Avdeev

307

МГ0

Пластина 0

Пластина 1

МГ3 Шпиндель

Двигатель Каретка

Рис. 11.15. Общий вид дискового пакета Диски (пластины) закреплены на оси (шпинделе) двигателя и враща-

ютсясоскоростью2400-5400об/мин.Скоростьвращениябольшинстважесткихдис- ков равна 3600 об/мин. В качестве двигателя используется, например, бесколлекторный электродвигатель постоянного тока с сервоуправлением. Миниатюрные головки закреплены на каретке и во время работы НЖМД за счет потока воздуха парят над поверхностью диска, причем в каждый момент времени используется только одна магнитная головка для записи-чтения данных. В некоторых НЖМД для исключения аварий диска применяется система подвески маленьких и легких головок. Кроме того, предусматривается автоматическая парковка головок на специальную посадочную дорожку или путем фиксации их над поверхностями дисков. Плотность записи на ЖД существенно зависит от конструкции магнитных головок, материала и технологии их изготовления. В настоящее время для производства магнитных головок применяется интегральная технология напыления. Каждая головка имеет зазор с противоположными полюсами, магнитный поток которых замыкается через магнитный слой дорожки, вызывая соответствующую ориентацию доменов дорожки. Зазор выполняется очень тонким и узким, чтобы достичь высокой плотности записи (10000 доменов на один дюйм дорожки). Горизонтальное позиционирование головок выполняется с помощью шагового двигателя или линейного двигателя (соленоида), являющегося более быстрым (дорогим) и надежным позиционером.

Шаговый двигатель обеспечивает радиальное движение магнитных головок по шагам (по сигналу «Шаг» магнитные головки перемещаются с одной дорожки на другую). В приводах с шаговым двигателем отсутствует обратная связь дляуказанияместоположениямагнитныхголовокнаповерхностидиска.В этомслучае контроллер НЖМД непрерывно отслеживает позицию магнитных головок. В приводах с соленоидом, представляющим собой электромагнит, по обратной связи

308

поступает информация о местоположении головок на дисках. Для этого используются данные, записанные на специальных сервоповерхностях диска. Иногда эти серводанные размещают между дорожками диска, за которыми следят соответствующие датчики. В соленоидных приводах электромагнит тянет металлический стержень для подвода шарнира магнитных головок с пружиной к нужному цилиндру (дорожкам с одинаковым номером) в сторону центра диска с учетом серводанных. Когда магнитное поле соленоида ослабевает на определенную величину, пружина шарнира возвращает магнитные головки к внешнему краю диска. Некоторые фирмы выпускают диски обычно 3,5 дюйма, которые вместе с контроллером размещаются на плате расширения. Также жесткие диски не поддерживают стандартных форматов, но также используют дорожки и сектора и имеют емкость 80 или 120 Мбайт.

11.11. Размещение данных на жестком диске

В жестких дисках данные записываются последовательным способом старшим битом вперед на дорожке так же, как и в НГМД. Дорожки дисков с одинаковым радиусом образуют цилиндр, имеющий номер соответствующей дорожки. При записи файлов с целью экономии времени сначала заполняется весь цилиндр и только после этого осуществляется перемещение магнитных головок на следующий свободный цилиндр. Каждая дорожка обычно делится на одинаковое число секторов (чаще всего 17). В некоторых НЖМД, например, на внутренних более коротких дорожках размещаются 28 секторов, а на внешних дорожках – 34 сектора. Объем данных в одном секторе равен 512, 1024 или 2048 байт. DOS использует размер сектора в 512 байт данных. Поверхности пластин (магнитные головки) нумеруются: 0, 1, 2 и т.д. Поэтому полный адрес сектора в дисковом пакете в BIOS состоит из номера цилиндра, номера поверхности (магнитной головки) и номера самого сектора. BIOS адресует секторы, начиная с первого.

Геометриядискаопределяетсячисломпластин(сторон),дорожекисекторов. BIOS ЖД размещается в ПЗУ и хранит список геометрий (конфигураций) нескольких распространенных дисководов. Каждому типу дисковода присваивается номер, например, тип 7 соответствует дисководу ЖДс 615 цилиндрами, 6 сторонами

309

(МГ),17сектораминадорожкеиемкостью32,1Мбайт.Иногданаружные поверхности дисковне используют с цельюуменьшения высоты корпусаЖД. В другихНЖМДнаэтихповерхностяхзаписываютсервосигналы,необходимыедляопределения текущего положения МГ. Количество дисков, применяемых в НЖМД, обычно находится в интервале 1-15, количество цилиндров 615-2655, а количество секторов 17-34 и более. При форматировании дорожек жесткого диска на низком уровне соответствующим образом размещается и определяется каждый сектор на дорожке, подобно разметке гибкого диска НГМД.

Формат дорожки содержит сектора, поля битов синхронизации, необходимые для работы ФАЧ, и зазоры (интервалы), согласующие во времени работу КНЖМД с передачей данных из НЖМД. Каждый сектор содержит поле идентификации, нужное для поиска требуемого сектора и включающее адресную метку идентификатора, номер цилиндра, номер МГ (поверхности), номер сектора и контрольный код идентификатора. Кроме того, сектор включает поле данных, размещенное после поля идентификатора и содержащее адресную метку данных, данные и контрольный код поля данных, проверяющий всю информацию после адресной метки.

11.12. Технические параметры НЖМД

Форматированная емкость - это количество данных, которое можно хранить на диске. В этом случае учитывается только информация, хранящаяся в полях данных дорожек (без учета служебной). Для НЖМД, использующего интерфейс ST412 и метод кодирования MFM, неформатированная емкость - 25.6 Мбайта, а форматированная 21.4 Мбайта. Для поиска нужной дорожки требуется время, называемое временем поиска (<12-60 мс), полученным путем большого числа измерений. Это время позиционирования МГ больше всего ограничивает быстродействие НЖМД, т.е. является самым его “узким местом”. После подвода МГ к требуемой дорожке необходимо время для ее успокоения (гашения вибрации), которое именуется временем установки. Затем затрачивается время для поиска нужного сектора на дорожке. Усредненное значение этого времени называется временем ожидания. Изготовители НЖМД обычно указывают среднее время доступа до начала чтения данных, т.е. результат суммирования времени поиска, времени установки и времени

310

ожидания. Для последних НЖМД время доступа меньше 10 мс. Кроме того, есть еще параметры быстродействия: скорость обмена между НЖМД и КНЖМД или между КНЖМД и П. Дисководы ST-412 обеспечивают скорость передачи данных 7.5 Мбит/с, а дисководы SCSI - 24 - 40 Мбайт/с. Передача данных между НЖМД и П выполняется по следующей схеме:

П буферная память (БП) КНЖМД НЖМД.

Если П не успевает ввести данные сектора R из БП КНЖМД, а поступают в КНЖМД новые данные сектора R+1 из НЖМД, то наступает перегрузка (переполнение) в работе КНЖМД. Для устранения перегрузки КНЖМД вводят фактор (коэффициент) чередования (ФЧ). Если ФЧ=6:1, то это означает для КНЖМД , что он будет считывать каждый шестой сектор как очередной и вся информация одной дорожки будет считана за 6 оборотов диска. Для реализации ФЧ=6:1 вводят логические номера секторов (рис. 11.16).

физические номера R

Рис. 11.16. Логические номера секторов для ФЧ=6:1

С учетом логических номеров R КНЖМД успевает освободить БП до поступления новой информации из НЖМД. Другой способ устранения перегрузки КНЖМД состоит в применении двух блоков буферной памяти , один из которых работает на передачу данных в П, а второй - на прием данных из НЖМД.

Другим параметром КНЖМД является цилиндр начальной предкомпенсации, начиная с номера которого более плотно упаковывается информация на внутренних дорожках диска. Некоторыефирмы изготавливают дисководы ЖД с разным числом секторов (на внешних дорожках размещается большее число секторов).

311

В заключение отметим, что быстродействие НЖМД зависит от количества дисков, метода кодирования и конструкции механического привода.

Дисководы с соленоидными позиционерами (линейными двигателями, VC) более сложные и быстродействующие, чем дисководы, имеющие позиционеры с шаговыми моторами (SM).

11.13. Интерфейсы НЖМД

Одним из основных недостатков исходного интерфейса ST-506 является то, что КНЖМД в режиме поиска ожидает конца перемещения МГ, а только потом посылает очередной сигнал STEP. В НЖМД с интерфейсом ST412 реализован буферизованный поиск, заключающийся в суммировании сигналов STEP. После чего НЖМД самостоятельно управляет перемещением МГ, что значительно сокращает время поиска. Интерфейс ST 506/412 содержит 34 линии управления (кабель управления),20линийданных(кабельданных),осуществляетпоследовательнуюпередачу данных на расстояние до 3 м и обладает скоростью 5 – 7,5 Мбит/с.

Дальнейшим развитием интерфейса ST506/412 явился интерфейс ESDI (усовершенствованный интерфейс малых устройств), который также содержит 34жильный кабель управления и 20-жильный кабель данных и выполняет последовательную передачу парафазных сигналов данных на расстояние до 3 м и имеет скорость 10 Мбит/с. Увеличение скорости было достигнуто тем, что большая часть электронных схем контроллера (сепаратор данных и ФАЧ) была размещена в НЖМД. В интерфейсе ESDI дифференциальные сигналы данных передаются в коде NRZ и сопровождаются дифференциальными сигналами синхронизации. Для передачи дифференциального сигнала требуется два провода и специальные дифференциальные передатчик и приемник (ДПер и ДПр), соединение которых представлено на рис. 11.17.

312

Рис. 11.17. Дифференциальная связь

Для выбора НЖМД используется три линии DRIVE SELECT, а для непосредственного определения МГ - четыре линии HEAD SELECT. При выполнении специальной команды (04H) «выбор группы головок» можно получить доступ и к большему числу МГ. Для передачи данных применяется восемь дифференциаль-

ныхлинийданныхисинхронизации:+WRDATA,+WRCLK,-WRDATA,-WRCLK, +RD DATA, +RD CLK, и т.д. Задний фронт сигнала CLK показывает достоверность сигнала DATA. Линия COMMAND DATA служит для передачи команд последовательным кодом, состоящим из 16 бит данных и одного бита четности. НЖМД с интерфейсом ESDI выполняет следующие команды: «поиск цилиндра», «чтение состояния», «выбор группы головок», «запись», «чтение», «задать конфигурацию» и т.д. Передачакомандиз контроллерав НЖМДвыполняется врежимезапрос-ответ.Для реализации этого режима предусмотрены сигналы: TRANSFER REQ (запрос передачи) и TRANSFER ACK (подтверждение передачи). В интерфейсе ESDI имеется обратная последовательная линия CONFIG/STATUS, через которую НЖМД передает 16 бит и бит четности, отражающие состояние накопителя. Кроме того, в интерфейсе предусмотрены линии управления, по которым из НЖМД передаются сигналы: обнаружения адресной метки сектора, индекса (начала дорожки), готовности, внимания (изменения состояния) и т.д. Существуют различные стандарты ESDI, поэтому контроллер должен быть совместимым с диском. Интерфейс ESDI необходим для дисководов с большой емкостью.

Интерфейс SCSI (интерфейс малых компьютерных систем) разработан для подключения к ПК через хост-адаптер (контроллеры SCSI) разнообразных устройств таких, как контроллеры ESDI, ST506/412, принтеры, стриммеры, CDROM и т.п. Интерфейс SCSI содержит около 50 линий связи, осуществляет параллельную передачу байта данных на расстояние до 25 м и имеет скорость 24 - 40 Мбайт/с. Обычно хост-адаптер может управлять работой до 7 подключаемых к нему устройств. На рис. 11.18 показана общая схема сопряжения устройств с помощью интерфейса SCSI.

314

сигнала системного сброса при отсутствии (пассивном уровне) сигналов BSY (шина занята) и SEL (выбор инициатором исполнителя или наоборот). После фазы «шина свободна» возможна реализация фазы арбитража, при выполнении которой инициатором устанавливаются сигнал BSY и бит ID на соответствующую линию Di (i=0,1, ... ,7) шины данных. Инициатор с максимальным номером (ID) захватывает интерфейс SCSI. Затем инициатор выполняет фазу выборки исполнителя, которому необходимо передать или принять от него данные. С этой целью инициатор устанавливает бит ID исполнителя на линию Dj шины данных и сигнал SEL. После выбора исполнителя реализуется инициатором одна из четырех фаз (связанных с передачей данных): команда, данные, сообщение и состояние. Передача каждого байта данных сопровождается сигналами REQ (запрос) и ACK (подтверждение). Если данные передает инициатор, то исполнитель устанавливает сигнал REQ, а инициатор отвечает выдачей байта данных и формированием затем сигнала ACK. В случае обратной передачи исполнитель выводит байт данных, сопровождая их сигналом REQ. Инициатор принимает данные и отвечает сигналом ACK, по которому исполнитель снимает данные с шины D0-D7. Так как шина данных работает в мультиплексном режиме, то для определения вида информации используются сигналы: C/D (команда - данные), I/O (ввод - вывод) и MSG (сообщение). Отличительной особенностью шины SCSI-2 является наличие 24 линий данных, применения новых БИС и высококачественных кабелей. Многие типы ПК имеют SCSI-порт.

Интерфейс IDE (интегрированный электронный дисковод) или ATA (другое обозначение) содержит 40-жильный кабель, выполняет параллельную передачу 8-разрядных или 16-разрядных данных на расстоянии до одного метра и имеет скорость 10 Мбайт/с. Интерфейс IDE реализует те же функции, что и интерфейс ST412, но основное его отличие заключается в том, что почти все функции контроллера реализованы в НЖМД. Контроллер НЖМД содержит только дешифратор базовых адресов и формирователи интерфейсных сигналов. Основные сигналы IDE представлены на рис. 11.19.

315

IOR, IOW

DASP, I/OCS16

IRQ14

Рис. 11.19. Основные сигналы IDE

Интерфейс IDE содержит следующие основные сигналы: RESET (сброс), ALE (строб записи), I/O CHRDY (готовность канала ввода - вывода), CS1F*(CS3F*) (дешифрации базового адреса 1F*(3F*)), IOW (строб записи), IOR (строб чтения), DASP (НЖМД выбран), I/O CS16 (обращение к 16-разрядному порту), IRQ14 (запрос прерывания), D0-D15 (шина данных) и A0-A2 (разряды адреса). Дисководы с интерфейсом IDE используют те же адреса, что и дисководы с интерфейсом ST506/412.

11.14. Порты адаптера ЖД PC/AT

На рис. 11.20 показана обобщенная схема сопряжения НЖМД и ОП для

PC/XT (пунктиром) и PC/AT.

.

316

Рис. 11.20. Схема сопряжения НЖМД и ОП для PC/XT (AT)

Адаптер содержит буфер данных (БД) на 512 байт, предназначенный для согласования скоростей работы НЖМД и ОП (П). В PC/XT управление передачей 8- разрядных данных выполняет КПДП (канал 3) и в НЖМД используется ФЧ=6:1. Для PC/AT применяется другой более совершенный адаптер, использующий другие порты, адреса и команды. В адаптере ЖД PC/AT реализуется 16-разрядная передача данных и употребляется фактор чередования 2:1. Данные из НЖМД попадают в буферы данных DOS (БД1 - БД20), каждый из которых имеет длину в 512 байт. В ПК AT пересылка данных выполняется П. Адаптер ЖД PC/AT работает со многими типами НЖМД, корректирует ошибки длиной 11 или 5 бит. НЖМД выполняет следующие операции: поиск цилиндра, переключение МГ, запись данных с предкомпенсацией и формирует запрос прерывания IRQ14. Адаптер ЖД PC/AT содержит следующие порты. Регистр данных (адрес 1F0H, доступ: запись (W) и чтение (R)) предназначен для временного хранения 16-разрядных данных при выполнении чтения или записи сектора. Регистр выбора НЖМД и номера головки (1F6H, R/W) содержит биты (0-3) и бит 4, избирающие соответственно МГ и накопитель. Для отображения состояния адаптера и НЖМД используется регистр состояния (1F7H, R), в соответствующих битах которого отмечается наличие ошибки, занятости адаптера, неисправностинакопителя,сигналаIndexит.д.Врегистреошибок(1F1H,R)указывается