36161

HDD-РЕКОРДЕРЫ

Реферат

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

К каждой стороне диска на специальных вращающихся кронштейнах коромыслах подводятся магнитные головки с помощью которых и осуществляется запись и считывание данных рис. Поверхности диска должны быть идеально плоскими и тщательно отполированными. Кронштейны с головками могут поворачиваться вокруг оси на которой они закреплены и головки размещенные на их концах могут таким образом устанавливаться на любую дорожку диска. Кронштейн слегка подпружинен и его конец с закрепленными головками в отсутствии вращения диска должен соприкасаться с...

Русский

2013-09-21

157 KB

7 чел.

HDD-РЕКОРДЕРЫ

Быстрый рост информационной емкости и повышение надежности жестких магнитных дисков, используемых в компьютерной технике, стали причиной того, что на их основе стали создаваться автономные устройства для записи звука - дисковые магнитофоны или HDD-рекордеры или, в англоязычной транскрипции - HDR (Hard Disc Recorder). Такие магнитофоны начали выпускаться различными фирмами еще в 90-х годах ХХ века, когда емкость жестких дисков перевалила за гигабайт. Вначале дисковые магнитофоны использовались только в профессиональной работе, а затем постепенно переместились и в сферу потребительской электроники.

Основным преимуществом HDD-рекордеров в сравнении с ленточными магнитофонами является возможность быстрого произвольного доступа к любому фрагменту фонограммы, что позволяет выполнять их редактирование, перемещение, копирование, замену одного фрагмента другим - т.е. производить все те действия, которые до этого были доступны только компьютерным рабочим станциям. Ленточные магнитофоны таких удобств предоставить не могут в принципе, поскольку доступ к фрагментам фонограммы всегда связан с необходимостью перемотки ленты, а это требует времени, и порой немалого - десятков секунд. С точки зрения работы редактора - это много. Дисковому рекордеру для этого требуется менее 20 миллисекунд.

Преимуществами HDD-рекордеров перед компьютерными звуковыми рабочими станциями являются простота в обращении и сравнительно невысокая стоимость при сопоставимых функциональных возможностях. Конечно, наличие у компьютерной станции графического дисплея и разнообразного программного обеспечения обеспечивают больший набор пользовательских функций, однако, все это очень дорого стоит и требует основательной подготовки персонала. Кроме того, компьютерная станция предполагает только стационарное использование, в то время как HDD-рекордер может быть выполнен и как портативное переносное устройство. К тому же, благодаря своей простоте, HDD-рекордер более надежен в эксплуатации.

Конструкция  HDD-накопителя

Конструктивно HDD-накопитель представляет собой один или несколько дисков (пластин) диаметром 50-350 мм, с обеих сторон покрытых слоем ферромагнетика и закрепленных на одной оси. К каждой стороне диска на специальных вращающихся кронштейнах (коромыслах) подводятся магнитные головки, с помощью которых и осуществляется запись и считывание данных (рис. 5.1). Кронштейны закреплены на общем подвижном каркасе, поэтому все головки перемещаются одновременно, располагаясь в каждый момент времени на одном и том же расстоянии от оси вращения дисков. Диски изготавливаются либо из сплава алюминия с магнием, либо из стеклокерамики, либо из пластика. Наилучшими характеристиками обладают диски из стеклокерамики - они гораздо более прочные, чем алюминиевые и поэтому их можно делать более тонкими. Кроме того, они менее восприимчивы к колебаниям температуры и при ее повышении во время работы накопителя их размеры изменяются незначительно. В настоящее время большинство фирм-изготовителей выпускают именно стеклокерамические диски, которые, скорее всего, со временем полностью вытеснят диски из сплава алюминия с магнием. Поверхности диска должны быть идеально плоскими и тщательно отполированными.

Кронштейны с головками могут поворачиваться вокруг оси, на которой они закреплены, и головки, размещенные на их концах, могут, таким образом, устанавливаться на любую дорожку диска. Кронштейн слегка подпружинен и его конец с закрепленными головками в отсутствии вращения диска должен соприкасаться с поверхностью диска. Но, тем не менее, при вращении диска контакта головок с поверхностью все-таки не происходит. Объясняется это тем, что концы кронштейнов обладают аэродинамическими свойствами (выполнены в форме крыла самолета) и воздушный поток, возникающий при вращении диска, приподнимает головку над его поверхностью на несколько десятков нанометров. В отсутствии вращения, а также при разгоне диска и в процессе его остановки, кронштейны с головками находятся в так называемых «зонах парковки», которые располагаются либо за пределами диска, либо вблизи его оси - там, где регистрирующего слоя нет, и опасность его повреждения отсутствует. Перевод головок в зону парковки происходит под действием специальной возвратной пружины, закрепленной на блоке кронштейнов. Когда питание компьютера включено, действие магнитных полей подвижной катушки и постоянного магнита механизма привода головок превосходит упругость пружины и головки позиционируются и удерживаются в требуемом положении над поверхностью диска. При выключении питания поле, удерживающее головки над конкретным цилиндром, исчезает, и они под действием возвратной пружины перемещаются в зону парковки, не касаясь поверхности, еще до того, как диски остановятся. По мере уменьшения частоты вращения дисков головки с характерным потрескиванием “приземляются” именно в этой зоне. Таким образом, чтобы привести в действие механизм парковки головок, достаточно просто выключить компьютер. Никакие специальные программы для этого не нужны. В случае внезапного исчезновения питания головки паркуются автоматически.

Таким образом, обеспечивается бесконтактность процессов записи и считывания информации, что само по себе является очень важным обстоятельством. Во-первых, отсутствует износ магнитных головок, во-вторых, отсутствуют повреждения магнитного слоя на поверхности диска. Это выгодно отличает дисковые накопители от ленточных магнитофонов.

Поскольку расстояние между головкой и диском при его вращении чрезвычайно мало, то даже очень маленькая частичка, попав в этот промежуток, может повредить регистрирующий магнитный слой диска. Поэтому очень важно еще в процессе изготовления позаботиться о чистоте воздуха внутри накопителя. Чтобы добиться требуемой чистоты сборка осуществляется в так называемых «чистых» помещениях, оборудованных дорогостоящими системами тонкой очистки воздуха – в кубическом метре воздуха может быть не более 100 частиц (пылинок) размером более 0,5 мкм.

Внутреннее пространство накопителя тщательно изолируется от внешней среды. Для этого пакет дисков с двигателем и блок головок размещаются в специальном герметичном металлическом корпусе со съемной крышкой, который называется гермоблоком или камерой. Однако внутренний объем камеры не полностью изолирован от внешней среды – обязательно предусматривается возможность проникновения воздуха снаружи в камеру и наоборот. Это необходимо для выравнивания давления внутри и снаружи камеры и, таким образом, предотвращения деформаций корпуса.

Чтобы обеспечить выравнивание давления и очистку воздуха, поступающего извне, используется так называемый барометрический фильтр. Такой фильтр способен задерживать частицы, размер которых превышает величину рабочего зазора между головкой и поверхностью диска. Вентиляционные отверстия барометрического фильтра видны на большинстве гермоблоков, сам же фильтр находится внутри. Так что под герметичностью камеры подразумевается только невозможность проникновения внутрь посторонних частиц, способных при попадании в рабочий зазор повредить рабочую поверхность и головку.

Кроме того, в камере обязательно размещается фильтр рециркуляции, предназначенный для улавливания частиц, которые могут появиться внутри самой камеры, например, из-за осыпания поверхности дисков при «взлетах» и «посадках» головок в зоне парковки, или проникать внутрь камеры через барометрический фильтр. Место расположения фильтра рециркуляции выбирается с учетом движения воздушного потока и возможных траекторий движения частиц таким образом, чтобы обеспечить максимальную степень очистки воздушного потока внутри камеры.

Следует заметить, что поскольку величина подъемной силы, удерживающей головки на заданном расстоянии от поверхности диска, определяется плотностью воздуха, которая зависит от атмосферного давления, то применение жестких дисков ограничено максимальной высотой подъема над уровнем моря приблизительно в 2000...3000 м.

Физическая и логическая структуры

HDD-накопителя

Данные на каждый из дисков HDD-накопителя записываются в виде концентрических колец - дорожек. Такие дорожки формируются при физическом форматировании жесткого диска, которое, как правило, выполняется изготовителем. Количество дорожек на каждой поверхности всех дисков одинаково. Нумерация их начинается от края диска. Нумеруются и сами поверхности диска. Их число, разумеется, в два раза больше числа дисков накопителя. Номер поверхности совпадает с номером головки, производящей запись и считывание информации с этой поверхности. Нумерация дорожек и головок (поверхностей) начинается с 0, т.е. внешняя дорожка и верхняя головка имеют нулевые номера.

Дорожки всех поверхностей с одинаковым номером образуют цилиндр (рис. 5.2). 

Каждая из дорожек разбивается на секторы, которые являются минимальными элементами хранения и адресации данных. Размер каждого сектора - 512 байт. Однако еще в 2006 году было объявлено о переходе на размер сектора 4096 байт, который планировалось завершить к 2010 году.

Поскольку дорожки одной и той же поверхности, но расположенные на разных расстояниях от центра, имеют разную длину, то в целях увеличения емкости диска целесообразно увеличивать число секторов на дорожке по мере удаления от центра. Для этого в современных HDD-накопителях дорожки, а вместе с ними и цилиндры, сгруппированы в несколько зон. Таких зон на диске может быть от 10 и более. Дорожки одной зоны имеют одинаковое количество секторов. При этом на дорожках внешних зон секторов больше, чем на дорожках внутренних. Обычно на дорожках внутренней зоны 17 секторов, а по мере удаления от центра число секторов на дорожках одной зоны увеличивается до 63. Сектора на дорожке также пронумерованы, но нумерация их начинается с единицы, а не с нуля, в отличие от головок и цилиндров. Следует отметить, что реально секторов на каждой дорожке гораздо больше - до 100 и более. Максимальное их количество у современных дисков может достигать 256. Однако «лишние» сектора являются резервными и в начальный период эксплуатации накопителя не используются. Использование их начинается после того, как в каком-либо секторе возникает неисправимая ошибка (дефект). Такой сектор в дальнейшем исключается из процесса работы и заменяется резервным, которому присваивается тот же номер. Таким образом, число «работающих» секторов на дорожке остается прежним.

В каждом секторе, кроме основных данных, содержатся и разного рода служебные данные. В начале каждого сектора располагается заголовок (prefix), который включает в себя идентификатор (ID) сектора, проверочную группу CRC, необходимую для обнаружения ошибок в идентификаторе, и калибровочную последовательность для включения записи основных данных. Идентификатор содержит информацию о номере цилиндра, головки и сектора. После заголовка следуют 512 байт основных данных. В конце сектора размещается его заключительная часть (suffix), которая представляет собой проверочную группу CRC (checksum), необходимую для обнаружения ошибок в основных данных сектора, и выводную последовательность, которая необходима для того чтобы создать защитный интервал между соседними секторами. В результате каждый сектор вместе со служебными данными содержит 571 байт [102].

Разметка дисков на дорожки, секторы и цилиндры выполняется при их физическом форматировании (форматировании низкого уровня) на заводе-изготовителе. Для этого используются специальные программные средства, например, Speed Store, Disk Manager или команды DOS.

После физического форматирования выполняется логическое форматирование или форматирование высокого уровня, в процессе которого на диске устанавливается файловая система, обеспечивающая возможность операционной системе устройства использовать дисковое пространство для записи данных и их чтения. Файловая система содержит в себе различные загрузочные данные, таблицу размещения файлов (FAT - File Allocation Table), корневой каталог диска и данные, используемые для диагностики.

Логическая структура должна быть совместима с используемой в устройстве (компьютере или дисковом магнитофоне) операционной системой. Минимальной логической единицей доступа к информации на диске является кластер (allocation unit). Каждый кластер состоит из нескольких секторов (8, 16 или другое большее число, являющееся степенью 2). Кластеры пронумерованы, но номера их соответствуют не порядковому расположению на дисках, а порядку расположения в пределах одного цилиндра. В процессе записи данных на диск, прежде всего, используются сектора, которые на данный момент находятся под всеми головками, т.е. сектора, расположенные на дорожках одного цилиндра, и переход к следующему цилиндру производится только после того как будут записаны все сектора текущего. Это делается для того чтобы процедура записи (равно как и процедура считывания) включала в себя как можно меньше операций перемещения головок.  Кластер считается свободным, если никакая запись в него не производилась, и занятым, если в него записан хотя бы один байт информации. Поэтому даже файл размером всего в несколько байт требует для своего хранения целого кластера. В результате, довольно значительная часть дискового пространства не используется. И чем больше размер кластера, тем большими могут быть потери. Однако, с другой стороны, использование кластеров позволяет ускорить работу устройства, поскольку количество кластеров существенно меньше количества секторов.

Основной частью файловой системы является таблица размещения файлов (FAT). В ней содержатся записи с номерами кластеров и отметками, характеризующими состояние этих кластеров. Таких состояний может быть пять:

- кластер свободен;

- кластер занят файлом и не является последним кластером файла (в этом случае в ячейке указан номер следующего кластера файла);

- кластер является последним кластером файла;

- кластер поврежден;

- кластер зарезервирован. 

Существует три версии FAT – FAT12, FAT16 и FAT32. Они отличаются разрядностью записей в ячейке - 12, 16 или 32 бита, что определяет размер кластера. Версия FAT12 в жестких дисках не используется, она была разработана для дискет. FAT16 используется в накопителях небольшого объема, поскольку в этом случае на логическом диске не может быть более 65536 кластеров: 216 = 65536. В современных накопителях большого объема используется версия FAT32.

Как и в любой другой системе записи цифровой информации, для защиты данных от ошибок здесь используется двойной код Рида-Соломона с перекрестным перемежением. Перед записью поток данных модулируется канальным кодом, скорость которого R = 0,5, коэффициент повышения плотности записи K = 1,5, минимальная длина пробега Tmin = 3, максимальная длина пробега Tmax = 8, минимальное количество «нулей» между двумя соседними «единицами» d = 2, максимальное количество «нулей» между двумя соседними «единицами» k = 7 (отсюда его обозначение - [2,7]).

Рис. 5.1. Компьютерный HDD-накопитель со снятой крышкой

орожки

с одним номером, образующие цилиндр

Диск 1

Диск 2

Диск 3

Рис. 5.2. Физическая структура HD-накопителя


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

8740. Развитие знаний об обществе. Общественные науки 32 KB
  Развитие знаний об обществе. Общественные науки (социология, политология, культурология, история, религиоведение, экономика, обществознание и др.) Вариант 1 Этапы развития знаний об обществе. Познание общества в форме мифологического сознания ...
8741. Обществознание в средние века и в новое время 29 KB
  Обществознание в средние века и в новое время Вариант К анализу тенденций общественного развития, а также критике негативных сторон государственности обращается в своем теологическом трактате О граде божьем средневековый богослов Августин Блаженн...
8742. Обществознание XX века 39.5 KB
  Вариант 1 Обществознание XX века: Теория ценностей Макса Вебера (в происхождении капитализма решающая роль протестантизма) Технократизм Уолта Ростоу (теория стадий экономического развития: традиционная переходящая стадия сдвига...
8743. Цивилизации и формации 32.5 KB
  Вариант 1 Цивилизации и формации Наиболее разработанные в исторической и философской науках подходы к объяснению сущности исторического процесса - формационный и цивилизационный подходы. Первый из них принадлежит к марксистской (коммунистическо...
8744. Традиционное и индустриальное общества 39 KB
  Вариант 1 Традиционное и индустриальное общества Традиционное общество (Восток) Индустриальное общество (Запад). Непрерывность исторического процесса, отсутствие явных граней между эпохами, резких сдвигов и скачков. История движется неравном...
8745. Цивилизации Древнего Востока (речные) 46 KB
  Цивилизации Древнего Востока (речные) Египет - IV тыс. до н.э. (империя - 3200-525г. до н.э.) Месопотамия - III тыс. до н.э. (Вавилонская империя - 3000 – 538 г. до н.э.) Индия - III - II тыс. до н.э. (XVIII век д...
8746. Древнегреческая цивилизация (морская) 52 KB
  Древнегреческая цивилизация (морская) Основные понятия: морские цивилизации, колонии, полис, гражданская община, автаркия, тирания, олигархия, демократия, натуральное хозяйство, товарно-денежные отношения, эллинизм, мировая империя. Особенности ра...
8747. Политическое развитие Западной Европы 37 KB
  Политическое развитие Западной Европы Особенности феодальной иерархии король - верховный сюзерен (господин) всех феодалов, первый среди равных в период раздробленности крупные светские и духовные феодалы - вассалы (военные слуги) к...
8748. Цивилизации в эпоху нового времени 42.5 KB
  Цивилизации в эпоху нового времени В новое время начала формироваться индустриальная цивилизация, которая строится на принципиально иных основах, чем предшествовавшая ей традиционная. ХVII и ХVIII столетия стали своего рода переходной эпохой, подгот...