Тема 10: Внешние носители информации.

Внешние носители информации используются в ПК для организации внешней памяти. По определению носитель – материальный объект, способный хранить информацию. В данном случае речь идет о машинных носителях, т.е. устройствах способных накапливать и хранить информацию в машинных кодах. В качестве внешних носителей используются энергонезависмые устройства (т.е. хранение информации на которых не зависит от электропитания).

Современные внешние носители можно классифицировать по целому ряду признаков: по виду носителя, по типу конструкции, по физическому принципу записи и считывания информации, по методу доступа и т.д.

По способу использования все носители можно разделить на съемные и несъемные. Несъемный носитель стационарно закреплен в ПК и в общем случае не предназначен для переноса и использования на другом ПК. Пример: винчестер (НЖМД). Съемные носители дают возможность переноса информации и использования одного и того же носителя на разных ПК. Примеры: дискеты, компакт-диски, USB-флэш. Несъемные носители, как правило, имеют гораздо большую емкость, чем съемные (переносные).

Далее рассмотрим внешние носители наиболее широко используемые на данный момент.

Магнитные диски и накопители на мд.

Магнитные диски относятся к магнитным носителям информации, которые в качестве запоминающей среды используют магнитные материалы со специальными свойствами (с прямоугольной петлей гестерезиса), позволяющих фиксировать два магнитных состояния – два направления намагниченности. Каждому из этих состояний ставятся в соответствие двоичные цифры: 0 или 1.

Любой накопитель можно рассматривать как совокупность носителя (диска) и соответствующего привода (дисковода), через который осуществляется доступ к носителю (чтение/запись информации).

Поверхность любого МД разбита на дорожки (треки), представляющие собой концентрические окружности. Количество дорожек зависит от типа МД и конструкции накопителя. Каждая дорожка разбита на сектора. Емкость сектора также может зависеть от типа накопителя. Кластер – минимальная единица размещения информации на диске, состоящая из одного или нескольких смежных секторов дорожки.

Для пакетов МД и двухсторонних дисков вводится понятие «цилиндр». Цилиндр – совокупность дорожек МД, находящихся на одинаковом расстоянии от центра и взятых со всех поверхностей.

Емкость диска может быть вычислена как произведение количества поверхностей, количества дорожек на одной поверхности, количества секторов на одной дорожке и емкости одного сектора.

I. Нжмд типа винчестер.

Накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД) типа винчестер (в просторечии «жесткий диск») представляет собой пакет из нескольких дисков одинакового размера, одетых на одну ось (шпиндель), который вместе с блоком магнитных головок помещен в герметичный корпус. Основой каждого жесткого диска является либо сплав алюминия, либо керамика. Рабочие поверхности диска покрыты специальным ферромагнитным покрытием (ферролаком).

Интересно происхождение термина «винчестер». В 1973 г. фирмой IBM по новой (для того времени) технологии был разработан первый НЖМД, который мог хранить до 16 Кб информации. Поскольку он имел 30 цилиндров (дорожек), каждый из которых был разбит на 30 секторов, то ему присвоили название «30/30». По аналогии с популярным типом охотничьего ружья, имеющего калибр 30/30, данный НЖМД стали называть «винчестером». Позднее это прозвище закрепилось за всеми НЖМД такого типа независимо от их характеристик.

Как уже было сказано в определении, винчестер содержит несколько физических дисков, поэтому в целом «жесткий диск» имеет не две поверхности, как должно быть у обычного плоского диска, а 2n поверхностей, где n — число отдельных дисков в группе. Как правило, внешние поверхности крайних дисков в пакете не используются, поэтому получаем 2n – 2 = 2 (n – 1) поверхностей.

Над каждой поверхностью распола­гается головка, предназначенная для чтения-записи данных. При высоких скоростях вращения дисков (90 об/с) в зазоре между головкой и поверх­ностью образуется аэродинамичес­кая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра (0,5 – 0,13 микрометра). При изменении силы тока, протекающего через го­ловку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферромагнит­ных частиц, образующих покрытие диска. Так осуществляется запись данных на магнитный диск.

Операция считывания происходит в обратном порядке. Намагниченные частицы покрытия, проносящиеся на высокой скорости вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции. Электромагнитные сигналы, возникающие при этом, усиливаются и передаются на обработку.

Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство — контроллер жесткого диска. В прошлом оно представляло собой отдельную дочернюю плату, которую подключали к одному из свободных слотов материнской платы. В настоящее время функции контроллеров дисков выполняют микросхемы, входящие в микропроцессорный комплект (чипсет), расположенный на материнской плате. Хотя некоторые виды высокопроизводительных контроллеров жестких дисков по-прежнему постав­ляются на отдельной плате.

К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность. Емкость дисков зависит от технологии их изготовления. В настоящее время боль­шинство производителей жестких дисков используют изобретенную компанией IВМ технологию с использованием гигантского магниторезистивного эффекта (GMR — Giant Magnetic Resistance). Теоретический предел емкости одной плас­тины, исполненной по этой технологии, составляет порядка 20 Гбайт. В настоящее время технологический уровень приближается к 10 Гбайт на пластину, но разви­тие продолжается.

С другой стороны, производительность жестких дисков меньше зависит от техно­логии их изготовления. Сегодня все жесткие диски имеют очень высокий показа­тель скорости внутренней передачи данных (до 30-60 Мбайт/с), и потому их про­изводительность в первую очередь зависит от характеристик интерфейса, с помощью которого они связаны с материнской платой. В зависимости от типа интерфейса разброс значений может быть очень большим: от нескольких Мбайт/с до 13-16 Мбайт/с для интерфейсов типа EIDE, до 80 Мбайт/c для интерфейсов типа SCSI и от 50 Мбайт/с и более для наиболее современных интерфейсов типа IEEE 1394.

Кроме скорости передачи данных с производительностью диска напрямую связан параметр среднего времени доступа. Он определяет интервал времени, необходи­мый для поиска нужных данных, и зависит от скорости вращения диска. Для дис­ков, вращающихся с частотой 5400 об/мин, среднее время доступа составляет 9-10 мкс, для дисков с частотой 7200 об/мин — 7-8 мкс. Изделия более высокого уровня обеспечивают среднее время доступа к данным 5-6 мкс.

Винчестер относится к несъемным носителям, и данные на жестком диске могут храниться годами. Однако, несмотря на свое название, жесткий диск является весьма хрупким прибором, чувствительным к перегрузкам, ударам и толч­кам. Теоретически, переносить данные с одного рабочего места (т.е. ПК) на другое путем переноса жесткого диска возможно, и в некоторых случаях так и поступают, но все-таки этот прием считается неудобным, поскольку требует особой аккуратности и определенной квалификации (т.к. потребуется вскрыть системный блок).