Standieji diskai hdd dokumentas
5 (100%) 1 vote

Standieji diskai hdd dokumentas

Vytauto Didžiojo Universitetas

Alanto Skridailos

Informatikos fakultetas, 1 kursas

Fizikos referatas

Tema: Standieji diskai (HDD)



Atliko: Alantas Skridaila

Tikrino:

Kaunas, 2002

Turinys

1. Įvadas…………………………………………………………………………………………………. 3

2. Fizikiniai HDD veikimo principai………………………………………………………….4

HDD pagrindinės dalys………………………………………………………………………..4

Diskai……………………………………………………………………..5

Įrašymo-nuskaitymo galvutės………………………………………………5

Nukreipimo mechanizmas…………………………………………………9

Kiti HDD elemntai………………………………………………………10

Informacijos saugojimas HDD……………………………………………..10

FM kodavimas……………………………………………………………11

FM moduliacija be grižimo prie nulio……………………………………11

MFM kodavimas…………………………………………………………12

RLL kodavimas…………………………………………………………..13

PRML sistema………………………………………………………………15

3. FAT sistemos………………………………………………………………….17

4. Pagrindinės HDD charakteristikos………………………………………….17

Formatuoto disko talpa………………………………………………………17

Duomenu perdavimo greitis…………………………………………………17

Interfeisai (EIDE/SCSI)…………………………………………………….18

IDE ir ATA………………………………………………………………18

SCSI………………………………………………………………………18

5. Naudota literatūra……………………………………………………………19

Įvadas

Išorinė atmintis, tai prietaisai, kurie išsaugo informaciją nepriklausomai nuo to ar kompiuteris yra įjungtas ar išjungtas. Informacijai išsaugoti, šiuose įrenginiuose, yra panaudojami įvairūs fizikiniai principai: magnetinis, optinis, elektroninis ir t.t. priklausomai nuo to kaip juose informacija yra pasiekiama išorinės atminties įrenginiai yra skirstomi į tiesioginio ir nuoseklaus kreipimosi įrenginius.

Tiesioginio kreipimosi (Direct Access) atveju į informacijos blokus yra kreipiamasi bet kokia tvarka, priklausomai nuo to su kokiu adresu yra reikalingas blokas. Tokio tipo įtaisas tradiciškai yra diskinis kaupiklis, dažnai žodžiu „diskas“ turima omenyje „tiesioginio kreipimosi, išorinės atminties saugojimo įrenginys“, nes, pavyzdžiui, elektroninis diskas neturi jokių apvalių detalių ir tuo labiau besisukančių.

Nuoseklaus kreipimosi (Sequential Access) atmintyje kiekvienas informacijos blokas taip pat gali turėti adresą, tačiau kreipiantis į jį įrenginys iš pradžių turi surasti tam tikrą žymę reiškiančią juostos (tomo) pradžią, po to blokas po bloko prisikasti iki reikiamojo ir tada atlikti reikiamas operacijas. Kreipiantis į kitą bloką viskas kartojama iš pradžių. Tokio įtaiso pavyzdys informacijos kaupiklis magnetinėje juostoje.

FIZIKINIAI HDD VEIKIMO PRINCIPAI

HDD yra skaitmeniniai įtaisai – juose magnetiniai signalai saugo atitinkama informaciją. Magnetiniai signalai yra įrašomi į metalinius diskus, kurių paviršius yra padengtas magnetine medžiaga.

Disko paviršiuje yra laikoma tik dviejų lygių signalai: viena kryptim ir priešinga kryptimi įmagnetintos paviršiaus vietos. Bet kokiu atveju magnetinė medžiaga įmagnetinta iki soties. Duomenų informacijos blokai yra koduojami ir įrašomi, kaip magnetinio lauko krypčių pasikeitimų seka tam tikrose disko paviršiaus vietose. Skaitymo galvutė reaguoja į magnetinio lauko krypties pasikeitimus, o dekodavimo schemos atstato reikiamą informaciją.

Informacija HDD turi būti saugoma labai tiksliai. Bent viena klaida keliuose milijonuose bitų gali žymiai sugadinti darbą. Kadangi HDD nėra idealūs, todėl juose gali atsirasti klaidų. Tuo tikslu kaupikliuose yra realizuojamos specialios schemos, kurios randa bei ištaiso klaidas.

Be to reikia priminti, kad induktyvinės nuskaitymo galvutės fiksuoja tik magnetinio lauko pasikeitimą, o magnetorezistyvinės galvutės atkartoja įrašyto signalo formą. Įvertinus standžiojo disko parametrus: galvučių konstrukciją, magnetines medžiagos savybes, galvučių slydimo greitį bei aukštį ir t.t., gaunamas maksimalus įsimagnetinimo pasikeitimo tankis (maksimalus kiekis zonų su priešinga įmagnetinimo kryptimi colyje (FCI)). Norint gauti kuo talpesnius HDD siekiama efektyviausiai
išnaudoti takelių ilgį, turimai informacijai užrašyti. Tuo tikslu yra naudojamos įvairios kodavimo rūšys: FM (Frequency Modulation), MFM (Modified Frequency Modulation), RLL (Run Length Limited), PRML (Partial Response Maximum Likelihood) ir kt.

HDD pagrindinės dalys

Pagrindinės HDD dalys yra pavaizduotos 1 paveiksle.

1 pav. Hdd pagrindinės dalys

Diskai

Standžiųjų diskų besisukantys diskai gali būti tiek kieti, tiek ir lankstūs. Tačiau medžiagos, iš kurios jie yra padaryti, matmenys turi labai mažai keistis kintant aplinkos temperatūrai, bei senstant. Lanksčių diskų gamybai dažniausiai naudojami: mailaras arba lavsanas, o standžiųjų diskų gamybai dažniausiai naudojamas aliuminis, tačiau gali būti naudojamas ir stiklas, kuris yra kietesnis ir gali būti plokštesnis, šios savybės naudingos esant aukštom apsisukimų per minutę reikšmėm, bet jis yra labai trapus. Diskų paviršius yra padengiamas magnetine medžiaga, kurios pagrindą dažniausiai sudaro geležies oksidas. Saugoma informacija yra tam tikras šio paviršiaus įmagnetinimas atitinkamose disko vietose. Informacijos įrašymo tankis priklauso nuo magnetinės medžiagos kokybės (grūdėtumo ir t.t.). Dažnai, kaip rišamoji medžiaga yra panaudojami dažai, tačiau yra pagaminami dažai turintys magnetinių savybių ir atlieka magnetinės medžiagos funkciją disko paviršiuje. Daug didesnį informacijos įrašymo tankį galima pasiekti naudojant metalines magnetines medžiagas (Plated Media).

Įrašymo – nuskaitymo galvutės

Tradiciškai informacijos įrašymui bei nuskaitymui naudojamos magnetinės galvutės, kurių sudedamosios dalys yra ritė užvyniota ant magnetinės šerdies su tarpeliu (2 paveikslas).

2 pav. Magnetinė galvutė

Įrašinėjant galvutė įmagnetina magnetinės medžiagos sluoksnį esantį po šerdies tarpu. Magnetinio lauko kryptį nustato apvijomis tekančios srovės kryptis. Kai magnetinė nuskaitymo galvutė slenka įmagnetintu takeliu, tose vietose, kur keičiasi magnetinio lauko kryptis, indukuojasi įtampos impulsai, kurių kryptis priklauso nuo lauko pasikeitimo krypties. Taigi nuskaitant signalą gaunami atitinkami impulsai. Į tai atsižvelgiama parenkant kodavimo būdą. Optimali galvučių konstrukcija informacijos įrašymui bei nuskaitymui yra skirtinga, todėl praktikoje gaminamos galvutės kurios yra kompromisinis variantas. Pirmosios tokios galvutės turėjo rites suvyniotas iš plonos vielutės, tačiau jas apkeitė galvutės gaminamos pagal TF (Thin Film) technologiją. Bet šiuo metu naudojamos kitokios galvutės.

Šiuolaikiniuose HDD naudojamos magnetorezistyvinės (MR – magnetoresistive), patobulintos magnetorezistyvinės (MRx – extended magnetoresistive) galvutės, o ateityje numatoma panaudoti GMR (Giant magnetoresistive head) galvutes. MR ir GMR galvučių schemos pavaizduotos 3 paveiksle.

3 pav. GMR ir MR galvučių struktūra

Paveiksle pavaizduotos IBM firmos gaminamų galvučių schemos. Kaip matome iš paveikslo, viename korpuse realizuotos dvi galvutės: induktyvinė įrašymo galvutė padaryta pagal TF technologiją ir skaitymo galvutės MR arba GMR. Skaitymo galvutės sensoriai yra tarp dviejų ekranų, kurie gerokai nuslopina nereikalingą magnetinį lauką kuris sklinda nuo disko, todėl MR ar GMR sensoriai „mato“ tik bito, kurį reikia nuskaityti, magnetinį lauką. Atskirai realizuotų galvučių parametrai būtų gal kiek ir geresni, tačiau sujungta galvutė turi keletą privalumų: tokios galvutės yra pigesnės, nes reikia atlikti mažiau operacijų gaminant galvutes, jos geriau tinka HDD, nes atstumas tarp įrašymo ir skaitymo elementų yra minimalus.

Šių galvučių veikimo principas pagrįstas medžiagos varžos magnetiniame lauke anizotropijos efektu (AMR – anisotropic magnetoresistance). Jose per MR ar GMR sensorius yra praleidžiama etaloninė srovė, įtampos kritimas juose proporcingas magnetinio lauko stiprumui po sensoriumi esančioje disko vietoje. Todėl tokios galvutės atkartoja signalo formą, o ne fiksuoja magnetinio lauko krypties pasikeitimus.

MR ar GMR sensoriai yra labai ploni, jeigu sudėsime vieną ant kito 250000 sensorių, tai jų aukštis nesieks colio (apie 2.5 cm.). Pagrindinis skirtumas tarp šių sensorių tas, jog skiriasi jų jautrumas, matuojamas varžos kitimo diapazonu. Be to MR varžos kitimas pagrįstas natūralia puslaidininkio savybe, o GMR veikimas pagrįstas elektronų savybėmis. Kaip matyti iš 4 paveikslo GMR beveik du kartus jautresni už MR sensorius.Jautraus sluoksnio storis, µm.

4 pav. MR ir GMR sensorių jautrumas

Tipinė magnetorezistyvinė medžiaga yra Ni – Fe lydinys, kai jame magnetinio lauko kryptis lygiagreti srovės tekėjimo krypčiai, elektronams yra trukdoma laisvai judėti (dažniau susiduria su atomais), todėl varža padidėja.

5 pav. MR galvutės veikimo principas

Kai nėra skersinio magnetinio lauko magnetinio lauko kryptis lygiagreti tekančiai srovei, todėl varža yra didesnė. Skersinis magnetinis laukas keičia magnetinio lauko kryptį jautriame sluoksnyje, tokiu būdu mažindamas varžą. Vienok teigiama ir neigiama magnetinio lauko kryptis sukurs tokią pačią sluoksnio varžą (6 paveikslas). Todėl praktikoje yra panaudojama charakteristikos dalis.

6 pav. GMR galvutės varžos priklausomybė nuo magnetinio lauko

GMR galvutėse yra panaudojamas elektronų sukimasis apie
Elektronai, kurių sukimosi kryptis lygiagreti magnetinio lauko krypčiai juda laisviau, todėl medžiagos varža yra mažesnė. Jeigu spino kryptis priešinga magnetinio lauko krypčiai, elektronai yra stabdomi, todėl varža padidėja. Kaip GMR sensoriaus varža priklauso nuo magnetinio lauko pavaizduota 7 paveiksle.

7 pav. GMR galvutės varžos priklausomybė nuo magnetinio lauko

Kaip matome iš 7 paveikslo GMR sensoriams galima panaudoti priešingų krypčių magnetinius laukus, kurių stiprumą parenka taip, kad būtų panaudojama tiesinė charakteristikų dalis.

Labai svarbu yra kad galvutė būtų tam tikrame aukštyje nuo disko paviršiaus. Galvutės padėtis bei atstumas nuo disko Western Digital standžiuosiuose diskuose pavaizduota 8 paveiksle.

8 pav. WD HDD galvučių padėtis, bei skriejimo aukštis.

Galvutės palaiko tokį aukštį veikiamos aerodinaminės jėgos. Jeigu galvutė nukrenta ant disko darbinio paviršiaus, nustojus suktis diskams, gali būti pažeisti tiek galvutė, tiek ir disko paviršius. Kad to neatsitiktų, yra tam tikra galvučių sustojimo (Park) zona, kuriose leidžiama galvutėms prisiglausti prie diskų. Šiuolaikiniuose standžiuosiuose diskuose galvutės nukreipiamos į sustojimo zoną automatiškai kai: sumažėja maitinimo įtampa arba sumažėjus diskų sukimosi greičiui iki tam tikros leistinos reikšmės. Taip pat galvutės liks stovėjimo zonoje tol, kol nepasieks reikiamo sukimosi greičio. Galvučių skriejimas negali labai kisti, nes tokiu atveju, kai galvutė yra per aukštai, informacija gali būti nenuskaitoma arba nuskaitoma su klaidom. Western Digital naujuose HDD įrengia skrydžio aukščio stebėjimo sistemą, kuri esant netinkamam aukščiui nutraukia įrašymo procesą. Skrydžio aukštį nustato jėga, kurią nustato diskų sukimosi greitis (senuose HDD 3600 aps./min., naujesniuose 5400 aps./min., naujausiuose 7200 arba 10000 aps./min.), galvutės sparno forma, oro tankis, kuri atsveria prispaudžiančių spyruoklių tamprumo jėgą. Todėl aukštai kalnuose ar giliai po vandeniu (pvz. povandeniniame laive) reikalingi specialūs standieji diskai, pritaikyti atitinkamam oro tankiui. Kadangi yra panaudojamos abi disko pusės, o diskų HDD būna nuo 1 iki 8, tai galvutės yra apjungiamos nukreipimo mechanizme, kuris nukreipia galvutes į reikiamą vietą.

Šiuo metu Jūs matote 30% šio straipsnio.
Matomi 1603 žodžiai iš 5335 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.