Дисковые накопители информации

Содержание

Жесткий магнитный диск (винчестер)

Физическая архитектура и логическая структура дисковых накопителей

Основные функции файловой системы

Основные физические и логические параметры жестких дисков

Список литератур

Жесткий магнитный диск (винчестер)

Хотя в последнее время жесткий диск "винчестером" называю

т 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).

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.

 Скачать реферат