4.3.2. Накопитель на жестких магнитных дисках
Накопитель
на жестких магнитных дисках (НЖМД,
винчестер, HDD — Hard
Disk Drive) —
устройство для чтения/записи с жестких
магнитных дисков, установленных внутри
накопителя (рис.4.8.)
Рис.4.8. Накопитель на жестком магнитном диске (винчестер).
Накопители на жестких магнитных дисках получили такое наименование из-за жесткости дисковых пластин — носителей данных. В НЖМД можно выделить:
несколько пластин (дисков), нанизанных на стержень (ось вращения);
головки чтения-записи;
кэш-память (до 8 Мбайт), которая хранит всю информацию о секторах и цилиндрах и предоставляет её при необходимости;
контроллер, - обеспечивает процесс записи-считывания данных;
корпус.
В НЖМД несколько пластин (дисков) соединены общей осью. Размещение данных на пакете магнитных дисков показано на рис. 4.9.
Рис. . 4.9. Размещение данных на пакете магнитных дисков
Количество магнитных головок равно числу рабочих поверхностей на одном пакете дисков (рис. 4.6, а). Если пакет состоит из 6 дисков, то механизм доступа состоит из 5 держателей с двумя магнитными головками на каждом из них.
Поверхность каждого диска разбивается на круги, которые называются дорожками (track). Каждая дорожка имеет свой номер.
Совокупность дорожек, к которым имеется доступ при фиксированном положении блока головок, называется цилиндром, т.е. дорожки с одинаковыми номерами, расположенные одна над другой на разных дисках образуют цилиндр.
Дорожки на диске разбиты на секторы (нумерация начинается с единицы). Один сектор вмещает 512 байт.
Держатели магнитных головок объединены в единый блок таким образом, чтобы обеспечить их синхронное перемещение вдоль всех цилиндров. Фиксируя блок механизма доступа на каком-либо из цилиндров, можно сделать переход с одной дорожки на другую данного цилиндра путем электронного переключения головок.
Секторы и дорожки образуются во время форматирования диска. Форматирование выполняет пользователь с помощью специальных программ. На неформатированный диск не может быть записана никакая информация.
Первый сектор жесткого диска содержит информацию о разделах («Partition Table»)— т.е. на сколько частей «разбит» жесткий диск, адрес начала и размер каждого раздела, а также какой из них является системным (с которого производится загрузка операционной системы). Всего на одном физическом НЖМД может быть один или два раздела: первый (Primary) и расширенный (Extended). Расширенный раздел может быть дополнительно «разбит» нa несколько логических дисков (Logical Drive).
Дисковые пластины вращаются с постоянной скоростью, которая составляет для современных НЖМД 5 400 или 7 200, а в некоторых моделях НЖМД до 10000 оборотов в минуту.
Чтение и запись данных осуществляется блоком магнитных головок, которые не касаются поверхности диска и расположены над рабочей поверхностью диска на расстоянии 0,5-0,13 мкм. Запись проводится на обе поверхности каждой пластины (кроме крайних).
Любая операция чтения (записи) информации с (на) магнитного диска состоит из трех этапов. На первом этапе происходит механический подвод магнитной головки к дорожке, содержащей требуемые данные. На втором этапе обеспечивается ожидание момента, пока требуемая запись не окажется в зоне магнитной головки. На третьем этапе осуществляется собственно процесс обмена информацией между ЭВМ и магнитным диском
Размер НЖМД вычисляется путем перемножения нескольких величин:
VНЖМД = cyl x h x s x rs ,
где cyl – количество цилиндров;
h – число магнитных головок;
s – количество секторов;
rs – размер сектора в байтах.
Размер НЖМД современных ПК достиг в настоящее время (2009 г.) одного терабайта и видимо это не предел.
Жесткий диск герметично закрыт, потому что даже мельчайшие частицы пыли, попавшие между головкой и поверхностью диска, могут повредить его и привести к потере данных.
Наиболее важные характеристики НЖМД:
скорость обращения дисков — для накопителей IDE частота обращения 4500-7200 об/мин, а для накопителей SCSI — 7500-10000 об/мин;
емкость кэш-памяти в устройствах может изменяться в границах от 64 Кб до 8 Мб;
среднее время доступа — время (в миллисекундах), на протяжении которого блок головок смещается с одного цилиндра на другой;
время задержки — это время поиска нужного сектора;
скорость обмена определяет объемы данных, которые могут быть переданы из накопителя к микропроцессору и в обратном направлении за определенные промежутки времени.