Устройство и ремонт персонального компьютера (стр. 51 )

Существуют и другие параметры, характеризующие плотность упаковки данных на диске, большинство из которых так или иначе связано с поверхностной плотностью записи. Плотность дорожек — это величина, измеряемая в единицах дорожек на дюйм (ТРI — Tracks Per Inch) и указывающая на то, какое количество дорожек размещается на единице длины радиуса диска. Плотность дорожек зависит как от перечисленных выше факторов, так и от точности работы механизма привода головок записи/воспроизведения — чем она выше, тем больше концентрических дорожек может быть “уложено” на носителе. Плотность зон смены знака определяет количество переходов между участками с постоянной остаточной намагниченностью, которые можно расположить на единице длины дорожки записи. Она измеряется в количестве переходов магнитного потока на дюйм (FCI — Flux Changes per Inch или в кратных единицах — KFCI, 1-KFCI = 1000FCI). Наконец, вы можете столкнуться с ранее упоминавшейся плотностью записи вдоль дорожки, которая измеряется в битах на дюйм длины дорожки записи (BPI или в кратных единицах — KBPI, 1-КВРI = 1000ВРI).

9.1.7. Запаздывание

Каким бы быстродействующим не был жесткий диск, он не может работать с бесконечной скоростью. Между моментом выдачи команды считывания или записи на интерфейс накопителя и моментом, когда соответствующая информация становится доступной или физически сохраняется на носителе, проходит определенное время. Эту задержку называют запаздыванием (latency). Оно определяется временем, необходимым для того, чтобы участок с подлежащей считыванию информацией (или предназначенный для записи новых данных) прошел под головкой записи/воспроизведения. Если искомое место на момент выдачи команды приближается к головке, то время запаздывания будет достаточно небольшим. Если же оно только что “проскочило” под головкой, то в следующий раз этот участок носителя окажется в нужном месте примерно через один оборот диска — и запаздывание окажется значительным. Дисковые накопители характеризуются средним временем запаздывания, которое принимается равным половине периода вращения носителя. У накопителя, диски которого вращаются с частотой 3600об/мин (60об/с), длительность оборота равна 1/60с или 16,7мс. Среднее время запаздывания составит при этом 16,7/2 = 8,35 мс. Для диска, вращающегося с частотой 5200об/мин, запаздывание составит примерно 5,8мс и т. д. Одним словом, чем быстрее вращается диск, тем меньше будет его время запаздывания. Уменьшить запаздывание можно, увеличивая частоту вращения дисков, но она, в конечном счете, ограничивается пределом устойчивости носителей к центробежным силам.

9.2. Дорожки, секторы и цилиндры

Информация на каждом магнитном диске должна быть разбита на порции и “разложена” по заранее определенным ячейкам, расположенным стандартным образом. Каждая сторона магнитного диска может рассматриваться как двумерное пространство, на котором определены две координаты — например, длина и ширина или радиус и позиционный угол. Данные на носителе записываются вдоль концентрических окружностей, поэтому более удобными являются полярные координаты, одной из которых является положение участка на окружности (угол, отсчитанный от точки, принятой за нуль отсчета), а второй — радиус этой окружности. Головки записи/воспроизведения накопителя могут перемещаться вдоль радиусов вращающихся носителей при записи или считывании необходимых данных за время порядка миллисекунд. Каждое из концентрических колец с записанными данными на рабочих поверхностях дисков называется дорожкой. У современных дисков количество дорожек лежит, как правило, в пределах от 2048 до 16000 и более. На рис. показан принцип организации данных на простейшей “стопке” из трех магнитных дисков. Заметим, что каждый из носителей является двусторонним, т. е. помимо показанных на рисунке верхних поверхностей, у них есть еще и нижние, на которых тоже записываются данные.

Хотя каждая поверхность магнитного диска представляет собой двухмерное пространство, наличие в накопителе нескольких поверхностей-носителей (4, 6, 8 и более) позволяет ввести третью размерность размещения данных — “высоту” nак как одноименные дорожки на всех носителях расположены на одинаковом расстоянии от оси вращения “стопки”, то их совокупность можно представить в виде цилиндра, проходящего через все магнитные диски. Количество цилиндров равно количеству дорожек на одной стороне магнитного диска.

После завершения считывания или записи данных на одной дорожке головка записи/воспроизведения должна переместиться на следующую, чаще всего смежную с ней. Эти пошаговые переходы, будучи достаточно быстрыми, тем не менее, занимают определенное время. Его называют временем поиска, и при переходе между соседними дорожками, цилиндрами задержка обычно не превышает 1мс.

В приводах с подвижной катушкой, которые используются в современных накопителях, головки перемещаются по дуге, — они могут быть установлены на любом расстоянии от оси вращения дисков (естественно, в пределах рабочих участков поверхностей носителей). Если начала и концы дорожек на всех цилиндрах расположить вдоль одного радиуса, то вполне может случиться так, что к моменту окончания перехода головок начало дорожки нового цилиндра уже “проскочит” вперед. В итоге накопитель вынужден будет ждать почти полный оборот, прежде чем под головкой пройдет метка начала новой дорожки. Сместив начала и концы дорожек на разных цилиндрах на некоторый угол друг относительно друга, можно создать запас времени, необходимый для перемещения головок с одного цилиндра на другой, и избавиться от необходимости выжидать, пока диски совершат холостой оборот (рис.). Этот метод смещения цилиндров (или концентрического смещения) позволяет существенно увеличить быстродействие накопителей на жестких дисках.

Дорожки записи разделены на более мелкие одинаковые сегменты, которые называются секторами. Как и на отформатированных под DOS дискетах, в каждом секторе содержится по 512байт данных. Кроме полезной информации, во все секторы записываются служебные данные, используемые для идентификации секторов и дорожек, а также байты результатов расчетов по методу избыточного циклического контроля (CRC— Cyclic Redundancy Check) и байты кодов коррекции ошибок (ЕСС— Error Correction Code), предназначенные для контроля правильности считывания. Информация о расположении секторов, их идентификаторы, записывается при низкоуровневом форматировании насителя на предприятии-изготовителе. После форматирования жесткого диска подлежат изменению (перезаписи) только содержащиеся в секторе полезные данные и байты ЕСС. Если идентификатор сектора будет случайно перезаписан или поврежден, вся информация, содержащаяся в этом секторе, будет потеряна.

На рис. показана сртруктура сектора типичного накопителя на жестких дисках фирмы Maxtor. Нетрудно заметить, что его полный размер существенно превышает 512байт. Начало каждого сектора отмечается специальной меткой. Метка, помечающая первый сектор дорожки, называется индексной меткой или маркером. Каждый сектор разбит на две части: зону адреса и зону данных. В зоне адреса записываются данные, необходимые для идентификации сектора. Эта информация чрезвычайно важна, так как накопитель в любой момент времени должен точно знать, на каком цилиндре, какой головкой и в каком секторе производится запись или считывание данных. Информация о расположении сектора записывается в поле адреса, за которым следуют два байта CRC. После считывания координат текущего сектора в накопителе рассчитывается код CRC, который сравнивается затем с аналогичным кодом, записанным на диске. Если эти коды соответствуют друг другу, то полученные координаты считаются истинными, и операция считывания или записи продолжается. В противном случае данные воспринимаются как ошибочные, и весь сектор рассматривается как поврежденный. В таких ситуациях на экран компьютера обычно выводится сообщение DOS о неустранимой ошибке.

Служебные поля сектора используются для синхронизации систем накопителя и компенсации различных задержек. Как уже говорилось выше, в поле данных может быть записано до 512байт полезной информации. В процессе считывания эти данные обрабатываются по методу Рида-Соломона для получения 11байтов кода ЕСС. Вычисленный результат сравнивается с кодом ЕСС, записанным надиске. Если эти коды совпадают, то данные считаются достоверными, и работа накопителя продолжается. В противном случае данные рассматриваются как ошибочные. В процессе записи старый код ЕСС заменяется новым значением, которое вычисляется на основе записываемых данных. Еще раз отметим, что после форматирования диска перезаписи подлежат только поля данных и ЕСС. Все остальные поля остаются неизменными до тех пор, пока диск не будет переформатирован заново. Эта процедура производится только в тех случаях, когда по мере старения диска и потери остаточной намагниченности перестают читаться данные в области адресов у значительного количества секторов.

9.2.1. Зонная запись

В первых накопителях на жестких дисках каждая дорожка была разбита на одно и то же количество секторов — 64, пронумерованных от 0 до 632. Эти системы работали неплохо, но разработчикам не давал покоя тот факт, что при постоянной скорости вращения дисков плотность записи данных оказывалась более высокой на внутренних дорожках, где длина окружности меньше. При этом внешние дорожки с большей длиной окружности недоиспользовались, поскольку плотность записи на них была далека от максимально достижимой. Поэтому в последующих моделях накопителей количество секторов в цилиндрах было сделано переменным, зависящим от радиуса дорожки. Этот метод был назван зонной записью, поскольку рабочие поверхности носителей разбили на 16 областей (зон). У всех дорожек, относящихся к одной зоне (т. е. имеющих примерно одинаковые радиусы), количество секторов одинаково, при этом у дорожек, лежащих во внутренних зонах, оно наименьшее, а во внешних — наибольшее. Зонная запись позволяет более эффективно использовать пространство накопителя для хранения информации. Процессом зонной записи управляет контроллер самого накопителя, поэтому при настройке в BIOS параметров жесткого диска вводится только одно постоянное значение параметра “Sectorper Track” (количество секторов на дорожке). У современных накопителей количество физических секторов на дорожке варьируется от 195 до 312.