Накопители на жёстких дисках

Накопители на жестких дисках

Привод с шаговым двигателем

Шаговый двигатель — это электродвигатель, ротор которого может поворачиваться только ступенчато, т.е. на строго определенный угол. Если покрутить его вал вручную, то можно услышать негромкие щелчки (или треск при быстром вращении), которые возникают всякий раз, когда ротор проходит очередное фиксированное положение.

Шаговые двигатели могут устанавливаться только в фиксированных положениях. Размеры этих двигателей невелики (порядка нескольких сантиметров), а форма может быть прямоугольной, цилиндрической и т.д. Шаговый двигатель устанавливается вне блока HDA, но его вал проходит внутрь через отверстие с герметизирующей прокладкой. Обычно двигатель располагается у одного из углов корпуса накопителя, и его можно легко узнать.

Одна из самых серьезных проблем механизма с шаговым двигателем — нестабильность температуры. При нагреве и охлаждении диски расширяются и сжимаются, в результате чего дорожки смещаются относительно своих прежних положений. Поскольку механизм привода головок не позволяет сдвинуть их на расстояние, меньшее одного шага (переход на одну дорожку), компенсировать погрешности температур невозможно. Головки перемещаются в соответствии с поданным на шаговый двигатель количеством импульсов.

Привод с шаговым двигателем показан на рисунке.

 

Привод с шаговым двигателем

 

Быстродействие

Важным параметром накопителя на жестком диске является его быстродействие. Этот параметр для разных моделей может варьироваться в широких пределах. И, как это часто бывает, лучшим показателем быстродействия накопителя является его цена. Здесь вполне справедливы слова, сказанные по поводу гоночных автомобилей: “Скорость стоит денег. Насколько быстро вы хотите ездить?”

Быстродействие накопителя можно оценить по двум параметрам:

1-дюймовые накопители

В 1998 году IBM представила накопитель диаметром 1 дюйм, который был назван MicroDrive. Накопитель содержит одну пластину размером с монету в 25 центов! Современные накопители MicroDrive могут иметь размер до 4 Гбайт и более. Их размеры и электрические характеристики совпадают с аналогичными показателями адаптера CompactFlash Type II, поэтому они могут использоваться в любых устройствах, поддерживающих работу с адаптерами CompactFlash, включая цифровые камеры, PDA, проигрыватели MP3 и т.д. Производство жестких дисков компании IBM в 2003 году было продано Hitachi, что привело к формированию группы Hitachi Global Storage Technologies.


Примечание!

В 1992 году компания HP представила жесткий диск KittyHawk объемом 20 Мбайт и диаметром 1,3 дюйма, изначально ориентированный на рынок карманных компьютеров. В 1994 году была выпущена модель емкостью 40 Мбайт. Такие маленькие диски были дорогими и слишком опережали свое время, как и карманные компьютеры, для которых они предназначались. После двух лет незначительных продаж компания HP в 1994 году отказалась от семейства KittyHawk.

В 2004 году компания Toshiba представила самый миниатюрный жесткий диск: накопитель в формфакторе 0,85 дюйма размерами чуть больше почтовой марки, способный хранить до 4 Гбайт данных. Этот накопитель предназначен для использования не в ПК, а в сотовых телефонах, цифровых аудиоплеерах, КПК, цифровых фотоаппаратах, видеокамерах и т.д.

Организация разделов на диске

Разделы, создаваемые на жестком диске, позволяют ему поддерживать разные файловые системы, каждая из которых располагается в определенном разделе диска.

В каждой файловой системе используется собственный метод распределения занимаемого файлом пространства по логическим элементам, которые называются кластерами или единичными блоками памяти. На жестком диске может быть от одного до четырех разделов, каждый из которых поддерживает файловую систему какого-нибудь типа. В настоящее время PC-совместимые операционные системы используют файловые системы трех типов.

  • FAT (File Allocation Table — таблица размещения файлов). Это стандартная файловая система, поддерживаемая DOS и Windows 9х/Me. В разделах FAT под управлением DOS допустимая длина имен файлов — 11 символов (8 символов собственно имени и 3 символа расширения); в Windows версии 9х и выше допустимая длина имен файлов — 255 символов. Стандартная файловая система FAT для идентификации кластеров использует 12- и 16-разрядные числа, что определяет максимальный объем тома в 2 Гбайт. С помощью программы FDISK можно создать только два физических раздела FAT на жестком диске — основной и дополнительный, а в дополнительном разделе можно создать до 25 логических томов. Программа Partition Magic может создавать четыре основных раздела или три основных и один дополнительный.
  • FAT32 (File Allocation Table, 32-bit — 32-разрядная таблица размещения файлов). Эта файловая система поддерживается Windows 95 OSR2 и более поздними версиями. В FAT32 для нумерации кластеров используются 32-разрядные числа, что позволяет поддерживать тома объемом до 2 Тбайт (2048 Гбайт).
  • NTFS (Windows NT File System — файловая система Windows NT). Доступна только в Windows NT/2000/XP/2003/Vista. Длина имен файлов может достигать 256 символов, а размер раздела (теоретически) — 16 Эбайт (16×1018 байт). NTFS предлагает дополнительные возможности, не предоставляемые другими файловыми системами, например средства безопасности.

До появления Windows XP наиболее распространенной была файловая система FAT32. В современных системах более широко используется NTFS, которая является “родной” файловой системой Windows XP и Vista, причем в последнем случае загрузочный том должен быть размечен именно в ней. Тем не менее система FAT поддерживается практически любой операционной системой, что делает ее оптимальным вариантом для использования в смешанных операционных средах. FAT32 и NTFS предоставляют дополнительные возможности, но не являются универсально совместимыми с другими ОС.

Разделы на диске создаются с помощью поставляемой с операционной системой программы. Например, программа FDISK, используемая для решения этой задачи, поставляется в комплекте с DOS и Windows 9x/Me, тогда как программа DISKPART и встроенный компонент Управление дисками оснастки Управление компьютером входят в поставку Windows XP. Программы FDISK и DISKPART, а также различные средства, используемые для создания разделов, позволяют определить объем создаваемого раздела, начиная с одного мегабайта (или 1% пространства диска) и заканчивая полной емкостью жесткого диска; кроме того, они позволяют указать размеры раздела в соответствии с требованиями той или иной файловой системы. Можно создать столько разделов, сколько потребуется, однако многие пользователи предпочитают остановиться на одном-двух разделах. До появления FAT32 сделать это было значительно труднее, поскольку максимальный размер разделов в файловой системе FAT16 составлял всего 2 Гбайт. В FAT32 максимальный размер раздела может достигать 2048 Гбайт.


Внимание!

Программы FDISK и DISKPART, а также различные инструменты для создания разделов, встроенные в операционные системы, не позволяют изменять размер уже существующих разделов (можно только создавать или удалять). При удалении раздела находящиеся в нем данные уничтожаются. Создание раздела приводит к потере доступа к данным, хранившимся в той части диска, которая использовалась для создания нового раздела. Для управления разделами без разрушения данных воспользуйтесь программами сторонних разработчиков, к числу которых относятся Partition Magic от PowerQuest и Partition Commander компании V-Communications.

После создания разделов необходимо выполнить форматирование высокого уровня с помощью средств операционной системы.

 

Привод с подвижной катушкой

Такой привод используется практически во всех современных накопителях. В отличие от систем с шаговыми двигателями, в которых перемещение головок осуществляется вслепую, привод с подвижной катушкой использует сигнал обратной связи, чтобы точно определить положения головок относительно дорожек и скорректировать их в случае необходимости. Такая система обеспечивает более высокие быстродействие, точность и надежность, чем традиционный привод с шаговым двигателем.

Привод с подвижной катушкой работает по принципу электромагнетизма. По конструкции он напоминает обычный динамик. Как известно, в громкоговорителе подвижная катушка, соединенная с диффузором, может перемещаться в зазоре постоянного магнита. При протекании через катушку электрического тока она смещается вместе с диффузором относительно постоянного магнита. Если ток в катушке периодически изменяется (в соответствии со звуковым электрическим сигналом), возникающие при этом колебания диффузора порождают воспринимаемый человеком звук. В типичной конструкции привода подвижная катушка жестко соединяется с блоком головок и размещается в поле постоянного магнита. Катушка и магнит никак не связаны между собой; перемещение катушки осуществляется только под воздействием электромагнитных сил. При появлении в катушке электрического тока она так же, как и в громкоговорителе, смещается относительно жестко закрепленного постоянного магнита, передвигая при этом блок головки. Подобный механизм обладает высоким быстродействием и производит меньше шума, чем привод с шаговым двигателем.

В отличие от привода с шаговым двигателем, в устройствах с подвижной катушкой нет заранее зафиксированных положений. Вместо этого в них используется специальная система наведения (позиционирования), которая точно подводит головки к нужному цилиндру (поэтому привод с подвижной катушкой может плавно перемещать головки в любые положения). Эта система называется сервоприводом и отличается от ранее рассмотренной тем, что для точного наведения (позиционирования) головок используется сигнал обратной связи, несущий информацию о реальном взаимном расположении дорожек и головок. Эту систему часто называют системой с обратной связью (или с автоматической регулировкой).

Колебания температур не сказываются на точности работы привода с подвижной катушкой и обратной связью. При сжатии и расширении дисков все изменения их размеров отслеживаются сервоприводом, и положения головок (не будучи предопределенными) корректируются должным образом. Для поиска конкретной дорожки используется заранее записанная на диске вспомогательная информация (сервокод), и в процессе работы всегда определяется реальное положение цилиндра на диске с учетом всех отклонений температур. Поскольку сервокод считывается непрерывно, головки отслеживают дорожку, например, в процессе нагрева накопителя и расширения дисков, и проблем со считыванием данных не возникает. Поэтому привод с подвижной катушкой и обратной связью часто называют системой слежения за дорожками.

Механизмы привода головок с подвижной катушкой бывают двух типов:

  • линейный;
  • поворотный.

Эти типы отличаются только физическим расположением магнитов и катушек.

Линейный привод (см. рисунок ниже) перемещает головки по прямой, строго вдоль линии радиуса диска. Катушки располагаются в зазорах постоянных магнитов. Главное достоинство линейного привода состоит в том, что при его использовании не возникают азимутальные погрешности, характерные для поворотного привода. (Под азимутом понимается угол между плоскостью рабочего зазора головки и тангенсом к направлению дорожки записи.) При перемещении с одного цилиндра на другой головки не поворачиваются, и их азимут не изменяется.

Однако линейный привод имеет существенный недостаток: его конструкция слишком массивна. Чтобы повысить производительность накопителя, нужно снизить массу привода и самих головок. Чем легче механизм, тем с большими ускорениями он может перемещаться с одного цилиндра на другой. Линейные приводы намного тяжелее поворотных, поэтому в современных накопителях они не используются.

Поворотный привод работает по тому же принципу, что и линейный, но в нем к подвижной катушке крепятся концы рычагов головок. При движении катушки относительно постоянного магнита рычаги перемещения головок поворачиваются, передвигая головки к оси или к краям дисков. Благодаря небольшой массе такая конструкция может двигаться с большими ускорениями, что позволяет существенно сократить время доступа к данным. Быстрому перемещению головок способствует и то, что плечи рычагов делаются разными: плечо, на котором смонтированы головки, имеет большую длину.

К недостаткам этого привода следует отнести то, что головки при перемещении от внешних цилиндров к внутренним поворачиваются, при этом угол между плоскостью магнитного зазора головки и направлением дорожки изменяется. Именно поэтому ширина рабочей зоны диска (зоны, в которой располагаются дорожки) оказывается зачастую ограниченной (для того чтобы неизбежно возникающие азимутальные погрешности оставались в допустимых пределах). В настоящее время поворотный привод используется почти во всех накопителях с подвижной катушкой.

 

Линейный привод с подвижной катушкой

Подкатегории

Яндекс.Метрика