Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Інститут радіоелектроніки та телекомунікацій

Кафедра РТП



Протокол до лабораторної роботи № 3



Формати запису



Виконав: студент гр.





Перевірив:

доц. каф. РТП

Чємєс Є.О.



Одеса 2012



Робота в лабораторії.



1. Загальні відомості про жорсткі диски.



Накоплювач на жорстких магнітних дисках, НЖМД, жорсткий диск, гвинт, хард, харддиськ, HDD, HMDD або вінчестер — незалежний, перезаписуваний комп'ютерний пристрій, що запам'ятовує. Є основним накопичувачем даних практично у всіх сучасних комп'ютерах.

На відміну від гнучкого диска (дискети), інформація в НЖМД записується на жорсткі (алюмінієві або скляні) пластини, покриті шаром феромагнітного матеріалу, найчастіше двоокиси хрому. У деяких НЖМД використовується одна пластина, в інших — декілька на одній осі. Прочитуючі голівки в робочому режимі не стосуються поверхні пластин завдяки прошарку набігаючого потоку повітря, що утворюється в поверхні при швидкому обертанні. Відстань між голівкою і диском складає декілька нанометрів (у сучасних дисках 5-10 нм), а відсутність механічного контакту забезпечує довгий термін служби пристрою.. За відсутності обертання дисків, голівки знаходяться в шпинделя або за межами диска в безпечній зоні, де виключений їх нештатний контакт з поверхнею дисків.

Жосткий диск представлений на рисунку 3.1



Рис. 3.1 – Накоплювач на жорсткому магнітному диску



2. Характеристики жорстких дисків.



Інтерфейс — набір, що складається з ліній зв'язку, сигналів, що посилаються по цих лініях, технічних засобів, що підтримують ці лінії, і правил обміну. Сучасні накопичувачі можуть використовувати інтерфейси ATA (AT Attachment, він же IDE — Integrated Drive Electronic, він же Parallel ATA), (EIDE), Serial ATA, SCSI (Small Computer System Interface), SAS, Firewire, USB, SDIO і Fibre Channel.

Ємкість — кількість даних, які можуть зберігатися накопичувачем. Ємкість сучасних пристроїв досягає 2000 Гб. На відміну від прийнятій в інформатиці (випадково) системі приставок, що позначають кратну 1024 величину (кило=1024, мега=1 048 576 і т. д.; пізніше для цього були не дуже успішно введені двійкові приставки), виробниками при позначенні ємкості жорстких дисків використовуються кратні 1000 величин. Так, напр., справжня ємкість жорсткого диска, маркірованого як 200 Гб, складає 186,2 ГБ.

Фізичний розмір (форм-фактор) — майже всі сучасні (2001—2008 років) накопичувачі для персональних комп'ютерів і серверів мають розмір або 3,5, або 2,5 дюйма. Останні частіше застосовуються в ноутбуках. Так само набули поширення формати — 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм і 0,85 дюйма. Припинено виробництво накопичувачів у формфакторах 8 і 5,25 дюймів.

Час довільного доступу — час, за який вінчестер гарантовано виконає операцію читання або запису на будь-якій ділянці магнітного диска. Діапазон цього параметра невеликий від 2,5 до 16 мс, як правило, мінімальним часом володіють серверні диски (наприклад, в Hitachi Ultrastar 15K147 — 3,7 мс), найбільшим з актуальних — диски для портативних пристроїв (Seagate Momentus 5400.3 — 12,5)

Швидкість обертання шпинделя — кількість зворотів шпинделя в хвилину. Від цього параметра в значній мірі залежать час доступу і швидкість передачі даних. В даний час випускаються вінчестери з наступними стандартними швидкостями обертання: 4200, 5400 і 7200 (ноутбуки), 7200 і 10 000 (персональні комп'ютери), 10 000 і 15 000 про./мин. (сервери і високопродуктивні робочі станції).

Надійність— визначається як середній час напрацювання на відмову (Mean Time Between Failures, MTBF). Див. також: Технологія SMART (S.m.a.r.t. (англ. Self Monitoring Analysing and Reporting Technology) — технологія оцінки стану жорсткого диска вбудованою апаратурою самодіагностики, а також механізм передбачення часу виходу його з буд).

Кількість операцій введення-виводу в секунду — в сучасних дисків це близько 50 оп./сек при довільному доступі до накопичувача і близько 100 оп./сек при послідовному доступі.Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств.

Рівень шуму — шум, який виробляє механіка накопичувача при його роботі. Вказується в децибелах. Тихими накопичувачами вважаються пристрою з рівнем шуму близько 26 дБ і нижче. Шум складається з шуму обертання шпинделя (у тому числі аеродинамічного) і шуму позиціювання.

Опірність ударам— опірність накопичувача різким скачкам тиску або ударам, вимірюється в одиницях допустимого перевантаження у включеному і вимкненому стані.Скорость передачи данных:

-внутріщня зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с

-зовнішня зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с

Об'єм буфера: Буфером називається проміжна пам'ять, призначена для згладжування відмінностей швидкості читання/запису і передачі по інтерфейсу. У сучасних (2008 рік) HDD він зазвичай варіюється від 8 до 32 Мб.



3. Устрій жорстких дисків.



Жорсткий диск складається з гермозони та блока електроніки.



Гермозона включає корпус з міцного сплаву, власне диски (пластини) з магнітним покриттям, блок голівок з пристроєм позиціювання, електропривод шпинделя.

Блок голівок — пакет важелів з пружинистої сталі (по парі на кожен диск). Одним кінцем вони закріплені на осі поряд з краєм диска. На інших кінцях (над дисками) закріплені голівки.

Диски (пластини), як правило, виготовлені з металевого сплаву. Хоча були спроби робити їх з пластика і навіть скла, але такі пластини виявилися крихкими і недовговічними. Обидві плоскість пластин, подібно до магнітофонної стрічки, покрито якнайтоншим пилом феромагнетика — оксидів заліза, марганцю і інших металів. Точний склад і технологія нанесення тримаються в секреті. Більшість пристроїв містять 1 або 2 пластини.

Диски жорстко закріплені на шпинделі. Під час роботи шпиндель обертається з швидкістю декілька тисяч зворотів в хвилину (4200, 5400, 7200, 10 000, 15 000). При такій швидкості поблизу поверхні пластини створюється потужний повітряний потік, який підводить голівки і заставляє їх парити над поверхнею пластини. Поки диски не розганялися до швидкості, необхідної для зльоту голівок, парковочноє пристрій утримує голівки в зоні парковки. Це запобігає пошкодженню голівок і робочою поверхнею пластин.

Пристрій позиціювання голівок складається з нерухомої пари сильних, як правило неодимових, постійних магнітів і котушки на рухливому блоці голівок.

Блок електроніки.

У ранніх жорстких дисках логіка, що управляє, була винесена на MFM або RLL контроллер комп'ютера, а плата електроніки містила лише модулі аналогової обробки і управління шпиндельним двигуном, позіционером і комутатором голівок. Збільшення швидкостей передачі даних змусило розробників зменшити до межі довжину аналогового тракту, і в сучасних жорстких дисках блок електроніки зазвичай містить: блок, що управляє, постійний пристрій (ПЗП), що запам'ятовує, буферну пам'ять, інтерфейс ний блок та блок цифрової обробки сигналу.

Інтерфейсний блок забезпечує сполучення електроніки жорсткого диска з останньою системою.

Блок управління є системою управління, що приймає електричні сигнали позиціювання голівок, і що виробляє дії, що управляють, приводом типа звукова котушка, комутації інформаційних потоків з різних голівок, управління роботою всіх останніх вузлів (наприклад, управління швидкістю обертання шпинделя).

Блок ПЗП зберігає управляючі програми для блоків управління та цифрової обробки сигналу, а також службову інформацію вінчестера.

Буферна пам'ять згладжує різницю швидкостей інтерфейсної частини і накопичувача (використовується швидкодіюча статична пам'ять). Збільшення розміру буферної пам'яті дозволяє збільшити швидкість роботи накопичувача.

Блок цифрової обробки сигналу здійснює очищення ліченого аналогового сигналу і його декодування (витягання цифрової інформації). Для цифрової обробки застосовуються різні методи, наприклад метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood — максимальна правдоподібність при неповному відгуку). Здійснюється порівнянні прийнятого сигналу із зразками. При цьому вибирається зразок найбільш схожий формою і тимчасовим характеристикам з декодованим сигналом.Схема устрію накоплювача на жорстких магнітних дисках показана на рисунку 3.1.



Рис. 3.1 – Схема устрія накоплювача на жорстких магнітних дисках



4. Технології запису даних.



Принцип роботи жорстких дисків схожий на роботу магнітофонів. Робоча поверхня диска рухається відносно прочитуючої голівки (наприклад, у вигляді котушки індуктивності із зазором в магнітопроводі). При подачі змінного електричного струму (при записі) на котушку голівки, виникаюче змінне магнітне поле із зазору голівки впливає на феромагнетик поверхні диска і змінює напрям вектора намагніченості доменів залежно від величини сигналу. При прочитуванні переміщення доменів в зазору голівки приводить до зміни магнітного потоку в магнітопроводі голівки, що приводить до виникнення змінного електричного сигналу в котушці із-за ефекту електромагнітної індукції.

Останнім часом для прочитування застосовують магніторезистивний ефект і використовують в дисках магніторезистивні голівки. У них, зміна магнітного поля приводить до зміни опору, залежно від зміни напруженості магнітного поля. Подібні голівки дозволяють збільшити вірогідність достовірності прочитування інформації (особливо при великій щільності запису інформації).

Метод паралельного запису.

На даний момент це найпоширеніша технологія запису інформації на НЖМД. Біти інформації записуються за допомогою маленької голівки, яка проходя над поверхнею диска, що обертається, намагнічує мільярди горизонтальних дискретних областей, — доменів. Кожна з цих областей є логічним нулем або одиницею, залежно від намагніченості.

Максимально досяжна при використанні даного методу щільність запису оцінюється 23 Гбіт/см?. В найближчому майбутньому очікується поступове витискування даого метода меьодом перпендикулярного запису.

Метод перпендикулярного запису.

Метод перпендикулярного запису — це технологія, при якої біти інформації зберігаються у вертикальних доменах. Це дозволяє використовувати сильніші магнітні поля і понизити площу матеріалу, необхідну для запису 1 біта. Щільність запису в сучасних зразків — 15-23 Гбіт/см?, надалі планується довести щільність до 60—75 Гбіт/см?.

Метод теплового магнітного запису.

Метод теплового магнітного запису на даний момент найперспективніший з тих, що існують, зараз він активно розробляється. При використанні цього методу використовується точкове підігрівання диска, який дозволяє голівці намагнічувати дуже дрібні області його поверхні. Після того, як диск охолоджується, намагніченість закріплюється. На ринку ЖД даного типа доки не представлені (на 2008 рік), є лише експериментальні зразки, але їх щільність вже перевищує 150Гбіт/см. Розробка hamr-технологій ведеться вже досить давно, проте експерти до цих пір розходяться в оцінках максимальної щільності запису. Так, компанія Hitachi називає межу в 2,3?3,1 Тбіт/см?, а представники Seagate Technology передбачають, що вони зможуть довести щільність запису hamr-носії до 7,75 Тбіт/см. Широкого поширення даної технології слід чекати після 2010 року.



Висновки: в ході даної лабораторної роботи ми дослідили устрій, характеристики, призначення елементів жорстких дисків, а також оцінили їх користь в житті людини.



Мета роботи: закріплення теоретичних відомостей про основи устрію жорстких дисків ЕОМ.



Домашнє завдання.



1. Визначити інформаційний об’єм жорсткого диску, який має дві пластини. Циліндри займають частину поверхні, обмежену колами діаметром 40мм та 92мм. Довжина біта . Крок доріжок .

Інформаційну ємність диска в бітах можна розрахувати за виразом



де прийняті наступні позначення:

Emk – інформаційна ємність диска в битах

Db – довжина биту

r1 – меньший радіус

r2 – більший радіус

Ndor – число доріжок на диску

Hd – крок доріжок



2. Обчислити максимальний час затримки видачі інформації, якщо число обертів диска складає: 1) , 2) .

Максимальний час затримки можна розрахувати як величину обернену числу обертів диска.