Головна / Інтернет / Зовнішні запам'ятовуючі пристрої. Підготовка вінчестера до роботи

Зовнішні запам'ятовуючі пристрої. Підготовка вінчестера до роботи

Комунікація, зв'язок, радіоелектроніка та цифрові прилади

Домени магнітних матеріалів використовуваних в поздовжньої записи розташовуються паралельно поверхні носія. Цей ефект і використовується при запису цифрових даних магнітним полем головки постійно змінюваних відповідно до сигналом інформації. Спроби збільшити поверхневу щільність запису шляхом зменшення розмірів частинок будуть збільшувати відношення розміру зони невизначеності до розміру корисної зони не на користь останньої і в кінці кінців неминуче приведуть до так званого суперпарамагнітна ефекту коли частинки перейдуть в однодоменних ...

Технології записи на магнітні диски

поздовжній запис

Перші зразки жорстких дисків, що з'явилися в 70-х роках ХХ століття, використовували технологію поздовжньої запису інформації. Для цього поверхню диска, так само, як і поверхня магнітної стрічки, покривалася шаром двоокису хромуCrO 2 або оксидом заліза, що забезпечує поздовжню намагніченість реєструючого шару. Коерцитивна сила такого носіяH c \u003d 28 кА / м.

Технологія нанесення оксидного шару досить складна. Спочатку на поверхню швидко обертового алюмінієвого диска методом напилення наноситься суспензія із суміші порошку оксиду заліза і розплавленого полімеру. За рахунок дії відцентрових сил вона рівномірно розподіляється по поверхні диска від його центру до країв. Після полімеризації розчину поверхню шліфується, і на неї наноситься ще один шар чистого полімеру, який володіє достатньою міцністю і низьким коефіцієнтом тертя. Потім диск остаточно полірується. Диски накопичувачів такого типу мають коричневий або жовтий колір.

Як відомо, магнітні матеріали мають доменну структуру, тобто складаються їх окремих мікроскопічних областей -доменів , Всередині яких магнітні моменти всіх атомів спрямовані в одну сторону. В результаті кожен такий домен має досить великий сумарний магнітний момент. Домени магнітних матеріалів, використовуваних в поздовжньої записи, розташовуються паралельно поверхні носія. Якщо на магнітний матеріал не впливає зовнішнє магнітне поле, орієнтація магнітних моментів окремих доменів має хаотичний характер і будь-яке їх напрямок равновероятно. Якщо ж такий матеріал помістити в зовнішнє магнітне поле, то магнітні моменти доменів будуть прагнути зорієнтуватися в напрямку, що збігається з напрямком зовнішнього магнітного поля. Цей ефект і використовується при запису цифрових даних магнітним полем головки, що змінюються відповідно до сигналом інформації.

Мінімальним елементом (осередком) пам'яті магнітного реєструючого шару, здатним зберігати один біт інформації, є не окремий домен, а частка (область), що складається з декількох десятків доменів (70-100). Якщо напрямок сумарного магнітного моменту такої частки збігається з напрямком руху магнітної головки, то такий її стан можна порівняти логічного «0» даних, якщо напрямки протилежні, логічної «1».

Однак якщо сусідні області мають протилежний зміст магнітних моментів, то домени, розташовані на кордоні між ними і дотичні однойменними полюсами, будуть відштовхуватися один від одного і в кінці кінців змінять напрямки своїх магнітних моментів якимось непередбачуваним чином з тим щоб прийняти енергетично більш стійке положення . В результаті на кордоні двох областей утворюється зона невизначеності, яка зменшує розміри області, що зберігає біт записаної інформації і, відповідно, рівень корисного сигналу при зчитуванні (рис. 5.6). Рівень шумів при цьому, зрозуміло, збільшується.

Спроби збільшити поверхневу щільність запису шляхом зменшення розмірів частинок будуть збільшувати відношення розміру зони невизначеності до розміру корисної зони не на користь останньої і, врешті-решт, неминуче приведуть до так званогосуперпарамагнітна ефекту, Коли частки перейдуть воднодоменних стан і будуть вже не здатні фіксувати записувану інформацію, оскільки сусідні домени з протилежно спрямованими магнітними моментами будуть змінювати свою орієнтацію відразу ж після видалення магнітного поля записуючої головки. Матеріал реєструючого шару перетвориться в рівномірно намагнічений по всьому об'єму.

Таким чином, через наявність суперпарамагнетизм технологія поздовжньої записи, досягнувши до середини першого десятиліттяXXI століття величини щільності запису в 120 Гбіт на дюйм2 , Практично вичерпала свої можливості і вже не в змозі забезпечувати істотне підвищення ємності накопичувачів на жорстких дисках. Це змусило розробників звернутися до інших технологій, вільним від цього недоліку.

перпендикулярна запис

Можливість перпендикулярного запису заснована на тому, що в тонких плівках, що містять кобальт, платину і деякі інші речовини, атоми цих речовин прагнуть орієнтуватися таким чином, що їх магнітні осі виявляються перпендикулярними поверхні носія. Домени, сформовані з таких атомів, також розташовуються перпендикулярно поверхні носія.

Сигнал в зчитує магнітної голівці формується тільки тоді, коли вона перетинає силові лінії магнітного поля домена, тобто в тому місці, де ці силові лінії перпендикулярні поверхні носія. У домену, розташованого паралельно поверхні носія, силові лінії магнітного поля перпендикулярні поверхні тільки у його кінців, там, де вони виходять на поверхню (рис. 5.7, а). Коли головка переміщається паралельно домену і, отже, паралельно його силових ліній сигнал в ній відсутня. Зменшувати довжину домена, прагнучи підвищити щільність запису, можна тільки до певних меж - поки не почне позначатися суперпарамагнітна ефект. Якщо ж домени розташовуються перпендикулярно поверхні носія, то силові лінії їх магнітних полів завжди будуть перпендикулярні поверхні і будуть містити в собі інформацію (рис. 5.7, б). «Холостих» пробігів, обумовлених довжиною домена, тут вже не буде. Як не буде і суперпарамагнетизм, оскільки домени з протилежного намагніченістю НЕ будуть відштовхуватися один від одного. Очевидно, що щільність запису на носії з перпендикулярної намагниченностью можна отримати більш високу.

Диск, призначений для перпендикулярного запису, вимагає особливої \u200b\u200bтехнології виготовлення. Основа пластини ретельно полірується, а потім методом вакуумного напилення на її поверхню наноситься вирівнюючий шар фосфату нікелюNiP товщиною близько 10 мкм, який, по-перше, зменшує шорсткість поверхні, по-друге, збільшує адгезію до подальших верствам (рис. 5.8).

Далі наноситься шар магнітомягкого матеріалу, що забезпечує можливість зчитування даних з реєструючого шару, і сам реєструючий шар з матеріалу з перпендикулярної орієнтацією магнітних доменів. Як реєструючого шару може використовуватися кобальт (Со), платина (Pt), паладій (Pd ), Їх сплави один з одним і з хромом (Cr ), А також багатошарові структури, що складаються з тонких плівок цих металів товщиною в кілька атомів.

Поверх реєструючого шару наноситься захисна плівка з склокераміки, товщиною близько сотої частки мікрона.

Запис інформації на реєструючий шар з перпендикулярної намагниченностью має свої особливості. Для того щоб забезпечити прийнятний рівень сигналу і забезпечити гарне ставлення сигнал / шум, силові лінії магнітного поля, що формується головкою запису, повинні, проходячи через реєструючий шар, знову замикатися на сердечник головки. Для цього і служить магнитомягкий подслой, розташований нижче реєструючого (рис. 5.9).

За попередніми прогнозами фахівців технологія перпендикулярного запису дозволить реалізувати щільність запису до 500 Гбіт / дюйм2 . При цьому ємність 3,5-дюймового накопичувача складе 2 Тбайта, 2,5-дюймового - 640 Гбайт, 1-дюймового - 50 Гбайт. Однак це тільки попередні прогнози. Не виключено, що верхньою межею виявиться величина в 1 Тбіт / дюйм2 і навіть більше. Майбутнє покаже.

Перспективні технології магнітного запису

Технологія перпендикулярного запису в даний час знаходиться в стадії активного розвитку і до граничних значень щільності запису тут поки ще далеко. Однак цей момент коли-небудь все-таки настане. Може бути навіть раніше, ніж зараз представляється. Тому дослідження в напрямку пошуку нових високоефективних технологій магнітного запису ведуться вже зараз.

Однією з таких технологій є термомагнітна записHAMR (Heat Assisted Magnetic Recording), Тобто запис з попереднім нагріванням носія. Цей метод передбачає короткочасний (1 пікосекунди) нагрів ділянки носія, на який проводиться запис, сфокусованим променем лазера - так само, як в магнитооптической записи.Різниця між технологіями проявляється в способі читання інформації з диска. У магнітооптичних приводах інформація зчитується променем лазера, що працює на меншій, ніж при записі, потужності, а при термомагнитной записи інформація зчитується магнітної голівкою так само, як зі звичайного жорсткого диска.Та й щільність запису тут планується отримати набагато вищу, ніж в магнітооптичних форматахMD, CD - MO або DVD - MO - до 10 Тбіт / дюйм 2 . Тому в якості реєструючого середовища тут необхідні інші матеріали. Зараз в якості таких матеріалів розглядаються різні сполуки платини, кобальту, неодиму, самарію і деяких інших елементів: Fe14 Nd 2 B, CoPt, FePt, Co 5 Sm тощо. Такі матеріали дуже дорогі - як через дорожнечу входять до їх складу рідкоземельних елементів, так і з-за складність і дорожнечу технологічного процесу з їх отримання і нанесення на поверхню основи передбачуваного носія. Конструкція головки запису / зчитування в технологіїHAMR також передбачається зовсім інша, ніж в магнитооптической записи: лазер повинен розташовуватися з того ж боку, що і магнітна головка, а не з протилежного, як в магнітооптичних рекордерах (рис. 5.10). Нагрівання передбачається виробляти до температури близько 100 градусів Цельсія, а не 180.

Ще одним перспективним напрямком розвитку магнітного запису є використання в якості реєструючого шару матеріалів, частки в яких збудовані в чітко структурований доменний масив (Bit Patterned Media ). При такій структурі кожен біт інформації буде зберігається всього в одній комірці-домені, а не в масиві з 70-100 доменів (рис. 5.11).

Такий матеріал можна або створити штучно за допомогою фотолітографії (рис. 5.12), або знайти сплав з відповідною самоорганізується структурою.

Перший метод навряд чи отримає розвиток, оскільки для отримання матеріалу, що допускає щільність запису хоча б 1 Тбіт / дюйм2 , Розмір однієї частки повинен скласти максимум 12,5 нм. Ні існуюча, ні планована в найближчі 10 років технологія літографії цього не забезпечує. Хоча є досить хитромудрі рішення, що дозволяють не скидати з рахунків даний підхід.

Пошук самоорганізованих магнітних матеріалів (SOMA - Self-Ordered Magnetic Array) Вельми перспективний напрям. Уже кілька років фахівці компанії Seagate вказують на особливості сплаву FePt, випарює в гексаново розчиннику. Отриманий матеріал має ідеально рівну комірчастуструктуру. Розмір одного осередку 2,4 нм. Якщо врахувати, що кожен домен має високу стабільність, можна говорити про допустимій щільності запису на рівні 40-50 Тбіт / дюйм2 ! Схоже, це і є остаточний межа записи на магнітні носії.

зони невизначеності

Мал. 5.6. Зони невизначеності, що виникають при поздовжньої записи

сигнал є

сигналу немає

Мал. 5.7. Носії з паралельної (а)

і перпендикулярній (б) намагніченістю

Подслой з магнітомягкого матеріалу

Основа диска (Al)

Вирівнюючий шар (NiP)

Реєструючий шар з перпендикулярної намагниченностью

Захисний шар

Мал. 5.8. Структура жорсткого диска з перпендикулярної

намагниченностью

Магнітотверді реєструючий шар

магнитомягкий подслой

Мал. 5.9. Запис на матеріал з перпендикулярної

намагниченностью

записує полюс

Повернення-ний полюс полюс

Мал. 5.10. Магнітооптична головкаHARM

Мал. 5.11. Мікроструктура ВРМ: 1 - область, що відповідає одному біту інформації при звичайній запису; 2 - масив, межі якого збігаються з межами доменів; 3 - домен, який здатний зберігати один біт даних

Мал. 5.12. Реєструючий шар, отриманий за допомогою фотолітографії

А також інші роботи, які можуть Вас зацікавити
41835.		ЛОГІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ І СХЕМИ	238.57 KB
	Дана робота присвячена вивченню найпростіших комбінаційних логічних пристроїв реалізують логічні функції складання множення і заперечення. В результаті функції відображають інформацію приймають в кожен момент часу тільки значення 0 або 1. Такі функції називають логічними а сигнали вхідні і вихідні змінні двійковими бінарними. Розглядаючи вхідні сигнали х1 х2 хп в якості аргументів можна відповідні вихідні сигнали представляти в вигляді функції уi \u003d fх0 х1 х2 хп за допомогою ...
41836.		Вивчення і аналіз конструкцій зчеплень транспортних автомобілів	78.68 KB
	Контрольні питання дайте класифікацію зчеплень призначення пристрій і принцип роботи фрикційного однодискового гідравлічного і електромагнітного зчеплень конструктивні особливості різних видів зчеплень їх переваги та недоліки вживані матеріали для виготовлення елементів і вузлів зчеплень які приводи використовуються для управління зчепленням опишіть їх пристрій і дайте їм характеристику опишіть пристрій і роботу відцентрового зчеплення які існують способи передачі крутного моменту від маховика двигуна до ...
41837.		Розробка комплекту конструкторської документації на кодовий замок	763 KB
	Найбільш цікавими для обивателя є, правда, інші замки, що встановлюються прямо в дверне полотно. Вони мають величезний плюс - їм не потрібна замкова щілина, а значить, сторонній спостерігач просто не знатиме про його присутності
41838.		Система харчування дизельних двигунів	177.92 KB
	Миколаєва Лабораторна робота № 9 Система харчування дизельного двигуна Зробив студент групи 2151 Гуськов к.е. Система харчування дизельних двигунів Загальна інформація При роботі дизельного двигуна в його циліндри всмоктується зовнішнє повітря який стискається до високого тиску. Система подачі повітря Головними особливостями конструкції впускного повітряного тракту розглянутого в цьому Посібнику дизельного двигуна є використання в ньому турбокомпресора що приводиться в обертання потоком відпрацьованих газів і відсутність ...
41839.		Створення звітів і екранних форм в середовищі MS Access	171.48 KB
	Вид звіту представлений на рисунку 1.01 Ідентифікаційний код Прізвище Ім'я По батькові Телефон Група прізвищ починаються на букву А 1545678990 Архипов Сергій Іванович немає Кількість в групі 1 Група прізвищ починаються на букву Б 2314743296 Бородулін Андрій Васильович 271412 1955443781 Безродний Володимир Михайлович 323214 2055894321 Бронзов Станіслав Іванович 231070 Кількість в групі 3 Група прізвищ починаються на букву К ...
41840.		Дослідження конструкції системи опалення пасажирського вагона	588.5 KB
	Мета заняття: Дослідити конструкцію основних елементів системи опалення пасажирського вагона. Котел системи опалення. Схеми систем опалення.
41841.		Пошук інформації в мережі Internet	344.59 KB
	На додаток до цього існує ряд альтернативних засобів пошуку здатних вам стати в нагоді включаючи утиліти які працюючи спільно з браузером добувають інформацію з Web і так звані експертні вузли де з вашими запитами працюють живі люди. Пошукові машини і каталоги При всьому достатку методів пошуку в Internet найбільш поширеними засобами знаходження інформації як і раніше залишаються пошукові машини і каталоги. Пошукові машини це комплекс спеціальних програм для пошуку в мережі. Зберігає посилання на сторінки словник ...
41842.		Основні характеристики і випробування інтегральних перетворювачів кодів (дешифратора, шифратора, демультиплексор і мультиплексора)	457.22 KB
	На одному з m виходів дешифратора з'являється логічна 1 а саме на тому номер якого відповідає поданим на вхід двійкового коду. На всіх інших виходах дешифратора вихідні сигнали дорівнюють нулю. Умовне зображення дешифратора 4х16 читаного чотири в шістнадцять на схемах дано на рис.
41843.		Вивчення і аналіз конструкцій коробок передач транспортних автомобілів	81.94 KB
	Контрольні питання дайте класифікацію коробок передач призначення пристрій і принцип роботи двох і трехвальной механічної коробки передач пристрій і робота гидромеханической коробки передач конструктивні особливості різних видів коробок передач їх переваги та недоліки вживані матеріали для виготовлення елементів і вузлів коробок передач призначення пристрій і робота синхронізаторів автомобілів ВАЗ і ЗіЛ яким чином запобігають довільне виключення передач яким чином запобігають ...

магнітні диски комп'ютера служать для тривалого зберігання інформації (вона не стирається при виключенні ЕОМ). При цьому в процесі роботи дані можуть вилучатися, а інші записуватися.

Виділяють жорсткі і гнучкі магнітні диски. Однак гнучкі диски в даний час використовуються вже дуже рідко. Гнучкі диски були особливо популярні в 80-90-х роках минулого століття.

гнучкі диски (Дискети), які називають флоппі-дисками (Floppy Disk), являють собою магнітні диски, укладені в квадратні пластикові касети розміром 5,25 дюйма (133 мм) або 3,5 дюйма (89 мм). Гнучкі диски дозволяють переносити документи і програми з одного комп'ютера на інший, зберігати інформацію, робити архівні копії інформації, що міститься на жорсткому диску.

Інформація на магнітний диск записується і зчитується магнітними головками уздовж концентричних доріжок. При записи або читанні інформації магнітний диск обертається навколо своєї осі, а головка за допомогою спеціального механізму підводиться до потрібної доріжки.

Дискети розміром 3,5 дюйма мають ємність 1,44 Мбайт. Даний вид дискет найбільш поширений в даний час.

На відміну від гнучких дисків жорсткий диск дозволяє зберігати великі обсяги інформації. Ємність жорстких дисків сучасних комп'ютерів може становити терабайти.

Перший жорсткий диск був створений фірмою IBM в 1973 році. Він дозволяв зберігати до 16 Мбайт інформації. Оскільки цей диск мав 30 циліндрів, розбитих на 30 секторів, то він позначався як 30/30. За аналогією з автоматичними гвинтівками, що мають калібр 30/30, цей диск отримав прізвисько "вінчестер".

Жорсткий диск являє собою герметичну залізну коробку, всередині якої знаходиться один або кілька магнітних дисків разом з блоком головок читання / запису і електродвигуном. При включенні комп'ютера електродвигун розкручує магнітний диск до високої швидкості (кілька тисяч обертів на хвилину) і диск продовжує обертатися весь час, поки комп'ютер включений. Над диском "парять" спеціальні магнітні головки, які записують і зчитують інформацію так само, як і на гнучких дисках. Головки парять над диском внаслідок його високої швидкості обертання. Якби головки стосувалися диска, то через сили тертя диск швидко вийшов би з ладу.

При роботі з магнітними дисками використовуються такі поняття.

доріжка - концентрична окружність на магнітному диску, яка є основою для запису інформації.

циліндр - це сукупність магнітних доріжок, розташованих один над одним на всіх робочих поверхнях дисків вінчестера.

сектор - ділянку магнітної доріжки, який є однією з основних одиниць записи інформації. Кожен сектор має свій власний номер.

кластер - мінімальний елемент магнітного диска, яким оперує операційна система при роботі з дисками. Кожен кластер складається з декількох секторів.

Будь-магнітний диск має логічну структуру, яка включає в себе наступні елементи:

завантажувальний сектор;
таблиці розміщення файлів;
область даних.

завантажувальний сектор (Boot Record) займає сектор з номером 0. У ньому міститься невелика програма IPL2 (Initial Program Loading 2), за допомогою якої комп'ютер визначає можливість завантажити операційну систему з даного диска.

Особливістю вінчестера є наявність крім завантажувального сектора ще однієї області - головного завантажувального сектора (Master Boot Record). Справа в тому, що єдиний жорсткий диск може бути розбитий на кілька логічних дисків. Для головного завантажувального сектора на жорсткому диску завжди виділяється фізичний сектор 1. Цей сектор містить програму IPL1 (Initial Program Loading 1), яка при своєму виконанні визначає завантажувальний диск.

Таблиця розміщення файлів використовується для зберігання відомостей про розміщення файлів на диску. Для магнітних дисків зазвичай використовуються дві копії таблиць, які слід одна за одною, і вміст їх повністю збігається. Це робиться на той випадок, якщо на диску відбулися якісь збої, то диск завжди можна "відремонтувати", використовуючи другу копію таблиці. Якщо будуть зіпсовані обидві копії, то вся інформація на диску буде втрачена.

область даних (Data Area) займає основну частину дискового простору і служить безпосередньо для зберігання даних.

У XIX столітті була винайдена магнітний запис. Спочатку вона використовувалася лише для зберігання звуку.

На ЕОМ першого і другого поколінь магнітна стрічка використовувалася як єдиний вид змінного носія для пристроїв зовнішньої пам'яті. На одну котушку з магнітною стрічкою містилося приблизно 500 Кб інформації.

З початку 1960-х років з'являються магнітні диски: алюмінієві або пластмасові диски, покриті тонким магнітним порошковим шаром товщиною в кілька мікрон. Інформація на диску розташовується по кругових концентричних доріжках.

Пристрій, який забезпечує запис / зчитування інформації, називається накопичувачем інформації або дисководом. Магнітні диски бувають жорсткими і гнучкими, змінними і вбудованими в дисковод комп'ютера (традиційно називаються вінчестерами).

Магнітний принцип запису та зчитування інформації

У накопичувачах на гнучких магнітних дисках (НГМД) і накопичувачах на жорстких магнітних дисках (НЖМД), або вінчестерах, в основу записи інформації покладено намагнічування феромагнетиків в магнітному полі, Зберігання інформації грунтується на збереженні намагніченості, а зчитування інформації базується на явищі електромагнітної індукції.

В процесі запису інформації на гнучкі і жорсткі магнітні диски головка дисковода з сердечником з магнітомягкого матеріалу (мала залишкова намагніченість) переміщається уздовж магнітного шару магнітожорстких носія (велика залишкова намагніченість). На магнітну головку надходять послідовності електричних імпульсів (послідовності логічних одиниць і нулів), які створюють в головці магнітне поле. В результаті послідовно намагнічуються (логічна одиниця) або НЕ намагнічуються (логічний нуль) елементи поверхні носія. При зчитуванні інформації при русі магнітної головки над поверхнею носія намагнічені ділянки носія викликають в ній імпульси струму (явище електромагнітної індукції). Послідовності таких імпульсів передаються по магістралі в оперативну пам'ять комп'ютера.

За відсутності сильних магнітних полів і високих температур елементи носія можуть зберігати свою намагніченість протягом довгого часу (років і десятиліть).

Гнучкі магнітні диски

Персональні комп'ютери до недавнього часу комплектувалися накопичувачем на гнучких магнітних дисках (НГМД), який в прайс-листах називається FDD - Floppy Disk Drive (дисковод для флоппі-дисків). Самі флоппі-диски називають дискетами. Найбільш поширений тип гнучкого диска діаметром 3,5 дюйма (89 мм) вміщує 1,44 Мб інформації.

Сам 3.5-дюймовий гнучкий диск з нанесеним на нього магнітним шаром укладений в жорсткий пластмасовий конверт, який оберігає дискету від механічних пошкоджень і пилу.

Для доступу магнітних головок читання-запису до дискеті в її пластмасовому корпусі є проріз, яка закривається металевою засувкою. Засувка автоматично відсувається при установці дискети в дисковод.

У центрі дискети є пристосування для захоплення і забезпечення обертання диска всередині пластмасового корпусу. Дискета вставляється в дисковод, який обертає її з постійною кутовою швидкістю. При цьому магнітна головка дисковода встановлюється на певну концентричну доріжку диска (трек), на яку і робиться запис або з якої виробляється зчитування інформації.

Про бе боку дискети покриті магнітним шаром і на кожній стороні є по 80 концентричних доріжок (треків) для запису даних. Кожна доріжка розбита на 18 секторів, і в кожен сектор можна записати блок даних розміром 512 байт.

При виконанні операцій читання або запису дискета обертається в дисководі, а головки читання-запису встановлюються на потрібну доріжку і отримують доступ до зазначеного сектору.

Швидкість запису і зчитування інформації становить близько 50 Кбайт / с. Дискета обертається в дисководі зі швидкістю 360 оборотів / хв.

З метою збереження інформації гнучкі магнітні диски необхідно оберігати від впливу сильних магнітних полів і нагрівання, так як такі фізичні впливу можуть призвести до розмагнічування носія і втрати інформації.

Гнучкі диски в даний час виходять з ужитку.

Жорсткі магнітні диски

Накопичувач на жорсткому магнітному диску (НЖМД) або, як його частіше називають, вінчестер або жорсткий диск ( Hard Disk), Є основним місцем зберігання даних в персональному комп'ютері. У прайс-листах вінчестери вказуються як НDD - Hard Disk Drive(Дисковод жорсткого диска).

Походження назви "вінчестер" має дві версії. Згідно з першою, фірма IВM розробила накопичувач на жорсткому диску, на кожній зі сторін якого вміщувалося по 30 Мбайт інформації, і який мав кодову назву 3030. Народна легенда розповідає, що гвинтівка типу «Вінчестер 3030» завоювала Захід. Такі ж наміри були і у розробників пристрою.

За іншою версією, назва пристрою походить від назви міста Вінчестер в Англії, де в лабораторії IBM була розроблена технологія виготовлення плаваючою головки для жорстких дисків. Виготовлена \u200b\u200bза цією технологією головка читання-запису завдяки своїм аеродинамічним властивостям як би пливе в потоці повітря, який утворюється при швидкому обертанні диска.

вінчестер являє собою один або кілька жорстких (алюмінієвих, керамічних або скляних) дисків, розміщених на одній осі, покритих магнітним матеріалом, які разом з головками читання-запису, електронікою і всієї механікою, необхідної для обертання дисків і позиціонування головок укладені в нерозбірний герметичний корпус.

Укріплення на шпинделі електродвигуна, диски обертаються з високою швидкістю (7 200 оборотів в хвилину), а інформація читається / записується магнітними головками, кількість яких відповідає числу поверхонь, використовуваних для зберігання інформації.

Швидкість запису і зчитування інформації з жорстких дисків досить велика - може досягати 300 Мбайт / с.

Ємність сучасних жорстких дисків (на листопад 2010 р) досягає 3 000 ГБ (3 Терабайт).

Існують переносні вінчестери - вони встановлюються не всередині системного блоку, а підключаються до комп'ютера через паралельний порт або через порт USB.

У жорстких дисках використовуються досить крихкі і мініатюрні елементи (пластини носіїв, магнітні головки та ін.), Тому з метою збереження інформації і працездатності жорсткі диски необхідно оберігати від ударів і різких змін просторової орієнтації в процесі роботи.

Пластикові картки

У банківській системі великого поширення набули пластикові картки. На них теж використовується магнітний принцип запису інформації, з якою працюють банкомати, касові апарати, пов'язані з інформаційною банківською системою.

Використовують два основні методи запису: метод частотної модуляції (ЧМ) і метод модифікованої ЧС. У контролері (адаптер) НГМД дані обробляються в двійковому коді і передаються в НГМД в послідовному коді.

спосіб частотної модуляції є двочастотних. При записи на початку тактового інтервалу проводиться перемикання струму в МГ і напрямок намагніченості поверхні змінюється. Перемикання струму записи відзначає початок тактів записи і використовується при зчитуванні для формування сигналів синхронізації.

Спосіб має властивість самосінхонізаціі. При записи "1" в середині тактового інтервалу проводиться інвертування струму, а при записі "0" - немає. При зчитуванні в моменти середини тактового інтервалу визначають наявність сигналу довільної полярності.

Наявність сигналу в цей момент відповідає "1", а відсутність - "0".

Формат запису інформації на гнучкому магнітному диску

Кожна доріжка на дискеті розділена на сектори. Розмір сектора є основною характеристикою формату і визначає найменший обсяг даних, який може бути записаний однією операцією введення-виведення. Застосовувані в НГМД формати розрізняються числом секторів на доріжці і обсягом одного сектора. Максимальна кількість секторів на доріжці визначається операційною системою. Сектори відокремлюються одна від одної інтервалами, в яких інформацію не записується. Твір числа доріжок на кількість секторів і кількість сторін дискети визначає її інформаційну ємність.

Кожен сектор включає поле службової інформації та поле даних. адресний маркер - це спеціальний код, що відрізняється від даних і вказує на початок сектора або поля даних. номер головки вказує одну з двох МГ, розташованих на відповідних сторонах дискети. номер сектора - це логічний код сектора, який може не збігтися з його фізичним номером. довжина сектора вказує розмір поля даних. контрольні байти призначені

Середній час доступу до диска в мілісекундах оцінюється за наступним виразом: де - число доріжок на робочій поверхні ГМД; - час переміщення МГ з доріжки на доріжку; - час заспокоєння системи позиціонування.

конструкція дискет

Накопичувач на жорстких магнітних дисках (НЖМД)

Жорсткий магнітний диск -це кругла металева пластина товщиною 1,5..2мм, покрита феромагнітним шаром і спеціальним захисним шаром. Для запису і читання використовується обидві поверхні диска.

Принцип роботи

У накопичувачах на жорстких дисках дані записуються і зчитуються універсальними головками читання / запису з поверхні обертових магнітних дисків, розбитих на доріжки і сектори (512 байт кожен).

У більшості накопичувачів є два або три диска (що дозволяє виконувати запис на чотирьох чи шести сторонах), але існують також пристрої, що містять до 11 і більше дисків. Однотипні (однаково розташовані) доріжки на всіх сторонах дисків об'єднуються в циліндр. Для кожної сторони диска передбачена своя доріжка читання / запису, але при цьому все головки змонтовані на загальному стрижні, або стійці. Тому головки не можуть переміщатися незалежно один від одного і рухаються тільки синхронно.

Частота обертання НЖМД в перших моделей становила 3 \u200b\u200b600 об / хв (тобто в 10раз більше, ніж у накопичувачі на гнучких дисках), в даний час частота обертання жорстких дисків зросла до 5 400, 5 600, 6 400, 7 200, 10 000 і навіть 15 000 об / хв.

При нормальній роботі жорсткого диска головки читання / запису не стосуються (і не повинні стосуватися!) Дисків. Але при виключенні живлення і зупинці дисків вони опускаються на поверхню. Під час роботи пристрою між головкою і поверхнею диска, що обертається утворюється дуже малий повітряний зазор (повітряна подушка). Якщо в цей зазор потрапить порошинка або відбудеться струс, головка "зіткнеться" з диском. Наслідки цього можуть бути різними - від втрати кількох байтів даних до виходу з ладу всього накопичувача. Тому в більшості накопичувачів поверхні магнітних дисків легируют і покривають спеціальними мастилами, що дозволяє пристроям витримувати щоденні "злети" і "приземлення" головок, а також більш серйозні потрясіння.

У деяких найбільш сучасних накопичувачах замість конструкції CSS (Contact Start Stop) використовується механізм завантаження / розвантаження, який не дозволяє голівках входити в контакт з жорсткими дисками навіть при відключенні харчування накопичувача. У механізмі завантаження / розвантаження використовується похила панель, розташована прямо над зовнішньою поверхнею жорсткого диска. Коли накопичувач вимкнений або знаходиться в режимі економії споживаної потужності, головки з'їжджають на цю панель. При подачі електроенергії розблокування головок відбувається тільки тоді, коли швидкість обертання жорстких дисків досягне потрібної величини. Потік повітря, створюваний при обертанні дисків (аеростатичний підшипник), дозволяє уникнути можливого контакту між головкою і поверхнею жорсткого диска.

Оскільки пакети магнітних дисків містяться в щільно закритих корпусах і їх ремонт не передбачений, щільність доріжок на них дуже висока - до 96 000 і більше на дюйм (Hitachi Travelstar 80GH). Блоки HDA (Head Disk Assembly - блок головок і дисків) збирають у спеціальних цехах, в умовах практично повної стерильності. Обслуговуванням HDA займаються лічені фірми, тому ремонт або заміна будь-яких деталей всередині герметичного блоку HDA обходиться дуже дорого.

Метод запису даних на жорсткий магнітний диск

Для запису на ЖМД використовуються методи ЧС, модифікованої частотної модуляції (МЧМ) і RLL-метод, при якому кожен байт даних перетвориться в 16-бітовий код.

При методі МЧМ щільність запису даних зростає вдвічі в порівнянні з методом ЧМ. Якщо записується біт даних є одиницею, то стоїть перед ним біт тактового імпульсу не записував. Якщо записується "0", а попередній біт був "1", то синхросигнал теж не записується, як і біт даних. Якщо перед "0" коштує біт "0", то синхросигнал записується.

Доріжки і сектори

доріжка - це одне "кільце" даних на одній стороні диска. Доріжки на диску розбивають на нумеровані відрізки, звані секторами.

Кількість секторів може бути різним у залежності від щільності доріжок і типу накопичувача. Наприклад, доріжка гнучких дисків може містити від 8 до 36 секторів, а доріжка жорсткого диска - від 380 до 700. Сектори, що створюються за допомогою стандартних програм форматування, мають ємність 512 байт.

Нумерація секторів на доріжці починається з одиниці, на відміну від головок і циліндрів, відлік яких ведеться з нуля.

При форматуванні диска на початку і в кінці кожного сектора створюються додаткові області для запису їх номерів, а також інша службова інформація, завдяки якій контролер ідентифікує початок і кінець сектора. Це дозволяє відрізняти Неформатована і форматований ємності диска. Після форматування ємність диска зменшується.

На початку кожного сектора записується його заголовок (або префікс - prefix portion), За яким визначається початок і номер сектора, а в кінці - висновок (або суфікс - suffix portion), В якому знаходиться контрольна сума ( checksum), Необхідна для перевірки цілісності даних.

Форматування низького рівня сучасних жорстких дисків виконується на заводі, виробник вказує тільки форматну ємність диска. У кожному секторі можна записати 512 байт даних, але область даних - це тільки частина сектора. Кожен сектор на диску зазвичай займає 571 байт, з яких під дані відводиться тільки 512 байт.

Щоб очистити сектори, в них часто записуються спеціальні послідовності байтів. Префікси, суфікси і проміжки - простір, яке представляє собою різницю між неформатований і форматованої ємностями диска і "втрачається" після його форматування.

Процес форматування низького рівня призводить до зміщення нумерації секторів, в результаті чого сектори на сусідніх доріжках, що мають однакові номери, зміщуються один щодо одного. Наприклад, сектор 9 однієї доріжки знаходиться поруч з сектором 8 наступного запису, який, в свою чергу, розташовується пліч-о-пліч з сектором 7 наступної доріжки і т.д. Оптимальна величина зсуву визначається співвідношенням частоти обертання диска і радіальної швидкості головки.

Ідентифікатор (ID) сектора складається з полів записи номерів циліндра, головки і сектора, а також контрольного поля CRC для перевірки точності зчитування інформації ID. У більшості контролерів сьомий біт поля номера головки використовується для маркування дефектних секторів в процесі форматування низького рівня або аналізу поверхні.

Інтервал включення запису слід відразу за байтами CRC; він гарантує, що інформація в наступній області даних буде записана правильно. Крім того, він служить для завершення аналізу CRC (контрольної суми) ідентифікатора сектора.

В поле даних можна записати 512 байт інформації. За ним розташовується ще одне поле CRC для перевірки правильності запису даних. У більшості накопичувачів розмір цього поля становить два байта, але деякі контролери можуть працювати і з більш довгими полями кодів корекції помилок ( Error Correction Code - ЕСС). Записані в цьому полі байти кодів корекції помилок дозволяють при зчитуванні виявляти і виправляти деякі помилки. Ефективність цієї операції залежить від обраного методу корекції і особливостей контролера. Наявність інтервалу відключення запису дозволяє повністю завершити аналіз байтів ECC (CRC).

Інтервал між записами необхідний для того, щоб застрахувати дані з наступного сектора від випадкового стирання при записі в попередній сектор. Це може статися, якщо при форматуванні диск обертався з частотою, дещо меншою, ніж при наступних операціях запису.

Формат запису інформації на жорсткому магнітному диску

У НЖМД зазвичай використовуються формати даних з фіксованим числом секторів на доріжці (17, 34 або 52) і з об'ємом даних в одному секторі 512 або 1024 байта. Сектори маркуються магнітним маркером.

Початок кожного сектора позначається адресним маркером. На початку ідентифікатора і поля даних записуються байти синхронізації, службовці для синхронізації схеми виділення даних адаптера НЖМД. Ідентифікатор сектора містить адресу диска в пакеті, представлений кодами номерів циліндра, головки і сектора. В ідентифікатор додатково вводять байти порівняння і прапора. Байт порівняння представляє однакову для кожного сектора число (здійснюється правильність зчитування ідентифікатора). Байт прапора містить прапор - покажчик стану доріжки.

Контрольні байти записуються в поле ідентифікатора один раз під час запису ідентифікатора сектора, а в поле даних - кожен раз при кожного нового запису даних. Контрольні байти призначені для визначення і корекції помилок зчитування. Найбільш часто використовуються поліномние коригувальні коди (залежить від схемної реалізації адаптера).

Середній час доступу до інформації на НЖМД складає

де tn - середній час позиціонування;

F - швидкість обертання диска;

tобм - час обміну.

Час обміну залежить від технічних засобів контролера і типу його інтерфейсу, наявності вбудоване буферної кеш-пам'яті, алгоритму кодування дискових даних і коефіцієнта чергування.

форматування дисків

Розрізняють два види форматування диска:

фізичне, або форматування низького рівня;
логічне, або форматування високого рівня.

При форматуванні гнучких дисків за допомогою програми Провідник (Windows Explorer) або команди DOS FORMAT виконуються обидві операції.

Однак для жорстких дисків ці операції слід виконувати окремо. Більш того, для жорсткого диска існує і третій етап, що виконується між двома зазначеними операціями форматування, - розбивка диска на розділи. Створення розділів абсолютно необхідно в тому випадку, якщо ви плануєте використовувати на одному комп'ютері кілька операційних систем. Фізичне форматування завжди виконується однаково, незалежно від властивостей операційної системи і параметрів форматування високого рівня Тому, логічним дискам, система привласнює буквене позначення.

Таким чином, форматування жорсткого диска виконується в три етапи.

Форматування низького рівня.
Організація розділів на диску.
Форматування високого рівня.

Форматування низького рівня

В процесі форматування низького рівня доріжки диска розбиваються на сектори. При цьому записуються заголовки і укладання секторів (префікси і суфікси), а також формуються інтервали між секторами і доріжками. Область даних кожного сектора заповнюється фіктивними значеннями чи спеціальними тестовими наборами даних.

У перших контролерах ST-506/412 при записі по методу MFM доріжки розбивалися на 17 секторів, а в контролерах цього ж типу, але з RLL -кодування кількість секторів збільшилася до 26. У накопичувачах ESDI на доріжці міститься 32 і більше секторів. У накопичувачах IDE контролери вбудовані, і, в залежності від їх типу, кількість секторів коливається в межах 17-700 і більше. Накопичувачі SCSI - це накопичувачі IDE з вбудованим адаптером шини SCSI (контролер теж вбудований), тому кількість секторів на доріжці може бути абсолютно довільним і залежить тільки від типу встановленого контролера.

Практично у всіх накопичувачах IDE і SCSI використовується так звана зонна запис зі змінною кількістю секторів на доріжці. Доріжки, більш віддалені від центру, а значить, і більш довгі, то більша кількість секторів, ніж близькі до центру. Один із способів підвищення ємності жорсткого диска - поділ зовнішніх циліндрів на більшу кількість секторів в порівнянні з внутрішніми циліндрами. Теоретично зовнішні циліндри можуть містити більше даних, так як мають велику довжину окружності.

У накопичувачах, що не використовують метод зонного записи, в кожному циліндрі міститься однакова кількість даних, незважаючи на те що довжина доріжки зовнішніх циліндрів може бути вдвічі більше, ніж внутрішніх. Це призводить до нераціонального використання ємності накопичувача, так як носій повинен забезпечувати надійне зберігання даних, записаних з тією ж щільністю, що і у внутрішніх циліндрах. У тому випадку, якщо кількість секторів, що припадають на кожну доріжку, фіксоване, як це буває при використанні контролерів ранніх версій, ємність накопичувача визначається щільністю запису внутрішньої (найбільш короткої) доріжки.

При зонної записи циліндри розбиваються на групи, які називаються зонами, причому в міру просування до зовнішнього краю диска доріжки розбиваються на все більше число секторів. У всіх циліндрах, що відносяться до однієї зоні, кількість секторів на доріжках однакове. Можлива кількість зон залежить від типу накопичувача; в більшості пристроїв їх буває 10 і більше. Швидкість обміну даними з накопичувачем може змінюватися і залежить від зони, в якій в конкретний момент розташовуються головки. Відбувається це тому, що секторів в зовнішніх зонах більше, а кутова швидкість обертання диска постійна (тобто лінійна швидкість переміщення секторів щодо головки при зчитуванні й запису даних на зовнішніх доріжках буде вищою, ніж на внутрішніх).

При використанні методу зонного записи кожна поверхню диска вже містить 545,63 сектора на доріжку. Якщо не використовувати метод зонного записи, то кожна доріжка буде обмежена 360 секторами. Виграш при використанні методу зонного записи становить близько 52%.

Зверніть увагу на відмінності в швидкості передачі даних для кожної зони. Оскільки частота обертання шпинделя 7 200 об / хв, один оборот відбувається за 1/120 секунди або ж 8,33 мілісекунди. Доріжки у зовнішній зоні (нульовий) мають швидкість передачі даних 44,24 Мбайт / с, а у внутрішній зоні (15) - всього 22,12 Мбайт / с. Середня швидкість передачі даних становить 33,52 Мбайт / с.

Організація розділів на диску

Розділи, що створюються на жорсткому диску, забезпечують підтримку різних файлових систем, кожна з яких розташовується на певному розділі диска.

У кожній файлової системи використовується певний метод, що дозволяє розподілити простір, займане файлом, по логічним елементам, які називаються кластерами або одиничними блоками пам'яті. На жорсткому диску може бути від одного до чотирьох розділів, кожен з яких підтримує файлову систему якого-небудь одного або декількох типів. В даний час PC-сумісні операційні системи використовують файлові системи трьох типів.

FAT (File Allocation Table - таблиця розміщення файлів). Це стандартна файлова система для DOS, Windows 9х і Windows NT. У розділах FAT під DOS допустима довжина імен файлів - 11 символів (8 символів власне імені і 3 символи розширення), а обсяг томи (логічного диска) - до 2 Гбайт. Під Windows 9х / Windows NT 4.0 і вище допустима довжина імен файлів - 255 символів.

За допомогою програми FDISK можна створити тільки два фізичних розділу FAT на жорсткому диску - основний і додатковий, а в додатковому розділі можна створити до 25 логічних томів. Програма Partition Magic може створювати чотири основні розділи або три основних і один додатковий.

FAT32 (File Allocation Table, 32-bit - 32-розрядна таблиця розміщення файлів). Використовується з Windows 95 OSR2 (OEM Service Release 2), Windows 98 і Windows 2000. У таблицях FAT 32 осередків розміщення відповідають 32-розрядні числа. При такій файлової структурі обсяг томи (логічного диска) може досягати 2 Тбайт (2 048 Гбайт).

NTFS (Windows NT File System - файлова система Windows NT). Доступна тольков Windows NT / 2000 / XP / 2003. Довжина імен файлів може досягати 256 символів, розмір розділу (теоретично) - 16 Ебайт (16 ^ 1018 байт). NTFS забезпечує додаткові можливості, які не надаються іншими файловими системами, наприклад засоби безпеки.

Після створення розділів необхідно виконати форматування високого рівня за допомогою засобів операційної системи.

Форматування високого рівня

При форматуванні високого рівня операційна система створює структури для роботи з файлами і даними. Кожний розділ (логічний диск) заноситься завантажувальний сектор тому (Volume Boot Sector - VBS), Дві копії таблиці розміщення файлів (FAT) і кореневий каталог ( Root Directory). За допомогою цих структур даних операційна система розподіляє дисковий простір, відстежує розташування файлів і навіть "обходить", щоб уникнути проблем, дефектні ділянки на диску. По суті, форматування високого рівня - це не стільки форматування, скільки створення змісту диска і таблиці розміщення файлів.