Включение и выключение

После подачи питания на винчестер, процессор контроллера начинает исполнение микропрограммы, находящейся в собственном ПЗУ. Эта программа обеспечивает элементарное самотестирование контроллера. После чего включается и раскручивается шпиндельный двигатель. При достижении достаточной скорости вращения, когда головки оторвутся от поверхности дисков, происходит разблокировка сервопривода головок и они распарковываются. После распарковки головок контроллер считывает необходимые для работы данные, и если они считались нормально, винчестер готов к работе.

При определённых условиях возможна неполная инициализация накопителя. У практически всех винчестеров есть «безопасный режим» (Safe mode), но он существует исключительно для технологических целей.

При пропадании питания производится автоматическая парковка головок. Технологические методы парковки довольно разнообразны. Она может обеспечиваться за счёт энергии вращения дисков (шпиндельный двигатель используется в качестве генератора), заряда конденсаторов. Наиболее же распространённый метод — при пропадании напряжения на катушке сервопривода под действием электромагнитных сил головки сами переходят в запаркованное положение. Выключение двигателя и парковка возможны также посредством команды через интерфейс.

Обмен данными

Всё время работы винчестер обеспечивает выполнение команд, передаваемых по интерфейсу. В основе обмена данными с винчестером лежат две команды — чтение и запись информации. Это единственные необходимые команды. Обе команды содержат параметры, определяющие номер сектора и количество секторов.

При поступлении команды на запись жёсткий диск производит приём данных по интерфейсу, вычисляет транслятором координаты физической области, позиционирует головки и записывает информацию на поверхность, после чего производит проверку записи и, в случае необходимости, производит перемещение сбойных секторов. Также производится запись информации во внутренний кэш диска.

По команде чтение сначала проверяется наличие нужных данных во внутреннем кэше. В случае их обнаружения данные просто передаются по интерфейсу из кэша. Если данные в кэше не найдены, как и при записи, производится трансляция номера сектора, после чего производится считывание данных с поверхности, исправление ошибок и проверка правильности считывания. При неправильном считывании как правило производятся повторные попытки, а если и они не удались, то контроллер посылает по интерфейсу сигнал отказа.

Команда проверка производит действия, подобные чтению, но не передаёт данные по шине. Посредством её можно проводить сканирование поверхности диска на предмет бэдов достаточно быстро.

Оставшаяся с времён дисков с физической адресацией команда позиционирование может обрабатываться современными винчестерами произвольным образом. Винчестер может как реально позиционировать головки, так и отвечать по интерфейсу успешным завершением, не производя никаких действий.

26. Структура и принципы работы накопителей на оптических дисках

CD-ROM — разновидность компакт-дисков с записанными на них данными, доступными только для чтения. Считывающий механизм - лазер, длина волны 780 нм (инфракрасный), 150 Кб/с (1×)

Компакт-диск представляет собой поликарбонатную подложку толщиной 1,2 мм и диаметром 120 мм, покрытую тончайшим слоем металла (алюминий, золото, серебро и др.), защищенного слоем лака, на который обычно наносится графическое представление содержания диска. Принцип считывания через подложку позволяет весьма просто и эффективно осуществить защиту информационной структуры и удалить её от внешней поверхности диска. Диаметр пучка на внешней поверхности диска составляет порядка 0,7 мм, что повышает помехоустойчивость системы к пыли и царапинам. Кроме того, на внешней поверхности имеется кольцевой выступ высотой 0,2 мм, позволяющий диску, положенному на ровную поверхность, не касаться этой поверхности. В центре диска расположено отверстие диаметром 15 мм.

Информация на диске записывается в виде спиральной дорожки из питов, выдавленных в поликарбонатной основе. Каждый пит имеет примерно 100 нм в глубину и 500 нм в ширину. Длина пита варьируется от 850 нм до 3,5 мкм. Промежутки между питами называются лендом. Шаг дорожек в спирали составляет 1,6 мкм. Питы рассеивают или поглощают падающий на них свет, а подложка — отражает.

Данные с диска читаются при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм, излучаемого полупроводниковым лазером. Принцип считывания информации лазером для всех типов носителей заключается в регистрации изменения интенсивности отражённого света. Лазерный луч фокусируется на информационном слое в пятно диаметром ~1,2 мкм. Если свет сфокусировался между питами (на ленде), то приёмный фотодиод регистрирует максимальный сигнал. В случае, если свет попадает на пит, фотодиод регистрирует ме́ньшую интенсивность света.

Запись информации на CD-ROM производится вне ПК, в лабораторных условиях. Сначала изготавливается "мастер-диск". Далее осуществляется процесс тиражирования по "мастер-диску" путем литья под давлением.

CD-R — разновидность компакт-диска (CD), разработанная компаниями Philips и Sony для однократной записи информации.

Поликарбонатный диск имеет спиральную дорожку для направления луча лазера при записи и считывании информации. С той стороны, где находится эта спиральная дорожка, диск покрыт записывающим слоем, который состоит из очень тонкого слоя органического красителя и затем отражающим слоем из серебра, его сплава или золота. Этот отражающий слой покрывается защитным лаком, на который могут наносится надписи и изображения.

Чистый CD-R не является полностью пустым, на нём имеется служебная дорожка с сервометками ATIP (Absolute Time In Pregroov) абсолютное время в служебной дорожке. Эта служебная дорожка нужна для системы слежения, которая удерживает луч лазера при записи на дорожке и следит за скоростью записи (то есть следит, чтобы длина пита была постоянной). Помимо функций синхронизации, служебная дорожка также содержит информацию об изготовителе этого диска, сведения о материале записывающего слоя, длине дорожки для записи и т. п. Служебная дорожка не разрушается при записи данных на диск, и многие системы защиты от копирования используют её для того, чтобы отличить оригинал от копии.

При записи CD-R вместо печати питов как физических углублений в материале «болванки» как в случае CD, данные записываются на диск лучом лазера повышенной мощности, чтобы физически «прожечь» органический краситель записывающего слоя. Когда краситель нагревается выше определённой температуры, он разрушается и темнеет, изменяя отражательную способность «прожжённой» зоны. Таким образом при записи, управляя мощностью лазера, на записывающем слое получают чередование тёмных и светлых пятен, которые при чтении интерпретируются как питы.

При чтении лазер имеет значительно меньшую мощность, чем при записи, и не разрушает краситель записывающего слоя. Отражённый от отражающего слоя луч попадает на фотодиод, а если луч попадает на тёмный — «прожжённый» — участок, то луч почти не проходит через него до отражающего слоя и фотодиод регистрирует ослабление светового потока. Во время чтения «болванка» в приводе крутится на шпинделе, а читающий луч остаётся неподвижным и направляется следящей системой на дорожку с данными. Чередующиеся светлые и тёмные участки дорожки порождают изменение светового потока отражённого луча и переводятся в изменение электрического сигнала, который далее и преобразуется в биты информации электрической системой привода — «декодируется».

CD-RW — разновидность компакт-диска (CD), разработанный в 1997 году для многократной записи информации.

CD-RW во многом похож на CD-R, но его записывающий слой изготавливается из специального сплава халькогенидов (содержит серебро, индий сурьму, теллур), который при нагреве выше температуры плавления переходит из кристаллического агрегатного состояния в аморфное.

Состояние активного слоя изменяется в зависимости от скорости остывания после разогрева поверхности записи. При медленном остывании материал переходит в кристаллическое состояние (записывается 0), при быстром - в аморфное состояние (записывается 1).

Существует два вида стирания — «полное» и «быстрое». Как следует из названия, при «полном» стирании весь диск переводится в кристаллическое состояние и старая информация уничтожается физически. А «быстрое» стирание очищает только небольшую часть диска (англ. Lead-in — зона, где хранится информация о содержании диска), что происходит гораздо быстрее. Однако при этом существует техническая возможность восстановить данные. Поэтому, если есть необходимость сохранения конфиденциальности информации, то нужно использовать полное стирание.

DVD — носитель информации, выполненный в форме диска, имеющего такой же размер, как и компакт-диск, но более плотную структуру рабочей поверхности, что позволяет хранить и считывать больший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны и линзы с большей числовой апертурой.

Ёмкость	4.7 ГБ (односторонний однослойный – общепринятый) 8.5–8.7 ГБ (односторонний двухслойный ) 9.4 ГБ (двухсторонний однослойный ) 17.08 ГБ (двухсторонний двухслойный – редкость)
Считывающий механизм	лазер, длина волны 650 нм (красный), 10.5 Мбит/c (1×)

Blu-ray Disc, — формат оптического носителя, используемый для записи с повышенной плотностью и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости. 

Ёмкость	25 ГБ (однослойный); 50 ГБ (двухслойный); 100/128 ГБ (BDXL)
Считывающий механизм	лазер, длина волны 405 нм (фиолетовый), 36 Мб/с (1×)

Уменьшение длины волны, использование числовой апертуры (0,85, в сравнении с 0,6 для DVD), высококачественной двухлинзовой системы, а также уменьшение толщины защитного слоя в шесть раз (0,1 мм вместо 0,6 мм) предоставило возможность проведения более качественного и корректного течения операций чтения/записи. Это позволило записывать информацию в меньшие точки на диске, а значит, хранить больше информации в физической области диска, а также увеличить скорость считывания до 432 Мбит/с.