Курс: Технические средства АИС и телекоммуникационных сетей (стр. 17 )

До 80-х годов основа дисков изготавливалась из алюминиевого сплава (с небольшим добавлением магния). По мере возрастания требований к емкости и размерам накопителей в качестве основного материала для дисковых пластин стал использоваться композиционный материал из стекла и керамики. Такие диски обладают большей прочностью и меньшей толщиной чем алюминиевые. Диски из стеклокерамики менее восприимчивы к колебаниям температуры. Сейчас стеклокерамические диски выпускаются большинством производителей накопителей и вскоре, по-видимому, полностью вытеснят алюминиевые.

Рабочий слой магнитного вещества, тонким слоем покрывающий диск, может быть двух типов: оксидный и на основе тонких пленок. Оксидный рабочий слой представляет собой полимерное покрытие с наполнителем из окиси железа. Рабочий слой на основе тонких пленок имеет меньшую толщину и более прочен, а качество его поверхности гораздо выше. Эта технология легла в основу производства накопителей нового поколения, в которых удалось значительно уменьшить зазор между головками и поверхностями дисков, и, следовательно, повысить плотность записи данных. Уменьшить толщину рабочего слоя удалось за счет гальванического наращивания и напыления материала.

В накопителях на жестких дисках для каждой стороны диска предусмотрена своя головка чтения/записи. Все головки смонтированы на общем подвижном каркасе и перемещаются одновременно. Каждая головка установлена на конце подпружиненного рычага. Когда накопитель выключен, головки касаются дисков. При раскручивании дисков возрастает аэродинамическое давление на головки, что приводит к их отрыву от рабочих поверхностей.

В настоящее время лучшими являются разработанные фирмой IBM магниторезистивные (Magneto-Resistive - MR) головки. Они позволяют добиться чрезвычайно высокой плотности записи данных и быстродействия накопителей. В большинстве накопителей 3,5", емкость которых превышает 1 Гбайт, используются MR-головки.

Двигатель, приводящий во вращение магнитные диски, является шпиндельным (Spindel). Шпиндельный двигатель связан с пакетом дисков непосредственно (без передаточных шестерен, пружин и т. п.). Скорость вращения двигателя современных накопителей колеблется от 3600 до 10000 об/мин (Rotates per minute - RPM). Эта характеристика в значительной мере определяет производительность накопителей. Двигатель встраивается внутрь пакета дисков, представляя собой центральную его часть. Такая конструкция позволяет, не изменяя размера накопителя по высоте, увеличивать количество дисков.

Прочие узлы накопителя, не входящие в гермоблок, - печатная плата блока управления, лицевая панель, элементы конфигурации и монтажные детали - являются съемными. На печатной плате монтируются электронные схемы управления шпиндельным двигателем и приводом головок, схема для обмена данными с контроллером. Иногда контроллер устанавливается непосредственно на плате.

Параметры низкоуровневого форматирования

Число дисков, головок и дорожек накопителя устанавливается изготовителем исходя из свойств и качества дисков. Изменить эти характеристики нельзя. Количество секторов на диске зависит от метода записи. В одном секторе располагается 512 байт (в системе DOS). Зная эту величину, всегда можно рассчитать общий объем накопителя:

Общий объем (байт) = C х H х S х 512 (байт), где

С - количество цилиндров;

Н - количество головок;

S - количество секторов.

Общая емкость накопителя в значительной степени ограничивается логической структурой дисков. Для организации работы необходима (как и в случае дискет) некоторая дисковая память для управления размещением данных.

Описанное выше разбиение называется низкоуровневым (LowLewel) форматированием. Такое форматирование нижнего уровня чаще всего выполняет изготовитель, используя специальные программные средства (например, Speed Store или Disk Manager).

Интерфейсы

Интерфейсом называется коммуникационное устройство (или протокол обмена), позволяющее одному устройству взаимодействовать с другим и устанавливающее соответствие между выходом одного устройства и входом другого. Основная функция интерфейса - передача данных из системы в накопитель и обратно. От типа интерфейса зависит, с какой скоростью будут осуществляться эти операции, а это и определяет производительность компьютера.

Со времени создания персональных компьютеров было разработано несколько типов интерфейсов: ST-506/412, ESDI, IDE, SCSI. Из них только первые два можно считать собственно интерфейсами для обмена информацией между контроллером и жестким диском. SCSI и IDE - интерфейсы системного уровня, в которых контроллер выполнен в виде микросхемы, установленной на плате накопителя. В интерфейсе SCSI между контроллером и системной шиной вводится еще один уровень организации данных и управления, а интерфейс IDE взаимодействует с системной шиной непосредственно.

Интерфейс ST-506/412

Интерфейс ST-506/412 разработан фирмой Seagate Technologies в 1982 г. Впервые он был использован в накопителе размером 5,25" емкостью 12 Мбайт. Подобные накопители использовались в качестве стандарта для PC XT и AT 286. Самыми известными из них являются два устройства фирмы Seagate: ST225 объемом 21,4 Мбайт и средним временем доступа 65 мс и ST251 (42,8 Мбайт, 28 мс). В обоих случаях речь идет о накопителях 5,25" половинной высоты (2,6").

По способу кодирования информации в данном случае различают MFM и RLL-накопители. При этом, ни накопители, ни контроллеры внешних различий не имеют. Производители накопителей на жестких дисках в качестве отличительного знака на корпусе RLL-накопителей ставят букву R.

Для подключения накопителей на жестких дисках не нужны специальные кабели, а интерфейс не нужно настраивать для конкретного устройства. Это означает, что практически любой накопитель на жестких дисках стандарта ST-506/412 может работать с любым контроллером этого же стандарта. Единственной проблемой, связанной с совместимостью, является то, что BIOS (базовая система ввода-вывода) не всегда в состоянии выполнить все предусмотренные для этого интерфейса функции. В одних ситуациях системную BIOS и BIOS контроллера приходилось использовать совместно, а в других - отключать одну из них. Несмотря на встроенную в BIOS систему поддержки интерфейса ST-506/412, в современных компьютерах он не используется. Накопители на жестких дисках, которые подключались к этому интерфейсу, имели максимальную емкость 152 Мбайт при MFM-кодировании и 233 Мбайт - при RLL-кодировании. Поскольку допускаемые этим интерфейсом емкость и быстродействие весьма ограничены, в современных системах он не используется.

Интерфейс ESDI

Интерфейс ESDI (Enhanced Small Device Interface - усовершенствованный интерфейс малых устройств) - специализированный интерфейс накопителей на жестких дисках, разработанный фирмой Maxtor. В 1983 г. фирма Maxtor возглавила консорциум изготовителей жестких дисков с целью создания и внедрения интерфейса, альтернативного ST-506/412. Годом позже интерфейс ESDI был принят в качестве стандарта, обеспечивающего высокую производительность, американским национальным институтом стандартов (ANSI). В 1991 г. была опубликована модернизированная версия стандарта ESDI.

Обычно ESDI-накопители имеют 5,25" форм-фактор. Отличительным признаком таких устройств является наличие литеры Е после номера типа накопителя. По сравнению с ST-506/412, в интерфейсе ESDI предприняты меры по сокращению числа ошибок считывания данных, в частности, шифратор/дешифратор расположен непосредственно на плате накопителя. Скорость передачи данных в этом стандарте может достигать 24 Мбайт/с, хотя на практике она составляет 10-15 Мбайт/с. При использовании интерфейса ESDI можно считывать с жесткого диска карту расположения поверхностных дефектов (соответствующая информация завода-изготовителя может храниться на диске в служебном файле).

В конце 80-х годов большинство компьютеров различных фирм-изготовителей оснащалось накопителями на жестких дисках и контроллерами стандарта ESDI (тем более, что для перехода со стандарта ST-506/412 на ESDI не требовалось изменений в программном обеспечении компьютера). Однако стандарт ESDI имеет ряд недостатков. Различные реализации интерфейса ESDI зачастую оказываются несовместимыми, поэтому на смену ему пришли интерфейсы IDE (обладающий повышенным быстродействием) и SCSI (с большими возможностями для расширения системы за счет подключения разнообразных устройств, а не только накопителей на жестких дисках).

Интерфейс IDE

Дальнейшее совершенствование интерфейсов шло по пути объединения контроллера и накопителя на жестких дисках, что позволило повысить тактовую частоту шифратора/дешифратора, плотность размещения данных на носителе и общее быстродействие системы. Официальное название интерфейса IDE, признанного ANSI в марте 1989 г. - АТА (AT Attachment). Главные достоинства IDE-накопителей - дешевизна и быстродействие.

Версия АТА-1 стандарта АТА окончательно была утверждена в 1994 г., АТА-2 (Enhanced IDE - EIDE) - в 1995 г. Спецификация стандарта АТА-2 была разработана фирмой Western Digital. Аналогичные стандарты Fast-АТА и Fast-ATA-2 были приняты фирмами Seagate и Quantum. Можно выделить четыре области, в которых стандарт АТА-2 претерпел существенные изменения по сравнению с исходным: увеличение максимальной емкости накопителей; увеличение скорости обмена данными; появление вторичного канала для подключения двух устройств; использование интерфейса ATAPI.

Максимальная емкость накопителей АТА-2 значительно увеличена за счет разработки улучшенной BIOS (Enhanced BIOS), что позволило преодолеть барьер в 504 Мбайт емкости жесткого диска. Появление этого ограничения связано с физическими параметрами жесткого диска (количество цилиндров, головок, секторов). Существующие на сегодняшний день BIOS могут производить адресацию секторов тремя способами: путем стандартной адресации цилиндров, головок и секторов (CHS); расширенной адресации (ECHS) и логической адресации блока (LBA). При стандартной CHS-адресации максимальное количество цилиндров равно 1024, головок - 16, что приводит к ограничению максимальной емкости жесткого диска (504 Мбайт).