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 | |||||
| Год выпуска | |||||
| 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 | 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 | 3,5 | ||||
| DLT (Digital Linear Tape), разработан Digital Equipment Corporation | |||||
| CT I/II | 12,6 | 0,1/0,3 | 0,045 | ||
| DLT III/IV | 2,6-40 | 0,8-6 | |||
| SDLT I/II | 110-300 | 10-36 | |||
| LTO (Linear Tape-Open), разработан Certance, Hewlett Packard и IBM | |||||
| LTO1 | 100-200 | 20-40 | |||
| LTO2 | 200-400 | 40-80 | |||
| LTO3 | 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 | |||||
| QIC-3210-MC | 1,8/2,3 | ||||
| QIC-3230-MC | 15,5 |
Для внутренних накопителей всех типов используют интерфейсы SCSI, EIDE/ATA или SerialATA, а для внешних - SCSI, IEEE 1284 (иногда), USB и FireWire.