Аппаратная часть современного ПК: Дисковые устройства

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Ставропольский государственный  университет

Экономический факультет

 

 

 

Кафедра «Мировых

информационных ресурсов и

электронного бизнеса»

 

курсовая работа

по дисциплине «Аппаратное обеспечение  информатизации» на тему:

Аппаратная часть современного ПК: дисковые устройства

 

 

 

Исполнитель Вдовиченко Г.В.,

2 курс, специальность

«Прикладная информатика

в экономике»

 

Руководитель Семко Д.В.

канд. экон. наук, доцент

 

 

 

Ставрополь, 2011

 

Оглавление

 

 

 

 

Введение

 

На сегодняшний день дисковые устройства являются неотъемлемой частью для любого персонального компьютера. Стабильная работа системы и программного обеспечения во многом зависит от емкости данных устройств и скорости обмена информации с ним.

В персональном компьютере используются два типа магнитных дисков: жесткий  диск (винчестер) и сменные гибкие диски (дискеты, Zip, супер-флоппи LS-120 и другие). Винчестер используется для постоянного хранения информации, которая часто используется в работе (программы, текстовые документы, базы данных).

Дискеты же использовались для обмена программами и данными между компьютерами, для хранения запасных копий данных. Жесткий диск значительно превосходит дискеты по скорости доступа и емкости. Его емкость доходит до нескольких сотен гигабайт. В последних моделях она составляет от 260 Гбайт до 2 Тбайт. К тому же в ПК может быть не один винчестер, а несколько.

В этой связи целью курсовой работы является изучить дисковые устройства персонального компьютера. В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1. Рассмотреть историю развития накопителей на гибких магнитных дисках;
2. Исследовать конструкцию и устройство накопителей на гибких и жестких магнитных дисках;
3. Охарактеризовать разновидности форматов дискет;
4. Проанализировать характеристики и принципы работы жестких дисков;
5. Выявить основные проблемы и перспективы развития дисковых устройств.

 

 

1 Накопители на гибких магнитных дисках

1.1 Общие сведения и история развития

 

В отечественных разработках существовал термин «гибкий магнитный диск» и соответствующая аббревиатура – ГМД. Устройство для работы с ГМД соответственно называется НГМД (дисковод гибких дисков, флоппи-дисковод – «накопитель на гибких магнитных дисках»), а контроллер устройства – КНГМД [1].

Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения. Дискеты были массово распространены с 1970-х и до конца 1990-х годов, уступив более ёмким CD и удобным флеш-накопителям.

Промежуточным вариантом между ними и традиционным дискетами являются более современные НГМД и НЖМД, использующие картриджи – Iomega Zip, Iomega Jaz; а также магнитооптические носители (МО) LS-120 и другие, в которых комбинировался лазер (используемый для разогрева участка поверхности диска) и магнитная головка (для записи и считывания информации с поверхности диска). Такие сменные носители также называют дискетами. Выпускались 3″дюймовые односторонние носители ёмкостью от 128 Мб до 1,3 Гб и 5″дюймовые двухсторонние ёмкостью от 600 Мб до 5,2 Гб [ссылка 1].

В истории  развития гибких дисков и накопителей  можно выделить следующие главные  события [ссылка 2].

В 1967 году Алан Шугарт возглавлял команду, которая разрабатывала дисководы в лаборатории фирмы IBM, где были созданы накопители на гибких дисках. Дэвид Нобль, один из старших инженеров, работающих под его руководством, предложил гибкий диск (прообраз дискеты диаметром 8″дюймов) и защитный кожух с тканевой прокладкой.

В 1971 году фирмой IBM была представлена первая дискета диаметром в 8″дюймов (200 мм) с соответствующим дисководом.

В 1973 году Алан Шугарт основывает собственную фирму Shugart Associates. В 1976 году Финне Коннер пригласил Алана Шугарта принять участие в разработке и выпуске дисководов с жёсткими дисками диаметром 5¼″дюйма, в результате чего фирма Shugart Associates, разработав контроллер и оригинальный интерфейс Shugart Associates SA-400, выпустила дисковод для миниатюрных (mini-floppy) гибких дисков на 5¼″дюйма, который, быстро вытеснив дисководы для дисков 8″дюймов, стал популярным в персональных компьютерах. Компания Shugart Associates также создала интерфейс Shugart Associates System Interface (SASI), который после формального одобрения комитетом ANSI в 1986 году был переименован в Small Computer System Interface (SCSI).

В 1981 году – Sony выводит на рынок дискету диаметром 3½″дюйма (90 мм). В первой версии (DD) объём составляет 720 килобайт (9 секторов). В 1984 году фирма Hewlett-Packard впервые использовала этот накопитель в своем компьютере HP-150. Поздняя версия (HD) имеет объём 1440 килобайт или 1,44 мегабайт (18 секторов).

В 1984 году фирма Apple стала использовать накопители 3½″дюйма в компьютерах Macintosh.

В 1987 году официально представлены разработанные в 1980-х годах фирмой Toshiba Corporation дисководы сверхвысокой плотности (англ. Extra High Density, ED) носителем для которых служила дискета ёмкостью 2880 килобайт или 2,88 мегабайт (36 секторов).

В марте 2011 года фирма Sony поставила точку в истории дискет, официально прекратив производство и продажу дискет диаметром 3½″дюйма.

1.2 Конструкция НГМД

 

В общем  виде конструкция дисковода гибких магнитных дисков выглядит следующим  образом (рисунок) [ссылка 3].

 

 

 

Рисунок – Конструкция НГМД

 

Для считывания (и записи) информации, записанной на диске, дисковод оснащён  установленной на приводе головок парой магнитных головок, представляющих собой электромагнитные катушки с сердечниками из мягкого сплава железа, снабженных пружинами и под небольшим давлением прижимающихся к поверхности диска. Двигатель, который осуществляет перемещения головок по диску в двух направлениях с определенным приращением, или шагом, называется шаговым двигателем. Двигатель управляется контроллером диска, который устанавливает головки в соответствии с любым относительным приращением в пределах границ перемещения привода головок. В миниатюрных дисководах на 3½″дюйма головки монтируются на червячной передаче, приводимой в движение непосредственно валом шагового двигателя.

Диски имеют два типа плотности – радиальную и линейную. Радиальная плотность указывает, сколько дорожек может быть записано на диске, и выражается в количестве дорожек на дюйм (англ. Track Per Inch, TPI). Линейная плотность – это способность отдельной дорожки накапливать данные и выражается в количестве битов на дюйм (англ. Bits Per Inch, BPI). Шаговые двигатели не могут осуществлять непрерывное позиционирование, обычно он поворачивается на точно определенный угол и останавливается. Большинство шаговых двигателей, установленных в дисководах гибких дисков, осуществляют перемещение с определенным шагом, связанным с расстоянием между дорожками на диске. За исключением дисковода гибких дисков диаметром 5¼″дюйма ёмкостью 360 Кбайт, которые выпускались только с плотностью 48 TPI и в которых использовался шаговый двигатель с приращением 3,6°, во всех остальных типах дисководов (96 или 135 TPI) обычно используется шаговый двигатель с приращением 1,8°. Кроме того, шаговый двигатель выполняет перемещение между фиксированными ограничителями и должен останавливаться при определенном положении ограничителя.

Позиционирование головок – это операция расположения головок относительно дорожек на диске (узкие концентрические кольца на диске), позволяет приступить к чтению или записи информации на диск. Цилиндр (англ. cylinder) – количество дорожек, с которых можно считать информацию, не перемещая головок. Термин обычно используется как синоним дорожки, а поскольку гибкий диск в дискете имеет две стороны, а дисковод для гибких дисков – только две головки, в гибком диске на один цилиндр приходится две дорожки.

Для подключения дисковода имеются  два разъема: один для электрического питания, а другой для передачи данных и сигналов управления. Эти разъемы в компьютерной промышленности стандартизованы: для подключения питания используется четырехконтактный линейный разъем Mate-N-Lock фирмы AMP большого и малого размеров, сигнальный – 34-контактные разъемы. В дисководах формата 5¼″дюйма обычно используется большой разъем для питания, в то время как в большинстве дисководов формата 3½″дюйма для питания используется разъем меньшего размера.

«Странность» сигнального кабеля заключается в том, что линии 10-16 разрезаны и переставлены (перекручены) между разъемами дисководов. Это перекручивание переставляет первое и второе положения перемычки выбора дисковода и сигналы включения двигателя, а следовательно, меняет на противоположные установки сигнала «DS» для дисковода, находящегося за перекручиванием. Соответственно все дисководы в компьютере с этим типом кабеля имеют перемычки, установленные одинаково, а настройка и установка дисководов (вместо первый и второй, они обозначаются в системе как A и B) упрощается. Как правило, материнская плата содержит интегрированный контроллер дисководов (равно как и отдельная плата контроллера, существовавшая в раннее время), обеспечивающий установку пары дисководов.

При подключении кабелей необходимо учитывать их ориентацию, в случае если неправильно подключен сигнальный кабель, лампочка на лицевой панели дисковода будет светиться сразу после подачи питания. В случае же неправильной ориентации кабеля питания на электронную схему управления дисководом вместо 5 В подается питание 12 В, что гарантированно приводит к выходу её из строя. Учитывая, что стоимость ремонта штучной платы превышает оптовую стоимость самого дисковода, ремонт дисковода, как правило, экономически не целесообразен.

 

 

1.3 Форматы дискет

 

Следует отметить, что фактическая  ёмкость дискет зависела от способа их форматирования. Поскольку, кроме самых ранних моделей, практически все флоппи-диски не содержали жёстко сформированных дорожек, дорога для экспериментов в области более эффективного использования дискеты была открыта для системных программистов. Результатом стало появление множества не совместимых между собою форматов дискет даже под одними и теми же операционными системами (таблица 1) [ссылка 4].

Таблица 1 –Хронология возникновения форматов дискет

Формат	Год возникновения	Объём в килобайтах
8″дюймов	1971	80
8″дюймов	1973	256
8″дюймов	1974	800
8″дюймов двойной плотности	1975	1000
5¼″дюйма	1976	110
5¼″дюйма двойной плотности	1978	360
5¼″дюйма четырёхкратной плотности	1982	720
5¼″дюйма высокой плотности	1984	1200
3″дюйма	1982	360
3″дюйма двойной плотности	1984	720
3½″дюйма двойной плотности	1984	720
2″дюйма	1985	720?
3½″дюйма высокой плотности	1987	1440
3½″дюйма расширенной плотности	1991	2880

 

Конструктивно дискета 8″дюймов представляет собой гибкий диск с магнитным покрытием, заключенный в гибкий пластиковый футляр. Дискета имеет отверстие под шпиль привода, отверстие в футляре для доступа головок записи-чтения. Форматы дискеты различались количеством секторов на дорожке. В зависимости от формата, дискеты 8″дюймов вмещали следующие объемы информации: 80 Кб, 256 Кб и 800 Кб.

В центре диска находится большое  круглое отверстие. Когда закрывается  дверца дисковода, конусообразный зажим  захватывает и устанавливает  дискету с помощью центрального отверстия. У многих дискет края отверстия  окантованы пластиковым кольцом для того, чтобы диск выдерживал механические нагрузки со стороны захватывающего механизма. В дискетах высокой плотности это кольцо обычно отсутствует, так как погрешности его расположения на дискете могут привести к проблемам, возникающим при позиционировании головок.

Справа, сразу под центральным  отверстием, находится маленькое  круглое отверстие, называемое индексным. Диск с одним индексным отверстием – это признак диска с программной разбивкой на секторы; в данном случае число секторов на диске определяется операционной системой. В очень старых компьютерах использовались диски с аппаратной разбивкой на секторы, которые имели индексные отверстия для каждого сектора. В самом диске имеется отверстие, которое совмещаясь при проходе под индексным отверстием в конверте, позволяет электронной схеме контроллера определить «систему координат» дискеты. С правой стороны, на расстоянии примерно 1″дюйм от верхнего края, в футляре дискеты 5¼″дюйма имеется прямоугольная выемка – с её помощью (заклеив) можно «защитить» дискету от записи.

В отличие от дискеты 5¼″дюйма, отверстие для доступа головок дискеты 3½″дюйма закрыто металлической заслонкой, которая открывается при её вставке механизмом в дисководе. Вместо индексного отверстия в дискетах диаметром 3½″дюйма используется металлическая втулка с установочным отверстием, которая находится в центре дискеты. Дисковод захватывает металлическую втулку, а отверстие в ней позволяет правильно установить дискету. Защита от записи тоже выполнена более удобно – сдвигающейся «шторкой», расположенной снизу слева. Снизу справа находятся «окошки», позволяющие схеме дисковода определить плотность записи на дискету – нет, кодирует дискету ёмкостью 720 Кб, одно – 1,44 Мб, два «окошка» – дискету ёмкостью 2,88 Мб.

Дисководы формата 3½″дюйма высокой плотности (неформатированная ёмкость дискеты, определяемая плотностью записи и площадью носителя, составляет 2 Мб) впервые появились в компьютерах IBM PS/2 в 1987 году. Эти дисководы записывают 80 цилиндров с 18 секторами на дорожке, создавая в результате емкость 1,44 Мб, имеют скорость вращения 300 об/мин и записывают в 1,2 раза больше данных, чем дисководы формата 5¼″дюйма на 1,2 Мб (скорость передачи данных в этих дисководах высокой плотности одинакова, и они совместимы с одними и теми же контроллерами высокой и низкой плотности). Для того, чтобы использовать максимальную для большинства стандартных контроллеров дисководов высокой и низкой плотности скорость передачи данных 500 000 бит/с, эти дисководы должны иметь скорость 300 об/мин. Если дисковод будет вращать дискету со скоростью 360 об/мин (как дисковод формата 5¼″дюйма) число секторов на дорожку должно быть уменьшено до 15, иначе контроллер не будет успевать обрабатывать сигналы.