Жесткий диск 3,5 дюйма SATA

Министерство  транспорта  Российской  Федерации 
Федеральное  агентство  железнодорожного  транспорта

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

(СамГУПС)

 

 

 

 

Кафедра «Информационные  системы и телекоммуникации»

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

По дисциплине «Архитектура ЭВМ и систем»

На тему: «Жесткий диск 3,5 дюйма SATA»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студентка 3 курса

гр. 1101 Козлова Ю.А.     

 

    Проверил: Иванов В.В. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Самара 2013

Задание на курсовую работу

 

1) Изучить назначение и состав указанного в задании элемента электронно-вычислительной системы;

2) Проанализировать технические характеристики устройства;

3) Провести поиск фирм, выпускающих это устройство;

4) Разработать критерии выбора лучшей и оптимальной модели устройства для различных областей применения компьютера;

5) Провести обзор рынка анализируемого устройства;

6) На основе разработанных критериев выбрать лучшую и оптимальную модель устройства;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Курсовая работа

Пояснительная записка: 18 страниц, 1 рисунок, 1 таблица, 11 диаграмм, 4 источника.

 

ЖЕСКТИЙ ДИСК SATA, ОБЪЕМ ПАМЯТИ, СКОРОСТЬ ВРАЩЕНИЯ ШПИНДЕЛЯ, УРОВЕНЬ ШУМА.

 

Объектом оценки являются жесткие диски 3,5 дюйма SATA .

Цель данной работы – выбрать лучшую и оптимальную модель жесткого диска SATA, продаваемую в компьютерных магазинах. В процессе работы разработаны критерии выбора лучшей и оптимальной модели жесткого диска SATA 3,5 дюйма. На основе этих критериев проведен обзор рынка и сделаны выводы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Устройство для хранения информации на основе вращающегося магнитного диска было разработано фирмой IBM в самом начале 70-х годов. Этот громоздкий 14-дюймовый диск позволял записать 30 дорожек по 30 секторов в каждой из них; обозначение диска 30/30 напоминало название широко распространенной модели ружья фирмы Winchester, в результате чего в английском языке для обозначения дисковых устройств с несъемными дисками стали широко применять слово winchester. В 1973 году фирма IBM создала первый накопитель с несколькими дисками емкостью 140 Мб.

При разработке первой модели компьютера IBM PC в нем не был предусмотрен встроенный винчестер, однако уже в  следующей модели он был установлен (20 Мб). В компьютере PC AT винчестер  уже являлся основным средством  повышения эффективности компьютера - пользователям не требовалось больше загружать операционную систему с дискет и искать каждый раз новую дискету при начале работы с какой-либо программой. Возможность хранения на встроенном диске больших объемов данных и программ значительно расширила диапазон использования персональных компьютеров.

Жесткий диск (НDD - Hard Disk Drive, винчестер) -  запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципемагнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации.

Интерфейс – устройство, передающее и преобразующее сигналы, от одного компонента оборудования к другому.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Анализ технического  задания.

 

Устройство  жесткого диска 

 

Несмотря на огромное разнообразие жестких дисков, все  они имеют в основе одно и то же устройство. Внутри корпуса жесткого дика на одной единственной оси установлено несколько магнитных пластин, сделанных из металла и пластика. С обеих сторон пластины покрыты тонким слоем магнитного материала. Магнитные пластины закреплены на оси и вращаются на ней как единое целое. Ось приводится во вращение специальным двигателем, обеспечивающим требуемую частоту вращения, например 5400 об ⁄мин, 7200 об ⁄мин, или же 10000 об ⁄мин. Скорость вращения пластин влияет на время поиска и скорость передачи данных.

Над каждой стороной каждой магнитной пластины находится собственная головка чтения и записи. Все головки соединены воедино и движутся совместно, радиально относительно пластин. Таким образом обеспечивается быстрый доступ к любой точке любой пластины.

Информация на дисках располагается на концентрических дорожках (Track), которые нумеруются, начиная с внешней, имеющей номер 0. Каждая дорожка разбивается на секторы (Sector), содержащие минимальные блоки информации, которые могут быть записаны на диск или считаны с него. На каждом диске нанесен маркер, относительно которого осуществляется нумерация секторов. Ближайший к маркеру сектор имеет номер 1. Все секторы диска можно также пронумеровать последовательно, начиная с нуля. Такая нумерация называется абсолютной.

В начале каждого сектора  располагается заголовок (Prefix portion), по которому определяется начало сектора и его номер. В конце сектора (Suffix portion) содержится контрольная сумма, служащая для проверки целостности данных.Между заголовком и концом находится область данных размером 512 байт.

У каждого диска, размещенного на оси, в качестве рабочих могут  использоваться обе поверхности  верхняя и нижняя. Совокупность всех дорожек с одинаковым номером  на всех дисках, то есть дорожек к  которым можно получить доступ без  перемещения головок, составляет цилиндр (Cylinder). номер цилиндра и номер дорожки это одно и то же. Доступ к данным внутри одного цилиндра происходит значительно быстрее, чем перемещение головки от одного цилиндра к другому. Количество цилиндров может составлять несколько десятков тысяч. Это зависит от плотности записи на диске. Чем плотнее запись, тем больше цилиндров можно на нем сформировать.

Для каждой рабочей поверхности  диска в накопителе существует своя головка (Head), обеспечивающая запись и  считывание информации. Головки собраны в блок и нумеруются начиная с 0. Структура секторов на жестком диске создается процедурой низкоуровневого или физического форматирования, при которой размечается каждый трек диска. Низкоуровневое форматирование выполняется производителями жестких дисков.

Вся информация, которую  компьютер должен записать на диск, представлена в виде битовой последовательности. Когда диск получает от компьютера последовательность бит, магнитные  головки позиционируются и выполняется  запись посредством намагничивания определенных участков пластин. Аналогичным образом происходит считывание информации с жесткого диска.

Так как чтения и записи могут в любой момент получить доступ к любому сектору диска, данные могут записываться или считываться  в произвольном порядке с большой скоростью. В этом принципиальное отличие дисковых накопителей от накопителей на магнитной ленте, которые позволяют только последовательный доступ к данным.

В процессе длительного  использования поверхность пластин  дисков может постепенно терять свои магнитные свойства, в результате чего появляются участки, с которых невозможно считать и на которые не возможно записать информацию. Секторы, расположенные на таких участках, называются дефектными (Bad). Специальные утилиты, например Norton Disk Doctor, позволяют обнаружить такие секторы, переместить информацию из них в другое место и пометить такие секторы особым образом, чтобы предотвратить их дальнейшее использование.

 

Основные  характеристики:

- Ёмкость  - объём данных, которые можно вместить на диск. Ёмкость современных накопителей может достигать 2 Тб. Обычно производители указывают ёмкость диска как величину, кратную 1000, а не 1024, как следовало бы. В результате реальная ёмкость винчестера, заявленного как "200 Гб", составляет 186,2 Гб.

- Интерфейс  - устройство, преобразующее сигналы и передающее их от одного компонента оборудования к другому. На данный момент самым распространенным интерфейсом является SATA 2. SATA хоть и можно встретить в продаже, однако интерфейс уже считается устаревшим, к тому же уже начали поступать жесткие диски с SATA 3.

SATA (Serial ATA) – последовательный интерфейс обмена данными с накопителями. Для подключения используется 8-pin разъем. Как и в случае с PATA – является устаревшим, и используется только для работы с оптическими накопителями. Стандарт SATA (SATA150) обеспечивал пропускную способность равную 150 МБ/с (1,2 Гбит/с).

- Время произвольного доступа — среднее время, за которое винчестер выполняет операцию позиционирования головки чтения/записи на произвольный участок магнитного диска. Диапазон этого параметра — от 2,5 до 16 мс. 

- Скорость вращения шпинделя — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 5400, 5900, 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции). Увеличению скорости вращения шпинделя в винчестерах для ноутбуков препятствует гироскопический эффект, влияние которого пренебрежимо мало в неподвижных компьютерах.

- Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств.

- Объём буфера — буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных дисках он обычно варьируется от 8 до 128 Мб.

- Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.

2. Назначение и принципы работы устройства

Основные функции жесткого диска:

1. Хранение большого объема информации;

2. Симуляция оперативной памяти. Используя секции жесткого диска в качестве виртуальной памяти, Windows может запускать больше программ. Недостаток виртуальной памяти в ее медленности по сравнению с обычной памятью;

 

 

Принцип работы жестких  дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.

 

 Метод параллельной записи

На данный момент это  самая распространенная технология записи информации на НЖМД. Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая проходя над поверхностью вращающегося диска намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.

Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи оценивается 150 Гбит/дюйм² (23Гбит/см²). В ближайшем будущем ожидается постепенное вытеснение данного метода методом перпендикулярной записи.

 

Метод перпендикулярной записи

Метод перпендикулярной записи — это технология, при  которой биты информации сохраняются  в вертикальных доменах. Это позволяет  использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных образцов — 100—150 Гбит/дюйм² (15-23 Гбит/см²), в дальнейшем планируется довести плотность до 400—500 Гбит/дюйм² (60—75 Гбит/см²). 
Жесткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.

 

 

 

 

 

 

 

 

Метод тепловой магнитной записи

Метод тепловой магнитной  записи (англ. Heat assisted magnetic recording — HAMR) на данный момент самый перспективный из существующих, сейчас он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность «закрепляется».

 

 

 

Рис.1 Блок-схема жесткого диска.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Критерии выбора. Обзор рынка анализируемого утсройства.