Магнитные диски

Внешняя память

Внешняя память – предназначена для долговременного хранения большого объема информации. Это энергонезависимаяпамять, так как в ней хранится информация независимо от того подключен компьютер или нет к источнику электрического питания. В качестве внешней памяти компьютера используются различные диски, на которых хранится информация. Их и называют носителями информации.

В настоящее время используется три вида носителей информации:

– магнитные диски,

– оптические диски,

– магнитооптические диски.

Магнитные диски – это диски, покрытые с двух сторон тонкой пленкой из магниточуствительного материала. Поверхности диска, на которые наносится информация, называются рабочими поверхностями. Конструктивно магнитные диски выполняются двух видов:

– жесткие,

– гибкие.

Жесткие магнитные диски

Жесткие диски выполнены из твердого, но легкого металлического сплава. На жестких дисках выполнена внешняя память компьютера.

Она представлена устройством, называемым винчестер. Винчестер размещается в системном блоке компьютера и представляет собой несколько жестких магнитных дисков, закрепленных на общей оси. Вся эта конструкция помещается в корпус, называемый гермоблоком. Вопреки распространенному мнению этот корпус не является герметичным и сообщается с окружающим воздухом через специальный фильтр. Это очень важный момент, так как при полной его герметичности любой перепад давления, например перевозка винчестера в грузовом отсеке самолета, привела бы к деформации корпуса винчестера и порче прецизионного механизма. Задача этого фильтра состоит в задерживании твердых частиц, находящихся в воздухе и недопущении их попадания вовнутрь гермоблока. Другой фильтр, располагаемый внутри корпуса, улавливает частицы, отлетающие от поверхности диска.

Информация на магнитных дисках размещается вдоль концентрических окружностей, называемых дорожками. Каждая дорожка делится на определенное количество участков, называемых секторами. Сектор хранит минимально доступное количество информации. Объем информации, размещаемой в секторе, составляет 512 байт. Один или несколько секторов, расположенных подряд, образуют кластер. Кластер – это минимальная единица информации, которая может быть записана или считана с диска.

В заголовках дорожек и секторов записаны их характеристики (номера, размер и др.), а после каждого сектора помещена контрольная сумма всех его данных. Сектора на дорожках не обязательно номеруются по порядку. Широко известен способ, когда сектора чередуются на дорожках не последовательно, а в порядке 1-4-7-2-5-8-3-6-9. Делается это для того, чтобы компьютер успевал получить все данные до подхода следующего по порядковому номеру сектора. Доступ к информации на магнитном диске определяется четырьмя координатами:

- номер стороны диска,

- номер дорожки,

- номер сектора,

- номер байта.

Такой доступ называют доступом на физическом уровне. На диске информация хранится в виде файлов. Файл – это любая информация, имеющая имя и размещенная на носителе информации. При поиске нужной информации пользователь не указывает ее координаты, а дает ее имя. По имени файла операционная система компьютера ищет его физическое место на диске, которое указывается в специальных служебных таблицах. Следует иметь в виду, что сектора с содержанием какого – либо файла совсем не обязательно располагаются рядом в одном месте диска. При записи система активно использует свободные места. В результате отдельные части файла могут располагаться в различных частях диска. Операцией перемещения головок управляет контроллер накопителя.

В винчестере используются диски одного диаметра и располагаются друг под другом. Дорожки одного диаметра на различных дисках образуют цилиндр. Количество цилиндров, число дорожек на нем, а также количество секторов на дорожке определяет формат диска. Формат винчестера задается при его конструировании и никакому изменению не подлежит. Форматирование (разметка) винчестера всегда выполняется на заводе–изготовителе с использованием высокоточного стенда. Устройство диска и размещение дорожек на нем приведено на рис. 2.1

дорожки

Магнитные

головки

Рабочие поверхности

 

 

Рис.2.1 Схема разметки диска

Перед записью информации на вновь изготовленный магнитный диск его следует отформатировать, то есть разметить на дорожки и секторы. Это делается для того, чтобы сделать дисковую поверхность адресуемой. При форматировании вся дисковая поверхность разделяется на две области:

– системная область,

– область данных.

В системной области находятся:

– загрузочная запись, в которой размещается системный загрузчик и блок параметров диска, определяющий формат диска;

– таблица размещения файлов (File Allocation Table – FAT), которая представляет собой карту области данных. В этой карте записывается состояние каждого кластера и устанавливается цепочка кластеров, занимаемых одним файлом. Файл занимает целое число кластеров, при этом последний кластер может быть задействован не полностью. Каждый элемент FAT содержит либо номер следующего кластера, принадлежащего одному файлу, либо специальный код:

– 0 – кластер свободен,

– 65521 – кластер дефектный,

– 65522 – кластер последний в файле.

В связи с особой важностью FAT хранится на диске в двух экземплярах;

– корневой каталог, в котором хранится информация о каждом файле (время создания, дата создания, размер) и номер кластера, указывающий физическое расположение файла или каталога в области данных. При удалении файла происходит не физическое стирание информации, а удаление только первого символа имени файла, после этого такой файл становится недоступным для стандартных команд операционной системы, и кластеры, которые файл ранее занимал, объявляются свободными. Информация на этих участках диска хранится до тех пор, пока в них не будет помещена новая информация.

В области данных размещается вся информация, из которой состоят файлы.

 

магнитная

головка

магнитный диск

направление перемещения

Рис. 2.2. Схема записи и чтения информации с магнитных дисков.

На рис.2.2 приведена схема, позволяющая понять принцип записи и чтения информации на магнитные диски. При записи информации над дорожкой устанавливается магнитная головка, на расстоянии над поверхностью диска исчисляемом микронами. Головка представляет собой магнитопровод, на который намотана обмотка. В определенный момент времени в обмотку подается импульс напряжения одной полярности. Этот импульс порождает в обмотке импульс тока, а тот, в свою очередь, импульс магнитного потока. Магнитный поток замыкается по магнитопроводу головки, проходит через воздушный зазор и через участок магнитной поверхности диска, находящегося в этот момент под магнитной головкой. Этот участок дорожки на магнитном диске намагничивается соответствующей полярностью. При подаче на головку импульса другой полярности, другой участок диска намагничивается противоположной полярностью. Участок, намагниченный одной полярностью, воспринимается как логическая единица, а участок, намагниченный противоположной полярностью, воспринимается как логический нуль. Таким методом записывается информация в закодированном виде.

При чтении информации все действия происходят в обратном порядке. Намагниченный участок диска, перемещаясь под магнитной головкой, наводит в ее обмотке импульс э.д.с. одной или другой полярности, что воспринимается как логическая единица или логический нуль.

Объем современных винчестеров исчисляется десятками Гбайт.

Гибкие магнитные диски

В качестве переносных носителей информации используются гибкие магнитные диски, называемые дискетами. Они выполняются на пластиковой основе и имеют диаметр 89 мм или 3.5 дюйма. Для предохранения рабочих поверхностей магнитного диска от случайных разрушений диск помещают в жесткий пластиковый конверт, который практически полностью закрывает рабочие поверхности диска. В нижнем углу конверта имеется переключатель защиты диска от записи. При положении переключателя в нижнем положении запись новой информации на дискету, а также удаление имеющейся информации становится невозможной. Предельный объем хранимой информации этих дискет составляет 1.44 Мбайт. Перед нанесением информации на дискету в первый раз ее следует разметить, то есть отформатировать. Форматирование дискет осуществляется с помощью специальных программ. Операционная система Windows, устанавливаемая при продаже компьютера, содержит такую программу. Принцип разметки и нанесения информации на дискеты такой же, как и на жестких дисках, описанный выше.

Для работы с дискетами в компьютере предусмотрено устройство, называемое дисководом. Дисковод размещается в системном блоке, на передней его панели имеется щель, в которую вставляется дискета. При полностью вставленной дискете ее подвижная металлическая шторка отодвигается, открывая щель доступа магнитных головок к рабочим поверхностям для выполнения чтения или записи информации. При выполнении операций чтения или записи информации магнитные головки с помощью специального микродвигателя перемещаются в радиальном направлении от внешней границы дискеты к ее центру и наоборот. При этом сам магнитный диск вращается со скоростью порядка 300 об/мин. Для ориентации правильного расположения диска на его конверте располагается стрелка. Правильное положение вставленной в дисковод дискеты соответствует состоянию, когда эта стрелка находится на верхней поверхности, в левом углу впереди.

Недостатком магнитных дисков следует считать потерю или искажение информации при попадании этих дисков в магнитные поля, что приводит к размагничиванию диска. Такие случаи возможны, если дискета находится рядом с включенным электродвигателем или трансформатором, которые создают магнитные поля рассеивания.