Материал: 5180

71

подобен дискетам и встроенному для его чтения–записи дисководу FDD (Floppy Disk Drive). Накопитель на жестком диске внешне представляет собой прочный металлический корпус. Он полностью герметичен и защищает дисковод от частичек пыли, которые при попадании в узкий зазор между головкой и поверхностью диска могут повредить чувствительный магнитный слой и вывести диск из строя. Внутри корпуса находятся сами диски, на которых хранится информация, головки, которые записывают и считывают информацию с дисков, а также двигатели, приводящие все это в движение. Кроме того, корпус HDD экранирует накопитель от электромагнитных помех.

Диски винчестера представляют собой пластины (как правило, на основе алюминиевых сплавов) с нанесенными на них ферромагнитными слоями. Новейшие модели жестких дисков работают со слоем толщиной порядка десяти микрон. Такое покрытие более прочно и, кроме того, позволяет значительно увеличить плотность записи. Технология его нанесения близка к той, которая используется при производстве интегральных микросхем.

Магнитные головки считывают и записывают информацию на диски по следующему принципу. Цифровая информация преобразуется в переменный электрический ток, поступающий на магнитную головку, а затем передается на магнитный диск, но уже в виде магнитного поля, которое диск может воспринять и «запомнить». Под воздействием внешнего магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с его направлением. Таким образом сохраняется записанная на диск информация.

Работа магнитных головок осуществляется следующим образом. Головки для чтения–записи закреплены на одном кронштейне, и все одновременно перемещаются с помощью высокоточного шагового двигателя и как бы «плывут» над поверхностью дисков на расстоянии в доли микрона, не касаясь его. На поверхности дисков в результате записи информации образуются намагниченные участки в форме концентрических окружностей. Они называются магнитными дорожками. Перемещаясь, головки останавливаются над каждой следующей дорожкой. Совокупность дорожек, расположенных друг под другом на всех поверхностях, называют цилиндром. Все головки накопителя перемещаются одновременно, осуществляя доступ к одноименным цилиндрам с одинаковыми номерами.

Основными отличиями от FDD является то, что HDD имеет на одной оси 2–3 диска (соответственно от 4 до 6 поверхностей) с высокой плотностью расположения дорожек на одной рабочей поверхности, что и сказывается на его

72

большой емкости. Иногда наружные поверхности крайних дисков (или одного из них) не используются, что позволяет уменьшить высоту накопителя, но при этом количество рабочих поверхностей уменьшается и может оказаться нечетным.

Как отмечалось, в корпусе винчестера располагается собственный привод (двигатель) и небольшая плата, обеспечивающая поддержку в работе на аппаратном и программном уровнях, что определяет винчестер как самостоятельное устройство, которое легко переставить на другой компьютер и использовать всю имеющую на нем информацию (рис. 13).

Винчестеры отличаются между собой, прежде всего, форм-фактором, т.е. габаритами дисковых пластин. На первых поколениях ПК использовался формфактор 5,25 дюйма. Сегодня для настольных систем применяются 3,5 дюйма, а для ноутбуков 2,5 дюйма. Просматривается дальнейшая тенденция уменьшения размеров дисковых пластин, и сегодня на рынке предлагаются HDD с пластинами менее одного дюйма. Малогабаритные винчестера активно внедряются на портативных компьютерных устройствах: сверхтонких ноутбуках, планшетных ПК, карманных компьютерах.

Рис. 13. Общий вид винчестера.

Основными характеристиками винчестера являются:

Самым главным параметром естественно является его емкость. На современных компьютерах она составляет 80, 120, 160, 200 и более Гбайт (уже имеются винчестера емкостью 800 Гбайт).

73

Скорость вращения дисков накопителя (шпинделя). Сегодня широко применяются HDD со скоростью 5400, 7200 об/мин. На рынок проникают и более производительные винчестера со скоростью 10000, 15000 об/мин, но они, как правило, используются для серверов.

Объем буферной памяти (иногда называют кэш-памятью) является одной из важнейших характеристик диска и в большинстве моделей составляет от 2 до 8 Мбайт, но в последнее время начали выпускаться HDD с буфером 16 Мбайт. В эту область памяти помещаются на временное хранение наиболее часто используемые данные, что сказывается на быстродействии компьютера.

Скорость работы жесткого диска. Она характеризуется двумя параметрами: скорость чтения–записи данных и среднее время доступа к данным. Время доступа современных дисков варьируется от 10-12 миллисекунд (мс) до 4–5 мс. Скорость чтения–записи составляет от 66 Мбайт/с до133 и более. Скорость работы жесткого диска прежде всего зависит от угловой скорости вращения шпинделя.

Стоимость одного Гбайта информации. Она составляет сегодня 0,25-0,5$. Следует отметить, что эта стоимость постоянно снижается. И чем большего объема приобретается винчестер, тем цена одного Гбайта ниже. К примеру, сегодня розничная цена винчестера фирмы Seagate емкостью 160 Гбайт составляет 2 100

руб.(80$), а 320 Гбайт – 3 300 руб.(127$).

Способ подключения к материнской плате или тип интерфейса.

5.1. Интерфейсы для дисковых накопителей

Для того чтобы обмениваться данными с микропроцессором, оперативной памятью и другими компонентами ПК, жесткий диск подключен к материнской плате специальным шлейфом, по которому передаются данные и команды управления диском. Этот шлейф подключается к разъему на материнской плате, который и является выводом локальной шины (интерфейса). Рассмотрим различные интерфейсы подключения жестких дисков. Различают HDD, главным образом, по способу подключения (интерфейсу) к материнской плате. Физически разъем имеет разные размеры и количество контактов. Кроме того, различные интерфейсы реализуют и совершенно различные способы передачи

74

информации по локальной шине.

В компьютерных технологиях на сей момент известны два способа передачи информации от внутренних и периферийных устройств – параллельный и последовательный. Ранее уже отмечалось, что намечается постепенный переход на применение последовательного варианта, который упрощает конструкцию материнской платы, за счет меньшего количества проводящих каналов.

Длительное время подключение дисковых устройств (винчестера, CD-, DVD ROM) к материнской плате осуществлялась только на технологии параллельного способа подключения. Сегодня его называют как PATA (Parallel ATA). С 2001 года начал внедряться новый интерфейс Serial ATA (SATA). Новый Serial ATA, как следует из названия, является последовательным.

Название PATA появилось в литературе относительно недавно (с 2003 года) в связи с появлением на рынке винчестеров модельного ряда SATA. До этого все они имели единый интерфейс, который развивался, прежде всего, в плане увеличения скорости передачи данных по локальной шине.

IDE/АТА. Первоначально все винчестера характеризовались как IDE (Integrated Drive Electronics) — это название типа интерфейса. IDE был разработан фирмой Western Digital (США) в 80-е годы ХХ века. Интерфейс состоит из аппаратной и программной частей. EIDE (Enhanced Integrated Drive Electronics) является развитием более ранней версии интерфейса IDE.

Имеется и другие варианты названия этих же винчестеров – ATA (AT Attachment). Национальным институтом стандартизации США (ANSI) была разработана и принята серия стандартов для дисковых устройств АТА (AT Attachment, то есть относящихся к классу машин типа IBM AT).

Названия указанных стандартов используются как синонимы наименований интерфейсов IDE и EIDE. В аналогичном смысле применяются также термины IDE/ATA и ATA/IDE. ATA характеризует техническое исполнение жесткого диска (HDD) с контроллером, интегрированным в систему самого жесткого диска. Существует несколько версий АТА, разработанных комитетом стандартов. Известны такие названия как ATAPI; ATA-2; ATA- 3,АТА-4, ATA-5, ATA-6. АТА не предназначен для внешних подключений и не поддерживает шлейфы длиной более 60 см. ATAPI (AT Attachment Packet Interface) предназначался для подключения CD дисководов. ATAPI позволяет подключать к ПК другие периферийные устройства при помощи стандартного шлейфа IDE (в частности, дисководы CD-ROM, внешние архивирующие

75

устройства типа Zip). Один канал АТА может поддерживать до двух дисков, первичный — master и вторичный — slave. Очень часто ставят на один канал жесткий диск как master и другое, более медленное устройство типа CD-ROM

как slave.

На рынке присутствуют четыре основных стандарта IDE-дисков: АТА/33, АТА/66, АТА/100 и АТА/133, последние два из которых используются в настоящее время. В данном случае число показывает максимальную пропускную способность в мегабайтах в секунду. Для АТА/66, АТА/100и АТА/133 требуется специальный 80-контактный шлейф, а со стандартным 40-контактным АТА/66/100 диск будет работать, как АТА/33. Как правило, такой кабель идет в комплекте со всеми материнскими платами, поддерживающими АТА/66/100/133. Эти стандарты называют одним словом — Ultra DMA – этот интерфейс, разработан фирмой Quantum. Все IDE-контроллеры современных чипсетов поддерживают режимы работы UltraDMA 33/66/100/133.

SATA. В чем принципиальная разница между IDE/АTA (PATA) и новым Serial ATA. Новый Serial ATA, как следует из названия, является последовательным, а устаревший IDE/ATA имеет параллельный интерфейс. Главным основанием при переходе с параллельного на последовательный интерфейс (помимо увеличения скорости передачи данных, об этом ниже) можно считать отказ от использования многожильного 80-контактного шлейфа (UDMA 66/100 и 133) длиной не более 0,60 м в пользу более тонкого (кабель с семью проводами, разъемы всего 8 мм шириной) шлейфа SATA длиной до 1 м. Благодаря узкому и длинному кабелю упрощается компоновка устройств и улучшается вентиляция внутри корпуса ПК.

У интерфейса SATA есть два главных преимущества. Первое – максимальная пропускная способность 150 Мбайт/сек, причем это только в первой версии, а затем планируется постепенный переход на 300 или даже 600 Мбайт/сек. Второе – возможность горячего подключения (hot swap), что снижает риск случайного повреждения HDD и упрощает процесс сборки.

SCSI. SCSI (Small Computer System Interface) высокоскоростной интерфейс для подключения прежде всего дисковых накопителей, а также для устройств где необходимо вводить большие объемы информации (например, сканер). SCSI был разработан в начале 1970-х годов для мини-ЭВМ. Основной задачей того времени было (да и остается сегодня) увеличение скорости обмена информации между периферийными устройствами. SCSI обеспечивает скорость обмена до 160 Мбайт/с, что сегодня достигают и другие новые интерфейсы – SATA. SCSI