Накопитель на жестком диске относится к наиболее совершенным и сложным устройствам современного персонального компьютера. Его диски способны вместить многие мегабайты информации, передаваемой с огромной скоростью. В то время, как почти все элементы компьютера работают бесшумно, жесткий диск ворчит и поскрипывает, что позволяет отнести его к тем немногим ко- мпьютерным устройствам, которые содержат как механические, так и элект- ронные компоненты.
Взглянув на накопитель на жестком диске, вы увидите только прочный металлический корпус. Он полностью герметичен и защищает дисковод от частичек пыли, которые при попадании в узкий зазор между головкой и поверхностью диска могут повредить чувствительный магнитный слой и вывести диск из строя. Кроме того, корпус экранирует накопитель от электромагнитных помех.
Внутри корпуса находятся все механизмы и некоторые электронные узлы.
Механизмы — это сами диски, на которых хранится информация, головки, которые записывают и считывают информацию с дисков, а также двигатели, приводящие все это в движение.
Диск представляет собой круглую металлическую пластину с очень ровной поверхностью, покрытую тонким ферромагнитным слоем. Во многих накопителях используется слой оксида железа (которым покрывается обычная магнитная лента), но новейшие модели жестких дисков работают со слоем кобальта толщиной порядка десяти микрон. Такое покрытие более прочно и, кроме того, позволяет значительно увеличить плотность записи. Технология его нанесения близка к той, которая используется при производстве интегральных микросхем.
Количество дисков может быть различным — от одного до пяти, количество рабочих поверхностей, соответственно, вдвое больше (по две на каждом диске). Последнее (как и материал, использованный для магнитного покрытия) определяет емкость жесткого диска. Иногда наружные поверхности крайних дисков (или одного из них) не используются, что позволяет уменьшить высоту накопителя, но при этом количество рабочих поверхностей уменьшается и может оказаться нечетным.
Магнитные головки считывают и записывают информацию на диски. Принцип записи в общем схож с тем, который используется в обычном магнитофоне. Цифровая информация преобразуется в переменный электрический ток, поступающий на магнитную головку, а затем передается на магнитный диск, но уже в виде магнитного поля, которое диск может воспринять и \«запомнить\».
Магнитное покрытие диска представляет собой множество мельчайших областей самопроизвольной (спонтанной) намагниченности. Для наглядности представьте себе, что диск покрыт слоем очень маленьких стрелок от компаса, направленных в разные стороны. Такие частицы-стрелки называются доменами. Под воздействием внешнего магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с его направлением. После прекращения действия внешнего поля на поверхности диска образуются зоны остаточной намагниченности. Таким образом сохраняется записанная на диск информация. Участки остаточной намагниченности, оказавшись при вращении диска напротив зазора магнитной головки, наводят в ней электродвижущую силу, изменяющуюся в зависимости от величины намагниченности. Пакет дисков, смонтированный на оси-шпинделе, приводится в движение специальным двигателем, компактно расположенным под ним. Скорость вращения дисков, как правило, составляет 3600 oб/мин. Для того, чтобы сократить время выхода накопителя в рабочее состояние, двигатель при включении некоторое время работает в форсированном режиме. Поэтому источник питания компьютера должен иметь запас по пиковой мощности. Теперь о работе головок. Они перемещаются с помощью прецизионного шагового двигателя и как бы \«плывут\» на расстоянии в доли микрона от поверхности диска, не касаясь его. На поверхности дисков в результате записи информации образуются намагниченные участки, в форме концентрических окружностей. Они называются магнитными дорожками. Перемещаясь, головки останавливаются над каждой следующей дорожкой. Совокупность дорожек, расположенных друг под другом на всех поверхностях, называют цилиндром. Все головки накопителя перемещаются одновременно, осуществляя доступ к одноименным цилиндрам с одинаковыми номерами.
Хранение и извлечение данных с диска требует взаимодействия между операционной системой, контроллером жесткого диска и электронными и механическими компонентами самого накопителя. DOS помещает данные на хранение и обслуживает каталог секторов диска, закрепленных за файлами (FAT — File Allocation Table). Когда вы даете системе команду сохранить файл или считать его с диска, она передает ее в контроллер жесткого диска, который перемещает магнитные головки к таблице расположения файлов соответствующего логического диска. Затем DOS считывает эту таблицу, осуществляя в зависимости от команды поиск свободного сектора диска, в котором можно сохранить вновь созданный файл, или начало запрашиваемого для сохранения файла.
Нужно отметить, что файл может быть разбросан по сотням различных секторов жесткого диска. Это связано с тем, что DOS сохраняет файл в первом встреченном ею секторе, помеченном как свободный. При этом файл может разбиваться на множество частей и размещаться в секторах, которые не расположены непосредственно друг за другом (что, впрочем, почти незаметно для пользователя, хотя несколько снижает быстродействие компьютера). FAT хранит последовательность номеров секторов, в которые был записан файл. Таким образом они собираются в цепочку, каждое звено которой хранит следующую часть файла.
Информация FAT поступает из электронной схемы накопителя в контроллер жесткого диска и возвращается операционной системе, после чего DOS генерирует команду установки магнитных головок над соответствующей дорожкой диска для записи или считывания нужного сектора, при этом диск вращается со скоростью 3600 об/сек. Записав новый файл на свободные сектора диска, DOS возвращает магнитные головки в зону расположения FAT и вносит изменения в таблицу расположения файлов, последовательно перечисляя все сектора, на которых записан файл.
Операционная система обращается к диску на уровне логического устройства, содержащего некоторый перечень файлов, управляемых DOS. Она генерирует команды управления контроллером дисков. Последний обычно представляет собой отдельную плату, устанавливаемую в слот расширения персонального компьютера. Контроллер дисков управляется операционной системой с использованием наиболее общих понятий, таких как физическое имя накопителя, номер головки и цилиндра, операция записи или чтения и т.п.
Электроника жеcткого диcка cпрятана cнизу винчеcтера. Она раcшифровывает команды контроллера жесткого диска и передает их в виде изменяющегоcя напряжения на шаговый двигатель, перемещающий магнитные головки к нужному цилиндру диска. Кроме того, она управляет приводом шпинделя, стабилизируя скорость вращения пакета дисков, генерирует сигналы для головок при записи, усиливает эти сигналы при чтении и управляет работой других электронных узлов накопителя.
Накопитель на жестких дисках — большой шаг вперед по сравнению с гибкими дисками. Порой кажется удивительным, что такая сложная система работает столь надежно и слаженно. Но это еще не предел: возможности жестких дисков растут, все больше пользователей успешно применяют их в своей повседневной работе. Для тех, кто при любой неполадке приглашает специалистов из сервисной фирмы (или для тех, чей винчестер работает безотказно), этот материал, вероятно, представит чисто познавательный интерес, для того же, кто отважится самостоятельно установить винчестер, статья, возможно, поможет избавиться от лишних приключений… Если, конечно, читателю не придет в голову вскрыть винчестер и попытаться самому разобраться, что к чему — не исключено, что после этого даже специалист очень высокого класса окажется бессилен чем-либо помочь.
www.ronl.ru
Накопитель на жестком диске относится к наиболее совершенным и сложным устройствам современного персонального компьютера. Его диски способны вместить многие мегабайты информации, передаваемой с огромной скоростью. В то время, как почти все элементы компьютера работают бесшумно, жесткий диск ворчит и поскрипывает, что позволяет отнести его к тем немногим ко- мпьютерным устройствам, которые содержат как механические, так и элект- ронные компоненты.
Взглянув на накопитель на жестком диске, вы увидите только прочный металлический корпус. Он полностью герметичен и защищает дисковод от частичек пыли, которые при попадании в узкий зазор между головкой и поверхностью диска могут повредить чувствительный магнитный слой и вывести диск из строя. Кроме того, корпус экранирует накопитель от электромагнитных помех.
Внутри корпуса находятся все механизмы и некоторые электронные узлы.
Механизмы — это сами диски, на которых хранится информация, головки, которые записывают и считывают информацию с дисков, а также двигатели, приводящие все это в движение.
Диск представляет собой круглую металлическую пластину с очень ровной поверхностью, покрытую тонким ферромагнитным слоем. Во многих накопителях используется слой оксида железа (которым покрывается обычная магнитная лента), но новейшие модели жестких дисков работают со слоем кобальта толщиной порядка десяти микрон. Такое покрытие более прочно и, кроме того, позволяет значительно увеличить плотность записи. Технология его нанесения близка к той, которая используется при производстве интегральных микросхем.
Количество дисков может быть различным — от одного до пяти, количество рабочих поверхностей, соответственно, вдвое больше (по две на каждом диске). Последнее (как и материал, использованный для магнитного покрытия) определяет емкость жесткого диска. Иногда наружные поверхности крайних дисков (или одного из них) не используются, что позволяет уменьшить высоту накопителя, но при этом количество рабочих поверхностей уменьшается и может оказаться нечетным.
Магнитные головки считывают и записывают информацию на диски. Принцип записи в общем схож с тем, который используется в обычном магнитофоне. Цифровая информация преобразуется в переменный электрический ток, поступающий на магнитную головку, а затем передается на магнитный диск, но уже в виде магнитного поля, которое диск может воспринять и \«запомнить\».
Магнитное покрытие диска представляет собой множество мельчайших областей самопроизвольной (спонтанной) намагниченности. Для наглядности представьте себе, что диск покрыт слоем очень маленьких стрелок от компаса, направленных в разные стороны. Такие частицы-стрелки называются доменами. Под воздействием внешнего магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с его направлением. После прекращения действия внешнего поля на поверхности диска образуются зоны остаточной намагниченности. Таким образом сохраняется записанная на диск информация. Участки остаточной намагниченности, оказавшись при вращении диска напротив зазора магнитной головки, наводят в ней электродвижущую силу, изменяющуюся в зависимости от величины намагниченности. Пакет дисков, смонтированный на оси-шпинделе, приводится в движение специальным двигателем, компактно расположенным под ним. Скорость вращения дисков, как правило, составляет 3600 oб/мин. Для того, чтобы сократить время выхода накопителя в рабочее состояние, двигатель при включении некоторое время работает в форсированном режиме. Поэтому источник питания компьютера должен иметь запас по пиковой мощности. Теперь о работе головок. Они перемещаются с помощью прецизионного шагового двигателя и как бы \«плывут\» на расстоянии в доли микрона от поверхности диска, не касаясь его. На поверхности дисков в результате записи информации образуются намагниченные участки, в форме концентрических окружностей. Они называются магнитными дорожками. Перемещаясь, головки останавливаются над каждой следующей дорожкой. Совокупность дорожек, расположенных друг под другом на всех поверхностях, называют цилиндром. Все головки накопителя перемещаются одновременно, осуществляя доступ к одноименным цилиндрам с одинаковыми номерами.
Хранение и извлечение данных с диска требует взаимодействия между операционной системой, контроллером жесткого диска и электронными и механическими компонентами самого накопителя. DOS помещает данные на хранение и обслуживает каталог секторов диска, закрепленных за файлами (FAT — File Allocation Table). Когда вы даете системе команду сохранить файл или считать его с диска, она передает ее в контроллер жесткого диска, который перемещает магнитные головки к таблице расположения файлов соответствующего логического диска. Затем DOS считывает эту таблицу, осуществляя в зависимости от команды поиск свободного сектора диска, в котором можно сохранить вновь созданный файл, или начало запрашиваемого для сохранения файла.
Нужно отметить, что файл может быть разбросан по сотням различных секторов жесткого диска. Это связано с тем, что DOS сохраняет файл в первом встреченном ею секторе, помеченном как свободный. При этом файл может разбиваться на множество частей и размещаться в секторах, которые не расположены непосредственно друг за другом (что, впрочем, почти незаметно для пользователя, хотя несколько снижает быстродействие компьютера). FAT хранит последовательность номеров секторов, в которые был записан файл. Таким образом они собираются в цепочку, каждое звено которой хранит следующую часть файла.
Информация FAT поступает из электронной схемы накопителя в контроллер жесткого диска и возвращается операционной системе, после чего DOS генерирует команду установки магнитных головок над соответствующей дорожкой диска для записи или считывания нужного сектора, при этом диск вращается со скоростью 3600 об/сек. Записав новый файл на свободные сектора диска, DOS возвращает магнитные головки в зону расположения FAT и вносит изменения в таблицу расположения файлов, последовательно перечисляя все сектора, на которых записан файл.
Операционная система обращается к диску на уровне логического устройства, содержащего некоторый перечень файлов, управляемых DOS. Она генерирует команды управления контроллером дисков. Последний обычно представляет собой отдельную плату, устанавливаемую в слот расширения персонального компьютера. Контроллер дисков управляется операционной системой с использованием наиболее общих понятий, таких как физическое имя накопителя, номер головки и цилиндра, операция записи или чтения и т.п.
Электроника жеcткого диcка cпрятана cнизу винчеcтера. Она раcшифровывает команды контроллера жесткого диска и передает их в виде изменяющегоcя напряжения на шаговый двигатель, перемещающий магнитные головки к нужному цилиндру диска. Кроме того, она управляет приводом шпинделя, стабилизируя скорость вращения пакета дисков, генерирует сигналы для головок при записи, усиливает эти сигналы при чтении и управляет работой других электронных узлов накопителя.
Накопитель на жестких дисках — большой шаг вперед по сравнению с гибкими дисками. Порой кажется удивительным, что такая сложная система работает столь надежно и слаженно. Но это еще не предел: возможности жестких дисков растут, все больше пользователей успешно применяют их в своей повседневной работе. Для тех, кто при любой неполадке приглашает специалистов из сервисной фирмы (или для тех, чей винчестер работает безотказно), этот материал, вероятно, представит чисто познавательный интерес, для того же, кто отважится самостоятельно установить винчестер, статья, возможно, поможет избавиться от лишних приключений… Если, конечно, читателю не придет в голову вскрыть винчестер и попытаться самому разобраться, что к чему — не исключено, что после этого даже специалист очень высокого класса окажется бессилен чем-либо помочь.
www.ronl.ru
Гимназия №157 им.принцессы Е. М. Ольденбургской
Реферат по информатике
Жесткие диски (HDD)
Выполнил учащийся 11”Б” класса
Шеров – Игнатьев Иван
Учитель: Горюнова М. А.
Санкт – Петербург
2002 г.
Содержание
TOC o «1-3» h z u 1. Принципработы жесткого диска… PAGEREF _Toc10345730 h 1
2. Устройство диска… PAGEREF _Toc10345731 h 3
3. Работа жесткого диска… PAGEREF _Toc10345732 h 9
4. Объем, скорость ивремя доступа… PAGEREF _Toc10345733 h 11
5. Интерфейсы жесткихдисков… PAGEREF _Toc10345734 h 13
6. Внешние жесткие диски… PAGEREF _Toc10345735 h 14
7. Новости жестких дисков… PAGEREF _Toc10345736 h 15
BluetoothHDD от Toshiba… PAGEREF _Toc10345737 h 15
Новыевысокопроизводительные жесткие диски от Fujitsu… PAGEREF _Toc10345738 h 16
Технологиязаписи жестких дисков с плотностью 300 Гбит/дюйм2 от Fujitsu… PAGEREF _Toc10345739 h 17
1. Принцип работы жесткого дискаНакопитель на жесткомдиске относится к наиболее совершенным и сложным устройствам современногоперсонального компьютера. Его диски способны вместить многие мегабайтыинформации, передаваемой с огромной скоростью. В то время, как почти всеэлементы компьютера работают бесшумно, жесткий диск ворчит и поскрипывает, чтопозволяет отнести его к тем немногим компьютерным устройствам, которые содержаткак механические, так и электронные компоненты.
Основные принципы работыжесткого диска мало изменились со дня его создания. Устройство винчестера оченьпохоже на обыкновенный проигрыватель грампластинок. Только под корпусом можетбыть несколько пластин, насаженных на общую ось, и головки могут считыватьинформацию сразу с обеих сторон каждой пластины. Скорость вращения пластин (унекоторых моделей она доходит до 15000 оборотов в минуту) постоянна и являетсяодной из основных характеристик. Головка перемещается вдоль пластины нанекотором фиксированном расстоянии от поверхности. Чем меньше это расстояние,тем больше точность считывания информации, и тем больше может быть плотностьзаписи информации. Взглянув на накопитель на жестком диске, вы увидите толькопрочный металлический корпус. Он полностью герметичен и защищает дисковод отчастичек пыли, которые при попадании в узкий зазор между головкой иповерхностью диска могут повредить чувствительный магнитный слой и вывести дискиз строя. Кроме того, корпус экранирует накопитель от электромагнитных помех.Внутри корпуса находятся все механизмы и некоторые электронные узлы. Механизмы- это сами диски, на которых хранится информация, головки, которые записывают исчитывают информацию с дисков, а также двигатели, приводящие все это вдвижение. Диск представляет собой круглую пластину с очень ровной поверхностьючаще из алюминия, реже — из керамики или стекла, покрытую тонким ферромагнитнымслоем. Диски изготовлены. Во многих накопителях используется слой оксида железа(которым покрывается обычная магнитная лента), но новейшие модели жесткихдисков работают со слоем кобальта толщиной порядка десяти микрон. Такоепокрытие более прочно и, кроме того, позволяет значительно увеличить плотностьзаписи. Технология его нанесения близка к той, которая используется припроизводстве интегральных микросхем.
Количество дисков можетбыть различным — от одного до пяти, количество рабочих поверхностей,соответственно, вдвое больше (по две на каждом диске). Последнее (как иматериал, использованный для магнитного покрытия) определяет емкость жесткогодиска. Иногда наружные поверхности крайних дисков (или одного из них) неиспользуются, что позволяет уменьшить высоту накопителя, но при этом количестворабочих поверхностей уменьшается и может оказаться нечетным.
Магнитные головкисчитывают и записывают информацию на диски. Принцип записи в общем схож с тем,который используется в обычном магнитофоне. Цифровая информация преобразуется впеременный электрический ток, поступающий на магнитную головку, а затемпередается на магнитный диск, но уже в виде магнитного поля, которое диск можетвоспринять и «запомнить». Магнитное покрытие диска представляет собоймножество мельчайших областей самопроизвольной (спонтанной) намагниченности.Для наглядности представьте себе, что диск покрыт слоем очень маленьких стрелокот компаса, направленных в разные стороны. Такие частицы-стрелки называютсядоменами. Под воздействием внешнего магнитного поля собственные магнитные полядоменов ориентируются в соответствии с его направлением. После прекращениядействия внешнего поля на поверхности диска образуются зоны остаточнойнамагниченности. Таким образом сохраняется записанная на диск информация.Участки остаточной намагниченности, оказавшись при вращении диска напротивзазора магнитной головки, наводят в ней электродвижущую силу, изменяющуюся взависимости от величины намагниченности. Пакет дисков, смонтированный наоси-шпинделе, приводится в движение специальным двигателем, компактнорасположенным под ним. Скорость вращения дисков, как правило, составляет 7200 об./мин.Для того, чтобы сократить время выхода накопителя в рабочее состояние,двигатель при включении некоторое время работает в форсированном режиме.Поэтому источник питания компьютера должен иметь запас по пиковой мощности.Теперь о работе головок. Они перемещаются с помощью прецизионного шаговогодвигателя и как бы «плывут» на расстоянии в доли микрона отповерхности диска, не касаясь его. На поверхности дисков в результате записиинформации образуются намагниченные участки, в форме концентрическихокружностей. Они называются магнитными дорожками. Перемещаясь, головкиостанавливаются над каждой следующей дорожкой. Совокупность дорожек,расположенных друг под другом на всех поверхностях, называют цилиндром. Всеголовки накопителя перемещаются одновременно, осуществляя доступ к одноименнымцилиндрам с одинаковыми номерами.
2. Устройство дискаТиповой винчестер состоитиз гермоблока и платы электроники. В гермоблоке размещены все механическиечасти, на плате — вся управляющая электроника, за исключением предусилителя,размещенного внутри гермоблока в непосредственной близости от головок.
Под дисками расположендвигатель — плоский, как во floppy-дисководах, или встроенный в шпиндельдискового пакета. При вращении дисков создается сильный поток воздуха, которыйциркулирует по периметру гермоблока и постоянно очищается фильтром,установленным на одной из его сторон.
Ближе к разъемам, с левойили правой стороны от шпинделя, находится поворотный позиционер, нескольконапоминающий по виду башенный кран: с одной стороны оси, находятся обращенные кдискам тонкие, длинные и легкие несущие магнитных головок, а с другой — короткий и более массивный хвостовик с обмоткой электромагнитного привода. Приповоротах коромысла позиционера головки совершают движение по дуге междуцентром и периферией дисков. Угол между осями позиционера и шпинделя подобранвместе с расстоянием от оси позиционера до головок так, чтобы ось головки приповоротах как можно меньше отклонялась от касательной дорожки.
В более ранних моделяхкоромысло было закреплено на оси шагового двигателя, и расстояние междудорожками определялось величиной шага. В современных моделях используется такназываемый линейный двигатель, который не имеет какой-либо дискретности, аустановка на дорожку производится по сигналам, записанным на дисках, что даетзначительное увеличение точности привода и плотности записи на дисках.
Обмотку позиционераокружает статор, представляющий собой постоянный магнит. При подаче в обмоткутока определенной величины и полярности коромысло начинает поворачиваться всоответствующую сторону с соответствующим ускорением; динамически изменяя ток вобмотке, можно устанавливать позиционер в любое положение. Такая системапривода получила название Voice Coil (звуковая катушка) — по аналогии сдиффузором громкоговорителя.
На хвостовике обычнорасположена так называемая магнитная защелка — маленький постоянный магнит,который при крайнем внутреннем положении головок (landing zone — посадочнаязона) притягивается к поверхности статора и фиксирует коромысло в этомположении. Это так называемое парковочное положение головок, которые при этомлежат на поверхности диска, соприкасаясь с нею. В ряде дорогих моделей (обычноSCSI) для фиксации позиционера предусмотрен специальный электромагнит, якорькоторого в свободном положении блокирует движение коромысла. В посадочной зонедисков информация не записывается.
В оставшемся свободномпространстве размещен предусилитель сигнала, снятого с головок, и ихкоммутатор. Позиционер соединен с платой предусилителя гибким ленточнымкабелем, однако в отдельных винчестерах (в частности — некоторые модели MaxtorAV) питание обмотки подведено отдельными одножильными проводами, которые имеюттенденцию ломаться при активной работе. Гермоблок заполнен обычным обеспыленнымвоздухом под атмосферным давлением. В крышках гермоблоков некоторых винчестеровспециально делаются небольшие окна, заклеенные тонкой пленкой, которые служатдля выравнивания давления внутри и снаружи. В ряде моделей окно закрываетсявоздухопроницаемым фильтром. У одних моделей винчестеров оси шпинделя ипозиционера закреплены только в одном месте — на корпусе винчестера, у другихони дополнительно крепятся винтами к крышке гермоблока. Вторые модели болеечувствительны к микродеформации при креплении — достаточно сильной затяжкикрепежных винтов, чтобы возник недопустимый перекос осей. В ряде случаев такойперекос может стать труднообратимым или необратимым совсем. Плата электроники — съемная, подключается к гермоблоку через один — два разъема различнойконструкции. На плате расположены основной процессор винчестера, ПЗУ спрограммой, рабочее ОЗУ, которое обычно используется и в качестве дисковогобуфера, цифровой сигнальный процессор (DSP) для подготовки записываемых иобработки считанных сигналов, и интерфейсная логика. На одних винчестерахпрограмма процессора полностью хранится в ПЗУ, на других определенная ее частьзаписана в служебной области диска. На диске также могут быть записаныпараметры накопителя (модель, серийный номер и т.п.). Некоторые винчестерыхранят эту информацию в электрически репрограммируемом ПЗУ (EEPROM).
Многие винчестеры имеютна плате электроники специальный технологический интерфейс с разъемом, черезкоторый при помощи стендового оборудования можно выполнять различные сервисныеоперации с накопителем — тестирование, форматирование, переназначение дефектныхучастков и т.п. У современных накопителей марки Conner технологическийинтерфейс выполнен в стандарте последовательного интерфейса, что позволяетподключать его через адаптер к алфавитно-цифровому терминалу или COM-портукомпьютера. В ПЗУ записана так называемая тест-мониторная система (ТМОС),которая воспринимает команды, подаваемые с терминала, выполняет их и выводитрезультаты обратно на терминал. Ранние модели винчестеров, как и гибкие диски,изготовлялись с чистыми магнитными поверхностями; первоначальная разметка(форматирование) производилась потребителем по его усмотрению, и могла бытьвыполнена любое количество раз. Для современных моделей разметка производится впроцессе изготовления; при этом на диски записывается сервоинформация — специальные метки, необходимые для стабилизации скорости вращения, поискасекторов и слежения за положением головок на поверхностях. Не так давно длязаписи сервоинформации использовалась отдельная поверхность (dedicated — выделенная), по которой настраивались головки всех остальных поверхностей.Такая система требовала высокой жесткости крепления головок, чтобы между нимине возникало расхождений после начальной разметки. Ныне сервоинформациязаписывается в промежутках меж- ду секторами (embedded — встроенная), чтопозволяет увеличить полезную емкость пакета и снять ограничение на жесткостьподвижной системы. В некоторых современных моделях применяется комбинированнаясистема слежения — встроенная сервоинформация в сочетании с выделенной повер-хностью; при этом грубая настройка выполняется по выделенной поверхности, аточная — по встроенным меткам.
Поскольку сервоинформацияпредставляет собой опорную разметку диска, контроллер винчестера не в состояниисамостоятельно восстановить ее в случае порчи. При программном форматированиитакого винчестера возможна только перезапись заголовков и контрольных суммсекторов данных.
При начальной разметке итестировании современного винчестера на заводе почти всегда обнаруживаютсядефектные сектора, которые заносятся в специальную таблицу переназначения. Приобычной работе контроллер винчестера подменяет эти сектора резервными, которыеспециально оставля- ются для этой цели на каждой дорожке, группе дорожек иливыделенной зоне диска. Благодаря этому новый винчестер создает видимостьполного отсутствия дефектов поверхности, хотя на самом деле они есть почтивсегда.
При включении питанияпроцессор винчестера выполняет тестирование электроники, после чего выдаеткоманду включения шпиндельного двигателя. При достижении некоторой критическойскорости вращения плотность увлекаемого поверхностями дисков воздуха становитсядостаточной для преодоления силы прижима головок к поверхности и поднятия их навысоту от долей до единиц микрон над поверхностями дисков — головки «всплывают».С этого момента и до снижения скорости ниже критической головки«висят» на воздушной подушке и совершенно не касаются поверхностейдисков.
После достижения дискамискорости вращения, близкой к номинальной (обычно — 3600, 4500, 5400 или 7200об/мин) головки выводятся из зоны парковки и начинается поиск сервометок дляточной стабилизации скорости вращения. Затем выполняется считывание информациииз служебной зоны — в частности, таблицы переназначения дефектных участков.
В завершениеинициализации выполняется тестирование позиционера путем перебора заданнойпоследовательности дорожек — если оно проходит успешно, процессор выставляет наинтерфейс признак готовности и переходит в режим работы по интерфейсу.
Во время работы постоянноработает система слежения за положением головки на диске: из непрерывносчитываемого сигнала выделяется сигнал рассогласования, который подается всхему обратной связи, управляющую током обмотки позиционера. В результатеотклонения головки от центра дорожки в обмотке возникает сигнал, стремящийся вернутьее на место.
Для согласованияскоростей потоков данных — на уровне считывания/записи и внешнего интерфейса — винчестеры имеют промежуточный буфер, часто ошибочно называемый кэшем, объемомобычно в несколько десятков или сотен килобайт. В ряде моделей (например,Quantum) буфер размещается в общем рабочем ОЗУ, куда вначале загружаетсяоверлейная часть микропрограммы управления, отчего действительный объем буфераполучается меньшим, чем полный объем ОЗУ (80-90 кб при ОЗУ 128 кб у Quantum). Удругих моделей (Conner, Caviar) ОЗУ буфера и процессора сделаны раздельными.
При отключении питанияпроцессор, используя энергию, оставшуюся в конденсаторах платы либо извлекая ееиз обмоток двигателя, который при этом работает как генератор, выдает командуна установку позиционера в парковочное положение, которая успевает выполнитьсядо снижения скорости вращения ниже критической. В некоторых винчестерах(Quantum) этому способствует помещенное между дисками подпружиненное коромысло,постоянно испытывающее давление воздуха. При ослаблении воздушного потокакоромысло дополнительно толкает позиционер в парковочное положение, где тотфиксируется защелкой. Движению головок в сторону шпинделя способствует такжецентростремительная сила, возникающая из-за вращения дисков.
3. Работажесткого дискаТеперь — собственноо процессе работы винчестера. После начальной настройки электроники и механикимикрокомпьютер винчестера переходит в режим ожидания команд от контроллера,расположенного на системной плате или интерфейсной карте. Получив команду, онвключает нужную головку, по сервоимпульсам отыскивает нужную дорожку,дожидается, пока до головки «доедет» нужный сектор, и выполняетсчитывание или запись информации. Если контроллер запросил чтение/запись неодного сектора, а нескольких — винчестер может работать в так называемомблочном режиме, используя ОЗУ в качестве буфера и совмещая чтение/запись спередачей информации к контроллеру или от него.
Для оптимальногоиспользования поверхности дисков применяется так называемая зоновая запись(Zoned Bit Recording — ZBR), принцип которой состоит в том, что на внешнихдорожках, имеющих большую длину (а следовательно — и информационную емкость),информация записывается с большей плотностью, чем на внутренних. Таких зон спостоянной плотностью записи в пределах всей поверхности образуется до десяткаи более; соответственно, скорость чтения и записи на внешних зонах выше, чем навнутренних. Благодаря этому файлы, расположенные ближе к «началу»винчестера, в целом будут обрабатываться быстрее файлов, расположенных ближе кего «концу».
Теперь о том, откудаберутся неправдоподобно большие количества головок, указанные в параметрахвинчестеров. Когда-то эти числа — число цилиндров, головок и секторов на дороже- действительно обозначали реальные физические параметры (геометрию)винчестера. Однако при использовании ZBR количество секторов меняется отдорожки к дорожке, и для каждого винчестера эти числа различны — поэтому сталаиспользоваться так называемая логическая геометрия, когда винчестер сообщаетконтроллеру некие условные параметры, а при получении команд сам преобразуетлогические адреса в физические. При этом в винчестере с логической геометрией,например, в 520 цилиндров, 128 головок и 63 сектора (общий объем — 2 Гб)находится, скорее всего, два диска — и четыре головки чтения/записи.
В винчестерахпоследнего поколения используются технологии PRML (Partial Response, MaximumLikelihood — максимальное правдоподобие при неполном отклике) и S.M.A.R.T. (SelfMonitoring Analysis and Report Technology — технология самостоятельногоследящего анализа и отчетности). Первая разработана по причине того, что присуществующих плотностях записи уже невозможно четко и однозначно считыватьсигнал с поверхности диска — уровень помех и искажений очень велик. Вместопрямого преобразования сигнала используется его сравнение с набором образцов, ина основании максимальной похожести делается заключение о приеме того или иногокодового слова — примерно так же мы читаем слова, в которых пропущены илиискажены буквы.
Винчестер,в котором реализована технология S.M.A.R.T., ведет статистику своих рабочихпараметров (количество старт/стопов и наработанных часов, время разгонашпинделя, обнаруженные/исправленные ошибки и т.п.), которая регулярносохраняется в перепрограммируемом ПЗУ или в служебных зонах диска. Этаинформация накапливается в течение всей жизни винчестера и может быть в любоймомент затребована программами анализа; по ней можно судить о состояниимеханики, условиях эксплуатации или примерной вероятности выхода из строя.
4. Объем, скорость и время доступаОсновными задачамипроизводителей всегда было увеличение объема хранящейся на дисках информации искорости работы с этой информацией. Как увеличить объем диска? Наиболееочевидным решением является увеличение количества пластин в корпусе жесткогодиска. Подобным образом обычно различаются модели в пределах одного модельногоряда. Этот способ является наиболее простым и позволяет на одной и той жеэлементной базе получать диски различной емкости. Но у этого способа существуютестественные ограничения: количество дисков не может быть бесконечным.Увеличивается нагрузка на мотор, ухудшаются температурные и шумовыехарактеристики диска, вероятность брака растет пропорционально количествупластин, а значит, труднее обеспечить надежность. Среди промышленнопроизводимых дисков наибольшим количеством пластин обладает SCSI диск SeagateBarracuda 180 — у этого винчестера аж 12 пластин! Есть и рекордсмены в областиупрощения устройства дисков — это, например, рассмотренный нами далее Maxtor513DX и 541DX, у которого один диск, используемый только с одной стороны.
Технологически болеесложный (и более перспективный) метод увеличения объема — увеличение плотностизаписи информации. Тут возникает целый ряд технологических проблем. Современныепластины изготовляются из алюминия или даже из стекла (некоторые модели IBM).Магнитное покрытие имеет сложную многослойную структуру и покрыто сверхуспециальным защитным слоем. Размеры частиц магнитного покрытия уменьшаются, ачувствительность их возрастает. Помимо улучшения параметров самих пластин,существенным усовершенствованиям должна подвергнуться система считыванияинформации. Необходимо уменьшить зазор между головкой и поверхностью пластины,повысить чувствительность головки. Но и тут законы физики накладывают своиестественные ограничения на предел применения подобных технологий. Ведь размерымагнитных частиц не могут уменьшаться бесконечно.
Самый простой способувеличить скорость считывания — увеличить скорость вращения пластин. Поэтому пути и пошли конструкторы. Если пластины вращаются с большей скоростью,то за единицу времени под считывающей головкой проходит больше информации. Наувеличение скорости считывания влияет также и рассмотренное выше увеличениеплотности записи информации. Именно по этой причине SCSI диски, как правило,обладают большей скоростью вращения. Однако на такой скорости сложнее точнопозиционировать головку считывания, поэтому плотность записи там меньше, чем нанекоторых IDE дисках, а стоят такие диски больше.
Так как головка припоиске информации перемещается только поперек диска, она вынуждена«ждать», пока диск повернется и сектор с запрашиваемыми даннымиокажется доступным для чтения. Это время зависит только от скорости вращениядиска и называется временем ожидания информации (latency). Но необходимопонимать, что общее время доступа к информации определяется временемпоиска нужной дорожки на диске и временем позиционирования внутри этой дорожки.Увеличение скорости вращения диска уменьшает лишь последнее значение. Дляуменьшения времени поиска нужной дорожки совершенствуют привод считывающейголовки и… уменьшают диаметр пластин диска. Почти все современные винчестерывыпускаются с пластинами диаметром 2,5 дюйма.
Позиционирование головкивообще является отдельной весьма нетривиальной проблемой. Достаточно сказать,что при современной плотности записи приходится учитывать даже тепловоерасширение! Таким образом, увеличение скорости вращения диска существеннозатрудняет точное позиционирование головки. И в попытках увеличитьбыстродействие диска иногда приходится жертвовать объемом, используя пластины сменьшей плотностью записи. Неудивительно, что наиболее дорогие и быстрыевинчестеры, отличающиеся более высокой скоростью вращения, не используютмаксимальной технологически доступной на данный момент плотности записи. Заскорость приходится платить.
Таккакому диску отдать предпочтение? При одинаковом объеме большего вниманиезаслуживают модели с большей плотностью записи, по сравнению с моделями сбольшим количеством дисков, хотя бы потому, что у них выше линейная скоростьчтения/записи (большие файлы читаются быстрее). Скорость доступа к информациинапрямую зависит от скорости вращения пластин (быстрее работа с большимколичеством мелких файлов). Но увеличение скорости приводит к удорожаниюизделий, а иногда приходится жертвовать и плотностью записи.
5. Интерфейсы жестких дисковРазвитие интерфейсоввинчестеров шло двумя параллельными путями: дешевым и дорогим. Дорогое решениезаключалось в создании на плате самого винчестера отдельного интеллектуальногоконтроллера, который бы брал на себя значительную часть работы повзаимодействию с винчестером. Результатом этого подхода явился интерфейс SCSI,который быстро завоевал популярность на рынке серверов. Одним из преимуществэтого подхода являлась возможность подключения к компьютеру значительного длятого времени количества устройств, требующих для своей работы широкого канала передачиданных.
Простое и дешевое решение- переложить значительную часть операций по вводу-выводу на центральныйпроцессор. У этого решения вполне очевидный недостаток: снижение общейвычислительной мощности системы, особенно заметное при многозадачной работе. Ав те времена, когда процессоры не были такими мощными, это сильно ограничиваловозможности, в частности, файловых серверов. Результатом воплощения в жизньэтого подхода явился широко распространенный интерфейс IDE.
Этот интерфейс былсравнительно дешев и, хотя не был самым производительным, полностью вытеснилдругие интерфейсы с рынка дешевых и недорогих систем. Он постепенно развивался,и со временем появились стандарты UDMA, существенно ускоряющие работувинчестеров, интерфейсы IDE стали более интеллектуальными. А так как производительностьпроцессоров росла быстрее производительности винчестеров, то ограниченияинтерфейса IDE играли все меньшую роль.
Тем самым на сегодня мыимеем два типа винчестеров: высокопроизводительные SCSI и «ширпотреб»- IDE. Принципиальных различий в устройстве самих винчестеров SCSI и IDE нет,но исторически сложилось, что SCSI рассчитан на сегмент дорогих серверныхрешений, поэтому в среднем они быстрее и, как следствие, существенно дороже.
Пропускная скорость SCSIзначительно выше IDE, целых 160 Мб/с. А IDE работает со скоростью 33,66 и 100Мб/с. Соответствующие стандарты называются ATA/33, ATA/66 и ATA/100.
6. Внешние жесткие дискиГоворя об интерфейсах дляподключения винчестеров, стоит вспомнить и о переносных винчестерах. Внастоящее время существует несколько решений для подключения внешних устройств.Во-первых, есть винчестеры, подключающиеся к USB-порту. Они используются восновном для обмена данными с цифровыми камерами и прочими мобильнымиустройствами. В силу невысокой пропускной способности этой шины подобные диски,конечно, не смогут сравниться в производительности с внутренними устройствами.
Все большеераспространение получает новый интерфейс IEEE1394, который может использоватьсяне только для подключения жестких дисков, но и других устройств, работающих сбольшими массивами данных, например, видеокамер. Контроллеры этого интерфейсаиногда даже встраиваются в материнские платы. Его производительности хватает,например, для проигрывания видео высокого качества — заявленная пропускная способностьинтерфейса достигает 50 Мб/с. Напомним, что еще пару лет назад такой скоростьюне мог похвастаться интерфейс IDE.
Покупая внешниевинчестеры, следует особенно обратить внимание на ударопрочность
7. Новости жестких дисковBluetooth HDD от ToshibaToshiba Corporation представила концепт новогоустройства для хранения данных, компактного мобильного HDD с поддержкойBluetooth, на котором можно хранить до 5 Гб данных. BluetoothTM Pocket Serverоткрывает новые возможности для передачи данных на расстоянии для разнообразныхцифровых продуктов. Карманный сервер сохраняет информацию на 1.8-дюймовый HDD,объема которого хватает на запись почти 37 часов видео в формате MPEG-4 или1000 музыкальных треков. Внедрение новой технологии позволит передавать искачивать данные в беспроводных сетях, используя телеприемники, сотовыетелефоны, PDA, компьютеры и цифровые камеры. Для корпоративных пользователейпредоставляется возможность воспроизведения информации на оснащенном Bluetoothпринтере или проекторе без необходимости присутствия промежуточного компьютера.Если же большие объемы данных необходимо перенести на компьютер,интегрированный USB порт может использоваться для оптимальной скоростипередачи. Toshiba позиционирует BluetoothTM Pocket Server как существенныйкомпонент мобильных AV сетей с большим числом составляющих и планируетвыпустить в коммерческое производство новый продукт уже в первой половине 2002г.
Новыевысокопроизводительные жесткие диски от FujitsuЯпонскаякомпания Fujitsuпредставила новые серии тонких жестких дисков MAP и MAS. 3,5-дюймовые дискиновых серий имеют высоту всего один дюйм и предназначены длявысокопроизводительных коммерческих приложений. Как сообщает производитель,плотность записи, по сравнению с моделями предыдущего поколения, удвоилась, авнутренняя скорость передачи данных возросла на 25 процентов (для серии MAP) ина 28 процентов (для серии MAS).
Серияжестких дисков MAP состоит из трех жестких дисков со скоростью вращения 10000оборотов в минуту объемом 36, 73 и 147 Гб. В серию MAS входят три модели соскоростью вращения 15000 оборотов в минуту объемом 18, 36 и 73 Гб. Диски обеихсерий оснащены буфером объемом 8 Мб, а также 32-разрядной внутренней шиной дляускорения доступа к данным.
Жесткиедиски новых серий оснащены интерфейсом Ultra320 SCSI, который позволяет достичьвысокой производительности и надежности. Диски серии MAP также поддерживаютинтерфейс FC-AL2. Максимальная внутренняя скорость передачи данных для дисковсерии MAS составляет 114 Мб в секунду, а для дисков серии MAP — 107 Мб всекунду.
Использованиежидкостных подшипников позволило снизить шумность дисков в режиме готовности до36 дБ (для дисков со скоростью вращения 15000 оборотов в минуту) и до 34 дБ(для дисков со скоростью вращения 10000 оборотов в минуту).
Первыеобразцы жестких дисков серии MAP поступят OEM-клиентам в июле 2002 года, адиски серии MAS будут поставляться с сентября 2002 года.
Технологиязаписи жестких дисков с плотностью 300 Гбит/дюйм2 от FujitsuКомпания Fujitsu разработалатехнологию головок чтения и носителей, позволяющую добиться плотности записиинформации на жестких дисках в 300 Гбит/дюйм2. Ожидается, что технология будетреализована в 2,5" дисках в течение ближайших двух лет.
Основываясь на технологии записи сплотностью 100 Гбит/дюйм2, инженеры Fujitsu продемонстрировали, как можнодобиться линейной плотности свыше 1000 kFCI при продольной записи насинтетические ферромагнитные диски, что обеспечивает плотность записи 150Гбит/дюйм2, то есть, при записи на «продвинутые» синтетическиеферромагнитные диски и использовании высокочувствительных головок чтения можнодобиться плотности записи в 300 Гбит/дюйм2.
В течение 4 лет компания планируетдовести емкость жестких дисков до 360 Гбайт, достаточной для записи 76DVD-фильмов высокого качества. По мнению производителя, эти нововведенияприведут к росту на рынке 2,5 жестких дисков для ПК и других устройств иокончательно вытеснят 3,5" жесткие диски.
www.ronl.ru
