Она же используется и для чтения информации.
В этом случае изменение магнитного поля вблизи головки, вызываемое движением диска, индуцирует напряжение в обмотке, которая в данном режиме играет роль сенсора. Управляющие схемы фиксируют полярность этого напряжения и определяют состояние магнитного покрытия диска. При чтении данных фиксируются только изменения магнитного поля под головкой. Если двоичные значения 0 и 1 представлены двумя противоположными состояниями намагниченности, то на.
пряжение в головке индуцируется только при переходе от 0 к 1 или от 1 к О. Однако если на диске хранится строка нулей или единиц, напряжение индуцируется только в начале и конце этой строки. Для определения количества последовательно расположенных нулей или единиц необходима синхронизирующая информация, позволяющая отсчитать количество позиций, которые имеют одинаковую намагниченность. В некоторых ранних конструкциях дисков синхронизирующая информация записывалась на отдельную дорожку, где намагниченность изменялась для каждого последовательного бита.
Используя данные этой дорожки, управляющие схемы диска могли правильно считывать информацию с других дорожек. Современный подход заключается в комбинировании синхронизирующей информации с данными. Разработано несколько разных схем такого кодирования. Одна из них, показанная на рис. 5.29, в, известна как фазовое или манчесаерскве кодирование. Согласно этой схеме, намагниченность изменяется для каждого бита данных.
Обратите внимание, что такое изменение происходит в середине той области дорожки, которая предназначена для записи одного бита. Недостатком манчестерской технологии является малая плотность хранения битов. Для представления каждого бита необходимо пространство, позволяющее дважды изменить намагниченность. Манчестерская технология является очень наглядным примером самосинхронизации, но па практике используются более компактные схемы, обеспечивающие большую плотность записи данных.
Их обсуждение выходит за рамки нашей книги. Для достижения максимальной плотности битов и предельной надежности чтения и записи головки чтения/записи должны располагаться очень близко к вращающимся поверхностям дисков. Когда диски вращаются с постоянной ско. ростью, между ними и головками создается поток воздуха, отталкивающий головки от поверхности. Для противодействия этой силе головки монтируются на пружинной основе, прижимающей их к поверхности. Гибкое пружинящее соединение головки с местом ее крепления позволяет ей парить над поверхностью иа нужном расстоянии, несмотря на возможные небольшие изменения уровня поверхности диска, который может не быть идеально плоским.
5.9. Внешние запоминающие устройства 381 Брашаюшийся Головка шпиндель чтения/записи Ток намагничивания агнитный рдечник Воздушный зазор Ласк Тонкий магнитный слой Механизм доступа Направление намагниченности Один бит Рис. 6.29. Магнитный диск: механическое устройство (в]; головка чтения/записи (б); представление бита при фазовом кодировании (в) В большинстве современных дисковых устройств диски и головки чтения/записи помещены в плотно закрытый корпус, воздух в котором фильтруется.
Такая технология изготовления жестких дисков называется винчепперской. Она позволяет располагать головки чтения,/записи ближе к поверхности дисков, поскольку в вскрытом корпусе отсутствуют частицы пыли, представляющие большую проблему для открытых конструкций. А чем ближе головки расположены к поверхности, тем ближе друг к другу можно расположить биты на дорожке, и тем ближе друг к другу можно расположить сами дорожки. Таким образом, винчестерские диски, обычно называемые просто винчестерами, по сравнению с открытыми устройстваив при одинаковом физическом размере имеют значительно большую емкость.
Кроме того, магнитная запоминающая среда в них защищена от загрязнения. Головки чтения/записи жесткого диска подвижны. Каждой поверхности соответствует одна головка. Все вместе они объединены в гребнеобразную конструкцию, перемещающуюся по радиусу между центром и краем диска, обеспечивая доступ к разным дорожкам, как показано на рис.
5.29, а. Для чтения и записи заданной дорожки вся система головок должна быть перемещена к этой дорожке. 382 Глава 5. Систвма памяти Организация данных н доступ к данным на диске Как данные организованы на диске, показано на рис. 5.30. Все поверхности диска разбиты на концентрические дорожки, а каждая дорожка, в свою очередь, делится на секторгн. Набор расположенных друг над другом дорожек на всех поверхностях диска образует логический цилиндр. Доступ к данным всех дорожек цилиндра осуществляется без перемещения головок чтения/записи.
Для доступа к данным задается номер поверхности, номер дорожки и номер сектора. Операции 1Сеао и Жг11е начинаются на границах секторов. Сектор О, дорожка 1 Сектор О, дорожка 0 Сектор 3, дорожка и Рис. В.ЗО. Организация одной поверхности диска На каждой дорожке биты данных хранятся последовательно. Сектор обьгшо содержит 512 байт данных, но он может быть и другого размера. Данньге предваряются заголовком сектора, содержащим идентификационную (адресную) информацию, которая используется для поиска нужного сектора на выбранной дорожке. За данными следует ряд дополнительных битов, которые составляют код коррекции ошибок (Еггог Соггесгюп Соде, ЕСС). Биты ЕСС используются для выявления и исправления ошибок, которые могут произойти при чтении нли записи 512 байт данных.
Для того чтобы секторы было легче разграничить, между ними оставляется небольшое пространство — межсекторный интервал. Дисковую систему можно разбить на три основные составляющие: первая— зто набор дисковых пластин, которые, вместе взятые, составляют собственно диск; вторая, дисковый привод или дисковод, представляет собой электромеханическое устройство, которое вращает диск и перемещает головки; третья объединяет все электронные схемы, управляющие работой системы и называемые контроллером диска.
Контроллер может быть реализован в виде отдельного модуля или заключен внутрь корпуса дисковой системы. Следует отметить, что термин диск часто применяется для обозначения объединенного устройства, состоящего из диска и дисковода. В таком значении использовать его будем и мы, но лишь в тех случаях, когда зто не будет приводить к неоднозначности. 6.9. Внешние запоминающие устройства 383 Дорожки неформатированного диска не содержат никакой информации.
В ходе форматирования диск физически разбивается на дорожки и секторы. При этом могут быть выявлены дефектные секторы и даже целые дорожки. Дисковый контроллер запоминает информацию о таких дефектных участках и исключает их. Таким образом, объективным показателем вместимости данного диска является объем памяти на диске после форматирования. Информация о форматировании составляет около 15;4 от всей хранящейся на диске информации.
Она состоит из заголовков секторов, битов ЕСС и межсекторных интервалов. В типичном компьютере диск разбит еще и на логические разделы. На диске всегда имеется один первичный раздел, но может быть еще и несколько дополнительных. Судя по рис. 5.30, все дорожки диска разбиты на одинаковое количество секторов. Следовательно, все они имеют одинаковую емкость. Причем на внутренних дорожках информация располагается более плотно, чем на внешних. Такая организация данных характерна для многих дисков, поскольку она очень упрощает электронные схемы, управляющие доступом к данным.
Емкость диска можно увеличить, расположив на внешних, более длинных дорожках больше секторов, чем на внутренних. Правда, управляющие схемы в этом случае придется сделать более сложными. Такая организация обычно применяется в больших дисках. Время доступа Время задержки между получением адреса данных и началом их пересылки условно делится на две составляющие. Первая из них, называемая временем поиска,— зто время, необходимое для перемещения головок чтения/записи к нужной дорожке. Оно зависит от исходной позиции головок относительно заданной дорожки.
В среднем время поиска составляет от 5 до 8 мс. Вторая составляющая — это задержка позиционирования, то есть время, которое проходит от момента подведения головки к нужной дорожке до того момента, когда под головкой окажется начало нужного сектора. В среднем оно составляет половину времени одного оборота диска. Сумма двух указанных составляющих задержки называется временем 8остлула.
Если в одной операции пересылается всего несколько секторов данных, время доступа обычно на порядок больше времени пересылки данных. Стандартные магнитные диски Наиболее широко используемые в настоящее время 3,5-дюймовые (по диаметру) высокоскоростные диски имеют следующие характеристики: + 15000 дорожек на каждой из 20 поверхностей; + в среднем 400 секторов на дорожке; + 512 байт данных в секторе. Таким образом, емкость форматированного диска равна 20 х 15000 х 400 х 512 и х 60 х 10э - 60 Гбайт.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
