Сборник методических указаний для студентов по выполнению практических работ (стр. 4 )

- загрузочное устройство;

- оптико-механический блок;

- системы управления приводом и автоматического регулирования;

- универсальный декодер и интерфейсный блок.

Рисунок 4.1 - Конструкция оптико-механического блока оптического привода

Электромеханический привод приводит во вращение диск, помещенный в загрузочное устройство. Оптико-механический блок обеспечивает перемещение оптико-механической головки считывания и записи по радиусу диска и считывание/запись информации.

При считывании полупроводниковый лазер генерирует маломощный луч, который попадает на разделительную призму, отражается от зеркала и фокусируется линзой на поверхности диска. Серводвигатель по командам, поступающим от встроенного микропроцессора, перемещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на диске. Отраженный от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, отражается от зеркала и попадает на разделительную призму, которая направляет луч на вторую фокусирующую линзу. Далее луч попадает на фотодатчик, преобразующий световую энергию в электрические импульсы. Сигналы с фотодатчика поступают на универсальный декодер.

Системы автоматического слежения за поверхностью диска и дорожки записи данных обеспечивают высокую точность считывания информации. Сигнал с фотодатчика в виде последовательности импульсов поступает в усилитель системы автоматического регулирования, где выделяются сигналы ошибок слежения. Эти сигналы поступают в системы автоматического регулирования: фокуса, радиальной подачи, мощности излучения лазера, линейной скорости вращения диска.

Универсальный декодер представляет собой процессор для обработки сигналов, считанных с диска. В его состав входят два декодера, опертивное запоминающее устройство и контроллер управления декодером. Применение двойного декодирования дает возможность восстановить потерянную информацию. Оперативное запоминающее устройство выполняет функцию буферной памяти, а контроллер управляет режимами исправления ошибок.

При записи информации лазерный луч имеет большую мощность, которая изменяется в процессе записи, благодаря чему происходит запись двоичной информации.

В приводах для чтения и записи DVD дисков используется лазер с другой длиной волны, чем в CD приводах, поэтому DVD диски не читаются в старых приводах.

Для подключения оптических приводов к компьютеру используются те же интерфейсы, что и для подключения жестких дисков.

Задания для практической работы

Схематично зарисовать устройство оптического привода и составить таблицу с наименованием и назначением основных узлов.

Контрольные вопросы

1 Чем отличаются лазерные лучи записи и считывания?

2 Чем отличаются приводы для работы с CD и DVD дисками?

3 Для чего при записи и считывании применяется двойное кодирование/декодирование информации?

Практическое занятие № 5

«Изучение особенностей работы твердотельных жестких дисков»

Цель работы: изучить принцип работы и особенности конструкции твердотельных жестких дисков.

Студент должен

уметь:

осуществлять установку и конфигурирование персональных компьютеров и подключение периферийных устройств;

знать:

классификацию, общие принципы построения и физические основы работы периферийных устройств;

способы подключения стандартных и нестандартных периферийных устройств (ПУ).

Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме практической работы

Твердотельный накопитель (англ. solid-state drive, SSD) – компьютерное немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти. Кроме них, SSD содержит управляющий контроллер.

Рисунок 5.1 – Устройство твердотельного накопителя

В настоящее время твердотельные накопители используются не только в компактных устройствах – ноутбуках, нетбуках, коммуникаторах и смартфонах, но могут быть использованы и в стационарных компьютерах для повышения производительности.

Существуют и так называемые гибридные жёсткие диски, появившиеся, в том числе, из-за текущей, пропорционально более высокой стоимости твердотельных накопителей. Такие устройства сочетают в одном устройстве накопитель на жёстких магнитных дисках (HDD) и твердотельный накопитель относительно небольшого объёма, в качестве кэша (для увеличения производительности и срока службы устройства, снижения энергопотребления).

Различают два вида твердотельных накопителей: основанные на оперативной памяти (RAM SSD) и основанные на флеш-памяти (NAND SSD).

NAND SSD – накопители, построенные на использовании энергонезависимой памяти. До недавнего времени существенно уступали традиционным накопителям – жёстким дискам – в скорости записи, но компенсировали это высокой скоростью поиска информации (начального позиционирования). С 2012 г. уже выпускаются твердотельные накопители со скоростью чтения и записи, во много раз превосходящие возможности жёстких дисков. Характеризуются относительно небольшими размерами и низким энергопотреблением.

RAM SSD – накопители, построенные на использовании энергозависимой памяти (такой же, какая используется в ОЗУ персонального компьютера). Характеризуются сверхбыстрыми чтением, записью и поиском информации. Основным их недостатком является чрезвычайно высокая стоимость. Используются, в основном, для ускорения работы крупных систем управления базами данных и мощных графических станций. Такие накопители, как правило, оснащены аккумуляторами для сохранения данных при потере питания, а более дорогие модели – системами резервного и/или оперативного копирования. Примером таких накопителей является I-RAM.

Недостатки:

- главный недостаток NAND SSD – ограниченное количество циклов перезаписи. Обычная флеш-память позволяет записывать данные примерно 10 тыс. раз. Более дорогостоящие виды памяти— около 100 тыс. раз. Для борьбы с неравномерным износом применяются схемы балансирования нагрузки. Контроллер хранит информацию о том, сколько раз какие блоки перезаписывались и при необходимости «меняет их местами». При выработке ресурса накопитель перейдет в режим «только для чтения», что позволит скопировать данные. Данный недостаток отсутствует у RAM SSD, а также у относительно новой технологии FRAM, где ресурс хоть и ограничен, но практически недостижим в реальной жизни числом циклов перезаписи (до 40 лет в режиме непрерывного чтения/записи);

- цена гигабайта SSD-накопителей существенно выше цены гигабайта жестких дисков. К тому же, стоимость SSD прямо пропорциональна их ёмкости, в то время как стоимость традиционных жёстких дисков зависит не только от количества пластин и медленнее растёт при увеличении объёма накопителя;

- применение в SSD-накопителях команды TRIM (команда интерфейса ATA, позволяющая операционной системе уведомить твердотельный накопитель о том, какие блоки данных уже не содержатся в файловой системе и могут быть использованы накопителем для физического удаления, позволяет не перезаписывать участки каждый раз) может сделать невозможным восстановление удалённой информации recovery-утилитами. С другой стороны, она не гарантирует удаления информации, так как решение об очистке блоков принимает прошивка накопителя;

- невозможность восстановить информацию при перепаде напряжения. Так как контроллер и носитель информации в SSD находятся на одной плате, то при превышении или перепаде напряжения чаще всего сгорает весь SSD носитель с безвозвратной потерей информации. Напротив, в жёстких дисках чаще сгорает только плата контроллера, что делает возможным восстановление информации с приемлемой трудоёмкостью.

Преимущества:

- отсутствие движущихся частей, отсюда полное отсутствие шума и высокая механическая стойкость (порядка 1500 g);

- стабильность времени считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации; более того, секторы, идущие подряд с точки зрения операционной системы, из-за выравнивания износа (wear leveling) будут расположены в случайном порядке;

- высокая скорость чтения/записи, нередко превосходящая пропускную способность интерфейса жёсткого диска и ещё более высокая скорость нелинейного чтения/записи относительно недорогих распространенных жёстких дисков;

- число операций ввода-вывода в секунду SSD выше на несколько порядков жёсткого диска;

- низкое энергопотребление;

- широкий диапазон рабочих температур;

- большой модернизационный потенциал, как у самих накопителей, так и у технологий их производства;

- намного меньшая чувствительность к внешним электромагнитным полям;

- малые габариты и вес (нет необходимости делать увесистый корпус для экранирования).

Самыми распространёнными интерфейсами для SSD являются SATA 6 Гбит/c, PCI-Express и USB 3.0. Все эти интерфейсы способны обеспечить нужную пропускную способность для любого SSD накопителя. В портативных устройствах вроде ноутбуков и планшетных компьютеров, наиболее часто встречаются компактные SSD накопители с интерфейсом mini PCI-Express (mSATA).

Задания для практической работы

1 Составить таблицу для сравнения жестких дисков и твердотельных накопителей. Сравнение провести по следующим критериям: объем накопителя, интерфейсы подключения, скорость операций ввода-вывода, число циклов перезаписи информации, возможность восстановления данных, вес, чувствительность к внешним воздействиям, чувствительность к перепадам напряжения, энергопотребление, стоимость.

2 Составить правила эксплуатации твердотельных накопителей, основываясь на особенностях их конструкции.

Контрольные вопросы

1 Какие бывают виды твердотельных накопителей? Чем они отличаются?

2 В чем состоит главный недостаток твердотельных накопителей?

3 Какие интерфейсы используются для подключения твердотельных накопителей к ПК?

Практическое занятие № 6

«Изучение программ диагностики жестких дисков»

Цель работы: изучить назначение и возможности программ диагностики жестких дисков.

Студент должен

уметь:

выявлять причины неисправностей и сбоев, принимать меры по их устранению;

знать:

способы конфигурирования и установки персональных компьютеров, программную поддержку их работы.