Накопители на магнитных дисках
Накопители на магнитных дисках подразделяются на накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД или HDD) и накопители на гибких магнитных дисках (НГМД или FDD), принципиально они весьма сходны, но имеются конструктивные отличия.
Способ записи двоичной информации на магнитной поверхности называется магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами. Устанавливается однозначное соответствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов. Информация на магнитные диски записывается и считывается магнитной головкой, которая перемещается радиально с фиксированным шагом, а сам диск при этом вращается вокруг своей оси рис 2.12.
Основа жесткого диска - платтер изготавливается из сплавов алюминия или керамики, на который наносится магнитный слой. Жёсткость диска позволяет увеличить плотность записи, по сравнению с гибким диском. Несколько жёстких дисков иногда надеваются на одну общую ось и представляют собой пакет дисков. Такие пакеты позволяют резко увеличить объём информации, хранящейся на одном дисководе жёсткого диска.
Пакет дисков находится в гермозоне корпусе с очищенным от пыли и влаги воздухом или азотом, там же находится блок головок с устройством их позиционирования и привод вращения диска. Головки в рабочем состоянии не касаются поверхности пластин, а держатся на тонком слое воздуха. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм). При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.
Жесткий диск HDD управляется процессором через контроллер жесткого диска.
Головка, считывает или записывает информацию, расположенную на концентрической окружности, которая называется дорожкой или треком. Количество дорожек на диске определяется шагом перемещения головки и зависит от технических характеристик привода диска и качества самого диска. За один оборот диска может быть считана информация с одной дорожки. Общее время доступа к информации на диске складывается из времени перемещения головки на нужную дорожку и времени одного оборота диска. Каждая дорожка дополнительно разбивается на ряд участков – секторов. Сектор содержит минимальный блок информации, который может быть записан или считан с диска, обычно он составляет 512 байтов (планируется переход к секторам 4096 байт). Чтение и запись на диск осуществляется блоками, поэтому дисководы называют блочными устройствами.
Физическая структура диска определяется количеством дорожек и числом секторов на каждой дорожке. Она задаётся при форматировании диска, которое выполняется специальными программами и должно быть проведено перед первым использованием диска для записи информации.
Кроме физической структуры диска, говорят ещё о логической структуре диска. Логическая структура определяется файловой системой, которая реализована на диске и зависит от операционной системы компьютера, на котором используется данный диск. Логическая структура подразумевает выделение некоторого количества секторов для выполнения служебных функций размещения файлов и каталогов на диске.
Параметры, характеризующие жесткие диски.
Форм–фактор характеризует диаметр диска обычно он 3.5 дюйма, иногда 2.5 для ноутбуков.
Емкость в 2010 году она достигла 3 терабайтов при форм-факторе диска 3.5 дюйма. Время доступа – это время, за которое головка позиционируется на диске для чтения или записи, оно составляет миллисекунды от 2.5 до 16 мс.
Скорость вращения шпинделя — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются жесткие диски со следующими стандартными скоростями вращения: 5400, 7200, 10 000 и 15 000 об/мин для серверов.
Скорость передачи данных при последовательном доступе до 111,4 Мб/с, на сегодняшний день.
Объём буфера. Буфер – это промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных дисках он обычно варьируется от 8 до 64 Мб.
Накопители на гибких магнитных дисках.
Устаревающее устройство. Дискета состоит из круглой полимерной подложки, покрытой с обеих сторон магнитным окислом и помещенной в пластиковую упаковку, на внутреннюю поверхность которой нанесено очищающее покрытие. В упаковке сделаны с двух сторон радиальные прорези, через которые головки считывания/записи накопителя получают доступ к диску. Все сменные носители на дисках, в том числе и рассмотренные ниже оптические диски, характеризуются своим диаметром (форм-фактором). Наибольшее распространение получили диски 3,5 дюйма (89 мм). Но существуют диски с форм-фактором 5,25 дюйма и 1,8 дюйма.
Сами магнитные диски изготавливаются из гибкого синтетического материала, на который с обеих сторон нанесён слой магнитного материала. Такие гибкие диски имеют объём хранимой информации 1,38 Мбайт, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18.
Дискета устанавливается в НГМД автоматически в нем фиксируется, после чего диск раскручивается до частоты вращения 360 об/мин. Дискета вращается только при обращении к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков.
Кроме гибких дисков широкое распространение получили сменные магнитные носители типа ZIP. Использование более совершенной системы позиционирования головок системы привода позволило увеличить плотность записи, и довести его для диска с форм-фактором 3,5 дюйма до 250 Мбайт. К сожалению, диски ZIP несовместимы с обычными гибкими дисками и для их использования приходится устанавливать специальный привод ZIP.