Дисковая подсистема

Флоппи-дисковод – это устройство, являющееся частью компьютера, нужно для работы (записи и чтения информации) с гибких магнитных дисков (дискет). Дискеты позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, а также хранить данные, не используемые постоянно на компьютере.

По сравнению с другими средствами хранения информации дискеты обладают весьма малой емкостью и надежностью. Как носители информации, дискеты используются все меньше, поскольку они недостаточно надежны и позволяют хранить значительно меньше данных, чем другие носители.

Стандартом для современного компьютера служит наличие одного трехдюймового дисковода. Основными внутренними элементами наиболее распространенного 3.5" дисковода FDD являются: дискетная рама, внутрь которой помещается вставляемая дискета; шпиндельный двигатель, обеспечивающий вращение пластины дискеты с постоянной скоростью 300 оборотов в минуту; блок головок с приводом и плата электроники. Основные функции управления дисководом реализуются встроенным в материнскую плату контроллером FDD. Он осуществляет кодирование информации, поиск дорожек и секторов, синхронизацию, коррекцию ошибок. Интерфейс дисковода включает сигналы выбора устройства (вариант интерфейса для IBM РC позволяет подключать к контроллеру до двух устройств FDD), запуска двигателя, перемещения головок на один шаг, включения записи, считываемых/записываемых данных, а также информационные сигналы от дисковода – начало дорожки, признак установки головок на нулевую (внешнюю) дорожку, сигналы с датчиков и т. д. Соединение дисковода с контроллером осуществляется посредством 34-проводного кабеля. Для записи/чтения и позиционирования головок используются магнитные свойства материала пластины дискеты. Запись информации на дискету осуществляется с применением метода MFM (Modified Frequency Modulation – модифицированная частотная модуляция).

Накопитель на жестком диске (жесткий диск, винчестер, Hard Disk Drive – HDD) – основное средство постоянного хранения данных и программ в компьютере. Он предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с языков программирования и т. д. Главной характеристикой винчестера является емкость, т. е. количество данных, которые на него можно записать. Однако объем винчестера далеко не полностью характеризует его работу, не менее важна его скорость. Она становится одним из основных факторов, определяющих скорости работы всего компьютера, и не только в моменты работы с файлами. Дело в том, что все современные операционные системы, если не хватает оперативной памяти, высвобождают ее, сбрасывая часто используемую информацию из памяти на винчестер в файл (называемый свопом, swaр) и затем по мере необходимости «перегоняют» данные между ОЗУ и свопом. Этот процесс называется свопингом. Иногда компьютер тратит довольно значительную часть времени на свопинг.

Скорость винчестера описывается тремя параметрами. Скорость передачи данных (transfer rate, кратко – transfer) показывает, насколько быстро с диска считываются данные, записанные строго последовательно (измеряется в мегабайтах в секунду). Среднее время поиска (average seek time, кратко – seek) – это усредненное время, за которое будет найден нужный блок данных, если винчестеру указано его физическое расположение. Время поиска соседней дорожки (track to track seek) – это время, за которое винчестер переходит от одного блока данных (дорожки) к соседнему. Какой из этих параметров важнее для скорости работы, зависит от конкретной задачи. Однако для большинства задач важны все параметры, и желательно, чтобы винчестер был «сбалансирован», а не имел один выдающийся параметр при отстающих других. Скорость работы винчестера (transfer и seek) существенно зависит от частоты его вращения, измеряемой в оборотах в минуту (об/мин).

Типовой винчестер состоит из гермоблока и платы электроники. В гермоблоке размещены все механические части, на плате – управляющая электроника. В дальней от разъемов части гермоблока установлен шпиндель с одним или несколькими дисками. Как правило, в винчестерах с интерфейсом IDE используют 1–5 дисков, представляющих собой тонкие алюминиевые (реже – стеклянные) цилиндры, покрытые слоем окиси хрома. Под дисками расположен двигатель, встроенный в шпиндель дискового пакета, обеспечивающий вращение дисков. Ближе к разъемам, с левой или правой стороны от шпинделя, находится поворотный позиционер, на конце которого – обращенные к дискам несущие элементы магнитных головок. При поворотах коромысла позиционера головки совершают движение по дуге между центром и периферией дисков. Коромысло управляется линейным двигателем.

Установка на дорожку производится по сигналам, записанным на дисках. В процессе заводской разметки на диски записывается сервоинформация – специальные метки, необходимые для стабилизации скорости вращения, поиска секторов и слежения за положением головок на поверхностях.

Запись информации на диски осуществляется индуктивными головками, а считывание – магниторезистивными. Магниторезистивные технологии обеспечивают плотность записи 2–3 Гб на одну пластину (диск). Появление же головок с гигантским магниторезистивным эффектом (GMR – Giant Magnetic Re-sistance) привело к повышению плотности записи до 6,4 Гб на одну пластину.