Накопители информации на гибких и жестких магнитных дисках, принцип действия, классификация и технические характеристики

Более того - на каждом диске накопителя имеется  некоторый запас резервных секторов, которыми можно подменить и появляющиеся впоследствии дефекты. Для одних  накопителей это возможно сделать  под управлением специальных  программ, для других - автоматически  в процессе работы.

Хранение  подобной служебной информации на дисках, кроме очевидной выгоды, имеет  и свои недостатки - при ее порче  микрокомпьютер не сможет правильно  запуститься, и, даже, если все информационные секторы не повреждены, восстановить их можно будет только на специальном  заводском стенде.

После начальной  настройки электроники и механики микрокомпьютер ЖД переходит в режим  ожидания команд контроллера, расположенного на системной плате или интерфейсной карте, который в свою очередь  программируется процедурами собственной BIOS или BIOS компьютера под управлением  ОС. Получив команду, он позиционирует  на нужный цилиндр, по сервоимпульсам отыскивает нужную дорожку, дожидается, пока до головки дойдет нужный сектор, и выполняет считывание или запись информации. Если контроллер запросил чтение/запись не одного сектора, а  нескольких - накопитель может работать в блочном режиме, используя ОЗУ  в качестве буфера и совмещая чтение/запись нескольких секторов с передачей  информации к контроллеру или  от него.

Современные накопители (как ATA, так и SCSI) поддерживают развитую систему команд управления устройством среди которых имеются  и такие, которые позволяют остановить вращение шпинделя и перевести накопитель в ждущий режим. Данный режим используется ПО ОС и BIOSов ПК для обеспечения стандартов сохранения энергии и работы процедур системы сохранения энергии, отключающих  накопитель через некоторое время  после ожидания его использования. Необходимо отметить, что не следует  злоупотреблять частой остановкой и  включением накопителя, т.к. именно во время разгона накопитель работает в форсированном режиме и изнашивается сильнее, нежели при нормальной эксплуатации в полностью рабочем активном состоянии. Использовать возможности  сохранения энергии процедур BIOS и  ОС следует лишь на машинах-серверах, работающих круглосуточно, дисковые операции на которых могут не выполняться  по нескольку часов, в то время  как, вся система должна находиться в состоянии полной готовности.

При выключении питания двигатель шпинделя работает в режиме генератора, обеспечивая  питание плат электроники на время, необходимое для корректного  завершения работы.

Прежде всего, блокируется подача тока записи в  магнитные головки, чтобы они  не испортили информацию на поверхностях, а остаток энергии подается в  обмотки привода головок, толкая их к центру дисков (в этом движении головкам помогает и естественная скатывающая  сила, возникающая при вращении дисков). Как правило, для того чтобы запарковать  головки достаточно одной скатывающей  силы. Дойдя до посадочной зоны, привод головок защелкивается магнитным  или механическим фиксатором еще  до того, как головки успеют коснуться  поверхности в результате падения  скорости вращения дисков. В этом и  состоит суть "автопарковки" - любой исправный накопитель всегда запаркует головки, как бы внезапно не было выключено питание, однако, если в этот момент происходила запись информации, то для пользователя последствия  могут быть весьма печальными из-за недописанных или необновленных, как  областей данных, так и управляющих  структур файловой системы ПК, независимо от типа и вида установленной ОС.

 

Накопители  на гибких дисках.

Основные  внутренние  элементы  дисковода - дискетная pама, шпиндельный двигатель, блок головок с приводом и плата  электроники.

Шпиндельный двигатель - плоский многополюсный, с постоянной скоростью  вращения  300 об/мин. Двигатель привода блока  головок  - шаговый, с червячной, зубчатой или ленточной передачей.

Для опознания  свойств дискеты на плате  электроники возле переднего торца  дисковода установлено 3 механических нажимных датчика: два - под отверстиями защиты и плотности записи, и тpетий - за датчиком плотности - для определения момента опускания дискеты. Вставляемая в щель дискета попадает внутрь дискетной pамы, где с нее сдвигается защитная штоpка,  а сама pама пpи этом снимается со стопоpа и опускается вниз - металлическое кольцо дискеты пpи этом ложится на вал шпиндельного двигателя, а нижняя повеpхность дискеты - на нижнюю головку (стоpона 0). Одновременно освобождается веpхняя  головка, котоpая под действием пружины прижимается к верхней стороне дискеты.

На большинстве  дисководов скорость опускания рамы никак  не огpаничена, из-за чего  головки  наносят ощутимый удар по поверхностям дискеты, а это сильно сокpащает срок их надежной работы. В некоторых  моделях  дисководов (Teac, Panasonic, ALPS) предусмотрен замедлитель-микpолифт  для  плавного  опускания pамы.

Для пpодления  сpока службы  дискет и головок  в дисководах без микpо-лифта pекомендуется пpи вставлении дискеты пpидеpживать  пальцем кнопку дисковода, не давая pаме опускаться слишком pезко.

Hа валу  шпиндельного  двигателя  имеется  кольцо с магнитным замком, котоpый  в  начале  вpащения  двигателя   плотно захватывает кольцо дискеты,  одновpеменно центpиpуя ее на  валу.

В большинстве  моделей дисководов  сигнал от датчика  опускания дискеты вызывает кpатковpеменный  запуск двигателя с целью ее  захвата и центpиpования.

Дисковод  соединяется с контpоллеpом пpи  помощи 34-пpоводного кабеля, в котоpом четные пpовода являются  сигнальными, а нечетные - общими. Общий ваpиант интеpфейса пpедусматpивает подключение  к контpоллеpу до четыpех дисководов, ваpиант для IBM PC - до двух.

В общем  ваpианте  дисководы  подключаются полностью паpаллельно дpуг дpугу, а  номеp дисковода  (0..3)  задается  пеpемычками  на плате электpоники; в ваpианте для IBM PC оба дисковода  имеют номеp 1, но подключаются пpи  помощи кабеля, в  котоpом сигналы  выбоpа (пpовода  10-16)  пеpевеpнуты между pазъемами двух дисководов. Иногда на pазъеме дисковода удаляется контакт 6, игpающий  в этом случае pоль механического  ключа. Интеpфейс дисковода  достаточно  пpост и включает сигналы выбоpа  устpойства (четыpе устpойства в  общем  случае, два - в ваpианте для IBM PC), запуска двигателя, пеpемещения головок  на один шаг, включения записи, считываемые/записываемые данные,  а  также инфоpмационные сигналы от дисковода - начало  доpожки, пpизнак установки головок на нулевую (внешнюю) доpожку, сигналы с датчиков и т.п. Вся pабота по  кодиpованию  инфоpмации,  поиску доpожек и сектоpов, синхpонизации, коppекции ошибок выполняется контpоллеpом.

Гибкие диски.

Дискета или  гибкий диск - компактное низкоскоростное  малой ёмкости средство хранение и переноса информации. Различают  дискеты двух размеров: 3.5”,  5.25”, 8” (последние два типа практически  вышли из употребления).   

Конструктивно дискета представляет собой гибкий диск с магнитным покрытием, заключенный  в футляр. Дискета имеет отверстие  под шпиль привода, отверстие  в футляре для доступа головок  записи-чтения (в 3.5” закрыто железной шторкой), вырез или отверстие  защиты от записи.

Кроме того 5.25” дискета имеет индексное  отверстие, а 3.5” дискета высокой  плотности - отверстие указанной  плотности (высокая/низкая). 5.25” дискета  защищена от записи, если соответствующий  вырез закрыт. 3.5” дискета наоборот -  если отверстие защиты открыто. В настоящее время практически  только используются 3.5” дискеты  высокой плотности.

Для дискет используются следующие  обозначения:

- SS single side - односторонний  диск (одна рабочая поверхность).

- DS double side - двусторонний  диск.

- SD single density - одинарная плотность.

- DD double density - двойная плотность.

- HD high density - высокая плотность.

Накопитель на гибких дисках принципиально  похож на накопитель на жестких дисках .

Скорость  вращения гибкого диска примерно в 10 раз медленнее, а головки касаются поверхности диска. В основном структура  информации на дискете, как физическая так и логическая, такая же как на жестком диске. С точки зрения логической структуры на дискете отсутствует таблица разбиения диска.

 

Методы  кодирования данных

Появление различных методов кодирования  данных связано, прежде всего, с техническими особенностями устройств хранения и передачи информации и желанием наиболее полно использовать пространство носителей информации.

В настоящее время используется несколько различных методов  кодирования данных:

Частотная модуляция (Frequency Modulation – FM) – метод, используемый в накопителях  на сменных магнитных дисках старых модификаций (40 дорожек). Иначе, кодирование  методом FM можно назвать кодированием с единичной плотностью. Метод  предполагает запись на носитель в  начале каждого битового элемента данных бита синхронизации. Битовый элемент  определяется как минимальный интервал времени между битами данных, получаемый при постоянной скорости вращения диска (300 об/мин). Метод гарантирует, по меньшей  мере, одну перемену направления потока за единицу времени вращения (в  данном случае каждые 8 мкс).

Такой временной интервал соответствует  максимальной продольной плотности  магнитного потока 2330 перемен на 1 см и скорости передачи данных – 125 Кбит/сек.

Простота кодирования и декодирования  по методу FM определяется постоянной частотой следования синхроимпульсов. Однако, наличие  этих бит синхронизации и является одним из недостатков данного  метода, т.к. результирующий кодмалоэффективен  с точки зрения компактности данных (половина пространства носителя занимается битами синхронизации).

Модифицированная частотная модуляция (Modified Frequency Modulation – MFM) – улучшенный метод FM. Модификация заключается  в сокращении вдвое длительности битового элемента – до 4 мкс и  использовании бит синхронизации  не после каждого бита данных, а  лишь в случаях, когда в предшествующем и текущем битовых элементах  нет ни одного бита данных.

Такой способ кодирования позволяет  удвоить емкость носителя и скорость передачи данных, по сравнению с методом FM, т.к. в одном и том же битовом элементе никогда не размещаются бит синхронизации и данных, а на один битовый элемент приходится только одна перемена направления магнитного потока.

Запись с групповым кодированием (Run Limited Length – RLL) – метод, полностью  исключающий запись на диск каких-либо синхронизационных бит. Синхронизация  достигается за счет использования  бит данных. Однако, такой подход требует совершенно иной схемы кодирования, т.к. простое исключение бит синхронизации  приведет к записи последовательностей  из одних нулей или единиц в  которых не будет ни одной перемены полярности магнитного потока. Метод RLL происходит от методов, используемых для  кодирования данных при цифровой записи на магнитную ленту. При этом, каждый байт данных разделяется на два полубайта, которые кодируются специальным 5-ти разрядным кодом, суть которого – добиться хотя бы одной  перемены направления магнитного потока для каждой пары его разрядов. Что  означает, необходимость наличия  в любой комбинации 5-ти разрядных  кодов не более двух стоящих рядом  нулевых бит.

Из 32 комбинаций 5 бит такому условию  отвечают 16. Они и используются для  кодирования по методу RLL. При считывании происходит обратный процесс.

При применении метода кодирования RLL скорость передачи возрастает с 250 до 380 Кбит/с, а число перемен полярности магнитного потока до 3330 перемен/см. При  этом длительность битового элемента снижается до 2.6 мкс.

Поскольку, максимальный интервал времени  до перемены магнитного потока известен (два последовательно расположенных  нулевых бита), биты данных могут  служить битами синхронизации, что  делает метод кодирования RLL самосинхронизирующимся и самотактируемым. Метод дает возможность записать на каждой дорожке до 7.6 Кбайт данных.

Интересным является тот факт, что  метод MFM является частным случаем  метода RLL. Для обозначения типа используемого RLL метода применяется аббревиатура вида: RLL2,7, RLL1,7, RLL2,8, RLL1,8, где первая цифра  – минимальная, а вторая – максимальная длина последовательности бит –  нулей, содержащихся между соседними  единицами.

Аббревиатура метода MFM записывается как RLL1,3. Модифицированная запись с  групповым кодированием (Advanced Run Limited Length – ARLL) – улучшенный метод RLL, в  котором, наряду с логическим уплотнением данных, производится повышение частоты обмена между контроллером и накопителем.

 

Дополнительные материалы

1. Приложение 1 «пример организации файловой системы Windows»

 

2. Приложение 2 «пример таблицы с вычисляемыми полями»

Счет за предоставленные услуги От 15.10.2010
№ п/п	Блюдо	Кол-во	Цена	Сумма
1.	Пицца Фунге	4	350	350
2.	Пицца Орталана	2	3	960
3.	Сок Апельсиновый	4	35
Итого				1450

 

 

3. Приложение 3 «пример научной формулы»

 

  

 

4. Приложение 4 «пример блок-схемы»

 

Нет                                                                Да

                                   Да

                                     

                                       Нет

                                   Да

 

 

Список литературы

 

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/HDD

 

2. http://ru.wikipedia.org/wiki/FDD

 

3. http://scheglov-sergey.narod.ru/nakop_na_gib_mag_dis.htm

 

4. http://www.mini-itx.ru/equipment/memory_storages