Накопители на магнитных дисках
Среди внешних запоминающих устройств ПЭВМ наиболее распространенными в настоящее время являются накопители на магнитных дисках (НМД). В качестве запоминающей среды в них используются нанесенные тончайшим слоем на поверхность дисков магнитные материалы со специальными свойствами (с прямоугольной петлей гистерезиса), позволяющие фиксировать два устойчивых состояния - два направления намагниченности. Каждому из этих состояний ставятся в соответствие двоичные цифры: 0 и 1.
Магнитные диски (МД) характеризуются своим диаметром или, иначе, форм - фактором. Получили распространение диски с форм - факторами 3,5" (89 мм) и 5,25" (133 мм). В зависимости от числа рабочих поверхностей (сторон) МД бывают односторонние SS (Single Sides) и двухсторонние DS (Double Sides).
Информация на МД записывается и считывается магнитными головками (МГ) вдоль концентрических окружностей, называемых дорожками (треками). Данные операции осуществляются при циклическом вращении диска вокруг своей оси вблизи неподвижной головки записи - считывания. Благодаря высокой скорости вращения диска (сотни - тысячи оборотов в минуту) накопители на МД относятся к устройствам с прямым (циклическим) доступом. Прямой доступ означает возможность непосредственного обращения к нужному участку магнитной дорожки для записи или считывания информации практически независимо от того, где находится этот участок по отношению к головке записи - считывания.
Для пакетов магнитных дисков (нескольких дисков, установленных на одной оси) и для двухсторонних дисков, кроме дорожек, вводится понятие
220
цилиндра. Цилиндром называется совокупность магнитных дорожек, находящихся на одинаковом расстоянии от центра дисков.
Информационная емкость НМД зависит от плотности записи на магнитный носитель, которая, в свою очередь, зависит от многих конструктивно - технологических факторов, в том числе от типа магнитного диска (гибкий или жесткий), качества магнитных головок и магнитного покрытия, величины зазора между ними, точности позицирования головок над поверхностью диска и др.
Различают продольную и поперечную плотности записи. В современных НМД продольная плотность записи достигает сотен бит/мм, а поперечная составляет несколько дорожек/мм.
Быстродействие НМД оценивается средним временем доступа (десятки милисекунд) и скоростью передачи данных (сотни - тысячи Кбайт/с). Названные характеристики улучшаются с увеличением скорости вращения диска.
Перед началом эксплуатации магнитные диски форматируются с помощью специальных программ. В результате форматирования на диск наносится специальная управляющая информация путем разметки дорожек и секторов на каждой дорожке, нанесения соответствующих маркеров и другой служебной информации. Каждая дорожка разбивается на сектора. В одном секторе дорожки может быть помещено 128, 256, 512 и 1024 байт, но обычно 512 байт данных. Обмен данными между НМД и ОП осуществляется последовательно целым числом секторов. Минимальная единица размещения информации на диске, состоящая из одного или нескольких смежных секторов дорожки, называется кластером.
Данные на дисках хранятся в файлах. Файл - это именованная область внешней памяти, выделенная для хранения упорядоченного массива данных. Каждому создаваемому файлу выделяется область памяти, кратная определенному количеству кластеров, причем эти кластеры могут находиться в любом свободном месте дисковой памяти и необязательно являются смежными.
Как уже отмечалось, основными типами накопителей на магнитных дисках являются:
- - накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);
- - накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД).
Накопители на гибких магнитных дисках. Используемые в таких накопителях гибкие магнитные диски (дискеты) имеют диаметр 133 мм (5,25") или 89 мм (3,5").
Конструктивно дискета диаметром 133 мм изготовляется из гибкого пластика (лавсана), покрытого износоустойчивым ферролаком, и помещается в прямоугольный конверт из черной бумаги с необходимыми прорезями. Дискета диаметром 89 мм имеет более жесткую конструкцию из пластмассового корпуса, защищающего поверхность дискеты от внешних воздействий.
221
Запись и считывание информации осуществляется при вращении дискеты со скоростью 300 - 720 об/мин. Обычно применяется контактный способ записи, при котором поверхность носителя непосредственно соприкасается с магнитной головкой. Чтобы избежать быстрого износа головки и механического повреждения носителя при контактной записи приходится ограничивать скорость движения носителя.
Для обозначения плотности записи используются двухбуквенные метки дискет:
- SD (Single Density) - одинарная плотность;
- DD (Double Density) - двойная плотность;
- QD (Quadro Density) - учетверенная плотность;
- HD (High Density) - высокая плотность;
- ED (Extra High Density) - сверхвысокая плотность.
НГМД могут использовать для работы одну или обе поверхности дискеты, при этом на каждую рабочую поверхность требуется своя магнитная головка. Головки перемещаются вдоль поверхности дискеты с помощью шагового двигателя. Количество шагов двигателя определяет число дорожек записи на каждой стороне дискеты.
В IBM PC используются дискеты, имеющие две рабочие поверхности; 40 или 80 дорожек на одной поверхности; 8,9, 15 или 18 секторов на одной дорожке; 128, 256, 512 или 1024 байт в одном секторе.
При форматировании дискеты на ее поверхностях с помощью головок записи делаются необходимые пометки: размечаются дорожки и сектора, создаются управляющие таблицы дискеты. Весь процесс форматирования делится на три части: физическое, логическое и системное форматирование.
Физическое форматирование состоит в разметке дорожек и секторов с нанесением соответствующих обозначений в выделенных на дорожках служебных областях. Дорожки нумеруются от 0 до N - 1 от края дискеты к центру. Началом отсчета для разметки всех дорожек является специальное, смещенное от центра дискеты небольшое отверстие. На физическом уровне сектора каждой дорожки нумеруются от 1 до m и отделяются друг от друга интервалами.
Логическое форматирование заключается в оформлении диска соответственно стандартам операционной системы. На диске формируются управляющие таблицы для учета использования имеющихся ресурсов.
Системное форматирование сводится к загрузке на диск резидентных файлов операционной системы.
Типовые характеристики некоторых накопителей на гибких магнитных дисках приведены в табл. 10.2.
222
Таблица 10.2
Основные характеристики НГМД
| Параметры | Тип дискеты | |||
| 133 мм (5,25") | 89 мм (3,5") | |||
| Полная емкость, Кбайт | 1000 | 1600 | 1000 | 1600 |
| Рабочая емкость (после форматирования), Кбайт | 720 | 1200 | 720 | 1440 |
| Число поверхностей (сторон) | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Число дорожек на одной поверхности | 80 | 80 | 80 | 80 |
| Число секторов | 9 | 15 | 9 | 18 |
| Емкость сектора дорожки, байт | 512 | 512 | 512 | 512 |
| Плотность записи, бит/мм | 233 | 380 | 343 | 558 |
| Плотность дорожек на мм | 3,8 | 3,8 | 5,3 | 5,3 |
| Среднее время доступа, мс | 100 | 100 | 65 | 65 |
| Скорость передачи, Кбайт/с | 50 | 80 | 80 | 150 |
| Скорость вращения, об/мин | 300 | 360 | 720 | 720 |
Если в НГМД головка во время работы соприкасается с поверхностью дискеты, то в НЖМД между ними всегда имеется определенный, хотя и небольшой (десятые доли микрона), зазор. Бесконтактная запись позволила увеличить скорость вращения дисков (до нескольких тысяч об/мин) и тем самым повысить быстродействие накопителя. По сравнению с НГМД (см. табл. 10.2) в накопителях на жестких магнитных дисках время доступа уменьшилось до 8 - 20 мс, а скорость передачи данных возросла до 3000 Кбайт/с.
Несъемная и герметичная конструкция НЖМД обеспечивает чрезвычайно высокую плотность записи со значительно большим, чем в НГМД, количеством рабочих поверхностей (до 10 - 12 дисков в пакете), дорожек и секторов, что позволило достичь в таких накопителях огромной информационной емкости (до 4 - 5 Гбайт). Несмотря на это, до настоящего времени для обозначения НЖМД сохранился термин "винчестер", возникший из жаргонного названия первой модели жесткого диска емкостью 16 Кбайт (IBM, 1973 г.), имевшего всего лишь 30 дорожек по 30 секторов в каждой, что случайно совпало с калибром "30/30" известного охотничьего ружья "Винчестер".
223
220 :: 221 :: 222 :: 223 :: Содержание
