EntradaDispositivos de almacenamiento externo. ¿Cómo se escribe y se lee la información? El dispositivo y el principio de funcionamiento del disco duro.
Discos magneticos Las computadoras se utilizan para almacenar información a largo plazo (no se borra cuando se apaga la computadora). En este caso, en el proceso de trabajo, los datos se pueden eliminar, mientras que otros se pueden escribir.
Asigne discos magnéticos duros y flexibles. Sin embargo, los disquetes ahora se utilizan muy raramente. Los disquetes fueron especialmente populares en las décadas de 1980 y 1990.
Disquetes(disquetes), a veces llamados disquetes (disquetes), son discos magnéticos encerrados en casetes de plástico cuadrados que miden 5,25 pulgadas (133 mm) o 3,5 pulgadas (89 mm). Los disquetes le permiten transferir documentos y programas de una computadora a otra, almacenar información, hacer copias de archivo de la información contenida en un disco duro.
La información de un disco magnético se escribe y lee mediante cabezales magnéticos a lo largo de pistas concéntricas. Al escribir o leer información, el disco magnético gira alrededor de su eje y la cabeza se lleva a la pista deseada mediante un mecanismo especial.
Los disquetes de 3,5 pulgadas tienen una capacidad de 1,44 MB. Este tipo de disquete es el más común en la actualidad.
A diferencia de los disquetes HDD le permite almacenar grandes cantidades de información. La capacidad de los discos duros en las computadoras modernas puede ser de terabytes.
IBM creó el primer disco duro en 1973. Permitió almacenar hasta 16 MB de información. Dado que este disco tenía 30 cilindros divididos en 30 sectores, se designó como 30/30. Por analogía con los rifles automáticos de calibre 30/30, este disco ha recibido el sobrenombre de "Winchester".
Un disco duro es una caja de hierro sellada que alberga uno o más discos magnéticos junto con un conjunto de cabezal de lectura / escritura y un motor eléctrico. Cuando se enciende la computadora, el motor eléctrico hace girar el disco magnético a una velocidad alta (varios miles de revoluciones por minuto) y el disco continúa girando mientras la computadora esté encendida. Por encima del disco, "flotan" cabezas magnéticas especiales, que escriben y leen información de la misma forma que en los disquetes. Las cabezas flotan sobre el disco debido a su alta velocidad de rotación. Si las cabezas tocaran el disco, la fuerza de fricción haría que el disco fallara rápidamente.
Los siguientes conceptos se utilizan cuando se trabaja con discos magnéticos.
Pista- un círculo concéntrico en un disco magnético, que es la base para registrar información.
Cilindro Es un conjunto de pistas magnéticas ubicadas una encima de la otra en todas las superficies de trabajo de los discos duros.
Sector- una sección de la pista magnética, que es una de las principales unidades de registro de información. Cada sector tiene su propio número.
Grupo- el elemento mínimo de un disco magnético, que es operado por el sistema operativo cuando se trabaja con discos. Cada grupo consta de varios sectores.
Comunicación, comunicaciones, electrónica y dispositivos digitales
Los dominios de los materiales magnéticos utilizados en la grabación longitudinal se ubican paralelos a la superficie del soporte. Este efecto se utiliza cuando se registran datos digitales con el campo magnético del cabezal cambiando de acuerdo con la señal de información. Los intentos de aumentar la densidad de grabación de la superficie disminuyendo el tamaño de partícula aumentarán la relación entre el tamaño de la zona de incertidumbre y el tamaño de la zona útil, no a favor de esta última y, al final, conducirán inevitablemente a la llamado efecto superparamagnético cuando las partículas entran en el dominio único ...
Tecnologías de grabación de discos magnéticos
Grabación longitudinal
Las primeras muestras de discos duros, que aparecieron en los años 70 del siglo XX, utilizaron la tecnología de registro de información longitudinal. Para ello, la superficie del disco, así como la superficie de la cinta magnética, se cubrió con una capa de dióxido de cromo. CrO 2 u óxido de hierro, que proporciona magnetización longitudinal de la capa de grabación. La fuerza coercitiva de tal portador H c = 28 kA / m.
La tecnología para aplicar la capa de óxido es bastante complicada. Primero, se rocía una suspensión de una mezcla de polvo de óxido de hierro y polímero fundido sobre la superficie de un disco de aluminio que gira rápidamente. Debido a la acción de las fuerzas centrífugas, se distribuye uniformemente sobre la superficie del disco desde su centro hasta el borde exterior. Una vez que la solución se ha polimerizado, se lija la superficie y se le aplica otra capa de polímero puro, que tiene suficiente resistencia y bajo coeficiente de fricción. Luego, finalmente se pule el disco. Este tipo de unidad es marrón o amarilla.
Como se sabe, los materiales magnéticos tienen una estructura de dominio, es decir, constan de áreas microscópicas separadas - dominios , dentro del cual los momentos magnéticos de todos los átomos se dirigen en una dirección. Como resultado, cada uno de estos dominios tiene un momento magnético total suficientemente grande. Los dominios de los materiales magnéticos utilizados en la grabación longitudinal son paralelos a la superficie del medio. Si el material magnético no se ve afectado por un campo magnético externo, la orientación de los momentos magnéticos de los dominios individuales es caótica y cualquier dirección es igualmente probable. Si dicho material se coloca en un campo magnético externo, entonces los momentos magnéticos de los dominios tenderán a orientarse en la dirección que coincide con la dirección del campo magnético externo. Este efecto se utiliza cuando se registran datos digitales mediante el campo magnético del cabezal, que cambia de acuerdo con la señal de información.
El elemento de memoria mínimo (celda) de la capa de grabación magnética capaz de almacenar un bit de información no es un dominio separado, sino una partícula (área) que consta de varias decenas de dominios (70-100). Si la dirección del momento magnético total de dicha partícula coincide con la dirección de movimiento del cabezal magnético, entonces su estado puede asociarse con un "0" lógico de los datos, si las direcciones son opuestas, - un "lógico". 1 ".
Sin embargo, si las regiones vecinas tienen la dirección opuesta de los momentos magnéticos, entonces los dominios ubicados en el borde entre ellos y que tocan los polos del mismo nombre se repelerán entre sí y eventualmente cambiarán las direcciones de sus momentos magnéticos de alguna manera impredecible con el fin de para tomar una posición energéticamente más estable ... Como resultado, en el borde de las dos regiones, se forma una zona de incertidumbre, lo que reduce el tamaño de la región que almacena el bit de información registrada y, en consecuencia, el nivel de la señal útil durante la lectura (Fig. 5.6). En este caso, el nivel de ruido, por supuesto, aumenta.
Los intentos de aumentar la densidad de grabación de la superficie disminuyendo el tamaño de partícula aumentarán la relación entre el tamaño de la zona de incertidumbre y el tamaño de la zona útil, no a favor de esta última y, al final, conducirán inevitablemente a la llamadoefecto superparamagnéticocuando las partículas van aestado de dominio únicoy ya no podrá fijar la información registrada, ya que los dominios vecinos con momentos magnéticos dirigidos de manera opuesta cambiarán su orientación inmediatamente después de la eliminación del campo magnético del cabezal de grabación. El material de la capa de grabación se magnetizará uniformemente en todo el volumen.
Así, debido a la presencia del superparamagnetismo, la tecnología de grabación longitudinal, habiendo alcanzado a mediados de la primera década XXI siglos del valor de la densidad de grabación de 120 Gbit por pulgada 2 , prácticamente ha agotado sus capacidades y ya no puede proporcionar un aumento significativo en la capacidad de los discos duros. Esto obligó a los desarrolladores a recurrir a otras tecnologías libres de este defecto.
Grabación perpendicular
La posibilidad de escritura perpendicular se basa en el hecho de que en películas delgadas que contienen cobalto, platino y algunas otras sustancias, los átomos de estas sustancias tienden a orientarse de tal manera que sus ejes magnéticos son perpendiculares a la superficie del soporte. Los dominios formados a partir de tales átomos también se encuentran perpendiculares a la superficie del portador.
La señal en el cabezal magnético de lectura se genera solo cuando cruza las líneas de fuerza del campo magnético del dominio, es decir, en el lugar donde estas líneas de fuerza son perpendiculares a la superficie del portador. Para un dominio ubicado paralelo a la superficie del portador, las líneas de fuerza del campo magnético son perpendiculares a la superficie solo en sus extremos, donde salen a la superficie (Fig. 5.7, a). Cuando la cabeza se mueve paralela al dominio y, por tanto, paralela a sus líneas de fuerza, no hay señal en ella. La reducción de la longitud del dominio, buscando aumentar la densidad de grabación, es posible solo hasta ciertos límites, hasta que el efecto superparamagnético comienza a mostrarse. Si los dominios están ubicados perpendiculares a la superficie del portador, entonces las líneas de fuerza de sus campos magnéticos siempre serán perpendiculares a la superficie y contendrán información (Fig. 5.7, b). No habrá ejecuciones "inactivas" debido a la longitud del dominio. Como no habrá superparamagnetismo, ya que los dominios con magnetización opuesta no se repelerán entre sí. Obviamente, se puede obtener una mayor densidad de grabación en un medio con magnetización perpendicular.
Un disco diseñado para grabación perpendicular requiere una tecnología de fabricación especial. La base de la placa se pule cuidadosamente y luego se aplica una capa niveladora de fosfato de níquel a su superficie mediante deposición al vacío. Cortar con un espesor de aproximadamente 10 micrones, lo que, en primer lugar, reduce la rugosidad de la superficie y, en segundo lugar, aumenta la adherencia a las capas posteriores (Fig.5.8).
A continuación, se aplica una capa de material magnético blando, que permite leer los datos de la capa de grabación, y la propia capa de grabación está hecha de un material con una orientación perpendicular de los dominios magnéticos. Cobalto (Co), platino ( Pt), paladio (Pd ), sus aleaciones entre sí y con cromo ( Cr ), así como estructuras multicapa formadas por películas delgadas de estos metales de varios átomos de espesor.
Se aplica una película protectora de vitrocerámica con un espesor del orden de centésimas de micra sobre la capa de grabación.
El registro de información en la capa de registro con magnetización perpendicular tiene sus propias peculiaridades. Para asegurar un nivel de señal aceptable y asegurar una buena relación señal / ruido, las líneas de fuerza del campo magnético generado por el cabezal de grabación deben, pasando a través de la capa de grabación, nuevamente cerca del núcleo del cabezal. Para ello sirve la subcapa magnética blanda, ubicada debajo de la registradora (Fig. 5.9).
Según las previsiones preliminares de los especialistas, la tecnología de grabación perpendicular permitirá realizar una densidad de grabación de hasta 500 Gbit / pulgada. 2 ... En este caso, la capacidad de una unidad de 3,5 pulgadas será de 2 TB, 2,5 pulgadas - 640 GB, 1 pulgada - 50 GB. Sin embargo, estos son solo pronósticos preliminares. Es posible que el límite superior sea de 1 Tbit / pulgada 2 y aun mas. El futuro lo dirá.
Tecnologías avanzadas de grabación magnética
La tecnología de grabación perpendicular se encuentra actualmente en desarrollo activo y todavía está lejos de los valores límite de la densidad de grabación. Sin embargo, este momento llegará algún día. Quizás incluso antes de lo que parece ahora. Por lo tanto, ya se está investigando para encontrar nuevas tecnologías de grabación magnética altamente eficientes.
Una de estas tecnologías es la grabación termomagnética.HAMR (grabación magnética asistida por calor), es decir. grabación con precalentamiento del soporte. Este método proporciona un calentamiento a corto plazo (1 picosegundo) del área del medio de grabación, en el que se realiza la grabación, mediante un rayo láser enfocado, al igual que en la grabación magnetoóptica.La diferencia entre las tecnologías se manifiesta en la forma en que se lee la información del disco. En las unidades magnetoópticas, la información se lee mediante un rayo láser que funciona a una potencia menor que durante la grabación, y durante la grabación termomagnética, la información se lee mediante un cabezal magnético de la misma forma que en un disco duro convencional.Y se prevé que la densidad de grabación aquí sea mucho mayor que en los formatos magnetoópticos. MD, CD - MO o DVD - MO - hasta 10 Tbps 2 ... Por lo tanto, aquí se necesitan otros materiales como medio de grabación. Actualmente, varios compuestos de platino, cobalto, neodimio, samario y algunos otros elementos se consideran como tales materiales: Fe 14 Nd 2 B, CoPt, FePt, Co 5 Sm, etc. Dichos materiales son muy costosos, tanto por el alto costo de los elementos de tierras raras incluidos en su composición como por la complejidad y el alto costo del proceso tecnológico para su producción y aplicación a la superficie de la base del portador previsto. El diseño del cabezal de lectura / escritura en tecnología HAMR también se supone que es bastante diferente que en la grabación magnetoóptica: el láser debe ubicarse en el mismo lado que el cabezal magnético, y no en el opuesto, como en los registradores magnetoópticos (Fig. 5.10). Se supone que el calentamiento debe realizarse hasta una temperatura de aproximadamente 100 grados Celsius, y no 180.
Otra dirección prometedora en el desarrollo de la grabación magnética es el uso de materiales como una capa de grabación en la que las partículas están dispuestas en una matriz de dominio claramente estructurada ( Medios con patrones de bits ). Con esta estructura, cada bit de información se almacenará en un solo dominio de celda y no en una matriz de 70-100 dominios (Fig. 5.11).
Dicho material puede crearse artificialmente mediante fotolitografía (figura 5.12) o puede encontrarse una aleación con una estructura autoorganizada adecuada.
Es poco probable que se desarrolle el primer método, ya que para obtener material que permita una densidad de grabación de al menos 1 Tbit / pulgada 2 , el tamaño de una partícula debe ser de 12,5 nm como máximo. Ni la tecnología de litografía existente, ni la tecnología de litografía planificada para los próximos 10 años, proporcionan esto. Aunque existen algunas soluciones bastante inteligentes para evitar descartar este enfoque.
Búsqueda de materiales magnéticos autoorganizados (SOMA - Matriz magnética autoordenada) Es una dirección muy prometedora. Desde hace varios años, Seagate ha señalado las características de una aleación de FePt evaporada en un disolvente de hexano. El material resultante tiene una estructura celular perfectamente lisa. El tamaño de una celda es de 2,4 nm. Teniendo en cuenta que cada dominio tiene una alta estabilidad, podemos hablar de la densidad de grabación aceptable al nivel de 40-50 Tbit / pulgada. 2 ! Parece que este es el límite máximo para grabar en soportes magnéticos.
S
Zonas de incertidumbre
Arroz. 5.6. Zonas de incertidumbre derivadas del registro longitudinal
Hay una señal
Sin señal
Arroz. 5.7. Medios paralelos (a)
y magnetización perpendicular (b)
Subcapa de material magnético blando
Base de disco (Al)
Capa de nivelación ( Cortar)
Capa de grabación con magnetización perpendicular
Capa protectora
Arroz. 5.8. Estructura de disco duro con perpendicular
magnetización
Capa de grabación magnética dura
Capa base magnéticamente suave
Arroz. 5.9. Grabación en material con una perpendicular
magnetización
Poste de grabación
Polo de retorno
Arroz. 5.10. Cabezal magneto-óptico DAÑAR
Arroz. 5.11. Microestructura de BPM: 1 - área correspondiente a un bit de información durante la grabación normal; 2 - matriz, cuyos límites coinciden con los límites de los dominios; 3: un dominio que es capaz de almacenar un bit de datos
Arroz. 5.12. Capa de registro obtenida por fotolitografía
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Disquetes(disquetes), a veces llamados disquetes (disquetes), son discos magnéticos encerrados en casetes de plástico cuadrados que miden 5,25 pulgadas (133 mm) o 3,5 pulgadas (89 mm). Los disquetes le permiten transferir documentos y programas de una computadora a otra, almacenar información, hacer copias de archivo de la información contenida en un disco duro.
La información de un disco magnético se escribe y lee mediante cabezales magnéticos a lo largo de pistas concéntricas. Al escribir o leer información, el disco magnético gira alrededor de su eje y la cabeza se lleva a la pista deseada mediante un mecanismo especial.
Los disquetes de 3,5 pulgadas tienen una capacidad de 1,44 MB. Este tipo de disquete es el más común en la actualidad.
A diferencia de los disquetes HDD le permite almacenar grandes cantidades de información. La capacidad de los discos duros en las computadoras modernas puede ser de terabytes.
IBM creó el primer disco duro en 1973. Permitió almacenar hasta 16 MB de información. Dado que este disco tenía 30 cilindros divididos en 30 sectores, se designó como 30/30. Por analogía con los rifles automáticos de calibre 30/30, este disco ha recibido el sobrenombre de "Winchester".
Un disco duro es una caja de hierro sellada que alberga uno o más discos magnéticos junto con un conjunto de cabezal de lectura / escritura y un motor eléctrico. Cuando se enciende la computadora, el motor eléctrico hace girar el disco magnético a una velocidad alta (varios miles de revoluciones por minuto) y el disco continúa girando mientras la computadora esté encendida. Por encima del disco, "flotan" cabezas magnéticas especiales, que escriben y leen información de la misma forma que en los disquetes. Las cabezas flotan sobre el disco debido a su alta velocidad de rotación. Si las cabezas tocaran el disco, la fuerza de fricción haría que el disco fallara rápidamente.
Los siguientes conceptos se utilizan cuando se trabaja con discos magnéticos.
Pista- un círculo concéntrico en un disco magnético, que es la base para registrar información.
Cilindro Es un conjunto de pistas magnéticas ubicadas una encima de la otra en todas las superficies de trabajo de los discos duros.
Sector- una sección de la pista magnética, que es una de las principales unidades de registro de información. Cada sector tiene su propio número.
Grupo- el elemento mínimo de un disco magnético, que es operado por el sistema operativo cuando se trabaja con discos. Cada grupo consta de varios sectores.
Cualquier disco magnético tiene una estructura lógica que incluye los siguientes elementos:
- sector de arranque;
- tablas de asignación de archivos;
- área de datos.
Sector de arranque(Boot Record) ocupa el sector número 0. Contiene un pequeño programa IPL2 (Initial Program Loading 2), con el cual la computadora determina la capacidad de arrancar el sistema operativo desde este disco.
Una característica del disco duro es la presencia, además del sector de arranque, de un área más: sector de arranque maestro(Registro de arranque principal). El punto es que un solo disco duro se puede dividir en varias unidades lógicas. El sector físico 1 siempre se asigna para el sector de arranque maestro en el disco duro, este sector contiene el programa IPL1 (Carga de programa inicial 1), que, cuando se ejecuta, determina el disco de arranque.
Tabla de asignación de archivos se utiliza para almacenar información sobre la ubicación de los archivos en el disco. Para los discos magnéticos se suelen utilizar dos copias de tablas, que se suceden una tras otra, y su contenido coincide completamente. Esto se hace en caso de que ocurra algún fallo en el disco, entonces el disco siempre se puede "reparar" utilizando una segunda copia de la tabla. Si ambas copias están dañadas, se perderá toda la información del disco.
Área de datos(Área de datos) ocupa la mayor parte del espacio en disco y sirve directamente para almacenar datos.
En HDD, se utilizan dos métodos de grabación principales: el método de modulación de frecuencia (FM) (Fig. 13.2) y el método de FM modificado. En el controlador (adaptador) de la disquetera, los datos se procesan en código binario y se transmiten a la disquetera en código secuencial.
Método de frecuencia la modulación es de doble frecuencia. Cuando se graba al comienzo del intervalo de reloj, la corriente se conmuta al MG y la dirección de la magnetización de la superficie cambia. La conmutación de la corriente de escritura marca el comienzo de los ciclos de escritura y se utiliza durante las lecturas para generar señales de sincronización. Por tanto, este método tiene la propiedad auto-sincronización... La escritura "1" y "0" se realiza en el medio del intervalo de reloj, y cuando se escribe "1" en el medio del intervalo de reloj, la corriente se invierte, y cuando se escribe "0", no. Al leer en los momentos de la mitad del intervalo de reloj, se determina la presencia de una señal de polaridad arbitraria. La presencia de una señal en este momento corresponde a "1", y la ausencia - a "0".
3. Formato para grabar información en un disquete
La organización de colocar información en un disquete asume la ubicación de los datos del usuario junto con la información de servicio necesaria para numerar áreas individuales, separarlas entre sí, para el control de la información, etc.
V 
Los discos duros utilizan formatos de información estándar para la unificación (generalización) de los discos duros y sus adaptadores. Cada pista de un disquete se divide en sectores. El tamaño del sector es la característica principal del formato y determina la menor cantidad de datos que se pueden escribir en una sola operación de E / S. Los formatos utilizados en la disquetera difieren en el número de sectores por pista y el volumen de un sector. El número máximo de sectores por pista lo determina el sistema operativo. Los sectores están separados entre sí por intervalos en los que no se registra información. El producto del número de pistas por el número de sectores y el número de caras de un disquete determina su capacidad de información.
Cada sector (Fig. 13.3) incluye dos áreas: un campo superior y un campo de datos. Servicio de información compone un identificador de sector para distinguirlo de otros.
Marcador de dirección es un código especial que se diferencia de los datos e indica el comienzo de un sector o campo de datos. Número de cabeza indica una de las dos MG ubicadas en los lados correspondientes del disquete. Número de sector es un código de sector lógico que puede no coincidir con su número físico. Longitud del sector indica el tamaño del campo de datos. Bytes de control están diseñados para controlar los errores de lectura.
Tiempo medio de acceso al disco en milisegundos se estima mediante la siguiente expresión:
t cf = (N-1) t 1/3 + t 2, (17.1)
donde N es el número de pistas en la superficie de trabajo del HDM; t 1 - tiempo de movimiento de MG de una pista a otra; t 2 es el tiempo de estabilización del sistema de posicionamiento.
4. Adaptadores para unidades de disquete
El adaptador de la unidad de disquete traduce los comandos provenientes de la BIOS ROM en señales eléctricas que controlan la unidad de disquete y también convierte el flujo de pulsos leídos desde el disquete MG en información percibida por la PC. Estructuralmente, el equipo electrónico del adaptador puede colocarse en la placa base de la PC o combinarse con el equipo de otros adaptadores en una placa separada de módulos de expansión. Es posible programar la longitud del registro de datos, la velocidad de la transición de pista a pista, el tiempo de carga y descarga de la MG, así como la transmisión de datos en el modo DMA o interrupción.
Una de las opciones para construir un diagrama estructural del adaptador de la unidad de disquete se muestra en la Fig. 13.4.
El decodificador de direcciones reconoce las direcciones base de los registros accesibles por software del adaptador. Para la CPU, el adaptador HDD está disponible mediante programación a través del registro de control y dos puertos del controlador HDD: el registro de estado y el registro de datos. Los valores de los bits individuales del registro de control determinan la elección de la unidad de disquete, el reinicio del controlador, el arranque del motor, la habilitación de interrupciones y el RAP.
O 
El bloque funcional principal del adaptador de la unidad de disquete es el controlador de la unidad de disquete, que generalmente se implementa estructuralmente en forma de LSI (circuitos integrados 8272 Intel, 765 NEC, etc.). Este controlador proporciona control sobre las operaciones de la disquetera y determina las condiciones de intercambio con el procesador central. Funcionalmente, el controlador está subordinado a la CPU y es programado por ella. El controlador tiene un registro de estado y un registro de datos en el que se almacenan datos, comandos y parámetros sobre el estado de la disquetera. Al escribir, el registro de datos se utiliza como un búfer al que se alimentan los datos del procesador byte a byte. El controlador recibe datos del registro y los convierte en un código de serie utilizado en el método de registro de frecuencia.
El controlador de la unidad de disquete realiza lo siguiente conjunto de comandos: posicionamiento, formateo, lectura, escritura, comprobación del estado de la disquetera, etc. Cada comando se ejecuta en tres fases: preparatoria, ejecución y final. V frase preparatoria La CPU envía bytes de control al controlador, que incluyen el código de operación y los parámetros necesarios para ejecutar el código de operación. Basado en esta información en fase de ejecución el controlador realiza las acciones especificadas por el comando. En la fase final, el contenido de los registros de estado se lee a través del registro de datos, que almacena información sobre el resultado de la ejecución del comando y el estado de la disquetera. Las condiciones para completar la operación se pasan a la CPU.
Cuadro 13.1
El propósito de las señales de la interfaz de la disquetera.
|
Designación de la señal |
Asignación de señales |
Dirección |
|
Índice / Sector | ||
|
Selección de unidad 0 | ||
|
Selección de unidad 1 | ||
|
Encendido del motor | ||
|
Dirección de paso | ||
|
Grabando datos | ||
|
Resolución de grabación | ||
|
Pista 00 | ||
|
Datos reproducidos | ||
|
Selección de superficie | ||
|
Listo para conducir |
El control de intercambio entre la CPU y el adaptador de la unidad de disquete se realiza mediante el circuito de interfaz con el bus del sistema. El generador de datos bidireccional coincide con los parámetros eléctricos del bus de datos del sistema y el bus interno del adaptador. El intercambio de información entre el adaptador y la CPU tiene lugar en dos modos: RAP e interrumpe. El controlador incluido en el sistema operativo proporciona soporte de software para el adaptador.
La interfaz entre la unidad de disquete y el adaptador de la unidad de disquete está acoplada con un cable flexible. Todas las señales de la interfaz HDD tienen un nivel TTL estándar (Tabla 13.1).
Las unidades de disco duro combinan un medio (s), un lector / escritor y una interfaz llamada controlador de disco duro en un solo gabinete. Un diseño típico de un disco duro es la ejecución en forma de un dispositivo: una cámara, dentro de la cual hay uno o más discos montados en un eje y un bloque de cabezales de lectura / escritura con su mecanismo de accionamiento común (Figura 1). . Junto a la cámara de medios y cabezales están los circuitos de control de cabeza y disco y la parte de interfaz. La tarjeta de interfaz del dispositivo contiene la interfaz del dispositivo de disco, y el controlador con su interfaz se encuentra en el propio dispositivo. Los circuitos de accionamiento se conectan al adaptador de interfaz mediante un conjunto de bucles.
Figura 1. Disposición del disco duro
La información se registra en pistas concéntricas, distribuidas uniformemente por todo el medio. En el caso de más de un disco, el número de medios, todas las pistas una debajo de la otra se denomina cilindro. Las operaciones de lectura / escritura se realizan en sucesión sobre todas las pistas del cilindro, después de lo cual los cabezales se mueven a una nueva posición.
La cámara sellada protege los medios no solo de la penetración de partículas de polvo mecánicas, sino también de los efectos de los campos electromagnéticos. La cámara no está completamente sellada como se conecta a la atmósfera circundante mediante un filtro especial que iguala la presión dentro y fuera de la cámara. El aire dentro de la cámara está lo más libre de polvo posible. Incluso las partículas más pequeñas pueden dañar el revestimiento magnético de los discos y provocar la pérdida de datos y funcionalidad del dispositivo.
Los discos giran continuamente a velocidades de soporte de 4500 a 10,000 rpm para altas velocidades de lectura / escritura. Por el tamaño del diámetro del medio, los discos de 5,25,3,14,2,3 pulgadas se producen con mayor frecuencia.
Actualmente, los motores paso a paso y lineales más utilizados para los mecanismos de posicionamiento y los mecanismos para cabezas móviles en general.
En sistemas con un mecanismo paso a paso y un motor, los cabezales se mueven una cierta cantidad correspondiente a la distancia entre las pistas. La discreción de los pasos depende de las características del motor paso a paso o se establece mediante servo-marcas en el disco, que pueden ser de naturaleza magnética u óptica.
En los sistemas con accionamiento lineal, los cabezales son movidos por un electroimán, y para determinar la posición requerida, se utilizan señales de servicio especiales, registradas en el medio durante su producción y leídas durante el posicionamiento de los cabezales. Muchos dispositivos utilizan una superficie completa y un cabezal dedicado o sensor óptico para las señales de servo.
Los accionamientos lineales mueven las cabezas mucho más rápido que los accionamientos paso a paso, y también permiten pequeños movimientos radiales "dentro" de la pista, lo que hace posible seguir el centro de la circunferencia de la servo pista. Esto logra la mejor posición del cabezal para la lectura de cada pista, lo que aumenta significativamente la confiabilidad de los datos leídos y elimina la necesidad de procedimientos de corrección que consumen mucho tiempo. Por lo general, todos los dispositivos de transmisión lineal tienen un mecanismo automático de estacionamiento del cabezal de lectura / escritura cuando el dispositivo está apagado.
Principios de la grabación en disco duro magnético
El principio de grabación magnética de señales eléctricas en un medio magnético en movimiento se basa en el fenómeno de magnetización remanente de materiales magnéticos. El registro y almacenamiento de información en un medio magnético se lleva a cabo convirtiendo las señales eléctricas en los correspondientes cambios del campo magnético, afectándolo sobre el medio magnético y conservando durante mucho tiempo las huellas de estos efectos en el material magnético, debido al fenómeno. de magnetismo residual. La reproducción de señales eléctricas se realiza mediante conversión inversa. El sistema de grabación magnética consta de un medio de grabación y cabezales magnéticos que interactúan con él (Figura 2).
Figura 2. El principio de grabación y lectura de información de un medio magnético.
Con la grabación magnética digital, se suministra una corriente al cabezal magnético, en la que el campo de grabación cambia su dirección a la opuesta a intervalos regulares. Como resultado, bajo la acción del campo disperso del cabezal magnético, se produce la magnetización o inversión de magnetización de secciones individuales del portador magnético en movimiento.
Con un cambio periódico en la dirección del campo de grabación en la capa de trabajo del soporte, surge una cadena de secciones con la dirección opuesta de magnetización, que están en contacto entre sí con los mismos polos. El tipo de registro considerado, cuando las secciones de la capa de trabajo del soporte se remagnetizan a lo largo de su movimiento, se denomina registro longitudinal (Figura 3).
Las áreas alternas con diferentes direcciones de magnetización, que han surgido en el revestimiento magnético, son dominios magnéticos (celdas de bits). Cuanto menor sea el tamaño de la celda, mayor será la densidad de grabación de información. Sin embargo, con una disminución en el tamaño de la celda, aumenta la influencia mutua de sus campos desmagnetizantes, dirigidos en la dirección opuesta a la magnetización en las celdas, lo que, cuando la celda de bits disminuye por debajo del valor crítico, conduce a una desmagnetización espontánea.
Figura 3. Secuencia de secciones con dirección opuesta de magnetización
Para la grabación magnética, se utilizan medios en forma de placas magnéticas (discos). Las obleas se fabrican pulverizando múltiples películas metálicas y una capa protectora sobre un sustrato de aluminio o vidrio muy plano y sin defectos. La información se organiza en círculos concéntricos llamados pistas (Figura 4). En las unidades de disco duro modernas, la densidad de pistas alcanza 4,3 * 104 pistas por centímetro del radio de la placa.
Figura 4. Colocación de pistas en la superficie del disco