43. Жесткий магнитный диск

Жесткие магнитные диски представляют собой несколько металлических либо керамических дисков, покрытых магнитным слоем. Диски вместе с блоком магнитных головок установлены внутри герметичного корпуса накопителя на жестких магнитных дисках (НЖМД), обычно называемого винчестером.

Термин «винчестер» возник из жаргонного названия первой модели жесткого диска емкостью 16 Кбайт (IBM, 1973гю), имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром 30"/30" известного охотничьего ружья «винчестер». Жесткий диск представляет собой очень сложное устройство с высокоточной механикой и электронной платой, управляющей работой диска.

Структура жестких дисков имеет в целом такую же структуру, как и гибкие магнитные диски.

Магнитные пластины, установленные в накопителе, размещены на одной оси и вращаются с большой угловой скоростью. Обе стороны каждой пластины покрыты тонким слоем намагниченного материалазапись проводится на обе поверхности каждой пластины (кроме крайних).

У каждой магнитной стороны каждой пластины есть своя магнитная головка чтения/записи. Эти головки соединяются вместе и движутся радиально (по радиусу) по отношению к пластинам. Таки образом обеспечивается доступ к любой дорожке любой пластины

За счет использования нескольких магнитных пластин и гораздо большего количества дорожек на каждой стороне пластины информационная емкость жестких дисков может достигать 500 Гбайт.

Также как и НГМД, НЖМД относится к классу носителей с произвольным доступом к информации.

Основные характеристики винчестеров:

- быстродействие, определяемое временем доступа к нужной информации, временем ее считывания/записи и скоростью передачи данных

- емкость, то есть максимальданных, который можно записать на носитель;

- время безотказной работы (обычно составляет примерно 50 лет).

Во всех современных дисковых накопителях устанавливается кэш-буфер (память), ускоряющий обмен данными; чем больше его емкость, тем выше вероятность того, что в кэш-памяти будет необходимая информация, которую не надо считывать с диска (этот процесс в тысячи раз медленней); емкость кэш-буфера в разных устройствах может изменяться в границах от 64 Кбайт до 2Мбайт.

Существуют сменные жесткие диски и, соответственно, дисководы для них. Главным образом они используются для переноса больших объемов информации между компьютерами либо для хранения архивных данных.

Основной тип - Jaz-диск. Его емкость в зависимости от модели от 540 Мбайт до 1,07 Гбайт.

44. Гибкие магнитные диски

Одним из наиболее распространенных носителей информации являются гибкие магнитные диски (дискеты), или флоппи-диски. Диски называются гибкими потому, что их рабочая поверхность изготовлена из эластичного материала и покрыта специальной, достаточно плотной пленкой, покрытой ферромагнитным слоем.

Дискета помещается в твердый защитный пластмассовый корпус. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри корпуса. Для доступа к магнитной поверхности диска в защитном конверте имеется закрытое шторкой окно.

Хранение данных, представленных двоичным кодом, обеспечивает магнитный слой, который может иметь намагниченные и ненамагниченные участки. Намагниченный участок поверхности кодируется как 1, ненамагниченный - как 0.

Информация записывается с двух сторон диска на дорожках, которые представляют собой концентрические окружности. Каждая дорожка разделяется на секторы. Запись и чтение информации с дискеты возможна только при наличии на ней разметки на дорожки и секторы.

Для работы с гибкими магнитными дисками предназначено устройство, называемое дисководом, или накопителем на гибких магнитных дисках (НГМД). Нгмд относится к группе накопителей прямого доступа и устанавливается внутри системного блока.

НГМД приводится во вращение только при команде чтения или записи, в другое время он находится в покое. При обращении к НГМД для записи/чтения информации магнитная головка накопителя устанавливается над тем сектором диска, куда нужно записать или откуда требуется считать информацию.

Для этого один двигатель накопителя обеспечивает вращение диска внутри защитного конверта, а другой перемещает головку чтения / записи вдоль радиуса поверхности диска. Головка чтения-записи во время работы механически контактирует с поверхностью дискеты, что приводит к быстрому изнашиванию дискет.

Для того, чтобы на диске можно было хранить информацию, диск должен быть отформатирован, то есть должна быть создана физическая и логическая структура диска. Форматирование диска производится специальной программой, входящей в системное программное обеспечение.

Форматирование - создание физической и логической структуры диска.

Физическая структура диска

Основными элементами физической структуры диска являются:

Сторона

У каждой дискеты есть две стороны. Система рассматривает первую сторону с номером 0, а вторую - как сторону с номером 1.

Жесткие диски имеют несколько поверхностей для записи, называемых пластинами. Нумерация сторон следующая: первой стороне первой пластины присвоен номер 0, второй стороне - номер 1, первой стороне второй пластины - номер 2 и так далее.

Дорожка

Каждая сторона пластины разделена на концентрические полоски, называемые дорожками - зона для записи данных, к которой подводится головка считывания-записи.

Самая дальняя от центра дорожка на нулевой стороне верхней пластины диска - дорожка с номером 0 на стороне 0. Дорожки нумеруются последовательно от нулевой до самой ближней к центру. Число дорожек зависит от типа диска.

Сектор

Каждая дорожка делится на сектора. У диска на каждой дорожке одинаковое количество секторов. Нумерация секторов производится последовательно с 1 сектора нулевой дорожки до последнего сектора последней дорожки.

Каждый сектор имеет размер 512 байт. Поэтому плотность записи данных на дорожках, лежащих ближе к центру выше, чем на крайних.

Цилиндр - так называют дорожки, расположенные на разных сторонах диска (для жестких дисков и на разных пластинах), но имеющие одинаковый радиус.

Кластер - минимальный адресуемый элемент носителя информации (см. логическую структуру диска)

Форматирование физической структуры диска состоит в магнитной разметке поверхности диска на дорожки и секторы. Для этого в процессе форматирования магнитная головка дисковода расставляет в определенных местах диска метки дорожек и секторов. После форматирования гибкого диска 3,5", его стандартные параметры будут следующие:

-сторон – 2

-дорожек на одной стороне – 80

-количество секторов на одной дорожке – 18

-информационная емкость сектора – 512 байт

Логическая структура диска

Основными элементами логической структуры диска являются:

Кластер - минимальный адресуемый элемент носителя информации, который может включать в себя несколько секторов. Размер кластера (от 512 байтов до 64Кбайт) зависит от типа используемой файловой системы. На гибком диске кластер равен 1 сектору, то есть минимальным адресуемым элементом на дискете является сектор.

Файловая система отслеживает, какие из кластеров в настоящий момент используются, какие свободны, какие помечены, как неисправные.

При записи файла всегда будет занято целое число кластеров, соответственно минимальный размер файла равен размеру одного кластера.

Таблица размещения файлов (FAT-таблица), в которой содержится полная информация о кластерах, которые занимают файлы.

Корневой каталог. Файловая система организует кластеры в файлы и каталоги. Каталоги реально являются также файлами определенной структуры, содержащими список файлов и подкаталогов, принадлежащих данному каталогу. Для размещения корневого каталога и таблицы FAT на гибком диске отводятся сектора со 2 по 33.

Первый сектор отводится для азмещения загрузочной записи операционной системы. Сами файлы могут быть записаны, начиная с 34 сектора.

Файлы

Основными параметрами дискеты является технологический размер (в дюймах), плотность записи и полная емкость. В настоящее время стандартом являются дискеты размером 3,5 дюйма, высокой плотности HD, имеющие емкость 1,44 Мбайта.