Попов И.И., Матвеев А.А., Максимов Н.В. Архитектура электронно-вычислительных машин и систем (2004) (1186255), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Эта неравномерность поступления информации компенсируется путем увеличения скорости работы канала считывания/преобразования данных и использования специальных перестраиваемых фильтров для частотной коррекциипо зонам.Чаще всего для этой цели применяются специальные однокристальные контроллеры. При этом емкость жестких дисков можно увеличить приблизительно на 30 %. Однако при конфигурировании системытакие винчестеры создают определенные трудности, которые приходится преодолевать.С увеличением плотности записи на диск возникают трудностипри детектировании пиков аналоговых сигналов, поступающих от магнитных головок.
В последнее время для устранения этого недостаткастали применять PRLM-метод (Partial Response Maximum Likelihood —максимальная вероятность пристрастной реакции), в котором используется специальный алгоритм цифровой фильтрации входного сигнала.Характеристики НЖМДДля пользователя ПК весьма важно иметь большую емкость HDD,высокую производительность, а также обеспечить сохранность данных.Рассмотренные ниже технические параметры определяют затратывремени на позиционирование магнитных головок (МГ) и передачубольших объемов информации, а также оказывают наибольшее влияниена работу прикладных программ, которые часто обращаются к диску длячтения и записи.Среднее время поиска — время, необходимое для позиционирования МГ на нужную дорожку (для HDD емкостью 540 Мбайт— 10-12мс;для HDD емкостью 720 Мбайт 8-10 мс).Средняя латентность (запаздывание) — время ожидания, в течениекоторого диски поворачиваются, пока нужный сектор не окажется подМГ (для HDD емкостью от 540 Мбайт до 1 Гбайт — около 5,6 мс; дляHDD емкостью более 1 Гбайт -4,2 мс).255Среднее время доступа = (Среднее время поиска) + (Среднее времядоступа).
От 12,2 до 18 мс.Скорость передачи данных (пропускная способность) определяетскорость, с которой данные считываются или записываются на диск после позиционирования МГ.Скорость передачи данных в групповом (burst) режиме (скоростьвнешнего обмена). Это фактически скорость считывания данных из буфера HDD (внутреннего оперативного запоминающего устройства - ОЗУHDD). Буфер служит для промежуточного хранения считываемых с диска и записываемых на диск данных и ускорения доступа. Для EIDE иFast-ATA максимальная скорость передачи данных — 11,1-Н 6,6Мбайт/с, в SCSI 2 — 10-40 Мбайт/с.Скорость внутреннего обмена (долговременная максимальная илиминимальная скорость передачи данных) характеризует производительность HDD, когда буфер HDD не используется. Эта характеристика сильно зависит от скорости вращения цилиндра (5400 об/мин дляHDD емкостью от 540 Мбайт до 1 Гбайта, для HDD емкостью более 1ГбайтаКонтроллер дискаЗа функционирование дискового устройства отвечает дисковыйконтроллер, который обеспечивает интерфейс между этим дисковымустройством и шиной, соединяющей его с остальной частью компьютерной системы.
Контроллер может использоваться для управления более чем одним дисковым устройством.Контроллер диска соединяется непосредственно с процессорнойсистемной шиной или шиной расширения, например с PCI. Он содержитмножество регистров, содержимое которых может считываться и записываться операционной системой. Таким образом, операционная система взаимодействует с контролером диска точно так же, как с другимиинтерфейсами ввода-вывода.256Для пересылки данных между диском и основной памятью контроллер использует механизм прямого доступа к памяти. Речь идет о пересылке данных в буфер и из буфера, входящего в состав модуля дискового контролера.
Операционная система инициирует передачу с помощью запросов считывания и записи с последующей загрузкой в регистры контроллера необходимой адресной и управляющей информации.Имеется в виду следующая информация:— адрес основной памяти — адрес первого блока или слова, подлежащего пересылке или предназначенного для приема данных;— адрес на диске — местоположении сектора, содержащего началонужного блока слов;— количество слов в пересылаемом блоке (счетчике слов).Адрес на диске — это логический адрес, генерируемый операционной системой. Соответствующий физический адрес на диске можетбыть иным.
Например, если при форматировании диска будут обнаружены дефектные секторы, дисковый контроллер подставит вместо нихдругие. Обычно на каждой дорожке специально для этой цели имеетсянесколько запасных секторов, а в цилиндре может быть даже запаснаядорожка. Перечислим основные функции контроллера:Поиск — контроллер заставляет дисковод переместить головкучтения/записи к нужной дорожке.Чтение — контроллер инициирует операцию чтения начиная с адреса, заданного в адресном регистре диска. Считанные с диска данныесобираются в слова и помещаются в буфер данных для пересылки в основную память. Количество слов задается в регистре счетчика слов.Запись — контроллер пересылает данные на диск с использованием управляющего метода, сходного с методом выполнения операциичтения.Контроль ошибок — контроллер формирует для прочитанных изсектора данных код корректировки ошибок (ЕСС) и сравнивает его созначением ЕСС, прочитанным с диска.
Если эти два значения не совпадают, он пытается исправить ошибку. В противном случае он генерирует прерывание, чтобы проинформировать операционную систему о произошедшей ошибке. В ходе операции записи контроллер вычисляет значение ЕСС для помещаемых в сектор данных и сохраняет его на диске.Если диск соединяется с шиной, поддерживающей пакетную пересылку данных, контроллер может использовать ее преимущества.Типы контроллеров HDDКак известно, к системной плате ПК в простейшем случае подключается несколько периферийных устройств, таких, как HDD и FDD,дисплей (монитор), клавиатура, мышь и т.
д. В общем случае для каждо257го такого устройства требуется свой контроллер. В некоторых из нихприменяется специализированный МП, и даже имеется своя память.Контроллер может находиться на системной плате, входить в составустройства или быть отдельным адаптером, подключенным к шине.Необходимо также отметить, что в организации работы накопителей на жестких и гибких магнитных дисках и всей системы большуюроль играет BIOS. ROM BIOS предназначен для изоляции операционнойсистемы и прикладных программ от специфических особенностей конкретной аппаратуры. Он содержит программную поддержку стандартных ресурсов ПК и обеспечивает конфигурирование аппаратныхсредств, их диагностику и т.д.
Имеется встроенная утилита BIOS Setup синтерфейсом в виде меню, предназначенная для конфигурирования системных ресурсов, в том числе и жестких и гибких магнитных дисков.Тут должны соблюдаться условия соответствия типов BIOS и устройств,обеспечивающие их совместимость. Каждый HDD имеет определеннуюкомбинацию числа головок, цилиндров и секторов. ROM BIOS ПК обеспечивает поддержку некоторых стандартных типов HDD. БольшинствоПК поддерживают от 40 до 50 различных конфигураций. Например, вПК AT каждому типу присваивается номер. При запуске программы настройки ПК вводится соответствующий номер типа (так, номер 1 обычно означает дисковод HDD 10,1 Мбайт с 306 цилиндрами, 4 головками и17 секторами на дорожке). Эта информация сравнивается с информацией о типе HDD, полученной при выполнении POST (Power-On Self Test— автотест при включении), и они должны совпадать.Тип контроллера должен соответствовать типу носителя.
Онуправляет обменом данными (потоками данных), процессами записи/считывания между накопителями, процессором и оперативной памятью через шины данных. Контроллеры могут обслуживать несколько носителей различного типа (многофункциональные контроллеры).В общем случае контроллер является сопрягающим управляющимустройством, который обеспечивается соответствующим интерфейсом,т.е.
совокупностью электрических и временных параметров, наборомуправляющих сигналов, протоколом обмена данными и конструктивными особенностями подключения.Как уже говорилось ранее, обмен данными между компонентамиПК возможен только при выполнении условий совместимости их интерфейсов (поэтому и стараются максимально стандартизировать интерфейсы отдельных компонентов ПК). Контроллер применяется именно вслучае несовместимости интерфейсов соединяемых компонентов. Дляобеспечения гибкости системы часто применяются стандартные промежуточные интерфейсы.
Естественно, что каждый контроллер должениметь согласующий интерфейс.258АТ-контроллерЭтот контроллер ранее был стандартом ST-506 и применялся в ПКPC/AT и др. Другое его название ST-506/412, Именно с появлением этого устройства началось массовое применение жестких дисков.В ST-506 используется 34-жильный кабель управления (в режимеуправляющий-управляемый) и отдельные для каждого накопителя 20жильные кабели передачи данных. При позиционировании головок передвижение последних происходит по шагам (как во флоппи-дисках).Это уменьшало скорость работы.
Позже появился усовершенствованныйвариант ST-412 (10 Мбайт), где был применен буферизированный поиск.Именно он был применен для знаменитого ПК PC/XT. Электроника располагалась на винчестере и была очень проста. Основную обработкуданных выполнял контроллер. Необходимо отметить, что считанныеинформационные биты и биты синхронизации с накопителя в контроллер передавались в аналоговом виде, и разделяющий их сепаратор находился в контроллере.
При передаче низкоуровневых аналоговых сигналов по кабелю они могли подвергаться искажениям, и при этом невозможно было повысить скорость передачи данных,В HDD ST-506/412 применялся метод MFM записи информации наповерхность носителя (17 стандартных 512-байтных секторов на дорожку, 5 Мбайт/с). Далее был применен 2,7 RLL метод записи, что дало возможность почти в 1,5 раза увеличить емкость дисков и повысить скорость передачи данных до 7 Мбайт/с. Был разработан соответствующийRLL-контроллер (он часто назывался MFM/RLL контроллером).Вообще первые контроллеры были слишком медленны, и это порождало ряд трудностей. Одна из них состояла в том, что при последовательном чтении подряд идущих секторов невозможно было организовать процессы передачи и обработки данных с соответствующей скоростью.
Дело в том, что после считывания информации одного сектора ее вначале необходимо передать в контроллер, а затем в процессор длядальнейшей обработки и запоминания. Для этого нужно определенноевремя, а диск тем временем вращается, и следующий сектор уже не может быть тут же прочитан (необходимо ждать следующего оборота диска). Стал применяться метод чередования секторов-Interleave, где физические номера секторов заменяются логическими. Последовательнаянумерация секторов имеет коэффициент чередования 1:1, т.е.
физические номера секторов совпадают с логическими (1, 2, 3, 17). Но прикоэффициенте 1:3 картина уже меняется: (1, 7, 13, 2, 8, 14, 3, 9, 15, 4, 10,16 ,5, 11, 17, 6, 12), т.е. за три полных оборота диска могут быть прочтены все сектора одной дорожки (без применения этого метода потребовалось бы 17 оборотов диска).Для получения коэффициента чередования 1:1 использовалось аппаратное кэширование. Например, некоторые контроллеры HDD, использующие интерфейс ST-506/412, могут переписать содержимое од259ной дорожки во внутреннюю буферную память.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
