Пристрої збереження на магнітних дисках

Нагромаджувач на магнітних дисках зручно використовувати для ілюстрації принципів роботи пристроїв збереження, принципів взаємодії з такими пристроями, а також функцій, виконуваних їх контролерами. Інші пристрої з рухливими носіями можна розглядати як варіації нагромаджувача на магнітних дисках: можливі інші принципи функціонування і конструкції голівок читання-запису (оптичні з лазерами і фотоприймачами), нюанси приводу носіїв (наприклад, перемінна швидкість і стартстопний режим), особливості системи позиционирования.Схематично пристрій класичного дискового нагромаджувача представлене на мал. 9.4. Носієм інформації є диск (один або трохи), на який нанесений шар речовини, здатного намагнічуватися (найчастіше феромагнітний). Збережену інформацію представляє стан намагніченості окремих ділянок робочої поверхні. Диски обертаються за допомогою двигуна шпинделя (spindle motor), що забезпечує необхідну частоту обертання в робочому режимі. На диску мається індексний маркер, що, проходячи повз спеціальний датчик, відзначає початок кожного обороту диска. Інформація на диску розташовується на концентричних треках (доріжках), нумерація яких починається з зовнішнього треку (track 00). Кожен трек розбитий на сектори (sector) фіксованого розміру. Сектор і є мінімальним блоком інформації, що може бути записаний на диск або лічений з його. Нумерація секторів починається з одиниці і прив'язується до індексного маркера. Якщо нагромаджувач має кілька робочих поверхонь (на шпинделі може бути розміщений пакет дисків, а в кожного диска можуть використовуватися обидві поверхні), то сукупність усіх треків з однаковими номерами складає циліндр (cylinder). Для кожної робочої поверхні в нагромаджувачі мається своя голівка (head), що забезпечує запис і зчитування інформації. Голівки нумеруються, починаючи з нуля. Для того щоб зробити елементарну операцію обміну — запис або читання сектора, — шпиндель повинний обертатися з заданою швидкістю, блок голівок повинний бути підведений до необхідного циліндра, і тільки коли потрібний сектор підійде до обраної голівки, почнеться фізична операція обміну «корисними» даними між голівкою і блоком електроніки нагромаджувача. Крім того, голівки зчитують службову інформацію (адресне і сервісну), що дозволяє визначити й установити їхнє поточне місце розташування. Для запису інформації на носій використовуються різні методи модуляції, що дозволяють кодувати двоичную інформацію, намагнічуючи зони магнітного шару, що проходять під голівкою. При зчитуванні намагнічені зони наводять у голівці електричний сигнал, з якого декодируется раніше записана інформація. Контролер нагромаджувача виконує зборку і розбирання блоків інформації (секторів або цілих треків), включаючи формування і перевірку контрольних кодів, здійснює модуляцію і демодуляцію сигналів голівок і керує всіма механізмами нагромаджувача.

Через того що лінійна швидкість носія щодо голівки на внутрішніх циліндрах менше, ніж на зовнішніх, для нормального запису при меншій швидкості приходиться застосовувати попередню компенсацію запису. Для твердих дисків у CMOS Setup мається параметр WPcom (Write Precompen-sation) — номер циліндра, починаючи з якого контролер повинний виробляти сигнал попередньої компенсації. Для нагромаджувачів з убудованим контролером цей параметр ігнорується, оскільки вони самі «знають», як працювати зі своїми дисками.

Інформація на дисках записується і зчитується посекторно, і кожен сектор має визначену структуру (формат). Не занадто вдаючись у подробиці, відзначимо, що на початку кожного сектора мається заголовок, за яким випливає поле даних і поле контрольного коду. У заголовку мається поле ідентифікатора, що включає номер циліндра, голівки і власне сектора. У цьому ж ідентифікаторі може утримуватися і позначка про дефектність сектора, що служить указівкою на неможливість його використання для збереження даних. Вірогідність полючи ідентифікатора перевіряється за допомогою контрольного коду заголовка. Заголовки секторів записуються тільки в ході низкоуровневого форматування, причому для всього треку відразу. При звертанні до сектора по читанню або записові заголовок тільки зчитується. Поле дані сектори відділено від заголовка невеликим зазором (gap), необхідним для того, щоб при записі голівка (точніше, що обслуговує її схема) могла встигнути переключитися з режиму читання (заголовка) у режим запису (даних). Сектор завершується контрольним кодом полючи даних — CRC (Cyclic Redundancy Check — контроль за допомогою циклічного надлишкового коду) або ЕСС (Error Checking and Correcting — виявлення і корекція помилок). CRC-код дозволяє тільки виявляти помилки, а ЕСС-код — ще і виправляти помилки невеликої кратності. У межсекторних проміжках може розміщатися сервоинформа-ция, що служить для точного наведення голівки на трек.

Для того щоб диск можна було використовувати для запису і зчитування інформації, він повинний бути відформатований. Форматування може розділятися на два рівні:

: Низкоуровневое форматування (Low-Level Formatting, LLF) — формування заголовків і порожніх (розміченим заповнювачем) полів даних усіх секторів усіх треків. При форматуванні виконується і верифікація (перевірка читабельності) кожного сектора, і у випадку виявлення непоправних помилок зчитування в заголовку сектора робиться позначка про його дефектність.

: Форматування верхнього рівня полягає у формуванні логічної структури диска (таблиць розміщення файлів, кореневого каталогу і т.п.), що відповідає файловій підсистемі застосовуваної ОС. Ця процедура здійсненна тільки після низкоуровневого форматування.

Отже, структура треку — послідовність секторів — задається при його форматуванні, а початок треку визначається контролером по сигналі від індексного датчика або іншим способом. Нумерація секторів, що задається контролерові при форматуванні, може бути довільної — важливо лише, щоб усі сектори треку мали унікальні номери в межах припустимого діапазону. При звертанні до сектора він шукається по ідентифікаторі, а якщо за оборот диска (або за кілька оборотів) сектор із зазначеним номером не виявляється, контролер фіксує помилку (Sector Not Found — сектор не знайдений). Турбота про пошук сектора по його заголовку, приміщенні в його поле даних записуваної інформації, постаченої контрольним кодом, а також зчитуванні цієї інформації і її перевірці за допомогою CRC- або Есс-кода лежить на контролері нагромаджувача. І, звичайно ж, контролер керує пошуком викликаного циліндра і комутацією голівок, вибираючи потрібний трек.

Сучасні тверді диски внутрішньо можуть бути організовані трохи інакше, чим у вищеописаній схемі. Індексні датчики тепер не використовуються — початок треку визначається по сигналі, що зчитується. Фізична розбивка на сектори (по 512 байтів даних, яким передує ідентифікатор) може отсутствовать — група секторів треку являє собою єдиний бітовий потік, захищений надлишковим кодуванням, з якого обчислюється блок даних, що знаходиться в необхідній позиції (так називаний ID-less format). Для забезпечення вірогідності збереження даних (виправлення помилок) застосовуються надлишкові коди Рида - Соломона (Reed - Solomon code), що дозволяють більшість помилок виправляти «на летові», не вимагаючи повторного зчитування блоку даних (і додаткового обороту диска). Помітимо, що помітна імовірність перекручування інформації властива будь-яким носіям інформації, у тому числі твердотельним.

Дата добавления: 2014-01-04