Попов И.И., Матвеев А.А., Максимов Н.В. Архитектура электронно-вычислительных машин и систем (2004) (1186255), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Но в начале проанализируем коротко методы хранения информациии некоторые основные характеристики HDD.Запись цифровой информации на поверхность производится одним из специально разработанных методов и заключается в нанесениина последовательные точечные позиции (Dot Positions) слоя магнитныхэквивалентов нулей и единиц (в зависимости от значений соответствующих битов последовательности). Для определения местонахождения(т.е. адресов) точечных позиций их необходимо заранее отметить соответствующими синхронизирующими метками.Для записи меток на поверхность дисков, они подвергаются форматированию.
Произвольный доступ к любому участку поверхностиосуществляется быстрым вращением диска и радиальным перемещением магнитных головок. Для этого используются специальные двигатели.Синхронизирующие метки диска, образующие концентрические окружности, называются дорожками (track). Количество дорожек зависит оттипа диска. Дорожки разбиваются на участки фиксированной длины, называемые секторами. Количество секторов на дорожке определяется типом и форматом диска, и они в основном одинаковы для всех дорожек.IBM PC-совместимые ПК могут работать с несколькими размерами секторов от 128 до 1024 байт. Стандартным сектором для DOS стал секториз 512 байт. Данные любого размера (разрядности) размещаются в сек251торах с фиксированным размером, а дисковые операции записи и считывания производятся с целыми секторами.Дорожки (с внешнего края) и сектора нумеруются, начиная с нуля,но определяются при использовании, начиная с единицы (сектор с нулевым номером на каждой дорожке резервируется для идентификации, ане для хранения данных).
Диски, естественно, имеют две стороны. Таккак накопители на жестких дисках могут состоять из нескольких дисков(стопка), то общее количество поверхностей будет зависеть от размерастопки и использования верхней и нижней поверхности соответственнопервого и последнего дисков в стопке. Для идентификации поверхностей они нумеруются, начиная с нуля (верхняя поверхность первогодиска сверху). Совокупность всех дорожек, по одной на каждой сторонес одинаковыми номерами, образует цилиндр с номером соответствующей дорожки.
Сами дорожки на поверхности диска занимают небольшую часть по радиальной ширине.Количество поверхностей накопителя соответствует количествумагнитных головок HD (Head), а число цилиндров CYL равно числу дорожек на одной поверхности. Если обозначить количество секторов надорожке SPT (Sectors Per Track), а емкость одного сектора через L байт,то так называемая сырая емкость накопителя V(D) будет определятьсяследующим образом-V(D) = [ HD xCYLxSPTxL ] байт.Часть этой емкости расходуется на служебную информацию Физическая структура диска схематично показана на рис. 8.
Мы рассмотрели некоторые вопросы, относящиеся как к гибким так и жестким дискам.При их отдельном изложении будут даны соответствующие дополнения.Методы хранения информацииКак известно, цифровая информация представляется в виде последовательностей 0 и 1. При записи используются потенциальные сигналы. Битовая информация преобразуется в переменный ток в соответствии чередованием нулей и единиц в последовательности. Этот ток поступает на магнитную головку, и в зависимости от направления тока вобмотке головки, в пространстве между головкой и носителем, возникает соответствующий магнитный поток, замыкающийся через элементарную область спонтанной намагниченности (доменов). Собственные магнитные поля доменов ориентируются соответствии с направлениемвнешнего магнитного поля. При снятии внешнего поля это состояниедоменов не меняется (память долговременного хранения).При выборе (разработке) метода записи учитываются такие факторы, как: возможность получения высокой плотности записи; помехоустойчивость; обладает ли метод свойством самосинхронизации илитребует внешней синхронизации; необходимо ли предварительное стирание ранее записанной информации или нет и т.д.
В настоящее время всвязи с удешевлением электронных схем применяются более эффектив252ные, хотя и сложные методы кодирования записываемой информации ипроцедуры обработки считанных сигналов (включая контроль и коррекцию ошибок при считывании).До недавнего времени широко применялся метод магнитной записи, (называемый модифицированной частотной модуляцией (MFM —Modified Frequency Modulation). В начале коротко рассмотрим методчастотной модуляции.
Здесь, на границе каждого такта записи, изменяется направление тока записи. Но только при записи 1 это изменениепроисходит также и в середине такта. Запись производится под управлением серии синхроимпульсов, которые определяют границы тактов записи. При записи 1 в середине такта поступает дополнительный импульс, который переключает ток в головке. Как видно, частота переключения тока записи при записи единиц в два раза больше чем при записинулей. Считыванию 1 соответствует наличие импульса произвольнойполярности во втором полутакте, а считыванию 0 — его отсутствие. Метод не требует предварительного стирания. Следовательно, в зависимости от семантики кода (от количества и порядка чередования 0 и 1 в последовательности) общее количество переходов магнитного потока изменяется.
При записи последовательности, состоящей только из одних 1,количество переходов будет равно удвоенной длине кода. Кроме того,более половины переходов вызывается битами синхронизации. Синхроимпульсы необходимы для восстановления данных при считывании.Следовательно, плотность записи можно увеличить, если удалить из записываемого потока часть переходов, вызываемых сигналами синхронизации. Вообще эффективность магнитной записи определяется информативностью, т.е. количеством записанных информационных сигналов,приходящихся на одно изменение магнитного потока.
Рассмотренныйметод является далеко не самым лучшим по плотности записи информации. Нужно помнить, что помимо информационных битов, необходимохранить и синхроимпульсы (заметим, что эти сигналы в контроллер передаются по кабелю в аналоговом виде, и они разделяются в специальном устройстве-сепараторе).Теперь рассмотрим метод модифицированной частотной модуляции. Здесь синхросигналы записываются только тогда, когда текущий ипредыдущий битовые элементы содержат нули. При записи последовательности, состоящей только из единиц, синхроимпульсы не требуются.Например, при записи последовательности 1001000 записывается награницах тактов записи столько синхроимпульсов, сколько имеется пересекающихся комбинаций "00"(в приведенном примере 3). ВообщеMFM-метод позволяет записывать от одного до трех информационныхбит на один переход намагниченности.Поиск путей повышения плотности записи был связан со стабилизацией вращения диска и улучшением качества его рабочих поверхностей.
Впервые фирмой IBM был предложен метод записи RLL (RunLength Limited) — ограниченная длина неперемагничиваемых участков253дорожки В отличие от рассмотренных ранее методов здесь цепочки байт(сектор) предварительно разбиваются на группы и кодируются (даже сизбытком) так, чтобы создавалась возможность на один переход намагниченности увеличить диапазон записываемых информационных бит.Существует несколько модификаций этого метода.Метод 2,7 RLL переводит байты в 16-разрядные коды таким образом, что позволяет записывать от 2 до 7 бит на один переход намагниченности (цифры в названии).
В методе 3,9 RLL изменение магнитногопотока возникает не ранее чем после 3 и не позднее, чем после 9 информационных бит. Этот метод часто называют ARLL (Advanced RLL передовой RLL), и он пока мало распространен.В результате применения указанных методов записи увеличивается емкость дорожки и скорость передачи данных (при удовлетворенииусловий чтения последовательных секторов дорожки друг за другомсразу). Проанализируем этот факт. Для первых винчестеров ST506/412применялся MFM-метод, который позволял записывать 17 секторов (по512 байт) на одной дорожке. Тогда емкость одной дорожки будетDMFM=17x512x8=696328 бит.При применении 2,7 RLL и 3,9 RLL емкость одной дорожки достигает соответственно 26 и 31 секторов.
ТогдаD2,7 RLL=26x512x8=106496 бит.D3,9 RLL=31x512x8=126976 бит.Если учесть, что диски вращаются со скоростью 3600 об/мин (60об/сек), то скорость передачи данных для MFM, 2,7 RLL и 3,9 RLL будетсоответственно 4177920, 6389760 и 7618560 бит/с.В некоторых случаях для записи информации используются одни,а при передаче считанной информации контроллеру — другие методыкодирования.Очевидно, что дорожки внешних и внутренних цилиндров поплотности записи различаются, так как на всех дорожках находятся одинаковое фиксированное количество секторов (для внутренних дорожкахплотность 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, чем внутренних. В результатетеряется пространство внешних дорожек, так как оно используетсякрайне неэффективноПроцесс управления плотностью записи называется прекомпенсацией. Для компенсации различной плотности записи используют методзонно-секторной записи (Zone Bit Recording), где все рабочее пространство диска делится на зоны (8 и более). В зоне, расположенной на внешнем радиусе (младшая зона), записывается большее количество секторовна дорожку (120-96), К центру диска количество секторов уменьшается254и в самой старшей зоне достигает 64-56. Так как скорость вращения диска постоянная величина, то от внешних зон при одном обороте диска поступает больше информации, чем от зон внутренних.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
