Інструкція

Застосуйте як інструмент звичайний файл-менеджер вашої операційної системи, якщо оптичний диск використовується для резервного копіювання або перенесення файлів. У цьому випадку структура зберігання та формати файлів на ньому не мають жодних особливостей. У Windows менеджер файлів (Провідник) запускається автоматично при установці DVD у привод. Виділіть у його вікні всі потрібні об'єкти вихідного диска і натисніть клавіші Ctrl + C, щоб операційна система запам'ятала список копіюваного. Потім перейдіть на той диск і ту папку на вашому комп'ютері, куди потрібно помістити інформацію, і натисніть клавіші Ctrl + V (команда вставки). Після цього стартує процес дублювання DVD-диска.

Процедура копіювання вихідного диска не буде відрізнятися від описаної в першому кроці і в тому випадку, якщо дані на ньому записані в форматі DVD і без використання будь-якої системи захисту. Якщо захист є, то доведеться скористатися програмами, більше пристосованими до роботи з оптичними дисками, ніж звичайний файл-менеджер. Наприклад, це може бути програма Slysoft CloneDVD або Slysoft AnyDVD, DVD Mate, DVD Decrypter та ін. Послідовність дій при їх використанні різна, але загальний принцип збігається - у формах програми вам потрібно вказати вихідний диск і місце збереження інформації, а решта додатків зробить самостійно.

Застосовуйте програми для створення та монтування образів дисків, якщо хочете використовувати віртуальні копії вихідного DVD, збереженого на вашому комп'ютері. Такі програми крім копіювання інформації записують у спеціальному форматі та всі подробиці її розміщення на оптичному диску, а потім можуть виконати зворотну процедуру - відтворити точну копію оригіналу віртуально або записати її на порожню DVD-болванку. Найбільш популярними програмами такого типу сьогодні є Alcohol 120%, Daemon Tools, Nero Burning ROM. При використанні цих програм загальний принцип дій також однаковий: вкажіть вихідний диск і місце збереження його образу, а інше зробить програму. Наприклад, у програмі Daemon Tools слід клацнути по кнопці «Створити образ диска», у діалозі простежити, щоб значення в полі «Привід» вказувало на потрібний DVD-привід і, якщо необхідно, змінити адресу збереження в полі «Вихідний образ». Крім того, тут можна поставити позначку в чекбоксі «Стискати дані образу», якщо є бажання заощадити трохи місця на вінчестері. Після натискання кнопки «Старт» починається сам процес, який може вимагати кількох годин – тривалість залежить від обсягу інформації на диску та швидкості її зчитування у вашому DVD-приводі.

Використовують два основні методи запису: метод частотної модуляції (ЧМ) та метод модифікованої ЧС. У контролері (адаптері) НГМД дані обробляються в двійковому коді і передаються НГМД в послідовному коді.

Спосіб частотноїМодуляція є двочастотною. При записі на початку тактового інтервалу здійснюється перемикання струму в МГ і напрямок намагніченості поверхні змінюється. Перемикання струму запису відзначає початок тактів запису та використовується при зчитуванні для формування сигналів синхронізації.

Спосіб має властивість самосинхонізації. При записі "1" у середині тактового інтервалу проводиться інвертування струму, а запису "0" - немає. При зчитуванні моменти середини тактового інтервалу визначають наявність сигналу довільної полярності.

Наявність сигналу на цей момент відповідає "1", а відсутність - "0".

Формат запису інформації на гнучкому магнітному диску

Кожна доріжка на дискеті поділена на сектори. Розмір сектора є основною характеристикою формату та визначає найменший обсяг даних, який може бути записаний однією операцією введення-виведення. Застосовувані у НГМД формати різняться числом секторів на доріжці та обсягом одного сектора. Максимальна кількість секторів на доріжці визначається операційною системою. Сектори відокремлюються між собою інтервалами, в яких інформація не записується. Добуток числа доріжок на кількість секторів та кількість сторін дискети визначає її інформаційну ємність.

Кожен сектор включає поле службової інформації та поле даних. Адресний маркер- це спеціальний код, який відрізняється від даних і вказує на початок сектора або поля даних. Номер голівкивказує одну із двох МГ, розташованих на відповідних сторонах дискети. Номер сектору- це логічний код сектора, який може не збігатися з його фізичним номером. Довжина секторавказує розмір поля даних. Контрольні байтипризначені

Середній час доступудо диска в мілісекундах оцінюється за таким виразом: де число доріжок на робочій поверхні ГМД; - час переміщення МР із доріжки на доріжку; - Час заспокоєння системи позиціонування.

Конструкція дискет

Накопичувач на жорстких магнітних дисках (НЖМД)

Жорсткий магнітний диск-це кругла металева пластина товщиною 1,5..2мм, покрита феромагнітним шаром та спеціальним захисним шаром. Для запису та читання використовується обидві поверхні диска.

Принцип роботи

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

У більшості накопичувачів є два або три диски (що дозволяє виконувати запис на чотирьох або шести сторонах), але є також пристрої, що містять до 11 і більше дисків. Однотипні (однаково розташовані) доріжки по всіх боках дисків об'єднуються в циліндр. Для кожної сторони диска передбачена своя доріжка читання/запису, але всі головки змонтовані на загальному стрижні, або стійці. Тому головки що неспроможні переміщатися незалежно друг від друга і рухаються лише синхронно.

Частота обертання НЖМД у перших моделей становила 3600 об/хв (тобто в 10 разів більше, ніж у накопичувачі на гнучких дисках), в даний час частота обертання жорстких дисків зросла до 5400, 5600, 6400, 7200, 10 000 і навіть 15 000 об/хв.

При нормальному роботі жорсткого диска головки читання/запису не торкаються (і не торкаються!) дисків. Але при вимиканні живлення та зупинці дисків вони опускаються на поверхню. Під час роботи пристрою між головкою і поверхнею диска, що обертається, утворюється дуже малий повітряний зазор (повітряна подушка). Якщо в цей зазор потрапить порошинка або станеться струс, головка зіткнеться з диском. Наслідки цього можуть бути різними - від втрати кількох байтів даних до виходу з експлуатації всього накопичувача. Тому в більшості накопичувачів поверхні магнітних дисків легують і покривають спеціальними мастилами, що дозволяє пристроям витримувати щоденні "злети" та "приземлення" головок, а також серйозніші потрясіння.

У деяких найсучасніших накопичувачах замість конструкції CSS (Contact Start Stop) використовується механізм завантаження/розвантаження, який не дозволяє головкам входити в контакт із жорсткими дисками навіть при відключенні живлення накопичувача. У механізмі завантаження/розвантаження використовується похила панель, розташована над зовнішньою поверхнею жорсткого диска. Коли накопичувач вимкнено або перебуває в режимі економії споживаної потужності, головки з'їжджають на цю панель. При подачі електроенергії розблокування головок відбувається лише тоді, коли швидкість обертання жорстких дисків досягне потрібної величини. Потік повітря, що створюється під час обертання дисків (аеростатичний підшипник), дозволяє уникнути можливого контакту між головкою та поверхнею жорсткого диска.

Оскільки пакети магнітних дисків містяться в щільно закритих корпусах і їх ремонт не передбачено, щільність доріжок на них дуже висока - до 96 000 і більше на дюйм (Hitachi Travelstar 80GH). Блоки HDA (Head Disk Assembly – блок головок та дисків) збирають у спеціальних цехах, в умовах практично повної стерильності. Обслуговуванням HDA займаються лічені фірми, тому ремонт чи заміна будь-яких деталей усередині герметичного блоку HDA коштує дуже дорого.

Метод записування даних на жорсткий магнітний диск

Для запису на ЖМД використовуються методи ЧС, модифікованої частотної модуляції (МЧМ) та RLL-метод, при якому кожен байт даних перетворюється на 16-бітовий код.

При методі МЧМ щільність запису даних зростає удвічі проти методом ЧС. Якщо записуваний біт даних є одиницею, то біт тактового імпульсу, що стоїть перед ним, не записується. Якщо записується "0", а попередній біт був "1", то синхросигнал також не записується, як і біт даних. Якщо перед "0" стоїть біт "0", то синхросигнал записується.

Доріжки та сектори

Доріжка- Це одне "кільце" даних на одній стороні диска. Доріжки на диску розбивають на нумеровані відрізки, які називаються секторами.

Кількість секторів може бути різною залежно від щільності доріжок та типу накопичувача. Наприклад, доріжка гнучких дисків може містити від 8 до 36 секторів, а доріжка жорсткого диска - від 380 до 700. Сектори, які створюються за допомогою стандартних програм форматування, мають ємність 512 байт.

Нумерація секторів на доріжці починається з одиниці, на відміну головок і циліндрів, відлік яких ведеться з нуля.

При форматуванні диска на початку та в кінці кожного сектора створюються додаткові області для запису їх номерів, а також інша службова інформація, завдяки якій контролер ідентифікує початок і кінець сектора. Це дозволяє відрізняти неформатовану та форматовану ємність диска. Після форматування ємність диска зменшується.

На початку кожного сектора записується його заголовок (або префікс – prefix portion), яким визначається початок і номер сектора, а кінці - висновок (або суфікс - suffix portion), у якому знаходиться контрольна сума ( checksum), необхідна для перевірки цілісності даних.

Форматування низького рівня сучасних жорстких дисків виконується заводі, виробник вказує лише форматну ємність диска. У кожному секторі можна записати 512 байт даних, але область даних – це лише частина сектора. Кожен сектор на диску зазвичай займає 571 байт, у тому числі під дані відводиться лише 512 байт.

Щоб очистити сектори, часто записуються спеціальні послідовності байтів. Префікси, суфікси та проміжки- простір, який є різницею між неформатованою і форматованою ємностями диска і "губиться" після його форматування.

Процес форматування низького рівня призводить до усунення нумерації секторів, внаслідок чого сектори на сусідніх доріжках, що мають однакові номери, зміщуються один щодо одного. Наприклад, сектор 9 однієї доріжки знаходиться поруч із сектором 8 наступної доріжки, який, у свою чергу, розташовується пліч-о-пліч з сектором 7 наступної доріжки і т.д. Оптимальна величина зсуву визначається співвідношенням частоти обертання диска та радіальної швидкості головки.

Ідентифікатор (ID) сектораскладається з полів запису номерів циліндра, головки та сектора, а також контрольного поля CRC для перевірки точності зчитування інформації ID. У більшості контролерів сьомий біт поля номера головки використовують для маркування дефектних секторів у процесі форматування низького рівня або аналізу поверхні.

Інтервал увімкнення записуслід відразу за байтами CRC; він гарантує, що інформація у наступній області даних буде записана правильно. Крім того, він слугує для завершення аналізу CRC (контрольної суми) ідентифікатора сектора.

У полі даних можна записати 512 байт інформації. За ним знаходиться ще одне поле CRC для перевірки правильності запису даних. У більшості накопичувачів розмір цього поля становить два байти, але деякі контролери можуть працювати і з довшими полями кодів корекції помилок ( Error Correction Code - ЕСС). Записані в цьому полі байти кодів корекції помилок дозволяють при зчитуванні виявляти та виправляти деякі помилки. Ефективність цієї операції залежить від обраного методу корекції та особливостей контролера. Наявність інтервалу відключення запису дозволяє повністю завершити аналіз байтів. ECC (CRC).

Інтервал між записами необхідний для того, щоб застрахувати дані з наступного сектора від випадкового стирання під час запису в попередній сектор. Це може статися, якщо при форматуванні диск обертався з частотою трохи меншою, ніж при наступних операціях запису.

Формат запису інформації на жорсткому магнітному диску

У НЖМД зазвичай використовуються формати даних з фіксованим числом секторів на доріжці (17, 34 або 52) і обсягом даних в одному секторі 512 або 1024 байти. Сектори маркуються магнітним маркером.

Початок кожного сектора позначається адресним маркером. На початку ідентифікатора та поля даних записуються байти синхронізації, що служать для синхронізації схеми виділення даних адаптера НЖМД. Ідентифікатор сектора містить адресу диска в пакеті, представлений кодами номерів циліндра, головки та сектора. В ідентифікатор додатково вводять байти порівняння та прапора. Байт порівняння представляє однакове кожному за сектора число (здійснюється правильність зчитування ідентифікатора). Байт прапор містить прапор - покажчик стану доріжки.

Контрольні байти записуються в полі ідентифікатора один раз при записі ідентифікатора сектора, а в полі даних - щоразу при кожному новому записі даних. Контрольні байти призначені визначення та корекції помилок зчитування. Найчастіше використовуються поліномні коригувальні коди (залежить від схемної реалізації адаптера).

Середній час доступу до інформації на НЖМД становить

де tn – середній час позиціонування;

F – швидкість обертання диска;

tобм – час обміну.

Час обміну залежить від технічних засобів контролера та типу його інтерфейсу, наявності вбудованого буферної кеш-пам'яті, алгоритму кодування дискових даних та коефіцієнта чергування.

Форматування дисків

Розрізняють два види форматування диска:

• фізичне або форматування низького рівня;
• логічне або форматування високого рівня.

При форматуванні гнучких дисків за допомогою програми Провідник (Windows Explorer) або команди DOS FORMAT виконуються обидві операції.

Однак для жорстких дисків ці операції слід виконувати окремо. Більше того, для жорсткого диска існує третій етап, що виконується між двома вказаними операціями форматування, - розбивка диска на розділи. Створення розділів абсолютно необхідне в тому випадку, якщо ви плануєте використовувати на одному комп'ютері кілька операційних систем. Фізичне форматування завжди виконується однаково, незалежно від властивостей операційної системи та параметрів форматування високого рівня Тому, або логічного диска, система надає буквене позначення.

Таким чином, форматування жорсткого диска виконується у три етапи..

• Форматування низького рівня.
• Організація розділів на диску.
• Форматування найвищого рівня.

Форматування низького рівня

Під час форматування низького рівня доріжки диски розбиваються на сектори. При цьому записуються заголовки та укладання секторів (префікси та суфікси), а також формуються інтервали між секторами та доріжками. Область даних кожного сектора заповнюється фіктивними значеннями або спеціальними наборами тестових даних.

У перших контролерах ST-506/412при записі за методом MFMдоріжки розбивалися на 17 секторів, а в контролерах цього ж типу, але з RLL-кодуванням кількість секторів збільшилася до 26. У накопичувачах ESDIна доріжці міститься 32 і більше секторів. У накопичувачах IDE вбудовані контролери, і, залежно від їх типу, кількість секторів коливається в межах 17-700 і більше. Накопичувачі SCSI - це накопичувачі IDE з вбудованим адаптером шини SCSI (контролер також вбудований), тому кількість секторів на доріжці може бути довільним і залежить тільки від типу встановленого контролера.

Практично у всіх накопичувачах IDE та SCSI використовується так званий зонний запис зі змінною кількістю секторів на доріжці. Доріжки, більш віддалені від центру, отже, і довші містять більше секторів, ніж близькі до центру. Один із способів підвищення ємності жорсткого диска – поділ зовнішніх циліндрів на більшу кількість секторів у порівнянні з внутрішніми циліндрами. Теоретично зовнішні циліндри можуть містити більше даних, оскільки мають більшу довжину кола.

У накопичувачах, що не використовують метод зонного запису, у кожному циліндрі міститься однакова кількість даних, незважаючи на те, що довжина доріжки зовнішніх циліндрів може бути вдвічі більшою, ніж внутрішніх. Це призводить до нераціонального використання ємності пристрою, оскільки носій повинен забезпечувати надійне зберігання даних, записаних з тією ж щільністю, що і у внутрішніх циліндрах. У тому випадку, якщо кількість секторів, що припадають на кожну доріжку, фіксовано, як це буває при використанні контролерів ранніх версій, ємність накопичувача визначається щільністю запису внутрішньої (найкоротшої) доріжки.

При зонному записі циліндри розбиваються на групи, які називаються зонами, причому в міру просування до зовнішнього краю диска доріжки розбиваються все більше секторів. У всіх циліндрах, що належать до однієї зони, кількість секторів на доріжках однакова. Можлива кількість зон залежить від типу накопичувача; у більшості пристроїв їх буває 10 і більше. Швидкість обміну даними з накопичувачем може змінюватись і залежить від зони, в якій в конкретний момент розташовуються головки. Відбувається це тому, що секторів у зовнішніх зонах більше, а кутова швидкість обертання диска постійна (тобто лінійна швидкість переміщення секторів щодо голівки при зчитуванні та запису даних на зовнішніх доріжках виявляється вищою, ніж на внутрішніх).

При використанні методу зонного запису кожна поверхня диска містить 545,63 сектора на доріжку. Якщо не використовувати метод зонного запису, кожна доріжка буде обмежена 360 секторами. Виграш при використанні методу зонного запису становить близько 52%.

Зверніть увагу на відмінності швидкості передачі даних для кожної зони. Оскільки частота обертання шпинделя 7 200 об/хв, один оберт відбувається за 1/120 секунди або 8,33 мілісекунди. Доріжки у зовнішній зоні (нульовий) мають швидкість передачі даних 44,24 Мбайт/с, а у внутрішній зоні (15) – всього 22,12 Мбайт/с. Середня швидкість передачі становить 33,52 Мбайт/с.

Організація розділів на диску

Розділи, створені на жорсткому диску, забезпечують підтримку різних файлових систем, кожна з яких знаходиться на певному розділі.

У кожній файловій системі використовується певний метод, що дозволяє розподілити простір, який займає файл, за логічними елементами, які називаються кластерами або одиничними блоками пам'яті. На жорсткому диску може бути від одного до чотирьох розділів, кожен із яких підтримує файлову систему якогось одного чи кількох типів. Наразі PC-сумісні операційні системи використовують файлові системи трьох типів.

FAT (File Allocation Table – таблиця розміщення файлів).Це стандартна файлова система для DOS, Windows 9х та Windows NT. У розділах FAT під DOS допустима довжина імен файлів - 11 символів (8 символів власне імені та 3 символи розширення), а обсяг тома (логічного диска) - до 2 Гбайт. Під Windows 9х/Windows NT 4.0 та вище допустима довжина імен файлів – 255 символів.

За допомогою програми FDISK можна створити лише два фізичні розділи FAT на жорсткому диску - основний і додатковий, а додатковому розділі можна створити до 25 логічних томів. Програма Partition Magic може створювати чотири основні розділи або три основні та один додатковий.

FAT32 (File Allocation Table, 32-bit - 32-розрядна таблиця розміщення файлів). Використовується з Windows 95 OSR2 (OEM Service Release 2), Windows 98 і Windows 2000. У таблицях FAT 32 осередків розміщення відповідають 32-розрядні числа. За такої файлової структури обсяг тома (логічного диска) може досягати 2 Тбайт (2048 Гбайт).

NTFS (Windows NT File System - файлова система Windows NT). Доступна лише у Windows NT/2000/XP/2003. Довжина імен файлів може досягати 256 символів, розмір розділу (теоретично) – 16 Ебайт (16^1018 байт). NTFS забезпечує додаткові можливості, які не надаються іншими файловими системами, наприклад засоби безпеки.

Після створення розділів необхідно виконати форматування високого рівня за допомогою операційної системи.

Форматування високого рівня

При форматуванні високого рівня операційна система створює структури для роботи з файлами та даними. У кожен розділ (логічний диск) заноситься завантажувальний сектор тома (Volume Boot Sector - VBS), дві копії таблиці розміщення файлів (FAT ) та кореневий каталог ( Root Directory). За допомогою цих структур даних операційна система розподіляє дисковий простір, відстежує розташування файлів і навіть "обходить", щоб уникнути проблем, дефектні ділянки на диску. По суті, форматування високого рівня - це не так форматування, як створення змісту диска і таблиці розміщення файлів.

Пристрій жорсткого диска

Артем Рубцов,R.LAB Уточнення зв'язку між російськомовною та англомовною термінологією виконано Леонідом Воржовим.

Мета цієї статті – описати пристрій сучасного жорсткого диска, розповісти про його головні компоненти, показати, як вони виглядають та називаються. Крім того, ми покажемо зв'язок між російськомовною та англомовною термінологіями, що описують компоненти жорстких дисків.

Для наочності розберемо 3.5-дюймовий SATA диск. Це буде новий терабайтник Seagate ST31000333AS. Оглянемо нашого піддослідного кролика.

Зелений текстоліт з мідними доріжками, роз'ємами живлення та SATA називається платою електроніки або платою керування (Printed Circuit Board, PCB). Вона керує роботою жорсткого диска. Чорний алюмінієвий корпус та його вміст називається гермоблоком (Head and Disk Assembly, HDA), фахівці також називають його "банком". Сам корпус без вмісту також називають гермоблок (base).

Тепер знімемо друковану плату та вивчимо розміщені на ній компоненти.

Першим у вічі впадає великий чіп, розташований посередині – мікроконтролер, або процесор (Micro Controller Unit, MCU). На сучасних жорстких дисках мікроконтролер складається з двох частин - власне центрального процесора (Central Processor Unit, CPU), який виробляє всі обчислення, і каналу читання/запису (read/write channel) - особливого пристрою, що перетворює аналоговий сигнал, що надходить з головок, в цифрові дані під час операції читання та кодуючий цифрові дані в аналоговий сигнал під час запису. Процесор має порти вводу-виводу (IO ports) для керування іншими компонентами, розташованими на друкованій платі, та передачі даних через SATA-інтерфейс.

Чіп пам'яті (memory chip) є звичайною DDR SDRAM пам'ять. Об'єм пам'яті визначає розмір кешу жорсткого диска. На цій друкованій платі встановлена ​​пам'ять Samsung DDR об'ємом 32 Мб, що теоретично дає диску кеш в 32 Мб (і саме такий обсяг наводиться в технічних характеристиках жорсткого диска), але це не зовсім правильно. Справа в тому, що пам'ять логічно розділена на буферну пам'ять (кеш) та пам'ять прошивки. Процесор потребує певного обсягу пам'яті для завантаження модулів прошивки. Наскільки ми знаємо, тільки Hitachi/IBM вказують дійсний обсяг кешу в описі технічних характеристик; щодо інших дисків, про обсяг кешу залишається лише гадати.

Наступний чіп - контролер управління двигуном і блоком головок, або "крутилка" (Voice Coil Motor controller, VCM controller). Крім того, цей чіп управляє вторинними джерелами живлення, розташованими на платі, від яких живиться процесор і мікросхема підсилювача-комутатора (preamplifier, preamp), розташована в гермоблоці. Це головний споживач енергії на друкованій платі. Він керує обертанням шпинделя та рухом головок. Ядро VCM-контролера може працювати навіть при температурі 100° C.

Частина прошивки диска зберігається у флеш-пам'яті. При подачі живлення на диск мікроконтролер завантажує вміст флеш-чіпа в пам'ять і приступає до виконання коду. Без коректно завантаженого коду диск навіть не забажає розкручуватись. Якщо на платі немає флеш-чіп, значить, він вбудований в мікроконтролер.

Датчик вібрації (shock sensor) реагує на небезпечну для диска тряску і посилає сигнал про це контролеру VCM. Контролер VCM негайно паркує головки та може зупинити обертання диска. Теоретично такий механізм повинен захищати диск від додаткових пошкоджень, але на практиці він не працює, так що не кидайте диски. На деяких дисках датчик вібрації має підвищену чутливість, реагуючи на найменшу вібрацію. Отримані дані датчика дозволяють контролеру VCM коригувати рух головок. На таких дисках встановлено щонайменше два датчики вібрації.

На платі є ще один захисний пристрій – обмежувач перехідної напруги (Transient Voltage Suppression, TVS). Він захищає плату від стрибків напруги. При стрибку напруги TVS перегорає, створюючи коротке замикання землі. На цій платі встановлено два TVS, на 5 та 12 вольт.

Тепер розглянемо гермоблок.

Під платою знаходяться контакти двигуна та головок. Крім того, на корпусі диска є маленький, майже непомітний отвір (breath hole). Воно слугує для вирівнювання тиску. Багато хто вважає, що всередині жорсткого диска знаходиться ваккум. Насправді, це не так. Цей отвір дозволяє диску вирівняти тиск усередині та зовні гермозони. З внутрішньої сторони цей отвір прикритий фільтром (breath filter), який затримує частинки пилу та вологи.

Тепер заглянемо усередину гермозони. Знімемо кришку диска.

Сама кришка не є нічого цікавого. Це просто шматок металу із гумовою прокладкою для захисту від пилу. Нарешті розглянемо начинку гермозони.

Дорогоцінна інформація зберігається на металевих дисках, які називаються також млинцями або пластинами (platters). На фотографії ви бачите верхній млинець. Пластини виготовляються з полірованого алюмінію або скла і покриваються кількома шарами різного складу, у тому числі феромагнітною речовиною, на якій, власне, зберігаються дані. Між млинцями, а також над верхнім з них ми бачимо спеціальні пластини, які називаються роздільниками або сепараторами (dampers or separators). Вони потрібні для вирівнювання потоків повітря та зниження акустичних шумів. Як правило, їх виготовляють із алюмінію або пластику. Алюмінієві роздільники успішніше справляються з охолодженням повітря усередині гермозони.

Вид млинців і сепараторів збоку.

Головки читання-запису (heads) встановлюються на кінцях кронштейнів блоку магнітних головок або БМГ (Head Stack Assembly, HSA). Паркувальна зона - це область, в якій повинні бути головки справного диска, якщо шпиндель зупинений. У цього диска паркувальна зона розташована ближче до шпинделя, що видно на фотографії.

На деяких накопичувачах паркування проводиться на спеціальних пластикових майданчиках, розташованих за межами пластин.

Жорсткий диск - механізм точного позиціонування, і для нормальної роботи потрібне дуже чисте повітря. У процесі використання всередині жорсткого диска можуть утворюватися мікроскопічні частинки металу та мастила. Для негайної очистки повітря всередині диска є циркуляційний фільтр (recirculation filter). Це високотехнологічний пристрій, який постійно збирає та затримує найдрібніші частинки. Фільтр знаходиться на шляху потоків повітря, що створюються обертанням пластин.

Тепер знімемо верхній магніт і побачимо, що ховається під ним.

У твердих дисках використовуються дуже потужні неодимові магніти. Ці магніти настільки потужні, що можуть піднімати вагу в 1300 разів більшу за їх власну. Так що не варто класти палець між магнітом та металом або іншим магнітом – удар вийде дуже чутливим. На цій фотографії зображено обмежувачі БМГ. Їхнє завдання - обмежити рух головок, залишаючи їх на поверхні пластин. Обмежувачі БМГ різних моделей влаштовані по-різному, але їх завжди два, вони використовуються на сучасних жорстких дисках. На нашому накопичувачі другий обмежувач розташований на нижньому магніті.

Ось що там можна побачити.

Ще бачимо тут котушку (voice coil), що є частиною блоку магнітних головок. Котушка та магніти утворюють привід БМГ (Voice Coil Motor, VCM). Привід та блок магнітних головок утворюють позиціонер (actuator) – пристрій, який переміщує головки. Чорна пластикова деталь складної форми називається фіксатором (actuator latch). Це захисний механізм, що звільняє БМГ після того, як шпиндельний двигун набере певну кількість обертів. Відбувається це рахунок тиску повітряного потоку. Фіксатор захищає головки від небажаних рухів у паркувальному положенні.

Тепер знімемо блок магнітних головок.

Точність та плавність руху БМГ підтримується прецизійним підшипником. Найбільша деталь БМГ, виготовлена ​​з алюмінієвого сплаву, зазвичай називається кронштейном чи коромислом (arm). На кінці коромисла знаходяться головки на пружинній підвісці (Heads Gimbal Assembly, HGA). Зазвичай самі головки та коромисла постачають різні виробники. Гнучкий кабель (FPC) йде до контактного майданчика, що стикується з платою управління.

Розглянемо складові БМГ докладніше.

Котушка з'єднана з кабелем.

Підшипник.

На наступній фотографії зображено контакти БМГ.

Прокладка (gasket) забезпечує герметичність з'єднання. Таким чином, повітря може потрапити всередину блоку з дисками та головками лише через отвір для вирівнювання тиску. У цього диска контакти покриті тонким шаром золота поліпшення провідності.

Це класична конструкція коромисла.

Маленькі чорні деталі на кінцях пружинних підвісів називають слайдерами (sliders). Багато джерел вказують, що слайдери і головки - це те саме. Насправді ж слайдер допомагає зчитувати та писати інформацію, піднімаючи головку над поверхнею млинців. На сучасних жорстких дисках головки рухаються з відривом 5–10 нанометрів від поверхні млинців. Для порівняння: людське волосся має діаметр близько 25000 нанометрів. Якщо під слайдер потрапить якась частинка, це може призвести до перегріву головок через тертя і виходу їх з ладу, саме тому важлива чистота повітря всередині гермозони. Самі елементи, що зчитують і записують, знаходяться на кінці слайдера. Вони такі малі, що розглянути їх можна лише в хороший мікроскоп.

Як бачите, поверхня слайдера не пласка, на ній є аеродинамічні канавки. Вони допомагають стабілізувати висоту польоту слайдера. Повітря під слайдером утворює повітряну подушку (Air Bearing Surface, ABS). Повітряна подушка підтримує майже паралельний поверхні млинця політ слайдера.

Ось ще одне зображення слайдера.

Тут добре видно контакти головок.

Це ще одна важлива частина БМГ, яка поки що не обговорювалася. Вона називається підсилювачем (preamplifier, preamp). Підсилювач - це чіп, що управляє головками і посилює сигнал, що надходить до них або від них.

Підсилювач розташовують прямо в БМГ з дуже простої причини - сигнал, що йде з головок, дуже слабкий. На сучасних дисках має частоту близько 1 ГГц. Якщо винести підсилювач за межі гермозони, такий слабкий сигнал сильно загасне на шляху до плати управління.

Від підсилювача до голівок (праворуч) веде більше доріжок, ніж до гермозони (ліворуч). Справа в тому, що жорсткий диск не може одночасно працювати більш ніж з однією головкою (парою елементів, що пишуть і зчитують). Жорсткий диск посилає сигнали на підсилювач, і він вибирає голівку, до якої зараз звертається жорсткий диск. Цей жорсткий диск до кожної голівки веде шість доріжок. Навіщо так багато? Одна доріжка – земля, ще дві – для елементів читання та запису. Наступні дві доріжки - для керування міні-приводами, особливими п'єзоелектричними або магнітними пристроями, здатними рухати або повертати слайдер. Це допомагає точніше встановити положення головок над треком. Остання стежка веде до нагрівача. Нагрівач служить регулювання висоти польоту головок. Нагрівач передає тепло підвісу, що з'єднує слайдер та коромисло. Підвіс виготовляється із двох сплавів, що мають різні характеристики теплового розширення. При нагріванні підвіс згинається до поверхні млинця, зменшуючи таким чином висоту польоту головки. При охолодженні підвіс випрямляється.

Досить про голівки, давайте розбирати диск далі. Знімемо верхній сепаратор.

Ось як він виглядає.

На наступній фотографії ви бачите гермозону зі знятим верхнім роздільником і блоком головок.

Став видно нижній магніт.

Тепер притискне кільце (platters clamp).

Це кільце утримує блок пластин разом, не даючи їм рухатися одна щодо одної.

Млинці нанизані на шпиндель (spindle hub).

Тепер коли млинці ніщо не утримує, знімемо верхній млинець. Ось що під ним.

Тепер зрозуміло, рахунок чого створюється простір для головок - між млинцями знаходяться розділові кільця (spacer rings). На фотографії видно другий млинець і другий сепаратор.

Кільце розділення - високоточна деталь, виготовлена ​​з немагнітного сплаву або полімерів. Знімемо його.

Витягнемо з диска все інше, щоб оглянути дно гермоблока.

Такий вигляд має отвір для вирівнювання тиску. Воно розташовується просто під повітряним фільтром. Розглянемо фільтр уважніше.

Оскільки повітря, що надходить зовні, обов'язково містить пил, фільтр має кілька шарів. Він набагато товщий за циркуляційний фільтр. Іноді він містить частинки силікагелю для боротьби з вологістю повітря.

Для запису на ЖМД використовуються методи ЧС, модифікованої частотної модуляції (МЧМ) та RLL-метод, при якому кожен байт даних перетворюється на 16-бітовий код.

При методі МЧМ щільність запису даних зростає удвічі проти методом ЧС. Для цього методу (рис. 14.2), якщо записуваний біт даних є одиницею, то біт тактового імпульсу, що стоїть перед ним, не записується. Якщо записується « 0 », а попередній біт був « 1 », то синхросигнал також не записується, як і біт даних. Але якщо перед « 0 стоїть біт 0 », то синхросигнал записується.

В даний час існують 3 види запису:

Метод паралельного запису

На даний момент це найпоширеніша технологія запису інформації на НЖМД. Біти інформації записуються за допомогою маленької головки, яка проходячи над поверхнею диска, що обертається, намагнічує мільярди горизонтальних дискретних областей - доменів. Кожна з цих областей є логічним нулем або одиницею залежно від намагніченості. На сьогоднішній день домени стають настільки малі, що гостро постає питання про їх стабільність. Подальший розвиток цієї технології під питанням, багато хто вважає цей метод вичерпаним себе. Щільність запису, при використанні цього методу, зараз дорівнює 150 Гбіт/дюйм² (23Гбіт/см²).

Метод перпендикулярного запису

Для того, щоб вирішити проблему з подальшим збільшенням щільності, багато виробників розглядають технологію, при якій біти інформації зберігалися б у вертикальних доменах. Це дозволить використовувати сильніші магнітні поля і знизити площу матеріалу, необхідну для запису 1 біта. Щільність запису в експериментального прототипу - 200 Гбіт/дюйм2 (31 Гбіт/см2), надалі планується довести щільність до 400-500 Гбіт/дюйм2 (60-75 Гбіт/см2).

Метод теплового магнітного запису

Метод теплового магнітного запису (англ. Heat assisted magnetic recording – HAMR) на даний момент активно розробляється. При використанні цього методу використовується точковий підігрів диска, який дозволяє голівці намагнічувати дуже дрібні області поверхні. Після того, як диск охолоджується, намагніченість закріплюється. Саме цей метод збираються використовувати компанії Seagate та IBM для досягнення щільності 4 Тбіт на кв. дюйм (620 Гбіт на кв. см). Це дозволить виготовити 3,5-дюймовий вінчестер об'ємом 25 Тб. Як максимальна позначка щільності поки названо значення 100 Тбіт на кв. дюйм (близько 15 Тб на кв. см), що відповідає 0,65 Пб (петабайт) обсягу у форм-факторі 3,5 дюйма.

Формат запису інформації на жорсткому магнітному диску

У НЖМД зазвичай використовуються формати даних з фіксованим числом секторів на доріжці (17, 34 або 52) і обсягом даних в одному секторі 512 або 1024 байти. Сектори маркуються магнітним маркером.

Конкретний формат даних визначається внутрішньою програмною конфігурацією ПЕОМ та технічними характеристиками адаптера накопичувача. Структура формату (рис. 14.3) подібна до структури, що застосовується в НГМД.

Початок кожного сектора позначається адресним маркером. На початку ідентифікатора та поля даних записуються байти синхронізації, що служать для синхронізації схеми виділення даних адаптера НЖМД. Ідентифікатор сектора містить адресу диска в пакеті, представлений кодами номерів циліндра, головки та сектора. На відміну від НГМД в НЖМД в ідентифікатор додатково вводять байти порівняння та прапора. Байт порівняння представляє однакове кожному за сектора число, з допомогою якого здійснюється правильність зчитування ідентифікатора. Байт прапора містить прапор - покажчик стану доріжки (основна чи запасна, справна чи дефектна).

Контрольні байти записуються в полі ідентифікатора один раз при записі ідентифікатора сектора, а в полі даних - щоразу при кожному новому записі даних. Контрольні байти в НЖМД призначені як визначення, але й корекції помилок зчитування. Найчастіше використовуються поліномні коригувальні коди; Використання конкретних кодів залежить від схемної реалізації адаптера.

Перед використанням НЖМД проводиться його початкове форматування- процедура, що виконується під керуванням спеціальної програми, під час роботи якої на дисковий пакет записується службова інформація та перевіряється придатність полів даних.

Останнім часом компанії використовують адаптивне форматування. Його суть полягає в тому, що кожен екземпляр накопичувача індивідуально налаштовується на заводі таким чином, щоб забезпечити кращу продуктивність та надійність. Для цього кожна пара «головка-поверхня пластини» зібраного диска тестується на визначення характеристик швидкодії, потім кожна сторона магнітної пластини індивідуально форматується (розмічується на доріжки і сектора) так, щоб забезпечити найкращі характеристики при роботі саме з даною головкою. В результаті лінійна щільність запису на кожній стороні кожної пластини може не збігатися з сусідніми.

П'ять різних інтервалів у НЖМД використовуються для синхронізації електронних процесів читання-запису та управління електромеханічними вузлами накопичувача.

В результаті початкового форматування визначається розташування секторів і встановлюються їх логічні номери. Оскільки швидкість обертання диска дуже велика, для забезпечення мінімальної кількості обертів диска при зверненні до послідовних секторів, сектори з послідовними номерами розміщуються через N фізичних секторів один від одного (рис. 14.4).

До ратність розташування секторів визначається при форматуванні диска. Коефіцієнти чергування бувають 6:1, 3:1 і 1:1. Нові моделі НЖМД використовують коефіцієнти 1:1, які контролери зчитують з диска за одне його звернення інформацію з цілої доріжки і потім зберігають їх у буферної пам'яті. При запиті з буферної пам'яті передається інформація вже із потрібних секторів.

Кожна доріжка диска поділяється на однакову кількість секторів, тому сектори на доріжках, які знаходяться ближче до нульової доріжки, мають менший розмір. Для запису таких секторів

використовуються магнітні поля більшої інтенсивності ( компенсація запису). Число поверхонь диска (головок), число циліндрів (доріжок) і точка, з якої починається компенсація запису, є параметрами для налаштуванняконтролера НЖМД.

Середній час доступудо інформації на НЖМД складає

t ср = t n +0,5/F+t обм, (14.1)

де t n – середній час позиціонування; F – швидкість обертання диска; t обм – час обміну. Час обміну залежить від технічних засобів контролера та типу його інтерфейсу, наявності вбудованого буферної кеш-пам'яті, алгоритму кодування дискових даних та коефіцієнта чергування.

Накопичувач на жорсткому магнітному диску (НЖМД) HDD (Hard Disk Drive) вінчестер (носій) - матеріальний об'єкт, здатний зберігати інформацію.

Накопичувачі інформації можуть бути класифіковані за такими ознаками:

• способу зберігання інформації: магнітоелектричні, оптичні, магнітооптичні;
• виду носія інформації: накопичувачі на гнучких та жорстких магнітних дисках, оптичних та магнітооптичних дисках, магнітній стрічці, твердотільні елементи пам'яті;
• способу організації доступу до інформації - накопичувачі прямого, послідовного та блокового доступу;
• типу пристрою зберігання інформації - вбудовані (внутрішні), зовнішні, автономні, мобільні (що носяться) та ін.

Значна частина накопичувачів інформації, використовуваних нині, створено з урахуванням магнітних носіїв.

Пристрій жорсткого диска

Вінчестер містить набір пластин, що представляють найчастіше металеві диски, вкриті магнітним матеріалом – платтером (гама-ферит-оксид, ферит барію, окис хрому…) та з'єднані між собою за допомогою шпинделя (валу, осі).
Самі диски (товщина приблизно 2мм) виготовляються з алюмінію, латуні, кераміки або скла. (Див. Рис)

Для запису використовуються обидві поверхні дисків. Використовується 4-9 пластин. Вал обертається з високою постійною швидкістю (3600-7200 оборотів/хв.)
Обертання дисків та радикальне переміщення головок здійснюється за допомогою 2-х електродвигунів.
Дані записуються або зчитуються за допомогою головок запису/читанняпо одній на кожну поверхню диска. Кількість головок дорівнює кількості робочих поверхонь всіх дисків.

Запис інформації на диск ведеться по строго визначених місцях - концентричних доріжкам (трекам) . Доріжки діляться на сектора.В одному секторі 512 байт інформації.

Обмін даними між ОЗП та НМД здійснюється послідовно цілим числом (кластером). Кластер- Ланцюжки послідовних секторів (1,2,3,4, ...)

Спеціальний двигунза допомогою кронштейна позиціонує головку читання/запису над заданою доріжкою (переміщає її у радіальному напрямку).
При повороті диска головка знаходиться над потрібним сектором. Очевидно, що всі головки переміщуються одночасно і зчитують інфоголовки переміщуються одночасно і зчитують інформацію з однакових доріжок різних ро-мацію з однакових доріжок різних дисків.

Доріжки вінчестера з однаковим порядковим номером на різних дисках вінчестера циліндром .
Головки читання запису переміщаються вздовж поверхні платтера. Чим ближче до поверхні диска знаходиться головка при цьому, не торкаючись її, тим вище допустима щільність запису.

Влаштування вінчестера

Магнітний принцип читання та запису інформації

магнітний принцип запису інформації

Фізичні основи процесів запису та відтворення інформації на магнітних носіях закладені в роботах фізиків М.Фарадея (1791 – 1867) та Д. К. Максвелла (1831 – 1879).

У магнітних носіях інформації цифровий запис проводиться на чутливий магніто матеріал. До таких матеріалів відносяться деякі різновиди оксидів заліза, нікель, кобальт та його сполуки, сплави, а також магнітопласти та магнітоеласти з в'язкою з пластмас та гуми, мікропорошкові магнітні матеріали.

Магнітне покриття має товщину кілька мікрометрів. Покриття наноситься на немагнітну основу, якою для магнітних стрічок та гнучких дисків використовуються відмінність пластмаси, а для жорстких дисків – алюмінієві сплави та композиційні матеріали підкладки. Магнітне покриття має доменну структуру, тобто. складається з безлічі найдрібніших намагнічених частинок.

Магнітний домен (від лат. dominium – володіння) - це мікроскопічна, однорідно намагнічена область у феромагнітних зразках, відокремлена від сусідніх областей тонкими перехідними шарами (доменними межами).

Під впливом зовнішнього магнітного поля власні магнітні поля доменів орієнтуються відповідно до напряму магнітних силових ліній. Після припинення впливу зовнішнього поля на поверхні домену утворюються зони залишкової намагніченості. Завдяки цій властивості на магнітному носії зберігається інформація, що діяло магнітному полі.

Під час запису інформації зовнішнє магнітне поле створюється з допомогою магнітної головки. У процесі зчитування інформації зони залишкової намагніченості, опинившись навпроти магнітної головки, наводять у ній під час зчитування електрорушійну силу (ЕРС).

Схема запису та читання з магнітного диска дана на рис.3.1 Зміна напрямку ЕРС протягом деякого проміжку часу ототожнюється з двійковою одиницею, а відсутність цієї зміни – з нулем. Зазначений проміжок часу називається бітовим елементом.

Поверхня магнітного носія сприймається як послідовність точкових позицій, кожна у тому числі асоціюється з бітом інформації. Оскільки розташування цих позицій визначається неправильно, для запису потрібні заздалегідь нанесені мітки, які допомагають знаходити необхідні позиції запису. Для нанесення таких синхронізуючих міток має бути розбито диск на доріжки
та сектори - форматування.

Організація швидкого доступу до інформації на диску є важливим етапом для зберігання даних. Оперативний доступ до будь-якої частини поверхні диска забезпечується, по-перше, за рахунок надання йому швидкого обертання та, по-друге, шляхом переміщення магнітної головки читання/запису радіусом диска.
Гнучкий диск обертається зі швидкістю 300-360 об/хв, а жорсткий диск - 3600-7200 об/хв.

Логічне влаштування вінчестера

Магнітний диск спочатку не готовий до роботи. Для приведення його в робочий стан він має бути відформатовано, тобто. має бути створена структура диска.

Структура (розмітка) диска створюється під час форматування.

Форматування магнітних дисків включає 2 етапи:

1. фізичне форматування (низького рівня)
2. логічне (високого рівня).

При фізичному форматуванні робоча поверхня диска розбивається окремі області, звані секторами,які розташовані вздовж концентричних кіл – доріжок.

Крім того, визначаються сектори, непридатні для запису даних, вони позначаються як поганідля того, щоб уникнути їх використання. Кожен сектор є мінімальною одиницею даних на диску, має власну адресу для прямого доступу до нього. Адреса сектора включає номер сторони диска, номер доріжки та номер сектора на доріжці. Визначаються фізичні параметри диска.

Як правило, користувачеві не потрібно займатися фізичним форматуванням, так як у більшості випадків жорсткі диски надходять у відформатованому вигляді. Взагалі, цим має займатися спеціалізований сервісний центр.

Форматування низького рівняпотрібно проводити у таких випадках:

• якщо з'явився збій у нульовій доріжці, що викликає проблеми при завантаженні з жорсткого диска, але диск при завантаженні з дискети доступний;
• якщо ви повертаєте в робочий стан старий диск, наприклад, переставлений зі зламаного комп'ютера.
• якщо диск виявився відформатованим для роботи з іншою операційною системою;
• якщо диск перестав нормально працювати та всі методи відновлення не дали позитивних результатів.

Потрібно мати на увазі, що фізичне форматування є дуже сильнодіючою операцією- при його виконанні дані, що зберігалися на диску, будуть повністю стерті і відновити їх буде абсолютно неможливо! Тому не приступайте до форматування низького рівня, якщо ви не впевнені, що зберегли всі важливі дані поза жорстким диском!

Після того, як ви виконаєте форматування низького рівня, слідує черговий етап - створення розбивки жорсткого диска на один або кілька логічних дисківнайкращий спосіб впоратися з плутаниною каталогів та файлів, розкиданих по диску.

Не додаючи жодних апаратних елементів до вашої системи, Ви отримуєте можливість працювати з кількома частинами одного жорсткого диска, як із кількома накопичувачами.
При цьому ємність диска не збільшується, проте можна значно покращити його організацію. Крім того, можна використовувати різні логічні диски для різних операційних систем.

При логічне форматування відбувається остаточна підготовка носія до зберігання даних шляхом логічного організації дискового простору.
Диск підготовляється для запису файлів у сектори, створені за низькорівневого форматування.
Після створення таблиці розбивки диска слідує черговий етап - логічне форматування окремих частин розбивки, іменованих надалі логічними дисками.

Логічний диск - Це деяка область жорсткого диска, що працює так само, як окремий накопичувач.

Логічне форматування є значно простішим процесом, ніж форматування низького рівня.
Для того, щоб виконати його, завантажтеся з дискети, що містить утиліту FORMAT.
Якщо у вас є кілька логічних дисків, послідовно відформатуйте все.

У процесі логічного форматування на диску виділяється системна область, Що складається з 3-х частин:

• завантажувального сектора та таблиця розділів (Boot reсord)
• таблиці розміщення файлів (FAT), в яких записуються номери доріжок та секторів, що зберігають файли
• кореневий каталог (Root Direсtory).

Запис інформації здійснюється частинами через кластер. В тому самому кластері не може бути 2-х різних файлів.
Крім того, на даному етапі диску може бути надане ім'я.

Жорсткий диск може бути розбитий на кілька логічних дисків і навпаки 2 жорсткі диски можуть бути об'єднані в один логічний.

Рекомендується на жіночому диску створювати як мінімум два розділи (два логічні диски): один з них відводиться під операційну систему та програмне забезпечення, другий диск виключно виділяється під дані користувача. Таким чином дані та системні файли зберігаються окремо один від одного і в разі збою операційної системи набагато більша ймовірність збереження даних користувача.

Характеристики вінчестерів

Жорсткі диски (вінчестери) відрізняються між собою такими характеристиками:

1. ємністю
2. швидкодією – часом доступу до даних, швидкістю читання та запису інформації.
3. інтерфейсом (спосіб підключення) - типом контролера, до якого повинен приєднуватися вінчестер (найчастіше IDE/EIDE та різні варіанти SСSI).
4. інші особливості

1. Ємність- кількість інформації, що міститься на диску (визначається рівнем технології виготовлення).
Сьогодні ємність становить 500 -2000 і більше Гб. Місця на жорсткому диску ніколи не буває багато.

2. Швидкість роботи (швидкість)диска характеризується двома показниками: часом доступу до даних на дискуі швидкістю читання/запису на диску.

Час доступу – час, необхідний для переміщення (позиціонування) головок читання/запису на потрібну доріжку та потрібний сектор.
Середній характерний час доступу між двома випадково вибраними доріжками приблизно 8-12мс (мілісекунд), швидші диски мають час 5-7мс.
Час переходу на сусідню доріжку (сусідний циліндр) менший за 0.5 - 1.5мс. Для повороту в потрібний сектор теж потрібен час.
Повний час обороту диска для сучасних вінчестерів 8 – 16мс, середній час очікування сектора становить 3-8мс.
Чим менший час доступу, тим швидше буде працювати диск.

Швидкість читання/запису(пропускна здатність введення/виводу) або швидкість передачі даних (трансферт)– час передачі послідовно розташованих даних, залежить тільки від диска, а й його контролера, типи шини, швидкодія процесора. Швидкість повільних дисків 1.5-3 Мб/с, у швидких 4-5Мб/с, у останніх 20Мб/с.
Вінчестери з SСSI-інтерфейсом підтримують частоту обертання 10000 об./хв. та середній час пошуку 5мс, швидкість передачі даних 40-80 Мб/с.

3.Стандарт інтерфейсу підключення вінчестера - Тобто. тип контролера, якого повинен підключатися жорсткий диск. Він знаходиться на материнській платі.
Розрізняють три основні інтерфейси підключення

1. IDE та його різні варіанти

IDE (Integrated Disk Elestronis) або (ATA) Advanсed Technology Attaсhment
Переваги - простота та невисока вартість

Швидкість передачі: 8.3, 16.7, 33.3, 66.6, 100 Мб/с. У міру розвитку даних інтерфейс підтримує розширення списку пристроїв: жорсткий диск, супер-флопі, магнітооптика,
НМЛ, CD-ROM, CD-R, DVD-ROM, LS-120, ZIP.

Вводяться деякі елементи розпаралелювання (gneuing і dissonneсt/resonneсt), контролю за цілісністю даних при передачі. Головний недолік IDE - невелика кількість пристроїв, що підключаються (не більше 4), що для ПК високого класу явно мало.
Сьогодні інтерфейси IDE перейшли на нові протоколи обміну Ultra ATA. Значно збільшивши свою пропускну здатність
Mode 4 і DMA (Direсt Memory Aссess) Mode 2 дозволяє передавати дані зі швидкістю 16,6 Мб/с, проте реальна швидкість передачі була б набагато менше.
Стандарти Ultra DMA/33 та Ultra DMA/66, розроблені в лютому 98р. компанією Quantum мають 3 режими роботи 0,1,2 і 4, відповідно у другому режимі носій підтримує
швидкість передачі 33Мб/с. (Ultra DMA/33 Mode 2) Для забезпечення такої високої швидкості можна досягти лише при обміні з буфером накопичувача. Для того, щоб скористатися
стандартами Ultra DMA необхідно виконати 2 умови:

1. апаратна підтримка на материнській платі (чіпсета) та з боку самого накопичувача.

2. для підтримки режиму Ultra DMA, як і інший DMA (direсt memory Aссess-прямий доступ до пам'яті).

Потрібний спеціальний драйвер для різних наборів мікросхем різних. Як правило, вони входять до комплекту системної плати, у разі необхідності її можна «завантажити»
з Internet зі сторінки фірми-виробника материнської плати.

Стандарт Ultra DMA має зворотну сумісність з попередніми контролерами, що працюють у більш повільному варіанті.
Сьогоднішній варіант: Ultra DMA/100 (кінець 2000р.) та Ultra DMA/133 (2001р.).

SATA
Заміна IDE (ATA) не інша високошвидкісна послідовна шина Fireware (IEEE-1394). Застосування нової технології дозволить довести швидкість передачі 100Мб/с,
підвищується надійність системи, це дозволить встановлювати пристрої, не включаючи ПК, що категорично не можна в ATA-інтерфейсі.

SСSI (Small Computer System Interfase)— пристрої дорожчі за звичайні в 2 рази, вимагають спеціального контролера на материнській платі.
Використовуються для серверів, видавничих систем, САПР. Забезпечують більш високу швидкодію (швидкість до 160Мб/с), широкий діапазон пристроїв зберігання даних, що підключаються.
SСSI-контролер необхідно купувати разом із відповідним диском.

SСSI перевага перед IDE- гнучкість та продуктивність.
Гнучкість полягає великою кількістю пристроїв, що підключаються (7-15), а у IDE (4 максимально), більшою довжиною кабелю.
Продуктивність - висока швидкість передачі та можливість одночасної обробки кількох транзакцій.

1. Ultra Sсsi 2/3(Fast-20) до 40Мб/с 16-розрядний варіант Ultra2-стандарт SСSI до 80Мб/с

2. Інша технологія SСSI-інтерфейсу названа Fibre Сhannel Arbitrated Loop (FС-AL) дозволяє підключати до 100Мбс, довжина кабелю при цьому до 30 метрів. Технологія FС-AL дозволяє здійснити «гарячі» підключення, тобто. на «ходу», має додаткові лінії для контролю та корекції помилок (технологія дорожча за звичайний SСSI).

4. Інші особливості сучасних вінчестерів

Величезна різноманітність моделей вінчестера ускладнює вибір відповідного.
Крім потрібної ємності, дуже важлива і продуктивність, яка визначається в основному його фізичними характеристиками.
Такими характеристиками є середній час пошуку, швидкість обертання, внутрішня і зовнішня швидкість передачі, обсяг Кеш-пам'яті.

4.1 Середній час пошуку.

Жорсткий диск витрачає якийсь час для того, щоб перемістити магнітну головку поточного положення в нове, необхідне зчитування чергової порції інформації.
У кожній конкретній ситуації цей час є різним, залежно від відстані, на яку повинна переміститися головка. Зазвичай у специфікаціях наводиться лише усереднені значення, причому застосовувані різними фірмами алгоритми усереднення, у випадку різняться, отже пряме порівняння утруднено.

Так, фірми Fujitsu, Western Digital проводять по всіх можливих парах доріжок, фірми Maxtor та Quantum застосовують метод випадкового доступу. Отримуваний результат може додатково коригуватися.

Значення часу пошуку для запису часто дещо вище, ніж для читання. Деякі виробники у своїх специфікаціях наводять лише менше значення (для читання). У будь-якому випадку крім середніх значень корисно враховувати і максимальне (через весь диск),
та мінімальний (тобто з доріжки на доріжку) час пошуку.

4.2 Швидкість обертання

З точки зору швидкості доступу до потрібного фрагмента запису швидкість обертання впливає на величину так званого прихованого часу, якого для того, щоб диск повернувся до магнітної голівки потрібним сектором.

Середнє значення цього часу відповідає половині обороту диска і становить 8.33 мс при 3600 об/хв, 6.67 мс при 4500 об/хв, 5,56 мс при 5400 об/хв, 4,17 при 7200 об/хв.

Значення прихованого часу можна порівняти з середнім часом пошуку, так що в деяких режимах воно може мати такий самий, якщо не більше, вплив на продуктивність.

4.3 Внутрішня швидкість передачі

- швидкість, з якою дані записуються на диск або зчитуються з диска. Через зонний запис вона має змінне значення - вище на зовнішніх доріжках і нижче на внутрішніх.
Працюючи з довгими файлами у часто саме цей параметр обмежує швидкість передачі.

4.4 Зовнішня швидкість передачі

- Швидкість (пікова) з якою дані передаються через інтерфейс.

Вона залежить від типу інтерфейсу і має найчастіше фіксовані значення: 8.3; 11.1; 16.7Мб/с для Enhanсed IDE (PIO Mode2, 3, 4); 33.3 66.6 100 для Ultra DMA; 5, 10, 20, 40, 80, 160 Мб/с для синхронних SСSI, Fast SСSI-2, FastWide SСSI-2 Ultra SСSI (16 розрядів) відповідно.

4.5 Наявність у вінчестера своєї Кеш-пам'яті та її обсяг (дисковий буфер).

Об'єм та організація Кеш-пам'яті (внутрішнього буфера) може помітно вливати на продуктивність жорсткого диска. Так само як і для звичайної кеш-пам'яті,
приріст продуктивності після досягнення деякого обсягу різко уповільнюється.

Сегментована кеш-пам'ять великого обсягу актуальна для продуктивних SСSI-дисків, що використовуються в багатозадачних середовищах. Що більше КЕШ, то швидше працює вінчестер (128-256Кб).

Вплив кожного з параметрів на загальну продуктивність вичленувати досить важко.

Вимоги до жорстких дисків

Основна вимога до дисків - надійність роботи гарантується значним терміном служби компонентів 5-7 років; хорошими статистичними показниками, а саме:

• середній час напрацювання на відмову не менше 500 тисяч годин (вищого класу 1 мільйон годин і більше)
• вбудована система активного контролю за станом вузлів диска SMART /Self Monitoring Analysis and Report Технології.

Технологія S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology)є відкритим промисловим стандартом, розроблений у свій час Сompaq, IBM та рядом інших виробників жорстких дисків.

Сенс цієї технології полягає у внутрішній самодіагностиці жорсткого диска, яка дозволяє оцінити його поточний стан та інформувати про можливі майбутні проблеми, які можуть призвести до втрати даних або до виходу диска з ладу.

Здійснюється постійний моніторинг стану всіх життєво важливих елементів диска:
головок, робочих поверхонь, електродвигуна зі шпинделем, блоку електроніки. Скажімо, якщо виявляється ослаблення сигналу, інформація перезаписується і відбувається подальше спостереження.
Якщо сигнал знову послаблюється, дані переносяться в інше місце, а даний кластер поміщається як дефектний і недоступний, а замість нього надається в розпорядженні інший кластер з резерву диска.

При роботі з жорстким диском слід дотримуватись температурного режиму, в якому функціонує накопичувач. Виробники гарантують безвідмовну роботу вінчестера при температурі навколишнього середовища в діапазоні від 0С до 50С, хоча, в принципі, без серйозних наслідків можна змінити межі принаймні градусів на 10 обидві сторони.
При великих відхиленнях температури повітряний прошарок необхідною товщиною може не утворюватися, що призведе до пошкодження магнітного шару.

Взагалі, виробники HDD приділяють досить велику увагу надійності своїх виробів.

Основна проблема - потрапляння всередину диска сторонніх частинок.

Для порівняння: частинка тютюнового диму вдвічі більша за відстань між поверхнею і головкою, товщина людського волосся в 5-10 разів більша.
Для голівки зустріч з такими предметами обернеться сильним ударом і, як наслідок, частковим пошкодженням або повним виходом з ладу.
Зовні це помітно як поява великої кількості закономірно розташованих непридатних кластерів.

Небезпечні короткочасні великі за модулем прискорення (перевантаження), що виникають при ударах, падіннях і т.д. Наприклад, від удару головка різко вдаряє по магнітному
шару та викликає його руйнування у відповідному місці. Або, навпаки, спочатку рухається у протилежний бік, а потім під дією сили пружності немов пружина б'є по поверхні.
В результаті в корпусі з'являються частинки магнітного покриття, які можуть пошкодити головку.

Не варто думати, що під дією відцентрової сили вони відлетять із диска — магнітний шар
міцно притягне їх до себе. У принципі, страшні наслідки не самого удару (можна якось змиритися зі втратою деякої кількості кластерів), а те, що при цьому утворюються частинки, які обов'язково викличуть подальше псування диска.

Для запобігання таких дуже неприємних випадків різні фірми вдаються до різноманітних хитрощів. Крім простого підвищення механічної міцності компонентів диска, застосовуються також інтелектуальна технологія S.M.A.R.T., яка стежить за надійністю запису та збереження даних на носії (див. вище).

Взагалі диск завжди відформатований не на повну ємність, є деякий запас. Пов'язано це переважно ще й з тим, що практично неможливо виготовити носій,
на якому абсолютно вся поверхня була б якісною, обов'язково буде bad-кластери (збійні). При низькорівневому форматуванні диска його електроніка налаштовується так,
щоб вона оминала ці збійні ділянки, і для користувача було зовсім не помітно, що носій має дефект. Але якщо вони видно (наприклад, після форматування
утиліта виводить їх кількість, відмінну від нуля), то це вже дуже погано.

Якщо гарантія не закінчилася (а HDD, на мій погляд, найкраще купувати з гарантією), то відразу ж віднесіть диск до продавця і вимагайте заміни носія або повернення грошей.
Продавець, звичайно, відразу почне говорити, що парочка збійних ділянок – ще не привід для занепокоєння, але не вірте йому. Як уже говорилося, ця парочка, швидше за все, викличе ще багато інших, а згодом взагалі можливий повний вихід вінчестера з ладу.

Особливо чутливий до пошкоджень диск у робочому стані, тому не слід поміщати комп'ютер у місце, де він може бути схильний до різних поштовхів, вібрацій і так далі.

Підготовка вінчестера до роботи

Почнемо із самого початку. Припустимо, що ви купили накопичувач на жорсткому диску та шлейф до нього окремо від комп'ютера.
(Річ у тім, що, купуючи зібраний комп'ютер, ви отримаєте підготовлений до використання диск).

Декілька слів про поводження з ним. Накопичувач на жорсткому диску - дуже складний виріб, що містить, крім електроніки, прецизійну механіку.
Тому він вимагає акуратного поводження - удари, падіння та сильна вібрація можуть пошкодити його механічну частину. Як правило, плата накопичувача містить багато малогабаритних елементів і не закрита міцними кришками. Тому слід подбати про її збереження.
Перше, що слід зробити, отримавши жорсткий диск — прочитати документацію, що прийшла з ним, — у ній напевно виявиться багато корисної та цікавої інформації. При цьому слід звернути увагу на такі моменти:

• наявність та варіанти встановлення перемичок, що визначають налаштування (установку) диска, наприклад, що визначає такий параметр, як фізичне ім'я диска (вони можуть бути, але їх може і не бути),
• кількість головок, циліндрів, секторів на дисках, рівень прекомпенсації та тип диска. Ці дані потрібно ввести у відповідь на запит програми інсталяції комп'ютера (setup).
  Вся ця інформація знадобиться під час форматування диска та підготовки машини до роботи з ним.
• Якщо ПК сам не визначить параметри вашого вінчестера, більшою проблемою стане встановлення накопичувача, на який немає жодної документації.
  На більшості жорстких дисків можна знайти етикетки з назвою фірми-виробника, з типом (маркою) пристрою, а також таблицею неприпустимих для використання доріжок.
  Крім того, на накопичувачі може бути наведена інформація про кількість головок, циліндрів та секторів та рівень прекомпенсації.

Заради справедливості треба сказати, що нерідко на диску написано лише його назву. Але і в цьому випадку можна знайти необхідну інформацію або в довіднику,
або зателефонувавши до представництва фірми. При цьому важливо отримати відповіді на три запитання:

• як повинні бути встановлені перемички для того, щоб використовувати накопичувач як master\slave?
• скільки на диску циліндрів, головок, скільки секторів на доріжку, що дорівнює значення прекомпенсації?
• який тип диска із записаних у ROM BIOS найкраще відповідає даному накопичувачу?

Володіючи цією інформацією, можна переходити до встановлення накопичувача на жорсткому диску.

Для встановлення жорсткого диска на комп'ютер слід зробити наступне:

1. Вимкнути повністю системний блок від живлення, зняти кришку.
2. Приєднати шлейф вінчестера до контролера материнської плати. Якщо Ви встановлюєте другий диск, можна скористатися шлейфом від першого за наявності на ньому додаткового роз'єму, при цьому потрібно пам'ятати, що швидкість роботи різних вінчестерів буде порівняна в бік повільно.
3. Якщо потрібно, перемикайте перемички відповідно до способу використання жорсткого диска.
4. Встановити накопичувач на вільне місце та приєднати шлейф від контролера на платі до гнізда вінчестера червоною смугою до живлення, кабель джерела живлення.
5. Надійно закріпити жорсткий диск чотирма болтами з двох сторін, акку/spanратно розташувати кабелі всередині комп'ютера, так, щоб при закриванні кришки не перерубати їх,
6. Закрийте системний блок.
7. Якщо ПК сам не визначив вінчестер, змінити конфігурацію комп'ютера за допомогою Setup, щоб комп'ютер знав, що до нього додали новий пристрій.

Фірми-виробники вінчестерів

Вінчестери однакової ємності (але від різних виробників) зазвичай мають більш-менш подібні характеристики, а відмінності виражаються головним чином в конструкції корпусу, форм-факторі (простіше кажучи, розмірах) і термін гарантійного обслуговування. Причому про останнє слід сказати особливо: вартість інформації на сучасному вінчестері часто у багато разів перевищує його ціну.

Якщо на вашому диску з'явилися збої, то намагатися його ремонтувати часто означає лише піддавати свої дані до додаткового ризику.
Набагато розумніший шлях-заміна збійного пристрою на новий.
Левову частку жорстких дисків російському (та й лише) ринку становить продукції фірм IBM, Maxtor, Fujitsu, Western Digital (WD), Seagate, Quantum.

назва фірми-виробника, що виробляє даний тип накопичувача,

Корпорація Quantum (www. quantum. com.), заснована 1980г.,- одне з ветеранів над ринком дискових накопичувачів. Компанія відома своїми новаторськими технічними рішеннями, спрямованими на підвищення надійності та продуктивності жорстких дисків, часом доступу до даних на диску та швидкістю читання/запису на диску, можливістю інформувати про можливі майбутні проблеми, які можуть призвести до втрати даних або виходу диска з ладу.

— Однією з фірмових технологій Quantum є SPS (Shoсk Proteсtion System), покликана захистити диск від ударних дій.

— вбудована програма DPS (Data Proteсtion System), призначеної зберегти найдорожче — дані, що зберігаються на них.

Корпорація Western Digital (www.wdс.сom.)також є однією з найстаріших компаній-виробників дискових накопичувачів, вона знала у своїй історії та злети та падіння.
Компанія за останній час змогла впровадити у свої диски останні технології. Серед них варто відзначити власну розробку-технологію Data Lifeguard, яка є подальшим розвитком системи S.M.A.R.T. У ній зроблена спроба логічного завершення ланцюжка.

Згідно з цією технологією проводиться регулярне сканування поверхні диска в період, коли він незадіяний системою. При цьому проводиться читання даних та перевірка їхньої цілісності. Якщо в процесі звернення до сектора зазначаються проблеми, дані переносяться в інший сектор.
Інформація про неякісні сектори заноситься у внутрішній дефект-аркуш, що дозволяє уникнути у майбутньому запису у майбутньому запису до дефектних секторів.

Фірма Seagate (www.seagate. Сom)дуже відома на нашому ринку. До речі, я рекомендую вінчестери саме цієї фірми, як найнадійніші і довговічніші.

У 1998 р. вона змусила знову привернути до себе увагу, випустивши серію дисків Medallist Pro
зі швидкістю обертання 7200 об/хв, застосувавши для цього спеціальні підшипники. Раніше така швидкість використовувалася лише в дисках інтерфейсу SСSI, що дозволило збільшити продуктивність. У цій же серії використовується технологія SeaShield System, покликана покращити захист диска і даних, що зберігаються на ньому, від впливу електростатики та ударних впливів. Одночасно зменшується також вплив електромагнітних випромінювань.

Усі вироблені диски підтримують технологію S.M.A.R.T.
У нових дисках Seagate передбачає застосування покращеної версії своєї системи SeaShield із ширшими можливостями.
Показово, що Seagate заявив про найбільшу в галузі стійкість оновленої серії до ударів – 300G у неробочому стані.

Фірма IBM (www. storage. ibm. сom)хоч і не була донедавна великим постачальником на російському ринку жорстких дисків, але встигла швидко здобути хорошу репутацію завдяки своїм швидким і надійним дисковим накопичувачам.

Фірма Fujitsu (www. Fujitsu. сom)є великим і досвідченим виробником дискових накопичувачів, причому як магнітних, а й оптичних і магнитооптических.
Правда, на ринку вінчестерів з інтерфейсом IDE компанія аж ніяк не лідер: вона контролює (з різних досліджень) приблизно 4% цього ринку, а основні її інтереси лежать в області SСSI-пристроїв.

Термінологічний словник

Так як деякі елементи накопичувача, що відіграють важливу роль у його роботі, часто сприймаються як абстрактні поняття, наведено нижче пояснення найбільш важливих термінів.

Час доступу (Aссes time)— період часу, необхідний для накопичувача на жорсткому диску для пошуку та передачі даних у пам'ять або з пам'яті.
Швидкодія накопичувачів на жорстких магнітних дисках часто визначається часом доступу (вибірки).

Кластер (Сluster)- Найменша одиниця простору, з якою працює ОС у таблиці розташування файлів. Зазвичай кластер складається з 2-4-8 чи більше секторів.
Кількість секторів залежить від типу диска. Пошук кластерів замість окремих секторів скорочує витрати операційної системи за часом. Великі кластери забезпечують швидшу роботу
накопичувача, оскільки кількість кластерів у такому разі менше, але при цьому гірше використовується простір (місце) на диску, так як багато файлів можуть виявитися менше кластера і байти кластера, що залишилися, не використовуються.

Контролер (УУ) (Сontroller)- схеми, зазвичай розташовані на платі розширення, що забезпечують керування роботою накопичувача на жорсткому диску, включаючи переміщення головки та зчитування та запис даних.

Циліндр (Сylinder)- Доріжки, розташовані навпроти один одного на всіх сторонах всіх дисків.

Головка накопичувача (Drive head)— механізм, що переміщається поверхнею жорсткого диска і забезпечує електромагнітний запис або зчитування даних.

Таблиця розміщення файлів (FAT) (File Alloсation Table (FAT))— запис, що формується ОС, яка відстежує розміщення кожного файлу на диску і те, які сектори використані, а які — вільні для запису нових даних.

Зазор магнітної головки (Head gap)- Відстань між головкою накопичувача і поверхнею диска.

Чергування (Interleave)- Відношення між швидкістю обертання диска та організацією секторів на диску. Зазвичай швидкість обертання диска перевищує здатність отримувати дані з диска. До того моменту, коли контролер зчитує дані, наступний послідовний сектор вже проходить головку. Тому дані записуються на диск через один чи два сектори. За допомогою спеціального програмного забезпечення під час форматування диска можна змінити порядок чергування.

Логічний диск (Logiсal drive)— певні частини робочої поверхні твердого диска, які розглядають як окремі накопичувачі.
Деякі логічні диски можуть бути використані для інших операційних систем, наприклад, UNIX.

Паркування (Park)— переміщення головок накопичувача в певну точку і фіксація їх у нерухомому стані над частинами диска, що не використовуються, для того, щоб звести до мінімуму пошкодження при струсі накопичувача, коли головки ударяються об поверхню диска.

Розбивка (Partitioning)- Операція розбиття жорсткого диска на логічні диски. Розбиваються всі диски, хоча невеликі диски можуть мати лише один розділ.

Диск (Platter)- сам металевий диск, покритий магнітним матеріалом, який записуються дані. Накопичувач на жорстких дисках має, як правило, більше одного диска.

RLL (Run-length-limited)— кодуюча схема, яка використовується деякими контролерами для збільшення кількості секторів на доріжку для розміщення більшої кількості даних.

Сектор (Seсtor)— розподіл дискових доріжок, що є основною одиницею розміру, використовувану накопичувачем. Сектори ОС зазвичай містять 512 байтів.

Час позиціонування (Seek time)— час, необхідний головці для переміщення з доріжки, де вона встановлена, на якусь іншу потрібну доріжку.

Доріжка (Trask)- Концентричний поділ диска. Доріжки схожі на доріжки на платівці. На відміну від доріжок пластинки, які є безперервною спіраль, доріжки на диску мають форму кола. Доріжки в свою чергу поділяються на кластери та сектори.

Час переходу з доріжки на доріжку (Trask-to-trask seek time)— час, необхідний переходу головки накопичувача на сусідню доріжку.

Швидкість передачі (Transfer rate)- Обсяг інформації, що передається між диском і ЕОМ в одиницю часу. До нього входить час пошуку доріжки.