5. Накопители на жёстких магнитных дисках (нжмд), основные функциональные элементы нжмд, разновидности и краткие характеристики нжмд

НЖМД имеют металлическую основу, вращаются с высокой скоростью, их считывающие головки находятся на расстоя­нии десятых долей микрометра от поверхности диска. Они обладают малым временем доступа, большой емкостью и высокой стоимостью. Поэтому такие диски обычно используются как системные, рас­ширяющие возможности ОП для обеспечения работы операционной системы, ее хранения и загрузки, а также для использования в раз­личных прикладных программах.

Любой современный НЖМД состоит из четырех основных час­тей: носителя; головки чтения-записи; позиционера; контроллера.

Носитель – пакет дисковых пластин, вращающихся на одной оси, на смену дюралюминиевым пластинам (дискам) пришли диски из керамики и стекла. На поверхность диска наносится слой ферромаг­нетика (в современных дисках – оксид хрома), покрытый сверху тонким слоем алмазоподобного графита (для защиты от механиче­ских повреждений). Адресация дисков осуществляется следующим образом – номер диска, цилиндр (набор концентрических дорожек, расположенных на одинаковом удалении от центра вращения), до­рожка, сектор (кластер). В современных дисках применяется зонно-битовая запись, имеющая различное количество секторов на дорож­ках с различным удалением от центра.

Благодаря аэродинамическому эффекту головка чтения-записи «летит» над поверхностью диска под воздействием потока предва­рительно очищенного воздуха. У первых винчестерских дисков рас­стояние между поверхностью диска и головкой равнялось 0,5 мкм, у современных дисков оно достигает 0,07 – 0,05 мкм (что естественно повышает плотность записи и емкость дисков). На смену ферритовым головкам пришли композитные, магниторезистивные, тонкоп­леночные.

Позиционер – устройство, наводящее головку на нужную дорож­ку. Существует два варианта привода – поворотный и линейный, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки. Схожесть в том, что в обоих случаях привод осуществляется с помощью соленоидов.

Контроллер обеспечивает согласованное управление всеми эле­ментами диска и передачу данных между компьютером и дисками.

Накопители на жестких магнитных дисках в зависимо­сти от вида компьютера различаются:

по типу интерфейса — для персональных компьютеров, для серве­ров, для мейнфреймов и т.д.;

по типу размера накопителей – 3,5 дюйма для настольных систем, 2,5 дюйма для ноутбуков и других переносных систем;

по скорости вращения шпинделя: 15000, 10000, 7200, 5400 и 4200 об/мин.

Один из главных недостатков НЖМД, являющегося на сегодняшний день основным системным ВЗУ, это низкая надежность к внешним механическим воздействиям (ввиду очень малого расстояния между считывающей головкой и поверхностью диска).

Характеристики НЖМД:

Интерфейс — совокупность линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил (протокола) обмена (IDE, SATA, USB, FireWire).

Ёмкость — количество данных, которые могут храниться накопителем. Производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются величины, кратные 1000. Так, например, ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 ГБ», составляет 186,2 ГиБ.

Физический размер (форм-фактор). Почти все современные накопители для персональных компьютеров и серверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма — под размер стандартных креплений для них соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках.

Время произвольного доступа — время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Диапазон этого параметра невелик — от 2,5 до 16 мс.

Скорость вращения шпинделя — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных.

Надёжность — определяется как среднее время наработки на отказ (MTBF).

Количество операций ввода-вывода в секунду — у современных дисков это около 50 оп./с при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств.

Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.

Сопротивляемость ударам — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.

Скорость передачи данных при последовательном доступе: внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с; внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с.

Объём буфера — буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В дисках 2009 года он обычно варьируется от 8 до 64 Мб.