Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем (2005) (1186253), страница 34
Текст из файла (страница 34)
2.38). Такая кассета называется картриджем. Емкость картриджа составляет от 2 до 5 Гбайт, а скорость считывания с негоданных — несколько сотен килобайтов в секунду. Чтение и записьвыполняются системой спиральной развертки, подобной той, чтоприменяется в видеокассетах (рис. 2.36, б). Плотность записи данных составляет десятки миллионов битов на квадратный дюйм.
Существуют системы, позволяющие автоматизировать загрузку и выгрузку картриджей таким образом, чтобы десятки гигабайт данныхможно было скопировать с диска без вмешательства оператора.Рис. 2.38. Разновидности кассет (картриджей) для магнитной записиСтример (англ, tape streamer) — устройство для резервного копирования больших объемов информации В качестве носителя здесьприменяются кассеты с магнитной лентой емкостью 1—2 Гбайт иболее Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволя-2.6. Внешние устройства179ют автоматически уплотнять информацию перед ее записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объем сохраняемойинформации.
Недостатком стримеров является их сравнительнонизкая скорость записи, поиска и считывания информации.Размещение информации на МЛ связано со следующими проблемами. Для уверенного распознавания промежутка (gap), он должен иметь значительную длину (особенно при высоких скоростяхперемотки/чтения). При скорости движения ленты 2—3 м/с длинапромежутка должна составлять не менее 1—2 см. Очевидно, что длятого, чтобы эффективность использования МЛ была достаточно высокой, длина ИБ должна как минимум в 2—3 раза превышать длинупромежутка (при этом коэффициент полезного использования МЛбудет составлять 60—75 %).
При этом также увеличивается скоростьобмена между ОП и ВУ, поскольку за одно обращение к МЛ считывается как минимум один ИБ. Однако увеличение длины ИБ требует увеличения объема ОП для размещения буфера, связанного сданным файлом (буфер выделяется операционной системой при открытии файла), в связи с чем одновременное открытие большогочисла файлов может оказаться невозможным при ограниченномразмере ОПНакопители на магнитных дисках (МД) получили наибольшеераспространение. В них каждая запись данных имеет свой собственный уникальный адрес, обеспечивающий непосредственный (минуявсе остальные записи) доступ к ней (рис. 2.39). В НМД предусмотрена аналогичная НМЛ возможность последовательного доступа к информации.
Накопитель на магнитных дисках сочетает в себе не-Рис. 2.39. Накопители на жестких МДа — НМД ЕС 5061 (прототип IBM 2311 — сменные и съемные пакетыдисков — 29 Мбайт), б — «винчестер» — несменные и несъемные пакетыдисков (до 80 Гбайт)180Глава 2. Архитектура и структура ВМ и системсколько устройств последовательного доступа, причем сокращениевремени поиска данных обеспечивается за счет независимости доступа к записи от ее расположения относительно других записей.Конструкция НМД сложнее, чем у НМЛ а, следовательно, выше ихстоимость. В НМД в качестве носителей данных используется пакетмагнитных дисков, закрепленных на одном стержне, вокруг которогоони вращаются с постоянной скоростью.
Поверхность магнитногодиска, покрытая ферромагнитным слоем, называется рабочей.Первые подобные устройства (рис. 2.39, а) были оборудованысменными пакетами МД. Вставленные в кожух с герметически закрывающимся поддоном, они образовывали компактные единицыхранения, именуемые томами. Наиболее распространенными емкостями томов были 7,25 Мбайт, 29 Мбайт (рис. 2.39, а), 100 Мбайт.Оператор ставил пакет на шпиндель устройства, снимал кожух (приэтом пакет автоматически фиксировался на шпинделе) и включалдвигатели раскрутки пакета. После достижения определенной скорости вращения осуществляется ввод в пространство между дисками пакета блока магнитных головок («гребенки»). Принцип размещения головок — плавающий, поскольку они удерживаются на необходимом расстоянии от поверхности диска расходящимисяпотоками воздуха, возникающими при вращении пакета.
В дальнейшем в основном применялись или полноконтактные головки (гибкие диски) или механически фиксируемые в вакууме на определенномрасстоянии от поверхности («винчестер»). Попытки использоватьжидкие среды (различные масла) для обеспечения необходимогоразмещения головок успеха не имели.Каждый магнитный диск пакета, кроме верхнего и нижнего,имеет две рабочие поверхности. Верхний и нижний магнитные диски обладают по одной рабочей поверхности, расположенной соответственно на нижней и верхней частях указанных дисков. Каждая рабочая поверхность магнитного диска разбита на N окружностей (дорожек), пронумерованные от 0 до N - 1 от края к центру. На каждойиз дорожек начало области данных механически идентифицированос помощью маркера начала оборота.
Дорожки, расположенные однапод другой на разных магнитных дисках, образуют соответственноN цилиндров.Из N цилиндров М являются резервными и N - М — основными. Дорожки резервных цилиндров пользователям недоступны.Системные средства обеспечивают замену дорожки основного цилиндра, ставшей дефектной, на дорожку запасного цилиндра. Запись и считывание информации в НМД производит механизм дос-2.6.
Внешние устройства181тупа, состоящий из держателей магнитных головок (блок магнитныхголовок).Количество магнитных головок равно числу рабочих поверхностей на одном пакете дисков. Если пакет состоит из 11 дисков, томеханизм доступа состоит из 10 держателей с двумя магнитными головками на каждом из них. Держатели магнитных головок объединены в единый блок таким образом, чтобы обеспечить их синхронное перемещение вдоль всех цилиндров. Фиксируя блок механизмадоступа на каком-либо из цилиндров с помощью только электронного переключения головок, можно сделать переход с одной дорожки на другую данного цилиндра. При фиксированном положенииблока механизма доступа возможно обращение к любой из записей,находящихся на дорожках текущего цилиндра.
Дорожки в цилиндренумеруются, начиная с верхних. Как правило, обращение к дорожкам происходит с нулевой по последнюю одного цилиндра, потом снулевой дорожки следующего цилиндра и т. д.Любая операция чтения (записи) информации с (на) магнитногодиска состоит из трех этапов.
На первом этапе происходит механический подвод магнитной головки к дорожке, содержащей требуемые данные. На втором этапе обеспечивается ожидание момента,пока требуемая запись не окажется в зоне магнитной головки. Натретьем этапе осуществляется собственно процесс обмена информацией между вычислительной машиной и магнитным диском. Такимобразом, общее время, затрачиваемое на операцию записи-считывания, состоит из суммы времен поиска соответствующей дорожки,ожидания подвода записи (так называемое время ротационного запаздывания) и обмена с ЭВМ. Максимальное значение времени ротационного запаздывания равно времени, за которое совершаетсяполный оборот магнитного диска.В идейном плане размещение информации на МД аналогичноМЛ (дорожка МД эквивалентна отрезку МЛ).
Адрес блока на МДсостоит из номера дорожки и номера блока на дорожке. Начало иконец блока распознаются по промежуткам, начало и конец дорожки — оптическим (для сменных МД) или электромагнитным (дляпостоянных МД) датчиком угла поворота оси пакета МД.Размер блока, очевидно, не может быть больше длины дорожкиМД. Считывающее устройство в данном случае ориентировано навыполнение единственной операции — прочитать (или записать)информационный блок, который задан своим адресом. За считывание файла несет ответственность операционная система, поддерживающая файловые структуры на МД.182Глава 2.
Архитектура и структура ВМ и системСоображения по поводу длины блоков, отмеченные выше поповоду МЛ, сохраняют свою силу и для МД, однако здесь возникают и некоторые дополнительные сложности. Использование блоковфиксированной длины на МЛ не дает никаких преимуществ, в товремя как для НМД использование блоков фиксированной длиныпозволяет использовать датчик угла поворота как дополнительныйидентификатор конца блока, что приводит к увеличению КПД использования поверхности диска.Очевидно, что дорожки внешних и внутренних цилиндров поплотности записи различаются, так как на всех дорожках находитсяодинаковое фиксированное количество секторов (для внутреннихдорожек плотность записи больше, чем для внешних).Теоретически внешние цилиндры могут содержать больше данных, так как имеют большую длину окружности.
Однако в накопителях, не использующих метод зонной записи, все цилиндры содержат одинаковое количество данных, несмотря на то, что длина окружности внешних цилиндров может быть вдвое больше, чемвнутренних. В результате теряется пространство внешних дорожек,так как оно используется крайне неэффективно (рис. 2.40, а).Процесс управления плотностью записи называется прекомпенсацией. Для компенсации различной плотности записи используютметод зонно-секторной записи (Zone Bit Recording), где все рабочеепространство диска делится на зоны (8 и более).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
