Накопичувачі на жорсткому диску

Еволюція персональних комп'ютерів пов'язана зі змінами накопичувачів на жорстких дисках. Перші ЕОМ не мали таких накопичувачів.

Найменування диска - жорсткий - підкреслює його відмінність від гнучкого диска: магнітне покриття наноситься на жорстку підкладку. Термін жорсткий диск (hard disk) використовується, в основному, в англомовних країнах. Перший накопичувач на жорстких дисках був створений у 1973 р. за технологією фірми IBM і мав кодове позначення «30/30» (двосторонній диск ємністю 30 + 30 Мбайт). Це кодове позначення збігалося з позначенням калібру легендарного мисливської рушниці «вінчестер», що використовувався при завоюванні Дикого Заходу. Такі ж наміри були і у розробників жорсткого диска; найменування «вінчестер» набуло широкого поширення. Вінчестер - жорсткий магнітний диск, що розташовується усередині центрального блоку і призначений для довготривалого зберігання інформації.

Поглянувши на накопичувач на жорсткому диску, ви побачите тільки міцний металевий корпус. Він повністю герметичний і захищає дисковод від часточок пилу, які при попаданні у вузький зазор між головкою й поверхнею диска можуть пошкодити чутливий магнітний шар і вивести диск з ладу. Крім того, корпус екранує накопичувач від електромагнітних перешкод.

Дисковод - пристрій, який містить механізми для обертання магнітного диска і переміщення головки читання і запису по його поверхні.

Головка зчитування-запису - магнітна головка, що дозволяє здійснювати читання і запис даних на диск.

Усередині корпуса знаходяться всі механізми і деякі електронні вузли.

Механізми - це самі диски, на яких зберігається інформація, головки, які записують і зчитують інформацію з дисків, а також двигуни, що призводять все це в рух.

Диск являє собою круглу металеву пластину з дуже рівною поверхнею, покритою тонким феромагнітним шаром. Технологія його нанесення близька до тієї, яка використовується при виробництві інтегральних мікросхем.

Кількість дисків може бути різним, кількість робочих поверхонь, відповідно, вдвічі більше (по дві на кожному диску). Останнє (як і матеріал, використаний для магнітного покриття) визначає місткість жорсткого диска. Іноді зовнішні поверхні крайніх дисків (або одного з них) не використовуються, що дозволяє зменшити висоту накопичувача, але при цьому кількість робочих поверхонь зменшується й може виявитися непарних.

Магнітні головки зчитують і записують інформацію на диски. Принцип запису загалом схожий з тим, який використовується у звичайному магнітофоні. Цифрова інформація перетворюється на змінний електричний струм, що надходить на магнітну головку, а потім передається на магнітний диск, але вже у вигляді магнітного поля, яке диск може сприйняти і «запам'ятати».

Магнітне покриття диска являє собою безліч дрібних областей мимовільної (спонтанної) намагніченості. Для наочності уявіть собі, що диск покритий шаром дуже маленьких стрілок від компаса, спрямованих у різні сторони. Такі частинки-стрілки називаються доменами. Під впливом зовнішнього магнітного поля власні магнітні поля доменів орієнтуються відповідно до його напрямком.

Після припинення дії зовнішнього поля на поверхні диска утворюються зони залишкової намагніченості. Таким чином зберігається записана на диск інформація. Ділянки залишкової намагніченості, опинившись при обертанні диска навпроти зазору магнітної головки, наводять у ній електрорушійну силу, яка змінюється в залежності від величини намагніченості.

Пакет дисків, змонтований на осі-шпинделі, приводиться в рух спеціальним двигуном, компактно розташованим під ним. Для того щоб скоротити час виходу накопичувача в робочий стан, двигун при включенні деякий час працює у форсованому режимі. Тому джерело живлення комп'ютера повинен мати запас по пікової потужності.

Голівки переміщаються за допомогою прецизійного крокового двигуна і як би «пливуть» на відстані в частки мікрона від поверхні диска, не торкаючись його. Тримач головки являє собою крило, ширяюче над поверхнею, завдяки тому, що поверхня захоплює із собою частинки повітря, створюючи таким чином, набігає на крило потік. На поверхні дисків в результаті запису інформації утворюються намагнічені ділянки у формі концентричних кіл. Вони називаються магнітними доріжками.

Доріжка - концентричне кільце на поверхні магнітного диска, на яке записуються дані.

Сектор - поділ дискових доріжок, що представляє собою основну одиницю розміру, використовувану накопичувачем. Сектори зазвичай містять по 512 байтів.

Сукупність доріжок, розташованих один під одним на всіх поверхнях, називають циліндром. Всі головки накопичувача переміщаються одночасно, здійснюючи доступ до однойменних циліндрів з однаковими номерами.

Число дисків, головок і доріжок накопичувача встановлюється виробником виходячи з властивостей і якості дисків. Змінити ці характеристики не можна. Кількість секторів на диску залежить від методу запису.

Описане вище розподіл називається низькорівневим (LowLewel) форматуванням. Таке форматування нижнього рівня найчастіше виконує виробник, використовуючи спеціальні програмні засоби або команди операційної системи. Перед першим використанням дисків необхідно зробити їх логічне форматування - спеціальним чином ініціалізувати їх (за допомогою програми format).

Логічна структура диска визначається стандартом тієї чи іншої операційної системи. Групи секторів умовно об'єднуються в кластери. Кластер - це декілька секторів, розглянутих операційною системою як єдине ціле. Кластер є найменшою одиницею адресації до даних. Розмір кластера, на відміну від розміру сектора, не фіксований і залежить від ємності диска.

Жорсткий диск може бути розбитий на кілька розділів (partition), які в принципі потім можуть використовуватися або однієї ОС, або різними ОС. Розділ - розділ пам'яті, що виділяється на жорсткому диску для певного використання. На кожному розділі може бути організована своя файлова система. Однак для організації навіть однієї-єдиної файлової системи необхідно визначити, принаймні, один розділ.

Логічна структура диска залежить від файлової системи (NTFS, FAT32 і т.д.). Основними складовими логічної структури диска є:

• Boot Record (запис завантаження), що відповідає за завантаження в оперативну пам'ять основних модулів операційної системи. З фізичного адресою [0-0-1] на вінчестері розташовується MBR (master boot record) - головна запис завантаження. В завантажувального запису зберігається інформація про логічні диски і фізичні параметри диска.

• FAT (File allocation table) - таблиця розміщення файлів. FAT є лінійною табличній структурою з відомостями про файли - іменами файлів, їх атрибутами та іншими даними, що визначають місцезнаходження файлів (або їх фрагментів). Елемент FAT визначає фактичну область диска, в якій зберігається початок фізичного файлу. Таблиця розміщення файлів є дуже важливою інформаційною структурою. Можна сказати, що вона являє собою карту (образ) області даних, в якій описується стан кожної ділянки області даних - кластера. У таблиці FAT кластери, що належать одному файлу, зв'язуються в ланцюжки.

• Кореневий каталог. Кореневий каталог відрізняється від звичайного каталогу тим, що він, крім розміщення у фіксованому місці логічного диска, ще має і фіксоване число елементів.

• Область даних (вміст всіх файлів).

Зберігання та вилучення даних з диска вимагає взаємодії між операційною системою, контролером жорсткого диска й електронними й механічними компонентами самого нагромаджувача.

Управління роботою жорсткого диска виконує спеціальний апаратно-логічний пристрій - контролер жорсткого диска. У минулому воно являло собою окрему дочірню плату, яку підключали до одного з вільних слотів материнської плати. В даний час функції контролерів дисків виконують мікросхеми, що входять в мікропроцесорний комплект (чіпсет), хоча деякі види високопродуктивних контролерів жорстких дисків як і раніше поставляються на окремій платі.

До основних параметрів жорстких дисків відносяться ємність і продуктивність. Ємність дисків залежить від технології їх виготовлення. В даний час більшість виробників жорстких дисків використовують винайдену компанією IBM технологію з використанням гігантського магніторезистивного ефекту (GMR - Giant Magnetic Resistance). Теоретичний межа ємності однієї пластини, виконаної за цією технологією, складає порядку 20 Гбайт. В даний час досягнутий технологічний рівень 6,4 Гбайт на пластину, але розвиток триває.

З іншого боку, продуктивність жорстких дисків менше залежить від технології їх виготовлення. Сьогодні всі жорсткі диски мають дуже високий показник швидкості внутрішньої передачі даних, і тому їх продуктивність в першу чергу залежить від характеристик інтерфейсу, за допомогою якого вони пов'язані з материнською платою.

Крім швидкості передачі даних з продуктивністю диска безпосередньо пов'язаний параметр середнього часу доступу. Він визначає інтервал часу, необхідний для пошуку потрібних даних, і залежить від швидкості обертання диска.

Дата добавления: 2015-10-31