Контрольная работа

Жесткие диски

Жесткие диски (Hard Disk Drive, HDD), или, правильнее, накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД), в настоящее время – самый распространенный и доступный тип дисковых накопителей. Принцип работы таких устройств хранения данных основан на использовании свойств ферромагнитных материалов (отсюда и название этого типа накопителей). Именно таким материалом покрываются тонкие алюминиевые (у некоторых моделей – стеклянные) дисковидные пластины, которые затем насаживаются на общую ось – шпиндель. Посредством специального двигателя шпиндель раскручивается, вращая магнитные диски (у современных HDD их число достигает пяти).

Для записи и чтения информации с магнитных дисков используется считывающая головка. Ее передвижение в нужную точку пластины выполняется с помощью устройства позиционирования. Для записи данных, как правило, используются обе поверхности магнитного диска, то есть на каждую пластину приходится по две считывающие головки. Все головки собираются в один общий блок. Миниатюрные и легкие, считывающие головки парят в потоках воздуха, возникающих при вращении пластин, не касаясь их поверхности (высота «полета» составляет несколько нанометров, что в 100 раз меньше толщины человеческого волоса). Для их «посадки» предусмотрены специальные «парковочные зоны», падение же их на рабочую поверхность диска может привести к повреждению ферромагнитного слоя и, как следствие, к потере информации.

Попадание частиц пыли в столь тонкую механику просто недопустимо, именно поэтому все перечисленные компоненты жесткого диска помещаются в герметичный корпус.

Для управления работой компонентов и взаимодействия с компьютером HDD оснащается блоком электроники – эта небольшая плата крепится к нижней стороне корпуса диска. На ней, помимо прочего, располагается микросхема кэш-памяти, которая служит буфером и позволяет увеличить скорость обмена данными.

Как хранится информация

Для хранения информации на поверхности магнитных пластин формируются дорожки (треки), которые делятся на сектора. Все треки, в зависимости от удаленности от центра, сгруппированы в зоны, в пределах одной зоны количество секторов в треке одинаково. Равноудаленные от центра дорожки, находящиеся на разных магнитных дисках (и разных их поверхностях), образуют цилиндры.

Твердотельные диски

Твердотельные диски (Solid State Disk, SSD) – относительно новый тип накопителей. По большому счету, «дисками» SSD называют в основном по традиции: чтобы подчеркнуть тот факт, что они являются альтернативой традиционным жестким дискам и выпускаются в корпусах тех же форм-факторов.

Хотя внешне твердотельные диски не слишком отличаются от HDD, по принципу работы это совершенно иные устройства. У SSD нет механических частей: внутри у них всего лишь печатная плата с распаянными на ней микросхемами.

Наибольшее распространение сегодня получили твердотельные накопители на чипах флэш-памяти NAND. В таких SSD используется один из двух типов NAND-чипов: SLC (Single-Cell) или MLC (Multi-Level Cell). Ячейки памяти у чипов SLC одноуровневые, в них может быть записан всего один бит данных. Микросхемы MLC состоят из ячеек памяти с более высокой плотностью записи, способных хранить по два и более бита информации. Диски MLC имеют большую емкость и стоят дешевле SLC-накопителей. Но есть у последних и преимущества: они надежнее и быстрее.

Работа с данными

Для хранения данных в SSD-накопителях используются ячейки флэш-памяти. Для доступа к ним достаточно просто указать адрес нужной ячейки (правда, на деле контроллер накопителя оперирует более крупными массивами данных – блоками, которые, в свою очередь, состоят из страниц).

Чтобы ускорить работу SSD-накопителей, производители используют многоканальный (до 10 каналов) режим работы: контроллер устройства параллельно «общается» сразу с несколькими микросхемами памяти.

НА ЗАМЕТКУ ■ После появления твердотельных накопителей много говорилось об их недостаточной надежности: утверждалось, что время жизни SSD невелико, поскольку ячейки флэш-памяти выдерживают ограниченное количество операций перезаписи. Но практика показывает, что подобные опасения напрасны: производители гарантируют, что каждая ячейка MLC может выдержать 10 000, а SLC – 100 000 циклов перезаписи. Более того, разработаны хитроумные способы, позволяющие выровнять «износ» ячеек памяти. Для этого контролллер отслеживает количество циклов перезаписи каждой из ячеек и старается поровну распределить между ними нагрузку.

Гибридные жесткие диски

Эти устройства представляют собой накопители, оснащенные, наряду с обычным кэш-буфером, еще и несколькими сотнями (обычно 256) мегабайт флэш-памяти. Такие диски ориентированы прежде всего на использование в ноутбуках: скорость работы у них выше, а энергопотребление – ниже, чем у медленных ноутбучных HDD. Достигается это за счет того, что наиболее часто используемые данные хранятся не на магнитных пластинах, а во флэш-памяти. Однако реальный эффект от использования гибридных накопителей можно получить только в Windows Vista, с ее технологиями SuperFetch и ReadyBoost, позволяющими ускорить загрузку ОС и часто используемых программ.

Пока H-HDD не получили широкого распространения, поэтому в этой статье мы о них более говорить не будем.

Выбираем жесткий диск

Когда перед вами встает проблема выбора нового дискового накопителя, не стоит руководствоваться только желанием получить как можно больше гигабайт емкости за меньшие деньги. Правильнее будет здраво оценить свои потребности и сравнить их с возможностями, прежде всего финансовыми. Мы расскажем, что нужно учитывать при покупке нового дискового накопителя.

Интерфейс

Первое, на что стоит обратить внимание при покупке нового дискового накопителя, – это интерфейс его подключения к компьютеру. На сегодняшний день в десктопах и ноутбуках наибольшее распространение получили диски с интерфейсом SATA, а в старых ПК довольно часто встречаются накопители с интерфейсом PATA, уже сходящим со сцены.

Для того чтобы узнать, какой из интерфейсов подключения дисков поддерживает ваш компьютер, проще всего взглянуть на описание установленной в нем материнской платы.

Parallel ATA

Для соединения дисков PATA с материнской платой используется широкий 80-жильный шлейф. Аккуратно сложить его – целое искусство. Максимальная длина такого шлейфа составляет 46 см, чего не всегда оказывается достаточно для подключения накопителей в больших корпусах. К одному такому шлейфу может быть подключено два устройства, совместно использующих этот канал для «общения» с компьютером. Максимальная скорость передачи данных может достигать 133 Мб/с (примерно 1 Гбит/с), причем пропускная способность канала делится между подключенными устройствами, так что реальная скорость будет как минимум в два раза ниже.

В современных ПК интерфейс PATA используется для подключения оптического привода.

Serial ATA

На сегодняшний день принято уже три версии спецификации интерфейса SATA: SATA 1.х, SATA 2.х и новая SATA 3.0. Поскольку интерфейс SATA 3.0 делает только первые шаги, интерес для нас, как для людей, собирающихся приобрести жесткий диск уже сегодня, представляют лишь две первые версии.

Уже при первом взгляде на диск с интерфейсом SATA становится очевидным его преимущество перед PATA – меньший размер разъема. Для передачи данных используется компактный 7-жильный кабель, длина которого к тому же может быть увеличена до 1 м. Подключение такого диска не составит труда даже новичку.

Для питания SATA-дисков разработан специальный 15-контактный разъем, поэтому перед покупкой убедитесь, что блок питания вашего ПК имеет соответствующие разъемы, в противном случае придется приобрести переходник.

Скорость передачи по шине Serial ATA также выше: у SATA – 1,5 Мбит/с, у SATA II – 3 Мбит/с, а у SATA 3.0 – уже 6 Мбит/с. Кроме того, в SATA II появилась функция NCQ – аппаратная установка очереди команд, которая позволяет менять порядок обращений к дисковому накопителю таким образом, чтобы сократить время, необходимое для перемещения считывающих головок. Применение этой функции становится особенно актуальным, если вы используете приложения произвольного доступа, которые требуют обращения к данным, находящимся в разных местах жесткого диска. Такая ситуация возникает при одновременной работе сразу с несколькими приложениями или базой данных. Но стоит помнить, для того что бы функция NCQ работала, ее поддержка необходима не только со стороны жесткого диска, но и SATA-контроллера материнской платы, который для этого должен работать в режиме AHСI.

Итог:

если ваш компьютер поддерживает подключение дисковых накопителей с интерфейсом SATA, то выбор в пользу этого интерфейса однозначен.

Форм-фактор

Форм-фактор характеризует не только совокупность геометрических размеров жестких дисков, но и место расположения в них интерфейсных разъемов и крепежных отверстий.

Прежде чем покупать накопитель, нужно выяснить, диск какого типоразмера может быть установлен в ваш ПК. Современные дисковые накопители выпускаются в основном в двух форм-факторах – 3,5” и 2,5”. Первые предназначены для настольных компьютеров, вторые, как правило, устанавливаются в ноутбуки.

Особенно внимательно нужно подходить к выбору диска для ноутбука, поскольку, помимо форм-фактора, в этом случае требуется учитывать еще и монтажную высоту диска, которая у разных моделей неодинакова. Типичная монтажная высота 2,5-дюймовых дисков составляет 9,5 мм, но встречаются и накопители с монтажной высотой 12,5 мм (как правило, это HDD с тремя магнитными пластинами).

Кстати говоря, в настольные компьютеры, корпуса которых имеют корзины, рассчитанные на установку 3,5-дюймовых дисков, порой устанавливают и накопители форм-фактора 2,5”, для чего используются специальные крепления. Такой, на первый взгляд нерациональный шаг (2,5-дюймовые диски дороже 3,5-дюймовых) имеет смысл в том случае, если вы хотите максимально снизить энергопотребление своего ПК или создать особо тихую систему.

Итог:

прежде чем покупать диск, выясните, накопители какого размера можно установить в ваш системный блок.

Емкость

При выборе накопителя не стоит бездумно гнаться за гигабайтами. Прежде чем потратить деньги, определитесь, что вы собираетесь делать на своем компьютере. Если настольный ПК или ноутбук для вас – всего-навсего электронная печатная машинка с возможностью выхода в Интернет, вам будет достаточно жесткого диска небольшой емкости. Хотя в этом случае можно подумать и о приобретении SSD емкостью 32, 64 или 128 Гб: эти накопители бесшумны и имеют низкое энергопотребление. Если же компьютер для вас – это прежде всего центр мультимедийных развлечений, где хранятся фильмы, музыка и фотографии, то покупайте по максимуму. Однако стоит помнить, что стоимость 1 Гб дискового пространства изменяется в зависимости от емкости накопителя. Ее минимальную величину сегодня имеют жесткие диски емкостью 1 Тб среди 3,5-дюймовых моделей (около 3 руб. за 1 Гб) и 320 или 500 Гб – среди 2,5-дюймовых накопителей (6–7 руб. за 1 Гб).

Итог:

большая емкость диска порой оказывается лишней. В настоящее время самая выгодная покупка – HDD форм-фактора 3,5” емкостью 1 Тб.

Надежность

Надежность работы жесткого диска зависит не только от того, насколько качественно он изготовлен, но и от условий его эксплуатации. В поломке накопителя, как правило, бываем виноваты мы сами: к примеру, вибрации и перегрев, возникающие из-за неправильной эксплуатации диска, вряд ли поспособствуют увеличению срока его службы.

Если для вас крайне важна надежность накопителя и вы готовы за это платить, лучшим выбором будет покупка SSD. Если же этот тип накопителей вас не устраивает по причине дороговизны или небольшой емкости и вы решили покупать HDD, то для обеспечения большей надежности системы при прочих равных условиях стоит делать выбор в пользу моделей, имеющих меньшее количество магнитных пластин. Ведь вполне естественно, что чем меньше в устройстве механических компонентов, тем ниже вероятность выхода их из строя.

Итог:

SSD – лучший выбор для систем, используемых в «полевых» условиях. При покупке HDD лучше отдавать предпочтение моделям с меньшим количеством магнитных пластин.

Скоростные характеристики

Если вы не занимаетесь видеомонтажом или редактированием фотографий (используемые для этого приложения активно работают с дисковой подсистемой компьютера, особенно если в системе мало оперативной памяти), то такие характеристики дисковых накопителей, как время доступа или скорость линейного чтения и записи, для вас не так уж и важны.

Если же производительность дискового накопителя является принципиальным вопросом, то при выборе стоит принимать во внимание ряд следующих моментов. Наименьшее время произвольного чтения и записи, что важно при выполнении таких задач, как редактирование баз данных или одновременная работа с несколькими приложениями, имеют твердотельные накопители. Особенно хороши при такой работе с данными SSD, основанные на SLC-чипах, и MLC-модели, оснащенные быстрыми многоканальными контроллерами. При этом стоит учесть, что время записи у SSD, как правило, значительно больше времени чтения (особенно это ощутимо у накопителей, основанных на чипах MLC). Объясняется этот факт довольно просто, достаточно лишь вспомнить, как работает SSD. Если для чтения данных этому накопителю достаточно лишь, переключив электрические линии, считать нужный блок, то при записи он должен выполнить несколько операций: считать блок, изменить в нем нужные данные и записать его вновь. Естественно, что это требует куда больше времени.

У HDD время чтения и записи сопоставимы. Для них важными параметрами являются время позиционирования считывающей головки и скорость вращения шпинделя. Чем меньше первое и выше вторая, тем быстрее под считывающей головкой окажется нужный сектор магнитной пластины. Большинство современных HDD для настольных ПК имеет скорость вращения шпинделя 7200 об./мин, хотя при желании можно приобрести и модели со сростью 10 000 об./мин. Для 2,5-дюймовых HDD типичной является скорость вращения шпинделя 5400 об./мин., но в продаже имеются и более быстрые накопители, 7200 об./мин.

Итог:

если для вас крайне важна производительность дисковой подсистемы, то ваш выбор – дорогие твердотельные диски на SLC-чипах или MLC-памяти с «продвинутыми» контроллерами. Альтернативой им будут HDD с высокой скоростью вращения шпинделя.

Буферная память

Чем большим объемом кэш-памяти обладает диск, тем лучше. Благодаря наличию этого быстрого буфера, удается увеличить скорость работы с данными за счет использования алгоритмов упреждающего чтения и отложенной записи. Современные диски бывают оснащены 8, 16 или 32 Мб кэш-памяти.

Что касается SSD, то буфером оснащаются далеко не все модели. Эти диски и без того имеют высокую скорость произвольного доступа и поэтому могут обойтись без него.

Итог:

кэша много не бывает. Чем большим объемом буфера будет располагать дисковый накопитель, тем лучше.

Уровень шума

В последнее время пользователи стали предъявлять все более жесткие требования к уровню шума своих десктопов и ноутбуков. Большую популярность приобрели малошумные и бесшумные ПК. Хорошим подспорьем в создании подобных систем стали SSD: в силу своей природы эти устройства абсолютно бесшумны, а их низкое энергопотребление и тепловыделение позволяют обойтись без дополнительного охлаждения.

Следуя общей тенденции, производители HDD также выпустили ряд моделей с пониженным уровнем шума и уменьшенным энергопотреблением: у компании Samsung линейка таких дисков получила название EcoGreen F1, у Seagate – Barracuda LP, у Wester Digital – Caviar Green. В моделях этих серий разработчики вернулись к использованию низкой скорости вращения шпинделя 5400 об./мин. (у Barracuda LP – 5900 об./мин.). Эти диски работают практически бесшумно и, в отличие от SSD, дешевы, а их емкость достигает 2 Тб.

Итог: если вы планируете собрать бесшумный ПК, то лучшим выбором для такой системы станет SSD. Для этой же цели вполне подойдут и жесткие диски специальных «экологичных» серий с низкой скоростью вращения шпинделя.

Советы по уходу за диском

«Самочувствие» дискового накопителя во многом зависит от того, в каких условиях ему приходится работать. Если вы хотите, чтобы ваш диск служил вам верой и правдой долгие годы, и желаете точно знать все о состоянии его «здоровья», следует соблюдать несколько простых правил и выполнять ряд несложных процедур. Каких именно? Об этом мы расскажем ниже.

Монтаж

Устанавливая жесткий диск в корпус своего ПК, постарайтесь устранить возможность передачи вибраций от корпуса на жесткий диск и обратно. В первом случае это может привести к появлению «битых» секторов, во втором сделает компьютер более шумным. Для того чтобы избежать негативного влияния вибрации, вам нужно использовать демпфирующее крепление. В простейшем случае для этого подойдут резиновые шайбы, прокладываемые при креплении между корпусом и жестким диском. Некоторые производители корпусов предусматривают специальные «салазки» и другие демпфирующие конструктивные элементы, например небольшие резиновые шайбы на корзинах для дисков.

Дефрагментация

О дефрагментации жесткого диска

В связи с чем этого, безусловно, важного вопроса здесь коснемся лишь вскользь. Отметим пользу данной процедуры, способной повысить производительность жесткого диска, а порой и снизить издаваемый им шум благодаря оптимизации расположения данных на магнитных дисках и, как следствие, уменьшению количества перемещений магнитных головок при доступе к ним. Но все вышесказанное не относится к SSD. Если в вашей системе установлен твердотельный диск, то не стоит пытаться выполнить его дефрагментацию стандартными средствами: пользы от этого не будет никакой, даже напротив – лишний раз «погоняв» данные, вы просто добавите ячейкам лишние циклы перезаписи. Для дефрагментации, а правильнее сказать, оптимизации расположения данных на твердотельных накопителях используются специальные утилиты (например, модуль Hyper fast утилиты Diskeeper 2009).

Охлаждение и температурный режим

Дисковые накопители, как любые другие компоненты компьютера, не любят высоких температур и поэтому требуют должного охлаждения.

Cтраница 1

Общекластерные дисковые накопители обеспечивают возможность быстрого перезапуска приложений на разных узлах кластера и одновременной работы прикладных программ с одними и теми же данными, получаемыми с разных узлов кластера так, как если бы эти программы находились в.

Различия дисковых накопителей не исчерпываются только диаметром диска. Диски подразделяются на жесткие и гибкие, последние называют еще дискетами. Для форматирования дисков используется более 50 различных методов, но наиболее употребительны два из них: с жесткими секторами и с мягкими секторами. При использовании первого метода диски размечаются в процессе изготовления, и определение номера сектора, в котором находится магнитная головка, осуществляется с помощью фотодатчика и счетчика тактовых импульсов. Во втором случае диск форматируется магнитной головкой, выполняющей секторную разметку.

Информация на дисковый накопитель вводится одновременно с четырех или восьми пультов в зависимости от того, сколькими пультами данное устройство укомплектовано. Управление работой операторов обеспечивается программно, при этом на пульт оператора выдаются соответствующие индикационные сигналы.

Надежность работы дискового накопителя резко возрастает, если обеспечена его герметизация, исключающая попадание пыли на рабочую поверхность. Именно таким образом сконструирован накопитель типа Винчестер, в котором диски помещаются вместе с механизмом записи - чтения в один герметичный корпус.

Сложные ПУ, например дисковые накопители, выполняют функции чтения блока данных, запись блока данных, позиционирование головки в прямом и обратном направлениях и др. Это требует наличия в контроллере ПУ регистра команды. Часто биты готовности и управления прерыванием, вектор состояния ПУ и команда объединяются в одно физическое слово, хранимое на регистре команды и состояния устройства. Сами функции команды частично выполня-ют.

Высокая скорость работы дисковых накопителей позволяет экономить время. При работе с гибкими дисками приходится достаточно долго ждать, пока завершится обмен данными и программами между диском и памятью. Поэтому любой пользователь, даже если он никогда не работал с другими устройствами, скоро начинает понимать, насколько медленны НГМД.

Файлы создаются на дисковых накопителях и на некоторых типах накопителей на магнитной ленте. Файлы состоят из последовательности блоков фиксированной длины. Все блоки на носителе пронумерованы, нумерация начинается с нулевого блока. Файл размещается в виде непрерывного участка смежных блоков.

В отличие от этого дисковые накопители обеспечивают доступ к нескольким одновременно открытым файлам.

Локальные отображения накопителей показывают на локальные дисковые накопители, подключенные к рабочей станции пользователя. При входе в сеть DOS резервирует нужное число букв для учета всех гибких и жестких дисков в рабочей станции. Числа локальных отображений накопителей зависит от рабочей версии DOS и числа дисковых накопителей в рабочей станции.

Первая часть этой статьи посвящена современным дисковым накопителям и их внутренней работе, включая такие вопросы, как перемещение головок, зонирование, перекос дорожек, резервирование, кэширование, опережающее чтение и многое другое. Во второй части статьи описывается моделирование дисковых накопителей.

Для хранения программ микродиагностики к пульту подключается стандартный дисковый накопитель ЕС5080, для чего в составе пульта имеется стандартный селекторный канал с выходом на интерфейс ввода-вывода ЕС ЭВМ.

Персональная ЭВМ с соответствующими периферийными устройствами (дисковым накопителем, быстродействующим печатным устройством и графопостроителем) сегодня по цене сопоставима с обычными для химической лаборатории приборами. Преимущество персонального компьютера перед большой ЭВМ заключается в том, что он доступен в любой момент. Это позволяет использовать вычислительную технику для решения даже небольших задач. В области химии пока еще не созданы библиотеки программ. Пользователю не остается ничего другого, как писать свои программы самому. Однако это невозможно без определенных сведений о самой ЭВМ и о языке программирования, который она понимает. Усвоить такие сведения довольно просто. БЕЙСИК среди других языков программирования наиболее подходит для персональных ЭВМ.

Томский межвузовский центр дистанционного образования

Томский государственный университет

систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра автоматизированных систем управления (АСУ)

по дисциплине "Информатика"

Выполнил:

студент ТМЦДО

гр.: з-348б-32

специальности 230105

Нурпеисов Жанболат Кикбаевич

г. Томск 2011 г.

Список литератур

Жесткий магнитный диск (винчестер)

Хотя в последнее время жесткий диск "винчестером" называют все реже, История появлении этого названия связана с моделью диска фирмы IBM, имевшей обозначение "30/30", сходное с названием широко распространенной в Америке винтовки тридцатого калибра фирмы Winchester. Однако существуют разночтения в том, когда был разработан диск этой модели (называют 60-е годы, начало и середину 70-х), был ли он выпущен или остался прототипом, а также что в нем соответствовало обозначению "30/30". В одних источниках утверждается, что диск позволял записывать 30 дорожек по 30 секторов каждая, в других говорится об объединении 30-Мбайтного фиксированного диска и 30-Мбайтного сменного диска в одном устройстве.

Винчестеры - это одни из самых важных, а также, самых интересных компонентов в компьютере. Возможно, самое обворожительное, что можно увидеть в истории винчестеров, это то, как в последние два десятилетия инженеры улучшали НЖМД в сторону удобности использования, емкости, скорости, потребления энергии и т.д.

Самые первые компьютеры вообще не имели постоянного хранилища данных. Каждый раз, когда вы хотели поработать с программой, ее надо было вводить в ручную. Довольно быстро стало понятно, что компьютерам нужно какое-то постоянное хранилище данных. Первым носителем данных, используемым в компьютерах, была бумага! (перфокарты? Программы и данные были записаны, используя дырки в бумажных карточках. Использовался специальный считыватель, который использовал луч света для сканирования карточек: где находилась дырка, она воспринималась как "1", а где дырки не было, воспринимался "0". По сравнению с ручным вводом программы каждый раз при включении компьютера, это был большой шаг вперед, оставаясь, между тем очень неудобным методом ввода программ в компьютер. Тем не менее, перфокарты использовались довольно продолжительное время. Следующим важным улучшением хранилища программ было изобретение магнитной ленты. Информация записывалась методом, похожим на запись аудиокассет, магнитные ленты были более гибким, надежным и более быстрым хранилищем информации по сравнению с перфокартами. Конечно, накопители на лентах и сейчас используются в компьютерах, но в качестве вторичного накопителя данных, как правило, для хранения резервных копий. Главный минус данного устройства в том, что данные располагались линейно, и требовались минуты, чтобы перемотать ленту из одного конца в другой, делая медленным случайный доступ к данным. Позже появились НГМД, они были медленными, малыми в размере и очень ненадежными устройствами хранения данных, даже по сравнению с первыми жесткими дисками.

Для многих людей жесткий диск представляется как черный ящик, который как-то хранит информацию.

Физическая архитектура и логическая структура дисковых накопителей

Многолетнее развитие накопителей на жестких магнитных дисках не смогло изменить базовую схему этих устройств, одним из ключевых элементов которой является вращающийся диск с информационным слоем.

Весь винчестер, как устройство, делится на две крупные составляющие: плату электроники и гермозону или "камеру", внутри которой находятся магнитные диски (пластины) в просторечье именуемые "блинами", блок магнитных головок, шпиндельный двигатель и другие устройства. Внутреннее устройство большинства накопителей на жестких дисках практически одинаково (см. рис.1).

То, что скрывается под крышкой жесткого диска

Плата электроники или контроллер на жестком диске, по - сути, маленький компьютер. Любой современный жесткий диск на собственной плате контроллера обязательно имеет оперативную память, которую называют кэшем или буфером. Обычно размер кэша колеблется от 512 Кб до 8 Мб (в современных), в зависимости от модели диска. Кэш влияет на производительность жесткого диска самым непосредственным образом, так как скорость чтения данных из него в два-три, а то и более раз может превышать скорость считывания информации с пластин. В кэш записываются данные, к которым чаще всего обращается программа, и таким образом скорость работы некоторых программ с дисками может достигать совершенно фантастических величин. Некоторые производители устанавливают на свои диски не только кэши чтения, но и кэши записи. Помимо кэш-памяти, на собственной плате контроллера любого жесткого диска расположены схемы интерфейсной логики и процессор, управляющий вводом-выводом и кодированием данных. Также процессор управляет программой самодиагностики, которая стала обязательной для современных жестких дисков. Большинство дисков использует для самодиагностики технологию SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology - технология самоанализа и информирования), предложенную несколько лет назад фирмами IBM и Compaq. Процессор занимается обработкой полученных с головок данных и преобразованием их в понятный компьютеру "язык". Делает он это, как и компьютер в оперативной памяти ОЗУ. ПЗУ необходимо для старта, как БИОС на материнской плате. Чем занимается микросхема управления электродвигателем понятно из её названия. При включении плата контроллера считывает служебную информацию и если она корректна, то жесткий диск начинает работу.

Весь винчестер должен быть произведен с особой точностью в силу очень большой миниатюрности компонентов. Пластины, головки, шпиндель, привода закрыты в специальном объеме, называемом гермозоной, или "камерой". Это сделано для того, чтобы гермозона была защищена от пыли, которая может разрушить головки или стать причиной царапин на пластинах. Внутри гермозоны находится воздух, а не вакуум, как думают многие. Она связана с внешним миром системой выравнивания давления, в которой имеется воздушный фильтр. Таким образом, давление воздуха внутри гермозоны всегда выровнено с окружающим воздухом, этим же образом решена проблема с выпадением конденсата.

Гермозона (герметичная зона) - полость жесткого диска, ограниченная "камерой" и крышкой, внутри которой находиться очищенный от частиц пыли воздух. Герметичная камера предохраняет носители не только от проникновения механических частиц пыли, но и от воздействия электромагнитных полей. Обеспечение чистого без пыльного пространства внутри жесткого диска необходимое условие для поддержания работоспособности жесткого диска, т.к. малейшие частички могут привести к порче магнитного покрытия дисков и потере данных и работоспособности устройства.

В винчестерах используются круглые диски (пластины) из немагнитных поверхностей, на которые нанесён тонкий слой магнитного материала. Все пластины насажены на шпиндель электродвигателя, и вращаются на большой скорости (у разных моделей современных дисков эта скорость колеблется от 5400 до 12000 об/мин). Чем выше скорость вращения, тем выше скорость обмена данными. Между пластинами перемещается вилка, на которой расположены магнитные головки, выполняющие запись и считывание информации. Головки позиционируются строго на определённых расстояниях от оси вращения пластин. Поверхность пластин в жестких дисках имеют специальную структуру, для обеспечения упорядоченной записи и хранения информации. На каждой пластине информация записывается на концентрических окружностях, называемых треками (track-дорожка). Треки на различных поверхностях находятся на одинаковых расстояниях от оси вращения. Совокупность треков, расположенных на разных поверхностях, но имеющих один и тот же диаметр, называется цилиндром.

Каждый трек разбивается на части, называемые секторами (см. рис 2).

Современные жесткие диски имеют различное количество секторов на дорожке в зависимости от того, внешняя ли это дорожка или внутренняя. Внешняя дорожка длиннее и на ней можно разместить больше секторов, чем на более короткой внутренней дорожке. Данные на чистый диск начинают записываться также с внешней дорожки. Все современные жёсткие магнитные диски имеют одинаковый логический размер сектора, позволяющий записать в сектор 512 байт информации. Секторы имеют номера, начинающиеся с 1. Секторы с одинаковыми номерами на всех дорожках цилиндра находятся "друг под другом", так что возможно одновременное чтение из всех таких секторов (или одновременная запись в них). Секторы с одинаковыми номерами разных цилиндров не находятся на одном радиусе (как можно было бы предположить), а расположены вдоль некоторой кривой, обеспечивающей переход к сектору с тем же номером, расположенному на соседней дорожке, с учётом времени, необходимого для перемещения головки к оси вращения диска (за это время диск успевает повернуться). Такое расположение секторов называется "перекосом цилиндров".

Самый первый сектор жесткого диска (сектор 1, дорожка 0, поверхность (головка) 0) содержит так называемую главную загрузочную запись (Master Boot Record - MBR). Эта запись занимает не весь сектор, а только его начальную часть. Сама по себе главная загрузочная запись является программой. Эта программа во время начальной загрузки операционной системы с жесткого диска помещается в оперативную память ПК. Загрузочная запись продолжает процесс загрузки операционной системы.

В конце самого первого сектора жесткого диска располагается таблица разделов диска (Partition Table).

Разметка пластин на треки и сектора производится низкоуровневым форматированием.

Низкоуровневое форматирование - это процесс нанесения информации о позиции треков и секторов, а также запись служебной информации для сервосистемы. Этот процесс иногда называется "настоящим" форматированием, потому что он создает физический формат, который определяет дальнейшее расположение данных. Когда в первый раз запускается процесс низкоуровневого форматирования винчестера, пластины жесткого диска пусты, т.е. не содержат абсолютно никакой информации о секторах, треках и т.п.

Форматирование жесткого диска включает в себя три этапа:

1. Форматирование диска на низком уровне (низкоуровневое форматирование). Это единственный "настоящий" метод форматирования диска. При этом процессе на жестком диске создаются физические структуры: треки, сектора, управляющая информация. Этот процесс выполняется заводом-изготовителем на пластинах, которые не содержат еще никакой информации.

2. Разбиение на разделы. Этот процесс разбивает объем винчестера на логические диски (C, D, и т.д.). Этим обычно занимается операционная система, и метод разбиения сильно зависит от операционной системы.

3. Высокоуровневое форматирование. Этот процесс также контролируется операционной системой и зависит как от типа операционной системы, так и от утилиты, используемой для форматирования. Процесс записывает логические структуры, ответственные за правильное хранение файлов, а также, в некоторых случаях, системные загрузочные файлы в начало диска. Это форматирование можно разделить на два вида: быстрое и полное. При быстром форматировании перезаписывается лишь таблица файловой системы, при полном сначала производится верификация (проверка) поверхности накопителя, а уже потом производится запись таблицы файловой системы.

В настоящее время наиболее распространены 4 файловые системы - FAT, NTFS, FAT32 и HPFS (OS/2). Все операционные системы используют различные программы для высокоуровневого форматирования, т.к. они используют различные типы файловых систем. Тем не менее, низкоуровневое форматирование, как процесс разметки треков и секторов на диске, одинаков.

Основные функции файловой системы

Поддержание отображения файлов на физические и логические структуры носителя данных (например, на кластеры и секторы жёсткого диска).

Обеспечение доступа к файлам по их символическим именам.

Гарантирование корректности данных, содержащихся в файле.

Оптимизация производительности как с точки зрения ОС (пропускная способность), так и с точки зрения пользователя (время отклика).

Обеспечение поддержки использования файлов несколькими пользователями для многопользовательской системы.

Основные физические и логические параметры жестких дисков

Все накопители соответствуют стандартам, определяемым либо независимыми комитетами и группами стандартизации, либо самими производителями. Среди множества технических характеристик отличающих одну модель от другой можно выделить некоторые, наиболее важные с точки зрения пользователей и производителей, которые, так или иначе используются при сравнении накопителей различных производителей и выборе устройства.

Диаметр дисков (disk diameter) - параметр довольно свободный от каких-либо стандартов, ограничиваемый лишь форм-факторами корпусов.

Число поверхностей (sides number) - определяет количество физических дисков установленных на шпиндель.

Число цилиндров (cylinders number) - определяет сколько дорожек (треков) будет располагаться на одной поверхности.

Число секторов (sectors count) - общее число секторов на всех дорожках всех поверхностей накопителя.

Число секторов на дорожке (sectors per track) - общее число секторов на одной дорожке.

Частота вращения шпинделя (rotational speed или spindle speed) - определяет, сколько времени будет затрачено на последовательное считывание одной дорожки или цилиндра.

Время перехода от одной дорожки к другой (track-to-track seek time)

жесткий магнитный дисковый накопитель

Время успокоения головок (head latency time) - время, проходящее с момента окончания позиционирования головок на требуемую дорожку до момента начала операции чтения/записи.

Время установки или время поиска (seek time) - время, затрачиваемое устройством на перемещение головок чтения/записи к нужному цилиндру из произвольного положения.

Среднее время установки или поиска (average seek time) - усредненный результат большого числа операций позиционирования на разные цилиндры, часто называют средним временем позиционирования.

Время ожидания (latency) - время, необходимое для прохода нужного сектора к головке, усредненный показатель - среднее время ожидания (average latency), получаемое как среднее от многочисленных тестовых проходов.

Время доступа (access time) - суммарное время, затрачиваемое на установку головок и ожидание сектора.

Среднее время доступа к данным (average access time) - время, проходящее с момента получения запроса на операцию чтения/записи от контроллера до физического осуществления операции - результат сложения среднего время поиска и среднего времени ожидания.

Скорость передачи данных (data transfer rate), называемая также пропускной способностью (throughput), определяет скорость, с которой данные считываются или записываются на диск после того, как головки займут необходимое положение.

Внешняя скорость передачи данных (external data transfer rate или burst data transfer rate) показывает, с какой скоростью данные считываются из буфера, расположенного на накопителе в оперативную память компьютера.

Внутренняя скорость передачи данных (internal transfer rate или sustained transfer rate) отражает скорость передачи данных между головками и контроллером накопителя и определяет общую скорость передачи данных в тех случаях, когда буфер не используется или не влияет (например, когда загружается большой графический или видеофайл).

Размер кеш-буфера контроллера (internal cash size).

Средняя потребляемая мощность (capacity).

Уровень шума (noise level), разумеется, является эргономическим показателем.

Среднее время наработки на отказ (MTBF) - определяет сколько времени способен проработать накопитель без сбоев.

Сопротивляемость ударам (G-shock rating) - определяет степень сопротивляемости накопителя ударам и резким изменениям давления, измеряется в единицах допустимой перегрузки g во включенном и выключенном состоянии.

Физический и логический объем накопителей. Носители жестких дисков, в отличие от гибких, имеют постоянное число дорожек и секторов, изменить которое невозможно. Эти числа определяются типом модели и производителем устройства. Поэтому, физический объем жестких дисков определен изначально и состоит из объема, занятого служебной информацией (разметка диска на дорожки и сектора) и объема, доступного пользовательским данным.

Жесткий диск конструктивно сложное устройство. Механическая составляющая винчестера это слабое звено во всем системном блоке. Ведь если остальные элементы компьютера можно безболезненно поменять, купив новые, то жесткий диск так просто не заменишь, ведь на нем хранится информация. Не смотря на то, что некоторые компании занимаются разработкой альтернативных носителей информации, в которых не будет механических элементов, все же в настоящее время отказываться от производства жестких дисков на основе магнитного принципа записи никто не собирается. Подтверждением тому служит появление винчестеров использующих перпендикулярный принцип записи, что позволило добиться более высокой плотности записи. Вследствие этого уже появились НЖМД емкостью более 1 Тб.

В серии Seagate Barracuda® 7200.11 Используется технология перпендикулярной записи второго поколения, которая позволяет достичь ещё большей плотности записи на единицу поверхности. Благодаря этому максимальная емкость достигла значения в 1,5 Тб. Все жесткие диски Seagate Barracuda® 7200.11 обладают интерфейсом SATA-II с поддержкой технологии NCQ. Новейшая серия Seagate Barracuda® XT представленная на рынке пока единственной моделью с рекордным объемом 2 Тб. Самый быстрый и самый ёмкий - именно такие эпитеты заслуживает эта модель. Жесткий диск Seagate Barracuda XT для настольных компьютеров имеет ёмкость 2 Тб, скорость вращения шпинделя 7200 об/мин, размер кэш-памяти - 64 Мб, а также оснащён скоростным интерфейсом нового поколения SATA III (с пропускной способностью до 6 Гбит/с). Всё это в комплексе обеспечивает широкие возможности для хранения огромного количества информации и высочайшую производительность. Области применения HDD Seagate Barracuda XT разнообразны: высокопроизводительные игровые ПК, системы для создания и обработки видео в формате высокого разрешения HD, домашние серверы и рабочие станции, настольные RAID-массивы, внешние устройства хранения данных со скоростными интерфейсами FireWire 800 или eSATA.

Некоторые ключевые моменты в развитии жестких магнитных дисков:

· Первый жесткий диск (1956): IBM RAMAC, имел емкость порядка 5 мегабайт, хранящихся на пятидесяти 24-х дюймовых дисках. Плотность записи составляла порядка 2000 бит на квадратный дюйм, скорость передачи данных - 8800 бит в секунду.

· Первые головки на воздушной подушке (1962): IBM model 1301 впервые использовал магнитные головки, летящие на воздушной подушке, снизив таким образом расстояние между головками и дисками до 250 микродюймов. Жесткий диск имел емкость в 28 мегабайт, используя половину от количества головок IBM RAMAC, и его плотность записи и скорость работы была увеличена на 1000%.

· Первый переносимый жесткий диск (1965): IBM model 2310 был первым винчестером с переносимым пакетом дисков.

· Первые ферритовые головки (1966): IBM model 2314 был первым жестким диском, который использовал ферритовый сердечник в головках.

· Первый современный дизайн жесткого диска (1973): IBM model 3340 имел емкость в 60 мегабайт и использовал много ключевых технологий, которые до сих пор используются в современных жестких дисках.

· Первые тонкопленочные головки (1979): IBM model 3370 был первым жестким диском, использующим тонкопленочные головки, которые намного позже станут применяться повсеместно в дисках для ПК.

· Первый жесткий диск в 8" форм-факторе (1979): IBM model 3310 был первым жестким диском, использующим 8-дюймовые диски, до этого почти на протяжении десятилетия использовались 14-ти дюймовые диски.

· Первый жесткий диск в 5,25" форм-факторе (1980): Seagate ST-506 был первым жестким диском, представленном в 5.25" форм-факторе, который использовался в первых ПК.

· Первый жесткий диск в 3.5" форм-факторе (1983): фирма Rodime представила RO352, первый жесткий диск, который был выполнен в 3,5" форм-факторе, который стал одним из самых важных форм-факторов в индустрии ПК.

· Первый жесткий диск, использующий соленоидный привод перемещения головок (1986): Conner Peripherals CP340.

· Первый "низкопрофильный" 3,5" жесткий диск (1988): Conner Peripherals CP3022, имевший высоту в 1 дюйм, все современные жесткие диски выполнены именно в этом, "низкопрофильном" дизайне.

· Первый 2,5" жесткий диск (1988): PrairieTek представил первый жесткий диск, использующий 2,5" пластины. Именно этот форм-фактор стал стандартом для жестких дисков, используемых в ноутбуках.

· Первый жесткий диск, использующий магниторезистивные головки и PRML декодирование данных (1990): IBM model 681, имел емкость в 857 мегабайт и впервые использовал магниторезистивные головки и PRML.

· Первые тонкопленочные диски (1991): IBM "Pacifica" диск для мэйнфремов был первым, использующим тонкопленочные диски.

Между тем, жесткие магнитные диски могут однажды отступить перед "прямоугольными жесткими дисками" (Hard Rectangular Disk, HRD). В последнее время у HDD появился конкурент с более привлекательными показателями быстродействия, за которые, впрочем, приходится платить, в буквальном смысле слова. Есть разработчики, не теряющие надежды создать собственную альтернативу HDD. Компания DataSlide представила прототип нового накопителя, который, не исключено, однажды составит конкуренцию HDD и SSD. Используемая в нем технология получила название "прямоугольный жесткий диск" (Hard Rectangular Disk, HRD). По словам DataSlide, запатентованная технология позволит накопителю достичь показателей производительности 160000 IOPS и 500 МБ/с при потребляемой мощности менее 4 Вт. Для сравнения - у современных SSD эти показатели равны 35000 IOPS (в режиме чтения, в режиме записи - 3000 IOPS) и 220 МБ/с соответственно. По сведениям одного из источников, объем прототипа равен 36 ГБ, сами разработчики утверждают, что накопители HRD смогут иметь объем от 80 ГБ до 2 ТБ.

Концепция HRD позаимствована у разработки IBM под названием Millipede. В конструкцию накопителя входит пьезоэлектрический привод, приводящий в прецизионное колебательное движение прямоугольную пластину с магнитным носителем, и двухмерные массивы головок для чтения и записи. Контактирующие поверхности покрыты твердой алмазной "смазкой", гарантирующей, по словам компании, многолетнюю работу без износа. До 64 магнитных головок массива могут вести чтение или запись одновременно.

Пока нет данных о том, сколько времени пройдет до превращения прототипа в серийное изделие, доступное на рынке, и сколько такие накопители будут стоить. Известно лишь, что преимуществом разработки является применение технологий и материалов, уже используемых в серийном производстве ЖК-панелей и магнитных носителей.

Список литератур

1. Основы современных компьютерных технологий: Учебное пособие. / Под ред. Хомоненко Д.А. - СПб.: КРОНА принт, 1998.

2. Смирнов А.Д. Архитектура вычислительных систем. М.: Наука, 1990.

3. Скот Мюлер. Модернизация и ремонт персональных компьютеров. /пер. с англ. - М: Зао "Издательство Бином". 1998 г.

4. Для подготовки данной работы так же были использованы материалы из интернета: http://www.nodevice.ru/, http://spas-info.ru/articles/

5. http://www.datalabs.ru/kb/000021.html

6. http://spas-info.ru/articles/print/? ch=articl&page=11_arranged

7. http://www.xard.ru/post/10731/? page=123

Частота окружающего воздуха, поскольку грязь или пыль могут вызвать соударение головки с диском, что однозначно приведет к выходу его из строя. Как известно, для установки дисковых накопителей в системном блоке любого персонального компьютера предусмотрены специальные монтажные отсеки. Габаритные размеры современных винчестеров характеризуются форм-фактором. Форм-фактор указывает горизонтальные...

Загрузочные сектора жестких дисков. Физическое и логическое подключение жестких дисков Какие же необходимо подключить разъемы и установить перемычки и другие операции при физической установке накопителя на жестких дисках? Это - интерфейсный шлейф, кабель питания, перемычки выбора статуса логического устройства и, возможно, индикатор состояния устройства (обращения к устройству), а также...

Run Limited Length – ARLL) – улучшенный метод RLL, в котором, наряду с логическим уплотнением данных, производится повышение частоты обмена между контроллером и накопителем. Технология производства накопителей на гибких магнитных дисках Запись и считывание информации осуществляются с помощью магнитных головок плавающего типа. Они крепятся на рычагах, которые перемещаются по радиусу...

Распознается как жесткий диск, причем не требует установки драйвера. Объем флэш-дисков может составлять от 32 Мбайт до 8 Гбайт. Вопрос 2: EXCEL. Форматирование ячеек. Применение условного форматирования. 2.1. Форматирование ячеек. Границы ячеек и линии сетки представляют собой разные элементы таблицы. Линии сетки определяются для рабочего листа целиком. Границы применяются к отдельным...

Магнитные диски.

Дисковые накопители информации. Типы, виды, свойства дисковых накопителей информации. Магнитные дисковые накопители информации.

Дисковые накопители информации. Выпускаемые накопители информации представляют собой гамму запоминающих устройств с различным принципом действия физическими и технически-эксплуатационными характеристиками. Основным свойством и назначением накопителей информации является ее хранение и воспроизведение.

Типы, виды, свойства дисковых накопителей информации. Основные виды накопителей:

накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);

накопители на магнитной ленте (НМЛ);

накопители CD-ROM, CD-RW, DVD.

Им соответствуют основные виды носителей:

гибкие магнитные диски (Floppy Disk ) (диаметром 3,5’’ и ёмкостью 1,44 Мб; диаметром 5,25’’ и ёмкостью 1,2 Мб (в настоящее время устарели и практически не используются, выпуск накопителей, предназначенных для дисков диаметром 5,25’’, тоже прекращён)), диски для сменных носителей;

жёсткие магнитные диски (Hard Disk );

кассеты для стримеров и других НМЛ;

диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD.

Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и смешанные – магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии хранения/воспроизведения/записи цифровой информации. Поэтому, в связи с видом и техническим исполнением носителя информации, различают: электронные, дисковые и ленточные устройства. Основные характеристики накопителей и носителей:

информационная ёмкость;

скорость обмена информацией;

надёжность хранения информации;

стоимость.

Магнитные дисковые накопители информации.

Принцип работы магнитных запоминающих устройств основан на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственноустройств чтения/записи информации имагнитного носителя , на который, непосредственно осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т.д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей – дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение величины напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.

Обычно НМД состоит из следующих частей:

контроллер дисковода,

собственно дисковод,

интерфейсные кабеля,

магнитный диск

Магнитный диск представляет собой основу с магнитным покрытием, которая вращается внутри дисковода вокруг оси.

Магнитное покрытие используется в качестве запоминающего устройства.

Магнитные Диски бывают: жесткие(Винчестер) и гибкие(Флоппи). Накопитель на жестких магнитных дисках - НЖМД(HDD). Накопитель на гибких магнитных дисках - НГМД(FDD).

Кроме НЖМД и НГМД довольно часто используют сменные носители. Довольно популярным накопителем является Zip. Он выпускается в виде встроенных или автономных блоков, подключаемых к параллельному порту. Эти накопители могут хранить 100 и 250 Мб данных на картриджах, напоминающих дискету формата 3,5’’, обеспечивают время доступа, равное 29 мс, и скорость передачи данных до 1 Мб/с. Если устройство подключается к системе через параллельный порт, то скорость передачи данных ограничена скорость параллельного порта.

К типу накопителей на сменных жёстких дисках относится накопитель Jaz. Ёмкость используемого картриджа - 1 или 2 Гб. Недостаток - высокая стоимость картриджа. Основное применение - резервное копирование данных.

В накопителях на магнитных лентах (чаще всего в качестве таких устройств выступают стримеры ) запись производится на мини-кассеты. Ёмкость таких кассет - от 40 Мб до 13 Гб, скорость передачи данных - от 2 до 9 Мб в минуту, длина ленты - от 63,5 до 230 м, количество дорожек - от 20 до 144.

Томский государственный университет

систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра автоматизированных систем управления (АСУ)

по дисциплине "Информатика"

Выполнил:

студент ТМЦДО

гр.: з-348б-32

специальности 230105

Нурпеисов Жанболат Кикбаевич

г. Томск 2011 г.

Список литератур

Жесткий магнитный диск (винчестер)

Самые первые компьютеры вообще не имели постоянного хранилища данных. Каждый раз, когда вы хотели поработать с программой, ее надо было вводить в ручную. Довольно быстро стало понятно, что компьютерам нужно какое-то постоянное хранилище данных . Первым носителем данных, используемым в компьютерах, была бумага! (перфокарты? Программы и данные были записаны, используя дырки в бумажных карточках. Использовался специальный считыватель, который использовал луч света для сканирования карточек: где находилась дырка, она воспринималась как "1", а где дырки не было, воспринимался "0". По сравнению с ручным вводом программы каждый раз при включении компьютера, это был большой шаг вперед, оставаясь, между тем очень неудобным методом ввода программ в компьютер. Тем не менее, перфокарты использовались довольно продолжительное время. Следующим важным улучшением хранилища программ было изобретение магнитной ленты. Информация записывалась методом, похожим на запись аудиокассет, магнитные ленты были более гибким, надежным и более быстрым хранилищем информации по сравнению с перфокартами. Конечно, накопители на лентах и сейчас используются в компьютерах, но в качестве вторичного накопителя данных, как правило, для хранения резервных копий. Главный минус данного устройства в том, что данные располагались линейно, и требовались минуты, чтобы перемотать ленту из одного конца в другой, делая медленным случайный доступ к данным. Позже появились НГМД, они были медленными, малыми в размере и очень ненадежными устройствами хранения данных, даже по сравнению с первыми жесткими дисками.

Для многих людей жесткий диск представляется как черный ящик, который как-то хранит информацию.

Физическая архитектура и логическая структура дисковых накопителей

То, что скрывается под крышкой жесткого диска

Плата электроники или контроллер на жестком диске, по - сути, маленький компьютер. Любой современный жесткий диск на собственной плате контроллера обязательно имеет оперативную память, которую называют кэшем или буфером. Обычно размер кэша колеблется от 512 Кб до 8 Мб (в современных), в зависимости от модели диска. Кэш влияет на производительность жесткого диска самым непосредственным образом, так как скорость чтения данных из него в два-три, а то и более раз может превышать скорость считывания информации с пластин. В кэш записываются данные, к которым чаще всего обращается программа, и таким образом скорость работы некоторых программ с дисками может достигать совершенно фантастических величин. Некоторые производители устанавливают на свои диски не только кэши чтения, но и кэши записи. Помимо кэш-памяти, на собственной плате контроллера любого жесткого диска расположены схемы интерфейсной логики и процессор, управляющий вводом-выводом и кодированием данных. Также процессор управляет программой самодиагностики, которая стала обязательной для современных жестких дисков. Большинство дисков использует для самодиагностики технологию SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology - технология самоанализа и информирования), предложенную несколько лет назад фирмами IBM и Compaq. Процессор занимается обработкой полученных с головок данных и преобразованием их в понятный компьютеру "язык". Делает он это, как и компьютер в оперативной памяти ОЗУ. ПЗУ необходимо для старта, как БИОС на материнской плате. Чем занимается микросхема управления электродвигателем понятно из её названия. При включении плата контроллера считывает служебную информацию и если она корректна, то жесткий диск начинает работу.

Гермозона (герметичная зона) - полость жесткого диска, ограниченная "камерой" и крышкой, внутри которой находиться очищенный от частиц пыли воздух. Герметичная камера предохраняет носители не только от проникновения механических частиц пыли, но и от воздействия электромагнитных полей. Обеспечение чистого без пыльного пространства внутри жесткого диска необходимое условие для поддержания работоспособности жесткого диска, т.к. малейшие частички могут привести к порче магнитного покрытия дисков и потере данных и работоспособности устройства.

В винчестерах используются круглые диски (пластины) из немагнитных поверхностей, на которые нанесён тонкий слой магнитного материала. Все пластины насажены на шпиндель электродвигателя, и вращаются на большой скорости (у разных моделей современных дисков эта скорость колеблется от 5400 до 12000 об/мин). Чем выше скорость вращения, тем выше скорость обмена данными. Между пластинами перемещается вилка, на которой расположены магнитные головки , выполняющие запись и считывание информации. Головки позиционируются строго на определённых расстояниях от оси вращения пластин. Поверхность пластин в жестких дисках имеют специальную структуру, для обеспечения упорядоченной записи и хранения информации. На каждой пластине информация записывается на концентрических окружностях, называемых треками (track-дорожка). Треки на различных поверхностях находятся на одинаковых расстояниях от оси вращения. Совокупность треков, расположенных на разных поверхностях, но имеющих один и тот же диаметр, называется цилиндром.

Каждый трек разбивается на части, называемые секторами (см. рис 2).

Самый первый сектор жесткого диска (сектор 1, дорожка 0, поверхность (головка) 0) содержит так называемую главную загрузочную запись (Master Boot Record - MBR ). Эта запись занимает не весь сектор, а только его начальную часть. Сама по себе главная загрузочная запись является программой. Эта программа во время начальной загрузки операционной системы с жесткого диска помещается в оперативную память ПК. Загрузочная запись продолжает процесс загрузки операционной системы.

В конце самого первого сектора жесткого диска располагается таблица разделов диска (Partition Table ).

Разметка пластин на треки и сектора производится низкоуровневым форматированием.

Форматирование жесткого диска включает в себя три этапа :

Основные функции файловой системы

Обеспечение доступа к файлам по их символическим именам.

Гарантирование корректности данных, содержащихся в файле.

Обеспечение поддержки использования файлов несколькими пользователями для многопользовательской системы.

Основные физические и логические параметры жестких дисков

Диаметр дисков (disk diameter) - параметр довольно свободный от каких-либо стандартов, ограничиваемый лишь форм-факторами корпусов.

Число поверхностей (sides number) - определяет количество физических дисков установленных на шпиндель.

Число цилиндров (cylinders number) - определяет сколько дорожек (треков) будет располагаться на одной поверхности.

Число секторов (sectors count) - общее число секторов на всех дорожках всех поверхностей накопителя.

Число секторов на дорожке (sectors per track) - общее число секторов на одной дорожке.

Частота вращения шпинделя (rotational speed или spindle speed) - определяет, сколько времени будет затрачено на последовательное считывание одной дорожки или цилиндра.

Время перехода от одной дорожки к другой (track-to-track seek time)

жесткий магнитный дисковый накопитель

Время успокоения головок (head latency time) - время, проходящее с момента окончания позиционирования головок на требуемую дорожку до момента начала операции чтения/записи.

Время установки или время поиска (seek time) - время, затрачиваемое устройством на перемещение головок чтения/записи к нужному цилиндру из произвольного положения.

Среднее время установки или поиска (average seek time) - усредненный результат большого числа операций позиционирования на разные цилиндры, часто называют средним временем позиционирования.

Время ожидания (latency) - время, необходимое для прохода нужного сектора к головке, усредненный показатель - среднее время ожидания (average latency), получаемое как среднее от многочисленных тестовых проходов.

Время доступа (access time) - суммарное время, затрачиваемое на установку головок и ожидание сектора.

Среднее время доступа к данным (average access time) - время, проходящее с момента получения запроса на операцию чтения/записи от контроллера до физического осуществления операции - результат сложения среднего время поиска и среднего времени ожидания.

Скорость передачи данных (data transfer rate), называемая также пропускной способностью (throughput), определяет скорость, с которой данные считываются или записываются на диск после того, как головки займут необходимое положение.

Внешняя скорость передачи данных (external data transfer rate или burst data transfer rate) показывает, с какой скоростью данные считываются из буфера, расположенного на накопителе в оперативную память компьютера.

Внутренняя скорость передачи данных (internal transfer rate или sustained transfer rate) отражает скорость передачи данных между головками и контроллером накопителя и определяет общую скорость передачи данных в тех случаях, когда буфер не используется или не влияет (например, когда загружается большой графический или видеофайл).

Размер кеш-буфера контроллера (internal cash size).

Средняя потребляемая мощность (capacity).

Уровень шума (noise level), разумеется, является эргономическим показателем.

Среднее время наработки на отказ (MTBF) - определяет сколько времени способен проработать накопитель без сбоев.

Сопротивляемость ударам (G-shock rating) - определяет степень сопротивляемости накопителя ударам и резким изменениям давления, измеряется в единицах допустимой перегрузки g во включенном и выключенном состоянии.

Физический и логический объем накопителей. Носители жестких дисков, в отличие от гибких, имеют постоянное число дорожек и секторов, изменить которое невозможно. Эти числа определяются типом модели и производителем устройства. Поэтому, физический объем жестких дисков определен изначально и состоит из объема, занятого служебной информацией (разметка диска на дорожки и сектора) и объема, доступного пользовательским данным.

Некоторые ключевые моменты в развитии жестких магнитных дисков:

· Первый жесткий диск (1956): IBM RAMAC, имел емкость порядка 5 мегабайт, хранящихся на пятидесяти 24-х дюймовых дисках. Плотность записи составляла порядка 2000 бит на квадратный дюйм, скорость передачи данных - 8800 бит в секунду.

· Первые головки на воздушной подушке (1962): IBM model 1301 впервые использовал магнитные головки, летящие на воздушной подушке, снизив таким образом расстояние между головками и дисками до 250 микродюймов. Жесткий диск имел емкость в 28 мегабайт, используя половину от количества головок IBM RAMAC, и его плотность записи и скорость работы была увеличена на 1000%.

· Первый переносимый жесткий диск (1965): IBM model 2310 был первым винчестером с переносимым пакетом дисков.

· Первые ферритовые головки (1966): IBM model 2314 был первым жестким диском, который использовал ферритовый сердечник в головках.

· Первый современный дизайн жесткого диска (1973): IBM model 3340 имел емкость в 60 мегабайт и использовал много ключевых технологий, которые до сих пор используются в современных жестких дисках.

· Первые тонкопленочные головки (1979): IBM model 3370 был первым жестким диском, использующим тонкопленочные головки, которые намного позже станут применяться повсеместно в дисках для ПК.

· Первый жесткий диск в 8" форм-факторе (1979): IBM model 3310 был первым жестким диском, использующим 8-дюймовые диски, до этого почти на протяжении десятилетия использовались 14-ти дюймовые диски.

· Первый жесткий диск в 5,25" форм-факторе (1980): Seagate ST-506 был первым жестким диском, представленном в 5.25" форм-факторе, который использовался в первых ПК.

· Первый жесткий диск в 3.5" форм-факторе (1983): фирма Rodime представила RO352, первый жесткий диск, который был выполнен в 3,5" форм-факторе, который стал одним из самых важных форм-факторов в индустрии ПК.

· Первый жесткий диск, использующий соленоидный привод перемещения головок (1986): Conner Peripherals CP340.

· Первый "низкопрофильный" 3,5" жесткий диск (1988): Conner Peripherals CP3022, имевший высоту в 1 дюйм, все современные жесткие диски выполнены именно в этом, "низкопрофильном" дизайне.

· Первый 2,5" жесткий диск (1988): PrairieTek представил первый жесткий диск, использующий 2,5" пластины. Именно этот форм-фактор стал стандартом для жестких дисков, используемых в ноутбуках.

· Первый жесткий диск, использующий магниторезистивные головки и PRML декодирование данных (1990): IBM model 681, имел емкость в 857 мегабайт и впервые использовал магниторезистивные головки и PRML.

· Первые тонкопленочные диски (1991): IBM "Pacifica" диск для мэйнфремов был первым, использующим тонкопленочные диски.

Список литератур

1. Основы современных компьютерных технологий: Учебное пособие. / Под ред. Хомоненко Д.А. - СПб.: КРОНА принт, 1998.

2. Смирнов А.Д. Архитектура вычислительных систем. М.: Наука, 1990.

3. Скот Мюлер. Модернизация и ремонт персональных компьютеров. /пер. с англ. - М: Зао "Издательство Бином". 1998 г.

5. http://www.datalabs.ru/kb/000021.html

6. http://spas-info.ru/articles/print/? ch=articl&page=11_arranged

7. http://www.xard.ru/post/10731/? page=123

Сайт о компьютерной технике

Дисковые накопители информации. Типы, виды, свойства дисковых накопителей информации. Магнитные дисковые накопители информации.

Магнитные дисковые накопители информации.

Жесткий магнитный диск (винчестер)

Физическая архитектура и логическая структура дисковых накопителей

Основные функции файловой системы

Основные физические и логические параметры жестких дисков

Список литератур

СХОЖИЕ СТАТЬИ