Накопители на жестких магнитных дисках

Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД, жесткие диски, Hard Disk Drive — HDD) представляют собой устройства, предназначенные для длительного хранения информации. В качестве накопителей на жестких магнитных дисках широкое распространение в ПК получили накопители типа винчестер. Термин «винчестер» является жаргонным названием первой модели жесткого диска емкостью 16 Кбайт (IBM, 1973 год), имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром 30/30 известного охотничьего ружья auwecmep. В этих накопителях один или несколько жестких дисков, изготовленных из сплавов алюминия или из керамики и покрытых ферролаком, вместе с блоком магнитных головок считывания-записи помещены в герметически закрытый корпус. Под дисками расположен двигатель, обеспечивающий вращение дисков, а слева и справа — поворотный позиционер с коромыслом, управляющим движением магнитных головок по спиральной дуге для их установки на нужный цилиндр. Емкость винчестеров благодаря чрезвычайно плотной записи, выполняемой магниторезистивными головками в таких герметических конструкциях, достигает нескольких десятков гигабайтов; быстродействие их также весьма высокое: время доступа от 5 мс, трансфер до 6 Гбайт/с. Магниторезистивные технологии обеспечивают чрезвычайно высокую плотность записи, позволяющую размещать 2 — 3 Гбайт данных на одну пластину (диск). Появление же головок с гигантским магниторезистивным эффектом (GMR —Giant Magnetic Resistance) еще более увеличило плотность записи — возможная емкость одной пластины возросла до 6,4 Гбайт.

НЖМД весьма разнообразны. Диаметр дисков чаще всего 3,5 дюйма (89 мм).Наиболее распространенная высота корпуса дисковода: 25 мм — у настольных ПК, 41 мм — у машин-серверов, 12 мм — у портативных ПК, существуют и другие. Внешние дорожки диска длиннее внутренних. Поэтому в современных жестких дисках используется метод зонной записи. В этом случае все пространство диска делится на несколько зон, причем во внешних зонах секторов размещается больше данных, чем во внутренних. Это, в частности, позволило увеличить емкость жестких дисков примерно на 30%.

Внешний вид НМЖД со снятой крышкой показан на рис. 6.8.

Есть два основных режима обмена данными между HDD и ОП:

●Programmed Input/Output(PIO — программируемый ввод-вывод);

PIO -это режим, при котором перемещение данных между периферийным устройством (жестким диском) и оперативной памятью происходит с участием центрального процессора. Существуют следующие режимы передачи: PIOO, PIO1, PIO2, PIO3, PIO4. Причем PIOO самый «медленный», а PI04 — самый «быстрый» (16,6 Мбайт/с). Режимы PIO в современных ПК используются редко, поскольку сильно загружают процессор.

DMA —это режим, в котором винчестер напрямую общается с оперативной памятью без участия центрального процессора, перехватывая управление шиной. Режимы DMA при интерфейсах IDE поддерживают протоколы SW (SingleWord— однословный) и MW (MultiWord — многословный»), обеспечивающие трансфер до 66 Мбайт/с (при протоколе М7КЗ DMA). При интерфейсах SCSI может быть достигнута более высокая скорость передачи. Так, наиболее популярный сейчас интерфейс Ultra2Wide SCSI (Ultra2 означает работу на тактовой частоте 40 Mц; Wide — ширину шины 16 битов) обеспечивает пропускную способность 80 Мбайт/с, при этом можно подключать до 15 накопителей к одному контроллеру интерфейса. А технология FC-AL (Fibre Channel Arbitrated Loop), использующая оптоволоконные каналы связи для жестких дисков SCSI, обеспечивает, трансфер 200 Мбайт/с и возможность подключения до 256 устройств (используется, естественно, не в IIK, а в больших системах и в дисковых массивах — RAID). Время доступа к информации на диске напрямую связано со скоростью вращения дисков. Стандартные скорости вращения для интерфейса IDE — 3600, 4500, 5400 и 7200 оборотов/мин; при интерфейсе SCSI используются скорости до 10 000 и даже до 12 000 оборотов/мин. При скорости 10 000 оборотов/мин среднее время доступа составляет 5,5 мс. Для повышения скорости обмена данными процессора с дисками НЖМД следует кэшировать. Кэш-память для дисков имеет то же функциональное назначение, что и кэш для основной памяти, то есть служит быстродействующим буфером для' кратковременного хранения информации, считываемой или записываемой на диск. Кэш-память может быть встроенной в дисковод, а может создаваться программным путем (например, драйвером Microsoft Smartdrive) в оперативной памяти. Емкость кэш-памяти диска обычно составляет 2 Мбайт, а скорость обмена данными процессора с кэш-памятью достигает 100 Мбайт/с.

Для того чтобы получить на магнитном носителе структуру диска, включающую в себя дорожки и секторы, над ним должна быть выполнена процедура, называемая физическим, или низкоуровневым, форматированием (physical, или low-level formatting). В ходе выполнения этой процедуры контроллер записывает на носитель служебную информацию, которая определяет разметку цилиндров диска на секторы и нумерует их. Форматирование низкого уровня предусматривает и маркировку дефектных секторов для исключения обращения к ним в процессе эксплуатации диска.

Существует и технология SMART(Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology) — технология самотестирования и анализа, осуществляющая автоматическую проверку целостности данных, состояния поверхности дисков, перенос информации с критических участков на нормальные и другие операции без участия пользователя. Кроме того, при появлении и нарастании серьезныхошибок SMART своевременно выдает сообщение о необходимости принятия мер по спасению данных.

В ПК имеется обычно один, реже несколько накопителей на жестких магнитных дисках. Однако в MS DOS программными средствами один физический диск может быть разделен на несколько «логических» дисков; тем самым имитируется несколько НМД на одном накопителе.

Большинство современных накопителей имеют собственную кэш-память емкостью от 2 до 8 Мбайт.

Среди последних новинок заслуживают внимания HDD компании 1-0 Data, представившей в декабре 2002 года три модели емкостью 250 Гбайт: внутренний накопитель UHDI 250 с интерфейсом Ultra АТА-133 и внешние накопители: HDA-IU 250 с интерфейсом USB 2.0 и HDA-IE 250 с интерфейсом IEEE 1394. Внешние HDD относятся к категории переносных.

В последнее время переносные накопители (их также называют внешними, мобильными, съемными, а портативные их варианты — карманными — Pocket HDD) получили широкое распространение. Питание переносных жестких дисков выполняется либо от клавиатуры, либо по шине USB (возможный вариант— через порт PS/2).

Переносные жесткие диски весьма разнообразны: от обычных HDD в отдельных корпусах до стремительно набирающих популярность твердотельных дисков.

Размеры корпуса могут быть разными. Например: 219 х 155 х 44 мм, 143 х 87 х х 27 мм, 126 х 75 х 15 мм и др. Форм-фактор дисков чаще всего 2,5 дюйма, а ем- кость от 1 до 60 Гбайт.

Компания Соrniсе Inc. (США) готовится к выпуску в конце 2003 года одно дюймовых винчестеров емкостью 1,5 Гбайт.

Переносить большие массивы данных с одного компьютера на другой позволяют также оптические накопители CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW и DVD-RAM. Их носители обеспечивают перенос больших массивов данных с одного компьютера на другой. Кроме того, в силу относительно высокой производительности эти накопители можно использовать в тех же целях, что и обычные стационарные жесткие. Такие устройства могут применяться и для решения задач резервного копирования информации.

Перечислим наиболее популярные типы съемных пакетов дисков и дисководов.

Jaz 1Gb, Jaz 2Gb

Модели Jaz 1Gb, Jaz 2Gb,разработанные компанией Iomega (Jaz 1 поддерживают жесткие диски емкостью 1 Гбайт, а дисководы Jaz 2Gb — диски емкостью 1 Гбайт и 2 Гбайта). Iomega Jaz 2Gb-дисководы отличаются более высокой скоростью работы. Пиковая скорость передачи данных имеет величину 20 Мбайт/с, средняя скорость равна примерно 7 ,5 Мбайт/с, а среднее время доступа — 15,5 — 17,5 мс, скорость вращения двигателя — 5400 оборотов/мин, интерфейс — SCSI. По своим характеристикам устройства Jaz 2Gb ненамного уступают обычным стационарным жестким дискам. Однако максимальный объем дисков ограничен величиной 2 Гбайт. К основным достоинствам этих систем относятся относительно высокое быстродействие, простота установки и эксплуатации, хорошее программное обеспечение. Главным недостатком является высокая цена на дисководы и диски.

Иногда НЖМД со сменными пакетами дисков и НГМД типа Zip называют накопителями Бернулли, поскольку в этих накопителях для минимизации и регулирования зазора между магнитной головкой и носителем — магнитным диском— используется закон Бернулли: давление на поверхность тела, создаваемое потоком движущейся вдоль нее жидкости или газа, зависит от скорости этого потока и уменьшается с увеличением этой скорости. Магнитные головки располагаются над поверхностью эластичных дисков: когда диски неподвижны, они под действием своего веса несколько провисают и отходят от головок, при быстром вращении дисков под действием создающегося разрежения воздуха они притягиваются к головкам почти вплотную, но без их касания. Это обеспечивает минимальное рассеивание магнитного потока головки и позволяет увеличить плотность записи информации на диске.

SyJet

SyJet — дисковод сменных жестких дисков, разработанный компанией SyQuest. Это устройство поддерживает накопители емкостью 1,5 Гбайт, которые производятся по технологии жестких дисков. Один такой накопитель имеет 2 диска, 4 поверхности. Устройства SyJet выпускаются с интерфейсами IDE, LPT, SCSI. Пиковая скорость передачи SyJet превышает 10 Мбайт/с, средняя скорость составляет 7 Мбайт/с. Самым медленным является внешний дисковод с интерфейсом LPT, поскольку его скорость обмена определяется исключительно скоростью обмена параллельного порта. Среднее время доступа для устройств SyJet 11 — 12 мс. Скорость вращения двигателя равна 5400 оборотов/мин.

SparQ

SparQ -устройство, разработанное компанией SyQuest. Поддерживает диски емкостью 1 Гбайт. Существуют накопители с интерфейсами IDE, SCSI, LPT, USB. Для всех систем среднее время доступа составляет 12 мс, а частота вращения шпинделя — 5400 оборотов/мин. Пиковая скорость передачи данных для устройств IDE при пакетной передаче достигает 16,6 Мбайт/с. Обычная скорость имеет величину порядка 3,7 — 6,9 Мбайт/с.

EZFlyer

EZFlyer —дисковод сменных жестких дисков, разработанный компанией SyQuest. Это устройство поддерживает картриджи емкостью 230 Мбайт. Существуют внешние устройства с интерфейсами SCSI и LPT, а также внутренние с интерфейсом IDE. Среднее время доступа для EZFlyer составляет 13,5 мс, а частота вращения двигателя дисковода — 3600 оборотов/мин. Максимальная скорость передачи данных может доходить до 16,6 Мбайт/с.

Shark 250

Shark 250 — дисковод сменных жестких дисков компании Avatar, поддерживающий диски емкостью 250 Мбайт. Производятся устройства с интерфейсами LPT и РС Card. Данные устройства имеют очень маленькие габариты и малый вес (320 г). Для систем с интерфейсом РС Card скорость передачи данных составляет 2 Мбайт/с, а для систем с LPT — 1,25 Мбайт/с. Среднее время доступа: для таких устройств равно 12 мс.

Orb

Orb — устройство, разработанное компанией Castlewood. Этот накопитель поддерживает 3,5-дюймовые сменные диски емкостью 2,2 Гбайт. Максимальная скорость передачи информации составляет 12,2 Мбайт/с. Среднее время поиска — 10 — 12 мс. Выпускаются устройства с интерфейсами LPT, USB, IDE, SCSI и IEEE 1394. Дисководы Orb бывают как внутренние, так и внешние. В силу большой емкости дисков, высокой производительности и относительно низкой стоимости по сравнению с Jaz 2Gb, системы Orb составляют серьезную конкуренцию изделиям компании Iomega.

IBM Microdrive

IBMMicrodrive — миниатюрный накопитель на жестком диске форм-фактора 2,5 дюйма, предложенный фирмой IBM. Емкости современных моделей находятся в диапазоне от 1 до 40 Гбайт. Питание осуществляется от клавиатуры или по шине USB. Скорость вращения дисков — 4500 оборотов/мин, скорость передачи данных — 800 Кбайт/с. Отличаются сравнительно высоким потреблением энергии. Подключаются через разъем Compact Flash.

ZIV1, ZIV2

ZIV —весьма изящный миниатюрный дисковый накопитель форм-фактора 2,5 дюйма со специальным контроллером, подключаемым к интерфейсам USB 1.1 (ZIV1) или USB 2.0 (ZIV2). Типовой размер корпуса 118 х 72 х 11 мм, вес 130 г. Это действительно карманный жесткий диск, легко умещающийся в верхнем кармане рубашки.

Первые накопители ZIV фирмы Hyundai появились в России в 2001 году и имели емкость 10 Гбайт. Сейчас (2003 год) на рынке присутствуют модели ZIV1 емкостью 10, 15, 20, 30 Гбайт и накопители ZIV2 емкостью 10, 20, 30, 40 и 60 Гбайт. Питание накопителя осуществляется через интерфейс USB, но есть дополнительный шнур для подключения к порту PS/2. USB обеспечивает подключение устройств по технологии Plug and Play (или, как указывается в рекламных объявлениях, — подключение «на летун).

Скорость обмена данными у ZIV1 составляет 1,5 Мбайт/с, у ZIV2 — до 18 Мбайт/с.