Попов И.И., Матвеев А.А., Максимов Н.В. Архитектура электронно-вычислительных машин и систем (2004) (1186255), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Принцип размещения головок – плавающий, поскольку они удерживаются на необходимом расстоянии от поверхности диска расходящимися потоками воздуха, возникающими при вращении пакета. Вдальнейшем в основном применялись или полноконтактные головки(гибкие диски) или механически фиксируемые в вакууме на определенном расстоянии от поверхности («винчестер»). Попытки использоватьжидкие среды (различные масла) для обеспечения необходимого размещения головок успеха не имели.Каждый магнитный диск пакета, кроме верхнего и нижнего, имеетдве рабочие поверхности. Верхний и нижний магнитные диски обладаютпо одной рабочей поверхности, расположенной соответственно на нижней и верхней частях указанных дисков.
Каждая рабочая поверхностьмагнитного диска разбита на N окружностей (дорожек), пронумерованные от 0 до N-1 от края к центру. На каждой из дорожек начало областиданных механически идентифицировано при помощи маркера началаоборота. Дорожки, расположенные одна под другой на разных магнитных дисках, образуют соответственно N цилиндров.Из N цилиндров M являются резервными и N-M - основными.
Дорожки резервных цилиндров пользователям недоступны. Системные246средства обеспечивают замену дорожки основного цилиндра, ставшейдефектной, на дорожку запасного цилиндра. Запись и считывание информации в НМД производит механизм доступа, состоящий из держателей магнитных головок (блок магнитных головок).Количество магнитных головок равно числу рабочих поверхностейна одном пакете дисков. Если пакет состоит из 11 дисков, то механизмдоступа состоит из 10 держателей с двумя магнитными головками накаждом из них. Держатели магнитных головок объединены в единыйблок таким образом, чтобы обеспечить их синхронное перемещениевдоль всех цилиндров. Фиксируя блок механизма доступа на каком-либоиз цилиндров с помощью только электронного переключения головок,можно сделать переход с одной дорожки на другую данного цилиндра.При фиксированном положении блока механизма доступа возможно обращение к любой из записей, находящихся на дорожках текущего цилиндра.
Дорожки в цилиндре нумеруются, начиная с верхних. Как правило, обращение к дорожкам происходит с нулевой по последнюю одного цилиндра, потом с нулевой 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.
На третьем этапеосуществляется собственно процесс обмена информацией между вычислительной машиной и магнитным диском. Таким образом, общее время,затрачиваемое на операцию записи-считывания, состоит из суммы времен поиска соответствующей дорожки, ожидания подвода записи (такназываемое время ротационного запаздывания) и обмена с ЭВМ. Максимальное значение времени ротационного запаздывания равно времени, за которое совершается полный оборот магнитного диска.В идейном плане размещение информации на МД аналогично МЛ(дорожка МД эквивалентна отрезку МЛ).
Адрес блока на МД состоит изномера дорожки и номера блока на дорожке. Начало и конец блока распознаются по промежуткам, начало и конец дорожки - оптическим (длясменных МД) или электромагнитным (для постоянных МД) датчикомугла поворота оси пакета МД.Размер блока, очевидно, не может быть больше длины дорожкиМД. Считывающее устройство в данном случае ориентировано на выполнение единственной операции - прочитать (или записать) информационный блок, который задан своим адресом.
За считывание файла несет ответственность операционная система, поддерживающая файловыеструктуры на МД.Соображения по поводу длины блоков, отмеченные выше по поводу МЛ, сохраняют свою силу и для МД, однако здесь возникают и некоторые дополнительные сложности. Использование блоков фиксированной длины на МЛ не дает никаких преимуществ, в то время как для247НМД использование блоков фиксированной длины позволяет использовать датчик угла поворота как дополнительный идентификатор концаблока, что приводит к увеличению КПД использования поверхностидиска.При создании нового файла операционная система выделяет подего размещение по меньшей мере один блок, и если в среднем длинафайла оказывается намного меньше размера блока, коэффициент использования МД оказывается низким. Тем самым, если предполагаетсяобрабатывать большое число файлов малого объема, то целесообразнозадать небольшую стандартную длину блока.
Таким образом, выбордлины блока данных на МД определяется противоречивыми факторамикак за увеличение длины, так и против этого.Особенности и характеристики НМД для персональныхкомпьютеровРазличают магнитные диски: жесткие (НЖМД, HDD, "винчестер") и гибкие (НГМД, FDD, "флоппи").Накопители на жестких магнитных дисках«Винчестер» — это прозвище разработанного в 1973 г.
фирмойIBM накопителя на жестком магнитном диске, который имел 30 цилиндров с 30 секторами на каждой дорожке и поэтому имел рабочее название 30/30 (что аналогично обозначению калибра знаменитой винтовки «дикого запада США»), и мог хранить 164 Кбайт информации.Скорость вращения двигателей для обычных моделей составляетоколо 3600 об/мин.
Сейчас выпускаются накопители емкостью до 80Гбайт. Скорость вращения двигателей некоторых накопителей достигаетзначения 5400 и даже 7200 об/мин. Количество дисков в стопке доходитдо 5 и выше, а число рабочих поверхностей, хотя и не всегда, в 2 разабольше. Все магнитные диски (объединенные в пакет дисков) - герметически “упакованы” в общий кожух. Магнитные диски не могут изыматься из HDD и заменяться на аналогичные.248а)б)Рис. 7. Приводы блока головок – линейны привод (а);шаговый двигатель (б)Головки чтения-записи (read-write head) находятся на специальномрычаге-позиционере.
Различают вращающиеся и линейные позиционеры. Позиционирование одной головки вызывает аналогичное перемещение и всех остальных. Для каждого диска имеется пара головок, и ониприводятся в движение обычно с помощью шагового двигателя. В настоящее время используются преимущественно линейные двигатели(соленоиды), обладающие высокой скоростью перемещения, нечувствительностью к температурным изменениям и положениям привода.249Рис. 8.Тип привода во многом определяет быстродействие и надежностьнакопителя, достоверность считывания данных, его температурную стабильность, чувствительность к выбору рабочего положения и вибрациям. Накопители с приводами на основе шаговых двигателей гораздо менее надежны, чем устройства с приводами от подвижных катушек.250Вообще пара «привод-движение головок» образует замкнутуюсервосистему, для нормального функционирования которой требуетсяспециальная сервоинформация.
Для хранения этой информации используются или выделенные, и (или) рабочие поверхности самого носителя(выделенные, встроенные и гибридные сервосистемы). Благодаря сервоинформации всегда известно местонахождение позиционера. Преимущественно используются встроенные сервомеханизмы, так как они позволяют сохранять на диске больше полезной информации (более эффективное использование поверхностей дисков).Для установки дисковых накопителей в системном блоке предусмотрены специальные монтажные отсеки. Габаритные размеры, соответствующие горизонтальному и вертикальному размерам винчестера,стандартизированы и характеризуются форм-фактором (form-factor).
Внастоящее время существует всего несколько стандартных значенийформ-фактора.Внутри винчестера находятся электронные компоненты, необходимые для управления нормальным функционированием привода (расшифровка команд контроллера диска, стабилизация скорости вращения,генерирование сигналов для головок записи и усиление сигналов от головок чтения и т.д.). В ряде случаев применяются цифровые сигнальныепроцессоры-DSP (Digital Signal Processors). Так как HDD всегда соединен со своим контроллером (в некоторых моделях его называют HOSTадаптером), который выполняет прием-передачу и обработку получаемых от него сигналов, то рассмотрим механизм и способы их соединения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
