Накопители на магнитных дисках

Тема 2.2 Организация ввода-вывода

Студент должен:

иметь представление:

- о типах носителей, применяемых до изобретения магнитных дисков;

знать:

- способы организации ввода-вывода;

- задачи ОС по управлению файлами и устройствами;

Внешние устройства ЭВМ. Накопители на магнитных носителях. Файлы. Циклы обработки файлов. Накопители на магнитных дисках.

Различают магнитные диски жесткие (НЖМД, HDD, «винчестер») и гибкие (НГМД, FDD, «флоппи») HDD являются более скоростными устройствами, чем FDD.

Винчестер (HDD) — накопитель на несъемном пакете магнитных дисков был создан в 1973 г Все магнитные диски (объединенные в пакет дисков) герметически «упакованы» в общий кожух. Магнитные диски не могут изыматься из HDD и заменяться на аналогичные.

Флоппи (FDD) (разработка фирмы IBM) — накопитель на съемном гибком магнитном диске (флоппи) Флоппи-диск имеет пластиковую основу и находится в пластиковом кожухе Флоппи-диск вставляется в FDD вместе с кожухом и вращается внутри кожуха со скоростью 300 об/мин.

CD, DVD -компакт-диски.

Жесткие диски, или, как их еще называют, винчестеры предназначены для постоянного хранения используемой при работе с компьютером информации. Это могут быть программы и данные операционной системы, пакеты прикладных программ, документы и т.д. Из всех устройств хранения информации, если не считать оперативную память, жесткие диски обеспечивают наиболее быстрый доступ к данным и высокие скорости чтения и записи.

Все жесткие диски, или дисковые накопители, несмотря на огромное их разнообразие, имеют в основе одно и то же устройство. Внутри корпуса жесткого диска на единой оси-шпинделе - установлено несколько магнитных пластин, сделанных из металла или пластика. С обеих сторон пластины покрыты тонким слоем магнитного материала. Магнитные пластины закреплены на шпинделе и вращаются на нем как единое целое. Шпиндель приводится во вращение специальным двигателем, обеспечивающим требуемую частоту вращения, например 5400 об/мин, 7200 об/мин или 10000 об/мин. Скорость вращения шпинделя влияет на время поиска и скорость передачи данных.

Над каждой стороной каждой магнитной пластины находится собственная головка чтения/записи. Все головки соединены воедино и движутся совместно, радиально относительно пластин. Таким образом обеспечивается быстрый доступ к любой точке любой пластины.

Передача данных между жестким диском и компьютером, обработка команд компьютера, управление вращением магнитных пластин и движением головок чтения/записи осуществляется встроенной электроникой жесткого диска.

Для пользователя жесткие диски отличаются друг от друга следующими характеристиками:

• емкостью, то есть объемом информации, которая помещается на диск. Емкость диска измеряется в мегабайтах (Мбайт) и гигабайтах (Гбайт). Это -основная характеристика накопителя. Современные жесткие диски имеют емкость от 20-40 Гбайт до 200-300 и более гигабайт;

• быстродействием - временем доступа к данным и скоростью чтения/записи данных на диске;

• интерфейсом, т.е. типом контроллера, к которому подсоединяется жесткий диск. Чаще всего используется интерфейс IDE, распространены также интерфейсы Serial ATA (SATА) и различные варианты SCSI.

Поверхность магнитного диска, покрытая ферромагнитным слоем, называется рабочей.

Каждый магнитный диск пакета, кроме верхнего и нижнего, имеет две рабочие поверхности.

Информация на дисках располагается на концентрических дорожках (Track), которые нумеруются, начиная с внешней, имеющей номер 0. Каждая дорожка разбивается на секторы (Sector), содержащие минимальные блоки информации, которые могут быть записаны на диск или считаны с него. Секторы также пронумерованы. На каждом диске нанесен маркер, относительно которого осуществляется нумерация секторов. Ближайший к маркеру сектор имеет номер 1. Все секторы диска можно также пронумеровать последовательно, начиная с нуля. Такая нумерация называется абсолютной.

В начале каждого сектора располагается заголовок (Prefix portion), по которому определяется начало сектора и его номер. В конце сектора (Suffix portion) содержится контрольная сумма, служащая для проверки целостности данных. Между заголовком и концом находится область данных размером 512 байт (1 байт содержит 8 бит).

Совокупность всех дорожек с одинаковым номером на всех дисках, т.е. дорожек, к которым можно получить доступ без перемещения головок чтения/записи, составляет цилиндр (Cylinder). Номер цилиндра и номер дорожки - это одно и то же.

Из N цилиндров М являются резервными и N-M — основными. Дорожки резервных цилиндров пользователям недоступны. Системные средства обеспечивают замену дорожки основного цилиндра, ставшей дефектной, на дорожку запасного цилиндра.

Количество цилиндров может составлять несколько десятков тысяч. Чем плотнее запись на диске, тем больше цилиндров можно на нем сформировать, тем больше емкость диска.

Для каждой рабочей поверхности диска в накопителе существует своя головка (Head), обеспечивающая запись и считывание информации. Головки собраны в блок и нумеруются начиная с 0. Современные дисковые накопители обычно имеют небольшое количество магнитных дисков - 1-2, чтобы облегчить блок головок и увеличить скорость доступа к секторам. Такой накопитель соответственно имеет 2-4 головки.

Структура секторов на жестком диске создается процедурой низкоуровневого или физического форматирования, при которой размечается каждый трек диска. Низкоуровневое форматирование выполняется производителями жестких дисков.

Набор параметров жесткого диска, включающий количество цилиндров (С), количество головок (Н) и количество секторов на дорожке (S), называется геометрией жесткого диска. Диск с геометрией C/H/S имеет объем C*H*S*512 байт.

Кластер — совокупность секторов, минимальный размер места на диске, которое может быть выделено файловой системой для хранения одного файла. Определяется он, как правило, автоматически, при форматировании винчестера, по зависимости, указанной в таблице.

Дата добавления: 2014-12-07