|
Введение
Жесткие диски в настоящее время являются наиболее важной энергонезависимой памятью в архитектуре различных компьютерных систем. Устройство этих дисков, некоторые интерфейсы для их подключения, способы объединения и некоторые файловые системы, необходимые для работы с ними, рассмотрены в данном реферате.
1. Устройство жесткого диска
1.1. Физическое устройство
Основные составляющие
Жесткий диск - энергонезависимое устройство для хранения данных на магнитных поверхностях дисков. Жесткий диск состоит из нескольких дисков (тарелок), вращающихся вокруг общей оси с помощью шариковых или гидростатических подшипников (при последних меньше трения, следовательно, более низкий шум и высокая надёжность).
Каждый диск с обеих сторон покрыт тонким слоем магнитной "пленки", на которую и записываются данные. Сами же диски изготавливают из немагнитного материала, например, из алюминия, покрытого слоем магнитного вещества. Более старые устройства использовали оксид железа-3, более новые используют сплав на основе кобальта, который наносится на тарелку напылением. Магнитная поверхность разделяется на мелкие магнитные области, каждая из которых используется для представления двоичной единицы информации. Каждая из этих магнитных областей так же разделяется на магнитные зерна (несколько сотен), каждое из которых имеет магнитное поле, вектор этого поля имеет определённое направление. Магнитные поля всех зерен одной области имеют одинаковое направление, поэтому вся область также имеет магнитное поле с тем же направлением вектора.
Информация записывается на диск на высокой скорости: над поверхностями вращающихся пластин очень близко к их поверхностям движутся головки чтения/записи. Для каждой магнитной поверхности есть своя головка чтения/записи, все они закреплены на общем рычаге (actuator arm, рычаг исполнительного механизма). Этот рычаг двигает головки по дуге поперек дисков в то время, когда они вращаются, позволяя каждой головке достичь любой точки поверхности диска.
Магнитная поверхность
Магнитная поверхность диска изменяет намагниченность при воздействии поля записывающей головки, которое является достаточно сильным и точно позиционируемым. Информация может быть прочитана магнитным сенсором, который является частью той же головки. Сенсор определяет изменение магнитного потока - изменяется электрическое сопротивление материала, из которого он сделан (магниторезистивный материал). Эта информация и переводится электроникой в набор нулей и единиц. Данные на диске записываются не направлением магнитного поля в определенном участке, а изменением этого направления между такими участками. Если намагниченность меняется между двумя областями, это означает одно состояние, в противном случае другое.
В более старых устройствах, читающая головка была небольшим индуктором (индукционной катушкой), обычно наполненным парамагнитным материалом, чтобы усилить сигнал. Когда такая головка проходит над границей, разделяющей области с противоположными направлениями магнитных полей, она поддается воздействию магнитного потока, который переводится индуктором в электрический заряд.
Причина, по которой вместо непрерывного магнитного материала используют магнитные зерна, в том, что зерна уменьшают пространство, необходимое для одной магнитной области. В непрерывных магнитных материалах появляются образования, которые на разных участках имеют разные направления магнитных полей. В таких образованиях разнонаправленные магнитные поля ослабляют друг друга, и получается, что перевод от одной области, хранящей данные, к другой производится через расстояние, равное ширине такого образования. Эта ширина называется шириной перехода (transition width). Зерна решают эту проблему, поскольку каждое зерно порождает отдельное магнитное поле. Это означает, что магнитные поля не могут расти и тем более формировать описанные образования. В этом случае ширина перехода равна диаметру зерна. Поэтому в разработке жестких дисков важную роль имеет уменьшение размера зерна.
Корпус
Жесткие диски защищены корпусом, который защищает их от пыли, конденсации и других источников загрязнения. Читающие/записывающие головки держатся над поверхностью дисков на расстоянии нескольких нанометров на воздушной подушке. Поверхность диска и внутреннее пространство, закрытое корпусом, должно быть полностью защищено, чтобы предотвратить повреждения. Никакие микроскопические частицы не должны попадать в пространство между головкой и диском.
Система жесткого диска зависит от давления воздуха внутри устройства, необходимого для поддержания головок на нужной высоте относительно вращающихся дисков. Взаимодействие со внешней средой производится через небольшое отверстие (или несколько отверстий) в корпусе, обычно снабжённых угольным фильтром с внутренней стороны. Если давление воздуха слишком низкое, не будет нужной подъемной силы для головки, она не будет находиться на нужной высоте, тогда появляется риск падения головки и потери данных. Специально изготовленные защищенные герметичные устройства подойдут для работы на большой высоте над уровнем моря (около 3 км). Это, конечно, не относится к устройствам, которые будут работать в кабине самолета, т.к. давление в них поддерживается подходящее. Некоторые современные устройства имеют температурные датчики и работают с учетом снятых показаний.
Падение головок
Очень высокая влажность в течение длительного периода может ускорить изнашивание головок и дисков из-за коррозии. Если устройство использует технологию "Contact Start/Stop" (CSS) для парковки головок в неработающем состоянии, повышенная влажность может привести к прилипанию головок к поверхности диска. Это может привести к
|
|
Список литературы
[1] Hard drive disks, http://en.wikipedia.org/wiki/Hdd
[2] Parallel ATA, http://en.wikipedia.org/wiki/Parallel_ATA
[3] Serial ATA, http://en.wikipedia.org/wiki/Serial_ATA
[4] S.M.A.R.T., http://en.wikipedia.org/wiki/Self-Monitoring%2C_Analysis%2C_and_Reporting_Technology
[5] PC Technology Guide, "SMART", сентябрь 2006, http://www.pctechguide.com/31HardDisk_SMART.htm
[6] FAT, http://en.wikipedia.org/wiki/Fat
[7] NTFS, http://en.wikipedia.org/wiki/Ntfs
[8] RAID, http://en.wikipedia.org/wiki/Redundant_array_of_independent_disks
[9] Кленин А. С. Методические указания по подготовке и защите отчётов на специализации "Прикладная математика. Системное программирование", ДВГУ, 2005, http://imcs.dvgu.ru/lib/repplan/RepPlan.rar
|
На уровень вверх
Купить