Festplatte Magnetplatten(Festplatte, Festplatten,Hart Diskettenlaufwerk- HDD) sind Geräte zur langfristigen Speicherung von Informationen. Als hartmagnetische Laufwerke können Laufwerke wie z Winchester. Der Begriff „Winchester“ ist umgangssprachlich für das erste Modell Festplatte mit einer Kapazität von 16 KB (IBM, 1973), das über 30 Spuren mit 30 Sektoren verfügte, was zufällig mit dem Kaliber 30/30 des berühmten Jagdgewehrs übereinstimmte eutwecmep. Diese Laufwerke verfügen über eines oder mehrere Festplatte Die aus Aluminiumlegierungen oder Keramik gefertigten und mit Ferrolack beschichteten Geräte werden zusammen mit einem Block magnetischer Lese-/Schreibköpfe in einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse untergebracht. Unter den Scheiben befindet sich ein Motor, der für die Drehung der Scheiben sorgt, und links und rechts befindet sich ein Drehpositionierer mit Kipphebel, der die Bewegung der Magnetköpfe entlang eines Spiralbogens steuert, um sie auf dem gewünschten Zylinder zu installieren. Die Kapazität von Festplatten erreicht dank der extrem dichten Aufzeichnung durch magnetoresistive Köpfe in solch hermetischen Strukturen mehrere zehn Gigabyte; Auch ihre Leistung ist sehr hoch: Zugriffszeit ab 5 ms, Übertragung bis zu 6 GB/s. Magnetoresistive Technologien bieten extrem hohe Aufzeichnungsdichten, sodass 2–3 GB Daten auf einer Platte (Festplatte) gespeichert werden können. Das Aufkommen von Köpfen mit riesigem magnetoresistivem Effekt (GMR – Giant Magnetic Resistance) erhöhte die Aufnahmedichte weiter – die mögliche Kapazität einer Platte erhöhte sich auf 6,4 GB.

Festplatten sind sehr vielfältig. Der Durchmesser der Scheiben beträgt meist 3,5 Zoll (89 mm). Die gebräuchlichste Höhe des Laufwerksgehäuses beträgt: 25 mm für Desktop-PCs, 41 mm für Servermaschinen, 12 mm für Laptop-PCs und es gibt noch andere. Die äußeren Spuren der Scheibe sind länger als die inneren. Daher nutzen moderne Festplatten das Zonenaufzeichnungsverfahren. In diesem Fall ist der gesamte Speicherplatz in mehrere Zonen unterteilt und die äußeren Zonen der Sektoren enthalten mehr Daten als die inneren. Dadurch konnte insbesondere die Kapazität der Festplatten um ca. 30 % gesteigert werden.

Aussehen NMJD mit mit abgenommenem Deckel in Abb. dargestellt. 6.8.

Reis. 6.8. Festplatte mit abgenommener Abdeckung

Es gibt zwei Hauptmodi für den Datenaustausch zwischen Festplatte und RAM:

□ Programmierte Eingabe/Ausgabe(PIO – programmierbarer Ein-/Ausgang);

□ Direkter Speicherzugriff(DMA – direkter Speicherzugriff).

Externe Speichergeräte

RYU ist ein Modus, bei dem die Datenübertragung zwischen einem Peripheriegerät ( Festplatte) und RAM erfolgt unter Beteiligung des Zentralprozessors. Es gibt folgende Übertragungsmodi: RYUO, RYU1, RYU2, RYUZ, RYU4. Darüber hinaus ist RyuO das „langsamste“ und Ryu4 das „schnellste“ (16,6 MB/s). RU-Modi werden in modernen PCs selten verwendet, da sie den Prozessor stark belasten.

DMA- Dies ist ein Modus, in dem die Festplatte ohne Beteiligung direkt mit dem RAM kommuniziert zentraler Prozessor und übernimmt die Kontrolle über den Bus. DMA-Modi für IDE-Schnittstellen unterstützen die Protokolle SW (SingleWord) und MW (MultiWord) und bieten Übertragungsraten von bis zu 66 MB/s (mit dem MW3-DMA-Protokoll). Mit SCSI-Schnittstellen können höhere Übertragungsraten erreicht werden. Daher ist die derzeit beliebteste Schnittstelle Ultra2Wide SCSI (Ultra2 bedeutet „Arbeiten an“) Taktfrequenz 40 MHz; Wide - Busbreite 16 Bit) bietet Durchsatz 80 MB/s, während Sie bis zu 15 Laufwerke an einen Schnittstellencontroller anschließen können. Und die FC-AL-Technologie (Fibre Channel-Arbitrated Loop), die Glasfaser-Kommunikationskanäle für SCSI-Festplatten nutzt, bietet eine Übertragungsgeschwindigkeit von 200 MB/s und die Möglichkeit, bis zu 256 Geräte anzuschließen (wird natürlich nicht verwendet). in PCs, sondern in großen Systemen und in Festplatten-Arrays- ÜBERFALL).

Die Zeit, die benötigt wird, um auf Informationen auf einer Festplatte zuzugreifen, hängt direkt von der Geschwindigkeit der Festplattenrotation ab. Stfür die IDE-Schnittstelle sind 3600, 4500, 5400 und 7200 U/min; Mit der SCSI-Schnittstelle werden Geschwindigkeiten von bis zu 10.000 und sogar bis zu 12.000 U/min erreicht. Bei 10.000 U/min beträgt die durchschnittliche Zugriffszeit 5,5 ms. Um die Geschwindigkeit des Prozessordatenaustauschs mit Festplatten zu erhöhen, sollten Festplatten zwischengespeichert werden. Der Festplatten-Cache hat das Gleiche funktionaler Zweck, der mit dem Cache für den Hauptspeicher identisch ist, d. h. er dient als Hochgeschwindigkeitspuffer für die kurzfristige Speicherung von auf die Festplatte gelesenen oder geschriebenen Informationen. Der Cache-Speicher kann in das Laufwerk integriert oder programmgesteuert (z. B. durch den Microsoft Smartdrive-Treiber) erstellt werden Arbeitsspeicher. Die Kapazität des Festplatten-Cache-Speichers beträgt normalerweise 2 MB und die Geschwindigkeit des Datenaustauschs zwischen dem Prozessor und dem Cache-Speicher erreicht 100 MB/s.

Um weiterzukommen magnetische Medien Um die Festplattenstruktur, einschließlich Spuren und Sektoren, zu ändern, muss ein Vorgang namens „Physical“ oder „Low-Level-Formatierung“ durchgeführt werden. Während dieses Vorgangs schreibt der Controller auf das Medium offizielle Informationen, das die Anordnung der Scheibenzylinder in Sektoren bestimmt und diese nummeriert. Bei der Formatierung auf niedriger Ebene werden auch fehlerhafte Sektoren markiert, um den Zugriff darauf während des Betriebs der Festplatte zu verhindern.

Es gibt auch Technologie SCHLAU(Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology) – eine Selbsttest- und Analysetechnologie, die automatisch die Datenintegrität und den Zustand der Festplattenoberfläche überprüft, Informationen von kritischen Bereichen in normale Bereiche überträgt und andere Vorgänge ohne Benutzereingriff durchführt. Darüber hinaus, wenn es ernst ist

Kapitel 6. PC-Speichergeräte

Fehler SMART gibt umgehend eine Meldung über die Notwendigkeit aus, Maßnahmen zur Datensicherung zu ergreifen.

Ein PC verfügt in der Regel über eine, seltener auch mehrere Festplatten. Allerdings unter MS DOS Software eine physische Festplatte kann in mehrere „logische“ Festplatten unterteilt werden; Dadurch werden mehrere NMDs auf einem Laufwerk simuliert.

Die meisten modernen Laufwerke verfügen über einen eigenen Cache-Speicher mit einer Kapazität von 2 bis 8 MB.

Zu den neuesten Innovationen zählen die Festplatten von 1-0 Data, die im Dezember 2002 drei Modelle mit einer Kapazität von 250 GB vorstellten: interne Speicher UHDI 250 mit Ultra ATA-133-Schnittstelle und externe Laufwerke: HDA-IU 250 mit USB 2.0-Schnittstelle und HDA-IE 250 mit IEEE 1394-Schnittstelle.

Externe Festplatten gehören zur tragbaren Kategorie.

IN In letzter Zeit Tragbare Laufwerke (sie werden auch als externe, mobile, entfernbare Laufwerke bezeichnet und ihre tragbaren Versionen sind Pocket-HDDs) sind weit verbreitet. Tragbare Festplatten werden entweder über die Tastatur oder über den USB-Bus mit Strom versorgt ( mögliche Variante- über PS/2-Port).

Tragbare Festplatten sind sehr vielfältig: von gewöhnlichen Festplatten in separaten Gehäusen bis hin zu den schnell wachsenden Solid-State-Laufwerken.

Die Gehäusegrößen können variieren. Zum Beispiel: 219 x 155 x 44 mm, 143 x 87 x x 27 mm, 126 x 75 x 15 mm usw. Der Formfaktor der Festplatte beträgt am häufigsten 2,5 Zoll und die Kapazität liegt zwischen 1 und 60 GB.

Cornice Inc. (USA) bereitet die Veröffentlichung von Ein-Zoll-Festplatten mit einer Kapazität von 1,5 GB für Ende 2003 vor.

Mit den optischen Laufwerken CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW und DVD-RAM können Sie auch große Datenmengen von einem Computer auf einen anderen übertragen. Ihre Medien sorgen für die Übertragung großer Datenmengen von einem Computer auf einen anderen. Darüber hinaus können diese Laufwerke aufgrund ihrer relativ hohen Leistung für die gleichen Zwecke verwendet werden wie herkömmliche stationäre Festplatten. Solche Geräte können auch zur Lösung von Problemen der Informationssicherung eingesetzt werden. Lassen Sie uns die beliebtesten Arten von Wechseldatenträgerpaketen und -laufwerken auflisten.

Festplatte (Festplatte- Kontrollgerät Festplatte, Winchester, Festplatte, Festplatte, Festplattenlaufwerk (HMD), Hartmagnetisches Festplattenlaufwerk (HMDD)) wird zum Speichern großer Mengen an Benutzerinformationen verwendet.

Abbildung 1. Zerlegte Festplatte

Zweck

Die Festplatte ist das fortschrittlichste und komplexeste Gerät eines modernen PCs. Seine Festplatten können viele Megabyte an Informationen speichern, die mit hoher Geschwindigkeit übertragen werden. Grundprinzipien hart arbeiten Die Festplatte blieb während ihrer Existenz praktisch unverändert. Die Festplatte ist in einem versiegelten Metallgehäuse untergebracht, das das Laufwerk vor Staubpartikeln und elektromagnetischen Störungen schützt.

Die Festplatte dient der langfristigen Speicherung von Informationen, während Daten im laufenden Betrieb gelöscht und geschrieben werden können. Auf einer Festplatte werden große Mengen an Informationen gespeichert. Die Kapazität moderner PC-Festplatten beträgt mehrere Terabyte.

Geschichte

Die erste Festplatte wurde 1973 von IBM entwickelt. Sie konnte bis zu 16 MB an Informationen speichern. Die Scheibe bestand aus $30$-Zylindern, die in $30$-Sektoren unterteilt waren, und wurde als $30/30$ bezeichnet. In Analogie zu den automatischen Gewehren, die ein Kaliber von $30/$30 hatten, wurde diese Scheibe „Winchester“ genannt.

Abbildung 2. Festplatte mit einer Kapazität von 44 $ MB (1980er-Jahre)

Aufbau und Funktionsprinzip der Festplatte

Die Festplatte befindet sich in einem versiegelten Eisenkasten, der Magnetplatten, eine Lese-/Schreibkopfeinheit und einen Elektromotor beherbergt.

Figur 3.

Wenn Sie den PC einschalten, dreht der Elektromotor die Magnetplatte mit einer Geschwindigkeit von mehreren tausend U/min und die Platte dreht sich, solange der PC eingeschaltet ist.

Abbildung 4. Aufbau und Funktionsprinzip der Festplatte

Aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeit der Festplatte „schweben“ spezielle Magnetköpfe darüber, die Informationen schreiben und lesen. Würden die Köpfe die Platte berühren, wäre diese schnell unbrauchbar.

Logische Struktur einer Magnetplatte

• Bootsektor (Boot-Record) – Sektor mit der Nummer $0$, der ein kleines Programm enthält, mit dem der PC ermittelt, ob das Betriebssystem von einer bestimmten Festplatte geladen werden kann;
• Dateizuordnungstabelle, die Informationen über die Platzierung von Dateien auf der Festplatte speichert;
• Datenbereich, der der direkten Datenspeicherung dient und den Hauptteil einnimmt Festplattenplatz.

Grundlegende Festplattenparameter

Kapazität – für Desktop-PCs von 40 $ GB bis zu mehreren TB.

Datenlesegeschwindigkeit.$IDE$ ($ATA$) hat eine maximale Datenübertragungsrate von 2,1–8,3 $ Mbit/s, $EIDE$ ($ATA-2$) – 11,1–33,3 $ Mbit/s. Diese Geschwindigkeit hängt davon ab, wohin die Daten übertragen werden: in CPU-Register oder direkt in den RAM (leistungsstärkerer Modus).

Die Rotationsgeschwindigkeit der Festplatte erreicht 15.000 U/min. Die Rotationsgeschwindigkeit der Festplatte beeinflusst hauptsächlich die Verkürzung der durchschnittlichen Zugriffszeit (Suchzeit). Festplatten drehen sich kontinuierlich, auch wenn nicht auf sie zugegriffen wird, was die Datenübertragungsgeschwindigkeit erhöht, weil... Beim Zugriff wird keine Zeit mit dem Übertakten der Festplatte verschwendet.

Die Standard-Desktop-Geschwindigkeiten betragen 5 400 $, 5 900 $, 7 200 $ und 10 000 U/min. Bei Laptops ist die Drehzahl niedriger – 4\200$, 5\400$ und 7\200$ U/min.

Die Größe des Cache-Speichers, in dem der PC die Daten ablegt, auf die er am häufigsten zugreift.

Firmenhersteller. 7-Dollar-Unternehmen beschäftigen sich mit der Herstellung von Festplatten: Fujitsu, Hitachi, Maxtor, Samsung, Seagate, Toshiba und Western Digital. Darüber hinaus hat jedes Modell eines Herstellers seine eigenen einzigartigen Eigenschaften.

Festplatten-Verbindungsschnittstellen

In modernen PCs gibt es Festplatten mit unterschiedlichen Anschlussschnittstellen:

$IDE$ (oder $ATA$) – Schnittstelle hart verbinden Verbinden Sie das Laufwerk über ein 40-$- oder 80-$-Drahtkabel mit dem Controller. Sie können $2$-Geräte gleichzeitig an ein Kabel anschließen, wofür Sie einige zusätzliche Einstellungen vornehmen müssen.

Serial $ATA$ ($SATA$) ist eine Schnittstelle mit höherer Geschwindigkeit, die von allen modernen Motherboards unterstützt wird. Die Datenübertragung erfolgt über ein siebenadriges Kabel, die Konfiguration der Antriebe erfolgt automatisch ohne weitere Einstellungen.

$SCSI$ ist eine leistungsstarke parallele Schnittstelle, die in serverbasierten Systemen verwendet wird. Motherboards mit $SCSI$-Unterstützung sind selten, daher müssen Sie zum Anschluss von $SCSI$-Festplatten einen zusätzlichen $SCSI$-Controller installieren. In einigen moderne Systeme Ah, es gibt eine Schnittstelle – $SAS$ ( Seriell angeschlossenes SCSI).

2. Festplattenlaufwerke

Die erste Weiterfahrt Festplatte (Hart Scheibe Fahren - Festplatte) wurde 1973 mit IBM-Technologie erstellt und trug die Codebezeichnung „30/30“ (doppelseitige Festplatte mit einer Kapazität von 30 + 30 MB), die mit dem Namen des berühmten „Winchester“-Jagdgewehrs übereinstimmte, das während der Eroberung verwendet wurde des Wilden Westens. Aus diesem Grund werden Festplatten auch „Festplatten“ genannt. 1979 organisierten F. Conner und A. Shugart die Produktion der ersten Fünf-Zoll-Festplatten mit einer Kapazität von 6 MB.

Im Vergleich zu Disketten haben Festplatten folgende Vorteile: deutlich größere Kapazität (um 420 MB Daten zu speichern, ist eine Festplatte erforderlich oder etwa 290 3,5-Zoll-HD-Disketten) und Zugriffszeit für NDD. Sie ist um eine Größenordnung kürzer als für Diskettenlaufwerke.

2.1. Aufbau und Funktionsprinzip

Trotz der großen Vielfalt an Festplattenmodellen sind ihre Funktionsprinzipien und grundlegenden Strukturelemente gleich. In Abb. Abbildung 3.4 zeigt die wichtigsten Designelemente einer Festplatte:

Magnetplatten;

Lese-/Schreibköpfe;

Kopfantriebsmechanismus;

Plattenantriebsmotor;

Leiterplatte mit elektronischer Steuerschaltung.

Ein typischer Antrieb besteht aus einem versiegelten Gehäuse (Hermoblock) und einer Platine elektronische Einheit. Der HDA enthält alle mechanischen Teile und die Platine enthält die gesamte Steuerelektronik. Im HDA ist eine Spindel mit einer oder mehreren Magnetplatten verbaut. Darunter befindet sich der Motor. Näher an den Anschlüssen, auf der linken oder rechten Seite der Spindel, befindet sich ein drehbarer Magnetkopfpositionierer. Der Stellungsregler ist über ein flexibles Flachbandkabel (manchmal auch massive Drähte) mit der Leiterplatte verbunden.

Der hermetische Block ist mit Luft unter einem Druck von einer Atmosphäre gefüllt. In den Abdeckungen der hermetischen Blöcke einiger Festplatten befindet sich ein spezielles, mit einer Filterfolie verschlossenes Loch, das dem Druckausgleich innerhalb und außerhalb des Blocks sowie der Staubaufnahme dient.

Reis. 3.4. Grundlegende Designelemente einer Festplatte

Maße Festplatten werden nach einem Parameter namens Formfaktor standardisiert ( Bilden- Faktor). Beispielsweise haben alle Festplatten mit einem 3,5-Zoll-Formfaktor die Standardgehäuseabmessungen von 41,6 x 101 x 146 mm.

Substrate Magnetplatten Die ersten Festplatten wurden daraus hergestellt Aluminiumlegierung mit Magnesiumzusatz. IN moderne Modelle Das Hauptmaterial für Scheibenplatten ist ein Verbundwerkstoff aus Glas und Keramik mit einem niedrigen Temperaturausdehnungskoeffizienten, der sie weniger anfällig für Temperaturschwankungen und langlebiger macht. Magnetplatten sind in den folgenden Größen erhältlich: 3,5"; 5,25"; 2,5"; 1,8".

Die Scheiben sind mit einer magnetischen Substanz – der Arbeitsschicht – bedeckt. Es kann entweder auf Oxid oder einem dünnen Film basieren.

Oxid-Arbeitsschicht ist eine mit Eisenoxid gefüllte Polymerbeschichtung. Scheiben mit einer solchen Arbeitsschicht zeichnen sich durch einen einfachen und kostengünstigen Herstellungsprozess aus. Es stellte sich jedoch heraus, dass es im Rahmen dieser Technologie nicht möglich war, die erforderliche Qualität der Arbeitsfläche für Speichergeräte mit hoher Kapazität zu erreichen. Die Dünnschichttechnologie hat sie abgelöst.

Arbeitsschicht auf Basis dünner Filme hat eine geringere Dicke und ist haltbarer; die Qualität seiner Oberfläche ist viel höher. Die Dünnschichttechnologie bildete die Grundlage für die Herstellung von Laufwerken der neuen Generation, bei denen es möglich war, den Abstand zwischen Köpfen und Plattenoberflächen auf 0,05 bis 0,08 Mikrometer zu reduzieren und damit die Datenaufzeichnungsdichte zu erhöhen.

Lese-/Schreibköpfe für jede Seite der Disc vorgesehen. Wenn das Laufwerk ausgeschaltet ist, berühren die Köpfe die Festplatte. Beim Abwickeln der Scheiben erhöht sich der aerodynamische Luftdruck auf die Köpfe, was zu deren Trennung von den Arbeitsflächen der Scheiben führt. Je näher der Kopf an der Plattenoberfläche ist, desto höher ist die Amplitude des wiedergegebenen Signals.

Bis Mitte der 1980er Jahre. Wird in Festplatten verwendet Ferritköpfe. Sie wurden ersetzt MIG-Köpfe(MIG - Metall In Lücke) - Köpfe mit Metall im Spalt, was die Verwendung von Medien mit einer Arbeitsschicht auf Basis dünner Filme ermöglichte. Steigende Anforderungen an die Festplattenkapazität haben zur Entstehung von geführt Dünnfilmköpfe (TF - Dünn Film). Die mit Hilfe dieser Köpfe auf der Arbeitsfläche der Platte gebildeten Restmagnetisierungsbereiche weisen klare Grenzen auf, was zu einer hohen Datenaufzeichnungsdichte führt. Als Ergebnis weiterer Verbesserungen im Design und in den Eigenschaften von Dünnschichtköpfen magnetoresistiv(Magneto- Widerstandsfähig - HERR.) Köpfe, die derzeit in den meisten 3,5-Zoll-Festplatten verwendet werden und Kapazitäten von bis zu 75 GB erreichen können.

Kopfantriebsmechanismus sorgt für die Bewegung der Köpfe von der Mitte der Platten zu den Rändern und bestimmt tatsächlich die Zuverlässigkeit des Laufwerks, seine Temperaturstabilität und Vibrationsfestigkeit. Alle vorhandenen Kopfantriebsmechanismen sind in zwei Haupttypen unterteilt: mit einem Schrittmotor und einer beweglichen Spule.

Schrittmotorantriebe haben deutlich längere durchschnittliche Datenzugriffszeiten als Antriebe mit beweglicher Spule. Aus diesem Grund hat der Schrittmotorantrieb seine Hauptanwendung in Diskettenlaufwerken und Festplattenlaufwerken kleiner Kapazität (bis 100 MB) gefunden. Im Gegensatz zu Schrittmotorsystemen verwenden Moving-Coil-Antriebe Elektronik Rückkopplung um die Position der Köpfe genau zu bestimmen und relativ zu den Spuren zu korrigieren. Dadurch ist der Mechanismus schnell und nicht so laut wie ein Schrittmotorantrieb.

Moderne Antriebe haben automatische Parkfunktion. Das heißt, wenn der PC ein- und ausgeschaltet wird, werden die Köpfe nach Bedarf auf einem bestimmten, meist dem letzten Zylinder, installiert. Beim Parken werden die Köpfe automatisch blockiert und ihr weiterer Betrieb ist unmöglich.

Antriebsmotor bewirkt eine Rotation des Plattenpakets, deren Geschwindigkeit je nach Modell im Bereich von 3600 - 7200 U/min liegt (d. h. die Köpfe bewegen sich mit einer relativen Geschwindigkeit von 60 - 80 km/h). Die Rotationsgeschwindigkeit einiger Festplatten erreicht 15.000 U/min. Da die Festplatte auch dann kontinuierlich rotiert, wenn nicht darauf zugegriffen wird, sollte die Festplatte nur vertikal oder horizontal eingebaut werden.

Leiterplatte mit elektronischer Steuerschaltung und andere Antriebskomponenten (Frontplatte, Konfigurationselemente und Montageteile) sind abnehmbar. Auf der Leiterplatte sind elektronische Schaltungen zur Steuerung des Motor- und Kopfantriebs sowie eine Schaltung zum Datenaustausch mit der Steuerung montiert. Manchmal wird der Controller direkt auf dieser Platine installiert.

2.2. Festplattenschnittstellen

Schnittstelle- ein Kommunikationsgerät (oder Austauschprotokoll), das es einem Gerät ermöglicht, mit einem anderen zu interagieren und eine Entsprechung zwischen den Ausgängen eines Geräts und den Eingängen eines anderen herzustellen. Die Hauptfunktion der HDD-Schnittstelle besteht darin, Daten vom PC-Computer zum Laufwerk und zurück zu übertragen. Es wurden mehrere Haupttypen von Schnittstellen entwickelt: ESDI, IDE, SCSI. In den späten 1980er Jahren häufig. Die ESDI-Schnittstelle wird den Leistungsanforderungen moderner Systeme nicht gerecht, zudem sind ihre verschiedenen Versionen oft nicht kompatibel. Diesbezüglich wurde es durch folgende Schnittstellen ersetzt: IDE(1989), was die Leistung gesteigert hat, und SCSI(1986), das großes Potenzial für die Erweiterung des Systems durch die Verbindung verschiedener Geräte bietet, sowie E- IDE- Erweiterte IDE.

IDE und SCSI sind Schnittstellen, bei denen der Controller in Form einer auf der Laufwerksplatine installierten Mikroschaltung ausgeführt ist. Mit der SCSI-Schnittstelle wird eine weitere Ebene der Datenorganisation und -steuerung zwischen dem Controller und dem Systembus eingeführt, und die IDE-Schnittstelle interagiert direkt mit dem Systembus.

2.3. Hauptmerkmale

Die wichtigsten Festplattenmerkmale, die Sie bei der Auswahl eines Geräts berücksichtigen sollten, sind Kapazität, Leistung und Betriebszeit.

Festplattenkapazität wird durch die maximale Datenmenge bestimmt, die auf das Medium geschrieben werden kann. Die tatsächliche Kapazität einer Festplatte beträgt Hunderte von Gigabyte. Fortschritte im Bereich der Entwicklung und Produktion von Festplatten führen dazu, dass die Aufzeichnungsdichte (und damit die Kapazität) jährlich um etwa 60 % steigt.

Durchschnittliche Zugriffszeit an verschiedenen Objekten auf der Festplatte bestimmt die tatsächliche Leistung des Laufwerks. Die Zeit, die die Festplatte benötigt, um nach Informationen auf der Festplatte zu suchen, wird in Millisekunden gemessen. Die durchschnittliche Zugriffszeit von Festplatten beträgt 7 – 9 ms.

Cachegröße(schneller Pufferspeicher) Festplatten reichen von 512 KB bis 2 MB.

Datenübertragungsrate (Maximal Daten Überweisen Rate - MDTR) hängt von Eigenschaften der Festplatte wie der Anzahl der Bytes pro Sektor, der Anzahl der Sektoren pro Spur und der Fesab und kann mit der Formel berechnet werden

MDTR= SRT 512 U/min/60 (Byte/s),

wobei SRT die Anzahl der Sektoren auf der Strecke ist; RPM – Rotationsgeschwindigkeit der Festplatte, U/min; 512 – Anzahl der Bytes im Sektor.

Die durchschnittliche Datenübertragungsgeschwindigkeit für Laufwerke beträgt 10–15 MB/s.

Betriebszeit für Laufwerke wird durch die geschätzte durchschnittliche Zeit zwischen Ausfällen bestimmt ( Bedeuten Zeit Zwischen Misserfolge - MTBF), Die Zuverlässigkeit des Geräts charakterisierend, wird in der Dokumentation angegeben und beträgt in der Regel 20.000 - 500.000 Stunden. Die Praxis zeigt: Wenn eine Festplatte im ersten Monat der Garantiezeit einwandfrei funktioniert, funktioniert sie auch bis zum Ende ihrer Obsoleszenz einwandfrei .

Eine Festplatte ist wie Disketten in Spuren und Sektoren unterteilt, wie in Abb. 3.5. Jede Spur wird eindeutig durch eine Kopfnummer und eine Seriennummer identifiziert, die auf der Platte relativ zum äußeren Rand gemessen wird. Das Laufwerk enthält mehrere übereinander angeordnete Festplatten; ihre Partitionen sind identisch. Daher ist es üblich, ein Festplattenpaket in Form von Zylindern zu betrachten, die jeweils aus ähnlichen Spuren auf der Oberfläche jeder Festplatte bestehen. Sektoren werden durch ihre Sequenznummer relativ zum Anfang des Tracks identifiziert. Die Nummerierung der Sektoren auf einer Spur beginnt bei eins und die der Köpfe und Zylinder bei Null.

Reis. 3.5. Partitionierung der Festplatte in Spuren und Sektoren

Die Anzahl der Sektoren kann je nach Laufwerkstyp zwischen 17 und 150 liegen. Jeder Sektor enthält Daten und Serviceinformationen. Normalerweise beträgt die Sektorgröße 571 Byte. Am Anfang jedes Sektors wird ein Header geschrieben ( Präfix Portion), durch die der Anfang des Sektors und seine Nummer bestimmt werden, und am Ende des Sektors (Suffix Portion - Sektorabschluss) enthält eine Prüfsumme, die zur Überprüfung der Datenintegrität erforderlich ist. Zwischen dem Header und dem Ende des Sektors liegt ein Datenbereich von 512 Byte (für DOS). Somit werden Informationen auf Spuren in Blöcken von 512 Bytes aufgezeichnet.

Die Anzahl der Platten, Köpfe und Spuren einer Festplatte kann nicht verändert werden, da sie vom Hersteller entsprechend den angegebenen Eigenschaften und Qualität der Platten bestimmt werden. Die Anzahl der Sektoren auf einer Festplatte hängt von der Aufzeichnungsmethode ab und die Dichte hängt vom Medium ab: Je höher die Qualität des Festplattenmaterials, desto dichter können die Daten darauf aufgezeichnet werden. Festplatten enthalten bis zu 150 Sektoren pro Spur.

Gesamtvolumen Festplattenspeicher nach der Formel berechnet

V= C* H* S*512 (Byte),

Wo MIT- Anzahl der Zylinder; N - Anzahl der Köpfe; S - Anzahl der Sektoren.

Reis. 3.6. Ein Beispiel für Festplattenmarkierungen von Western Digital

Das Formatieren einer Festplatte ähnelt dem Formatieren einer Diskette. Es ist zu berücksichtigen, dass beim Formatierungsvorgang alle Daten auf der Festplatte verloren gehen. Daher sollten Sie bei einer Neuformatierung der Festplatte die erforderlichen Daten auf einem anderen Medium speichern.

Auf dem Festplattengehäuse befindet sich ein Etikett mit der Modellnummer. Die Nummer enthält grundlegende Informationen über die Eigenschaften der Festplatte. In Abb. Abbildung 3.6 zeigt ein Beispiel für die Festplattenbeschriftung von Western Digital.

Kontrollfragen.

Welche Arten von Informationsspeichergeräten werden dabei verwendet? technische Mittel Informatisierung? Was ist der Unterschied zwischen einem Speichergerät und einem Speichermedium?

Welche physikalischen Prozesse liegen der Aufzeichnung und Wiedergabe von Informationen auf magnetischen Medien zugrunde?

Was sind die Hauptbestandteile eines Diskettenlaufwerks und wie funktioniert es?

Beschreiben Sie das Prinzip der Informationsaufzeichnung auf einer Diskette.

Nennen Sie die wichtigsten Strukturelemente einer Festplatte. Erklären Sie ihren funktionalen Zweck.

Welche Schnittstellen werden beim Anschluss von Festplatten verwendet?

Was sind die wichtigsten Merkmale, die bei der Auswahl einer Festplatte zu berücksichtigen sind?

Thema 3.2. CD-Laufwerke

Planen:

CD-ROM-Laufwerke. Laufwerke mit einmal beschreibbaren CD-WORM/CD-R- und einmal beschreibbaren CD-RW-Informationen. DVD-Laufwerke. Magnetische Speichergeräte optische Datenträger.

Zur Lösung vielfältiger informationstechnischer Probleme werden folgende optische Informationsspeicher eingesetzt:

CD-ROM (Kompakt Scheibe Lesen- Nur Erinnerung) - Speichergeräte nur zum Auslesen von Informationen daraus;

CD-WORM (Schreiben Einmal Lesen Viele) - Speichergeräte zum einmaligen Lesen und Schreiben von Informationen;

CD-R (CD- Aufnehmbar) - Speichergeräte zum Lesen und wiederholten Schreiben von Informationen;

MO sind magnetooptische Speichergeräte, die mehrfach beschrieben werden können.

Funktionsprinzip Alle optischen Speichergeräte basieren auf Lasertechnologie. Der Laserstrahl dient sowohl zum Schreiben auf einen Informationsträger als auch zum Lesen zuvor aufgezeichneter Daten und ist eigentlich eine Art Informationsträger.

1. LaufwerkeCD- Rom

CD-ROM – Compact Disc (CD) zur Speicherung in digitale Form darauf vorab aufgezeichnete Informationen und das Lesen mit einem speziellen Gerät namens CD-ROM-Treiber – einem Laufwerk zum Lesen von CDs.

Zu den Aufgaben, für die ein CD-ROM-Gerät vorgesehen ist, gehören: Installation und Aktualisierung Software; Suche nach Informationen in Datenbanken; Einführung und Arbeit mit Spiel- und Bildungsprogrammen; Videos anschauen; Musik-CDs hören.

Die Geschichte der CD-ROM-Erstellung beginnt im Jahr 1980, als Sony und Philips schlossen sich zusammen, um eine Technologie für die Aufzeichnung und Produktion von CDs mithilfe von Lasern zu entwickeln. Seit 1994 sind CD-ROM-Laufwerke aus der Standard-PC-Ausstattung nicht mehr wegzudenken. Der Informationsträger einer CD ist ein Reliefsubstrat, auf das eine dünne Schicht aus lichtreflektierendem Material, meist Aluminium, aufgetragen ist. Beim Aufzeichnen von Informationen auf einer CD wird ein Relief auf einem Substrat erzeugt, indem mit einem Laserstrahl Miniaturvertiefungen „gebrannt“ werden. Informationen werden gelesen, indem ein vom Substratrelief reflektierter Laserstrahl registriert wird. Der reflektierende Bereich der Scheibenoberfläche gibt ein „Null“-Signal und das Signal vom Hub gibt ein „Eins“-Signal.

Die Datenspeicherung auf CDs erfolgt, ebenso wie auf Magnetplatten, in binärer Form.

Im Vergleich zu Festplatten sind CDs wesentlich zuverlässiger beim Transport. Das auf einer CD gespeicherte Datenvolumen beträgt 700 - 800 MB und bei Einhaltung der Betriebsregeln verschleißt die CD praktisch nicht.

Reis. 3.7. Geometrische Eigenschaften einer CD (A) und sein Querschnitt (B)

Der CD-Herstellungsprozess umfasst mehrere Phasen. Im ersten Schritt wird eine Informationsdatei für die anschließende Aufzeichnung auf dem Medium erstellt. Im zweiten Schritt werden mithilfe eines Laserstrahls Informationen auf einem Medium aufgezeichnet, bei dem es sich um eine mit einem Fotolackmaterial beschichtete Glasfaserscheibe handelt. Informationen werden in Form einer Folge von Einkerbungen (Strichen) aufgezeichnet, die spiralförmig angeordnet sind, wie in Abb. 3.7. Die Tiefe jedes Strichs (Grube) gleich 0,12 Mikrometer, Breite (in der Richtung senkrecht zur Bildebene) - 0,8 - 3,0 Mikrometer. Sie sind entlang einer spiralförmigen Bahn mit einem Abstand von 1,6 µm zwischen benachbarten Windungen angeordnet, was einer Dichte von 16.000 TPI (625 TPI) entspricht. Die Länge der Streifen entlang der Aufzeichnungsspur liegt zwischen 0,83 und 3,1 µm.

Im nächsten Schritt wird die Fotolackschicht entwickelt und die Platte metallisiert. Eine mit dieser Technologie hergestellte Disc wird Master-Disc genannt. Um CDs zu vervielfältigen, werden von der Master-CD mehrere Arbeitskopien durch Galvanisieren erstellt. Arbeitskopien sind mit einer haltbareren Metallschicht (z. B. Nickel) als die Master-Disk beschichtet und können als Matrizen zum Duplizieren von CDs mit bis zu 10.000 Stück verwendet werden. aus jeder Matrix. Die Replikation erfolgt durch Heißprägen, anschließend wird die Informationsseite des Plattenträgers aus Polycarbonat im Vakuum mit einer Aluminiumschicht metallisiert und die Platte mit einer Lackschicht überzogen. Durch Heißprägen gemäß den Passdaten hergestellte Datenträger ermöglichen bis zu 10.000 Zyklen fehlerfreies Datenlesen. Die Dicke der CD beträgt 1,2 mm, der Durchmesser beträgt 120 mm.

Das CD-ROM-Laufwerk enthält die folgenden Hauptfunktionseinheiten:

Start Gerät;

optisch-mechanische Einheit;

Antriebssteuerungs- und automatische Steuerungssysteme;

Universal-Decoder und Schnittstelleneinheit.

In Abb. 3.8 Das Design ist gegeben optisch-mechanische Antriebseinheit CD-ROM, die wie folgt funktioniert. Ein elektromechanischer Antrieb dreht eine in der Ladevorrichtung eingelegte Scheibe. Die optisch-mechanische Einheit sorgt dafür, dass sich der optisch-mechanische Lesekopf entlang des Radius der Platte bewegt und Informationen liest.

Reis. 3.8. Design der optisch-mechanischen CD-ROM-Laufwerkseinheit

Ein Halbleiterlaser erzeugt einen Infrarotstrahl geringer Leistung (typische Wellenlänge 780 nm, Strahlungsleistung 0,2 – 5,0 mW), der auf ein Trennprisma trifft, von einem Spiegel reflektiert und durch eine Linse auf der Oberfläche der Scheibe fokussiert wird. Der Servomotor bewegt auf Befehl des eingebauten Mikroprozessors einen beweglichen Schlitten mit reflektierendem Spiegel zur gewünschten Spur auf der CD. Der von der Scheibe reflektierte Strahl wird durch eine unter der Scheibe befindliche Linse fokussiert, vom Spiegel reflektiert und trifft auf ein Trennprisma, das den Strahl auf eine zweite Fokussierlinse lenkt. Anschließend trifft der Strahl auf einen Fotosensor, der Lichtenergie in elektrische Impulse umwandelt. Signale vom Fotosensor werden an einen Universaldecoder gesendet.

Automatische Systeme zur Verfolgung der Plattenoberfläche und Datenaufzeichnungsspuren sorgen für eine hohe Genauigkeit beim Lesen von Informationen. Das Signal vom Fotosensor gelangt in Form einer Impulsfolge in den Verstärker des automatischen Steuersystems, wo Spurfehlersignale isoliert werden. Diese Signale gelangen in automatische Steuersysteme: Fokus, Radialvorschub, Laserstrahlungsleistung, lineare Geschwindigkeit der Scheibenrotation.

Universal-Decoder ist ein Prozessor zur Verarbeitung von Signalen, die von einer CD gelesen werden. Es besteht aus zwei Decodern, einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff und einem Decoder-Steuercontroller. Durch die Verwendung der Doppeldekodierung können verlorene Informationen bis zu 500 Byte wiederhergestellt werden. Der Arbeitsspeicher dient als Pufferspeicher und der Controller steuert die Fehlerkorrekturmodi.

Schnittstellenblock besteht aus einem digitalen Daten-Analog-Signalwandler, einem Tiefpassfilter und einer Schnittstelle für die Kommunikation mit einem Computer. Bei der Wiedergabe von Audioinformationen wandelt der DAC die codierten Informationen in ein analoges Signal um, das einem Verstärker mit aktivem Tiefpassfilter zugeführt wird und dann an Soundkarte, der an Kopfhörer oder Lautsprecher angeschlossen wird.

Unten sind Leistungsmerkmale, Dies muss bei der Auswahl einer CD-ROM in Bezug auf bestimmte Aufgaben berücksichtigt werden.

Datenübertragungsrate(Daten Überweisen Rate - DTR) - die maximale Geschwindigkeit, mit der Daten vom Speichermedium in den Arbeitsspeicher des Computers übertragen werden. Dies ist das wichtigste Merkmal eines CD-ROM-Laufwerks und wird fast immer zusammen mit der Modellbezeichnung erwähnt. Die Rotationsgeschwindigkeit der Festplatte steht in direktem Zusammenhang mit der Datenübertragungsgeschwindigkeit. Die ersten CD-ROM-Laufwerke übertrugen Daten mit 150 KB/s, ebenso wie Audio-CD-Player. Die Datenübertragungsgeschwindigkeit der nächsten Gerätegenerationen beträgt in der Regel ein Vielfaches dieser Zahl (150 KB/s). Solche Antriebe nennt man Antriebe mit zwei-, drei-, vierfacher Geschwindigkeit usw. Beispielsweise ermöglicht ein CD-ROM-Laufwerk mit 60 Geschwindigkeiten das Lesen von Informationen mit einer Geschwindigkeit von 9000 KB/s.

Die hohe Datenübertragungsgeschwindigkeit eines CD-ROM-Laufwerks ist vor allem für die Synchronisierung von Bild und Ton erforderlich. Wenn die Übertragungsgeschwindigkeit nicht ausreicht, können Videobilder ausfallen und der Ton verzerrt sein.

Eine weitere Erhöhung der Lesegeschwindigkeit von CD-ROM-Laufwerken um mehr als das 72-fache ist jedoch nicht praktikabel, da bei einer weiteren Erhöhung der CD-Rotationsgeschwindigkeit die erforderliche Lesequalität nicht gewährleistet ist. Darüber hinaus ist eine vielversprechendere Technologie aufgetaucht – DVD.

Lesequalität gekennzeichnet Fehlerrate(Fehler Rate) und stellt die Wahrscheinlichkeit dar, beim Lesen ein beschädigtes Informationsbit zu erhalten. Dieser Parameter Spiegelt die Fähigkeit des CD-ROM-Geräts wider, Lese-/Schreibfehler zu korrigieren. Die Passwerte dieses Koeffizienten betragen 10 -10 -10 -12. Wenn Daten aus einem verschmutzten oder zerkratzten Bereich einer Festplatte gelesen werden, werden Gruppen fehlerhafter Bits aufgezeichnet. Wenn der Fehler nicht mithilfe des Anti-Jamming-Codes (beim Lesen/Schreiben verwendet) behoben werden kann, wird die Datenlesegeschwindigkeit verringert und der Lesevorgang mehrmals wiederholt.

Durchschnittliche Zugriffszeit (Zugang Zeit - BEI) ist die Zeit (in Millisekunden), die das Laufwerk benötigt, um die erforderlichen Daten auf dem Medium zu finden. Offensichtlich ist die Zugriffszeit bei der Arbeit an internen Bereichen der Festplatte kürzer als beim Lesen von Informationen aus externen Bereichen. Daher gibt das Datenblatt des Laufwerks die durchschnittliche Zugriffszeit an, die als Durchschnittswert bei der Durchführung mehrerer Datenlesevorgänge aus verschiedenen Teilen der Festplatte definiert ist. Mit der Verbesserung von CD-ROM-Laufwerken nimmt die durchschnittliche Zugriffszeit ab, dennoch unterscheidet sich dieser Parameter erheblich von dem für Festplattenlaufwerke (100 - 200 ms für CD-ROMs und 7 - 9 ms für Festplatten). Dies erklärt sich durch grundlegende Unterschiede im Design: Festplattenlaufwerke verwenden mehrere Magnetköpfe und der Bereich ihrer mechanischen Bewegung ist geringer als der Bewegungsbereich des optischen Kopfes eines CD-ROM-Laufwerks.

Pufferspeicherkapazität ist die Menge an Arbeitsspeicher auf einem CD-ROM-Laufwerk, die verwendet wird, um die Zugriffsgeschwindigkeit auf die auf dem Medium aufgezeichneten Daten zu erhöhen. Pufferspeicher (Cache-Speicher) ist ein auf der Laufwerksplatine installierter Speicherchip zum Speichern gelesener Daten. Dank des Pufferspeichers können Daten, die sich in verschiedenen Bereichen der Festplatte befinden, mit konstanter Geschwindigkeit zum Computer übertragen werden. Die Pufferspeicherkapazität der einzelnen CD-ROM-Laufwerksmodelle beträgt 512 KB.

Mittlere Zeit zwischen Ausfällen- durchschnittliche Zeit in Stunden, die den störungsfreien Betrieb des CD-ROM-Laufwerks charakterisiert. Die durchschnittliche Zeit zwischen Ausfällen verschiedener Modelle von CD-ROM-Laufwerken beträgt 50-125.000 Stunden oder 6 - 14,5 Jahre Betrieb rund um die Uhr, was die Veralterung des Laufwerks deutlich übersteigt.

Im Prozess der Entwicklung optischer Laufwerke gibt es eine Reihe von Grundformate zum Aufzeichnen von InformationenCD.

FormatCD- D.A. (Digital Audio) - digitale Audio-CD mit einer Spielzeit von 74 Minuten.

FormatISO 9660 - der gebräuchlichste Standard für die logische Organisation von Daten.

FormatHoch Sierra (HSG) vorgeschlagen im Jahr 1995 und ermöglicht das Lesen von Daten, die im ISO 9660-Format auf die Festplatte geschrieben wurden, von allen Arten von Laufwerken, was zu einer weit verbreiteten Replikation von Programmen auf CDs geführt und zur Erstellung von CDs für verschiedene Betriebssysteme beigetragen hat.

FormatFoto- CD 1990-1992 entwickelt. und ist für die Aufnahme auf CD, das Speichern und Abspielen statischer Videoinformationen in Form hochwertiger fotografischer Bilder vorgesehen. Eine CD im Foto-CD-Format enthält 100 bis 800 Fotos mit den entsprechenden Auflösungen (2048 x 3072 und 256 x 384) und speichert außerdem Audioinformationen.

Lehrbuch

Die Zusammenfassung ist detailliert und für Anfänger (und nicht nur für sie!) PC-Benutzer sowie für Studierende weiterführender Berufs- und Hochschulen zugänglich.

Technik und Software des Zentrums und ihre Verwendung im Bildungsprozess, Stand 11. Januar 2011

Dokumentieren

Die technische Unterstützung des MOU DPO „Informations- und Bildungszentrums“ stellt insgesamt einen ausreichenden Satz technischer Ausrüstung und Softwareprodukte für die Organisation der Aktivitäten der Mitarbeiter des Zentrums dar.

„Informatisierung der Bildung“

Lehrbuch

Dieses Lehrbuch ist für die Ausbildung von Studierenden pädagogischer Universitäten sowie für die Umschulung von Lehrkräften im Bereich der Beherrschung von Methodik, Technologien und Mitteln zur Informatisierung aller Arten von Bildungsaktivitäten gedacht.

SO FUNKTIONIERT FESTPLATTENSPEICHER Eine Festplatte ist eines der fortschrittlichsten und komplexesten Geräte eines modernen Personalcomputers. Seine Festplatten können viele Megabyte an Informationen speichern, die mit enormer Geschwindigkeit übertragen werden. Während fast alle Teile eines Computers geräuschlos arbeiten, grunzt und knarzt die Festplatte und ist damit eines der wenigen Computergeräte, das sowohl mechanische als auch elektronische Komponenten enthält. Wenn Sie sich die Festplatte ansehen, sehen Sie lediglich ein robustes Metallgehäuse. Es ist vollständig versiegelt und schützt das Laufwerk vor Staubpartikeln, die, wenn sie in den engen Spalt zwischen Kopf und Plattenoberfläche gelangen, die empfindliche Magnetschicht beschädigen und die Platte beschädigen können. Darüber hinaus schirmt das Gehäuse den Antrieb vor elektromagnetischen Störungen ab. Im Inneren des Gehäuses befinden sich alle Mechanismen und einige elektronische Komponenten. Die Mechanismen sind die Platten selbst, auf denen Informationen gespeichert sind, die Köpfe, die Informationen auf die Platten schreiben und lesen, und die Motoren, die alles in Bewegung setzen. Die Scheibe ist eine runde Metallplatte mit einer sehr glatten Oberfläche, die mit einer dünnen ferromagnetischen Schicht beschichtet ist. Viele Laufwerke verwenden eine Eisenoxidschicht (die normales Magnetband überzieht), aber neueste Modelle Festplatten arbeiten mit einer etwa zehn Mikrometer dicken Kobaltschicht. Diese Beschichtung ist langlebiger und ermöglicht darüber hinaus eine deutliche Erhöhung der Aufzeichnungsdichte. Die Technologie seiner Anwendung ähnelt der bei der Herstellung integrierter Schaltkreise verwendeten Technologie. Die Anzahl der Scheiben kann unterschiedlich sein – von eins bis fünf, die Anzahl der Arbeitsflächen ist entsprechend doppelt so groß (zwei auf jeder Scheibe). Letzteres (sowie das für die magnetische Beschichtung verwendete Material) bestimmt harte Kapazität Scheibe. Manchmal werden die Außenflächen der Außenscheiben (oder eine davon) nicht genutzt, wodurch die Höhe des Antriebs reduziert werden kann, gleichzeitig aber auch die Anzahl der Arbeitsflächen reduziert wird und möglicherweise ungerade ausfällt. Magnetköpfe lesen und schreiben Informationen auf Datenträger. Das Aufnahmeprinzip ähnelt im Allgemeinen dem eines herkömmlichen Tonbandgeräts. Digitale Informationen werden in Variable umgewandelt elektrischer Strom , am Magnetkopf ankommen und dann auf die Magnetplatte übertragen, jedoch in Form eines Magnetfelds, das die Platte wahrnehmen und „erinnern“ kann. Die magnetische Beschichtung der Scheibe besteht aus vielen winzigen Bereichen spontaner Magnetisierung. Stellen Sie sich zur Veranschaulichung vor, dass die Scheibe mit einer Schicht sehr kleiner Kompasspfeile bedeckt ist, die in verschiedene Richtungen zeigen. Solche Pfeilpartikel werden Domänen genannt. Unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfeldes richten sich die domäneneigenen Magnetfelder entsprechend ihrer Richtung aus. Nach Beendigung des äußeren Feldes bilden sich auf der Oberfläche der Scheibe Zonen mit Restmagnetisierung. Auf diese Weise werden die auf der Disc aufgezeichneten Informationen gespeichert. Bereiche mit Restmagnetisierung induzieren, wenn sich die Platte gegenüber dem Spalt des Magnetkopfes dreht, in ihr eine elektromotorische Kraft, die je nach Größe der Magnetisierung variiert. Das auf der Spindelachse montierte Scheibenpaket wird von einem kompakt darunter angeordneten Spezialmotor angetrieben. Die Rotationsgeschwindigkeit der Scheiben beträgt üblicherweise 3600 U/min. Um die Betriebsbereitschaft des Antriebs zu verkürzen, läuft der Motor beim Einschalten einige Zeit im Zwangsmodus. Daher muss das Computer-Netzteil über eine Spitzenleistungsreserve verfügen. Nun zur Bedienung der Köpfe. Sie bewegen sich mit Hilfe eines Präzisions-Schrittmotors und scheinen in einem Abstand von Bruchteilen eines Mikrometers von der Oberfläche der Scheibe zu „schweben“, ohne diese zu berühren. Auf der Oberfläche der Platten bilden sich durch die Aufzeichnung von Informationen magnetisierte Bereiche in Form konzentrischer Kreise. Sie werden Magnetspuren genannt. Beim Bewegen bleiben die Köpfe bei jedem nächsten Titel stehen. Die auf allen Oberflächen untereinander angeordneten Spuren werden als Zylinder bezeichnet. Alle Antriebsköpfe bewegen sich gleichzeitig und ermöglichen den Zugriff auf Zylinder mit demselben Namen und denselben Nummern. Das Speichern und Abrufen von Daten auf einer Festplatte erfordert eine Interaktion zwischen dem Betriebssystem, dem Festplattencontroller und den elektronischen und mechanischen Komponenten des Laufwerks selbst. DOS speichert Daten und verwaltet ein Verzeichnis der den Dateien zugewiesenen Festplattensektoren (FAT – File Allocation Table). Wenn Sie dem System den Befehl erteilen, eine Datei zu speichern oder von der Festplatte zu lesen, sendet es diesen an den Festplattencontroller, der die Magnetköpfe in die Dateispeicherorttabelle der entsprechenden logischen Festplatte verschiebt. DOS liest dann diese Tabelle und sucht je nach Befehl nach einem freien Festplattensektor, in dem die neu erstellte Datei gespeichert werden kann, oder nach dem Anfang der zu speichernden Datei. Es ist zu beachten, dass die Datei über Hunderte verschiedener Sektoren der Festplatte verteilt sein kann. Dies liegt daran, dass DOS die Datei im ersten Sektor speichert, auf den es trifft und der als frei markiert ist. In diesem Fall kann die Datei in viele Teile aufgeteilt und in Sektoren abgelegt werden, die nicht direkt nebeneinander liegen (was für den Benutzer allerdings fast unsichtbar ist, die Geschwindigkeit des Computers jedoch etwas verringert). FAT speichert die Reihenfolge der Sektornummern, in die die Datei geschrieben wurde. Somit werden sie in einer Kette zusammengefasst, deren jedes Glied den nächsten Teil der Datei speichert. FAT-Informationen stammen von elektronische Schaltung Laufwerk in den Festplattencontroller und kehrt zum Betriebssystem zurück, woraufhin DOS einen Befehl generiert, um die Magnetköpfe über der entsprechenden Festplattenspur zu installieren, um den gewünschten Sektor zu schreiben oder zu lesen, während sich die Festplatte mit einer Geschwindigkeit von 3600 U/s dreht. Aufgeschrieben neue Datei Um Sektoren der Festplatte freizugeben, bringt DOS die Magnetköpfe in den FAT-Speicherortbereich zurück und nimmt Änderungen an der Dateispeicherorttabelle vor, wobei alle Sektoren, in die die Datei geschrieben wird, nacheinander aufgelistet werden. Das Betriebssystem greift auf der Ebene des logischen Geräts auf die Festplatte zu, die eine bestimmte Liste von Dateien enthält, die von DOS verwaltet werden. Es generiert Steuerbefehle für den Festplattencontroller. Bei letzterem handelt es sich in der Regel um eine separate Platine, die im Erweiterungssteckplatz eines Personalcomputers installiert wird. Der Festplattencontroller wird vom Betriebssystem mithilfe der gängigsten Konzepte gesteuert, z. B. des physischen Namens des Laufwerks, der Kopf- und Zylindernummer, des Schreib- oder Lesevorgangs usw. Die Festplattenelektronik ist an der Unterseite der Festplatte versteckt. Sie entschlüsselt die Befehle Controller hart erzeugt und überträgt sie in Form einer variierenden Spannung an einen Schrittmotor, der die Magnetköpfe zum gewünschten Zylinder der Platte bewegt. Darüber hinaus steuert es den Spindelantrieb, stabilisiert die Rotationsgeschwindigkeit des Plattenpakets, erzeugt beim Schreiben Signale für die Köpfe, verstärkt diese Signale beim Lesen und steuert den Betrieb anderer elektronischer Komponenten des Laufwerks. Festplattenlaufwerke sind eine große Verbesserung gegenüber Disketten. Manchmal scheint es überraschend, dass ein so komplexes System so zuverlässig und reibungslos funktioniert. Doch das ist noch nicht die Grenze: Die Leistungsfähigkeit von Festplatten wächst, immer mehr Nutzer setzen sie erfolgreich in ihrer täglichen Arbeit ein. Für diejenigen, die im Falle eines Problems Spezialisten eines Serviceunternehmens hinzuziehen (oder für diejenigen, deren Festplatte einwandfrei funktioniert), wird dieses Material wahrscheinlich von rein pädagogischem Interesse sein; für diejenigen, die sich trauen, selbst eine Festplatte einzubauen, ist das Artikel kann helfen, unnötige Abenteuer loszuwerden... Es sei denn, der Leser kommt natürlich auf die Idee, die Festplatte zu öffnen und selbst herauszufinden, was was ist – es ist möglich, dass danach sogar ein sehr hochkarätiger Spezialist dies tut sei machtlos zu helfen.

Hartmagnetische Laufwerke – Geräte- und Hauptmerkmale auf niedriger Ebene

Einmal an einen einfachen Benutzer Der Computer musste in seiner Struktur, seinen Programmiersprachen und anderen Dingen, die nicht direkt mit seinen unmittelbaren Aktivitäten zusammenhängen, gründlich verstanden werden. Ganz einfach, weil die ersten Computer „nackt“ produziert wurden – also ohne jegliche Software. Möchten Sie mit einem Computer arbeiten? Lernen Sie, seine „Sprache“ zu sprechen. Oder kommunizieren Sie über einen Vermittler.

Später entwickelte sich die Computertechnologie nach dem gleichen Szenario wie alles andere – die Arbeitsteilung kam in diesen Bereich. Erstens gab es eine Unterteilung in Benutzer selbst, die zur Lösung ihrer Probleme nicht Computer als solche, sondern Pakete spezialisierter Anwendungsprogramme verwendeten, und Programmierer, die genau diese Programme schrieben. Letztere wurden ebenfalls schnell in System- und Anwendungsbereiche unterteilt. Erstere mussten noch über umfassende Hardwarekenntnisse verfügen, da ihre Aufgabe darin bestand, Betriebssysteme und andere „Low-Level“-Anwendungen, insbesondere Softwareentwicklungsumgebungen, zu schreiben. Und letztere waren nicht mehr fest mit der Ausrüstung verbunden und nutzten die Arbeitskraft der ersteren. Ihre Aufgabe bestand darin, Anwendungsprogramme zu entwickeln, die den Bedürfnissen der Benutzer gerecht werden.

Bis zum ersten Mal persönliche Computer dieses ganze mehrstufige System in Gesamtansicht wurde bereits gebaut. Es gab aber auch einige Besonderheiten. Insbesondere war die „Schicht“ in Form des Betriebssystems zu dünn – es war unmöglich, mehr oder weniger komplexe Anwendungsprogramme zu schreiben, ohne direkt auf die Hardware zuzugreifen. Und da es damals noch nicht viele Anwendungsprogramme gab und deren „Komplexität“ aus heutiger Sicht gering war, musste der Anwender manchmal selbst zum Programmierer werden und die nötige Software selbst schreiben. Dies gefiel jedoch zunächst vielen Leuten ganz gut (eine beträchtliche Anzahl von Personalcomputern wurde dann von echten Enthusiasten gekauft). Computerausrüstung), aber es hat seine Spuren in der Marktsituation hinterlassen. Nicht umsonst begannen viele MS-DOS-Benutzerhandbücher mit Beschreibungen von Systembefehlen und endeten mit Beispielen für die Verwendung undokumentierter Interrupts :)

Seit dieser unbeschwerten Zeit ist bereits viel Wasser unter der Brücke geflossen. Viele moderne Benutzer kennen nicht einmal alle Funktionen der Anwendungen, die sie ständig verwenden. Was können wir über das Design des Betriebssystems oder die darin verborgenen Funktionen sagen? Systemeinheit Ausrüstung! Einerseits kann man sich darüber nur freuen – sie wissen es nicht, denn es besteht keine Notwendigkeit, es zu wissen. Heutzutage spielen die Leute nur noch Spiele, schauen Filme, hören Musik, schreiben mit Freunden auf der ganzen Welt Textnachrichten, und das direkt nach dem Kauf und der Installation eines Computers auf ihrem Desktop, und nicht nachdem sie Computerprogrammierung und -architektur studiert und alle notwendigen Programme selbst geschrieben haben.

Andererseits führt eine solche Situation unweigerlich zu einer Reihe von Problemen, sobald komplexere Probleme als das Starten einer Anwendung gelöst werden. Insbesondere werden Computer noch nicht kostenlos verteilt. A verschiedene Modelle haben unterschiedliche Fähigkeiten, Leistungen und Preise. Und wie es geht richtige Wahl um es später nicht zu bereuen? Bei Wasserkochern ist alles einfach – nur drei entscheidende Parameter: Kapazität, Leistung und Design. Darüber hinaus sind alle drei einfach und im Alltag verständlich. Letzteres lässt sich optisch beurteilen; das Fassungsvermögen verrät Ihnen, wie viel Tee Sie in einem Arbeitsgang zubereiten können, und die Leistung verrät Ihnen, wie lange es dauert. Bei Computern sind die Dinge noch komplizierter, zum Glück ist ihre Funktionalität höher. Produktivität ist also nichts streng Definiertes, sondern wird durch die zu lösenden Aufgaben bestimmt. Die ideale Gaming-Station ist es vielleicht nicht beste Wahl für die Videobearbeitung und guter Computer denn die Videoverarbeitung ist für „Büroaufgaben“ usw. überflüssig. Daher ist es oft notwendig, nicht Computer als Ganzes, sondern ihre Komponenten zu bewerten. Deshalb müssen Sie zumindest wissen, welche es sind;) Noch besser ist es, wenn die Funktionsprinzipien bekannt sind – so können Sie Geschwindigkeitsparameter (und nicht nur Geschwindigkeitsparameter) schnell, wenn auch grob, bewerten. Dies gilt beispielsweise für Festplatten: Wer sich mit deren Design auskennt, wundert sich nicht, dass Laptop-Modelle langsamer und kapazitätsärmer sind als Desktop-Modelle.

Im Allgemeinen ist es manchmal immer noch nützlich, den Aufbau eines Computers und die Funktionsprinzipien seiner Komponenten zu kennen. Leider die Menge ähnliche Informationen in der Öffentlichkeit ist in den letzten Jahren zurückgegangen – vor etwa 20 Jahren enthielt jeder „Einsteigerratgeber“ Beschreibungen, wie das alles funktioniert und funktioniert, aber heute glauben Autoren meist, dass eine Person dies entweder bereits weiß oder sich nicht dafür interessiert. Woher soll das Grundwissen kommen? Die Frage bleibt offen. Deshalb werden wir versuchen, sie zu beantworten. Zumindest in Bezug auf solche wichtige Geräte, wie Festplattenlaufwerke. Deshalb machen wir Sie heute auf einen Artikel aus der Reihe „Wie funktioniert es?“ aufmerksam, in dem jeder erfahren kann, wie Festplatten aus physikalischer Sicht aufgebaut sind und wie sich dies auf ihre Leistung auswirkt. Da der Artikel für Anfänger gedacht ist, sollten Sie später keine wütenden Briefe darüber schreiben, dass die Informationen oberflächlich präsentiert werden und einige subtile Nuancen nicht berücksichtigt werden – wir werden versuchen, sie im Laufe der Zeit herauszufinden, aber lassen Sie uns zunächst einmal darüber nachdenken Gehen Sie zum Fundament.

HDD aus mechanischer Sicht

So schwerfällig und schwerfällig der Klerikalismus der 70er-Jahre auch sein mag, sie sind oft klarer und zutreffender als einfachere entlehnte Begriffe. Tatsächlich: Wie viele Informationen enthält das Wort „Festplatte“? Nahezu Null – die Mehrheit der modernen Benutzer weiß nicht einmal, warum Festplatten dieser Name zugewiesen wurde. Aber wenn Sie „HDD“ schreiben, können Sie durch einfaches Entschlüsseln der Abkürzung sofort an vieles denken. Unsere heutigen Helden sind also Festplattenlaufwerke.

Mit dem ersten Wort ist alles klar: Der Begriff „Laufwerk“ bezieht sich auf fast alle Informationsspeichergeräte, wenn sie autark sind, oder dieser Begriff bezieht sich auf ein Laufwerk (für Wechselmedien). Zur ersten Kategorie gehören Festplatten und USB-Sticks – sie umfassen sowohl das Speichermedium als auch die gesamte Logik für die Arbeit damit, anders als beispielsweise optische Laufwerke oder Kartenleser, bei denen das Medium herausnehmbar ist, und das ist seine grundlegende Eigenschaft. Mit dem zweiten Wort scheint alles klar zu sein: Es gibt auch Diskettenlaufwerke – im Volksmund das gleiche Laufwerk, das mittlerweile eine Seltenheit geworden ist, aber vor 20-30 Jahren sehr wichtig war, und sogar (bei Personalcomputern) das nur Speichergerätedaten. Einige Prinzipien der Datenspeicherung auf Diskette und Festplatten sind gleich, es gibt jedoch auch grundlegende Unterschiede zwischen den entsprechenden Geräten, weshalb es früher notwendig war, zwischen diesen Laufwerken strikt zu unterscheiden.

Nun zu den Festplatten. Diese Form des Informationsträgers ist kein Zufall – eine runde Scheibe ist eine Rotationsfigur. Darüber hinaus stelle ich erneut fest, dass Festplatten nicht die einzig mögliche Option sind: Früher wurden auch Magnettrommelantriebe aktiv eingesetzt. Aber wir haben noch nie Antriebe gesehen, die auf „magnetischen Quadraten“ oder Dreiecken basieren (obwohl an ihnen bereits gearbeitet wird, aber ihr Funktionsprinzip völlig anders ist als bei herkömmlichen Antrieben) :) Wir werden etwas später darüber sprechen, warum das so ist. Denken wir vorerst für die Zukunft daran, dass das Arbeitsmedium in Festplatten Festplatten sind. Meist nicht einmal einer, sondern mehrere, auf einer Achse montiert und formend Festplattenpaket.

Daraus ergeben sich unmittelbar mehrere untergeordnete physikalische Parameter des Antriebs: der Durchmesser der Scheiben, ihre Anzahl und die Winkeldrehgeschwindigkeit. Die ersten beiden werden von oben durch die Anforderungen des Laufwerksformfaktors begrenzt, und die dritte ist stark an diese gebunden. Es geht um das Vorhandensein von Reibungskräften, die nicht vollständig beseitigt werden können. Je mehr Scheiben sich im Paket befinden und/oder je größer ihr Durchmesser, desto schwerer ist das Paket, d. h. (bei einer festen Drehzahl) desto mehr Leistung muss der Elektromotor haben, der diesen gesamten Aufbau in den Betriebszustand „beschleunigt“. und hält es darin aufrecht. Dies ist die erste Einschränkung, und zwar eine ziemlich gravierende: Die Energiemenge ist oft recht streng begrenzt. Der zweite Faktor besteht darin, dass die Komplexität der Herstellung einer Struktur aus schnell rotierenden Scheiben mit großem Durchmesser exponentiell zunimmt, wenn der Durchmesser und die Anzahl der Scheiben zunehmen. Tatsache ist, dass Festplatten in der realen Welt nicht perfekt dünn und glatt sind, sodass Sie mit verschiedenen störenden Nebenwirkungen rechnen müssen, die mit der Rotation einhergehen. Wie beispielsweise das Schlagen der Kanten in der vertikalen Ebene, desto größer ist der Durchmesser der Scheibe. Natürlich ist es durch die Verbesserung der technischen Verfahren zur Plattenherstellung möglich, die Auswirkungen dieser Faktoren zu reduzieren, aber das geschieht recht langsam.

Magnetische Schicht

Kehren wir zur Abkürzung zurück und erinnern uns daran, dass es sich hier nicht um irgendwelche rotierenden abstrakten Scheiben handelt, sondern um Magnetscheiben, das heißt, sie haben eine Beschichtung mit bestimmten magnetischen Eigenschaften. Dadurch können Datenträger Informationen speichern. Auf der ersten Abstraktionsebene können wir davon ausgehen, dass jeder mikroskopische Bereich eines bestimmten Bereichs (mehr dazu später) genau ein Datenbit speichert. Dementsprechend kann es gelesen oder geschrieben werden.

Auch die magnetische Beschichtung hat ihre eigenen Eigenschaften. Dies ist zum einen der Anwendungsbereich, der etwas kleiner ist als die gesamte Festplatte. Die Verwendung von randnahen Bereichen ist aufgrund der Besonderheiten der Fertigungstechnologie meist mit Konsequenzen verbunden – ein einwandfreies Auftragen der Beschichtung ist in diesen Bereichen nicht möglich. Das Gleiche gilt auch für das Zentrum. Dementsprechend ist der gesamte Arbeitsbereich zwischen zwei Zahlen eingeschlossen – dem minimalen und dem maximalen Radius, von denen die erste streng größer als Null und die zweite streng kleiner als der Radius der Scheibe selbst ist. Und zweitens der wichtigste Parameter ist die Aufzeichnungsdichte, d. h. der Kehrwert der Fläche, die zum Speichern einer Informationseinheit erforderlich ist. In der Praxis wird dieser Wert nicht oft verwendet, da mit den Werten der Längs- und Queraufzeichnungsdichten gearbeitet wird, was mit der Mechanik des Antriebs selbst zusammenhängt. Lassen Sie uns dieses Problem genauer untersuchen.

Köpfe, Spuren, Sektoren

Trotz der Tatsache, dass fast die gesamte Oberfläche der Festplatte zum Speichern von Informationen verwendet wird, können wir jederzeit nur mit einem kleinen Teil davon arbeiten (sonst wäre es nicht nötig, den Garten mit Rotation einzuzäunen). Zum Lesen oder Schreiben von Daten wird ein Magnetkopf verwendet (einer für jede verwendete Seite der Datenträger im Paket), der in geringer Höhe über der Oberfläche der Datenträger fliegt. Dementsprechend verläuft bei einer Umdrehung der Platte eine gesamte konzentrische Spur darunter, und um auf angrenzende Bereiche zuzugreifen, muss der Kopf in die Mitte oder in die entgegengesetzte Richtung bewegt werden. Die Menge aller Gleise, die sich in gleichen Abständen vom Mittelpunkt befinden verschiedene Antriebe wird übrigens Zylinder genannt. Jede Spur hat eine Breite ungleich Null, so dass eine endliche Anzahl davon auf die Festplatte passen kann. Wie viele? Hängt von der Breite der Arbeitsschicht (die wiederum hauptsächlich vom Durchmesser der Platte bestimmt wird) und von der lateralen Aufzeichnungsdichte ab. Nun, oder umgekehrt: Die seitliche Aufzeichnungsdichte ist ein Indikator dafür, wie viele Spuren wir auf dem aktuellen Stand der Platten- und Kopfproduktionstechnologie in einem Zoll unterbringen können. In der Regel ist der zweite Faktor entscheidend: Ein starker Anstieg der Querdichte ist mit der Einführung neuer Technologien zur Herstellung von Magnetköpfen verbunden, die den Betrieb mit Spuren kleinerer Breite ermöglichen. Das kommt leider recht selten vor, erhöht aber sofort die Kapazität der Festplatten deutlich.

Die Aufzeichnungsdichte in Längsrichtung gibt an, wie viele Informationsbits pro Zoll Umfang enthalten sein können, was einer Spur entspricht und als mathematische Abstraktion betrachtet wird. Diese Eigenschaft hängt auch vom Stand der Platten- und Kopfproduktionstechnologie ab, unterliegt jedoch weniger abrupten Änderungen, da sie bei gleicher Kopfproduktionstechnologie durch Verbesserung der Eigenschaften der Magnetbeschichtung (oder Umstellung auf) erhöht werden kann neue Technologie, oder Verbesserung des aktuellen). Obwohl die Längsdichte in Bits pro Zoll gemessen wird, funktionieren sie tatsächlich nicht mit einzelnen Bits auf Festplatten – der Wert ist zu klein. Und normalerweise auch mit Bytes. Allerdings war bei sehr, sehr alten Computern die Speicherkapazität so gering, dass der Prozessor nicht nur jedes Byte des RAM, sondern auch jedes Byte auf Magnettrommeln (Festplatten wurden noch nicht verwendet) ansprechen konnte, also ein hierarchisches Speichersystem nicht erforderlich – alles konnte als betriebsbereit angesehen werden.

Als jedoch die ersten Personalcomputer auf den Markt kamen, nahm die Kapazität ab Laufwerke wurden zu groß, um jedes Byte direkt anzusprechen, und so wurden sie schließlich zu sogenannten Blockzugriffsgeräten: Die kleinste Informationseinheit, die von einer Festplatte gelesen oder auf diese geschrieben werden kann, ist ein Block oder Sektor. Seine typische Größe für den IBM-PC und seine Nachfolger beträgt übrigens 512 Byte. Obwohl andere Werte zunächst akzeptabel waren, wurden sie nicht zum Standard, sodass die meisten Programme einfach nicht in der Lage sind, mit anderen Sektoren als der oben angegebenen Größe zu arbeiten. Einige Festplattenhersteller haben erst jetzt damit begonnen, achtfach vergrößerte Sektoren (jeweils 4 KB) zu verwenden, dieser Prozess befindet sich jedoch erst im Anfangsstadium.

Auf jeden Fall müssen eine ganze Reihe von Sektoren auf die Strecke passen. Darüber hinaus ist es äußerst wünschenswert, dass die Anzahl der Sektoren auf benachbarten Spuren gleich ist. Im Fall von Disketten oder den ersten Festplatten traf dies zu – man ging davon aus, dass alle Spuren die gleiche Anzahl an Sektoren enthielten. Die tatsächliche Aufzeichnungsdichte in Längsrichtung nahm also von den Außenbezirken zur Mitte hin sehr schnell zu, während gleichzeitig die Länge der Spuren abnahm. Darüber hinaus war sein maximaler Wert durch die Technologie begrenzt, so dass tatsächlich der größte Teil der Fläche der Außengleise irrational genutzt wurde. Obwohl es nur wenige Spuren gab (auf Disketten beispielsweise sind es 40 oder 80), konnte dies toleriert werden, aber mit zunehmender seitlicher Aufzeichnungsdichte wurden solche Verluste immer bedeutender. Eine Zeitlang ließ sich damit nichts anfangen, da die Systemsoftware für eine konstante Anzahl von Sektoren auf der Strecke ausgelegt war, aber im Laufe der Zeit verbesserte sie sich Festplattenschnittstellen Da der Großteil der Elektronik direkt auf das Laufwerk übertragen wurde, blieb die tatsächliche physikalische Struktur des Laufwerks den Programmen verborgen.

Die Programme gingen weiterhin davon aus, dass die Anzahl der Sektoren pro Spur auf einer Festplatte ein konstanter Wert sei, in Wirklichkeit blieb sie jedoch nur innerhalb eines begrenzten Streifens von mehreren Dutzend Spuren gleich, es gab jedoch mehrere solcher Zonen. Natürlich geht bei dieser Methode ein gewisser Speicherplatzverlust einher, da die realen und technologischen Aufzeichnungsdichten auf den internen Spuren jeder Zone übereinstimmen müssen und auf den externen Spuren die erste schnell kleiner wird als die zweite, also dieser Teil Die Informationen, die physisch auf der Festplatte platziert werden könnten, sind einfach „passt nicht“. Allerdings sind diese Verluste deutlich geringer als bei nur einer Zone. Nun, was die Komplexität der Implementierung angeht diese Methode nur geringfügig komplizierter als der „Einzelzonen“- und viel einfachere Ansatz, bei dem die Anzahl der Sektoren auf allen Gleisen unterschiedlich wäre.

Wozu dient das alles im Allgemeinen? Darüber hinaus ist aufgrund der Blockorganisation des Festplattenspeichers aus Sicht von Betriebssystemen und anderer Software die theoretische Längsaufzeichnungsdichte (normalerweise für die gesamte Festplatte angegeben) in der Praxis nicht erreichbar. Genauer gesagt ist dies nur für mehrere Spuren erreichbar – interne in jeder Zone, und auf externen ist die tatsächliche Aufzeichnungsdichte geringer als die theoretische. Dank der Zoneneinteilung gibt es jedoch keine allzu großen Unterschiede, sodass wir für unsere Zwecke sowohl die Längs- als auch die Queraufzeichnungsdichte als konstante Eigenschaften der Festplatte betrachten können. Aber sehr schwach abhängig vom Hersteller – wie wir später sehen werden, ist es für alle Verbrauchereigenschaften des Laufwerks wünschenswert, dass die Aufzeichnungsdichte (in beide Richtungen) maximal ist. Aus diesem Grund wird die Aufzeichnungsdichte nur dann gespeichert, wenn es dem Hersteller gelingt, sie beim Wechsel der Antriebsstränge zu erhöhen. Und eine künstliche Senkung (im Vergleich zu dem, was technologisch möglich ist) ist einfach unrentabel. Sie unterschätzen also nicht.

Nachdem wir nun die Eigenschaften von Festplatten auf niedriger Ebene mehr oder weniger verstanden haben, gehen wir nun zu einer höheren Ebene über – zu den Parametern, die wir als Benutzer in der Praxis benötigen.

Kapazität

Beginnen wir mit dem einfachsten und für viele wichtigsten und fast einzigen Parameter. In der Tat: Bei der Auswahl einer Festplatte entscheiden sich die meisten zunächst für deren Kapazität und beginnen dann (falls gewünscht) mit der Auswahl eines bestimmten Modells aus mehreren Modellen mit gleichem Volumen. Darüber hinaus ist es praktisch, mit diesem Parameter zu beginnen, da er recht einfach ist :)

Wie groß ist tatsächlich die Kapazität der Festplatte? Die Anzahl der Festplatten (genauer gesagt der Arbeitsflächen – nicht jedes Laufwerk hat aufgrund von Einschränkungen bei der Höhe des Laufwerks beidseitige Nutzung, aber das ist uns jetzt nicht ganz wichtig), multipliziert mit der Kapazität jedes einzelnen Laufwerks. Und die Kapazität einer Arbeitsfläche (einer Seite der Festplatte) entspricht ihrer Fläche multipliziert mit der Aufzeichnungsdichte. Die Fläche eines Kreises (wir erinnern uns wieder daran, dass es sich eher um einen Ring handelt, da die Innen- und Außenflächen nicht verwendet werden, ihre Größen jedoch normalerweise konstant sind, sodass wir das Bild der Klarheit halber vereinfachen können) ist proportional zu das Quadrat seines Durchmessers. Indem wir also den Durchmesser der Festplatten und ihre Anzahl in der Verpackung erhöhen und gleichzeitig die Aufzeichnungsdichte beibehalten, erhöhen wir sehr schnell die Kapazität des Laufwerks, und der Durchmesser ist wichtiger: Die Anzahl der Festplatten führt nur zu einer linearen Erhöhung der Kapazität. während der Durchmesser quadratisch ist. Und bei gleicher Anzahl und gleichem Durchmesser der Scheiben wird ein ähnlicher Effekt durch eine Erhöhung der Aufzeichnungsdichte erzielt. Im Allgemeinen, um die maximale Kapazität zu erreichen Sie müssen alles außer der Rotationsgeschwindigkeit erhöhen- Sie hat nicht den geringsten Einfluss.

Energieverbrauch

Warum stellen wir diese Eigenschaft an zweiter Stelle – vor der Produktivität? Der Trend liegt jetzt im Bereich Energieeffizienz. Erstens. Zweitens, dafür jetzt und Laptop-Computer, die in Bezug auf die Verkaufsmengen bereits stationäre Modelle überholt haben, und da ist Energiesparen keine Laune, sondern ein dringendes Bedürfnis – viele sind bereit für eine zusätzliche Stunde Batterielebensdauer die Hälfte der Produktivität opfern.

Was beeinflusst also den Energieverbrauch? Offensichtlich hat die Aufnahmedichte keinen Einfluss darauf. Aber alle mechanischen Eigenschaften der Scheiben wirken sich negativ aus. Tatsächlich ist die Reibungskraft umso höher, je höher die Drehzahl ist. Daher sind Scheiben mit niedriger Drehzahl immer wirtschaftlicher als Scheiben mit hoher Drehzahl. Zudem ist bei gleicher Drehzahl das Lamellenpaket umso schwerer, je stärker der Elektromotor benötigt wird. Und letzteres ist (unter sonst gleichen Bedingungen) umso schwerer, je mehr Scheiben es enthält und je größer ihr Durchmesser ist. Somit für maximale Energieeinsparung Es ist notwendig, den Durchmesser der Scheiben, ihre Anzahl und ihre Rotationsgeschwindigkeit zu reduzieren.

Beachten Sie, dass es sich hier sozusagen um eine umfassende (also rein quantitative) Methode zur Energieeinsparung handelt. Darüber hinaus gibt es auch eine intensive Technologieentwicklung. Wenn wir zum Beispiel ein neues Material für die Herstellung von Scheiben entwickeln, das diese leichter macht, dann sinkt bei gleichem Durchmesser und gleicher Scheibenanzahl die Masse des gesamten Pakets und damit die Reibungskraft und die verbrauchte Leistung Überwinde es. Ein ähnlicher Effekt kann durch den Einsatz verbesserter Lager im Scheibenaufhängungssystem erzielt werden. Verbesserungen in der Magnetkopftechnologie ermöglichen es ihnen, mit kleineren Magnetisierungsbereichen und geringeren Strömen zu arbeiten, was sich auch positiv auf den Energieverbrauch auswirkt. Generell gibt es viele sicherlich sinnvolle Möglichkeiten zur Bekämpfung eines übermäßigen Energieverbrauchs, die von allen Herstellern genutzt werden. Doch sehr oft kommt es vor, dass alle technischen Tricks bereits angewendet wurden, die erzielten Einsparungen aber noch nicht ausreichen. In diesem Fall bleibt uns nichts anderes übrig, als auf umfangreiche Methoden zurückzugreifen.

Sequentielle Betriebsgeschwindigkeit

Und jetzt kommen wir endlich zur Leistung. Beginnen wir mit linearen Vorgängen. Glücklicherweise betrachten viele immer noch die Geschwindigkeit des Dateikopierens als Maß für die Festplattenleistung. Im Allgemeinen ist dies jedoch absolut falsch... wenn die Haupt- und einzige Aufgabe des Laufwerks darin besteht, als Speicher für eine Videobibliothek zu dienen, dann sind sequentielle Vorgänge tatsächlich am wichtigsten: Wir arbeiten mit großen Dateien und wir lesen oder schreiben sie ausschließlich der Reihe nach von Anfang bis Ende.

Wie berechnet man die maximale Geschwindigkeit linearer Operationen? Es ist ganz einfach – je höher es ist, desto große Menge Informationsbits passieren pro Zeiteinheit den Magnetkopf. Dementsprechend ist eine gleichbleibende Aufzeichnungsdichte sehr wichtig – je höher sie ist, desto höher ist die Geschwindigkeit. Die zweite Komponente in dieser Arbeit ist die übliche „physikalische“ Bewegungsgeschwindigkeit der Platte relativ zum Kopf, die für jede Spur unterschiedlich ist, da bei einer konstanten Winkelgeschwindigkeit der Drehung der Platte die lineare Geschwindigkeit vom Radius der Spur abhängt . Aus diesem Grund tritt ein so merkwürdiger Effekt auf, dass auf externen Spuren die Geschwindigkeit des sequentiellen Lesens und Schreibens viel höher ist als auf internen. Dadurch gelingt es serienmäßig hergestellten Scheiben oft, ihre leistungsstarken Gegenstücke der gleichen Generation mit höheren Rotationsgeschwindigkeiten auf den Außenspuren zu übertreffen. Aber Festplatten verschiedener Generationen haben selbst bei gleichen physikalischen Parametern fast immer unterschiedliche Geschwindigkeiten für die Durchführung sequentieller Vorgänge – die Aufzeichnungsdichte variiert erheblich.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Hersteller die lineare Lese- und Schreibgeschwindigkeit erhöhen möchten Es ist notwendig, die Aufzeichnungsdichte, die Rotationsgeschwindigkeit und den Durchmesser der Platte zu erhöhen(Letzteres wirkt sich in keiner Weise auf die internen Spuren aus, erhöht jedoch die Geschwindigkeit auf den externen und erhöht sie dementsprechend im Durchschnitt).

Geschwindigkeit zufälliger Operationen

Bei Vorgängen mit wahlfreiem Zugriff auf Festplatten, die heute (aufgrund des Multitasking moderner Betriebssysteme) relevanter sind, ist alles viel komplizierter als bei der „einfachen“ Logik linearer. Lassen Sie uns zunächst herausfinden, was genau die physikalische Bedeutung der Informationszugriffszeit ist, die die Geschwindigkeit zufälliger Operationen bestimmt.

Wir benötigen also einen bestimmten Datenblock (wir erinnern uns, dass es sich um die kleinste Einheit handelt). Wir können es nicht einfach nehmen und holen (was bei auf Flash-Speicher basierenden Medien problemlos möglich ist – dort wird basierend auf der Blocknummer sofort das gewünschte ausgegeben, wo immer es sich befindet, was diesen Laufwerken eine hervorragende Zugriffszeit bietet , zumindest für Lesevorgänge) - Zuerst müssen Sie den Kopf auf die gewünschte Spur bewegen und dann warten, bis der gewünschte Sektor darunter vorbeiläuft. Die Summe der Ausführungszeit dieser Vorgänge ergibt die Zugriffszeit.

Bei der ersten Komponente ist alles ganz einfach: Die Zeit, die benötigt wird, um die gewünschte Spur zu „treffen“, ist direkt proportional zum Durchmesser der Platte. Früher wurde es auch durch die seitliche Aufzeichnungsdichte „verdorben“, da Schrittmotoren verwendet wurden, die den Kopf in einem Arbeitsgang nur um eine Spur bewegen konnten, aber diese Zeiten sind lange vorbei. Jetzt nur noch der Durchmesser, und selbst dann indirekt: bestimmte Zeit Es ist wirklich erforderlich, den Kopf zu bewegen, und im schlimmsten Fall muss er über den gesamten Radius „gefahren“ werden. Allerdings ist es nicht sehr wichtig, wie viele Spuren sich auf der Platte befinden: Die internen Schaltkreise bestimmen anhand der Spurnummer die ungefähre physische Position und bewegen den Kopf dorthin, wo es nötig ist (zumindest versuchen sie es), sodass er nach dem ersten Positionierungsvorgang funktioniert An der Auswahl der richtigen Titel sind nicht mehr als ein Dutzend beteiligt, unabhängig von ihrer Gesamtzahl auf der CD.

Okay, wir haben den richtigen Weg gefunden, jetzt müssen wir nur noch auf den richtigen Sektor warten. Wann? Es ist schwer zu erraten – im besten Fall erhalten wir den benötigten Datenblock sofort nach der Positionierung; im schlimmsten Fall müssen wir eine ganze Festplattenumdrehung darauf warten (wenn er nur „durchgerutscht“ ist). Nach den Gesetzen der Statistik folgt daraus, dass wir im Durchschnitt eine halbe Festplattenumdrehung benötigen, um auf die erforderlichen Daten zu warten. Daraus folgt unweigerlich, dass die Wartezeit umso kürzer ist, je höher die Rotationsgeschwindigkeit der Festplatte ist.

Sobald sich der Sektor an der richtigen Stelle befindet, muss er gelesen oder geschrieben werden. Theoretisch wirken sich also alle Faktoren, die für sequentielle Operationen wichtig sind, auch auf die volle Geschwindigkeit zufälliger Operationen aus. Tatsächlich können sie jedoch völlig vernachlässigt werden – die Datenblöcke sind so klein, dass das physische Lesen viel weniger Zeit in Anspruch nimmt als das Positionieren des Kopfes und das Warten. Um die minimale Datenzugriffszeit (und damit maximale Leistung bei zufälligen Operationen) zu erhalten, Es ist notwendig, den Durchmesser der Scheibe zu verringern und ihre Rotationsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Einige praktische Beispiele

Es ist leicht zu erkennen, dass alle Anforderungen an die physikalischen Parameter von Festplatten sehr widersprüchlich sind. Um beispielsweise die Geschwindigkeit sequentieller Vorgänge zu erhöhen, muss der Festplattendurchmesser erhöht werden. Für ein besseres Verhalten bei zufälligen Anforderungen ist dies jedoch erforderlich genau das Gegenteil. Deshalb müssen Konstrukteure immer wieder Kompromisse eingehen und Antriebe für verschiedene Marktsegmente sind völlig unterschiedlich. Mal sehen, welche. Zur besseren Fixierung des Materials :)

Massenserien-Discs

Gefordert: Hohe Kapazität bei geringen Kosten.

Wünschenswert: hohe Leistung bei linearen und zufälligen Operationen.

Unerwünscht: hoher Stromverbrauch.

Die Kombination dieser Anforderungen macht es schnell verständlich, warum alle in Massenproduktion hergestellten Datenträger verschiedener Hersteller gleich sind. Um maximale Kapazität und hohe Leistung bei sequentiellen Vorgängen zu erzielen, ist es tatsächlich notwendig, den Durchmesser der Festplatten zu vergrößern. In dieser Klasse ist er also immer maximal und wird nicht durch Technologiemerkmale, sondern durch Faktoren Dritter reguliert. Beispielsweise betrug der typische Plattentellerdurchmesser für massenproduzierte Festplatten viele Jahre lang (und auch heute noch) 3,5 Zoll, doch die zunehmende Beliebtheit von Laptops könnte zu einem deutlichen Anstieg des Anteils von 2,5-Zoll-Festplatten und damit zu einer Neuausrichtung der Branche führen ihnen gegenüber und dem „Absterben“ größerer Festplatten (wie es seinerzeit bei 5,25″-Modellen der Fall war). Zwar wehren sich die Hersteller mit aller Kraft dagegen, doch nicht umsonst versuchen sie teilweise sogar mit unterschiedlichem Erfolg gegen den Strom zu schwimmen. Es genügt, an die Quantum Bigfoot-Serie zu erinnern: Fünf-Zoll-Festplatten, deren Produktion bereits zu der Zeit begann, als die kleineren Formfaktoren völlig dominierten. Na und? Der große Durchmesser der Platten sorgte dafür, dass sie selbst mit einer Scheibe über eine ausreichende Kapazität verfügten (was die Mechanik erheblich vereinfachte und die Kosten senkte) und eine gute Geschwindigkeit bei der Durchführung aufeinanderfolgender Vorgänge auch bei niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten ermöglichte. Alles wurde nur durch langsame Zufallsoperationen ruiniert, wodurch die Festplatten für den Einsatz in einem Computer im Singular schlecht geeignet waren. Im Allgemeinen waren sie ihrer Zeit voraus – jetzt, in Zeiten der Massennutzung von Videobibliotheken auf Festplatten, würden viele ein Fünf-Zoll-Monster von etwa 10 Terabyte (was mit dem aktuellen Stand der Technik durchaus erreichbar ist) nicht ablehnen für solche Modelle), das nur zum Speichern und Abspielen von Multimediadateien verwendet wird (d. h. es wird entweder das zweite im Computer sein oder sogar die Basis für ein stationäres VZD bilden).

Warum erhöhen die Hersteller nicht die Anzahl der Festplatten in diesen Modellen? Tatsächlich steigern sie die Zahl: War es vor ein paar Jahren üblich, nur zwei Platten zu verwenden, so sind mittlerweile drei oder vier bei älteren Modellen der Produktlinien der De-facto-Standard. Allerdings ist es nicht möglich, einen solchen Prozess zu stark zu beschleunigen, da erstens die äußeren Abmessungen begrenzt sind und zweitens Multi-Disk-Festplatten den Einsatz einer komplexeren (und teureren!) Mechanik erfordern. Aus den gleichen Gründen steigt die Geschwindigkeit solcher Laufwerke mit der Zeit sehr langsam an: Sie sind teuer in der Herstellung und nicht sehr notwendig (die Kapazität wird dadurch nicht beeinträchtigt, und es ist besser, die Geschwindigkeit sequentieller Vorgänge mithilfe der Aufzeichnungsdichte zu erhöhen). Im Allgemeinen ist aus all diesen Gründen heute die Standardoption für Massenfestplatten wie folgt geworden: Platten mit einem Durchmesser von 3,5 Zoll, insgesamt bis zu vier (bei einigen Modellen desselben Herstellers fünf), rotierend mit a Drehzahl von 7200 U/min.

Hochgeschwindigkeitsantriebe

Erforderlich: hohe Geschwindigkeit zufälliger Operationen.

Wünschenswert: hohe Leistung bei linearen Mustern.

Versuchen wir, eine Klasse höher zu steigen – auf die Ebene der Laufwerke für Workstations und Server. Eine sehr hohe Kapazität einer separaten Festplatte ist hier nicht erforderlich – sie werden weiterhin als Teil von Arrays verwendet. Und von den beiden Leistungsarten sind Random-Access-Modelle deutlich wichtiger. Aus diesem Grund bieten Hersteller solcher Modelle fast immer Hochgeschwindigkeitsmodelle (Drehzahl 10–15.000 U/min) auf Platten mit reduziertem Durchmesser (2,5–2,8 Zoll) auf dem Markt an. Wie wir oben bereits geschrieben haben, führt dies dazu, dass sie hinsichtlich der Geschwindigkeit der Durchführung sequentieller Vorgänge nicht viel besser sind als Vertreter von Massenserien und auch hinsichtlich der Kapazität sehr weit dahinter liegen: Die Platten sind es klein und es gibt weniger davon (andernfalls steigt die Komplexität der Antriebsherstellung und deren Energieverbrauch zu sehr). Gleichzeitig sind die Geschwindigkeitsindikatoren jedoch auch bei sequentiellen Mustern „einheitlicher“, da die Geschwindigkeit auf internen Spuren höher ist und die Leistung bei zufälligen Operationen natürlich deutlich höher ist als bei allen anderen Hard-Familien fährt.

Energieeffiziente Festplatten

Gefordert: Hohe Kapazität bei geringen Kosten und Stromverbrauch.

In letzter Zeit hat sich die Richtung „umweltfreundlicher Festplatten“ rasant weiterentwickelt. Dies liegt vor allem daran, dass die Produktivität in vielen Bereichen nicht so wichtig ist. Insbesondere für Nicht-Computer-Anwendungen – beispielsweise in einem Haushalts-Tonbandgerät – ist jede Geschwindigkeit zu hoch, da selbst ein HD-Stream in mehreren zehn Megabit gemessen wird und selbst die ältesten Festplatten im sequentiellen Betrieb (es wird kein Zufall sein). in einem solchen Gerät) sind in der Lage, mehrere zehn Megabyte pro Sekunde zu übertragen. Außen hart Festplatten waren bis vor kurzem durch die Leistung der gängigsten Festplatten begrenzt USB-Schnittstelle 2.0, sodass die Festplatte selbst auch hier keine hohe Geschwindigkeit benötigt. Und es ist überhaupt nicht notwendig, in einem Computer Festplatten mit der gleichen Geschwindigkeit zu verwenden – wenn mehrere Festplatten vorhanden sind, können einige von ihnen, die hauptsächlich zum Speichern großer Datenmengen verwendet werden, langsamer sein als die „Haupt“-Festplatte, auf der sie gespeichert sind es ist installiert operationssystem und Anwendungsprogramme. Wenn die Geschwindigkeit jedoch keine Rolle spielt, rücken Parameter wie Stromverbrauch und Geräuschpegel in den Vordergrund, und Sie können diese bei gleichbleibender Kapazität reduzieren, indem Sie einfach die Drehzahl reduzieren. Darüber hinaus kann man nicht sagen, dass die Leistung dieser Modelle so schlecht ist – die Aufnahmedichte nimmt ständig zu (ohne diese wird es nicht möglich sein, die Lautstärke zu erhöhen), daher ist die Geschwindigkeit linearer Operationen normalerweise etwas geringer als die der Masse -produzierte Modelle der gleichen Generation, jedoch höher als bei älteren Geräten (die Gründe dafür werden oben erläutert). Im Allgemeinen umfasst diese Klasse jetzt Festplatten mit 3,5-Zoll-Platten, jedoch mit einer geringeren Rotationsgeschwindigkeit als typische Laufwerke (7200 U/min). Wie viel niedriger? Hängt von den Modellen ab. Typischerweise zwischen 5.000 und 5.900 U/min, obwohl es uns nicht wundern würde, wenn die Drehzahl nach einiger Zeit weiter absinkt.

Mobile Festplatten

Gefordert: kompakt, geringer Stromverbrauch.

Wünschenswert: hohe Kapazität.

Manchmal erweist sich der Verbrauch von Laufwerken selbst der Vorgängerklasse als zu hoch und in manchen Bereichen ist ihr Einsatz schlichtweg unmöglich – zum Beispiel passt eine Festplatte auf 3,5-Zoll-Platten in die meisten Laptops einfach nicht. Die Lösung liegt auf der Hand: Sie müssen den Durchmesser der Platten reduzieren. Normalerweise sind es 2,5 Zoll, es kann aber auch weniger sein. Diese Modelle unterscheiden sich von Hochgeschwindigkeitsantrieben durch ihre niedrige Drehzahl – maximal 7200 U/min, häufiger 5400 oder sogar 4200 U/min. Dies ist nicht nur auf Effizienzanforderungen zurückzuführen, sondern auch auf die Tatsache, dass eine größtmögliche Kapazität angestrebt wird. Auf diese Weise wird der Plattentellerbereich vollständiger genutzt als bei Hochleistungsmodellen, einschließlich der „unbequemen“ internen und am weitesten von den Mittelgleisen entfernt. Solche Festplatten arbeiten jedoch aus einem anderen Grund langsam: Sie müssen eine kompaktere (und daher leistungsschwächere) Magnetkopfmechanik verwenden. All dies führt dazu, dass selbst die schnellsten Laptop-Modelle nicht nur langsamer sind als massenproduzierte, sondern auch energieeffiziente Desktop-Festplatten. Auch bei höherer Rotationsgeschwindigkeit und trotz kleinerer Platten müssen die Köpfe kürzer bewegt werden, bewegen sich aber auch langsamer. Daher ist eine mobile Festplatte der Spitzenklasse immer schneller als die preisgünstigste „umweltfreundliche“ Festplatte. Und auch bei der Kapazität wird es gegenüber der Masse verlieren – aufgrund strenger Beschränkungen des Energieverbrauchs müssen Scheiben mit höheren Drehzahlen weniger Platten verwenden. Aber in beiden Fällen ist derselbe Stromverbrauch für eine weniger tragbare Festplattenklasse einfach unerreichbar.

Gesamt

Im Allgemeinen ist, wie wir sehen, alles ganz einfach und leicht zu erklären. Gewiss, besonders aufmerksamen Lesern wird wahrscheinlich schon eine Frage auf der Zunge liegen: Warum unterscheiden sich dann Laufwerke verschiedener Hersteller (und sogar verschiedener Familien desselben Herstellers) selbst bei annähernd gleichen Low-Level-Eigenschaften oft stark in der Leistung? ? Die einfachste Antwort, die aber eigentlich nichts erklärt, ist, dass sie über eine unterschiedliche Elektronik verfügen. Was sind die Unterschiede und wie wirken sie sich auf die Leistung und andere Eigenschaften aus? All dies wird Thema der folgenden Artikel sein.