Конструкция магнитных дисков.
Дисковая топология магнитного носителя позволяет эффективно сочетать вращательное движение диска и возможность продольных перемещений магнитных головок, обеспечивая двумерный поиск участков для записи и чтения информации. Конструкция дискового магнитного устройства схематично показана рис.4.4.
Рис. 4.4. Конструкция дискового магнитного устройства.
Такие устройства существенно оперативнее устройств записи на магнитную ленту - кратность выигрыша примерно равна количеству дорожек диска (кроме того, не тратится время и энергия на разгон, реверс и торможение бабин с лентой).
Магнитные головки объединяются в единый блок, который перемещается электродинамическим приводом (ЭДП). Время перемещения между соседними дорожками блока МГ составляет от 2 до 3 мс. Для предотвращения ударов и прилипания МГ к поверхности диска в выключенном состоянии предусматривается автоматическая парковка головок в специальное положение при отключении ЭВМ.
Гибкий диск в дисководе вращается со скоростью от 300 до 360 об/мин, скорость большинства жестких дисков равна 3600 об/мин. Головки НЖМД находятся близко к пластинам (1/100000 дюйма), не касаясь их, поскольку они парят над поверхностью на воздушной подушке, образованной вращением диска. Плотность записи составляет минимум 10000 МТ на один дюйм дорожки и 2000 дорожек на дюйм.
НЖМД имеют пакет дисков, причем некоторые используют специализированную сервоповерхность (DSS- dedicated servo surface), при этом целая сторона одной из пластин отдается под серводанные, предназначенные для позиционирования МГ над заданной дорожкой и сектором.
4.4. Кодирование и сжатие записываемой информации
Физические особенности процесса записи и стремление к рациональному использованию поверхности магнитных носителей привели к появлению нескольких видов кодирования записываемой информации. Наиболее широкое применение нашли следующие методы кодирования:
Двунаправленная частотная модуляция FM (Frequency Modulation).
Частотная модуляция без возврата к нулю NRZ (Non Return no Zero).
Модифицированная частотная модуляция без возврата к нулю MFM (Modified Frequency Modulation).
Кодирование с ограниченной длинной промежутка RLL (Run Length Limited).
Термин «модуляция» присутствует в названиях методов по причине того, что они пришли в технологию магнитной записи из радиотехники. Диаграммы различных видов кодирования для одной и той же кодируемой последовательности в едином масштабе времени приведены на рис.4.5. Основное отличие методов состоит в уровне их помехоустойчивости и длине магнитной дорожки, отводимой для записи одного бита информации - битовой ячейки (БЯ).
Рис. 4.5. Диаграммы различных видов кодирования одной и той же последовательности в едином масштабе времени.
Основным источником помех для магнитной записи является механизм вращения диска, которому свойственны биения и люфт его элементов. НЖМД обладают гораздо большей информационной емкостью чем НГМД именно благодаря тому факту, что их диски жестко закреплены и герметизированы.
Кодирование FM обеспечивает наиболее надежную запись информации. Каждый бит информации предваряется синхронизирующим импульсом, за которым располагается либо информационный импульс, соответствующий 1, либо сигнал такой же длительности низкого уровня, соответствующий нулю. Запись одного бита информации занимает на магнитной дорожке 4 МТ.
Кодирование NRZ состоит в трансформации FM кода путем замены информационных и синхронизирующих импульсов на соответствующие информационные и синхронизирующие переходы. Такая операция позволяет сократить число необходимых магнитных триггеров до двух для записи одного бита.
Кодирование MFM является процессом дальнейшей трансформации кодов NRZ, который заключается в удалении всех синхронизирующих переходов за исключением тех, которые разделяют смежные нулевые битовые ячейки. В результате этого преобразования информационные переходы занимают место в центре битовой ячейки, а оставшиеся синхронизирующие переходы - на границе битовых ячеек. Этот вид кодирования позволяет размещать битовую ячейку в одном магнитном триггере. Данный вид кодирования используется для записи в НГМД.
Кодирование RLL 2.7 использует алгоритм сокращения избыточности числа переходов на основе методов группового кодирования. Алгоритм данного вида кодирования показан на рис.4.6. Данный вид кодирования используется для записи в НЖМД.
Рис.4.6. Алгоритм группового кодирования.
Метод RLL основан на разбиении каждой БЯ на две полубитовые ячейки. Если полубитовая ячейка содержит переход, то тип такой ячейки обозначают «Т», если перехода нет - тип «0». Алгоритм группового кодирования разбивает кодируемую последовательность нулей и единиц на группы длинной от двух до четырех бит и преобразует их в последовательность полубитов «Т» и «0». Результатом такого кодирования является последовательность ячеек «Т» и «0» обладающая важным свойством: минимальное расстоянием между двумя «Т» равно двум «0», максимальное расстояние - семь «0». Таким образом, минимальное расстояние между переходами оказывается равным трем полубитовым ячейкам и, следовательно, длинна битовой ячейки оказывается равной 2/3 длины магнитного триггера, как показано на рис.4.7.
Рис.4.7. Полубитовые ячейки RLL кодирования.
Кодирование RLL является базой для методов с более высокой плотностью записи - ARLL. Такие методы используют алгоритмы кодирования с другими отношениями минимального и максимального расстояния между переходами, что предполагает более высокий уровень точности механических узлов.