Лекція 10. Накопичувачі на жорстких магнітних дисках

Питання:

1. Конструкція накопичувача на жорстких магнітних дисках (НЖМД).

2. Основні характеристики вінчестерів.

3. Особливості функціонування вінчестерів

Література: 1. Гук. М. Аппаратные засоби IBM PC. Пітер, 2005, з. 370-391.

1. Конструкція накопичувача на жорстких магнітних дисках (нжмд).

Функціональна схема накопичувача на жорстких магнітних дисках приведена на рис 10.1., де позначено:

Електромагніт

Управління

переміщенням

Пакет дисків з шпиндельним двигуном

БУП

доріжка

Магнітна

головка

ДПГ

см

СД

БУСД І +12В

БП

ОЗУ

ВК

Рис 10.1

БУСД – блок управління 3-х фазним синхронним двигуном шпінделя;

І –інвертор;

СД – синхронний двигун;

БП - блок живлення;

ВК – внутрішній контроллер

БУП – блок управління позиціонуванням головки;

ОЗУ – пристрій ВК, що оперативне запам'ятовує;

см – сервометка;

ДПГ – датчик позиціонування головки.

1.1. Характеристика елементів системи

Для приводу шпінделя системи використовуються трифазні синхронні двигуни СД, що забезпечують високу точність підтримки швидкості:

від 3500 об\хв до 7200 об\хв, 10000 і 15000 об\хв.

Чим вище швидкість обертання, тим більше швидкість обміну інформацією з диском. Проте великі швидкості обертання обмежені наступним:

- балансуванням диска;

-гіроскопічним ефектом, що впливає на трудність переміщення диска, що обертається;

- тепловиділенням;

- аеродинамікою диска, пов'язаною з тертям його об повітря.

Пластини жорстких дисків звичайно виготовляються з алюмінієвих сплавів, а іноді з кераміки або скла, які покриваються робочим магнітним шаром, виконаним з окислу заліза або окислу хрому. Поверхні пластин повинні бути максимально плоскими для зниження аеродинамічного ефекту. Кількість пластин сучасних вінчестерів досягає від 1 до 4.Ємкість однієї пластини формату 3.5” досягає 20 Гбайт. БУСД призначений для пуску, зупинки шпінделя підтримка необхідної швидкості обертання по сигналах від датчиків сервометок. Крім того він дає дозвіл на випуск головки досягши мінімальної швидкості обертання.

Для запису і прочитування використовуються магнітні головки, катушки індуктивності, які виконуються за тонкоплівковою технологією, що є. Головки підтримуються на мікроскопічній відстані від поверхні диска, що обертається, аеродинамічною підйомною силою цього диска, тому дуже важлива форма головки, яку використовують форму крила. Сучасні накопичувачі для прочитування використовують магніторезистивні головки, засновані на ефекті анізотропії опору напівпровідників в магнітному полі, укладаючої в тому, що падіння напруги на магніторезистивному датчику є величина, залежна від намагніченості поверхні, що знаходиться над цим датчиком (тобто головкою прочитування), мал. 10.2.

u

i

i

Н

Мал. 10.2

При Н=0 u = 0 і навпаки.

Таким чином, сигнал з магніторезистивної головки повторює форму записаного сигналу і не є його похідною.

А для запису використовують індуктивну головку. При цьому від кожної комбінованої головки відходить 2 пари проводів:

одна - для запису;

інша – для прочитування.

Для позиціонування головок на необхідний циліндр в даний час використовується бік управління позиціонуванням (БУП), що складається з лінійного або поворотного електромагніту, переміщення якого визначається величиною струму в його катушці. Таке управління дозволяє швидко переводити головку в будь-яке необхідне положення. Привід, володіючим зворотним зв'язком про положення головки називається сервоприводом. Управління таким приводом може бути оптимізовано: при великому куті підведення головки на позицію управляти великим струмом, а при малому куті управління – малим струмом в обмотці управління. При цьому зворотний зв'язок про положення головки виходить від сервометок (см), розміщених прямо на диску. В цьому випадку будь-які температурні зміни перестають впливати на точність системи позиціонування головки. Сервометки записуються в областях, розташованих між доріжками при збірці накопичувача на спеціальному точному устаткуванні. В процесі експлуатації сервометки тільки прочитуються. А при виконанні операцій запису і форматування диска, сигнал запису на час проходження повинен блокуватися. Якщо це не відбудеться, доріжка стане збійною.

Блок електроніки, як внутрішній контроллер (ВК) забезпечує не тільки управління приводом головки, але і управляє записом і прочитування інформації. При цьому на інтерфейсній стороні контроллера йде обмін даними з ПК, а на іншій стороні контроллера, пов'язаній з гермоблоком здійснюється процес записи- прочитування інформації. Внутрішнє ОЗУ контроллера, є буферною пам'яттю і використовується для прочитування і запису секторів накопичувача. Об'єм цього ОЗУ може досягати до одиниць мегабайт. Для кодування даних в сучасних накопичувачах широко використовується технологія PRML (Partial Response Maximum Likelihood – Максимальна правдоподібність при частковому відгуку) Ця технологія використовує аналогові детектори сигналів відтворення, які декодуються схемами прочитування. При прочитуванні проводиться оцифровка аналогового сигналу і запис послідовності цих вибірок в пам'ять буфера. Наступний етап прочитування забезпечує цифрову фільтрацію записаного сигналу. Прийняті фрагменти потрактують як групи закодованих бітів по максимальній схожості форми відгуку.

Час, що затрачує на обмін даними одного сектора, tc рівно:

tc= tц+tо+tДн-к+tДк-п

де позначено:

tц – час пошуку циліндра;

tо – час очікування підходу сектора до головки;

tДн-к – час обміну даними між накопичувачем і контроллером;

tДк-п - час обміну даними між контроллером і пам'яттю ПК.

Для запису і прочитування інформації в контроллері існує спеціальна схема, яка при прочитуванні інформації:

виділяє службові області;

знаходить необхідні сектори;

перевіряє цілісність даних;

перетворить потік бітів в байти і записує їх в буферну пам'ять.

при записі:

формує потік сигналів для необхідного поля даних (сектори);

перетворить байти даних в потік бітів;

обчислює контрольні суми послідовних бітів.

При форматуванні формує вказану структуру доріжки.