Внешние запоминающие устройства Накопители с магнитным носителем

В настоящее время распространены три типа накопителей с магнитной записью информации: на жестких (несъемных) магнитных дисках (НЖМД или "винчестеры"), на гибких магнитных дисках (НГМД или флоппи-дисководы) и на магнитной ленте (НМЛ или стримеры).

НЖМД содержит один или несколько жестких алюминиевых или стеклянных дисков, покрытых слоем ферромагнитного материала, которые смонтированы на оси-шпинделе. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря тонкой прослойке воздуха (доли микрон), образуемой при быстром вращении дисков. Скорость вращения современных винчестеров составляет 5400-15000 об/мин. Информация записывается на диск в результате изменения ориентации магнитных доменов на участке поверхности диска под записывающей головкой. Для кодирования информации в первых винчестерах использовался метод MFM¹⁾. В этом случае "1" переводится в комбинацию "01", а "0" - в комбинацию "10", если следует за битом "0", или в "00", если следует за битом "1", что обеспечивает не более трех нулей подряд. При записи этой последовательности на диск логическая "1" кодируется сменой намагниченности на соответствующем участке, а логический "0" - отсутствием смены (рис. 16.3). Это означает, что один переход намагниченности соответствует 1-3 битам.

Рис. 16.3.  Схема кодирования MFM

Впоследствии стала использоваться схема кодирования RLL²⁾. Алгоритмы RLL обеспечивают такую закодированную последовательность, что длина поля записи (количество бит между переходами от "0" к "1" или от "1" к "0") ограничена определенным диапазоном [d+1; k+1]. Параметры d и k задаются модификацией алгоритма (обозначается RLL d,k). Для винчестеров использовался RLL 2,7: 8 бит данных перекодируются в 16 так, чтобы в последовательности встречалось не менее двух и не более семи нулей. Затем был внедрен RLL 3,9 (Advanced RLL) и т.п. Большинство современных накопителей используют ту или иную модификацию RLL.

Поверхность магнитного носителя в ее первозданном виде - это всего лишь магнитное покрытие, которое не готово к работе. Структура диска, включающая в себя дорожки (концентрические полоски, но которые разделена каждая сторона пластины), цилиндры (дорожки на обеих сторонах пластины, расположенные на окружностях с одинаковым радиусом) и сектора (участки дорожки, представляющие собой наименьший размер порции данных, которая может быть изменена в результате перезаписи), формируется при физическом (низкоуровневом) форматировании. В ходе этой операции контроллер накопителя записывает на носитель служебную информацию: байты синхронизации, указывающие на начало каждого сектора, идентификационные заголовки, состоящие из номеров головки, сектора и цилиндра, байты контрольной суммы CRC (Cyclic Redundancy Check) и коды обнаружения ошибок ECC (Error Correction Code); при этом происходит также маркировка дефектных секторов для исключения обращения к ним в процессе эксплуатации диска.

Все современные винчестеры поддерживают технологию SMART (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology), которая предполагает выполнение внутренней диагностики винчестера, определяющей состояние двигателя, магнитных головок, рабочих поверхностей носителя и контроллера.

Определенный интерес представляют также накопители со сменным носителем: НГМД и НМЛ (последние реже используются в настольных системах).

Обычно дискета (floppy disk) представляет собой гибкую пластиковую пластину, покрытую ферромагнитным слоем. Эта пластина помещается в гибкую или жесткую оболочку, защищающую магнитный слой от физических повреждений. Запись и считывание дискет осуществляется с помощью специального устройства - дисковода (флоппи-дисковода). Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения.

Первая дискета диаметром в 200 мм (8 дюймов) с соответствующим дисководом была представлена фирмой IBM в 1971. В первых моделях IBM PC использовались дискеты диаметром 133 мм (5¼ дюйма). В 1982 году фирма Sony представила дискеты диаметром 90 мм (3½ дюйма) и дисководы для них. Широкое распространение этот тип дискет получил в 1984 году, когда Apple использовала новый формат для компьютеров Macintosh. Фирма IBM приняла решение использовать 3,5-дюймовые дисководы только в 1987 году в компьютерах серии PS/2. Наиболее популярные форматы дискет представлены в табл. 16.3. При записи на дискету используется кодирование MFM.

Внутренние дисководы подключаются при помощи интерфейса SA-400, разработанного в начале 1970-х годов компанией Shugart Associates. Интерфейс относится к категории интерфейсов на уровне устройства, т.к. содержит сигналы, характерные для функций устройства (Motor On - включить мотор, Index - проход индексной метки, Side 1 Select - выбор головки и т.п.) Интерфейс обеспечивает скорость порядка 300 Кбит/с.

Таблица 16.3. Форматы дискет диаметром 5¼" и 3½" (двухсторонние)
Тип дискеты3)	5¼" DS/DD	5¼" DS/QD	3½" DS/DD	3½" DS/HD	3½" DS/ED
Размер, Кбайт	360	1200	720	1440	2880
Год выпуска	1978	1984	1984	1987	1991
Дорожек/секторов4)	40/9	80/15	80/9	80/18	80/36

Носители на магнитной ленте (стримеры) применяются в компьютерах с начала 50-х годов. Сравнительные характеристики различных стримеров представлены в табл. 16.4.

Таблица 16.4. Характеристики различных носителей для стримеров
Марка	Год выпуска	Ширина, мм	Длина, м	Емкость, Гбайт	Скорость, Мбайт/с
DDS (Digital Data Storage), разработан Sony и Hewlett Packard
DDS-1	1989	3,8	60/90	1,3/2,0	0,6
DDS-2/3/4	1993/96/99		120/125/150	4,0/12/20	0,6/1,1/2,4
DAT 72	2003		170	36	3,5
DLT (Digital Linear Tape), разработан Digital Equipment Corporation
CT I/II	1984	12,6		0,1/0,3	0,045
DLT III/IV	1989			2,6-40	0,8-6
SDLT I/II	1998			110-300	10-36
LTO (Linear Tape-Open), разработан Certance, Hewlett Packard и IBM
LTO1	1999			100-200	20-40
LTO2	2002			200-400	40-80
LTO3	2005			400-800	80-160
AIT (Advanced Intelligent Tape), разработан Sony
AIT-1/2	1996/99	8,0	170/230	25/50	3/6
AIT-3/4	2001/05		230/246	100/200	12/24
QIC-MC (Quarter Inch Cartridge - MiniCartridge), разработан на основе DataCartridge фирмы 3M
QIC-40-MC	1983-1997	6,35/8,00	62,5/93,5	0,040/0,060	0,06
QIC-80-MC			62,5-305	0,080-0,530	0,06
QIC-30x0-MC			122-305	0,340-2	0,06-1
QIC-3110-MC			122	2
QIC-3210-MC			122	1,8/2,3
QIC-3230-MC			228	15,5

Для внутренних накопителей всех типов используют интерфейсы SCSI, EIDE/ATA или SerialATA, а для внешних - SCSI, IEEE 1284 (иногда), USB и FireWire.