МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

Національний університет "Львівська політехніка"

Науково-навчальний інститут екології, природоохоронної діяльності та туризму імені В’ячеслава Чорновола

Кафедра загадьної екології та екоінформаційних систем

Інструкція до лабораторної роботи

№ 5 “ Жорсткі диски ”

з дисципліни

“Архітектура комп’ютерів”

Для студентів напрямів підготовки 6.0915 „Комп’ютерна інженерія”

6.0804 „Комп’ютерні науки”

Львів – 2011

1. Мета роботи.

   1. Дослідження будови та основних принципів роботи жорстких дисків (вінчестерів);

   2. Порівняння розмірів та параметрів вінчестерів типорозмірів 3,5” та 5,25”.

2. Обладнання робочого місця.

1. Жорсткі диски різних фірм-виробників та різних типорозмірів (не менше 2 шт.)

2. Олівець

3. Лінійка

2. Короткі теоретичні відомості.

   1. Принципи роботи накопичувачів на жорстких дисках

У накопичувачах на жорстких дисках дані записуються і прочитуються універсальними головками читання/запису з поверхні магнітних дисків, що обертаються, розбитих на доріжки і сектори (512 байт кожен).

У накопичувачах звичайно встановлюється декілька дисків, і дані записуються на обох сторонах кожного з них. У більшості накопичувачів є щонайменше два або три диски (що дозволяє виконувати запис на чотирьох або шести сторонах), але існують також пристрої, що містять до 11 і більш дисків. Для кожної сторони диска передбачена своя доріжка читання/запису, але при цьому всі головки змонтовані на загальному стрижні, або стійці. Тому головки не можуть переміщатися незалежно один від одного і рухаються тільки синхронно.

Жорсткі диски обертаються набагато швидше, ніж гнучкі. Частота їх обертання навіть в більшості перших моделей складала 3600 об/хв (тобто в 10 разів більше, ніж у накопичувачі на гнучких дисках) і до сьогодення було майже єдиним стандартом для жорстких дисків.

2. Доріжки і сектори

Доріжка — це одне "кільце" даних на одній стороні диска. Доріжка запису на диску дуже велика, щоб використовувати її як одиницю зберігання інформації. У багатьох накопичувачах її місткість перевищує 100 тис. байт, і відводити такий блок для зберігання невеликого файлу вкрай марнотратно. Тому доріжки на диску розбивають на нумеровані відрізки, які називають секторами.

Кількість секторів може бути різною залежно від густини доріжок і типу накопичувача. Наприклад, доріжка гнучких дисків може містити від 8 до 36 секторів, а доріжка жорсткого диска — від 380 до 700. Сектори, створювані за допомогою стандартних програм форматування, мають місткість 512 байт, але не виключено, що в майбутньому ця величина зміниться.

Рис.1 Доріжки та сектори накопичувача на жорстких дисках

Рис.2 Циліндр накопичувача на жорстких дисках

Нумерація секторів на доріжці починається з одиниці, на відміну від головок і циліндрів, відлік яких ведеться з нуля. Наприклад, дискета HD (High Density) формату 3,5 дюйми (місткістю 1,44 Мбайт) містить 80 циліндрів, пронумерованих від 0 до 79, в дисководі встановлені дві головки (з номерами 0 і 1), і кожна доріжка циліндра розбита на 18 секторів (1-18).

3. Основні компоненти накопичувачів на жорстких дисках

Існує багато різних типів накопичувачів на жорстких дисках, але практично всі вони складаються з одних і тих же основних вузлів. Конструкції цих вузлів, а також якість використовуваних матеріалів можуть бути різними, але основні їх робочі характеристики і принципи функціонування однакові. До основних елементів конструкції типового накопичувача на жорсткому диску (рис.3) відносяться наступні:

• диски;

• головки читання/запису;

• механізм приводу головок;

• двигун приводу дисків;

• друкована плата з схемами керування;

• шлейфи і роз'єми;

• елементи конфігурування (перемички і перемикачі).

Диски, двигун приводу дисків, головки і механізм приводу головок звичайно розміщуються в герметичному корпусі, який називається HDA (Head Disk Assembly — блок головок і дисків). Звичайно цей блок розглядається як єдиний вузол; його майже ніколи не розкривають. Інші вузли, що не входять в блок HDA (друкована плата, лицева панель, елементи конфігурації і монтажні деталі) є знімними.

Рис.3 Основні компоненти накопичувача на жорстких дисках

3.3.1. Диски

Звичайно в накопичувачі міститься один або декілька магнітних дисків. За минулі роки встановлений ряд стандартних розмірів накопичувачів, які визначаються в основному розмірами дисків, а саме:

• 5,25 дюйми (насправді — 130 мм, або 5,12 дюйми);

• 3,5 дюйми (насправді — 95 мм, або 3,74 дюйми);

• 2,5 дюйми (насправді — 65 мм, або 2,56 дюйми);

• 1 дюйм (насправді — 34 мм, або 1,33 дюйми).

3.3.2. Головки читання/запису

У накопичувачах на жорстких дисках для кожної із сторін кожного диска передбачена власна головка читання/запису. Всі головки змонтовані на загальному рухомому каркасі і переміщаються одночасно.

3.3.3. Двигун приводу дисків

Двигун, що приводить в обертання диски, часто називають шпиндельним (spindle). Двигун завжди зв'язаний з віссю обертання дисків, ніякі приводні паси або шестерні для цього не використовуються. Двигун повинен бути безшумним: будь-які вібрації передаються дискам і можуть привести до помилок при зчитуванні і записі даних.

Частота обертання двигуна повинна бути строго визначеною. Звичайно вона коливається від 3600 до 15000 об/хв або більше, а для її стабілізації використовується схема управління двигуном із зворотним зв'язком (автопідстроюванням), дозволяючи досягти необхідної точності. Таким чином, контроль за частотою обертання двигуна здійснюється автоматично, і ніякі пристрої, що дозволяють зробити це вручну, в накопичувачах не передбачені. У описах деяких діагностичних програм говориться, що з їх допомогою можна зміряти частоту обертання дисків.

3.3.4. Плата керування

У кожному накопичувачі, у тому числі і на жорстких дисках, є хоча б одна плата. На ній вмонтовуються електронні схеми для управління двигуном і приводом головок, а також для обміну даними з контролером (представленими в наперед обумовленій формі). У накопичувачах IDE контролер встановлюється безпосередньо в накопичувачі, а для накопичувачів SCSI необхідно використовувати додаткову плату розширення.

3.3.5. Шлейфи і роз'єми накопичувачів

У більшості накопичувачів на жорстких дисках передбачено декілька інтерфейсних роз'ємів для підключення до системи, подачі живлення, а іноді і для заземлення корпусу. Як правило, накопичувачі мають щонайменше три типи роз'ємів:

• інтерфейсний роз'єм (або роз'єми);

• роз'єм живлення;