Види пристроїв зовнішньої пам'яті
Найпоширенішим пристроєм зовнішньої пам'яті на сучасних комп'ютерах стали накопичувачі на магнітних дисках (НМД), або дисководи. Пристрій читання / запису на магнітний диск називається накопичувачем на магнітному диску (НМД) або дисководом. Інформацію зберігають на накопичувачах двох видів, в залежності від дій, які людині потрібно виконати з даними. Для перенесення невеликих обсягів інформації використовують гнучкі магнітні диски (дискети), а для тривалого зберігання великих обсягів інформації використовують накопичувачі на жорстких магнітних дисках (вінчестери).
Порівняно новим видом зовнішніх носіїв є оптичні диски (інша їх назва - лазерні диски). На них використовується не магнітний, а оптико-механічний спосіб запису і читання інформації.
Спочатку з'явилися лазерні диски, на яких інформація записується тільки один раз. Стерти або перезаписати її неможливо. Такі диски називаються CD-ROM - Compact Disk-Read Only Memory, що в перекладі означає «компактний диск - тільки для читання». Пізніше були винайдені перезапису лазерні диски - CD-RW. На них, як і на магнітних носіях, збережену інформацію можна прати і записувати заново. Найбільшою інформаційною ємністю з змінних носіїв володіють лазерні диски типу DVD-ROM. Обсяг інформації, що зберігається на них, може досягати десятків гігабайт.
Накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД)
Жорсткий магнітний диск (вінчестер, жорсткий диск - Hard Disk Drive) - постійна пам'ять, призначена для довготривалого зберігання всієї наявної в комп'ютері інформації. Операційна система, постійно використовувані програми завантажуються з жорсткого диска, на ньому зберігається більшість документів.
Накопичувач на жорстких магнітних дисках (НЖМД) є одним з ключових компонентів сучасного ПК. Від нього безпосередньо залежить продуктивність і надійність системи. Технології виготовлення жорстких дисків удосконалюються, розміри програм збільшуються, дані на комп'ютері накопичуються.
Основні параметри НЖМД
1. Ємність - накопичувача на жорстких магнітних дисках має обсяг від 40 Гб до 1024 Гб.
2. Швидкість читання даних. Середній сьогоднішній показник - близько 8 Мбайт / с.
Середній час доступу. Вимірюється в мілісекундах і позначає той час, який необхідно диску для доступу до будь-якого обраного вами ділянці. Середній показник - 9 мс.
Швидкість обертання диска. Показник, безпосередньо пов'язаний зі швидкістю доступу і швидкістю читання даних. Швидкість обертання жорсткого диска в основному впливає на скорочення середнього часу доступу (пошуку). Підвищення загальної продуктивності особливо помітно при вибірці великого числа файлів.
Розмір кеш-пам'яті - швидкої буферної пам'яті невеликого обсягу, в яку комп'ютер поміщає найбільш часто використовувані дані. У накопичувача на жорстких магнітних дисках є своя кеш-пам'ять розміром до 32 Мбайт.
Жорсткий магнітний диск (вінчестер) складається з гермоблока (рисунок 1) і плати контролера (малюнок 2).
Малюнок 1 Гермоблок НЖМД
Малюнок 2 Плата контролера
У гермоблоке розміщені всі механічні частини, на платі вся керуюча електроніка, за винятком передпідсилювача (попереднього підсилювача), розміщеного всередині гермоблока в безпосередній близькості від зчитують головок.
У гермоблоке встановлений шпиндель з одним або декількома дисками. (Малюнок) Диски виготовлені з алюмінію (іноді - з кераміки або скла) і покриті тонким шаром окису хрому. В даний час обсяг інформації, що зберігається на одному диску, може досягати тисячі двадцять чотири Гбайт. Збоку шпинделя знаходиться поворотний позиціонер. З одного боку, коромисла розташовані звернені до дисків легкі магнітні головки, а з іншого - короткий хвостовик з обмоткою електромагнітного приводу. При поворотах коромисла позиціонера головки здійснюють рух по дузі між центром і периферією дисків. Під дисками розташований двигун, що обертає їх з великою швидкістю. При обертанні дисків створюється сильний потік повітря, що циркулює по периметру гермоблока. Пил згубна для поверхні дисків, тому блок герметизирован, повітря в ньому постійно очищається спеціальним фільтром (рісунок.3).
Для вирівнювання тиску повітря всередині і зовні в кришках гермоблоков робляться невеликі вікна, заклеєні тонкою плівкою. У ряді моделей вікно закривається повітропроникним фільтром. Обмотку позиціонера оточує статор, що представляє собою постійний магніт. При подачі в обмотку струму певної величини та полярності коромисло починає повертатися у відповідну сторону з відповідним прискоренням. Динамічно змінюючи струм в обмотці, можна встановлювати позиціонер в будь-яке положення. При обертанні дисків аеродинамічна сила підтримує головки на невеликій відстані від поверхні дисків. Головки ніколи не стикаються з тією зоною поверхні диска, де записані дані. На хвостовику позиционера зазвичай розташована так звана магнітна клямка - маленький постійний магніт, який при крайньому внутрішнє становище головок притягується до поверхні статора і фіксує коромисло в цьому положенні. Це так зване паркувальне положення головок, які при цьому лежать на поверхні диска, стикаючись з нею. У посадкової зоні дисків інформацію не записується, тому прямий контакт з нею не є небезпечним. Практично всі сучасні жорсткі диски випускаються за технологією, що використовує магніторезистивний ефект. Завдяки цьому в останній рік ємність дисків зростає швидкими темпами за рахунок підвищення щільності запису інформації.
Принцип роботи накопичувача на жорстких магнітних дисках нагадує принцип дії звичайного магнітофона, з тією лише різницею, що замість магнітної стрічки використовуються поверхні дисків, а замість звукових сигналів він записує і відтворює цифрові. Будь НЖМД складається з двох основних частин: гермоблока і контролера. Гермоблок, служить корпусом для розміщення всіх механічних частин НЖМД Контролер являє собою плату електроніки накопичувача на жорстких магнітних дисках і розміщується за межами гермоблока, як правило, в її нижній частині. У деяких накопичувачах на жорстких магнітних дисках, наприклад, у відомій серії Seagate Barracuda, контролер закритий додатковою металевою кришкою, що захищає електроніку від пошкоджень, а заодно служить радіатором для відведення тепла від мікросхем. Основу всієї конструкції становить міцний герметичний корпус, що оберігає точну внутрішню механіку від зовнішніх впливів. Усередині корпусу розміщується власне диск або набір з декількох дисків, що обертається електродвигуном; магнітні головки з механізмом їх переміщення, а також попередній підсилювач сигналу. Корпус заповнений очищеним від пилу повітрям. Для вирівнювання тиску всередині і зовні корпус забезпечений фільтром або має отвори, заклеєні плівкою, хоча іноді зустрічаються і повністю герметичні накопичувачі на жорстких магнітних дисках. При обертанні дисків створюється сильний потік повітря, який циркулює всередині корпусу і постійно очищається ще одним, внутрішнім фільтром від пилу, яка зуміла якимось чином потрапити всередину. Сучасні накопичувачі на жорстких магнітних дисках влаштовані дуже складно. До 90% вартості становить прецизійна механіка. Розглянемо більш докладно кожну її частину. Магнітний диск являє собою круглу пластину з алюмінію, поверхня, якою оброблена по найвищому класу точності. У побуті такий полірування не зустрінеш. Щоб надати пластин магнітні властивості, їх поверхню покривають сплавом на основі хрому або вакуумному напилюваним шаром кобальту. Таке покриття має високу твердість, що добре, адже зовсім недавно диски були покриті шаром м'якого лаку на основі окису заліза, і він, на відміну від сучасних покриттів, легко ушкоджувався.
Для обертання дисків застосовується спеціальний електродвигун, чимось схожий на двигун флоппі-дисковода: нерухомий якір з обмотками і обертається постійний магніт. Основна відмінність його полягає в більш високій точності виготовлення і наявності спеціальних підшипників, які можуть бути як звичайними кульковими, так і більш совершеннимі- рідинними використовується спеціальне масло, що поглинає ударні навантаження, що збільшує довговічність двигуна. Рідинні підшипники мають більш низький рівень шуму і майже не виділяють тепло під час роботи. Крім того, деякі сучасні накопичувачі на жорстких магнітних дисках мають двигун, цілком занурений в герметичний посудину з маслом, що сприяє ефективному відведенню тепла від обмоток.
Магнітна головка також є складною конструкцією, що складається з десятків деталей. Ці деталі настільки малі, що виготовляються методом фотолітографії так само, як і сучасні мікросхеми. Робоча поверхня керамічного корпусу головки відполірована з такою ж високою точністю, як і диск. Привід головок є плоскою котушку-соленоїд з мідного дроту, вміщену між полюсами постійного магніту і закріплену на кінці важеля, що обертається на підшипнику. На іншому його кінці знаходиться легка стрілка з магнітними головками. Котушка здатна переміщатися в магнітному полі під дією проходить через неї струму, переміщаючи одночасно всі головки в радіальному напрямку. Щоб котушка з головками не бовталася з боку в бік у неробочому стані, є магнітний фіксатор, що утримує головки вимкненого накопичувача на жорстких магнітних дисках на місці. В неробочому стані накопичувача головки знаходяться поблизу центру дисків, в «зоні паркування» і притиснуті до сторін пластин легкими пружинами. Але варто дискам почати обертання - і потік повітря піднімає голівки над поверхнею дисків, долаючи зусилля пружин.
Головки «спливають» і з цього моменту знаходяться над диском, абсолютно не торкаючись його. Товщина повітряного прошарку між диском і головкою у сучасних накопичувач на жорстких магнітних дисках - всього 0,1 мкм, що в 500 разів менше товщини людської волосини. Так як механічний контакт головки з диском відсутня, зносу дисків і головок не відбувається. Як вже говорилося, всередині гермоблока також знаходиться підсилювач сигналу, поміщений ближче до голівок, щоб зменшити наведення від зовнішніх перешкод. Він з'єднаний з головками гнучким стрічковим кабелем. Таким же кабелем підводитися харчування до рухомого котушці приводу головок, а іноді і до двигуна. Через невеликий роз'єм все це господарство пов'язане з платою контролера.
Структурна схема НЖМД
Структурна схема НЖМД представлена на аркуші 1 графічної частини дипломного проекту.
Контролер інтерфейсу є одним з найскладніших елементів накопичувача. Він визначає швидкість обміну даними між НЖМД і хостом (системної платою). Також його називають HDC-контролером. До основних функцій HDC-контролера можна віднести:
1. читання сектора;
2. запис сектора;
форматування сектора і доріжки;
обробка та обслуговування команд від хост-системи;
формування сигналів інтерфейсу IDE;
обслуговування буферної пам'яті.
) Сепаратор даних призначений, в основному, для очищення цифрового сигналу від шумів при читанні, для виділення сигналів синхронізації читання (RCLK) і записи (WCLK) і для формування потоку даних, призначених для запису, з урахуванням необхідних тимчасових затримок.
) Канал читання / запису формує сигнали управління магнітними головками, здійснюючи при цьому перетворення паралельного коду в послідовний при записі, і послідовного коду в паралельний при читанні. При читанні цим модулем також здійснюється перевірка коду CRC (контрольно-циклічний код) і при необхідності проводиться виправлення помилок.
) Керуючий мікропроцесор забезпечує виконання прошивки накопичувача, здійснюючи зчитування команд з ПЗУ. Відповідно до мікропрограмою мікропроцесор управляє всіма компонентами НЖМД.
) VCM (звукова котушка) забезпечує переміщення та позиціонування блоку магнітних головок.
) Шпиндельний двигун забезпечує обертання магнітних дисків.
) Драйвер двигуна і VCM формує сигнали для управління двигуном, підтримуючи його швидкість постійною. Крім того, драйвером формується струм в котушці VCM, що дозволяє здійснювати її переміщення на задану величину