Лекции по ПУ (780325), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Гибкий носитель 89мм дискеты помещен в жесткую оболочку из пластмассы. Доступ магнитных головок записи/считывания к носителю осуществляется через скользящую металлическую заслонку на корпусе дискеты. Когда дискета вставляется в дисковод заслонка автоматически смещается. Конструкция данной дискеты имеет ключ (срезанный угол корпуса), предотвращающий ее некорректную установку в дисковод. Приспособление для защиты от записи размещено нижней части дискеты. Для идентификации параметров плотности записи на дискете с левой стороны располагается квадратное отверстие.

Полезная поверхность диска, предназначенная для записи/считывания информации, представляет собой набор дорожек расположенных с определенным шагом. На 133мм дискетах располагаются 40 или 80 дорожек. Нумерация дорожек начинается с внешней стороны (нулевой дорожки) и заканчивается последней внутренней. Позиция дорожки 00 определяется в накопителе с помощью специального фотоэлектрического датчика. Сама дорожка разбивается на отдельные секторы. У 133мм дискеты обычно 8, 9 или 16 секторов на дорожке. Информационная емкость сектора 128, 256, 512 или 1024 байт. Начало участков записи определяется имеющемся на диске и в кассете специальным круглым индексным отверстием. Когда индексное отверстие при вращении проходит под соответствующим отверстием кассеты еще один специальный фотоэлектрический датчик вырабатывает короткий электрический сигнал, по которому обнаруживается позиция начала дорожки. Дисководы 3,5" работают с двухсторонними дискетами емкостью 512 байт по 9 или 18 секторов на дорожку. Обычно на диске используется 80 дорожек.

Типичный приводной механизм гибкого магнитного диска содержит микродвигатель постоянного тока вращения диска и шпиндель. Обычно скорость вращения 300 или 360 оборотов в минуту (об/мин). Вращение диска с нужной скоростью обеспечивается сервосистемой.

Позиционирующая система служит для установки магнитной головки точно над определенной дорожкой на поверхности носителя. Перемещение каретки с магнитной головкой в радиальном направлении осуществляется с помощью первичной передачи шагового двигателя при подаче на последний импульсного напряжения.

Механизм центрирования и крепления обеспечивает крепление и прецизионное центрирование дискета с помощью корпусного замка.

Механическая часть системы записи/считывания состоит из магнитных головок с устройствами прижима головок, расположенных на подвижной каретке. Устройства прижима механически осуществляют прижим дискеты к головке. Возможен вариант, когда головка прижимается к дискета с помощью соленоида.

Системой управления и контроля управляются и контролируются отдельные механические узлы накопителя, процесс записи/считывания и связи с адаптером НГМД. Обычно в профессиональной ЭВМ к одному адаптеру можно подключить несколько НГМД.

Для подключения определенных НГМД применяются микропереключатели. Контрольные и управляющие логические схемы служат для сбора информации о характеристиках рабочих состояний НГМД и выдачи соответствующих сообщений.

Электронные схемы системы позиционирования обеспечивают оптимальное по времени позиционирование подвижной каретки с магнитной головкой относительно необходимой дорожки.

Для управления двигателями служат электронные схемы регулирования и усиления сигналов, подаваемых на двигатели: шаговый (для привода каретки) и постоянный ток (для привода дискеты). Усилители записи предназначены для усиления сигналов записи, подаваемых на магнитные головки, а усилители считывания используются для усиления считываемых магнитной головкой сигналов и для подготовки их к дальнейшей обработке.

Методы и организация записи информации НГМД

В контроллере НГМД данные обрабатываются в двоичном коде и передаются в НГМД в последовательном коде. В НГМД используются три основных метода записи:

• метод частотной модуляции;

• метод модифицированной частной модуляции (МЧМ);

• метод кодирования с ограничением расстояния между переходами намагниченности RLL.

Данные пользователя на дискете располагаются вместе со служебной информацией, необходимой для нумерации отдельных областей, отделения их друг от друга, для контроля информации и т.д.

В НГМД используют стандартные форматы информации, позволяющие унифицировать схему НГМД и адаптеров. Вся информация, записанная на дискете, подразделяется на секторы. Максимальное число секторов на дорожке определяется оперативной системой ПЭВМ. Расположение секторов нумеруется от 1 до М, начиная с физического начала дорожки, определяемого сигналом ИНДЕКС. Произведение числа дорожек на количество секторов записи позволяет определить информационную емкость дискеты. Каждый сектор включает в себя две области: поле служебной информации и поле данных пользователя. Служебная информация составляет идентификатор сектора, позволяющий отличать этот сектор от других. Он включает несколько отдельных частей:

1) адресный маркер (метку) - специальный код, отличающийся от данных; он указывает начало сектора и служебной информации (применяются определенные битовые комбинации тактовых импульсов, которые не появляются в режиме записи);
2) номер дорожки, содержащий код порядкового номера дорожки на которой расположен данный сектор;
3) номер головки, который указывает на одну из двух магнитных головок расположенных на соответствующих сторонах дискеты;
4) номер сектора - код определяющий логический номер сектора, который может не совпадать с физическим номером сектора;
5) длину сектора - код, указывающий объем поля данных в секторе;
6) контрольные байты - код, предназначенный для контроля ошибок считывания информации (по результатам считывания составляется контрольный код, и если он не совпадает с записанным в идентификаторе, то это означает ошибку при считывании).
Поле данных используется для хранения основной информации. Пригодность участков для записи определяется при форматировании. Поле данных начинается с адресного маркера и заканчивается контрольными байтами

Адаптеры на НГМД

Для обеспечения управления работой НГМД и согласования интерфейсов дисководов с интерфейсом системной шины в составе ПЭВМ необходимо электронное оборудование адаптера НГМД.

Адаптер НГМД переводит команды, поступающие с ПЗУ BIOS в электрические сигналы управляющие НГМД, а также преобразует поток импульсов, считываемых магнитной головкой, в информацию воспроизводимую ПЭВМ. Конструктивно электронное оборудование адаптера НГМД может быть размещено на системной плате, либо совмещено с оборудованием других адаптеров (НЖМД портов и т.д.). Большинство адаптеров предназначено для работы с дисководами использующими код МЧМ. Основным функциональным блоком адаптера НГМД является контроллер НГМД, выполненный конструктивно обычно в виде БИС. Наиболее часто в качестве БИС контроллеров НГМД используются ИМС 8272 фирмы Intel и ИМС 765 фирмы NEC.
Для центрального процессора адаптер НГМД доступен программно через регистр управления и два порта контроллера НГМД - регистр состояния и регистр данных.
Значение отдельных разрядов регистра управления определяют: выбор НГМД, сброс контроллера, включение двигателя, разрешение прерывания и ПДП. Для организации обмена информацией между центральным процессором и адаптером используется регистр состояния контроллера, доступный только для считывания.
Регистр данных служит для запоминания данных, команд, параметров и информации о состоянии НГМД. При записи регистр данных используется как буфер, в который побайтно подаются данные от процессора.
Дешифратор адреса распознает базовые адреса программно доступных регистров.
Контроллер НГМД выполняет набор команд, среди которых основные - позиционирование, форматирование, считывание, запись, проверка состояния и др. Исполнение каждой команды имеет три фазы: подготовительную, исполнения и заключительную. В подготовительной фазе центральный процессор передает контроллеру управляющие байты, которые включают код операции и параметры, необходимые для ее исполнения. На основании управляющей информации в фазе исполнения контроллер выполняет действия, заданные командой. В заключительной фазе через регистр данных считывается содержимое регистров состояния, хранящих информацию о результатах выполнения заданной команды и состоянии НГМД.

Накопители на ЖМД

В качестве накопителей на жестких магнитных дисках в ПК широкое распространение получили накопители типа "Винчестер" (от названия проекта фирмы IBM). Первый "винчестер" емкостью 16 Кбайт имел 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром 30/30 охотничьего ружья "Винчестер".
В этих накопителях один или несколько жестких дисков, изготовленных из сплавов аммония или из керамики и покрытых с двух сторон форлаком, вместе с блоками магнитных головок считывания/записи помещены в герметичный корпус. Емкость этих накопителей благодаря чрезвычайно высокой плотности записи достигает нескольких тысяч мегабайт. Быстродействие их также значительно более высокое нежели у НГМД.
Внутри корпуса происходит фильтрация воздуха от частиц пыли диаметром до 0,3 мкм, что обеспечивает надежную запись и считывание информации. Несколько дисков пакета располагаются на общей основе шпинделя. Вращение шпинделя осуществляется бесколлекторным электродвигателем. Сервоприводы электродвигателей контролируют скорость вращения, используя оптические и магнитные датчики скорости. На порядок большая скорость вращения пакета по сравнению с НГМД позволяет увеличить скорость записи/считывания и уменьшить время доступа к памяти.
Магнитные головки, объединенные в блок, закреплены на каретке, которая приводится в движение с помощью ленточного шагового привода или сервопривода. Шаговый привод обеспечивает линейное перемещение головки на шаг дорожки при получении каждого импульса. Обратной связи в системе нет, и поэтому трудно учесть расширение материалов. Поэтому же существуют ограничения на плотность записи информации.
При использовании сервопривода система определяет положение головки путем чтения специальных данных записанных на определенном участке диска - сервоповерхности. Изменяя специальные данные на сервоповерхности, можно сформировать большее число дорожек на диске. Динамические приводы работают в 2-3 раза быстрее и имеют большую емкость памяти, чем приводы с шаговым двигателем, но они значительно дороже.
Запись/считывание информации в НЖМД осуществляется бесконтактным способом, хотя в состоянии покоя магнитные головки имеют контакт с дисковыми поверхностями. "Плавающие" магнитные головки с очень малым давлением прижима при вращении пакетов дисков приподнимаются за счет потоков воздуха над поверхностью носителя и обеспечивают зазор 0,3 0,5 мкм. Тем самым исключается возможность сильного износа носителя и поверхности головок. Толчки, пыль, нестабильный поток воздуха (например, при выключении питания) могут привести к касанию и падению головок на диск с последующим разрушением его магнитного покрытия.
Для записи/считывания информации используются все поверхности дисков. Дорожки с одним и тем же радиусом на всех дисках образуют цилиндр. Цилиндрам присваиваются номера соответствующих дорожек. Данные, заполненные на каждой дорожке, группируются обычно по несколько сот байт на сектор. Полный адрес сектора состоит из трех частей: номера цилиндра, номера магнитной головки и номера сектора на дорожке. В НЖМД, как правило, используются форматы данных с фиксированным количеством секторов на одной дорожке (например, 17, 34 или 52 сектора на дорожке) и с объемом данных в одном секторе 512 или 1024 байт. Секторы маркируются магнитным маркером. Конкретный формат данных определяется программной конфигурацией ПЭВМ и техническими характеристиками накопителя. Структура формата может быть подобна структуре применяемой в НГМД. В отличие от НГМД в НЖМД дополнительно вводятся байты сравнение и флага. Байт сравнения представляет одинаковое для каждого сектора число, с помощью которого определяется правильность считывания идентификатора. Байт флага содержит флаг-указатель состояния дорожки (основная или запасная, исправная или дефектная). В результате начального форматирования определяется расположение секторов и устанавливаются их логические номера. Для эффективного чтения и записи информации сектора с последовательными номерами на дорожке располагаются через № физических секторов. Такое расположение (чередование) позволяет обращаться к последовательным секторам при минимальном количестве оборотов диска и обеспечивать необходимое время на подготовку адаптера к операции записи/чтения.
В разных моделях ПЭВМ используется кратность 6:1, 3:1 и 1:1. Число поверхностей диска, число цилиндров и точка с которой начинается компенсация записи (повышение напряженности полей при уменьшении разрядов секторов) являются параметрами диска необходимыми для настройки контроллера НЖМД.

Адаптеры НЖМД

В настоящее время оборудование большинства дисковых адаптеров, работающих под MSDOS (PC/X/AT), рассчитано на работу с интерфейсом ST506 (Surgate Technology), самым старым и самым медленным. Его развитием явился интерфейс ST412, который совместим с ST506, но дает возможность адаптеру работать с большим числом магнитных головок, так как информация передается в последовательном виде.
Информационная емкость НЖМД с интерфейсом ST506/ST412 не превышает 200 Мбайт, скорость обмена информацией 5 Мбайт/с. В современных моделях НЖМД используются: ESDI - усовершенствованный интерфейс малых устройств, IDE - встроенная электроника накопителей, SCSI - интерфейс малых вычислительных машин.
Интерфейс ESDI является дальнейшим развитием интерфейсов ST506/ST412, но конструктивно не совместим с ними. Скорость обмена информации 10 Мбайт/с. Имеет возможность сохранять информацию о конфигурации и сбойных участках. ESDI сам встраивает себя в систему - сообщает адаптеру число головок и цилиндров. Подключается тремя кабелями: информационным, управляющим и питания.
Выше перечисленные интерфейсы были интерфейсами на уровне устройств.
Интерфейс IDE является системным интерфейсом и НЖМД с данным интерфейсом подключается непосредственно к соединителю расширения на системной плате ПЭВМ и используется в некоторых моделях ПЭВМ семейства PS/2. Сравнительно недорогие, имеют емкость до 500 Мбайт, скорость обмена 7,5 Мбайт/с.
Интерфейсом широко используемым в настоящее время является интерфейс нового поколения SCSI. Его можно отнести к универсальным системным интерфейсам, специализированным на подключение периферийных устройств. Для этого необходим SCSI контроллер, часто размещаемый на системной плате. Интеллектуализация НЖМД позволяет накопителю автономно выполнять ряд операций:

Характеристики

Список файлов лекций