Технология жёсткого диска. Часть 1. Автор неизвестен.
|
Предварительное знакомство. Мало кому доводилось видеть жесткий диск как таковой. В отличие от гибких дисков легко ранимые жесткие диски должны быть постоян- но заключены в защитную алюминиевую оболочку.Все,что мы видим-это дисковод жесткого диска-металлический ящик с кое-какой электрони- кой на нем.Нет простого способа проникнуть внутрь ящика и посмот- реть на вращающийся диск. Дисководы можно открывать только в гер- мозонах,где рабочие носят хирургическую одежду и из воздуха отфи- льтрована вся пыль. Некоторые типы дисков заключены в съемные па- кеты и вставляются в дисковод,но большинство дисков-несъемные.Не- большие дисководы с несъемными дисками изобретены фирмой IBM и прозваны винчестерскими дисками(из-за совпадения кодового номера дисковода с номером модели знаменитого винчестерского ружья).
Дорожки,секторы и головки. Несмотря на свои внушительные доспе- хи,жесткий диск не является чем-то драматически отличающимся от скромного гибкого диска.Данные запоминаются в виде намагниченных областей,записываемых на окружностях вокруг центра диска.Каждая из концентрических окружностей представляет собой дорожку,а каж- дая дорожка делится на равные сегменты,называемые секторами.Голо- вка чтения-записи движется от внешнего края диска к центру,оста- навливаясь над дорожкой,которая содержит информацию,необходимую компьютеру.Оказавшись в нужном положении,головка ждет,когда нуж- ный сектор окажется под ней при вращении диска,а потом читает или пишет данные по мере прохождения сектора.
Разница между гибкими и жесткими дисками. Жесткие диски выгодно отличаются от гибких высокой плотностью записи данных на поверх- ности диска и высокой скоростью работы.В то время как стандартный 360-Кбайт гибкий диск имеет 40 дорожек,жесткие диски того же диа- метра могут иметь их более 1000.И они могут упаковывать вчетверо больше данных на одну дорожку.Для таких высоких плотностей данных требуется очень маленькая головка чтения-записи,расположенная оч- ень близко к поверхности диска.Гибкость диска приводила бы к ко- лебаниям поверхности и ударам по головке чтения-записи.Так что диски делаются жесткими,из твердых алюминиевых пластин,покрытых магнитным материалом. Жесткие диски славятся также своей скоростью.В то время как гибкий диск в дисководе вращается со скоростьюот 300 до 360 об/ мин,скорость большинства жестких дисков равна 3600 об/мин.Кроме того,дисководы жестких дисков перемещают головку чтения-записи от дорожки к дорожке в несколько раз быстрее,чем дисководы гибких дисков.
Пластины. Для увеличения емкости большинство дисководов жестких дисков на самом деле имеют два или более диска.Диски,которые час- то называют пластинами,смонтированы на оси,называемой шпинделем. Все пластины вращаются вместе.Мотор,вращающий пластины,может быть встроен в шпиндель или располагаться под шпинделем. Обе стороны пластины содержат данные.Поскольку было бы неразу- мно обслуживать обе стороны пластины одной головкой чтения-записи, каждая сторона имеет свою головку.Головки смонтированы на каретке в виде гребешка и двигаются вместе.Точность этого механизма пора- жает.Пластины и головки должны точно перемежаться на каждой доро- жке,при этом каждая головка расположена всего в 1/100000 дюйма от поверхности пластины.Эта точная геометрия выдерживается при быст- ром сновании легких головок над быстро вращающимися пластинами. Головки могут находится так близко к пластинам,не касаясь их, поскольку они на самом деле парят над поверхностью на воздушной подушке,образованной вращением диска.Головки медленно набирают высоту при включении дисковода и совершают мягкую посадку при отк- лючении питания и замедлении вращения пластин.При отключенном пи- тании головки лежат на поверхности диска.
Контроллеры дисков. В комплект большинства дисководов входит плата контроллера,которая вставляется в один из свободных разъе- мов в компьютере.Когда данные считываются с поверхности диска,они поступают с головок через электронику дисковода в электронику платы контроллера.Как мы увидим позже,не всем жестким дискам не- обходим отдельный контроллер для посредничества между дисководом и компьютером.Но все дисководы,работающие в IBM PC,AT и некоторых PS/2,требуют наличия какого-либо адаптера,занимающего место на системной плате. Данные,посылаемые с поверхности диска на плату контроллера,по- падают в буфер-небольшой кусочек памяти,выполняющего роль времен- ного хранилища данных.Когда данные попадают в буфер,плата конт- роллера посылает сигнал центральному процессору.Сигнал говорит ЦП,что можно начинать пересылку данных в микросхемы оперативной памяти компьютера.
ПДП. Данные пересылаются одним из двух способов.В компьютерах IBM AT и PS/2 всю работу выполняет непосредственно ЦП.Однако в IBM PC и XT используется прямой доступ к памяти(ПДП).ПДП реализу- ется специальной микросхемой,которая переносит данные из контрол- лера в память За один шаг в отличие от двухступенчатой процедуры передачи их сначала в ЦП,а затем в память.PC и XT используют ПДП, поскольку их ЦП не успевает за скоростью передачи данных жестким диском.
Буферы DOS. Данные попадают в специальные области оперативной памяти(ОП),зарезервированные в качестве буферов DOS.Как мы увидим позже,число буферов может быть установлено пользователем.В каждом буфере размещается один дисковый сектор,который в DOS содержит часть файла размером 512 байт.Как правило,компьютеры,имеющие жес- ткий диск,работают с 20 буферами.По мере чтения файла его секторы заполняют буферы;когда все буферы оказываются заполненными,очере- дной сектор передается в буфер,к которому программа обращалась раньше всех остальных,переписывая его содержимое.На заключитель- ном этапе DOS извлекает данные из буферов и раскладывает их по конкретным адресам памяти,запрошенным прикладной программой.
Запись данных. Когда компьютер пишет данные на диск,все проис- ходит наоборот.Прикладная программа говорит DOS,где в памяти мож- но найти данные.DOS перемещает их в свои буферы,а затем передает в буфер контроллера жесткого диска.Затем дисковый контроллер на- чинает запись,указывая сектор,дорожку и сторону пластины,где дол- жны быть помещены данные,и посылая дисководу команды,позициониру- ющие головку чтения-записи.Затем вступает в дело электроника дис- ковода,которая внимательно следит за дисковой поверхностью в ожи- да правидьного момента начала записи.В этот момент головка гене- рирует поток магнитных импульсов,кодирующих данные вдоль линии на поверхности диска.
|