1.3.1Магнитные диски

Одним из наиболее распространенных запоминающих устройств сегодня является магнитный диск (magnetic disk), в котором тонкий вращающийся диск с магнитным покрытием используется как носитель информации. Головки чтения/записи располагаются над и/или под диском, так что, когда диск вращается, каждая головка очерчивает кольцо на верхней или нижней поверхности диска, называемое дорожкой (track). При различном положении головок чтения/записи осуществляется доступ к различным дорожкам. В большинстве случаев запоминающая система состоит из нескольких дисков, установленных на общем шпинделе, один над другим на расстоянии, достаточном для прохождения между ними головок чтения/записи. Каждый раз, когда положение головок чтения/записи меняется, становится доступным новый набор дорожек, который называется цилиндром (cylinder).

Так как дорожка может содержать больше информации, чем нам необходимо, каждая из них разделена на дуги, которые называются секторами (sectors) и на которые информация записывается в виде непрерывной последовательности битов (рис. 1.9). Каждая дорожка в накопителе на дисках содержит одинаковое количество секторов, и каждый сектор содержит одинаковое количество битов (это означает, что биты в секторе хранятся более компактно на дорожках, расположенных ближе к центру диска, чем на дорожках, расположенных ближе к краю).

Таким образом, запоминающая система диска состоит из отдельных секторов, каждый из которых содержит независимую последовательность битов. Число дорожек и секторов на дорожке различается в зависимости от накопителя. Размер сектора обычно не больше нескольких килобайтов, общепринятыми являются секторы размером 512 или 1024 байта.

Расположение дорожек и секторов не является постоянной частью физической структуры диска, они размечаются в процессе форматирования (formatting) (или инициализации) диска. Обычно эта процедура выполняется производителями дисков, и мы получаем уже отформатированный диск. Большинство компьютерных систем также могут выполнять эту задачу. Следовательно, если информация о форматировании на диске повреждена, диск можно переформатировать, хотя это приведет к потере всей информации, записанной на диск раньше.

Емкость накопителя на дисках зависит от числа используемых дисков1 и плотности расположения дорожек и секторов. Системы малой емкости состоят из одного пластмассового диска (покрытого с двух сторон тонким слоем специального магнитного материала), известного как дискеты, а также гибкие диски, или флоппи (floppy disk, или FDD). Их гибкость очень наглядно проявлялась у старых носителей диаметром 5'/4 дюйма и более, помещавшихся в бумажные конверты, и менее очевидна у современных дисков диаметром 3'/2 дюйма, помещаемых в жесткие пластмассовые корпуса. Дискеты легко помещаются и извлекаются из соответствующих устройств чтения/записи и легко хранятся. Вследствие этого дискеты часто используются для автономного хранения информации. Обычные ЗУ2-дюймовые дискеты способны вмещать 1,44 Мбайт данных, хотя другие менее распространенные диски могут иметь значительно большую емкость. Примером может послужить Zip-диск компании Iomega Corporation, емкость которого может достигать нескольких сотен мегабайтов на одной дискете.

Диски большой емкости, способные вмещать гигабайты информации, состоят их 5—10 жестких дисков, установленных на общем шпинделе. Из-за того, что диски, используемые в этих устройствах, жесткие, и само устройство называется жестким диском (hard disk, или HDD), в отличие от гибких дисков. Для большей скорости вращения головки чтения/записи в этих устройствах не соприкасаются с диском, а «плавают» над его поверхностью. Расстояние между головками и диском настолько мало, что даже пылинка может помешать работе и разрушить и диск, и головку (это явление называется аварией головок (head crash)). Поэтому накопитель на жестких дисках помещается в футляр, запаянный на заводе.

Чтобы оценить качество накопителя на дисках, используется несколько параметров:

1) время поиска (seek time) — время, которое требуется, чтобы переместить головки чтения/записи с одной дорожки на другую;

2) задержка, связанная с вращением (rotation delay), или время ожидания (latency time) — половина времени, необходимого для того, чтобы диск совершил полный оборот, что составляет средний промежуток времени, за который нужные данные будут доступны головке чтения/записи после того, как она переместилась на нужную дорожку;

3) время доступа (access time) — сумма времени поиска и времени ожидания;

4) скорость передачи (transfer rate) — скорость, с которой данные могут быть переданы с диска или на диск.

Жесткие диски имеют значительно лучшие характеристики, чем гибкие. Поскольку в накопителях на жестких дисках головки чтения/записи не касаются поверхности диска, скорость вращения на сегодняшний день составляет порядка 3000-40001 оборотов в минуту, в то время как в накопителях на гибких дисках скорость вращения диска составляет 300 оборотов в минуту. Следовательно, скорость передачи для жестких дисков, обычно измеряемая в мегабайтах в секунду, значительно больше, чем скорость передачи у гибких дисков, которая измеряется в килобайтах в секунду.

Поскольку для работы дисков требуется механическое движение, то и жесткие, и гибкие диски уступают в скорости передачи информации электронным схемам. На самом деле, время ожидания в электронной схеме измеряется в наносекундах (миллиардная доля секунды) или меньше, а время поиска, время ожидания и время доступа дисков измеряется в миллисекундах (тысячная доля секунды). Таким образом, время, необходимое для получения информации с диска, кажется вечностью по сравнению со временем электронной схемы.