Informatique, Cybernétique et Programmation

La tête de lecture / écriture de tout lecteur de disque se compose d'un noyau ferromagnétique en forme de U et d'une bobine (enroulement) enroulée autour de celui-ci, à travers laquelle un courant électrique peut circuler. Lorsque le courant traverse l'enroulement, un champ magnétique est créé dans le noyau (circuit magnétique) de la tête. Lorsque la direction du courant circulant est modifiée, la polarité du champ magnétique change également. En substance, les têtes sont des électro-aimants

Périphérique de stockage sur disque dur disques magnétiques.

Principe d'enregistrement magnétique Couche de travail du disque Têtes de ferrite Têtes avec du métal dans l'écart Têtes à couche mince Têtes magnétorésistives Têtes magnétorésistives géantes Glissière Conception de cadre avec têtes de lecture/écriture Mécanismes d'entraînement Entraînement par moteur pas à pas Entraînement à bobine mobile Retour d'information Moteur d'entraînement de disque Tableau de contrôle Panneau avant Câbles et connecteurs d'entraînement Éléments de configuration

Principe d'enregistrement magnétique

La tête de lecture / écriture de tout lecteur de disque se compose d'un noyau ferromagnétique en forme de U et d'une bobine (enroulement) enroulée autour de celui-ci, à travers laquelle un courant électrique peut circuler. Lorsque le courant traverse l'enroulement, un champ magnétique est créé dans le noyau (circuit magnétique) de la tête (Fig. 1). Lorsque la direction du courant circulant est modifiée, la polarité du champ magnétique change également. Essentiellement, les têtes sont des électro-aimants, dont la polarité peut être modifiée très rapidement en changeant la direction du courant électrique passé.

En figue. 2 montre le principe de l'enregistrement des informations. Le champ magnétique dans le noyau est partiellement réparti dans l'espace environnant en raison de la présence d'un entrefer "scié" à la base du noyau en forme de U. Si un autre ferromagnétique est situé près de l'entrefer (la couche de travail du support), le champ magnétique y est alors localisé, car ces substances ont une résistance magnétique inférieure à celle de l'air.

Fig. 2 Principe de l'enregistrement des informations

Le flux magnétique traversant l'entrefer est fermé à travers le support, ce qui conduit à la polarisation de ses particules magnétiques (domaines) dans la direction de l'action du champ. La direction du champ et, par conséquent, l'aimantation rémanente du support dépendent de la polarité du champ électrique dans le bobinage de tête. Les disques magnétiques flexibles sont généralement fabriqués sur du lavsan et les disques durs sur un substrat en aluminium ou en verre, sur lequel une couche de matériau ferromagnétique est appliquée. La couche de travail se compose principalement d'oxyde de fer avec divers additifs. Les champs magnétiques créés par des domaines individuels sur un disque propre sont orientés de manière aléatoire et compensent mutuellement toute zone étendue (macroscopique) de la surface du disque, de sorte que sa magnétisation rémanente est nulle.

Si une partie de la surface du disque est exposée à un champ magnétique lorsqu'elle est attirée près de l'entrefer, les domaines s'alignent dans une direction spécifique et leurs champs magnétiques ne s'annulent plus. En conséquence, une aimantation résiduelle apparaît dans cette zone, qui peut être détectée par la suite. Cette. en conséquence de courant alternatif La forme d'impulsion dans l'enroulement de la tête de lecture/écriture sur un disque rotatif forme une séquence de sections avec une magnétisation rémanente de signe (direction) différent.

Pour la reproduction ultérieure des informations enregistrées, les plus importantes sont les zones dans lesquelles la direction du champ magnétique résiduel change (zones de changement de signe). La tête magnétique écrit des données sur le disque en y plaçant des zones de changement de signe. Au fur et à mesure que chaque bit (ou bits) de données est enregistré, des séquences de zones d'inversion de signe sont situées dans des zones spéciales sur le disque. Ces zones sont appelées cellules binaires.

Cellule de bits - il s'agit d'une zone spéciale du disque, dans laquelle la tête place des zones de changement de signe. Les dimensions géométriques d'une telle cellule dépendent de fréquence d'horloge le signal d'enregistrement et la vitesse à laquelle la tête et la surface du disque se déplacent l'une par rapport à l'autre. Une boîte de saut est une zone d'un disque dans laquelle une seule zone d'inversion peut être écrite. Lors de l'enregistrement de bits de données individuels ou de leurs groupes dans les cellules, un « modèle » caractéristique de zones de changement de signe est formé, en fonction de la méthode de codage des informations. Cela est dû au fait que lors du transfert de données sur un support magnétique, chaque bit (ou groupe de bits) à l'aide d'un codeur spécial est converti en une série de signaux électriques qui ne sont pas une copie exacte de la séquence d'impulsions d'origine. .

Lors de la lecture, la tête se comporte comme un détecteur d'inversion de signe, émettant des impulsions de tension à chaque fois qu'elle traverse une zone d'inversion de signe. Dans les zones où il n'y a pas de changement de signe, aucune impulsion n'est générée (il n'y a pas d'émissions).

En figue. 3 est une représentation graphique de la relation entre les formes d'onde des impulsions (signaux) pendant la lecture et l'écriture et les zones d'inversion de signe enregistrées sur le disque.

Pendant la lecture, la tête enregistre les zones de changement de signe et émet les impulsions correspondantes - le signal correspond à une tension nulle, si aucune transition du signe positif au signe négatif ou vice versa n'est détectée. Les impulsions n'apparaissent que lorsque la tête traverse les zones de changement de signe sur le support magnétique. Le circuit contrôleur de l'appareil prend en compte la fréquence d'horloge, les impulsions enregistrées, etc. détermine si une impulsion (et donc une zone d'inversion de signe) atteint une cellule de transition donnée.

L'amplitude du signal enregistré provenant de la tête lors de la lecture est très faible, il y a donc un problème de bruit et d'interférence. Par conséquent, des appareils très sensibles sont utilisés pour amplifier le signal. Après amplification, le signal est acheminé vers des circuits de décodage, qui sont conçus pour restituer un flux de données identique au flux entré dans le lecteur lors de l'enregistrement.

Ainsi, l'écriture et la lecture d'informations à partir d'un disque sont basées sur les principes de l'électromagnétisme. Lorsque des données sont écrites sur un disque, un courant électrique traverse un électro-aimant (tête de l'appareil), ce qui crée des zones de magnétisation qui sont stockées sur le disque. Les données sont lues sur le disque lorsque la tête se déplace sur sa surface ; la tête enregistre des changements dans les zones d'aimantation et, par conséquent, génère des signaux électriques faibles indiquant la présence ou l'absence de zones d'inversion de signe dans les signaux enregistrés.

Riz. 3. Écriture et lecture d'informations à partir d'un disque magnétique

Principes de fonctionnement des variateurs sur disques durs

Dans les disques durs, les données sont écrites et lues par des têtes de lecture/écriture universelles à partir de la surface de rotation disques magnétiques, divisé en pistes et secteurs (512 octets chacun), comme le montre la Fig. 4.

Les lecteurs contiennent généralement plusieurs disques (plats, plateaux), et les données sont écrites des deux côtés de chacun d'eux. La plupart des lecteurs ont au moins deux ou trois disques (permettant l'enregistrement sur quatre ou six faces). Des pistes du même type (également situées) de tous les côtés des disques sont combinées en un cylindre (Fig. 5). Chaque face du disque possède sa propre piste de lecture/écriture, mais toutes les têtes sont montées sur une tige commune, ou rack. Par conséquent, les têtes ne peuvent pas se déplacer indépendamment les unes des autres et ne se déplacent que de manière synchrone.

Les disques durs tournent beaucoup plus vite que les lecteurs de disquettes. Leur fréquence de rotation est actuellement de 7 200, 10 000 et 15 000 tr/min. La vitesse travailler dur disque dépend de sa fréquence de rotation, de la vitesse de déplacement du système de tête et du nombre de secteurs sur la piste. À travail normal disque dur les têtes de lecture/écriture ne touchent pas (et ne doivent pas toucher !) les disques. Mais lorsque vous coupez l'alimentation et arrêtez les disques, ils tombent à la surface. Pendant le fonctionnement de l'appareil, un très petit entrefer (coussin d'air) se forme entre la tête et la surface du disque rotatif. Si de la poussière pénètre dans cet espace ou si un choc se produit, la tête « entre en collision » avec le disque tournant « à pleine vitesse ». Si le coup est assez fort, la tête se cassera. Les conséquences de cela peuvent être différentes - de la perte de quelques octets de données à l'échec de tout.

Les nœuds principaux des disques durs

Presque tous les disques durs sont constitués des mêmes composants de base. La conception de ces unités et la qualité des matériaux utilisés peuvent varier, mais leurs caractéristiques de fonctionnement de base et leurs principes de fonctionnement sont les mêmes. Les principaux éléments structurels d'un disque dur type (Figure 6) sont les suivants :

• disques (plats);
• têtes de lecture/écriture ;
• mécanisme d'entraînement de la tête ;
• filtres à air
• moteur d'entraînement de disque;
• carte de circuits imprimés avec circuits de commande;
• panneau avant;
• câbles et connecteurs;
• éléments de configuration (cavaliers et commutateurs).

Les disques, le moteur d'entraînement de disque, les têtes et le mécanisme d'entraînement sont généralement logés dans un boîtier scellé appelé HDA (Head Disk Assembly). Habituellement, ce bloc est considéré comme un seul nœud ; il n'est presque jamais ouvert. Les autres ensembles non inclus dans le HDA (carte de circuit imprimé, cadre, éléments de configuration et pièces de montage) sont amovibles.

Riz. 6 ... Les principaux composants du disque dur

Disques

En règle générale, un lecteur contient un ou plusieurs disques magnétiques. Un certain nombre de tailles de lecteurs standard ont été établies, qui sont principalement déterminées par la taille des lecteurs, à savoir :

• 5,25 pouces (en réalité 130 mm ou 5,12 pouces) ;
• 3,5 pouces (en réalité 95 mm ou 3,74 pouces) ;
• 2,5 pouces (en réalité 65 mm ou 2,56 pouces) ;
• 1 pouce (en fait 34 mm, ou 1,33 pouces).

Il existe également des lecteurs avec des disques plus volumineux, tels que 8 ", 14" et même plus, mais ces périphériques ne sont généralement pas utilisés dans les ordinateurs personnels. De nos jours, les ordinateurs de bureau et certains modèles portables sont le plus souvent installés avec des lecteurs 3,5 "et de petits périphériques (2,5" et moins) dans des systèmes portables.

La plupart des disques ont au moins deux disques, bien que certains modèles plus petits en soient équipés. Le nombre de disques est limité par les dimensions physiques du lecteur, à savoir la hauteur de son châssis. Auparavant, presque tous les disques étaient fabriqués à partir de alliage d'aluminium, assez résistant et léger. Mais au fil du temps, le besoin s'est fait sentir de disques alliant petite taille et haute capacité. Par conséquent, le verre a commencé à être utilisé comme matériau principal pour les disques, ou plutôt comme matériau composite à base de verre et de céramique. L'un de ces matériaux s'appelle MemCor. Il est nettement plus fort que chacun de ses composants individuels. Les disques de verre sont plus durables et plus rigides, ils peuvent donc être deux fois plus fins que l'aluminium (et parfois même plus fins). De plus, ils sont moins sensibles aux changements de température, c'est-à-dire leurs tailles changent de manière très insignifiante pendant le chauffage et le refroidissement. Actuellement, certains lecteurs de sociétés telles qu'IBM, Seagate, Toshiba, Western Digital et Maxtor utilisent des disques en verre ou en vitrocéramique.

Couche de travail du disque

Quel que soit le matériau utilisé comme base du disque, celui-ci est recouvert d'une fine couche d'une substance capable de retenir l'aimantation résiduelle après exposition à un champ magnétique externe. Cette couche est dite de travail ou magnétique, et c'est dans celle-ci que sont stockées les informations enregistrées. Les plus courants sont deux types de couche de travail - oxyde et couche mince.

Oxyde la couche est un revêtement polymère avec une charge d'oxyde de fer. Appliquez-le comme suit. Tout d'abord, une suspension de poudre d'oxyde de fer dans une solution de polymère est pulvérisée sur la surface d'un disque en aluminium à rotation rapide. En raison de l'action des forces centrifuges, il s'étend uniformément sur la surface du disque depuis son centre jusqu'au bord extérieur. Après polymérisation de la solution, la surface est poncée. Ensuite, une autre couche de polymère pur avec une résistance suffisante et un faible coefficient de frottement est appliquée dessus, et le disque est enfin poli. Plus la capacité de stockage est élevée, plus la couche de travail des disques doit être fine et lisse.

Il s'est avéré impossible d'atteindre la qualité de revêtement requise pour les disques de grande capacité dans le cadre de la technologie traditionnelle, car la couche d'oxyde est plutôt molle, elle s'effrite lorsqu'elle « entre en collision » avec les têtes (par exemple, dans cas de secousses accidentelles du lecteur). Par conséquent, dans les modèles de lecteurs modernes, ils ont complètement cédé la place aux disques à couche mince.

Couche de travail en couche minceil est plus fin, il est plus résistant et la qualité de son revêtement est bien supérieure. Cette technologie a constitué la base de la production de lecteurs de nouvelle génération, dans lesquels il a été possible de réduire considérablement l'écart entre les têtes et les surfaces des disques, ce qui a permis d'augmenter la densité d'enregistrement. Au début, les lecteurs à couche mince n'étaient utilisés que dans des lecteurs de haute qualité et de grande capacité, mais ils sont maintenant utilisés dans presque tous les lecteurs. La couche de travail en couche mince est également appeléegalvanisé ou pulvérisé , car un film mince peut être appliqué sur la surface des disques de différentes manières.

Couche de travail galvanisée à couche minceobtenu par électrolyse. Le substrat en aluminium du disque est successivement immergé dans des bains avec diverses solutions, à la suite de quoi il est recouvert de plusieurs couches d'un film métallique. La couche de travail est une couche d'alliage de cobalt qui n'a qu'environ 1 micromètre d'épaisseur (environ 0,025 micromètre).Méthode de pulvérisation de la couche de travailemprunté à la technologie des semi-conducteurs. Son essence se résume au fait que dans des chambres à vide spéciales, les substances et les alliages sont d'abord transférés à l'état gazeux, puis déposés sur un substrat. Le disque en aluminium est d'abord recouvert d'une couche de phosphorite de nickel, suivie d'un alliage magnétique de cobalt. Dans ce cas, son épaisseur s'avère être égale à seulement 1 à 2 micropouces (0,025 à 0,05 microns). De même, au-dessus de la couche magnétique, un revêtement protecteur en carbone très fin (environ 0,025 µm) est appliqué sur le disque, qui a une résistance exceptionnelle. C'est le procédé le plus coûteux de tous ceux décrits ci-dessus, car il nécessite des conditions proches du vide complet.

Comme déjà noté, l'épaisseur de la couche magnétique obtenue par le procédé de pulvérisation est d'environ 0,025 µm. Sa surface exceptionnellement lisse permet un écart tête-disque beaucoup plus petit qu'auparavant (0,076 micron). Plus la tête est proche de la surface de la couche de travail, plus la densité des zones de changement de signe sur la piste d'enregistrement est élevée et, par conséquent, la densité du disque. De plus, avec une augmentation de l'intensité du champ magnétique, à mesure que la tête se rapproche de la couche magnétique, l'amplitude du signal augmente ; en conséquence, le rapport signal sur bruit devient plus favorable. Tant pendant le dépôt galvanique que pendant la pulvérisation, la couche de travail est très fine et durable. Par conséquent, la probabilité de « survie » des têtes et des disques en cas de contact les uns avec les autres à grande vitesse augmente considérablement. En effet, les lecteurs modernes avec des disques dotés de couches de travail à couche mince ne tombent pratiquement pas en panne lors de vibrations et de chocs. Les revêtements d'oxyde à cet égard sont beaucoup moins

fiable. Si vous regardez à l'intérieur du boîtier du lecteur, vous pouvez voir que les revêtements en couche mince des lecteurs ressemblent à la surface argentée des miroirs. Le revêtement le plus fin et le plus durable est obtenu pendant le processus de pulvérisation, donc la méthode de galvanoplastie dans Ces derniers temps est de moins en moins utilisé.

Lire / écrire des conceptions de tête

Avec le développement de la technologie de production Disques durs la conception des têtes de lecture/écriture a également été améliorée. Les premières têtes étaient des noyaux enroulés (électro-aimants). Selon les normes modernes, leurs dimensions étaient énormes et la densité d'enregistrement était extrêmement faible. Au fil des ans, les conceptions de têtes ont parcouru un long chemin depuis les premières têtes à noyau de ferrite jusqu'aux types modernes.

Dans les disques durs modernes, les quatre types de têtes suivants sont les plus couramment utilisés :

• ferrite;
• avec du métal dans l'espace (MIG);
• film mince (TF);
• magnétorésistif (MR);
• magnétorésistif géant (GMR).

Têtes de ferrite

Les têtes de ferrite classiques ont été utilisées pour la première fois dans les premiers lecteurs d'IBM. Leurs noyaux sont fabriqués à base de ferrite pressée (à base d'oxyde de fer). Le champ magnétique dans l'entrefer se produit lorsqu'un courant électrique traverse l'enroulement. À son tour, lorsque l'intensité du champ magnétique change près de l'entrefer dans l'enroulement, une force électromotrice est induite. Ainsi, la tête est polyvalente, c'est-à-dire peut être utilisé à la fois pour l'écriture et la lecture. Les dimensions et le poids des têtes en ferrite sont supérieurs à ceux des têtes à couche mince ; par conséquent, afin d'éviter leur contact indésirable avec les surfaces des disques, il est nécessaire d'augmenter l'écartement.

Au cours de l'existence des têtes en ferrite, leur conception originale (monolithique) a été considérablement améliorée. En particulier, des têtes dites verre-ferrite (composite) ont été développées, dont un petit noyau de ferrite est installé dans un corps en céramique. La largeur du noyau et de l'entrefer magnétique de telles têtes est plus faible, ce qui permet d'augmenter la densité des pistes d'enregistrement. De plus, leur sensibilité aux interférences magnétiques externes est réduite.

Au fur et à mesure que la capacité de stockage augmentait, les têtes de ferrite ont été complètement remplacées par d'autres variétés. Les têtes en ferrite sont inadaptées à l'enregistrement sur des supports à forte coercitivité, leur réponse en fréquence est limitée et leur sensibilité est faible (mauvais rapport signal/bruit). Le principal avantage des têtes en ferrite est leur faible coût.

Têtes avec du métal dans l'écart

Les têtes Metal-In-Gap (MIG) sont le résultat d'améliorations apportées à la conception de la tête en ferrite composite. Dans de telles têtes, l'entrefer magnétique situé à l'arrière du noyau est rempli de métal. Cela réduit considérablement la tendance du matériau du noyau à saturer magnétiquement, ce qui permet d'augmenter l'induction magnétique dans l'entrefer et, par conséquent, d'écrire sur le disque avec une densité plus élevée. De plus, le gradient du champ magnétique créé par la tête avec le métal dans l'entrefer est plus élevé, ce qui signifie que des zones magnétisées avec des limites plus prononcées se forment à la surface du disque (la largeur des zones d'inversion de signe diminue).

Ces têtes permettent l'utilisation de supports avec une force coercitive élevée et une couche de travail en film mince. En réduisant le poids global et en améliorant la conception, ces têtes peuvent être situées plus près de la surface du support.

Les têtes avec du métal dans l'espace sont de deux types : unilatérales et bilatérales (c'est-à-dire avec un et deux espaces métallisés). Dans les têtes unilatérales, une couche intermédiaire en alliage magnétique est située uniquement dans l'espace arrière (non fonctionnel) et dans les têtes bilatérales, dans les deux. La couche métallique est appliquée par dépôt sous vide. L'induction à saturation d'un alliage magnétique est environ le double de celle de la ferrite, ce qui, comme déjà noté, permet

écrire sur des supports avec une force coercitive élevée, qui sont utilisés dans les disques de grande capacité. Les têtes réversibles sont meilleures que les unilatérales à cet égard. En raison de leurs avantages indéniables, il y a quelque temps, les têtes avec du métal dans l'espace ont complètement remplacé les têtes en ferrite traditionnelles dans les lecteurs de haute qualité. Mais des exigences de capacité toujours croissantes disques durs ont conduit au fait qu'elles sont maintenant progressivement remplacées par des têtes à couches minces.

Têtes à couche mince

Les têtes Thin Film (TF) sont fabriquées à l'aide d'une technologie similaire à celle d'un circuit intégré, c'est-à-dire par photolithographie. Plusieurs milliers de têtes peuvent être "imprimées" sur un substrat à la fois, qui sont donc petites et légères. L'espace de travail dans les têtes à couche mince peut être rendu très étroit et sa largeur est ajustée pendant la production en créant des couches supplémentaires d'alliage d'aluminium non magnétique. L'aluminium remplit complètement l'espace de travail et le protège bien des dommages (écaillage des bords) lorsque contacts occasionnels avec un disque. Le noyau lui-même est constitué d'un alliage de fer et de nickel, dont l'induction de saturation est 2 à 4 fois supérieure à celle de la ferrite.

Les zones d'aimantation rémanente formées par les têtes à couches minces à la surface du disque ont des limites bien définies, ce qui permet d'atteindre une densité d'enregistrement très élevée. En raison du poids léger et de la petite taille des têtes, il est possible de réduire considérablement l'écart entre elles et les surfaces des disques par rapport aux têtes en ferrite et MIG : dans certains lecteurs, sa valeur ne dépasse pas 0,05 micron. En conséquence, d'une part, la magnétisation rémanente des surfaces du support augmente et, d'autre part, l'amplitude du signal augmente et le rapport signal sur bruit en mode lecture s'améliore, ce qui affecte finalement la fiabilité de l'enregistrement et de la lecture des données.

Avec la densité de l'arrangement des pistes et la distribution des données le long de la piste, qui sont typiques des lecteurs modernes, le signal de lecture d'une tête de ferrite conventionnelle serait simplement « perdu » dans le bruit et les interférences. Enfin, du fait de la faible hauteur des têtes couche mince avec les mêmes dimensions que le boîtier du lecteur, il est possible d'installer grande quantité disques.

Jusqu'à récemment, les têtes à couche mince étaient nettement plus chères que les autres, mais les améliorations de la technologie de production et les exigences accrues en matière de capacité de stockage ont conduit, d'une part, à une diminution du coût des têtes à couche mince (il est devenu comparable, et parfois même inférieur au prix des têtes en ferrite et des têtes avec du métal dans l'espace), et d'autre part - à leur plus large diffusion.

Aujourd'hui, les têtes à couche mince sont utilisées dans la plupart des lecteurs de grande capacité, en particulier dans les modèles de petite taille, déplaçant pratiquement les têtes avec du métal dans l'espace. Leur conception et leurs caractéristiques s'améliorent constamment, mais, très probablement, dans un avenir proche, elles seront supplantées par les têtes magnétorésistives.

Têtes magnétorésistives

Les têtes magnéto-résistives (MR) sont relativement récentes. Ils sont développés par IBM et permettent d'atteindre les valeurs les plus élevées de densité d'enregistrement et de vitesse des périphériques de stockage. Les têtes magnétorésistives ont été installées pour la première fois dans un disque dur IBM 1 Go (3,5 ") en 1991.

Toutes les têtes sont des détecteurs, c'est-à-dire enregistre les changements dans les zones de magnétisation et les convertit en signaux électriques pouvant être interprétés comme des données. Cependant, avec l'enregistrement magnétique, il y a un problème : à mesure que les domaines magnétiques du support diminuent, le niveau de signal de la tête diminue et il y a une possibilité de confondre le bruit avec un signal « réel ». Pour résoudre ce problème, il est nécessaire de disposer d'une tête de lecture efficace, capable de déterminer de manière plus fiable la présence d'un signal.

Il y a assez longtemps, un autre effet du magnétisme a été découvert : lorsqu'un champ magnétique externe est appliqué à un conducteur, sa résistance change. Lorsqu'une tête classique passe sur la zone de changement de signe, une impulsion de tension se forme aux sorties de l'enroulement. La situation est différente lors de la lecture de données à l'aide d'une tête magnétorésistive. Sa résistance s'avère différente lors du passage sur des zones avec des valeurs différentes de magnétisation résiduelle (constante). Ce phénomène a servi de base au développement d'un nouveau type de tête de lecture par IBM. Un petit courant de mesure constant circule dans la tête et lorsque la résistance change, la chute de tension à ses bornes change également.

Étant donné que seul un lecteur peut être construit sur la base de l'effet magnétorésistif, une tête magnétorésistive est en fait deux têtes combinées en une seule structure. Dans ce cas, la partie écriture est une tête inductive classique, et la partie lecture est une tête magnétorésistive. Étant donné que les fonctions de lecture et d'écriture sont réparties entre deux nœuds distincts, chacun peut être conçu de manière à ce que la meilleure voie effectuer l'opération prévue. L'amplitude du signal de sortie d'une telle tête s'avère être environ quatre fois supérieure à celle d'une tête inductive.

Les têtes magnétorésistives sont plus chères et plus complexes que les autres types de têtes, car il y a des éléments supplémentaires dans leur conception, et processus technologique comprend plusieurs étapes supplémentaires. Les principales différences entre les têtes magnétorésistives et les têtes conventionnelles sont les suivantes :

• des fils supplémentaires doivent leur être connectés pour fournir le courant de mesure au capteur résistif;
• 4 à 6 masques supplémentaires (photomasques) sont utilisés dans le processus de production ;
• en raison de leur haute sensibilité, les têtes magnétorésistives sont plus sensibles aux champs magnétiques externes, elles doivent donc être soigneusement blindées.

Dans toutes les têtes considérées précédemment, le même écart "travaillait" dans le processus d'écriture et de lecture, et dans la tête magnétorésistive il y en a deux, chacune pour son propre fonctionnement. Lors de la conception de têtes avec un seul jeu de travail, vous devez faire un compromis dans le choix de sa largeur. Le fait est que pour améliorer les paramètres de la tête en mode de lecture, il est nécessaire de réduire la largeur de l'entrefer (pour augmenter la résolution), et pendant l'enregistrement, l'entrefer doit être plus large, car le flux magnétique pénètre dans la couche de travail à une plus grande profondeur ("magnétisation" dans toute l'épaisseur). Dans les têtes magnétorésistives à deux entrefers, chacun d'eux peut avoir une largeur optimale. Une autre caractéristique des têtes considérées est que leur partie d'enregistrement (couche mince) forme sur le disque des pistes plus larges qu'il n'est nécessaire au fonctionnement de l'unité de lecture (magnétorésistive). Dans ce cas, la tête de lecture "collecte" moins d'interférences magnétiques des pistes adjacentes.

Un schéma d'une tête magnétorésistive IBM typique est illustré à la Fig. 7. Montré ici est l'ensemble de la tête avec un curseur. L'élément de lecture de la tête (capteur magnétorésistif) est constitué d'un film nickel-fer séparé par un petit entrefer de la couche magnétique. Ce film change de résistance en fonction du champ magnétique. Des couches de protection protègent l'élément de captage des champs magnétiques « accidentels ». Dans la plupart des conceptions, la deuxième protection agit comme un élément d'enregistrement. Ce type de tête est appelé tête magnétorésistive combinée. L'élément d'enregistrement est une tête inductive classique à couche mince.

Riz. 7 ... Coupe transversale de la tête magnétorésistive

Têtes magnétorésistives géantes

En 1997, IBM a annoncé un nouveau type de tête magnétorésistive avec une sensibilité beaucoup plus grande. On les appelait des têtes magnétorésistives géantes (GMR). Ils ont obtenu ce nom en fonction de l'effet utilisé (bien qu'ils soient de taille plus petite que les têtes magnétorésistives standard). L'élément de lecture de la tête magnétorésistive géante est illustré à la Fig. 8 ... Actuellement, la plupart des disques durs utilisent ce type de tête et la technologie GMR dominera la production de têtes dans un avenir proche.

Riz. huit ... Coupe transversale d'une tête magnétorésistive géante

Glissière

Un curseur est une pièce structurelle grâce à laquelle la tête est supportée en position suspendue sur la bonne distance de la surface du disque. Le curseur lui-même n'est pas non plus en contact avec la surface du support. Dans la plupart des cas, ce détail ressemble à un catamaran en forme avec deux «flotteurs» latéraux et une «timonerie» centrale - une tête magnétique (Fig. 9).

La tendance à une diminution constante de la taille des entraînements conduit au fait que tous leurs éléments constitutifs, y compris les curseurs, sont également réduits. Par exemple, la taille d'un mini-disque dur standard est de 0,160 x 0,126 x 0,034 po. (4 x 3,2 x 0,86 mm). La plupart des disques de grande capacité et de petite taille utilisent désormais des curseurs plus petits (réduits de 50 %) : 0,08 x 0,063 x 0,017 po (2 x 1,6 x 0,43 mm). V derniers modèles le curseur est réduit de 70 %. La réduction de la taille du curseur entraîne une diminution de la masse du système mobile, constitué de la tête, du curseur et du levier de déplacement de la tête. Ceci, à son tour, leur permet d'être déplacés avec des accélérations élevées, c'est-à-dire réduire le temps de transition d'une piste à l'autre et, par conséquent, le temps d'accès aux données. De plus, dans ce cas, il est possible de réduire la taille de la zone de "parking" des têtes ("piste d'atterrissage") et, en conséquence, d'augmenter la surface utilisable des disques. Enfin, en raison de la plus petite surface de la surface de contact du curseur, l'usure inévitable de la surface du support est réduite pendant le processus de déroulement et d'arrêt des disques.

Dans les dernières conceptions de curseurs, leur face inférieure a une forme spéciale, grâce à laquelle la hauteur du "vol" des têtes au-dessus de la surface du disque (la quantité d'entrefer) est maintenue à peu près la même lors du fonctionnement sur cylindres externes et internes. Lors de l'utilisation de curseurs conventionnels, l'écart entre la tête et la couche de travail du disque change considérablement lors du passage des pistes extérieures aux pistes intérieures et vice versa. Cela est dû aux différences dans les vitesses linéaires des différentes sections de la surface du disque par rapport aux têtes (la vitesse linéaire dépend du rayon de rotation). Plus la vitesse est élevée, plus le jeu est grand. Cet effet est hautement indésirable, en particulier dans les nouveaux lecteurs d'enregistrement de zone, dans lesquels les densités d'enregistrement linéaires (le long des pistes) sont les mêmes sur tous les cylindres. Dans ce cas, pour une lecture et une écriture normales, la quantité d'entrefer entre la tête et la couche de travail du disque doit rester constante. Ce problème peut être résolu en donnant aux surfaces des curseurs une forme spéciale, ce qui est fait dans les lecteurs avec enregistrement de zone.

Conception de cadre avec têtes de lecture/écriture

Les disques durs ont une tête de lecture/écriture séparée pour chaque côté de chaque disque. Toutes les têtes sont montées sur un châssis mobile commun et se déplacent simultanément. Chaque tête est montée à l'extrémité d'un levier monté sur ressort qui la presse légèrement contre le disque. Cette. le disque est, pour ainsi dire, pris en sandwich entre une paire de têtes (haut et bas). En figue. 10 montre une conception typique d'un actionneur à bobine mobile.

Riz. 10. Têtes de lecture/écriture et actionneur rotatif à bobine mobile

Lorsque le lecteur est éteint, les têtes touchent les disques sous la force des ressorts. Lorsque les disques tournent, la pression aérodynamique sous les têtes augmente et ils se détachent des surfaces de travail (« décollage »). Lorsque le disque tourne à pleine vitesse, l'écart entre le disque et les têtes peut être de 0,5 à 5 micropouces (0,01 à 0,5 micron) ou plus. C'est pour ces raisons que les unités HDA ne sont assemblées que dans des salles blanches répondant aux exigences de la classe 100 (voire supérieure). Cela signifie que dans un pied cube d'air, il ne peut y avoir plus de 100 grains de poussière jusqu'à 0,5 micron. (À titre de comparaison : une personne immobile exhale environ 500 de ces particules par minute). Par conséquent, les locaux sont équipés de systèmes spéciaux de filtration et de purification de l'air. Les unités HDA ne peuvent être ouvertes que dans ces conditions. Le maintien d'un tel environnement stérile coûte beaucoup d'argent.

Il existe d'autres façons de créer des conditions stériles. Par exemple, la table de montage est clôturée de l'espace environnant avec un rideau d'air et de l'air purifié est constamment fourni directement au lieu de travail sous pression.

Mécanismes d'entraînement

Une partie importante de l'entraînement est également le mécanisme qui les met dans la position souhaitée et s'appelleactionneur... C'est avec son aide que les têtes se déplacent du centre vers les bords du disque et s'installent sur un cylindre donné. Il existe de nombreuses conceptions de mécanismes d'actionneurs, mais ils peuvent être divisés en deux types principaux :

• avec un moteur pas à pas ;
• avec une bobine mobile.

Le type de variateur détermine en grande partie la vitesse et la fiabilité du variateur, la fiabilité de la lecture des données, sa stabilité en température, sa sensibilité au choix de la position de fonctionnement et aux vibrations. Les entraînements à moteur pas à pas sont beaucoup moins fiables que les entraînements à bobine mobile. Le lecteur est la partie la plus importante du lecteur. Table ____ montre deux types de lecteurs de tête de disque dur et montre la dépendance des caractéristiques de l'appareil sur un type de lecteur spécifique.

Table. Dépendance des caractéristiques de stockage sur le type de lecteur

Caractéristique	Entraînement par moteur pas à pas	Entraînement à bobine mobile
Temps d'accès aux données	Gros	Petit
Stabilité de la température	Faible (très !)	Haute
Sensibilité au choix des travailleurs des provisions	Constant	Absent
	En cours (pas toujours)	Exécuté
Maintenance préventive	Reformatage périodique	Non requis
Fiabilité globale (relative)	Meugler	Haute

Ainsi, les variateurs avec un variateur basé sur un moteur pas à pas ont une vitesse moyenne d'accès aux données assez faible (c'est-à-dire un temps d'accès long), ils sont sensibles aux fluctuations de température et au choix d'une position de fonctionnement lors des opérations de lecture et d'écriture, ils ne le font pas automatiquement garer leur tête (c'est-à-dire les déplacer vers une « piste » sûre lorsque l'alimentation est coupée). De plus, ils doivent généralement être reformatés une ou deux fois par an pour aligner l'emplacement réel des zones d'enregistrement avec le balisage des en-têtes de secteur. Il est tout à fait clair que les entraînements avec entraînement par moteur pas à pas sont en tous points inférieurs aux appareils utilisant des entraînements à bobine mobile.

Les lecteurs de disquettes utilisent un moteur pas à pas pour déplacer les têtes. Ses paramètres (dont la précision) sont tout à fait suffisants pour des disques de ce type, puisque la densité de pistes sur les disquettes est bien plus faible (135 pistes par pouce) que sur les disques durs (plus de 5000 pistes par pouce.

Entraînement par moteur pas à pas

Moteur pas à pas- il s'agit d'un moteur électrique dont le rotor ne peut tourner que pas à pas, c'est-à-dire à un angle strictement défini. Si vous tournez son arbre à la main, vous pouvez entendre des clics silencieux (ou des craquements lors d'une rotation rapide), qui se produisent chaque fois que le rotor passe la prochaine position fixe. Les moteurs pas à pas ne peuvent être installés que dans des positions fixes. Les dimensions de ces moteurs sont petites (de l'ordre de plusieurs centimètres), et la forme peut être différente - rectangulaire, cylindrique, etc. Le moteur pas à pas est installé à l'extérieur de l'unité HDA, mais son arbre est guidé vers l'intérieur à travers un trou avec un joint. Habituellement, le moteur est situé dans l'un des coins du corps d'entraînement et peut être facilement reconnu.

L'un des problèmes les plus sérieux avec les mécanismes de moteurs pas à pas est l'instabilité de leurs températures. Lorsqu'ils sont chauffés et refroidis, les disques se dilatent et se contractent, ce qui entraîne le déplacement des pistes de leurs positions précédentes. Le mécanisme de l'actionneur ne permettant pas de les déplacer d'une distance inférieure à un pas (passage à une piste), il est impossible de compenser ces erreurs de température. Les têtes se déplacent en fonction du nombre d'impulsions appliquées au moteur pas à pas.

En figue. 11 montre une vue extérieure d'un entraînement par moteur pas à pas.

Riz. Onze. Apparence entraînement par moteur pas à pas

Entraînement à bobine mobile

Entraînement à bobine mobileutilisé dans presque tous les périphériques de stockage modernes. Contrairement aux systèmes de moteur pas à pas, dans lesquels les têtes se déplacent à l'aveugle, l'actionneur à bobine mobile utilise un signal de retour afin que la position des têtes par rapport aux pistes puisse être déterminée avec précision et corrigée si nécessaire. Ce système permet une réponse, une précision et une fiabilité plus rapides qu'un moteur pas à pas traditionnel. Un entraînement à bobine mobile fonctionne sur le principe de l'électromagnétisme (il est de conception similaire à un haut-parleur conventionnel, dans lequel une bobine mobile connectée à un diffuseur peut se déplacer dans l'espace d'un aimant permanent). Dans une conception d'entraînement typique, la bobine mobile est couplée de manière rigide à l'ensemble de tête et placée dans le champ d'un aimant permanent. La bobine et l'aimant ne sont en aucun cas connectés ; le mouvement de la bobine ne s'effectue que sous l'influence de forces électromagnétiques. Lorsqu'un courant électrique apparaît dans la bobine, celui-ci, comme dans un haut-parleur, se déplace par rapport à un aimant permanent rigidement fixé, tout en déplaçant l'unité de tête. Un tel mécanisme s'avère très rapide et moins bruyant qu'un moteur pas à pas.

Contrairement à un entraînement par moteur pas à pas, il n'y a pas de positions pré-verrouillées dans les dispositifs à bobine mobile. Au lieu de cela, ils utilisent un système de guidage (positionnement) spécial qui amène les têtes précisément au cylindre souhaité (afin que l'actionneur à bobine mobile puisse déplacer les têtes en douceur dans n'importe quelle position). Ce système s'appelle un servomoteur et diffère de celui discuté précédemment en ce qu'un signal de retour est utilisé pour guider (positionner) avec précision les têtes, qui transporte des informations sur la position relative réelle des pistes et des têtes. Ce système est souvent appelé système en boucle fermée (ou auto-ajustable).

Les fluctuations de température n'affectent pas la précision de l'actionneur de rétroaction à bobine mobile. Lorsque les disques rétrécissent et se dilatent, tous les changements de leurs dimensions sont surveillés par le servo et les positions de la tête (sans être prédéterminées) sont ajustées en conséquence. Pour rechercher une piste spécifique, des informations auxiliaires (servocode) précédemment enregistrées sur le disque sont utilisées et, pendant le fonctionnement, la position réelle du cylindre sur le disque est toujours déterminée, en tenant compte de tous les écarts de température. Étant donné que le code d'asservissement est lu en continu, lors du chauffage du lecteur et de l'expansion des disques, par exemple, les têtes suivent la piste et la lecture des données ne pose aucun problème. Par conséquent, un entraînement de rétroaction de bobine mobile est souvent appelé système de suivi de piste.

Les mécanismes d'entraînement des bobines mobiles sont de deux types, qui ne diffèrent que par la disposition physique des aimants et des bobines :

• linéaire ;
• pivotant.

Entraînement linéaire (Fig. 12) déplace les têtes en ligne droite, strictement le long de la ligne du rayon du disque. Les bobines sont situées dans les entrefers des aimants permanents.

Riz. 12. Actionneur linéaire à bobine mobile

Le principal avantage d'un actionneur linéaire est que lors de son utilisation, les erreurs azimutales, typiques d'un actionneur rotatif, ne se produisent pas. (Sous azimut signifie l'angle entre le plan de l'espace de travail de la tête et la direction de la piste d'enregistrement.) Lors du passage d'un cylindre à un autre, les têtes ne tournent pas et leur azimut ne change pas.

Cependant, l'actionneur linéaire présente un inconvénient important : sa conception est trop massive. Pour améliorer les performances d'entraînement, vous devez réduire le poids du mécanisme d'entraînement et des têtes elles-mêmes. Plus le mécanisme est léger, plus O Avec des accélérations plus élevées, il peut passer d'un cylindre à l'autre. Les entraînements linéaires sont beaucoup plus lourds que les entraînements rotatifs, ils ne sont donc pas utilisés dans les entraînements modernes.

Entraînement de pivotement(voir Fig. 10) fonctionne sur le même principe que le linéaire, mais les extrémités des leviers de tête sont attachées à la bobine mobile. Lorsque la bobine se déplace par rapport à l'aimant permanent, les leviers de déplacement des têtes tournent, déplaçant les têtes vers l'axe ou vers les bords des disques. En raison de son faible poids, une telle structure peut se déplacer avec de fortes accélérations, ce qui peut réduire considérablement le temps d'accès aux données. Le mouvement rapide des têtes est également facilité par le fait que les leviers des leviers sont différents : celui sur lequel les têtes sont montées a b longueur plus longue.

Les inconvénients de cet entraînement incluent le fait que les têtes tournent lors du passage des cylindres extérieurs aux cylindres intérieurs et que l'angle entre le plan de l'entrefer magnétique de la tête et la direction de la piste change. C'est pourquoi la largeur de la zone de travail du disque (la zone dans laquelle se trouvent les pistes) est souvent limitée (de sorte que les erreurs azimutales inévitables restent dans des limites acceptables). Aujourd'hui, l'entraînement d'orientation est utilisé dans presque tous les entraînements à bobine mobile.

Retour d'information

Trois façons de construire une boucle de rétroaction ont été utilisées à différents moments pour contrôler les entraînements à bobine mobile :

• avec un "coin" auxiliaire;
• avec des codes intégrés ;
• avec un disque spécialisé.

Ils diffèrent par leur mise en œuvre technique, mais, en fait, sont conçus pour atteindre le même objectif : assurer un réglage constant de la position des têtes et de leur guidage (positionnement) au vérin correspondant. Les principales différences entre eux se résument à l'endroit où les codes d'asservissement sont enregistrés sur les surfaces du disque.

Avec toutes les méthodes de construction d'une boucle de rétroaction, pour son fonctionnement, des informations spéciales (servocodes) sont nécessaires, qui sont écrites sur le disque lors de sa fabrication. Il est généralement enregistré dans ce qu'on appelle Code gris ... Dans ce système de codage, lors du passage d'un nombre au suivant ou au précédent, un seul bit binaire change. Avec cette approche, les informations sont lues et traitées beaucoup plus rapidement qu'avec un codage binaire conventionnel, et le positionnement de la tête se produit pratiquement sans délai. Les codes servo sont écrits sur le disque lorsque le lecteur est assemblé et ne changent pas pendant toute la durée de son fonctionnement.

Les codes d'asservissement sont écrits sur un appareil spécial dans lequel les têtes sont déplacées séquentiellement vers des positions strictement définies, et dans ces positions les codes ci-dessus sont écrits sur les disques. Pour régler avec précision les têtes dans de tels appareils, un viseur laser est utilisé et les distances sont déterminées par la méthode d'interférence, c'est-à-dire précis aux fractions d'une onde laser. Étant donné que le mouvement des têtes dans un tel appareil est effectué mécaniquement (sans la participation du propre entraînement du lecteur), tous les travaux sont effectués dans une salle blanche soit avec un couvercle d'unité HDA ouvert, soit à travers des trous spéciaux, qui sont scellés avec une bande de scellement à la fin de l'enregistrement du servocode. Vous pouvez trouver ces trous scotchés sur l'unité HDA, et la bande dira nécessairement que si vous l'arrachez, vous perdrez votre garantie.

Les enregistreurs servo sont chers et sont souvent conçus pour un modèle d'entraînement spécifique. Certaines entreprises qui réparent les disques ont de tels dispositifs, c'est-à-dire peut écraser les codes servo si le variateur est endommagé. Si l'entreprise de réparation ne dispose pas d'un appareil pour enregistrer les codes d'asservissement, le variateur défectueux est envoyé au fabricant. Les codes d'asservissement ne peuvent pas être supprimés pendant les opérations normales de lecture et d'écriture. Cela ne peut pas être fait même avec un formatage de bas niveau.

Étant donné que l'entraînement à bobine mobile suit la position réelle des pistes, les erreurs de positionnement qui se produisent au fil du temps dans les entraînements à moteur pas à pas ne sont pas présentes dans ces appareils. Leur travail n'est pas non plus affecté par l'expansion et la contraction des disques, qui se produisent en raison des fluctuations de température. De nombreux entraînements à bobine mobile modernes effectuent un étalonnage de la température à intervalles réguliers pendant le fonctionnement. Cette procédure consiste dans le fait que toutes les têtes sont transférées une par une de zéro à un autre cylindre. En même temps, à l'aide du circuit intégré, il est vérifié de combien la piste spécifiée s'est déplacée par rapport à sa position dans la session d'étalonnage précédente, et les corrections nécessaires sont calculées, qui sont entrées dans la mémoire vive du lecteur. lui-même. Par la suite, ces informations sont utilisées à chaque mouvement des têtes, ce qui permet de les installer avec une précision maximale.

Dans la plupart des variateurs, l'étalonnage de la température est effectué toutes les 5 minutes pendant la première demi-heure après la mise sous tension, puis toutes les 25 minutes. Certains utilisateurs pensent qu'une erreur s'est produite lors de la lecture des données, mais en fait, il était juste temps pour le prochain étalonnage. Notez que cette procédure est effectuée dans la plupart des lecteurs intelligents modernes (IDE et SCSI), ce qui vous permet finalement de diriger les têtes vers les pistes avec la plus grande précision possible.

Cependant, avec la prolifération des programmes multimédias, de telles interruptions dans le fonctionnement des lecteurs deviennent un obstacle. Le fait est que lors de l'exécution d'un étalonnage, tous les échanges de données avec le lecteur sont terminés, par exemple, la lecture de fragments audio ou vidéo est suspendue. Par conséquent, les sociétés produisant de tels lecteurs ont commencé à publier leurs modifications A / V spéciales (A / V - Audiovisuel), dans lesquelles le début du prochain étalonnage de la température est retardé jusqu'à la fin de la session d'échange de données en cours.

La plupart des nouveaux modèles de périphériques IDE et SCSI sont de ce type, c'est-à-dire la lecture des séquences audio et vidéo n'est pas interrompue par les procédures d'étalonnage.

En parlant des procédures effectuées automatiquement par les lecteurs : la plupart des appareils qui effectuent un étalonnage automatique de la température effectuent également un balayage. Le fait est que, bien que les têtes ne touchent pas le support, elles sont situées si près de celui-ci que le frottement de l'air commence à affecter. Malgré sa taille relativement petite, il peut encore entraîner une usure prématurée de la surface du disque si la tête est constamment (ou presque constamment) sur la même piste. Pour éviter que cela ne se produise, la procédure suivante est effectuée. Si la tête reste immobile trop longtemps (c. dans la zone où la vitesse linéaire du disque est maximale, et par conséquent, l'entrefer entre sa surface et la tête a la plus grande valeur. La temporisation est choisie relativement petite (généralement 9 minutes). Si, après avoir déplacé la tête, le disque est à nouveau « inactif » pendant le même temps, la tête se déplacera sur une autre piste, et ainsi de suite.

Coin auxiliaire

Ce système d'écriture de code d'asservissement a été utilisé dans les premiers entraînements à bobine mobile. Toutes les informations nécessaires pour viser (positionner) les têtes ont été enregistrées en codes Gray dans un secteur étroit ("coin") de chaque cylindre juste avant la marque d'index. La marque d'index marque le début de chaque piste, c'est-à-dire des informations auxiliaires sont enregistrées dans l'espace de pré-index situé à la fin de chaque piste. Cette zone est nécessaire pour compenser la rotation inégale du disque et la fréquence d'horloge d'enregistrement, et n'est généralement pas accessible par le contrôleur de disque. En figue. 13 montre un procédé d'écriture de codes d'asservissement dans un coin auxiliaire.

13. Coin auxiliaire

Certains contrôleurs doivent être informés qu'un lecteur esclave leur est connecté. En conséquence, ils ajustent (raccourcissent) la longueur des secteurs pour s'adapter à la zone de la cale auxiliaire. L'inconvénient le plus important d'un tel système d'enregistrement est qu'il n'est lu qu'une seule fois pour chaque tour du disque. Cela signifie que dans de nombreux cas, le disque doit effectuer plusieurs tours pour déterminer avec précision et corriger la position des têtes. Cet inconvénient était évident dès le début, donc systèmes similaires n'ont jamais été répandus, et maintenant ils ne sont plus du tout utilisés.

Codes en ligne

Cette méthode de mise en œuvre de la rétroaction est une version améliorée du système avec un coin auxiliaire (Fig. 14). Dans ce cas, les codes d'asservissement sont écrits non seulement au début de chaque cylindre, mais également avant le début de chaque secteur. Cela signifie que les signaux de retour sont envoyés au circuit d'actionnement plusieurs fois au cours de chaque révolution du disque et les têtes sont réglées beaucoup plus rapidement dans la position souhaitée. Un autre avantage (par rapport à un système de disque dédié) est

le fait que les codes d'asservissement sont enregistrés sur toutes les pistes, de sorte que la position de chaque tête peut être ajustée (cela s'applique aux cas où des disques individuels dans le lecteur sont chauffés ou refroidis de différentes manières, ou sont soumis à des déformations individuelles).

La méthode décrite d'écriture des codes d'asservissement est utilisée dans la plupart des variateurs modernes. Comme dans les systèmes avec un coin auxiliaire, les codes d'asservissement intégrés sont protégés contre l'effacement et toute opération d'écriture est bloquée si les têtes se trouvent au-dessus des sections avec des informations supplémentaires. Par conséquent, même avec un formatage de bas niveau, il n'est pas possible de supprimer les codes d'asservissement.

Un système avec servocodes intégrés fonctionne mieux qu'avec une cale auxiliaire, car les informations de service (servocodes) sont lues plusieurs fois pour chaque tour de disque. Mais il est bien évident que le système dans lequel fonctionne la boucle de rétroaction devrait être encore plus efficace. en continu , c'est à dire. les codes d'asservissement sont lus en continu.

Riz. 14. Servocodes intégrés

Systèmes de disques spécialisés

Lors de la mise en œuvre cette méthode les codes d'asservissement sont écrits le long de la piste entière, pas seulement une fois au début ou au début de chaque secteur. Naturellement, si vous faites cela avec toutes les pistes du lecteur, il n'y aura plus de place pour les données. Par conséquent, une face de l'un des disques est dédiée exclusivement à l'enregistrement des codes d'asservissement. Termedisque dédiésignifie qu'une face du disque est réservée à l'enregistrement des informations de service(servocodes) et les données ne sont pas stockées ici. À première vue, cette approche peut sembler plutôt inutile, mais il faut garder à l'esprit que les codes d'asservissement ne sont plus enregistrés de part et d'autre des disques restants. Par conséquent, la perte totale espace disque s'avèrent être à peu près les mêmes que lors de l'utilisation du système de codage en ligne.

Lors de l'assemblage de disques avec un disque dédié, un côté d'un disque particulier est retiré de l'utilisation normale pour les opérations de lecture/écriture ; à la place, une séquence de codes d'asservissement est enregistrée dessus, qui sont ensuite utilisés pour un positionnement précis des têtes. De plus, la tête d'asservissement desservant ce côté du disque ne peut pas être commutée en mode d'enregistrement, c'est-à-dire Les codes d'asservissement, comme dans tous les systèmes décrits ci-dessus, ne peuvent être effacés ni pendant l'enregistrement de données normal ni pendant le formatage de bas niveau. En figue. 15 montre un schéma d'un variateur avec un servo disque dédié. Le plus souvent, la tête supérieure ou l'une des têtes centrales sert à lire les codes d'asservissement.

Riz. 15. Système avec disque dédié

Lorsque le variateur reçoit une commande pour transférer les têtes vers un cylindre spécifique, le appareil électronique utilise les signaux reçus par la tête d'asservissement pour déterminer avec précision la position de toutes les autres têtes. Pendant le mouvement des têtes, les numéros de piste sont lus en continu à partir de la surface du disque spécialisé. Lorsque la piste cible est sous la tête d'asservissement, le variateur s'arrête. Après cela, le réglage fin de la position des têtes est effectué et alors seulement le signal de validation d'écriture est émis. Et bien qu'une seule tête (tête d'asservissement) soit utilisée pour lire les codes d'asservissement, toutes les autres sont montées sur un châssis rigide commun, donc si une tête est au-dessus du cylindre souhaité, toutes les autres le seront aussi.

Une caractéristique distinctive d'un lecteur avec un disque spécialisé est un nombre impair de têtes. Presque tous les variateurs de grande capacité utilisent la méthode décrite d'écriture des codes d'asservissement, grâce à laquelle ils sont lus en permanence, quelle que soit la position des têtes. Cela permet une précision maximale dans le positionnement des têtes. Il existe également des lecteurs qui combinent les deux méthodes de réglage de la position de la tête : avec des codes intégrés et avec un disque spécialisé. Cependant, de tels lecteurs sont rares.

Stationnement automatique de la tête

Lorsque l'alimentation est coupée, les leviers avec les têtes sont abaissés à la surface des disques. Les disques sont capables de résister à des milliers de "décollages" et "atterrissages" de têtes, mais il est souhaitable qu'ils se produisent sur des zones spécialement désignées de la surface du disque où aucune donnée n'est écrite. Lors de ces décollages et atterrissages, il se produit une usure (abrasion) de la couche de travail, car sous les têtes des "nuages ​​de poussière"

particules de la couche de travail du support; si, au décollage ou à l'atterrissage, il y a une commotion cérébrale

accumulateur, la probabilité d'endommager les têtes et les disques augmentera considérablement.

L'un des avantages d'un entraînement à bobine mobile estparking automatique de la tête... A la mise sous tension, les têtes sont positionnées et maintenues en position par l'interaction des champs magnétiques de la bobine mobile et de l'aimant permanent. Lorsque l'alimentation est coupée, le champ qui maintient les têtes au-dessus d'un cylindre particulier disparaît et elles commencent à glisser de manière incontrôlable sur les surfaces des disques qui ne se sont pas encore arrêtées, ce qui peut causer des dommages. Afin d'éviter d'éventuels dommages à l'entraînement, le bloc de tête rotative est relié à un ressort de rappel. Lorsque l'ordinateur est allumé, la force magnétique dépasse généralement l'élasticité du ressort. Mais lorsque l'alimentation est coupée, les têtes se déplacent sous l'influence d'un ressort dans la zone de stationnement avant que les disques ne s'arrêtent.

Ainsi, pour activer le mécanisme de stationnement de la tête dans les entraînements avec entraînement à partir d'une bobine mobile, il suffit d'éteindre l'ordinateur ; aucun programme spécial n'est nécessaire pour cela. En cas de panne de courant soudaine, les têtes sont garées automatiquement.

Filtres à air et acclimatation du disque dur

Presque tous les disques durs utilisent deux filtres à air : un filtre de recirculation et un filtre barométrique. Contrairement aux filtres remplaçables qui étaient installés dans les anciens variateurs des grosses machines, ils sont situés à l'intérieur du boîtier et ne peuvent pas être remplacés pendant toute la durée de vie du variateur.

Dans les anciens entraînements, l'air était constamment pompé de l'extérieur vers l'intérieur de l'appareil et vice versa à travers le filtre, qui devait être changé périodiquement. V appareils modernes cette idée a été abandonnée. Le filtre de recirculation de l'unité HDA est uniquement destiné à nettoyer l'"atmosphère" interne des petites particules de la couche de travail du support qui, malgré toutes les mesures prises, s'effritent encore des disques lors des décollages et des atterrissages des têtes (ainsi que comme de toute autre petite particule pouvant pénétrer à l'intérieur du HDA). Étant donné que les lecteurs des ordinateurs personnels sont scellés et qu'il n'y a pas de pompage d'air de l'extérieur, ils peuvent fonctionner même dans des conditions de forte pollution de l'air ambiant (Fig. 16).

16. Sens du flux d'air dans le boîtier HDA

L'unité HDA n'est pas complètement scellée. L'air extérieur pénètre dans le HDA à travers le filtre barométrique, car cela est nécessaire pour égaliser la pression à l'intérieur et à l'extérieur de l'unité. Précisément parce que disques durs ne sont pas des appareils complètement étanches, les fabricants indiquent pour eux la plage d'altitudes au-dessus du niveau de la mer dans laquelle ils restent opérationnels (généralement de -300 à +3000 m). Dans un air plus raréfié, le jeu entre les têtes et les surfaces des porteurs est insuffisant. Le trou d'aération est nécessaire pour égaliser la pression à l'intérieur et à l'extérieur de l'appareil, et un filtre barométrique installé sur ce trou empêche la contamination à l'intérieur de l'accumulateur. Le filtre est capable de retenir des particules supérieures à 0,3 micron, ce qui répond aux normes de propreté atmosphérique à l'intérieur de l'unité HDA. Certains appareils utilisent des filtres plus épais (plus fins) pour piéger des particules encore plus fines. Il existe des accumulateurs complètement scellés, mais avec de l'air sous pression à l'intérieur, ces accumulateurs peuvent fonctionner à n'importe quelle hauteur et même dans des conditions extrêmes - résister aux chocs, aux grandes fluctuations de température. Ces variateurs sont destinés à des fins militaires et industrielles.

Le filtre barométrique n'empêche pas l'humidité de pénétrer dans l'unité HDA, par conséquent, après un certain temps, l'humidité de l'air à l'intérieur de l'unité sera la même qu'à l'extérieur. Si de l'humidité commence à se condenser à l'intérieur du HDA alors que l'ordinateur est sous tension, de graves problèmes surviendront. Les instructions d'utilisation de la plupart des disques durs incluent des tableaux ou des graphiques sur la façon dont ils s'adaptent aux conditions environnementales changeantes (température et humidité).

Table. Période d'acclimatation au volant

Température initiale, ° С	Temps d'acclimatation, h
4	13
-1	15
-7	16
–12	17
–18	18
–23
–29	22
–34 et moins	27

Il est particulièrement important de respecter ces conditions lors du transfert du dispositif de stockage d'une pièce froide à une pièce chaude, car dans une telle situation, la condensation d'humidité est presque inévitable. Cette circonstance doit tout d'abord être prise en compte par les propriétaires de systèmes portables avec disques durs... Plus le variateur est froid, plus il met de temps à se réchauffer avant d'être allumé.

Moteur d'entraînement de disque

Le moteur qui entraîne les disques est souvent appelé moteur à broche. Le moteur de la broche est toujours connecté à l'axe de rotation des disques, aucune courroie d'entraînement ou engrenage n'est utilisé pour cela. Le moteur doit être silencieux : toute vibration est transmise aux disques et peut entraîner des erreurs de lecture et d'écriture.

Le régime moteur doit être strictement défini. Habituellement, il varie de 7 200 à 10 000 à 15 000 tr/min ou plus, et pour le stabiliser, un circuit de commande de moteur avec rétroaction (réglage automatique) est utilisé pour obtenir la précision souhaitée. Ainsi, le contrôle du régime moteur s'effectue automatiquement, et aucun dispositif permettant de le faire manuellement n'est prévu dans les variateurs. Les descriptions de certains programmes de diagnostic indiquent qu'ils peuvent être utilisés pour mesurer la vitesse de rotation des disques. En fait, la seule chose dont ils sont capables est d'estimer sa valeur possible par les intervalles de temps entre les moments où apparaissent les en-têtes de secteur. En principe, il est impossible de mesurer la vitesse à l'aide du programme, cela nécessite des appareils spéciaux (testeurs). Les informations sur la vitesse de rotation du disque ne sont pas (et ne doivent pas être) transmises via l'interface contrôleur dur disque. Auparavant, il pouvait être évalué en lisant suffisamment à la suite un grand nombre de secteurs et en mesurant les intervalles de temps pendant lesquels les informations correspondantes apparaissent. Mais cela n'avait de sens que lorsque tous les disques étaient divisés en le même nombre de secteurs (17) et que leur vitesse de rotation nominale était de 3600 tr/min.

L'utilisation de l'enregistrement de zone, l'émergence de lecteurs avec différents fréquences nominales les rotations, les tampons intégrés et la mémoire cache rendent impossible le calcul par programmation de la vraie vitesse de rotation des disques.

Dans la plupart des variateurs, le moteur de broche est situé en bas, sous l'unité HDA. Cependant, dans de nombreux appareils modernes, il est intégré à l'intérieur du HDA et forme le centre du bloc multimédia. Cette conception permet, sans modifier la taille verticale du lecteur, d'augmenter le nombre de plateaux de disques dans un bloc (dans une « pile »).

Le moteur de la broche tire beaucoup d'énergie d'une alimentation de 12 volts. Elle augmente de 2 à 3 fois par rapport à la valeur stationnaire lors de l'accélération (mise en rotation) des disques. Une telle surcharge dure quelques secondes après la mise sous tension de l'ordinateur. Si l'ordinateur dispose de plusieurs lecteurs installés, alors afin de ne pas surcharger l'alimentation, vous pouvez essayer de les organiser pour les allumer un par un. Le démarrage différé du moteur de broche est inclus dans la plupart des lecteurs SCSI et IDE.

Tableau de contrôle

Sur la carte de commande, des circuits électroniques sont montés pour contrôler le moteur de la broche et l'entraînement de la tête, ainsi que pour échanger des données avec le contrôleur (présentés sous une forme convenue). Dans les lecteurs IDE, le contrôleur est installé directement dans le lecteur, tandis que pour les SCSI, des cartes d'extension supplémentaires peuvent être utilisées.

Assez souvent, des dysfonctionnements se produisent non pas dans les assemblages mécaniques des entraînements, mais dans les cartes de commande. À première vue, cette affirmation peut sembler étrange, car il est généralement connu que les composants électroniques sont plus fiables que les composants mécaniques, néanmoins, le fait demeure. Par conséquent, de nombreux variateurs défectueux peuvent être réparés en remplaçant la carte de commande ou son élément, et non l'ensemble de l'appareil. Cette fonctionnalité est particulièrement intéressante car vous pouvez accéder à nouveau aux données stockées dans le lecteur.

Noter*. Pour plus d'informations sur le circuit de commande (carte), voir les cours.

Panneau avant

De nombreux kits de disques durs peuvent inclure des caches en option (Figure 17). Mais aujourd'hui, dans la plupart des cas, le panneau avant fait partie du boîtier de l'ordinateur, et non du lecteur lui-même.

Riz. 17 ... Cadre de disque dur standard

Câbles et connecteurs d'entraînement

La plupart des disques durs ont au moins deux types de connecteurs : le ou les connecteurs d'interface et le connecteur d'alimentation (voir Figure 18).

Riz. dix-huit Connexion difficile Lecteur ATA (IDE)

Les données et les commandes sont transmises au variateur et vice versa via les connecteurs d'interface (voir Fig. 19, 20, 21). De nombreuses normes d'interface prévoient la connexion 1 plusieurs lecteurs à un seul câble (bus). Cependant, la plupart des appareils modernes que je D E (ATA), SATA et SCSI sont connectés à l'aide du même câble.

Riz. 19. Vue externe du connecteur (boucle) du câble d'interface ATA à 40 broches

Riz. 20. Schéma d'un connecteur unifié à 50 broches utilisé pour

Disques ATA 2,5 pouces (éléments A, D, C, D - pour le raccordement électrique)

Riz. 21, Vue extérieure d'une boucle (câble) de type ATA (IDE)

Les connecteurs d'alimentation du disque dur sont 2D -forme en forme. La forme du connecteur agit comme une clé et empêche une mauvaise connexion. La plupart des variateurs utilisent deux tensions d'alimentation (5 et 12 V), mais les modèles de petite taille conçus pour les ordinateurs portables n'ont besoin que de 5 V. En règle générale, la source 12 V alimente le circuit de commande du moteur de broche et l'actionneur, et la tension 5 V est fourni sur des composants électroniques. Les disques durs consomment plus d'énergie que les lecteurs de disquettes. Par conséquent, lors de la connexion de plusieurs Disque dur doit être déterminé avec la puissance de l'alimentation.

La consommation de courant d'une source 12 V dépend de la taille de l'appareil : plus il y a de plateaux individuels dans le "package" et plus le diamètre de chacun d'eux est grand, plus il faut de puissance pour les propulser. De plus, afin d'obtenir une vitesse de rotation des disques plus élevée, il est également nécessaire d'augmenter la puissance. Par exemple, la consommation électrique des disques 3,5" est, en moyenne, environ 2 à 4 fois inférieure à celle des disques 5,25" pleine taille. Certains très petits disques (2,5 et 1,8 pouces) ne consomment qu'environ 1 W d'énergie électrique.

Parfois, il y a une pince de mise à la terre sur le châssis du variateur, ce qui est nécessaire pour assurer un contact fiable entre la masse du variateur et le châssis du système. Pour les ordinateurs où les disques sont fixés directement au châssis avec des vis métalliques, un fil de terre dédié n'est pas requis. Dans certains ordinateurs, les disques sont montés sur des rails en plastique ou en fibre de verre, qui isolent naturellement électriquement le boîtier du disque du boîtier du système. Dans ce cas, ils doivent être connectés avec un fil supplémentaire connecté à la borne mentionnée. Si le variateur est mal mis à la terre, des dysfonctionnements, des erreurs lors de la lecture et de l'écriture, etc.

Éléments de configuration

Lors de l'installation d'un lecteur dans un ordinateur, il est généralement nécessaire de réorganiser ou de désactiver des cavaliers spéciaux (cavaliers) et parfois des résistances de charge. Ces éléments de configuration varient selon l'interface et le fabricant du lecteur.

Commutateurs pour configuration à deux disques ATA (IDE)

L'installation de deux lecteurs IDE dans un ordinateur peut être effectuée à l'aide d'un ou deux câbles d'interface. Les cavaliers de configuration vous permettent de définir comment les appareils se connectent à contrôleur IDE.

Dans la norme IDE il y a moyen de s'organiser travailler ensemble deux disques durs connectés en série. L'état du disque dur (primaire ou secondaire) est déterminé soit en intervertissant le cavalier existant avec la désignation Maître pour le primaire et Esclave pour le secondaire, soit en appliquant un signal de commande CSEL (Cable SElect) le long d'une des lignes d'interface.

Lorsqu'un seul disque dur est installé dans le système, son contrôleur répond à toutes les commandes de l'ordinateur. S'il y a deux disques durs (et donc deux contrôleurs), alors les commandes sont envoyées aux deux contrôleurs en même temps. Ils doivent être configurés de manière à ce que chaque Disque dur ne réagissait qu'aux ordres qui lui étaient adressés. C'est exactement à quoi servent le cavalier (switch) Maître/Esclave et le signal de commande CSEL.

La plupart des lecteurs IDE peuvent être configurés comme suit :

• primaire (un lecteur);
• primaire (deux disques) ;
• secondaire (deux disques);
• choix de câble.

Chacun des deux contrôleurs de disque dur doit être informé de son état - primaire ou secondaire. La plupart des nouveaux disques n'utilisent qu'un seul commutateur (primaire/secondaire) et certains utilisent également un commutateur esclave présent.

En figue. 22 montre l'emplacement des commutateurs décrits à l'arrière du lecteur.

Dans certains lecteurs modernes, il est possible de ne pas régler les commutateurs, c'est-à-dire la valeur par défaut est une configuration de lecteur spécifique. Toutes les positions des interrupteurs nécessaires au bon fonctionnement du variateur sont indiquées dans la documentation du variateur.

Riz. 22. Commutateurs (cavaliers) du lecteur ATA (IDE)

1 L'interface SCSI permet de connecter jusqu'à sept disques sur un seul câble (Wide SCSI-2 prend en charge jusqu'à 15 périphériques). Les normes ST-506/412 ou ESDI fournissent des connecteurs séparés pour les signaux de données et de contrôle

2 Peut être comme des lecteurs de disquettes.

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Riz. 1. Lorsqu'un courant traverse un conducteur, un champ magnétique se forme autour de celui-ci

Batterie

Sens du courant

Champs magnétiques

entouré de conducteurs

Riz. 4. Pistes et secteurs du disque dur

Riz. 5. Cylindre de disque dur

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Disques durs - structure et caractéristiques de base de bas niveau

Une fois que utilisateur simple l'ordinateur doit avoir une compréhension approfondie de sa structure, des langages de programmation et d'autres choses qui ne sont pas directement liées à son activité directe. Tout simplement parce que les premiers ordinateurs ont été produits « nus » - sans aucune Logiciel... Vous souhaitez travailler avec un ordinateur ? Apprendre à parler sa "langue". Ou communiquez par un intermédiaire.

Plus tard, la technologie informatique s'est développée selon le même scénario que le reste - la division du travail est entrée dans ce domaine. Premièrement, il y avait une division en utilisateurs proprement dits, qui n'utilisaient pas des ordinateurs en tant que tels pour résoudre leurs problèmes, mais des paquets de programmes d'application spécialisés, et des programmeurs qui écrivaient ces mêmes programmes. Ce dernier s'est également rapidement divisé en système et application. Les premiers devaient encore bien comprendre le matériel, car leur travail consistait à écrire systèmes d'exploitation et d'autres applications "de bas niveau", en particulier - les environnements de développement de logiciels. Et ces derniers n'étaient plus fortement attachés à l'équipement, utilisant le travail des premiers. Leur tâche consistait à développer des applications répondant aux besoins des utilisateurs.

Au moment où les premiers ordinateurs personnels sont apparus, tout ce système à plusieurs niveaux en général avait déjà été construit. Mais il y avait aussi quelques particularités. En particulier, la "couche" sous la forme d'un système d'exploitation était trop fine - il était impossible d'écrire des programmes d'application plus ou moins complexes sans s'adresser directement au matériel. Et il n'y avait pas tellement de programmes appliqués à cette époque, et leur "complexité" du point de vue d'aujourd'hui n'était pas élevée, donc parfois l'utilisateur devait devenir lui-même programmeur et écrire le logiciel nécessaire pour lui-même. Cependant, au début, beaucoup en étaient assez satisfaits (un nombre considérable d'ordinateurs personnels étaient alors achetés par de vrais passionnés la technologie informatique), mais elle a marqué la situation du marché. Ce n'est pas pour rien que de nombreux manuels MS DOS ont commencé par une description des commandes système et se sont terminés par des exemples d'utilisation d'interruptions non documentées :)

Depuis ces temps insouciants, beaucoup d'eau a déjà coulé sous les ponts. De nombreux utilisateurs modernes ne connaissent même pas toutes les capacités des applications qu'ils utilisent constamment. Que dire de l'appareil du système d'exploitation ou des caractéristiques du matériel caché dans l'unité centrale ! D'une part, cela ne peut que se réjouir - ils ne le savent pas, car il n'est pas nécessaire de le savoir. Désormais, les gens ne font que jouer à des jeux, regarder des films, écouter de la musique, correspondre avec des amis du monde entier et immédiatement après avoir acheté et installé un ordinateur sur le bureau, et non après avoir étudié la programmation et l'architecture informatique et écrit tous les programmes nécessaires eux-mêmes.

En revanche, une telle situation entraîne inévitablement un certain nombre de problèmes, dès que des problèmes plus complexes que le lancement d'une application commencent à être résolus. En particulier, les ordinateurs ne sont pas encore distribués gratuitement. Et différents modèles ont des capacités, des performances et des prix différents. Et comment faire bon choix pour ne pas le regretter plus tard ? Tout est simple avec les bouilloires électriques - seulement trois paramètres critiques : capacité, puissance et design. De plus, tous les trois sont simples et compréhensibles pour un usage domestique. Ce dernier peut être évalué visuellement, la capacité indique la quantité de thé que vous pouvez préparer en une seule opération et la puissance - combien de temps cela prendra. Avec les ordinateurs, c'est encore plus compliqué, car leur fonctionnalité est plus élevée. La productivité n'est donc pas quelque chose de strictement spécifié, elle est déterminée par les tâches à résoudre. La station de jeu idéale n'est peut-être pas le meilleur choix pour le montage vidéo, mais bon ordinateur car le traitement vidéo est redondant pour les "tâches de bureau", etc. Par conséquent, il est souvent nécessaire d'évaluer non pas les ordinateurs dans leur ensemble, mais leurs composants. Par conséquent, vous devez au moins savoir lesquels ;) C'est encore mieux lorsque les principes de leur travail sont connus - cela vous permet d'estimer rapidement, quoique grossièrement, les paramètres de vitesse (et pas seulement de vitesse). Par exemple, c'est vrai pour les disques durs : une personne qui comprend son appareil n'est pas surprise que les modèles d'ordinateurs portables soient plus lents et de plus petite capacité que les modèles de bureau.

De manière générale, il est encore utile de connaître la structure d'un ordinateur et les principes de fonctionnement de ses composants. Malheureusement, le nombre de telles informations dans l'accès gratuit ces dernières années a diminué - c'était il y a 20 ans, chaque "manuel pour débutants" comprenait des descriptions de la façon dont tout cela fonctionne et fonctionne, mais aujourd'hui, les auteurs pensent généralement qu'une personne le sait déjà, ou qu'elle ne l'est pas intéressé. D'où doivent provenir les connaissances de base ? La question reste ouverte. Nous allons donc essayer d'y répondre. Au moins pour un tel appareils importants comme les disques durs. Alors, aujourd'hui, nous attirons votre attention sur un article de la série "Comment ça marche ?" Étant donné que l'article est destiné aux débutants, vous ne devriez pas écrire de lettres de colère plus tard sur le fait que les informations sont présentées de manière superficielle et qu'un certain nombre de nuances subtiles n'ont pas été prises en compte - nous essaierons de les comprendre avec le temps, mais pour l'instant nous nous occuperons de la fondation.

Disque dur d'un point de vue mécanique

Peu importe à quel point la papeterie des années 70 est encombrante et encombrante, elle est souvent plus claire et plus précise que les termes empruntés plus simples. En effet : combien d'informations le mot « winchester » véhicule-t-il ? Près de zéro - les utilisateurs modernes pour la plupart ne savent même pas pourquoi ce nom est resté avec les disques durs. Mais écrivez "HDD" - et vous pouvez immédiatement penser à beaucoup de choses, en déchiffrant simplement l'abréviation. Ainsi, nos héros d'aujourd'hui sont les disques durs.

Dès le premier mot, tout est clair : le terme « lecteur » désigne la quasi-totalité des périphériques de stockage dans le cas de leur autonomie, ou ce terme désigne un lecteur (pour support amovible). Les Winchesters et les clés USB appartiennent à la première catégorie - ils incluent à la fois le support de stockage et toute la logique pour travailler avec, contrairement, par exemple, disques optiques ode ou lecteurs de cartes, où le support est amovible, et c'est sa qualité fondamentale. Avec le deuxième mot, tout semble clair aussi : il y a aussi les lecteurs de disquettes - dans le langage courant, le même lecteur qui est maintenant devenu une rareté, mais il y a 20-30 ans était très important, ou même (dans les ordinateurs personnels) le uniquement les données du périphérique de stockage. Certains des principes de stockage des données sur disquette et sur disque dur sont les mêmes, mais il existe des différences fondamentales entre les périphériques correspondants, ce qui a obligé à un moment donné à distinguer strictement ces lecteurs.

Maintenant sur les disques. Cette forme de support d'informations n'a pas été adoptée par hasard - un disque rond est une figure de rotation. Et, encore une fois, je note que les disques ne sont pas la seule option possible: à une époque, les lecteurs sur tambours magnétiques étaient également activement utilisés. Mais il n'y a pas de lecteurs sur des "carrés magnétiques" ou des triangles jusqu'à présent (bien que maintenant ils soient déjà en cours de travail, mais ils sont complètement différents des lecteurs habituels en termes de fonctionnement) :) Pourquoi donc - nous parlerons un peu plus tard. En attendant, pour l'avenir, n'oubliez pas que les disques sont le support de travail des disques durs. Généralement pas même un, mais plusieurs, montés sur un axe et formant paquet de disque dur.

Plusieurs paramètres physiques de bas niveau du variateur en découlent immédiatement : le diamètre des disques, leur nombre et la vitesse de rotation angulaire. Les deux premiers sont limités par le haut par les exigences du facteur de forme du lecteur, et le troisième y est fortement lié. Il s'agit de la présence d'une force de friction, qui ne peut pas être complètement vaincue. Ainsi, plus il y a de disques dans l'emballage et/ou plus leur diamètre est important, plus l'emballage est lourd, c'est-à-dire (à vitesse de rotation fixe), plus le moteur électrique doit avoir de puissance, ce qui « accélère » toute cette structure jusqu'au fonctionnement mode et le maintient en elle. C'est la première limitation, et plutôt sérieuse : la quantité d'énergie est souvent assez strictement limitée. Le deuxième facteur est que la complexité de fabrication d'une structure à partir de disques de grand diamètre et à rotation rapide augmente de façon exponentielle à mesure que le diamètre et le nombre de disques augmentent. Le fait est que dans le monde réel, les disques ne sont pas parfaitement minces et réguliers, vous devez donc prendre en compte les divers effets secondaires gênants associés à la rotation. Comme, par exemple, le battement des arêtes dans le plan vertical, plus le diamètre du disque est important. Certes, l'amélioration des procédés techniques de fabrication des plaques permet d'affaiblir l'effet de ces facteurs, mais cela se fait assez lentement.

Couche magnétique

Nous revenons à l'abréviation et rappelons-nous que non seulement certains disques abstraits y tournent, mais des disques magnétiques, c'est-à-dire ayant un revêtement avec certaines propriétés magnétiques. C'est grâce à lui que les disques sont capables de stocker des informations. Au premier niveau d'abstraction, nous pouvons supposer que chaque zone microscopique d'une certaine zone (à propos de laquelle un peu plus tard) stocke exactement un bit de données. En conséquence, il peut être lu ou écrit.

Le revêtement magnétique a également ses propres caractéristiques. Tout d'abord, il s'agit de sa zone d'application, qui est un peu plus petite que l'ensemble du disque. L'utilisation de zones sur les bords est généralement lourde de conséquences en raison des particularités de la technologie de fabrication - il n'est pas possible d'appliquer parfaitement le revêtement dans ces zones. On peut en dire autant du centre. En conséquence, toute la zone de travail est comprise entre deux nombres - le rayon minimum et maximum, dont le premier est strictement supérieur à zéro, et le second est strictement inférieur au rayon du disque lui-même. Et le deuxième paramètre critique est la densité d'enregistrement, c'est-à-dire l'inverse de la surface nécessaire pour stocker une unité d'information. En pratique, cette valeur n'est pas souvent utilisée, en termes de valeurs des densités d'enregistrement longitudinal et transversal, qui est associée à la mécanique de l'entraînement lui-même. Étudions cette question plus en détail.

Têtes, pistes, secteurs

Malgré le fait que presque toute la surface du disque est utilisée pour stocker des informations, à un moment donné, nous ne pouvons travailler qu'avec une petite partie de celle-ci (sinon il ne serait pas nécessaire de clôturer le jardin avec rotation). Pour lire ou écrire des données, une tête magnétique est utilisée (une pour chaque côté utilisé des disques dans l'emballage), survolant la surface du disque à faible hauteur. Ainsi, en un tour du disque, toute une piste concentrique passe sous celui-ci, et pour accéder aux régions voisines, la tête doit être déplacée vers le centre ou en sens inverse. La collection de toutes les pistes situées à égale distance du centre sur différents disques, soit dit en passant, s'appelle un cylindre. Chaque piste a une largeur non nulle, il n'y a donc qu'un nombre fini de pistes sur le disque. Combien de? Dépend de la largeur de la couche de travail (qui, à son tour, est principalement déterminée par le diamètre du disque) et de la densité d'enregistrement transversale. Eh bien, ou vice versa : la densité d'enregistrement latéral est un indicateur du nombre de pistes que nous pouvons faire tenir dans un pouce au niveau actuel de la technologie pour la production de disques et de têtes. Habituellement, le second est décisif - une forte augmentation de la densité transversale est associée à l'introduction de nouvelles technologies pour la production de têtes magnétiques, qui leur permettent de fonctionner avec des pistes plus petites. Malheureusement, cela arrive assez rarement, mais cela augmente immédiatement considérablement la capacité du disque.

La densité d'enregistrement longitudinale indique combien de bits d'information peuvent être contenus dans un pouce de circonférence, qui est une piste, considérée comme une abstraction mathématique. Cette caractéristique dépend également du niveau de technologie pour la production de disques et de têtes, cependant, elle est moins sensible aux changements brusques, car avec la même technologie de production de têtes, elle peut être augmentée en améliorant les caractéristiques du revêtement magnétique (soit transition vers une nouvelle technologie ou amélioration de l'actuelle). Certes, malgré le fait que la densité longitudinale est mesurée en bits par pouce, en fait, ils ne fonctionnent pas avec des bits individuels sur les disques - c'est une valeur trop petite. Et avec des octets, généralement aussi. Sauf dans les très, très vieux ordinateurs, la capacité de stockage était si petite que le processeur était capable d'adresser plus que chaque octet. mémoire vive, mais chaque octet sur des tambours magnétiques (les disques n'étaient pas encore utilisés à l'époque), donc un système de mémoire hiérarchique n'était pas nécessaire - tout pouvait être considéré comme opérationnel.

Cependant, au moment où les premiers ordinateurs personnels sont apparus, la capacité des lecteurs de disque était devenue trop grande pour adresser directement chaque octet, de sorte qu'ils sont finalement devenus des dispositifs avec ce qu'on appelle l'accès en bloc : l'unité minimale d'information pouvant être lue ou écrit sur un disque est un bloc ou un secteur. Sa taille typique pour le PC IBM et ses successeurs est de 512 octets, soit dit en passant. Bien que d'autres valeurs étaient initialement acceptables, elles ne sont pas devenues standard, de sorte que de nombreux logiciels sont tout simplement incapables de fonctionner avec des secteurs autres que la taille indiquée ci-dessus. Seulement maintenant, certains fabricants de disques durs ont commencé à utiliser des secteurs multipliés par huit (4K octets, respectivement), mais ce processus n'en est qu'à ses débuts.

Dans tous les cas, un nombre entier de secteurs doit tenir sur la piste. De plus, il est hautement souhaitable que le nombre de secteurs sur des pistes adjacentes soit le même. Dans le cas des disquettes ou des premiers disques durs, c'est exactement le cas - on pensait que toutes les pistes contenaient le même nombre de secteurs. Ainsi, la densité réelle d'enregistrement longitudinal a augmenté très rapidement de la périphérie vers le centre, avec la diminution de la longueur des pistes. De plus, sa valeur maximale était limitée par la technologie, de sorte qu'en fait, la majeure partie de la zone des chemins extérieurs était gaspillée de manière irrationnelle. Cependant, s'il y avait peu de pistes (sur disquettes par exemple, leur nombre est de 40 ou 80), cela pouvait être toléré, mais avec l'augmentation de la densité d'enregistrement transverse, ces pertes devenaient de plus en plus importantes. Pendant un certain temps, ils ne purent rien en faire, car le logiciel système était conçu pour un nombre constant de secteurs par piste, mais à mesure que les interfaces des disques s'amélioraient et que la plupart des composants électroniques étaient transférés directement sur le lecteur, la véritable structure physique du ce dernier était caché des programmes.

Les programmes continuaient à croire que le nombre de secteurs par piste sur un disque était constant, mais en fait il ne restait le même que dans la limite d'une bande limitée de plusieurs dizaines de pistes, mais il y avait plusieurs de ces zones. Bien entendu, il y a une certaine perte d'espace disque avec cette méthode, puisque les densités d'enregistrement réelles et technologiques doivent coïncider sur les pistes intérieures de chaque zone, et sur les pistes extérieures, la première devient rapidement inférieure à la seconde, de sorte que cette partie des informations qui pourraient physiquement être placées sur le disque est tout simplement « ne convient pas ». Cependant, ces pertes sont bien moindres qu'avec une seule zone. Eh bien, en termes de complexité de mise en œuvre, cette méthode n'est que légèrement plus compliquée que l'approche "une zone" et beaucoup plus simple, dans laquelle le nombre de secteurs serait différent sur toutes les pistes.

En général, à quoi ça sert tout ça ? De plus, en raison de l'organisation par blocs de l'espace disque du point de vue des systèmes d'exploitation et autres logiciels, la densité d'enregistrement longitudinal théorique (généralement indiquée pour l'ensemble du disque dur) est impossible à atteindre en pratique. Plus précisément, elle n'est réalisable que pour quelques pistes - internes à chaque zone, et à l'extérieur, la densité réelle d'enregistrement est inférieure à la densité théorique. Cependant, en raison de l'organisation zonale, il ne diffère pas tellement, donc pour nos besoins, nous pouvons considérer à la fois la densité d'enregistrement longitudinale et transversale comme des caractéristiques constantes du lecteur de disque dur. Mais très faiblement dépendante du constructeur - comme nous le verrons plus loin, pour toutes les caractéristiques grand public d'un lecteur, il est souhaitable que la densité d'enregistrement (dans les deux sens) soit maximale. C'est pourquoi la densité d'enregistrement n'est mémorisée que lorsque, lors d'un changement de lignes de transmission, le constructeur parvient à l'augmenter. Et il n'est tout simplement pas rentable de le sous-estimer artificiellement (par rapport à ce qui est technologiquement possible). Donc ils ne sous-estiment pas.

Maintenant, après avoir déterminé plus ou moins les caractéristiques de bas niveau des disques durs, passons à un niveau supérieur - à ces paramètres dont nous, en tant qu'utilisateurs, avons besoin dans la pratique.

Capacité

Commençons par le plus simple, et pour beaucoup - le paramètre principal et presque le seul. En effet : lorsqu'on commence à choisir un disque dur, la majorité est d'abord déterminée par sa capacité, puis (s'il y a une envie) commence à choisir un modèle spécifique parmi plusieurs de volume égal. De plus, il est pratique de commencer par ce paramètre car c'est assez simple :)

En effet, quelle est la capacité d'un disque dur ? Le nombre de disques durs (plus précisément, les surfaces de travail - tous les disques n'utilisent pas les deux côtés en raison des limitations de la hauteur du lecteur, mais ce n'est pas vraiment important pour nous maintenant), multiplié par la capacité de chacun d'eux. Et la capacité d'une surface de travail (une face du disque) est égale à sa surface multipliée par la densité d'enregistrement. L'aire du cercle (encore une fois - nous nous souvenons que nous avons plutôt un anneau, car les régions intérieure et extérieure ne sont pas utilisées, cependant, leurs tailles sont généralement constantes, vous pouvez donc simplifier l'image pour plus de clarté) est proportionnelle au carré de son diamètre. Ainsi, en augmentant le diamètre des disques et leur nombre dans l'emballage tout en maintenant la densité d'enregistrement, on augmente très rapidement la capacité de stockage, et le diamètre est plus important : le nombre de disques ne donne qu'une augmentation linéaire de la capacité, et le diamètre - quadratique. Et avec le même nombre et diamètre de disques, le même effet est donné par une augmentation de la densité d'enregistrement. En général, pour une capacité maximale il faut tout augmenter sauf la vitesse de rotation- il n'a pas le moindre effet.

Consommation d'énergie

Pourquoi plaçons-nous cette caractéristique à la deuxième place - au-dessus de la performance ? La mode est maintenant à l'efficacité énergétique. En premier. Deuxièmement, les ordinateurs portables sont maintenant en faveur, qui ont déjà dépassé les ordinateurs fixes en termes de ventes, et les économies d'énergie ne sont pas un caprice, mais un besoin urgent - beaucoup sont prêts pour une heure supplémentaire travail autonome sacrifier la moitié de la productivité.

Alors, qu'est-ce qui influence la consommation d'énergie? Évidemment, la densité d'enregistrement ne l'affecte pas. Mais toutes les caractéristiques mécaniques des disques sont affectées, et de manière négative. En effet - plus le travail de la force de friction est élevé, plus la vitesse de rotation est élevée, par conséquent, les disques à basse vitesse seront toujours plus économiques que les disques à grande vitesse. De plus, à vitesse de rotation égale, plus le moteur électrique est puissant, plus le paquet de disques est lourd. Et ce dernier est d'autant plus lourd (toutes choses égales par ailleurs), plus il contient de disques et plus leur diamètre est grand. Ainsi, pour des économies d'énergie maximales il faut réduire le diamètre des disques, leur nombre et la vitesse de leur rotation.

Notez que ce qui précède décrit, pour ainsi dire, un moyen étendu (c'est-à-dire purement quantitatif) d'économiser de l'énergie. En plus de cela, il y en a aussi un intensif - pour développer des technologies. Par exemple, si nous maîtrisons un nouveau matériau pour la production de disques, ce qui les rendra plus légers, alors avec le même diamètre et le même nombre de disques, la masse de l'ensemble de l'emballage diminuera, et, par conséquent, la force de frottement et la puissance consommé pour le surmonter. Un effet similaire peut être obtenu en utilisant des roulements améliorés dans le système de suspension à disque. La technologie améliorée des têtes magnétiques leur permet de travailler avec des zones de magnétisation plus petites et de travailler avec des courants plus faibles, ce qui a également un effet bénéfique sur la consommation d'énergie. En général, il existe de nombreux moyens absolument utiles pour gérer la consommation d'énergie inutile, qui sont utilisés par tous les fabricants. Mais très souvent, il arrive que toutes les astuces technologiques aient déjà été appliquées, mais le niveau d'économie atteint n'est toujours pas suffisant. Dans ce cas, il n'y a pas d'autre choix que d'utiliser des méthodes extensives.

Vitesse des opérations séquentielles

Et maintenant, enfin, nous sommes arrivés à la performance. Commençons par les opérations linéaires, car de nombreuses personnes considèrent encore la vitesse de copie de fichiers comme une mesure des performances des disques durs. En général, c'est absolument faux, bien que ... si la tâche principale et unique d'un lecteur est de servir de stockage pour une vidéothèque, alors, en effet, les opérations séquentielles sont les plus importantes : nous travaillons avec des fichiers volumineux, et nous les lire ou les écrire exclusivement de manière séquentielle du début à la fin.

Comment calculer la vitesse limite des opérations linéaires ? C'est très simple - c'est plus haut, plus il y a de bits d'information qui passent par la tête magnétique par unité de temps. En conséquence, la densité d'enregistrement séquentiel est très importante - plus elle est élevée, plus la vitesse est élevée. La deuxième composante de ce travail est la vitesse "physique" habituelle du disque par rapport à la tête, qui est différente pour chaque piste, car à vitesse de rotation angulaire constante du disque, la vitesse linéaire dépend du rayon de la piste. C'est pourquoi un effet si curieux est obtenu que la vitesse des lectures et écritures séquentielles sur les pistes externes est beaucoup plus élevée que sur les pistes internes. Grâce à cela, les disques de série parviennent souvent à dépasser leurs homologues hautes performances de la même génération avec une vitesse de rotation plus élevée sur les pistes extérieures. Mais les disques de générations différentes ont presque toujours une vitesse d'opérations séquentielles différente, même avec les mêmes paramètres physiques - la densité d'enregistrement diffère considérablement.

En général, pour résumer, pour augmenter la vitesse de lecture et d'écriture linéaire aux fabricants il faut augmenter la densité d'enregistrement, la vitesse de rotation des disques et leur diamètre(ce dernier n'affectera en rien les pistes intérieures, mais il augmentera la vitesse sur les pistes extérieures et, par conséquent, l'augmentera en moyenne).

La vitesse d'exécution des opérations aléatoires

En ce qui concerne les opérations plus pertinentes maintenant (en raison du multitâche des systèmes d'exploitation modernes) avec accès aléatoire aux disques, alors tout est beaucoup plus compliqué qu'avec la logique "simple" des linéaires. Pour commencer, voyons quelle est exactement la signification physique du temps d'accès à l'information, qui détermine la vitesse d'exécution des opérations aléatoires.

Donc, nous avons besoin d'un certain bloc avec des données (on se souvient que c'est lui qui est la plus petite unité). Nous ne pouvons pas simplement le prendre et l'obtenir (ce qui se fait facilement dans un support basé sur flash - là, selon le numéro de bloc, le bloc requis est émis immédiatement, où qu'il se trouve, ce qui offre à ces lecteurs un excellent temps d'accès, au moins pour les opérations de lecture) - vous devez d'abord déplacer la tête sur la piste souhaitée, puis attendre que le secteur requis passe en dessous. La somme des temps d'exécution de ces opérations nous donnera le temps d'accès.

Avec le premier composant, tout est assez simple : le temps nécessaire pour « frapper » la piste demandée est directement proportionnel au diamètre de la plaque. Il était autrefois "gâté" par la densité d'enregistrement transversal, car des moteurs pas à pas étaient utilisés, capables de déplacer la tête d'une seule piste en une seule opération, mais cette époque est révolue depuis longtemps. Maintenant - seulement le diamètre, et même alors indirectement: certain temps le mouvement de la tête est vraiment nécessaire, et dans le pire des cas, elle devra être "entrainée" sur tout le rayon. Cependant, le nombre de pistes sur le disque n'est pas trop important : les circuits internes, par le numéro de piste, déterminent son emplacement physique approximatif et déplacent la tête où nécessaire (au moins, ils essaient), de sorte qu'après le tout premier positionnement opération, pas plus d'une douzaine sont impliqués dans la sélection du bon endroit.pistes, quel que soit leur nombre total sur le disque.

D'accord - nous avons trouvé la piste souhaitée, il reste maintenant à attendre le secteur souhaité. Lorsque? C'est difficile à deviner - au mieux, nous obtiendrons le bloc de données dont nous avons besoin immédiatement après le positionnement, au pire, il faudra attendre une révolution complète du disque (s'il vient de "s'échapper"). Selon les lois de la statistique, il s'ensuit qu'en moyenne, il nous faudra un demi-tour de disque pour attendre les données nécessaires. D'où il suit inexorablement que plus la vitesse de rotation du disque est élevée, plus le temps d'attente est court.

Une fois que le secteur est au bon endroit, il doit être lu ou écrit, donc en théorie, la pleine vitesse des opérations aléatoires est affectée par tous ces facteurs qui sont importants pour les opérations séquentielles. Cependant, en fait, ils peuvent être complètement négligés - les blocs de données sont si petits que leur lecture physique prend beaucoup moins de temps que le positionnement et l'attente de la tête. Ainsi, pour obtenir le temps d'accès aux données minimum (et, par conséquent, les performances maximales sur les opérations aléatoires) il faut réduire le diamètre du disque et augmenter sa vitesse de rotation.

Quelques exemples pratiques

Il est facile de voir que toutes les exigences relatives aux paramètres physiques des disques durs sont très contradictoires - par exemple, pour augmenter la vitesse des opérations séquentielles, le diamètre du disque doit être augmenté, mais pour un meilleur comportement sur les requêtes aléatoires, vous faut faire exactement le contraire. C'est pourquoi les concepteurs doivent constamment faire des compromis et les roues sont complètement différentes pour différents segments de marché. Voyons lesquels. Pour une meilleure fixation du matériel :)

Disques de production de masse

Requis : haute capacité à faible coût.

Souhaitable : haute performance sur les opérations linéaires et aléatoires.

Indésirable : consommation d'énergie élevée.

La combinaison de ces exigences permet de comprendre rapidement pourquoi tous les disques de série de différents fabricants sont identiques. En effet, afin d'obtenir une capacité maximale et des performances élevées sur les opérations séquentielles, il est nécessaire d'augmenter le diamètre des disques, par conséquent, dans cette classe c'est toujours le maximum et est réglementé non pas par les particularités de la technologie, mais par des tiers -facteurs de parti. Par exemple, pendant de nombreuses années (et même maintenant), le diamètre typique des plateaux pour les disques grand public était de 3,5 pouces, cependant, la popularité croissante des ordinateurs portables peut entraîner une augmentation significative de la part des disques de 2,5 pouces, une réorientation de l'industrie vers eux, et " le dépérissement " des disques durs plus gros (comme c'était le cas avec les modèles 5,25"). Même si les fabricants y résisteront de toutes leurs forces, ce n'est pas pour rien qu'ils essaient même parfois d'aller à contre-courant avec un certain succès. Qu'il suffise de rappeler la série Quantum Bigfoot : des disques durs de cinq pouces, qui ont commencé à être produits à l'époque de la domination totale des plus petits facteurs de forme. Et alors? Le grand diamètre des plateaux leur a permis d'avoir une capacité suffisante même avec un seul disque (ce qui a grandement simplifié et rendu la mécanique moins chère) et une bonne vitesse d'exécution des opérations séquentielles même à faible vitesse de rotation. Seules des opérations aléatoires lentes ont tout gâché, à cause de quoi les disques étaient mal adaptés à une utilisation dans un ordinateur au singulier. En général, ils étaient en avance sur leur temps - maintenant, à l'heure de l'utilisation massive des vidéothèques sur les disques durs, beaucoup n'abandonneraient pas les téraoctets monstres de cinq pouces de 10 (ce qui, au niveau actuel de la technologie, est tout à fait réalisable pour de tels modèles), qui sera utilisé uniquement pour le stockage et la lecture de fichiers multimédias (c'est-à-dire qu'il sera soit le deuxième dans l'ordinateur, soit même la base d'un VZD fixe).

Pourquoi les fabricants n'augmentent-ils pas le nombre de disques dans ces modèles ? En fait, ils augmentent : il y a quelques années, il était courant de n'utiliser que deux plaques, maintenant trois ou quatre pour les modèles plus anciens de la gamme, c'est la norme de facto. Mais il est impossible de trop accélérer un tel processus, car, d'une part, les dimensions externes sont limitées, et d'autre part, les disques durs multi-disques nécessitent une mécanique plus complexe (et coûteuse !). Pour les mêmes raisons, la "vitesse" de tels disques croît également très lentement dans le temps : c'est cher à fabriquer et pas trop nécessaire (cela n'affecte pas la capacité, et il vaut mieux augmenter la vitesse des opérations séquentielles à l'aide de la densité d'enregistrement). De manière générale, pour toutes ces raisons, ce qui suit est devenu l'option standard pour les disques durs de masse aujourd'hui : des plateaux d'un diamètre de 3,5 pouces, jusqu'à quatre au total (cinq dans certains modèles du même fabricant), tournant à 7 200 tr/min.

Stockage à grande vitesse

Obligatoire : grande vitesse d'exécution des opérations aléatoires.

Souhaitable : Haute performance sur les motifs linéaires.

Essayons d'élever une classe plus élevée - au niveau des lecteurs pour postes de travail et serveurs. Cela ne nécessite pas une capacité trop élevée d'un disque séparé - ils sont toujours utilisés dans le cadre des matrices. Et des deux types de performances, les modèles d'accès aléatoire sont nettement plus importants. C'est pourquoi les fabricants de tels modèles proposent presque toujours sur le marché des modèles à grande vitesse (fréquence de rotation de 10 à 15 000 tr/min) sur des plaques de diamètre réduit (2,5 à 2,8 pouces). Comme nous l'avons écrit ci-dessus, cela conduit au fait qu'en termes de vitesse d'exécution des opérations séquentielles, ils ne sont pas beaucoup mieux que les représentants de la série de masse, et même très en retard sur eux en termes de capacité: les plaques sont petites et il sont moins nombreux (sinon la complexité entraîne la fabrication et la consommation électrique). Cependant, dans le même temps, les indicateurs de vitesse, même sur des modèles séquentiels, sont "plus uniformes", car la vitesse sur les pistes internes est plus élevée et les performances sur les opérations aléatoires, bien sûr, sont nettement supérieures à celles de toutes les autres familles de disques durs.

Disque dur économe en énergie

Requis : haute capacité avec un faible coût et une faible consommation d'énergie.

Récemment, la direction des "disques durs respectueux de l'environnement" s'est développée à un rythme rapide. Cela est largement dû au fait que la performance n'est pas si importante dans un certain nombre de domaines. Surtout pour une utilisation non informatique - dans un magnétophone domestique, par exemple, toute vitesse sera excessive, car même un flux HD fait des dizaines de mégabits, et même les disques durs les plus anciens sont capables d'opérations séquentielles (il n'y aura pas de dans un tel appareil) à des dizaines de mégaoctets par seconde. Externe dur Jusqu'à récemment, les disques étaient limités par les performances de l'interface USB 2.0 la plus courante, de sorte que le disque dur lui-même n'a pas non plus besoin d'une vitesse élevée ici. Et dans un ordinateur, il n'est pas du tout nécessaire d'utiliser des disques avec la même vitesse - s'il y a plusieurs disques durs, certains d'entre eux, utilisés principalement pour stocker de grandes quantités de données, peuvent être plus lents que le "principal" sur lequel le système d'exploitation et les programmes d'application sont installés. Mais si la vitesse n'est pas importante, alors des paramètres tels que la consommation d'énergie et le bruit commencent à venir en premier, et il est possible de les réduire, tout en maintenant la capacité, simplement en réduisant la vitesse de rotation. De plus, on ne peut pas dire que les performances de ces modèles sont si mauvaises - la densité d'enregistrement augmente constamment (sans cela, il ne sera pas possible d'augmenter le volume), de sorte que la vitesse d'exécution des opérations linéaires est généralement un peu inférieure à celle de modèles de masse de la même génération, mais supérieur à celui des appareils antérieurs (les raisons en sont expliquées ci-dessus). En général, cette classe comprend désormais des disques durs avec des plateaux de 3,5 pouces, mais avec une vitesse de rotation inférieure à celle des disques classiques (7 200 tr/min). Combien plus bas ? Dépend des modèles. Typiquement de 5 000 à 5 900 tr/min, bien que nous ne serions pas surpris si, après un certain temps, la vitesse de rotation continue de diminuer davantage.

Disques durs mobiles

Requis : compacité, faible consommation électrique.

Souhaitable : grande capacité.

Parfois, la consommation de disques, même de la classe précédente, s'avère trop élevée et, dans certains domaines, leur utilisation est tout simplement impossible - par exemple, dans la plupart des ordinateurs portables, un disque dur sur des plateaux de 3,5 pouces ne convient tout simplement pas. La sortie est évidente - vous devez réduire le diamètre des plaques. C'est généralement 2,5 pouces, bien qu'il puisse être plus petit. Ces modèles se distinguent des variateurs à grande vitesse avec une faible vitesse de rotation - un maximum de 7200 tr/min, et plus souvent 5400 voire 4200 tr/min. Ceci est lié non seulement aux exigences d'économie, mais également au fait qu'il est souhaitable d'obtenir la capacité maximale possible - de sorte que la surface de la plaque est utilisée plus pleinement que dans les modèles hautes performances, y compris l'intérieur "incommode" et le plus éloigné du centre de la piste. Mais ces disques durs fonctionnent lentement pour une autre raison - vous devez utiliser des mécaniques de têtes magnétiques plus compactes (et donc moins performantes). Tout cela conduit au fait que même les modèles d'ordinateurs portables les plus rapides sont plus lents que les disques durs de bureau non seulement traditionnels, mais aussi économes en énergie. Même avec une vitesse de rotation plus élevée et malgré les plaques réduites, les têtes doivent être déplacées sur une distance plus courte, mais elles se déplacent également plus lentement. Ainsi, le disque dur mobile haut de gamme sera toujours inférieur au disque "vert" le plus économique en termes de vitesse. Et en termes de capacité, il perdra par rapport à la masse - en raison de la stricte limitation de la consommation d'énergie, dans les disques avec une vitesse de rotation plus élevée, moins de plateaux doivent être utilisés. Mais ce niveau même de consommation d'énergie dans l'un et dans l'autre cas est tout simplement inaccessible pour une classe de disques durs moins portables.

Le total

En général, comme on peut le voir, tout est assez simple et facile à expliquer. Certes, les lecteurs particulièrement méticuleux ont déjà une question dans leur langue - pourquoi, alors, les disques de différents fabricants (et même de différentes familles du même fabricant), même avec des caractéristiques de bas niveau à peu près égales, ont souvent des performances très différentes? Le plus simple, mais en fait, n'explique rien, mais parce qu'ils ont une électronique différente. Où il y a des différences et comment elles affectent les performances et d'autres caractéristiques - tout cela sera le sujet de futurs articles.

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"Université technique d'État de Tver"

(GOUVPO "TSTU")

Travail de cours

sur le parcours Interfaces périphériques

A.G. Nikiforov

Spécialité 230101 VMKSS

• introduction
• 1. Disque dur.
• 4. Contrôleurs de disque dur
• 6. Fonctionnement du disque dur
• 7. Tendances dans le développement des dispositifs de stockage magnétique
• Conclusion

introduction

La plupart des informations numériques sont stockées sur les disques durs des ordinateurs. Cet appareil est assez complexe, car il contient son propre processeur-contrôleur, mémoire, circuits de commande mécanique et E/S. Les disques durs ont parcouru un long chemin, des unités volumineuses aux appareils miniatures. Le nombre d'informations placées sur les supports a augmenté, ou au contraire leur capacité. Dans les disques grand public les plus populaires, il atteignait un téraoctet.

Le tout premier disque dur a été développé par IBM au début des années 70. Ce disque de quatorze pouces stockait 30 Mo d'informations de chaque côté, ce qui se reflète dans le nom « disque dur ». La capacité du disque de 30/30 fait écho au nom du célèbre fusil "Winchester". Ce disque est encore utilisé dans certains centres de calcul comme table à thé. Le premier disque dur série - 3340 - a été créé par IBM en 1973. Il avait une capacité de 140 Mo et coûtait 8600 $. Ces disques durs étaient destinés à être utilisés sur des ordinateurs centraux. Après 15 ans, IBM a adapté les disques durs pour une utilisation dans les ordinateurs personnels, mais le concept de base et le principe de fonctionnement sont restés les mêmes que dans le premier lecteur 30/30.

Les disques magnétiques durs sont des périphériques d'accès direct - les informations sont presque instantanément accessibles depuis n'importe quelle partie du disque. Contrairement à la mémoire vive, elles sont utilisées pour le stockage permanent d'informations.

L'objectif de ce travail de cours est d'étudier le principe de fonctionnement d'un disque dur, son appareil, les principales caractéristiques et les moyens d'améliorer la qualité de l'appareil.

Toutes les tâches assignées lors de l'exécution des travaux ont été résolues avec succès.

1. Fdisque dur. Principes de l'enregistrement sur disque dur magnétique

Les disques durs combinent un ou plusieurs supports, un lecteur/graveur et une interface appelée contrôleur de disque dur dans un même boîtier. Une conception typique d'un disque dur est exécutée sous la forme d'un appareil - une caméra, à l'intérieur de laquelle se trouvent un ou plusieurs supports de disque montés sur une broche et un bloc de têtes de lecture / écriture avec leur mécanisme d'entraînement commun (Figure 1) . A côté de la caméra média et tête se trouvent les circuits de contrôle de la tête et du disque et la partie interface. La carte d'interface de l'appareil contient l'interface du périphérique de disque et le contrôleur avec son interface se trouve sur l'appareil lui-même. Les circuits de commande sont connectés à l'adaptateur d'interface à l'aide d'un ensemble de boucles.

Figure 1. Disposition du disque dur

Les informations sont enregistrées sur des pistes concentriques, uniformément réparties sur le support. Dans le cas de plus d'un disque, le nombre de supports, toutes les pistes en dessous les unes des autres est appelé un cylindre. Les opérations de lecture / écriture sont effectuées successivement sur toutes les pistes de cylindre, après quoi les têtes se déplacent vers une nouvelle position.

La chambre scellée protège les médias non seulement de la pénétration de particules de poussière mécaniques, mais également des effets des champs électromagnétiques. La chambre n'est pas complètement scellée car se connecte à l'atmosphère environnante à l'aide d'un filtre spécial qui égalise la pression à l'intérieur et à l'extérieur de la chambre. L'air à l'intérieur de la chambre est aussi exempt de poussière que possible. même les plus petites particules peuvent endommager le revêtement magnétique des disques et entraîner une perte de données et de fonctionnalités de l'appareil.

Les disques tournent en continu à des vitesses de support de 4 500 à 10 000 tr/min pour des vitesses de lecture/écriture élevées. Par la taille du diamètre du support, les disques de 5,25, 3,14, 2,3 pouces sont le plus souvent produits.

Actuellement, les plus couramment utilisés sont les moteurs pas à pas et linéaires des mécanismes de positionnement et les mécanismes des lyres en général.

Dans les systèmes avec un mécanisme pas à pas et un moteur, les têtes se déplacent d'une certaine quantité correspondant à la distance entre les pistes. La discrétion des pas dépend soit des caractéristiques du moteur pas à pas, soit est fixée par des asservissements sur le disque, qui peuvent être de nature magnétique ou optique.

Dans les systèmes à entraînement linéaire, les têtes sont déplacées par un électro-aimant, et pour déterminer la position requise, des signaux de service spéciaux sont utilisés, enregistrés sur le support pendant sa production et lus pendant le positionnement des têtes. De nombreux appareils utilisent une surface entière et une tête dédiée ou un capteur optique pour les signaux d'asservissement.

Les entraînements linéaires déplacent les têtes beaucoup plus rapidement que les entraînements pas à pas, et ils permettent également de petits mouvements radiaux "à l'intérieur" de la piste, ce qui permet de suivre le centre de la circonférence de la piste d'asservissement. Cela permet d'obtenir la meilleure position de la tête pour la lecture de chaque piste, ce qui augmente considérablement la fiabilité des données lues et élimine le besoin de procédures de correction fastidieuses. En règle générale, tous les dispositifs d'entraînement linéaire ont un mécanisme de stationnement automatique de la tête de lecture/écriture lorsque le dispositif est éteint.

Principes de l'enregistrement sur disque dur magnétique

Le principe de l'enregistrement magnétique de signaux électriques sur un support magnétique en mouvement repose sur le phénomène d'aimantation rémanente des matériaux magnétiques. L'enregistrement et le stockage d'informations sur un support magnétique sont effectués en convertissant des signaux électriques en les changements correspondants du champ magnétique, en l'affectant sur le support magnétique et en préservant les traces de ces effets dans le matériau magnétique pendant une longue période, en raison du phénomène du magnétisme résiduel. La reproduction des signaux électriques est réalisée par conversion inverse. Le système d'enregistrement magnétique se compose d'un support d'enregistrement et de têtes magnétiques interagissant avec lui (figure 2).

Figure 2. Le principe de l'enregistrement et de la lecture d'informations à partir d'un support magnétique

Avec l'enregistrement magnétique numérique, un courant est fourni à la tête magnétique, auquel le champ d'enregistrement change de direction dans le sens inverse à intervalles réguliers. En conséquence, sous l'action du champ parasite de la tête magnétique, une magnétisation ou une inversion de magnétisation de sections individuelles du support magnétique mobile se produit.

Avec un changement périodique de la direction du champ d'enregistrement dans la couche de travail du support, une chaîne de sections avec la direction opposée de l'aimantation apparaît, qui sont en contact les unes avec les autres avec les mêmes pôles. Le type d'enregistrement considéré, lorsque des sections de la couche de travail du support sont magnétisées le long de son mouvement, est appelé enregistrement longitudinal (figure 3).

Les zones alternées avec différentes directions de magnétisation, qui sont apparues dans le revêtement magnétique, sont des domaines magnétiques (cellules de bits). Plus la taille de la cellule est petite, plus la densité d'enregistrement des informations est élevée. Cependant, avec une diminution de la taille des cellules, l'influence mutuelle de leurs champs démagnétisants, dirigés dans le sens opposé à l'aimantation dans les cellules, augmente, ce qui, lorsque la cellule de bit diminue en dessous de la valeur critique, conduit à une démagnétisation spontanée.

Figure 3. Séquence de sections avec sens d'aimantation opposé

Pour l'enregistrement magnétique, des supports sous forme de plaques magnétiques (disques) sont utilisés. Les plaquettes sont fabriquées en pulvérisant plusieurs films métalliques et une couche de revêtement protecteur sur un substrat en verre ou en aluminium très plat et sans défaut. Les informations sont disposées en cercles concentriques appelés pistes (Figure 4). Dans les disques durs modernes, la densité des pistes atteint 4,3 * 104 pistes par centimètre du rayon de la plaque.

Figure 4. Placement des pistes sur la surface du disque

2. La structure de stockage des informations sur un disque dur

La plus petite unité d'information sur laquelle opère le système de gestion de disque dur s'appelle un secteur. Dans le nombre écrasant médias modernes secteur est de 512 octets. Le système d'adressage de secteur actuellement utilisé est appelé LBA (Logical Block Adressage). Pour les petits disques ou pour une compatibilité descendante avec du matériel plus ancien, le système d'adressage CHS peut être utilisé. L'abréviation CHS signifie Cylindre, Tête, Secteur - cylindre, tête, secteur. Le nom indique clairement la signification de ce type d'adressage, lié aux parties du périphérique de disque dur. L'avantage de LBA sur CHS est que le second a une limitation sur le nombre maximum de secteurs adressables, en termes quantitatifs égal à 8,4 gigaoctets, LBA est dépourvu de cette limitation.

D'abord secteur du dur disque (ou plutôt zéro) est appelé MBR (Master Boot Record) ou le principal enregistrement de démarrage... Au début de ce secteur se trouve le code où le système d'entrée/sortie de base de l'ordinateur transfère le contrôle lorsqu'il démarre. À l'avenir, ce code transfère le contrôle au chargeur du système d'exploitation. Également dans le secteur 0 se trouve la table de partition du disque dur. Une section représente une gamme spécifique de secteurs. Un enregistrement sur la partition est entré dans la table, avec le numéro de son secteur de départ et sa taille. Il peut y avoir quatre entrées de ce type dans la table de partition.

La section, dont l'enregistrement se trouve dans la table de partition de secteur zéro, est appelée primaire (primaire). En raison des limitations mentionnées, il peut y avoir un maximum de quatre partitions de ce type sur un disque. Certains systèmes d'exploitation sont installés uniquement sur les volumes principaux. Si plus de partitions sont nécessaires, une partition étendue est écrite dans la table. Ce type de partition est un conteneur dans lequel des partitions logiques sont créées. Il peut y avoir un nombre illimité de volumes logiques, cependant, dans les systèmes d'exploitation Windows, le nombre de volumes connectés simultanément est limité par le nombre de lettres de l'alphabet latin. Ces trois types de partitions sont les plus largement pris en charge et les plus courants parmi la grande majorité des systèmes d'exploitation. En effet, chez soi, ou à l'échelle des machines clientes des organisations, on retrouve ces types de partitions. Cependant, les types de sections ne se limitent pas à ces trois types. Il existe un grand nombre de partitions spécialisées, mais elles utilisent également des volumes primaires comme conteneurs.

Une partition est un espace marqué sur le disque, afin d'y stocker des informations pour organiser la structure de stockage des données, elle doit être créée système de fichiers... Ce processus est appelé formatage de partition. Il existe de nombreux types de systèmes de fichiers, les systèmes d'exploitation Windows utilisent FAT / NTFS, les systèmes d'exploitation Linux utilisent Ext2 / 3FS, ReiserFS, Swap. Il existe de nombreux utilitaires pour l'accès multiplateforme à divers systèmes de fichiers à partir de systèmes d'exploitation qui ne les prennent pas en charge initialement. Partition Manager 8.5 vous permet d'afficher le contenu et de copier des données à partir de ces systèmes de fichiers.

Certains systèmes de fichiers, tels que FAT / NTFS, fonctionnent sur des structures de données plus importantes sur le disque dur, appelées clusters. Un cluster peut inclure un nombre arbitraire de secteurs. La manipulation de la taille du cluster apporte des gains supplémentaires en termes de performances du système de fichiers ou d'espace libre.

Stockage physique, méthodes de codage des informations

ET Les informations sur les surfaces du lecteur sont stockées sous la forme d'une séquence de lieux à aimantation variable, fournissant un flux continu de données lors de leur lecture en lecture séquentielle. Toutes les informations et emplacements de stockage sont divisés en informations de service et d'utilisateur. Les informations de service et d'utilisateur sont stockées dans des zones de pistes appelées secteurs. Chaque secteur contient une zone de données utilisateur - un endroit où vous pouvez écrire des informations qui sont ensuite disponibles pour la lecture et une zone de données d'asservissement qui est écrite une fois pendant le formatage physique et identifie de manière unique le secteur et ses paramètres (qu'il soit utilisé ou non, le adresse physique du secteur, code ECC, etc.). Toutes les informations d'asservissement ne sont pas disponibles pour les procédures normales de lecture/écriture et sont totalement uniques selon le modèle et le fabricant du variateur.

Contrairement aux disquettes et aux anciens lecteurs sur les disques durs, les disques des lecteurs modernes subissent un balisage primaire ou de bas niveau (formatage de bas niveau) sur un stand technologique de haute précision spécial en usine. Au cours de ce processus, des marques de service - des informations d'asservissement - sont écrites sur les disques, ainsi que les pistes et secteurs habituels sont formés. Ainsi, si autrefois un nouveau disque devait être "formaté à un niveau bas", ce n'est plus quelque chose qui n'est pas nécessaire - c'est tout simplement impossible sans un équipement sophistiqué spécial et divers "programmes de formatage de bas niveau" le plus souvent simplement zéro le contenu des secteurs avec en vérifiant leur lisibilité, bien qu'ils puissent parfois altérer de manière irréversible le balisage de service et les informations d'asservissement des secteurs de service.

L'émergence différentes méthodes le codage de ces secteurs est lié tout d'abord aux caractéristiques techniques des dispositifs de stockage et de transmission et à la volonté des constructeurs d'exploiter au mieux l'espace physique des supports d'information. Plusieurs méthodes différentes de codage des données sont actuellement utilisées.

La modulation de fréquence (FM) est une technique utilisée dans les lecteurs de disques magnétiques amovibles. Le codage FM peut être appelé codage de densité unitaire. Le procédé suppose que le bit de synchronisation est écrit sur le support au début de chaque unité de données binaires. Une unité de bit est définie comme l'intervalle de temps minimum entre les bits de données obtenus à une vitesse de rotation constante du disque multimédia. La méthode garantit un changement de direction du flux magnétique par unité de temps de rotation. Cet intervalle de temps correspond à une densité de flux magnétique longitudinal maximale de 2330 changements par cm et à un taux de transfert de données de 125 Kbit/s. La facilité d'encodage et de décodage FM est déterminée par la fréquence d'horloge constante. Cependant, la présence de ces bits de synchronisation est l'un des inconvénients de cette méthode, puisque le code résultant est inefficace en termes de compacité des données (la moitié de l'espace de stockage est occupée par des bits de synchronisation). C'est l'une des premières méthodes actuellement non utilisées dans les disques durs.

La modulation de fréquence modifiée (MFM) est une technique FM améliorée. La modification consiste à diviser par deux la durée d'un élément de bit - à 4 µs et à utiliser des bits de synchronisation non pas après chaque bit de données, mais uniquement dans les cas où il n'y a pas un seul bit de données dans les éléments de bits précédents et courants. Cette méthode de codage vous permet de doubler la capacité média et le débit de données par rapport à la méthode FM, car les bits de synchronisation et de données ne sont jamais placés dans la même unité de bit, et il n'y a qu'une seule inversion de flux par unité de bit. De plus, il n'est actuellement pas utilisé.

L'écriture Run Limited Length (RLL) est une technique qui élimine complètement les bits de synchronisation de l'écriture sur le disque. La synchronisation est réalisée grâce à l'utilisation de bits de données. Cependant, cette approche nécessite un schéma de codage complètement différent. une simple exclusion des bits de synchronisation entraînera l'écriture de séquences de zéros ou de uns dans lesquelles il n'y aura pas d'inversion de polarité du flux magnétique. La méthode RLL dérive des méthodes utilisées pour coder les données lorsqu'elles sont écrites numériquement sur une bande magnétique. Dans ce cas, chaque octet de données est divisé en deux quartets, qui sont codés avec un code spécial à 5 ​​bits, dont l'essence est de réaliser au moins un changement de direction du flux magnétique pour chaque paire de ses bits. Ce qui signifie que pas plus de deux codes à 5 bits sont requis dans n'importe quelle combinaison debout à côté de zéro bits. Sur les 32 combinaisons de 5 bits, 16 remplissent cette condition, elles sont utilisées pour l'encodage selon la méthode RLL. Lors de la lecture, le processus inverse a lieu. Lors de l'utilisation de la méthode de codage RLL, le taux de transfert de données augmente de 250 à 380 kbps, et le nombre d'inversions de la polarité du flux magnétique jusqu'à 3330 changements/cm. Dans ce cas, la durée de l'élément bit est réduite à 2,6 µs. L'intervalle de temps maximum avant le changement de flux magnétique étant connu (deux bits zéro consécutifs), les bits de données peuvent servir de bits de synchronisation, ce qui rend le procédé de codage RLL auto-synchronisant et auto-synchronisant. La méthode MFM est un cas particulier de la méthode RLL. Pour désigner le type de méthode RLL utilisé, une abréviation de la forme est utilisée : RLL2,7, RLL1,7, RLL2,8, RLL1,8, où le premier chiffre est le minimum, et le second est la longueur maximale de une séquence de bits - des zéros contenus entre des bits adjacents. L'abréviation de la méthode MFM dans la terminologie RLL est RLL1,3.

L'écriture ARLL (Advanced Run Limited Length) avec codage de groupe est une méthode RLL améliorée, dans laquelle, en plus de la compression logique des données, le taux d'échange entre le contrôleur et le lecteur est augmenté.

Stockage logique et codage des informations

Pour garantir les performances et le fonctionnement les plus optimaux du lecteur en tant que périphérique de stockage, ainsi que pour améliorer l'interface logicielle, les lecteurs ne sont pas utilisés par les systèmes dans leur forme principale, mais dans ceux-ci, sur la base des structures physiquement présentes - pistes et secteurs, une structure logique de stockage et d'accès à l'information est utilisée... Son type et ses caractéristiques dépendent du système d'exploitation utilisé et on l'appelle le système de fichiers. Actuellement, il existe de nombreux types de systèmes de fichiers différents, presque autant qu'il existe de systèmes d'exploitation différents, cependant, ils fondent tous leurs structures de données logiques sur plusieurs structures logiques primaires. Considérons-les plus en détail.

Le premier secteur du disque dur contient le Master Boot Record (MBR), qui contient le Boot Record (BR), qui est exécuté pendant le processus de démarrage du système d'exploitation. L'écriture de démarrage des disques durs est attaquée virus informatiques qui infectent le MBR. Il y a une table de partition derrière le bootloader - Table de partition(PT), contenant 4 enregistrements - éléments de partitions logiques - partitions. Le MBR se termine par une signature spéciale - une séquence de 2 octets avec des valeurs hexadécimales 55H et ААH, indiquant que cette section, après laquelle se trouve la signature, est la dernière section du tableau. Vous trouverez ci-dessous la structure du MBR.

stockage d'informations sur disque dur

Tableau 1. Structure du MBR

Chaque entrée de la table de partition contient des informations sur une partition logique. Le premier octet de l'élément de section est l'indicateur d'activité de section (0 - non actif, 128 (80H) - actif). Il sert à déterminer si la partition est une partition amorçable et s'il est nécessaire de démarrer le système d'exploitation à partir de celle-ci au démarrage de l'ordinateur. Une seule section peut être active. Petits programmes appelés gestionnaires de démarrage ( Gestionnaire de démarrage) peut être situé dans les premiers secteurs du disque. Ils demandent de manière interactive à l'utilisateur à partir de quelle partition démarrer et ajustent les drapeaux des partitions actives en conséquence. L'indicateur de partition active est suivi de l'octet du numéro de tête à partir duquel la partition commence. Il est suivi de deux octets, signifiant respectivement le numéro de secteur et le numéro de cylindre. Secteur de démarrage où se trouve le premier secteur du chargeur du système d'exploitation. Le chargeur du système d'exploitation est un petit programme qui lit le code initial du système d'exploitation en mémoire au démarrage. Ensuite, un octet suit - l'identifiant de code du système d'exploitation situé dans la section. L'octet du code du système d'exploitation est suivi de l'octet du numéro de tête de la fin de la partition, suivi de deux octets - le numéro de secteur et le numéro de cylindre du dernier secteur alloué à la partition. Le format de l'élément de table de section est indiqué ci-dessous.

Tableau 2 : Table de partition

Nom de l'entrée de la table de partition	Longueur, octets
Indicateur de section active
Numéro du chef de section
Numéro de secteur et numéro de cylindre du secteur d'amorçage de la partition
Identifiant du système d'exploitation
Numéro de fin de section
Secteur et numéro de cylindre du dernier secteur de la partition
Mot de deux octets bas et haut du numéro de secteur de départ relatif
Mot de taille de partition basse et haute de deux octets dans les secteurs

L'élément de la section est complété par le mot de deux octets bas et haut du nombre relatif du premier secteur de la partition et de la taille de la partition en secteurs, respectivement.

Les numéros de secteur et les numéros de cylindre de secteur dans les partitions sont respectivement de 6 et 10 bits. Vous trouverez ci-dessous le format de l'enregistrement contenant les numéros de secteur et de cylindre.

En raison de la présence d'une structure telle que le MBR, plusieurs systèmes de fichiers de différents types de systèmes d'exploitation différents peuvent être situés sur un même support physique.

Les structures MBR sont des informations critiques, dont les dommages entraînent une perte partielle ou totale d'accès aux données sur les périphériques logiques du disque dur et, éventuellement, l'impossibilité de démarrer le système d'exploitation à partir du support endommagé.

D'abord partitionner dur Un disque dans MS-DOS est appelé la partition principale et le second est appelé la partition étendue. La partition principale doit toujours être présente sur le disque à partir duquel MS-DOS est chargé. Une partition étendue peut ne pas exister ; elle est créée uniquement lorsqu'il est nécessaire d'obtenir plusieurs périphériques logiques sur un disque physique. Une partition logique contient des structures de système de fichiers telles que des disques ou périphériques logiques, ou des volumes (décorés en sous-sections), le chargeur du système d'exploitation, des tables d'allocation de fichiers, des zones de données utilisateur dans lesquelles se trouvent les enregistrements de répertoire et de fichier et les données de fichier. Dans leur structure, les sous-clés ou disques logiques sont similaires à des partitions. La principale différence est qu'il peut y en avoir plus de quatre, et le dernier élément de chacun indique s'il s'agit de la dernière sous-section logique de la partition ou pointe vers l'élément suivant de la table des périphériques ou sous-sections logiques. La table de sous-partition est construite uniquement sur la table de partition étendue, chacun de ses éléments correspond à un périphérique logique avec un nom à un caractère D :, E: et ainsi de suite. La table de partition principale ne contient qu'un seul périphérique logique - le lecteur C: . La table de sous-section est créée lorsqu'une table de section étendue est créée et la cardinalité de la table de sous-section est définie par l'utilisateur. Lors de la détermination du nombre de périphériques logiques, l'utilisateur détermine également la partie de l'espace disque de la partition étendue allouée à chaque périphérique logique - spécifie la quantité de disques logiques. De plus, le nombre et la taille des périphériques logiques ne peuvent pas être modifiés sans perdre les données situées sur les périphériques logiques redistribués.

3. Formatage du disque dur

L'étape la plus importante dans la préparation ou l'utilisation d'un disque dur est le formatage. Le formatage du disque dur est un effacement complet des données du disque dur pour se préparer à un travail ultérieur. Les disques modernes sont produits déjà formatés.

Formats

· Formatage de bas niveau du disque dur

Le formatage de bas niveau consiste à appliquer des informations sur la position des pistes et des secteurs, ainsi qu'à enregistrer des informations de service pour le système d'asservissement. Ce processus est parfois appelé formatage « réel » car il crée le format physique qui détermine la manière dont les données seront transmises. Lorsque le processus de formatage de bas niveau du disque dur démarre pour la première fois, les plateaux du disque dur sont vides, c'est-à-dire ne contiennent absolument aucune information sur les secteurs, les pistes, etc. C'est le dernier moment où un disque dur a des plateaux complètement vides. Les informations enregistrées au cours de ce processus ne seront plus jamais écrasées.

Les anciens disques durs avaient le même nombre de secteurs par piste et n'avaient pas de contrôleurs intégrés, donc un contrôleur de disque dur externe était impliqué dans le formatage de bas niveau, et la seule information dont il avait besoin était le nombre de pistes et le nombre de secteurs par piste. En utilisant ces informations, le contrôleur externe pourrait formater le disque dur. Les disques durs modernes ont une structure interne complexe, notamment la modification du nombre de secteurs par piste lors du passage des pistes externes aux pistes internes, ainsi que des informations d'asservissement intégrées pour contrôler l'actionneur. En outre, les lecteurs modernes utilisent la technologie des secteurs défectueux "invisibles", c'est-à-dire. peut passer automatiquement inaperçu par l'utilisateur et le système secteurs défectueux... En raison de cette structure de données complexe, tous les disques durs modernes passent formatage de bas niveau une seule fois à l'usine. Il n'y a aucun moyen à la maison de faire un véritable formatage de bas niveau d'un disque dur moderne, que ce soit un disque dur IDE / ATA, IDE / SATA ou SCSI. De plus, cela ne peut pas être fait même dans les conditions d'un bon centre de service (en centre de services vous pouvez faire une sorte de formatage de "niveau intermédiaire", qui peut remplacer les informations sur les secteurs défectueux ignorés, mais vous ne pourrez pas réécrire l'allocation physique des secteurs et les informations d'asservissement de service).

Les disques durs plus anciens nécessitaient un formatage de bas niveau répété tout au long de leur vie, en raison des effets de dilatation thermique associés aux moteurs pas à pas dans l'actionneur, dans lesquels le mouvement de la tête était quadrillé à un pas fixe. Au fil du temps, la disposition physique des secteurs et des pistes a été modifiée dans de tels lecteurs, ce qui a rendu impossible la lecture correcte des informations à l'aide d'un moteur pas à pas dans l'entraînement des têtes magnétiques. Celles. la tête est allée à la position souhaitée, selon le contrôleur, tandis que la position de la piste spécifiée a été déplacée, ce qui a conduit à l'apparition secteurs défectueux... Ce problème a été résolu en reformatant le lecteur à un niveau bas, en écrasant les pistes et les secteurs à l'aide d'une nouvelle grille d'étapes de lecteur. Dans les entraînements modernes utilisant une bobine acoustique dans l'entraînement de la tête, le problème de la dilatation thermique est passé à l'arrière-plan, forçant uniquement le réétalonnage de la température des paramètres de fonctionnement de l'entraînement de la tête.

Formatage de haut niveau du disque dur

Après avoir terminé le processus de formatage de bas niveau, le disque dur reçoit un disque avec des pistes et des secteurs, mais le contenu des secteurs sera rempli d'informations aléatoires. Le formatage de haut niveau est le processus d'écriture d'une structure de système de fichiers sur le disque, ce qui permet au système d'exploitation d'utiliser le disque pour stocker des programmes et des données. Dans le cas d'un système d'exploitation DOS, par exemple, la commande format fait le travail en écrivant le master boot record et la table d'allocation de fichiers en tant que telle structure. Le formatage de haut niveau est effectué après le processus de partitionnement du disque (partitions), même si une seule partition sera utilisée pour tout le volume du lecteur. Dans les systèmes d'exploitation modernes, le processus de partitionnement du disque dur et de formatage peut être effectué à la fois lors de l'installation du système d'exploitation et sur déjà système installéà l'aide d'une interface graphique intuitive.

La différence entre le formatage de haut niveau et de bas niveau est grande. Il n'est pas nécessaire d'effectuer un formatage de bas niveau pour effacer les informations du disque dur. le formatage de haut niveau convient à la plupart des situations. Il écrase les informations de service du système de fichiers, rendant le disque dur propre, cependant, les fichiers eux-mêmes ne sont pas effacés pendant ce processus, seules les informations sur l'emplacement du fichier sont effacées. Celles. après un formatage de haut niveau du disque dur contenant les fichiers, nous aurons un disque vierge sans aucun fichier, mais en utilisant différentes façons récupération de données, vous pouvez accéder aux anciens fichiers qui se trouvaient sur le disque avant qu'il ne soit formaté. Tous les systèmes d'exploitation utilisent différents programmes de formatage de haut niveau. ils utilisent Divers types systèmes de fichiers. Cependant, le formatage de bas niveau, comme le processus de marquage des pistes et des secteurs sur un disque, est le même. La seule différence est la technologie d'enregistrement des pistes et des secteurs sur disque. Ceci est fait par des dispositifs spéciaux appelés servo-écrivains. / 6 /

4. Contrôleurs de disque dur

Le contrôleur de lecteur est physiquement situé sur la carte électronique et est conçu pour fournir des opérations de conversion et un transfert d'informations des têtes de lecture/écriture vers l'interface du lecteur. Un contrôleur de disque dur est un appareil très complexe - un micro-ordinateur, avec son propre processeur, RAM et ROM, des circuits et des systèmes d'entrée/sortie, etc. Cependant, dans la plupart des cas, les fabricants les placent dans une ou deux puces.

Le contrôleur est impliqué dans diverses opérations de transformation de flux de données. Étant donné que la longueur des pistes n'est pas égale, les données sur les différentes pistes doivent être enregistrées de manière inégale. Cela devient un problème, par rapport aux disquettes, pour les médias à haute densité (plus de 1000 pistes). Les contrôleurs simples ont tendance à écrire la même quantité d'informations sur chaque piste, quelle que soit sa longueur. Pour ce faire, le contrôleur compresse les données de manière plus dense, à partir d'une piste spécifique. Le cylindre à partir duquel commence l'emballage plus dense des données est appelé le cylindre de départ pour la précompensation (SCP). Pour compenser la distorsion des informations lors de la lecture, l'enregistrement des données est effectué avec un décalage binaire préliminaire, qui prend en compte la distorsion.

De nombreux fabricants créent des dispositifs qui écrivent différentes quantités d'informations sur des pistes internes et externes en y plaçant un nombre différent de secteurs. Ceci est possible grâce à la dissimulation matérielle des programmes et à l'utilisateur des caractéristiques physiques de l'appareil au niveau de son contrôleur et/ou de son interface (appareils avec interfaces IDE, EIDE et SCSI). Les lecteurs ont un nombre physique et logique de cylindres différent.

De nombreux systèmes d'exploitation qui fonctionnent avec des disques durs via le BIOS sont conçus de telle manière qu'ils ne peuvent pas fonctionner avec plus de 1024 cylindres. , le lecteur est défini par son contrôleur et les procédures du BIOS comme n'ayant pas plus de 1024 cylindres, mais ayant des nombre de têtes, surfaces et secteurs. La fonction de recalcul pour trouver le secteur souhaité tombe soit sur le BIOS du PC, soit sur le BIOS du contrôleur, soit sur l'interface.

Les données écrites dans les secteurs sont protégées de certaines erreurs de lecture / écriture en calculant et en écrivant avec elles une somme de contrôle - un code de correction d'erreur (ECC). En écrivant des octets sur le disque, l'adaptateur accumule les données d'entrée par division cyclique par un polynôme de module spécial, qui représente une combinaison unique de bits et est écrit par le contrôleur avec les données. Le nombre d'octets ECC pour chaque périphérique est déterminé par le type de polynôme utilisé. Lors de la lecture des données, une accumulation et un calcul similaires de la somme de contrôle sont effectués. En cas de divergence entre les résultats calculés et stockés avec les données ECC, une tentative est effectuée pour restaurer - corriger les données en utilisant le polynôme, les données disponibles et la somme de contrôle. Le nombre d'octets de données pouvant être ajustés est déterminé par l'ordre du polynôme utilisé. Plus il est élevé, plus le nombre d'octets d'une rangée peut être corrigé, mais plus le code ECC lui-même est long.

Différents polynômes sont utilisés et le nombre d'octets ECC peut aller de 4 à 8 ou plus. Le nombre de bits d'information requis pour écrire un octet dépend de la méthode de codage utilisée. Il convient de noter que la récupération de données à l'aide d'un polynôme et d'un code ECC se produit au niveau du contrôleur et est transparente pour les programmes et l'utilisateur. Cependant, en fonction des procédures du BIOS, vous pouvez obtenir par programme des informations indiquant si une procédure de correction a été effectuée.

La plupart des lecteurs modernes prennent en charge les modes de contrôleur Ultra DMA, DMA2 et PIO. DMA - Direct Memory Access - accès direct à la mémoire - un mode d'interaction entre le contrôleur de stockage et l'interface PC, dans lequel l'échange de données via l'interface est effectué sans participation unité centrale de traitement PC. Le mode DMA permet de soulager considérablement le processeur par rapport au mode PIO (Programmed Input/Output), dans lequel tous les transferts sont effectués directement par le processeur central du PC. Ceci est réalisé grâce à l'utilisation d'un contrôleur spécial et d'un canal pour un accès direct à la RAM du PC, sans la participation du processeur central. Tous les disques modernes peuvent fonctionner en mode DMA2, s'il est pris en charge par le système d'exploitation, et la vitesse d'échange peut atteindre, selon le modèle, 16,6 Mo/s. Et les lecteurs et systèmes prenant en charge le mode Ultra DMA, avec l'utilisation du pilote approprié, peuvent transmettre et recevoir des informations à une vitesse de 33,3 Mb/s. Cependant, il ne s'agit que des taux d'échange de données maximum possibles entre le contrôleur et le tampon du lecteur.

La vraie vitesse de lecture/écriture même en meilleurs modèles avec interface ATA ne dépasse actuellement pas 10-11 Mb / s. La charge principale pendant le travail repose sur la lecture / écriture, le transfert de données vers et depuis le tampon ne prend qu'une petite partie de ce temps, et le fait même de passer à Ultra DMA n'augmente que de quelques pour cent. Mais les disques Ultra DMA ont généralement des vitesses de broche élevées, et donc des vitesses de lecture/écriture plus élevées.

Actuellement, les deux normes les plus courantes pour connecter un disque dur à un ordinateur. Le premier, le plus courant parmi les PC domestiques et de bureau, est IDE (Integrated Device Electronics), également appelé ATA (AT Attachment). Le second se trouve le plus souvent dans les serveurs et les postes de travail performants - SCSI (Small Computer System Interface). Cette interface n'est pas spécialisée pour les périphériques disque. En plus des disques durs et des lecteurs de CD-ROM, il existe une énorme masse d'appareils qui fonctionnent selon cette norme.

La norme d'interface IDE a été développée pour plusieurs raisons. Les plus significatifs sont :

· Un moyen plus simple de connecter le disque dur au bus de l'ordinateur. Un disque dur IDE peut être connecté avec la même facilité à un bus système hautes performances d'un ordinateur et à un port LPT lent. Bien sûr, dans ce dernier cas, l'échange de données sera beaucoup plus faible, mais il existe une telle possibilité.

· Augmentation des performances. Le contrôleur de disque est situé directement sur l'appareil, ce qui permet la transmission en contournant les longs fils d'interface.

Il existe plusieurs façons de connecter un périphérique IDE à votre ordinateur. La plus courante est une connexion par câble à 40 fils (type d'interface AT-BUS). L'interface est en 16 bits. Le deuxième type - PC Card ATA - utilisant une carte PC (PCMCIA), dispose également d'une interface 16 bits. Ce type est principalement utilisé dans les ordinateurs portables. En plus de la connectivité, les types d'interface ATA diffèrent également par les taux de transfert de données. La principale est CAM ATA (Common Access Method) - une norme définie par l'ANSI. Fournit une compatibilité de signal et de commande pour les périphériques IDE. Vous permet également de connecter jusqu'à deux appareils sur un seul câble. La longueur du câble ne dépasse pas 46 cm.

ATA-2 est une extension de la spécification ATA. Dispose de deux canaux, ce qui vous permet de connecter jusqu'à 4 appareils, prend en charge des disques jusqu'à 8 Go. Prend en charge le mode PIO 3, le mode DMA 1, le mode bloc. Nous parlerons de ces termes ci-dessous.

La prochaine extension est Fast ATA-2. Il ne diffère que par la prise en charge du DMA Mode 2, qui permet d'atteindre des taux de transfert de données jusqu'à 13,3 Mo/s et la présence du PIO Mode 4.

ATA-3. Cette expansion est davantage axée sur l'amélioration de la fiabilité. Comprend une gestion de l'alimentation améliorée et la technologie SMART (Self Monitoring Analysis and Report Technology).

Ultra DMA / 33 - la vitesse du bus est de 33 Mo / s. De plus, le contrôle des données transmises a été ajouté. Relativement récemment, la norme UDMA / 66 est apparue, dans laquelle la vitesse a été augmentée à 66 Mo / s, et UDMA / 100 a récemment été annoncée.

Il convient de noter que les chiffres indiqués ne sont que les valeurs maximales possibles. En réalité, le taux de transfert de données peut être considérablement inférieur. Elle dépend de la vitesse de rotation des disques, de la vitesse de l'électronique, du fonctionnement de la mémoire et du processeur.

En plus des types ci-dessus, il existe également une extension ATAPI (ATA Package Interface). Cette extension est conçue pour se connecter à l'interface ATA des lecteurs de CD-ROM, des lecteurs de CDRW, des lecteurs de bande, des lecteurs ZIP et d'autres périphériques.

Toutes les normes ci-dessus sont électriquement compatibles les unes avec les autres.

DMA (accès direct à la mémoire). Lorsque vous travaillez dans ce mode, l'échange de données entre le tampon du disque dur et la mémoire de l'ordinateur est effectué directement par le contrôleur du disque dur. Les modes DMA sont divisés en mot unique et mot multiple, en fonction du nombre de mots transmis dans une session du bus. Dans le cas du mode un mot, le taux de change maximum est de 8,3 Mo/s. Lors de l'utilisation du mode détaillé - jusqu'à 20 Mo / sec. Les appels sont effectués dans les pauses entre les appels CPU à la mémoire. Ce mode économise du temps processeur, mais ralentit légèrement le taux de change.

LBA (Logical Block Addressing) - adressage de bloc logique. La norme ATA aborde le secteur de manière classique - le numéro du cylindre, de la culasse et du secteur. Cependant, pour des raisons historiques, BIOS de l'ordinateur et le système d'exploitation DOS limitait le nombre de secteurs (63) et de cylindres (1024). En conséquence, il y avait une limite de 540 Mo sur l'espace disque dur. En mode LBA, l'adresse est transmise sous la forme d'un numéro de secteur absolu linéaire. Dans ce cas, Winchester le convertit lui-même en nombres de cylindres, de têtes et de secteurs dont il a besoin. Cela nous a permis de contourner les restrictions sur l'espace disque, mais pour DOS, il est toujours de 8 Go. Le fonctionnement de l'appareil n'est possible que si ce mode est pris en charge par le pilote (BIOS) et l'appareil lui-même.

Il existe également un mode Large - ce mode est utilisé par le BIOS Award pour fonctionner avec des disques durs jusqu'à 1 Go qui ne prennent pas en charge le mode LBA. Il n'est pas recommandé d'utiliser ce mode avec des disques de plus de 1 Go. / 7 /

Tableau 3. Comparaison des interfaces

	Soutenir. capacité, Mbps	Longueur maximale du câble, m	Câble d'alimentation	Nombre de lecteurs par canal	Le nombre de conducteurs dans le câble	Autres caractéristiques
			Oui (3,5") / Non (2,5")			Contrôleur + 2Slave, non échangeable à chaud
						Hôte / Esclave, échangeable à chaud sur certains contrôleurs
		il n'y a pas de données
			Oui / Non (dépend du type d'interface et de lecteur)
		4.5 (en guirlande jusqu'à 72 m)				les appareils sont peer-to-peer, échangeables à chaud
		5 (en guirlande, via des hubs, jusqu'à 72 m)				Hôte / Esclave, échangeable à chaud possible
		il n'y a pas de données	Oui / Non (dépend du type de lecteur)	il n'y a pas de données		Bidirectionnel, compatible USB 2.0
						les appareils sont peer-to-peer, échangeables à chaud
						échange à chaud possible

5. Caractéristiques des disques durs. Paramètres physiques et logiques de base

La carte électronique d'un disque dur moderne est un micro-ordinateur indépendant avec son propre processeur, sa mémoire, ses périphériques d'entrée/sortie et d'autres attributs traditionnels inhérents à un ordinateur. Il peut y avoir de nombreux commutateurs et cavaliers sur la carte.

Tous les variateurs sont conformes aux normes définies soit par des comités et groupes de normalisation indépendants, soit par les fabricants eux-mêmes. Parmi les nombreuses caractéristiques techniques qui distinguent un modèle d'un autre, certaines sont les plus importantes du point de vue des utilisateurs et des fabricants.

Le diamètre du disque est un paramètre assez lâche. Les disques les plus courants ont un diamètre de disque de 2,2,2,3,3,14 et 5,25 pouces. Le diamètre des disques détermine la densité d'enregistrement par pouce du revêtement magnétique. Les disques plus grands contiennent plus de pistes et ont tendance à utiliser des technologies multimédias plus simples pour des densités d'enregistrement plus faibles. Ils sont plus lents et ont moins de disques, mais sont plus fiables. Les disques plus petits et plus volumineux ont plus de surfaces de haute technologie et des densités de données plus élevées, ainsi que plus de disques.

Le nombre de surfaces (nombre de côtés) - définit le nombre de disques physiques enfilés sur la broche. Les variateurs sont disponibles avec un nombre de surfaces de 1 à 8 ou plus. Cependant, les dispositifs les plus courants sont avec le nombre de surfaces de 2 à 5. Le nombre de surfaces détermine directement le volume physique de l'entraînement et la vitesse des opérations de traitement sur un cylindre. Étant donné que les opérations sur les surfaces du cylindre sont effectuées par toutes les têtes de manière synchrone, toutes les autres conditions étant égales, les entraînements avec un grand nombre de surfaces s'avéreront plus rapides.

Le nombre de cylindres (nombre de cylindres) - détermine combien de pistes (pistes) seront situées sur une surface. Actuellement, tous les lecteurs d'une capacité supérieure à 1 gigaoctet ont plus de 1024 cylindres, ce qui permet d'utiliser des modes d'accès unifiés pour les systèmes d'exploitation courants avec recalcul et émulation et virtualisation du nombre de têtes, cylindres et secteurs (LBA et Grand).

Nombre de secteurs - nombre total de secteurs sur toutes les pistes de toutes les surfaces d'entraînement. Spécifie le volume physique non formaté du périphérique.

Secteurs par piste - nombre total de secteurs par piste. Souvent, pour les lecteurs modernes, l'indicateur est conditionnel, car ils ont un nombre inégal de secteurs sur les pistes externes et internes, cachés du système et de l'utilisateur par l'interface de l'appareil.

La vitesse de broche (vitesse de rotation ou vitesse de broche) - détermine combien de temps sera consacré à la lecture séquentielle d'une piste ou d'un cylindre. La vitesse de rotation est mesurée en tours par minute (tr/min). Pour les disques d'une capacité allant jusqu'à 1 gigaoctet, il est généralement de 5 400 tr/min, tandis que pour les disques plus gros, il atteint 7 200 et 10 000 tr/min.

Le temps de recherche piste à piste est généralement de 3,5 à 5 millisecondes, et les modèles les plus rapides peuvent être de 0,6 à 1 milliseconde. Passer d'une piste à l'autre est le processus le plus long d'une série de processus de lecture/écriture aléatoires sur un périphérique de disque. L'indicateur est utilisé pour une évaluation conditionnelle des performances lors de la comparaison des entraînements différents modèles et fabricants.

Le temps de latence des têtes est le temps qui s'écoule entre le moment où les têtes sont positionnées sur la piste souhaitée jusqu'au début de l'opération de lecture/écriture. Il s'agit d'un indicateur technique interne inclus dans l'indicateur - le temps de transition d'une piste à l'autre.

Le temps d'installation ou temps de recherche est le temps mis par l'appareil pour déplacer les têtes de lecture/écriture vers le cylindre souhaité à partir d'une position arbitraire.

Le temps de recherche moyen est le résultat moyen d'un grand nombre d'opérations de positionnement sur différents cylindres, souvent appelé temps de positionnement moyen. Le temps de recherche moyen a tendance à diminuer avec l'augmentation de la capacité de stockage à mesure que la densité d'enregistrement augmente et que le nombre de surfaces augmente. Pour les disques de 540 Mo, les valeurs sont le plus souvent comprises entre 10 et 13, et pour les disques de plus d'un gigaoctet, entre 7 et 10 millisecondes. Le temps de recherche moyen est l'une des mesures les plus importantes pour évaluer les performances des disques utilisés lors de la comparaison des disques.

La latence est le temps nécessaire pour passer le secteur souhaité à la tête, l'indicateur moyen est la latence moyenne, obtenue comme la moyenne de nombreux passages de test. Après avoir calmé les têtes sur le cylindre requis, le contrôleur recherche le secteur requis. Dans ce cas, les identifiants d'adresse de chaque secteur sur la piste passant sous la tête sont lus séquentiellement. Idéalement, du point de vue performance, le secteur souhaité apparaîtra immédiatement sous la tête, dans un mauvais cas, il s'avérera que ce secteur vient de "passer" sous la tête, et, jusqu'à la fin du processus d'apaisement, il faudra attendre un tour complet du disque pour terminer l'opération de lecture/écriture... Ce temps pour les disques de 540 mégaoctets à 1 gigaoctet est d'environ 5,6, et pour les disques de plus d'un gigaoctet - 4,2 millisecondes ou moins.

Le temps d'accès est le temps total consacré à l'installation de la tête et à l'attente du secteur. De plus, la plus longue est la période d'installation des têtes.

Temps d'accès moyen - le temps qui s'écoule entre le moment où une demande d'opération de lecture/écriture est reçue du contrôleur jusqu'à l'exécution physique de l'opération - le résultat de l'addition du temps de recherche moyen et de la latence moyenne. Le temps d'accès moyen dépend de l'organisation du stockage des données et de la rapidité avec laquelle les têtes de lecture/écriture sont positionnées sur la piste requise. Le temps d'accès moyen est une moyenne de nombreuses passes de test, et il varie généralement de 10 à 18 millisecondes et est utilisé comme indicateur de base lors de la comparaison de la vitesse des disques de différents fabricants.

Le taux de transfert de données, également appelé débit, détermine le taux auquel les données sont lues ou écrites sur le disque une fois les têtes en place. Il est mesuré en mégaoctets par seconde (MBps) ou mégabits par seconde (Mbps) et est une caractéristique du contrôleur et de l'interface. Il existe deux types de débit en bauds : externe et interne. La vitesse de transfert des données est également l'un des principaux indicateurs des performances du lecteur et est utilisée pour l'évaluer et comparer les lecteurs de différents modèles et fabricants.

Le taux de transfert de données externes (taux de transfert de données en rafale) indique la vitesse à laquelle les données sont lues à partir du tampon situé sur le lecteur dans la RAM de l'ordinateur. Actuellement, les disques avec interfaces EIDE ou Fast ATA ont généralement un taux de transfert de données externes de 11,1 à 16,6 mégaoctets par seconde, et pour les disques avec interfaces SCSI-2, ce paramètre varie de 10 à 40 mégaoctets par seconde.

Le taux de transfert interne (ou taux de transfert soutenu) reflète le taux de transfert de données entre les têtes et le variateur de vitesse et détermine le taux de transfert de données global dans les cas où le tampon n'est pas utilisé ou n'est pas affecté (par exemple, lors du chargement d'un grand graphique ou fichier vidéo). La vitesse de transmission interne dépend fortement de la vitesse de rotation de la broche.

La taille du tampon de cache du contrôleur (taille de trésorerie interne). Le tampon intégré au lecteur remplit la fonction de mise en cache proactive et est conçu pour atténuer l'énorme différence de performances entre le disque de l'ordinateur et la RAM. Les disques sont disponibles avec des mémoires tampons de 128,256 et 512 Ko. Plus la taille de la mémoire tampon est grande, plus les performances potentielles sont élevées pour une lecture/écriture "longue" arbitraire. En outre, un tampon plus volumineux permet d'augmenter les performances du sous-système de disque, d'une part lorsque vous travaillez avec des données volumineuses ordonnées (écrites séquentiellement sur des disques), et d'autre part lorsque de nombreuses applications ou utilisateurs accèdent au disque simultanément, comme cela se produit dans un réseau multitâche. systèmes d'exploitation. ...

Consommation électrique moyenne (capacité). Lors de l'assemblage puissant ordinateurs de bureau la puissance consommée par tous ses appareils est prise en compte. Les disques durs modernes consomment de 5 à 15 watts, ce qui est tout à fait acceptable, même si, toutes choses étant égales par ailleurs, les disques à faible consommation d'énergie semblent plus attrayants. Cela s'applique non seulement aux économies d'énergie, mais aussi à la fiabilité, puisque des dispositifs de stockage plus puissants dissipent l'excès d'énergie sous forme de chaleur et deviennent très chauds. Et comme vous le savez, les problèmes liés à la modification des propriétés support magnétique dépendent directement de leur température et du coefficient de dilatation/contraction du matériau.

Le niveau de bruit est bien entendu un indicateur ergonomique. Cependant, c'est aussi une indication de l'équilibre de la conception mécanique, puisque Le bruit sous forme de crépitement n'est rien d'autre que le bruit des frappes du positionneur d'un mécanisme pas à pas ou linéaire, et même les micro-chocs et les vibrations sont si indésirables pour les entraînements et conduisent à leur usure plus rapide.

Capacité de stockage physique et logique. Les supports de disque dur, contrairement aux disquettes, ont un nombre constant de pistes et de secteurs, qui ne peuvent pas être modifiés. Ces nombres sont déterminés par le type de modèle et le fabricant de l'appareil. Par conséquent, le volume physique des disques durs est initialement déterminé et se compose du volume occupé par les informations de service (disposition du disque en pistes et secteurs) et du volume disponible pour les données de l'utilisateur. Le volume physique d'un disque dur dépend également du type d'interface, de la méthode d'encodage des données, du format physique utilisé, etc. Les fabricants de disques indiquent la taille des disques en millions d'octets, en supposant, sur la base du système décimal, que celui-ci mégaoctet contient 1 000 000 octets. Cependant, le logiciel ne fonctionne pas avec des systèmes décimaux, mais avec des systèmes binaires, en supposant qu'un kilo-octet contient non pas 1000 octets, mais 1024. De tels simples désaccords dans les systèmes de calcul conduisent à des incohérences dans l'estimation du volume de disques donnés dans la description et donnés par divers tests logiciels.

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Table des matières

• introduction
• 1.2 Travaux de la société de flottaison
• 1.4 Adaptateurs pour lecteurs de disquettes
• 2.2 Caractéristiques du disque dur
• 2.3 Organisation physique des données dans le disque dur
• 2.4 Organisation logique des données dans le disque dur
• 2.5 Interfaces de disque dur
• 2.6 Technologies avancées pour la production de disques durs
• 2.7 Analyse comparative du disque dur et du disque dur.
• Conclusion
• Glossaire
• Liste des abréviations utilisées
• Bibliographie
• Applications

introduction

V Les supports de stockage industriels représentent une gamme de périphériques de stockage avec différents principes de fonctionnement, caractéristiques de performances physiques et techniques. Un support de stockage est un objet matériel utilisé pour stocker des informations.Un support de stockage est un dispositif mécanique qui contrôle l'enregistrement, le stockage et la lecture de données. Une distinction est faite entre les lecteurs de disquettes et les disques durs. La propriété et le but principaux des dispositifs de stockage d'informations sont leur stockage et leur reproduction. Les dispositifs de mémoire sont généralement divisés en types et catégories en fonction de leurs principes de fonctionnement, de leurs caractéristiques opérationnelles, techniques, physiques, logicielles et autres. Ainsi, par exemple, selon les principes de fonctionnement, on distingue les types d'appareils suivants: électroniques, magnétiques, optiques et mixtes - magnéto-optiques. Chaque type d'appareil est organisé sur la base d'une technologie correspondante de stockage, de reproduction et d'enregistrement d'informations numériques. Par conséquent, en relation avec le type et les performances techniques du support d'informations, ils sont distingués: appareils électroniques, à disque et à bande. De plus, dans mon travail final de qualification, je me concentrerai sur les supports de stockage sur disque, et en particulier sur une analyse comparative et une évaluation des capacités des disques durs et des disquettes.

Les lecteurs de disquettes et de disque dur (ci-après appelés respectivement lecteurs de disquettes et lecteurs de disque dur) sont des lecteurs externes ou de la mémoire externe. La mémoire externe fait référence aux périphériques externes ordinateur personnel(ci-après dénommé PC), est connecté à l'aide de boucles à carte mère ordinateur et est utilisé pour le stockage à long terme de toute information qui pourrait être nécessaire pour résoudre des problèmes (Fig. 1. Appendice 1). En particulier, dans mémoire externe tous les logiciels informatiques sont stockés. La mémoire externe contient une variété de périphériques de stockage, mais les périphériques de stockage les plus courants sur pratiquement tous les ordinateurs sont les disques durs (HDD) et les disquettes (HD). L'enregistrement, le stockage et la lecture des informations reposent sur deux principes physiques, magnétique et optique. Le lecteur de disquettes et le lecteur de disque dur utilisent le principe magnétique. Avec la méthode magnétique, l'information est enregistrée sur un support magnétique (un disque recouvert d'un vernis ferromagnétique) à l'aide de têtes magnétiques.

Pendant l'enregistrement, la tête avec un noyau en matériau magnétique doux (faible magnétisation rémanente) se déplace le long de la couche magnétique du support magnétique dur (forte magnétisation rémanente). Les impulsions électriques créent un champ magnétique dans la tête, qui magnétise séquentiellement (1) ou ne magnétise pas (O) les éléments du porteur. Lors de la lecture des informations, les sections aimantées du support provoquent une impulsion de courant dans la tête magnétique (phénomène d'induction électromagnétique). La propriété principale des dispositifs magnétiques à disque est d'enregistrer des informations sur un support sur des pistes fermées concentriques en utilisant un codage numérique physique et logique des informations. Le support de disque plat tourne pendant le processus de lecture/écriture, ce qui assure le maintien de l'ensemble de la piste concentrique, la lecture et l'écriture sont effectuées à l'aide de têtes de lecture/écriture magnétiques, qui sont positionnées le long du rayon du support d'une piste à l'autre. Pour connecter le lecteur de disquette et le lecteur de disque dur à un PC, des périphériques spéciaux sont utilisés, appelés adaptateurs ou contrôleurs. Ces périphériques sont insérés dans le connecteur du bus système du PC, et le lecteur de disquette et le lecteur de disque dur y sont connectés à l'aide de câbles spéciaux.

Les sections suivantes décrivent le fonctionnement des lecteurs de disquettes et des disques durs dans les PC tels que IBM PC / XT, IBM PC / AT et compatibles avec eux.

disque dur

Le but du lecteur de disquettes et du lecteur de disque dur est de stocker de grandes quantités d'informations, d'enregistrer et de transmettre les informations stockées sur demande à la mémoire vive. Comme vous le savez, les premiers ordinateurs (calculateurs électroniques) étaient monotâches, c'est-à-dire qu'ils étaient programmés et créés pour résoudre un seul problème, par exemple, calculer des réactions nucléaires ou des trajectoires de missiles. Il s'agissait d'ordinateurs à base de lampes et de semi-conducteurs. Cependant, avec le développement de la technologie, des machines programmables sont apparues sur lesquelles le programme était défini à l'aide de cartes perforées, mais toutes ces machines n'avaient pas de dispositif de mémoire, c'est-à-dire qu'elles ne recevaient que des informations, traitées et reproduit, mais ne l'a pas stocké. ... Cependant, avec le développement de la technologie informatique, en particulier des ordinateurs personnels, il existe un besoin de dispositifs de stockage d'informations. À cette époque (début des années 70), avec l'avènement de l'ordinateur personnel, les concepts de périphériques de stockage sont apparus. Initialement, il s'agissait de lecteurs de disquettes contenant un système d'exploitation, c'est-à-dire ils fonctionnaient comme ceci : lorsque l'ordinateur était démarré, une disquette était insérée dans le lecteur de disquette, à partir de laquelle le système d'exploitation était chargé dans la RAM de l'ordinateur, puis l'utilisateur pouvait lancer des programmes et travailler avec eux. C'était suffisant pour les premiers systèmes d'exploitation, tels que MS DOS, mais pas très pratique, car les disquettes à ce jour ne diffèrent pas en termes de fiabilité, la solution s'est donc avérée être la création de lecteurs sur des disques magnétiques durs. La méthode de lecture et d'écriture sur les lecteurs est la même - en utilisant des champs magnétiques, mais la mise en œuvre de ce principe à l'aide d'un disque dur s'est avérée plus efficace, car les disques magnétiques durs diffèrent b O un volume et une fiabilité plus importants, de sorte que ce lecteur est devenu la mémoire principale d'un ordinateur dès le début des années 80 et a atteint un volume plusieurs fois supérieur à celui d'un lecteur de disquettes. Par la suite, avec l'avènement des systèmes d'exploitation de la famille Windows (versions 3.1 et 3.11), les disquettes ne pouvaient plus assurer le stockage et le chargement opérationnel des systèmes d'exploitation, ce qui déterminait finalement le disque dur comme mémoire principale, sur laquelle les programmes et systèmes d'exploitation a commencé à être écrit et ils le font encore aujourd'hui... Que s'est-il passé à côté des lecteurs de disquettes ? Ils ont commencé à être utilisés comme moyen de transfert d'informations entre ordinateurs, tk. Les disques durs ne convenaient pas au même usage, bien qu'ils aient plus de mémoire et de vitesse de lecture/écriture, ils sont situés à l'intérieur de l'unité centrale et vous devez éteindre l'ordinateur pour le retirer ou le connecter. Les disquettes sont restées pratiquement la seule méthode opérationnelle pour l'échange d'informations entre ordinateurs personnels jusqu'au milieu des années 90, et bien que maintenant dans les pays occidentaux avec l'avènement des lecteurs DVD et SD-RW, ainsi que la connexion d'ordinateurs à un réseau, elles refusent partout de utilisez des disquettes (la plupart ordinateurs de bureau combiné avec réseaux locaux ne sont plus équipés de lecteurs de disquettes), mais dans la CEI, le degré de développement de l'informatisation est aujourd'hui tel qu'il est impossible d'abandonner les lecteurs de disquettes en raison de leur efficacité et de leur omniprésence, ce qui est confirmé par le volume continu de lecteurs de disquettes ventes de disques.

Historiquement, les deux disques étaient pratiquement indiscernables en importance pour l'architecture du PC, mais OÀ ce jour, les disques durs, qui sont le principal périphérique de stockage d'un PC moderne, ont été perfectionnés. Au début, la vitesse de travail et la quantité d'informations stockées sur le lecteur de disquette et le lecteur de disque dur ne différaient pratiquement pas. cela était dû à l'allocation de mémoire et au système de fichiers, et physiquement la quantité de mémoire ne pouvait pas dépasser 512 Ko. Mais avec l'avènement des systèmes de fichiers FAT 16 et FAT 32, et surtout NTFS, il a permis d'augmenter la capacité des disques durs par un facteur de milliers, alors que les premiers disques durs étaient mesurés en mégaoctets, mais désormais leurs valeurs ​​atteignent des dizaines voire des centaines de gigaoctets. Les disquettes, d'autre part, ayant subi l'évolution des disquettes de 5,25 pouces (il y avait aussi maintenant des disquettes de 8 pouces inutilisées depuis longtemps) à 3,5 pouces (maintenant la plus courante chez les utilisateurs de PC), les disquettes, la quantité d'informations enregistrées sur lequel est de 720 Ko à 2,88 Mo, il est donc clair qu'aujourd'hui personne ne les considère comme une alternative aux disques durs, cependant, ils ont aussi leur propre niche, à cause de laquelle ils ne peuvent pas être abandonnés même par les fabricants de matériel informatique modernes, bien que de telles déclarations ont été faites plus d'une fois, notamment de la part de la société SONY, qui occupe une place importante sur le marché des disquettes, ainsi que de SAMSUNG, un fabricant de disquettes. Pourquoi est-ce que même les dernières configurations informatiques incluent des disquettes ? La réponse est simple, les fabricants ne peuvent pas refuser les lecteurs de disquettes, car en termes de vitesse de transfert de petits fichiers, généralement des fichiers texte (Word, Excel), les disquettes sont en tête, et si l'on considère que de nombreux utilisateurs ont des modèles informatiques obsolètes qui ne sont pas équipés de méthodes de transfert de fichiers plus avancées (par exemple, lecteurs de CD-RW ou ne sont pas associés au réseau), mais ils fonctionnent comme des machines à écrire électroniques, il est clair qu'il ne sera pas possible d'abandonner complètement le lecteur de disquettes dans un avenir proche. Comme le montre ce qui précède, la question se pose de savoir en quoi ces lecteurs diffèrent aujourd'hui, quel est leur développement et leurs perspectives, leur fiabilité et s'il vaut la peine d'abandonner le lecteur de disquette.

Le but de mon travail est une analyse comparative et une évaluation des caractéristiques du disque dur et du disque dur. Tâches à résoudre à partir de l'objectif fixé :

1) Considérez la structure physique du disque dur et du disque dur, leur travail ;

2) Identifier leurs caractéristiques et les évaluer ;

3) Envisager des technologies prometteuses pour les disquettes et les disques durs ;

4) Mener une analyse comparative du disque dur et du disque dur.

La pertinence de l'ouvrage, sur la base de ce qui précède, ne fait aucun doute. L'intérêt pratique du travail réside dans le fait que sur la base des informations présentées, on peut faire une analyse parmi les entraînements et choisir le plus adapté il y a très peu sur ce sujet et ce n'est pas systématisé.

1) la littérature disponible au sujet du travail final qualificatif a été sélectionnée et analysée ;

2) Les tâches assignées à partir du but du travail ont été résolues ;

1. Lecteurs de disquettes

Il existe différents types de lecteurs de disquettes, ils se composent de deux parties - un lecteur de disquettes et une disquette (support d'informations). Les périphériques les plus répandus avec un diamètre de support de 203 mm (8") 133 mm (5,25") et 89 mm (3,5"). Dans les ordinateurs professionnels, les lecteurs de disquettes les plus couramment utilisés avec un diamètre de disque de 133 et 89 mm. Ces disquettes sont appelées double face. Auparavant, certains modèles de PC utilisaient des disquettes simple face. Pour indiquer le nombre de surfaces de travail sur certaines disquettes importées, vous pouvez voir l'abréviation : SS - Single Sided (disquette simple face) , DS - Double Face (disquette recto-verso).

Depuis l'avènement des lecteurs de disquettes, il a rapidement gagné en popularité en tant que support de stockage de masse à accès aléatoire pour les petits ordinateurs. L'une des raisons de cette croissance phénoménale était que pendant cette période, la capacité de la disquette a augmenté de plus de 10 fois. Environ 40 % de cette augmentation est le résultat d'améliorations mécaniques apportées au lecteur de disque qui ont doublé la densité des pistes et sont passés à l'enregistrement sur les deux faces du disque. Mais les 60% restants sont une conséquence de l'introduction de diverses méthodes de codage de données qui permettent une utilisation plus efficace de la surface de travail du disque.

1.1 Structure physique du lecteur de disquettes

Le dispositif de disquette (Fig. 2 Annexe 1) comprend une disquette (les disquettes sont appelées disquette car le disque en plastique situé à l'intérieur de l'enveloppe de protection se plie vraiment, c'est pourquoi l'enveloppe de protection est en plastique dur.), Cinq systèmes principaux ( mécanisme d'entraînement, mécanisme de positionnement, mécanisme de centrage et de fixation, système de contrôle et de surveillance, système d'enregistrement et de lecture) et trois capteurs spéciaux. Le disque est recouvert sur le dessus d'une couche magnétique spéciale, qui permet le stockage des données. Les informations sont enregistrées sur les deux faces du disque le long de pistes qui sont des cercles concentriques. Chaque piste est divisée en secteurs. Le trou central du disque est placé sur un arbre de broche conique tronqué (moyeu), qui tourne à une vitesse constante. La cassette a une fenêtre de forme ovale - l'ouverture de la tête est allongée dans le sens radial. À travers ce trou, la tête magnétique est pressée contre le disque, réalisant un enregistrement aux endroits nécessaires sur sa surface - lisant les données par une méthode de contact. La tête magnétique, se déplaçant dans les fentes de la cassette, permet d'enregistrer les données sous forme d'une séquence de bits au moyen d'une séquence de bits sur des cercles - pistes concentriques. Deux petites découpes sur le bord de la cassette, situées symétriquement par rapport à la fenêtre de tête, assurent son positionnement et sa fixation dans le lecteur de disquettes. À leur droite sur la cassette se trouve une découpe rectangulaire, scellée avec une bande opaque spéciale, qui interdit l'enregistrement et l'effacement involontaire. Le lecteur de disquettes possède un capteur spécial qui détecte la présence de cette découpe.

La densité de l'enregistrement des données dépend de la densité des traces sur la surface, c'est-à-dire le nombre de pistes sur la surface du disque, ainsi que la densité de l'enregistrement d'informations le long de la piste. L'accès des têtes magnétiques de lecture/écriture au support s'effectue au travers d'un volet métallique coulissant sur le boîtier de la disquette. Lorsqu'une disquette est insérée dans le lecteur, le volet se déplace automatiquement. La conception de la disquette comporte une clé (coin coupé du boîtier) pour éviter qu'elle ne soit mal insérée dans le lecteur. Un périphérique de protection en écriture est situé au bas de la disquette. Il y a un trou carré sur le côté gauche pour identifier les paramètres de densité sur la disquette.

La surface utile du disque destinée à l'enregistrement/lecture d'informations est un ensemble de pistes situées à un certain pas. Connaissant le nombre de pistes (N), le nombre de secteurs (M) et la taille d'un secteur (S), vous pouvez calculer la taille de la disquette (V) :

V = 2 * N * M * S

Il y a 40 ou 80 pistes sur des disquettes de 133 mm. Les pistes sont numérotées à partir de l'extérieur (track lead) et se terminant par le dernier à l'intérieur. La position de la piste 00 est déterminée dans le variateur à l'aide d'un capteur photoélectrique spécial. La piste elle-même est divisée en secteurs séparés. Une disquette de 133 mm a généralement 8, 9 ou 16 secteurs par piste. La capacité d'information du secteur est de 128, 256, 512 ou 1024 octets. Le début des sections d'enregistrement est déterminé par le trou d'index rond spécial disponible sur le disque et dans la cassette. Lorsque le trou d'indexation tourne sous le trou correspondant dans la cassette, un autre capteur photoélectrique spécial génère un court signal électrique, qui détecte la position du début de la piste. Les lecteurs 3,5" fonctionnent avec des disquettes double face de 512 octets avec 9 ou 18 secteurs par piste. Il y a généralement 80 pistes sur un disque.

Les pistes et les secteurs ne sont généralement pas appliqués à la surface du disque lors de l'achat. Dans ce cas, vous devez préparer le disque pour l'enregistrement des données, c'est-à-dire format. Pour cela, un programme spécial est inclus dans le logiciel système qui formate le disque. Le formatage est le processus de partitionnement d'un disque en pistes et en secteurs. Le lecteur de disquettes appartient au groupe des lecteurs à accès direct et est installé à l'intérieur de l'unité centrale (Fig. 3 Annexe 1). Le disque est inséré dans le lecteur et lorsque le programme correspondant y accède, la tête de lecture/écriture est réglée à l'endroit souhaité. Un moteur d'entraînement fait tourner le disque à l'intérieur du manchon protecteur. Plus la vitesse de rotation est élevée, plus les informations sont lues rapidement, ce qui signifie que la vitesse d'échange d'informations augmente. Le deuxième moteur déplace les têtes de lecture/écriture sur la surface du disque et détermine une autre caractéristique de la mémoire externe - le temps d'accès aux informations. Un mécanisme de lecteur de disquettes typique comprend un micromoteur à courant continu rotatif à disque et une broche. Typiquement, la vitesse de rotation est de 300 ou 360 tours par minute (tr/min). La rotation du disque à la vitesse requise est assurée par le système d'asservissement.

Le système de positionnement permet de positionner la tête magnétique exactement sur une piste spécifique à la surface du support. Le déplacement du chariot à tête magnétique dans le sens radial s'effectue à l'aide de la transmission primaire d'un moteur pas à pas lorsqu'une tension impulsionnelle est appliquée à ce dernier.

Le mécanisme de centrage et de fixation permet une fixation et un centrage précis de la disquette à l'aide d'un verrou de boîtier.

La partie mécanique du système de lecture/écriture est constituée de têtes magnétiques avec des dispositifs de pressage de têtes situés sur un chariot mobile. Les dispositifs de serrage pressent mécaniquement la disquette contre la tête. Une option est possible lorsque la tête est pressée contre la disquette à l'aide d'un solénoïde.

Le système de contrôle et de surveillance gère et surveille les unités mécaniques individuelles du lecteur, le processus d'écriture/lecture et la communication avec l'adaptateur de lecteur de disquettes. Habituellement, dans un ordinateur professionnel, plusieurs lecteurs de disquettes peuvent être connectés à un seul adaptateur.

Pour connecter certains lecteurs de disquettes, des micro-interrupteurs sont utilisés. Des circuits logiques de commande et de contrôle sont utilisés pour collecter des informations sur les caractéristiques des états de fonctionnement du lecteur de disquettes et émettre les messages appropriés.

Les circuits électroniques du système de positionnement assurent le positionnement optimal dans le temps du chariot mobile avec la tête magnétique par rapport à la piste souhaitée.

Pour contrôler les moteurs, des circuits électroniques de régulation et d'amplification des signaux fournis aux moteurs sont utilisés : pas à pas (pour piloter le chariot) et courant continu (pour piloter une disquette). Les amplificateurs d'enregistrement sont conçus pour amplifier les signaux d'enregistrement fournis aux têtes magnétiques, et les amplificateurs de lecture sont utilisés pour amplifier les signaux lus par la tête magnétique et pour les préparer à un traitement ultérieur.

L'enveloppe de protection du disque a une zone d'accès aux données et un moyen de fixer le disque à un support à l'intérieur du lecteur pour permettre au disque de tourner. L'ordinateur utilise des noms spéciaux pour désigner le disque inséré dans le lecteur. En règle générale, un lecteur de lecture d'informations à partir d'un disque de trois pouces est nommé sous la forme d'une lettre latine avec deux points A:, et pour un disque de 5 pouces ou un deuxième disque de trois pouces - sous la forme d'une lettre latine avec deux points B :. La présence de deux points après la lettre permet à l'ordinateur de faire la distinction entre une lettre de lecteur et une lettre de lecteur.

Les règles d'utilisation des disques recommandent de ne pas toucher la surface du disque avec les mains, de ne pas tenir les disques à proximité d'un champ magnétique puissant et de ne pas les exposer à la chaleur. Et bien sûr, il est préférable d'en faire une copie en cas de panne de disque.

1.2 Travaux de la société de flottaison

Les principaux éléments internes du lecteur sont le châssis de la disquette, le moteur de broche, l'unité principale avec le lecteur et la carte électronique.

Le moteur de broche est un moteur multipolaire plat avec une vitesse de rotation constante de 300 tr/min. Le moteur d'entraînement de la tête est un moteur pas à pas avec une vis sans fin, un engrenage ou une courroie.

Pour identifier les propriétés de la disquette, trois capteurs de pression mécaniques sont installés sur la carte électronique près de l'extrémité avant du lecteur de disquette : deux - sous les trous de protection et de densité d'enregistrement, et le troisième - derrière le capteur de densité - pour déterminer la moment d'abaisser la disquette. Une disquette insérée dans la fente pénètre à l'intérieur du cadre de la disquette, où le rideau de protection en est retiré, et le cadre lui-même est retiré de la butée et abaissé - l'anneau métallique de la disquette repose sur l'arbre du moteur de la broche, et le surface inférieure de la disquette - sur la tête inférieure (côté 0 ). En même temps, la tête supérieure est libérée, qui, sous l'action d'un ressort, est plaquée contre la face supérieure de la disquette. Sur la plupart des lecteurs, la vitesse d'abaissement du cadre n'est en aucun cas limitée, ce qui fait que les têtes frappent sensiblement les surfaces de la disquette, ce qui réduit considérablement leur fonctionnement fiable. Certains modèles de variateurs (Teac, Panasonic, ALPS) proposent un ralentisseur microlift pour une descente en douceur du châssis. Pour prolonger la durée de vie des disquettes et des têtes dans les lecteurs sans micro-élévateur, il est recommandé de maintenir le bouton du lecteur de disque avec le doigt lors de l'insertion de la disquette, afin d'éviter que le cadre ne tombe trop brusquement. Sur l'arbre du moteur à broche se trouve un anneau avec un verrou magnétique qui, au début de la rotation du moteur, serre fermement le disque du disque, tout en le centrant sur l'arbre. Dans la plupart des modèles d'entraînement, le signal du capteur d'abaissement de la disquette fait démarrer brièvement le moteur afin de le saisir et de le centrer.

Le variateur est connecté au contrôleur à l'aide d'un câble à 34 fils, dans lequel les fils pairs sont des signaux et les fils impairs sont communs. La version générale de l'interface permet la connexion au contrôleur jusqu'à quatre lecteurs, la version pour le PC IBM - jusqu'à deux. En général, les lecteurs sont connectés complètement parallèlement les uns aux autres et le numéro de lecteur (0,3) est défini avec des cavaliers sur la carte électronique ; dans la version pour IBM PC, les deux lecteurs sont numérotés 1, mais ils sont connectés à l'aide d'un câble dans lequel les signaux de sélection (fils 10-16) sont inversés entre les connecteurs des deux lecteurs. Parfois, la broche 6 est retirée sur le connecteur du lecteur, qui joue dans ce cas le rôle d'une clé mécanique. L'interface du variateur est assez simple et comprend des signaux pour sélectionner un périphérique (quatre périphériques en général, deux pour la version IBM PC), démarrer le moteur, déplacer les têtes d'un pas, allumer et écrire, lire / écrire des données et des informations signaux du lecteur - le début de la piste, un signe de réglage des têtes sur la piste zéro (extérieure), les signaux des capteurs, etc. Tous les travaux sur le codage des informations, la recherche de pistes et de secteurs, la synchronisation, la correction d'erreurs sont effectués par le contrôleur.

1.3 Méthodes et organisation de l'enregistrement des informations du lecteur de disquette

Dans le contrôleur de lecteur de disquettes, les données sont traitées en code binaire et transmises au lecteur de disquettes en code séquentiel. Il existe trois principales méthodes d'enregistrement utilisées dans le lecteur de disquettes :

· Méthode de modulation de fréquence;

· Méthode de modulation privée modifiée (MFM);

· Méthode de codage avec une distance limitée entre les transitions d'aimantation RLL.

Les données utilisateur sur une disquette se trouvent avec les informations de service nécessaires pour numéroter les zones individuelles, les séparer les unes des autres, pour le contrôle des informations, etc.

Le lecteur de disquettes utilise des formats d'informations standard qui permettent d'unifier le schéma du lecteur de disquettes et les adaptateurs. Toutes les informations enregistrées sur une disquette sont divisées en secteurs. Le nombre maximum de secteurs par piste est déterminé par le système d'exploitation du PC. L'emplacement des secteurs est numéroté de 1 à M, à partir du début physique de la piste, déterminé par le signal INDEX. Le produit du nombre de pistes par le nombre de secteurs d'enregistrement permet de déterminer la capacité d'information de la disquette. Chaque secteur comprend deux zones : un champ d'en-tête et un champ de données d'utilisateur. Les informations de service sont un identifiant de secteur qui vous permet de distinguer ce secteur des autres. Il comprend plusieurs parties distinctes :

1) marqueur d'adresse (étiquette) - un code spécial qui diffère des données ; il indique le début du secteur et le surdébit (on utilise certains motifs binaires d'impulsions d'horloge qui n'apparaissent pas en écriture) ;

2) le numéro de la piste contenant le code du numéro d'ordre de la piste sur laquelle se trouve ce secteur ;

3) le numéro de la tête, qui indique l'une des deux têtes magnétiques situées sur les faces correspondantes de la disquette ;

4) numéro de secteur - un code qui détermine le numéro de secteur logique, qui peut ne pas coïncider avec le numéro de secteur physique ;

5) longueur du secteur - un code indiquant la taille du champ de données dans le secteur ;

6) octets de contrôle - un code conçu pour contrôler les erreurs de lecture des informations (sur la base des résultats de la lecture, un code de contrôle est compilé et s'il ne coïncide pas avec celui écrit dans l'identifiant, cela signifie une erreur lors de la lecture) .

Le champ de données est utilisé pour stocker des informations de base. La facilité d'utilisation des zones d'enregistrement est déterminée par le formatage. Le champ de données commence par un marqueur d'adresse et se termine par des octets de contrôle. Considérons plus en détail l'organisation des données dans le lecteur de disquettes.

PhysiqueorganisationLes données

Avant d'utiliser une disquette vierge, elle doit être partitionnée. La procédure de marquage (formatage) d'une disquette consiste à écrire des séquences de service de caractères appelées format à certains endroits de chaque piste. Le format est conçu pour que le matériel de l'adaptateur d'entraînement puisse déterminer de manière unique la position de la tête sur la piste, au bon moment, passer de la recherche du secteur souhaité à l'écriture ou à la lecture du champ de données et vérifier la validité de l'écrit. et lire les données. Toutes les opérations d'écriture de données s'accompagnent de l'accumulation et de l'écriture de deux octets de la somme de contrôle à la fin du champ de données. Cette somme de contrôle, également appelée contrôle de redondance cyclique (CRC), est calculée à l'aide d'un polynôme, illustré ci-dessous :

X16 + X12 + X5 + X + 1

Lors de la lecture et de la vérification des données sur les registres internes du contrôleur de lecteur de disquettes, une somme de contrôle est accumulée selon le même algorithme, puis les sommes de contrôle accumulées et enregistrées sont comparées. Si elles correspondent, les données lues ou vérifiées sont considérées comme valides, si elles ne correspondent pas, un signal de défaillance de données est généré.

LogiqueorganisationLes données

Comme indiqué ci-dessus, la première opération effectuée sur un nouveau disque est le formatage. Ce processus vous permet de donner au disque sa structure finale. Le processus de formatage détermine notamment le nombre de pistes et le nombre de secteurs par piste.

Le système d'exploitation MS-DOS fournit quatre zones logiques sur une disquette :

1) secteur de démarrage ;

2) table d'allocation de fichiers - FAT (Files Allocation Table);

3) répertoire ;

4) zone de données.

Le secteur de démarrage contient un court programme pour charger le système d'exploitation dans la mémoire de l'ordinateur. Quel que soit le format d'enregistrement, ce programme occupe toujours un secteur - le premier secteur du cylindre numéroté zéro. Les secteurs suivants contiennent la table d'allocation de fichiers (FAT). Il contient des informations identifiant l'emplacement des fichiers écrits sur la disquette. Notez que les fragments de fichiers adjacents ne sont pas nécessairement écrits dans des secteurs adjacents. Les nouveaux fichiers peuvent occuper de l'espace libéré en effaçant ceux précédemment enregistrés. En raison de l'importance des informations stockées dans le FAT, il existe deux copies de la table sur la disquette. Directement derrière la table d'allocation de fichiers se trouve un répertoire. Il enregistre les principaux paramètres (par exemple, la longueur) des fichiers enregistrés dans la zone de données.

La taille de la zone de données, du répertoire et du FAT dépend du nombre de secteurs sur la disquette, qui à son tour est déterminé par le format d'enregistrement des données. Dans MS-DOS, la longueur du secteur est de 512 octets, mais le nombre de secteurs peut varier en fonction de la version du système et du type de lecteur.

domicilebotteetbotteenregistrement

Le premier secteur de la disquette (secteur 1, piste 0, tête 0) contient ce qu'on appelle le Master Boot Record. Ce record n'occupe pas tout le secteur, mais seulement sa partie initiale.

Le Master Boot Record lui-même est un programme. Ce programme est placé à l'adresse 7COOh : OOOOh lors du démarrage initial du système d'exploitation depuis le CDM, après quoi le contrôle lui est transféré. L'enregistrement de démarrage poursuit le processus de démarrage du système d'exploitation.

Le premier secteur de la partition active contient le Boot Record, qui ne doit pas être confondu avec le Master Boot Record. L'enregistrement d'amorçage est lu dans la RAM par l'enregistrement d'amorçage principal, après quoi le contrôle lui est transféré. Boot record et charge le système d'exploitation.

Le premier secteur de la disquette système abaisse le Boot Record. Cet enregistrement est lu à partir de la partition de disque active par le programme Master Boot Record et exécuté. La tâche de l'enregistrement de démarrage est de charger le système d'exploitation. Chaque type de système d'exploitation a son propre enregistrement de démarrage. Même pour différentes versions le programme de démarrage peut effectuer différentes actions sur le même système d'exploitation.

En plus du programme d'amorçage du système d'exploitation, l'enregistrement d'amorçage contenait des paramètres décrivant les caractéristiques de ce disque logique. Tous ces paramètres sont situés au tout début du secteur, dans sa zone dite formatée. Le format de cette zone a changé dans la version 4.0 du système d'exploitation MS-DOS.

Numéro de secteur logique MS-DOS permet au programme de travailler avec ce qu'on appelle les numéros de secteur logique. Ce sont les numéros des secteurs dans le lecteur logique.

Pour adresser un secteur à l'aide des fonctions du BIOS, vous devez spécifier le numéro de piste, le numéro de tête et le numéro de secteur sur la piste. MS-DOS organise la numérotation des secteurs "de bout en bout", dans laquelle chaque secteur d'un disque logique se voit attribuer son propre numéro. L'ordre de numérotation est choisi de telle sorte qu'avec une augmentation séquentielle du numéro de secteur, le numéro de tête augmente d'abord, puis le numéro de piste. Ceci est fait pour réduire les mouvements de bloc de tête lors de l'accès à des numéros de secteurs logiques séquentiels.

Par exemple, supposons que nous ayons une disquette avec neuf secteurs par piste. Le secteur dont le numéro logique est égal à un est situé sur la piste zéro et la tête zéro est utilisée pour s'y référer. C'est le premier secteur sur la piste, il a le numéro 1. Le prochain secteur sur la piste 0 a le numéro logique 2, le dernier secteur sur la piste 0 a le numéro logique 9. Le secteur avec le numéro logique 10 est également situé sur la piste 0. C'est aussi le premier secteur sur la piste, mais maintenant on utilise le numéro de tête 1. Et ainsi de suite, à mesure que le numéro de secteur logique augmente, les numéros de tête et de piste changent.

Droitetcohérentaccès

Commençons par les bandes. Avec les bandes magnétiques, les informations sont enregistrées sous forme de fichiers séquentiels. L'accès séquentiel signifie que pour lire un fichier, vous devez d'abord lire (ou visualiser) tous les fichiers précédents. Lors de l'enregistrement, des informations peuvent être ajoutées à la fin de la bande, après les dernières informations enregistrées.

Pour un dispositif tel qu'un disque magnétique, il est possible d'enregistrer des informations soit par une méthode d'accès séquentiel ou direct. L'utilisation de la méthode d'accès direct permet au programme de positionner les têtes immédiatement fichier souhaité... Par exemple, lors de la lecture d'un enregistrement, vous pouvez spécifier le numéro de secteur sur une piste spécifique et le numéro de la tête où il se trouve, ou le décalage de l'enregistrement par rapport au début du fichier en octets.

En général, la méthode d'accès direct est plus efficace.

1.4 Adaptateurs pour lecteurs de disquettes

Pour contrôler le fonctionnement du lecteur de disquettes et faire correspondre les interfaces des lecteurs avec l'interface du bus système en tant que partie du PC, l'équipement électronique de l'adaptateur de lecteur de disquettes est nécessaire.

L'adaptateur de lecteur de disquettes traduit les commandes provenant de la ROM du BIOS en signaux électriques qui contrôlent le lecteur de disquettes, et convertit également le flux d'impulsions lu par la tête magnétique en informations reproduites par le PC. Structurellement, l'équipement électronique de l'adaptateur HDD peut être placé sur la carte mère, ou combiné avec l'équipement d'autres adaptateurs (ports HDD, etc.). La plupart des adaptateurs sont conçus pour fonctionner avec des lecteurs utilisant le code MCHM. Le bloc fonctionnel principal de l'adaptateur de lecteur de disquette est le contrôleur de lecteur de disquette, qui est généralement structurellement réalisé sous la forme d'un LSI. Le plus souvent, IC 8272 d'Intel et IC 765 de NEC sont utilisés comme contrôleurs LSI pour les dispositifs de flottaison.

Pour le processeur central, l'adaptateur HDD est disponible par programmation via le registre de contrôle et deux ports du contrôleur HDD - le registre d'état et le registre de données.

La valeur des bits individuels du registre de contrôle est déterminée par : la sélection du lecteur de disquettes, la réinitialisation du contrôleur, la mise en marche du moteur, l'activation de l'interruption et du RAP. Pour organiser l'échange d'informations entre le processeur central et l'adaptateur, un registre d'état du contrôleur en lecture seule est utilisé.

Le registre de données est utilisé pour stocker des données, des commandes, des paramètres et des informations sur l'état du lecteur de disquettes. Lors de l'écriture, le registre de données est utilisé comme un tampon dans lequel les données du processeur sont introduites octet par octet.

Le décodeur d'adresses reconnaît les adresses de base des registres accessibles par logiciel.

Le contrôleur du lecteur de disquettes exécute un ensemble de commandes dont les principales sont le positionnement, le formatage, la lecture, l'écriture, la vérification de l'état, etc. L'exécution de chaque commande comporte trois phases : préparatoire, exécution et finale. Dans la phase préparatoire, le processeur central transmet au contrôleur des octets de contrôle, qui comprennent le code d'opération et les paramètres nécessaires à son exécution. Sur la base des informations de contrôle dans la phase d'exécution, le contrôleur exécute les actions spécifiées par la commande. Dans la phase finale, le contenu des registres d'état est lu dans le registre de données, qui stocke des informations sur les résultats de l'exécution d'une commande donnée et l'état du lecteur de disquettes.

Un disque correctement utilisé peut supporter plusieurs mois de fonctionnement continu sur une seule piste, mais il existe des dizaines de telles pistes sur un disque. Disquettes Haute qualité des fabricants renommés et expérimentés garantissent une moyenne de 70 millions de passages de tête le long de la voie, ce qui en pratique équivaut à plus de 20 ans d'utilisation intensive. Les règles de travail avec des disques recommandent de ne pas toucher la surface du disque avec les mains, de ne pas tenir les disques près d'un bâton magnétique puissant, de ne pas les exposer à la chaleur. Et bien sûr, il est préférable d'en faire une copie en cas de panne de disque. À ce stade, je voudrais passer à l'examen des disques durs.

2. Disques durs

L'évolution des ordinateurs personnels est associée à des changements dans les disques durs. Les disques durs magnétiques, ou « disques durs », sont un élément essentiel d'un ordinateur personnel. Les premiers PC n'avaient pas de tels lecteurs, les ordinateurs PC XT utilisaient déjà ces appareils, et le PC / AT disques durs une importance particulière a été attachée. Le premier disque dur (HDD) est apparu en juin 1956. Et même son créateur, Reynold Johnson, directeur de l'un des laboratoires de recherche d'IBM, n'aurait probablement pas pu imaginer à quel point son invention aurait eu un impact énorme sur tous. développement ultérieur de l'industrie informatique. ... Le premier disque dur avait une capacité d'environ 5 Mo. L'appareil se composait de 50 disques d'un diamètre de 24 pouces, tournant à une vitesse de 1200 tr/min, le temps de recherche moyen était d'environ 1 s.

Le nom du disque - dur - souligne sa différence avec une disquette : un revêtement magnétique est appliqué sur un substrat rigide. Le terme disque dur est principalement utilisé dans les pays anglophones. Le premier disque dur est apparu sur le marché en 1973 et portait le nom de code "30/30" (disque double face 30 + 30 Mo). Cette désignation de code a coïncidé avec la désignation du calibre du légendaire fusil de chasse Winchester utilisé dans la conquête du Far West. Les mêmes intentions étaient avec les développeurs du disque dur ; le nom "Winchester" s'est répandu. Actuellement, plusieurs dizaines de types de disques durs sont produits par les principaux fabricants et filiales. Souvent, des matériaux de construction d'origine sont utilisés, il existe des différences dans la disposition des nœuds, mais les principes de fonctionnement de la plupart des lecteurs sont les mêmes.

2.1 Structure physique du disque dur

Les disques durs combinent un support (média) et un lecteur/graveur dans un seul cas, ainsi que, souvent, une partie interface, appelée le contrôleur de disque dur lui-même. Un disque dur est une série de plaques d'aluminium recouvertes d'une couche magnétique qui, avec un mécanisme de lecture et d'écriture, sont enfermées dans un boîtier hermétique à l'intérieur de l'unité centrale. Le lecteur de disque dur ressemble à un boîtier métallique solide, auquel une carte de circuit imprimé avec des composants électroniques est fixée en dessous (Figure 4 Annexe 1). Il est complètement scellé et protège le lecteur des particules de poussière qui, si elles sont coincées dans l'espace étroit entre la tête et la surface du disque, peuvent endommager la couche magnétique sensible et endommager le disque (Fig. 5 Annexe 1). De plus, le boîtier protège le variateur des interférences électromagnétiques. Dans le cas, il existe des éléments pour sécuriser le lecteur à l'ordinateur. Tous les mécanismes et certains composants électroniques sont situés à l'intérieur du boîtier (Fig. 6 Annexe 1). Les mécanismes sont les disques eux-mêmes qui stockent les informations, les têtes qui écrivent et lisent les informations sur les disques et les moteurs qui mettent tout en mouvement. De plus, certains types de dispositifs de stockage ont un filtre à air à l'intérieur qui adsorbe les particules de poussière générées pendant le fonctionnement. Il est possible d'ouvrir le boîtier uniquement dans les conditions de production, dans la soi-disant "zone propre", ce qui exclut la pénétration de poussière et d'autres substances nocives à l'intérieur. En règle générale, les disques durs des entreprises étrangères portent une inscription spéciale sur le capot supérieur du boîtier. L'inscription agit généralement comme un sceau de sécurité et se lit comme suit : « L'ouverture du produit annule la garantie. »

Vous pouvez souvent voir un indicateur LED sur le panneau avant du lecteur. Cet indicateur s'allume lorsque ce disque dur est en cours d'accès. Dans un PC tel que les anciens modèles IBM PC / XT, lors de l'utilisation de deux disques durs, le Etat initial les deux indicateurs sont éteints et l'un d'eux n'est allumé que le temps que le contrôleur active la ligne d'interface "select". Dans un PC tel qu'IBM PC / AT et dans IBM PC / XT de nouveaux modèles, l'indicateur d'un des disques durs est allumé en permanence, car le contrôleur ne réinitialise pas le signal "select" du disque dur auquel on a accédé en dernier. Par conséquent, lorsque vous utilisez un disque dur dans ces modèles, il est toujours allumé. Le fait d'accéder au disque dur est indiqué sur la face avant du PC.

Le disque est une plaque métallique ronde avec une surface très plate recouverte d'une fine couche ferromagnétique. La technologie de son application est proche de celle utilisée dans la production de circuits intégrés.

Le nombre de disques peut être différent, le nombre de surfaces de travail est respectivement deux fois plus important (deux sur chaque disque). Ce dernier (comme le matériau utilisé pour le revêtement magnétique) détermine capacité dure disque. Parfois les surfaces extérieures des disques extérieurs (ou l'un d'entre eux) ne sont pas utilisées, ce qui permet de réduire la hauteur de l'entraînement, mais le nombre de surfaces de travail diminue et peut s'avérer impair.

Les têtes magnétiques lisent et écrivent des informations sur les disques. Le principe d'enregistrement est généralement similaire à celui utilisé dans un magnétophone classique. Les informations numériques sont converties en un courant électrique alternatif fourni à la tête magnétique, puis transférées au disque magnétique, mais sous la forme d'un champ magnétique, que le disque peut percevoir et "se souvenir".

Le revêtement magnétique du disque est représenté par de nombreuses zones minuscules d'aimantation spontanée (spontanée). Pour plus de clarté, imaginez que le disque est recouvert d'une couche de très petites flèches de boussole pointant dans différentes directions. Ces particules de flèche sont appelées domaines. Sous l'influence d'un champ magnétique externe, les champs magnétiques intrinsèques des domaines sont orientés selon sa direction. Après l'arrêt de l'action du champ extérieur, des zones d'aimantation rémanente se forment à la surface du disque. Ainsi, les informations enregistrées sur le disque sont sauvegardées. Les zones d'aimantation résiduelle, étant opposées à l'entrefer de la tête magnétique lors de la rotation du disque, induisent une force électromotrice dans celle-ci, qui varie en fonction de l'amplitude de l'aimantation. Pour lire correctement les données, une augmentation de la densité d'enregistrement nécessite une diminution correspondante de ce que l'on appelle "l'épaisseur magnétique". Il est numériquement égal au produit de l'amplitude du moment magnétique par l'épaisseur de la couche magnétique. La solution traditionnelle utilisée jusqu'à présent consiste à utiliser une couche magnétique plus mince, ce qui signifie à son tour une énergie de domaine magnétique plus faible. Mais plus la taille du domaine magnétique est petite, dont le sens d'aimantation détermine le bit d'information (0 ou 1), moins il faut d'énergie pour inverser le sens d'aimantation. Il semble que réduire la taille du domaine soit bénéfique, mais une fois que l'énergie nécessaire pour changer la direction d'aimantation est comparable à l'énergie thermique des particules, les disques durs ne peuvent plus être considérés comme un moyen fiable de stocker des données. Après tout, une augmentation de la température de plusieurs degrés entraînera automatiquement la perte de données sans possibilité de leur récupération, car la direction de l'aimantation changera arbitrairement sous l'influence de la chaleur. Ce phénomène est communément appelé effet de super paramagnétisme. Bien sûr, rien de tel ne se produira avec les échantillons de production, car aucun fabricant n'acceptera d'augmenter le volume en échange du risque de perte de données. Néanmoins, la quantité d'informations augmente chaque jour, ce qui signifie qu'il est nécessaire d'augmenter la quantité d'informations stockées sur les disques, c'est-à-dire à un moment donné, la place des disques durs peut être prise par des périphériques de stockage de données fonctionnant sur une technologie complètement différente. Des recherches dans ce sens sont déjà en cours.

Le paquet de disques, monté sur un axe de broche, est entraîné par un moteur spécial situé de manière compacte en dessous. Afin de réduire le temps de démarrage de l'entraînement, le moteur tourne pendant un certain temps en mode forcé lors de la mise en marche. Par conséquent, l'alimentation de l'ordinateur doit avoir une réserve de puissance maximale.

Les têtes se déplacent à l'aide d'un moteur pas à pas de précision et, pour ainsi dire, « flottent » à une distance d'une fraction de micron de la surface du disque, sans la toucher. Le support de tête est une aile qui plane au-dessus de la surface, du fait que la surface transporte des particules d'air avec elle, créant ainsi un flux sur l'aile. À la suite de l'enregistrement d'informations, des zones magnétisées sous la forme de cercles concentriques se forment à la surface des disques. On les appelle bandes magnétiques. Une piste est un anneau concentrique à la surface d'un disque magnétique sur lequel les données sont écrites, et un secteur est une division de pistes de disque, qui est l'unité de base de taille utilisée par le lecteur. Les secteurs contiennent généralement 512 octets.

Actuellement, pour le positionnement des têtes de lecture/écriture, on utilise le plus souvent des moteurs pas à pas et linéaires de mécanismes de positionnement et des mécanismes pour têtes mobiles en général.

Dans les systèmes avec un mécanisme pas à pas et un moteur, les têtes se déplacent d'une certaine quantité correspondant à la distance entre les pistes. La discrétion des pas dépend soit des caractéristiques du moteur pas à pas, soit est fixée par des asservissements sur le disque, qui peuvent être de nature magnétique ou optique. Une tête d'asservissement supplémentaire est utilisée pour lire les étiquettes magnétiques et des capteurs optiques spéciaux sont utilisés pour lire les étiquettes optiques.

Dans les systèmes à entraînement linéaire, les têtes sont déplacées par un électro-aimant, et pour déterminer la position requise, des signaux de service spéciaux sont utilisés, enregistrés sur le support pendant sa production et lus pendant le positionnement des têtes. De nombreux appareils utilisent une surface entière et une tête dédiée ou un capteur optique pour les signaux d'asservissement. Cette façon d'organiser les données d'asservissement est appelée enregistrement d'asservissement dédié. Si les signaux d'asservissement sont écrits sur les mêmes pistes que les données et qu'un secteur d'asservissement spécial leur est alloué, et que la lecture est effectuée avec les mêmes têtes que la lecture de données, alors ce mécanisme est appelé enregistrement intégré des signaux d'asservissement. L'enregistrement dédié offre des performances plus rapides, tandis que l'enregistrement intégré augmente la capacité de l'appareil.

Les entraînements linéaires déplacent les têtes beaucoup plus rapidement que les entraînements pas à pas, et ils permettent également de petits mouvements radiaux "à l'intérieur" de la piste, ce qui permet de suivre le centre du cercle de piste servo. Cela permet d'obtenir la meilleure position de la tête pour la lecture de chaque piste, ce qui augmente considérablement la fiabilité des données lues et élimine le besoin de procédures de correction fastidieuses. En règle générale, tous les dispositifs d'entraînement linéaire ont un mécanisme de stationnement automatique de la tête de lecture/écriture lorsque le dispositif est éteint.

Le stationnement de la tête fait référence au processus de les déplacer vers une position sûre. C'est la position dite de "stationnement" des têtes dans la zone des disques où se trouvent les têtes. Là, généralement, aucune information n'est enregistrée, à l'exception des données de servo, il s'agit d'une "zone d'atterrissage" spéciale. Pour fixer l'actionneur dans cette position, la plupart des disques durs utilisent un petit aimant permanent lorsque les têtes prennent la position de stationnement - cet aimant touche la base du boîtier et protège le positionneur de tête des vibrations inutiles. Lorsque l'entraînement est démarré, le circuit de commande du moteur linéaire "coupe" le verrou, fournissant une impulsion de courant amplifiée au moteur positionnant la tête. De nombreux variateurs utilisent également d'autres modes de fixation, basés par exemple sur le flux d'air créé par la rotation des disques. En stationnement, le variateur peut être transporté dans des conditions physiques assez mauvaises (vibration, choc, choc). il n'y a aucun risque d'endommager la surface du support par les têtes. Actuellement, sur tous les appareils modernes, les têtes d'entraînement sont garées automatiquement par les circuits internes du contrôleur lorsque l'alimentation est coupée et ne nécessitent aucune opération logicielle supplémentaire pour cela, comme c'était le cas avec les premiers modèles.

Pendant le fonctionnement, toutes les pièces mécaniques du variateur sont soumises à une dilatation thermique et les distances entre les pistes, les axes de la broche et le positionneur de la tête de lecture/écriture changent. En général, cela n'affecte en rien le fonctionnement du variateur, car les retours sont utilisés pour la stabilisation, cependant, certains modèles recalibrent de temps en temps l'actionneur, accompagné d'un son caractéristique rappelant le son au démarrage initial, en ajustant le système aux distances modifiées.

Le nombre de disques, de têtes et de pistes d'un lecteur est défini par le fabricant en fonction des propriétés et de la qualité des disques. Ces caractéristiques ne peuvent pas être modifiées. Le nombre de secteurs sur un disque dépend de la méthode d'enregistrement. Un secteur contient 512 octets (sur un système DOS). Connaissant cette valeur, vous pouvez toujours calculer le volume total du lecteur :

V - Н S В

où C est le nombre de cylindres ; H est le nombre de têtes ; S est le nombre de secteurs par piste ; B est la taille du secteur.

La répartition décrite ci-dessus est appelée formatage LowLewel. Ce formatage de bas niveau est le plus souvent réalisé par le constructeur à l'aide de Logiciel(comme Speed ​​Store ou Disk Manager) ou des commandes DOS. Avant d'utiliser les disques pour la première fois, vous devez les formater logiquement - les initialiser d'une manière spéciale (à l'aide du programme de formatage). Contacter disque dur le nom spécifié par la lettre latine C: est utilisé. En cas d'installation deuxième dur disque, on lui attribue la lettre suivante de l'alphabet latin D :.

L'ordinateur offre la possibilité, à l'aide d'un programme système diviser conditionnellement un disque en plusieurs. Ces disques, qui n'existent pas en tant que périphérique physique distinct, mais ne représentent qu'une partie d'un disque physique, sont appelés disques logiques. Les disques logiques reçoivent des noms, qui sont les lettres de l'alphabet latin C:, D:, E:, F:, etc.

En plus du disque dur interne installé dans unité système, un ordinateur personnel peut utiliser des disques durs amovibles, qui, en règle générale, ont une conception externe autonome.

Le stockage et la récupération de données à partir d'un disque nécessitent une interaction entre le système d'exploitation, le contrôleur de disque dur et les composants électroniques et mécaniques du lecteur lui-même.

L'électronique du disque dur est cachée au bas du disque dur. Il décode les commandes du contrôleur de disque dur et les transmet sous forme de tension variable au moteur pas à pas, qui déplace les têtes magnétiques vers le cylindre de disque souhaité. De plus, il contrôle l'entraînement de la broche, stabilise la vitesse de rotation du paquet de disques, génère des signaux pour les têtes lors de l'écriture, amplifie ces signaux lors de la lecture et contrôle le fonctionnement des autres composants électroniques du lecteur. La carte électronique d'un disque dur moderne est un micro-ordinateur indépendant avec son propre processeur, sa mémoire, ses périphériques d'entrée/sortie et d'autres attributs traditionnels inhérents à un ordinateur. Il peut y avoir de nombreux commutateurs et cavaliers sur la carte, mais tous ne sont pas destinés à l'utilisateur. En règle générale, les manuels d'utilisation décrivent l'objectif des seuls cavaliers associés au choix de l'adresse logique de l'appareil et de son mode de fonctionnement, et pour les lecteurs SCSI - et les cavaliers responsables de la gestion de l'ensemble de résistance (stabilisation de la charge dans le circuit ).

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Les disques durs de type "Winchester" sont conçus pour le stockage à long terme d'informations dans le cadre d'un ordinateur. Le disque dur a reçu son nom de "Winchester" en 1973, lorsqu'IBM a fabriqué un emballage scellé de deux disques remplaçables de 30 Mo chacun. Les chiffres 30/30 ont été associés par les utilisateurs au calibre du fusil à double canon Winchester 30/30, populaire aux États-Unis. En 1983, les ordinateurs PC XT ont commencé à être équipés de disques durs non amovibles d'une capacité de 10 Mo avec un temps d'accès moyen de 100 ms.

Entraînement magnétique plaques en alliage d'aluminium ou en verre d'un diamètre de 3,5 ou 2,5 et d'une épaisseur de 0,125 pouce. Plusieurs couches minces de matériaux magnétiques et non magnétiques capables de magnétiser dans de petites zones de la surface sont déposées sur les plaques par pulvérisation. Les plaques sont montées sur l'axe d'un petit moteur silencieux à broche (D), qui tourne à vitesse constante (Fig. 4.3). En raison des limitations de la taille et du poids du disque dur utilisé dans un ordinateur personnel, le nombre de plateaux est limité et ne dépasse actuellement pas 12.

Le plus souvent, le nombre de plateaux est de deux à quatre (têtes de 4 à 8) et les disques extérieurs n'ont parfois qu'une seule surface de travail intérieure. En règle générale, les disques ont une surface de travail inférieure et supérieure. Une tête de lecture/écriture (G1, ..., Gn) est fournie à chaque surface de travail. Les têtes sont fabriquées à l'aide de la technologie des couches minces et sont des cristaux semi-conducteurs spéciaux avec un espace en forme de U face à la plaquette. La forme en U est utilisée pour créer la portance générée par le mouvement de l'air lorsque les disques tournent. La tête plane au-dessus de la surface avec un écart micron.

Riz. 4.3. Schéma de disque dur

Actuellement, dans les lecteurs de plus de 1 Go, des têtes magnétorésistives (MR) sont utilisées, qui comprennent une tête à couche mince (TF) pour l'enregistrement et une tête magnétorésistive pour la lecture. Les TF sont des micro-bobines de plusieurs tours sur un circuit imprimé miniature. À l'intérieur de la bobine se trouve un noyau en alliage nickel-fer à haute induction. L'espace dans le noyau est rempli d'aluminium non magnétique par pulvérisation cathodique et est protégé des dommages dus au contact avec le disque. Pour éviter que les plaques ne soient endommagées par des particules entrant dans l'espace entre la tête et la surface de travail, les disques sont placés dans un boîtier scellé rempli d'un gaz inerte.

La légèreté de la tête et le faible écart entre le disque et la tête (environ 15 nm) permettent à la piste d'être magnétisée profondément dans la surface du disque, assurant la fiabilité d'écriture/lecture et de stockage des informations. La deuxième partie de la tête MR est une tête de lecture basée sur un capteur à résistance qui modifie sa résistance en fonction de l'amplitude du champ magnétique. Un courant de mesure constant circule à travers la résistance, qui change de la force du champ magnétique à des moments t cs lors du déplacement le long de la piste. Pour réduire les interférences des pistes adjacentes, la résistance est élevée au-dessus de la piste. Installation des têtes sur étant donné le i-ème la piste (cylindre de diamètre di pour toutes les plaques) est assurée par une bobine magnétique (K) déplaçant la poignée d'entraînement (P), comme indiqué dans
riz. 4.3. Pour déplacer les têtes vers la piste requise, le signal Ei est envoyé au système de suivi automatique (CS), qui est comparé au signal N.-É. provenant d'une tête spéciale (Гс) ou d'un contact de résistance variable R. S'il y a une différence dans les signaux comparés, le système de commande déplace la tige de solénoïde (Ш) vers le diamètre requis di. Lorsque l'alimentation est coupée, le disque dur est automatiquement garé par un ressort (P), déplaçant les têtes vers la zone intérieure du disque, en règle générale, jusqu'à la dernière piste. Le nombre de pistes est déterminé par le type de lecteur, et pour les disques durs, le nombre est de plusieurs milliers. Un petit écart entre la tête et la surface du disque permet d'atteindre une densité d'enregistrement radiale et linéaire élevée (100 Gbit/pouce carré) et d'augmenter la capacité d'un disque dur jusqu'à plusieurs dizaines voire centaines de Go.

Les principaux paramètres du disque dur sont la capacité (E), le taux de change (V pr) et le temps d'accès aux données (t cf). La capacité de tout lecteur est directement proportionnelle à la taille du facteur de forme (taille). Le facteur de forme indique la section du compartiment du disque dur. Si c'est 3,5 ´ 1, alors cela correspond à une baie 4 ´ 1 ´ 6 " utilisée pour un disque dur 3.5². Plus la taille des disques et leur nombre dans l'emballage sont grands, plus la capacité est grande. Cependant, avec une augmentation du diamètre des plaques sur différentes pistes, la vitesse de déplacement du disque par rapport aux têtes change de manière significative, le temps de déplacement des têtes de la piste intérieure à la piste extérieure augmente, et le temps d'accès moyen . Ces paramètres limitent la fabrication de disques supérieurs à 3,5. Par conséquent, l'augmentation de la capacité du disque se produit constamment en raison de l'augmentation du TPI, du BPI et des méthodes de codage - décodage des informations. De plus, augmenter la densité d'enregistrement permet d'augmenter la vitesse de lecture des données à la même vitesse de rotation du disque. Ainsi, Fujutsu dans le nouveau modèle de disque dur 3.5 a atteint une densité de 10,2 Go sur une plaque 3.5 avec des têtes MR et un canal PRML. Cette société produit des disques durs silencieux utilisant des roulements à friction liquide. D'autres sociétés produisent des plaques avec une densité d'enregistrement de 20 Go ou plus.

Le taux d'échange est caractérisé par deux paramètres : le taux de transfert entre le disque dur et la RAM et le taux de transfert entre le buffer du disque dur et le disque de surface V d. Le taux de transfert entre le disque dur et la RAM est mesuré par la valeur de V pr (Mb/s) comme rapport de la taille de la matrice transférée au temps passé à l'envoyer. Il est principalement déterminé par le type d'interface.

2.1. Modes de transfert de données

Pour transférer des données entre le disque dur et la mémoire du PC, deux modes sont utilisés :

Mode d'entrée/sortie du logiciel PIO ;

Mode d'accès direct à la mémoire DMA.

Dans le mode PIO, les informations du tampon de cache (RAM du disque dur) du disque dur sont d'abord lues par le processeur central et seulement ensuite écrites dans la RAM principale. En fonction de la longueur du cycle de lecture et du nombre de secteurs transférés par accès disque, on distingue les modes PIO0 (PIO Mode 0), PIO1, PIO2, PIO3, PIO4, PIO5. Les caractéristiques des modes PIO sont présentées dans le tableau. 4.3.

En mode PIO, le contenu d'un secteur (512 octets) est généralement transféré par accès au disque dur, et en mode PIO 4 - 16 (ou plus) secteurs. Cela permet d'augmenter le taux de transfert de données de 3,3 Mo en mode PIO 0 à 20 Mo / s en mode PIO 5 en utilisant les interfaces IDE ou EIDE.

Cependant, le mode PIO est traditionnellement utilisé dans les systèmes d'exploitation à tâche unique. Les modes DMA sont plus couramment utilisés dans les systèmes d'exploitation multitâches. L'entrée/sortie des données dans ce mode s'effectue dans la RAM du PC, en contournant le MP. L'échange s'effectue sous le contrôle du contrôleur du disque dur dans les pauses entre les appels du MP à la RAM, ce qui sous-estime le taux de change, mais libère le MP de l'opération de transfert de données entre la RAM et le disque dur . Les modes DMA utilisent des contrôleurs et des pilotes dédiés. Les modes DMA sont divisés en un seul mot DMA 0,1,2 (Singleword) et plusieurs mots DMA 33,100 (Multiword), en fonction du nombre de mots transmis dans un cycle de travail avec le bus système. Les caractéristiques des premières implémentations DMA sont présentées dans le tableau. 4.4.

Pour offrir de meilleures performances DMA, le mode Ultra DMA / 33 a été initialement développé et mis en œuvre. L'interface Ultra ATA/33 (Ultra DMA/33 et ATA-33), proposée par Quantum, permet le transfert de données en mode DMA Multimot à une vitesse de 33 Mb/s. Contrairement au mode DMA 2, en mode Ultra ATA/33 (Fig. 4.4.), le transfert de données s'effectue sur les fronts montant et descendant du signal d'horloge (TI). Cela vous permet de doubler la vitesse de transmission sans augmenter la fréquence d'horloge du bus système. La norme Ultra DMA/33 diffère des versions précédentes d'IDE non seulement par le taux de change. Pour la première fois, il utilise un mécanisme de détection d'erreurs utilisant un code de contrôle cyclique.

Avec l'avènement des processeurs Pentium, les contrôleurs EIDE fournissent la fonctionnalité Bus Master. Ceci est dû au fait que dans les systèmes d'exploitation multitâches, afin d'augmenter la vitesse de calcul, le MP est libéré des entrées/sorties de données entre la RAM et le disque dur. Par conséquent, les contrôleurs de périphériques externes (y compris EIDE) ont commencé à être équipés de leurs propres microprocesseurs d'E/S. Dans ce cas, le MP envoie une commande au contrôleur EIDE, qui lui indique d'où il doit prendre les données et dans quelle zone mémoire les placer. Après avoir reçu ces instructions, le contrôleur prend le contrôle du bus système (PCI) et exécute des opérations pour lire les données à partir de périphériques de stockage d'informations (par exemple, à partir d'un disque dur, de lecteurs de CD-ROM, de CD-R, de CD-RW) directement dans RAM utilisant le canal DMA. Cependant, le gain de performances du PC lors de l'utilisation de la fonction Bus Master ne sera significatif que lorsque plusieurs applications tournent en même temps. La fonction Bus Master est prise en charge par presque tous les chipsets modernes.

(dan 1, dan 2)

données 1

données 2

données 4

données 3

Riz. 4.4. Principe du transfert de données dans les interfaces ATA et Ultra ATA/33

Conférence 16 : Interfaces de périphériques d'E/S

IDE. IDE (ATA), EIDE (Fast ATA, ATA-2, ATA-3) et SCSI ont longtemps été utilisés comme interface entre un disque dur et un bus système sur une carte mère. La première interface IDE de Compaq et Western Digital intégrée dans un disque dur ISA 8/16 bits pour ordinateurs AT, appelée IDE ATA et sortie en 1986, a été standardisée en 1990 pour servir deux disques durs. L'interface IDE a rapidement gagné en popularité parmi les fabricants et les utilisateurs de PC. Dans le même temps, le coût du disque dur a augmenté de manière insignifiante et le disque dur a commencé à être connecté directement à l'emplacement de la carte mère, qui est un emplacement de bus ISA tronqué, ou à la carte adaptateur. Auparavant, un contrôleur HDD était intégré sur la carte adaptateur, ainsi que des interfaces parallèles et/ou série et un port jeu. Dans les nouvelles cartes mères, tous ces composants sont intégrés directement dans l'un des chipsets VLSI. L'idée la plus importante dans la création d'un IDE est d'assembler les parties principales de la carte contrôleur dans le disque dur lui-même et d'assurer sa compatibilité avec n'importe quelle carte mère. Il est conçu pour un traitement unique d'une procédure d'E/S de programme dans les modes PIO - 0, PIO - 1, PIO - 2. Au format CHS, la limite de capacité d'un disque dur avec IDE est déterminée par le produit

Ё max = C ´ H ´ S (cylindres x têtes x secteurs)

max = 65 536 ´ 16 ´ 255 ´ 512 (octets) = 139,9 Go. Cependant, la norme BIOS pour les cartes mères n'a récemment pris en charge que Ё max = C ´ H ´ S = 1024 ´ 255 ´ 63 ´ 512 (octets) = 8,4 Go. Compte tenu des restrictions conjointes de l'IDE et du BIOS sur les valeurs de C, H, S ont limité la capacité maximale d'un disque dur sans logiciel approprié à une valeur égale à

Ё max = 1024 ´ 16 ´ 63 ´ 512 (octets) = 504 Mo.

Les capacités du disque dur de 504 Mo sont déjà dans l'ordinateur avec je 486 n'était pas suffisant, donc l'IDE ATA a été amélioré. La nouvelle norme EIDE étend la limite de capacité maximale pour les disques durs.

EIDE(Fast ATA) (nom commercial de Western Digital) PIO-3 et MultiWord DMA1 avec transfert multi-mots en mode RAM DMA. Le Fast ATA2 amélioré prend en charge PIO-4 et MultiWord DMA 2. Le nouveau, avec un BIOS modifié, le standard EIDE via le contrôleur EIDE peut doubler / quadrupler le nombre de têtes avec une réduction proportionnelle du nombre de cylindres. Cela vous permet d'étendre la limite de la capacité maximale du disque dur jusqu'à 8,4 Go et plus en raison de la mise en œuvre du mode LBA d'adresse logique, lorsque le FA< C, H, S >converti en une adresse logique 28 bits< C *, H *, S * >... Cependant, lors de l'utilisation de FAT, il existe un problème qui limite la capacité du disque. Cela réside dans le fait qu'avec une augmentation de la capacité du disque, la taille minimale du cluster (le nombre de secteurs d'échange et la plus petite capacité d'enregistrement) passe de 8 Ko (pour les disques durs jusqu'à 504 Mo) à 64 Ko avec les disques de grande capacité. Si la taille du fichier est petite, ces clusters ne sont pas complètement remplis. La mémoire est utilisée de manière inefficace.

Le nombre de périphériques connectés à EIDE peut aller jusqu'à quatre, y compris les CD - ROM ou les lecteurs de bande. Les nouveaux modes EIDE permettent à 1 échange de lire des données contenant plusieurs (2, 4, 8, 16 et plus) secteurs standard de 512 octets (Multiple). Et le nouveau Interface IDE(ATA - 3) prend en charge la norme Ultra DMA et vous permet d'augmenter la vitesse d'échange de disques durs Ultra DMA avec de la RAM via le contrôleur Ultra DMA de la carte mère. En mode Ultra, la vitesse d'échange correspond à : DMA 0 - 16,6 Mb/s ; DMA 1 - 24,9 Mb/s ; DMA 2 (DMA 33) - 33,3 Mb/s; Ultra ATA / 66 - 66,6 Mo / s; Ultra ATA/100 - 100 Mb/s. Nouvelle interface série 4 fils Série ATA-1.6 avec une vitesse d'échange (3 ou 6) Gb/s est en cours de développement pour augmenter encore la vitesse des ordinateurs et la compatibilité avec l'interface parallèleIDE.

SCSI a été conçu pour augmenter la vitesse d'échange des périphériques externes avec le bus système et le nombre de périphériques connectés pour les systèmes d'exploitation multitâches et multi-utilisateurs. Il se connecte via un adaptateur hôte à PCI et dispose d'un bus de données 8/16 bits. Les périphériques sont connectés au bus SCSI, qui sont définis sur des numéros d'identification = 0, 1, ..., 7. Les numéros d'identification permettent aux périphériques d'échanger via des moteurs pas à pas sans la participation de MP utilisant des formats et des commandes SCSI. L'interface SCSI prend en charge Ömax = 8,4 Go. En augmentant la vitesse d'échange (« rapide » - rapide) et la largeur du bus d'extension (« large » - multi-bits), il subit les modifications suivantes :

SCSI-1 - 8 bits / jusqu'à 5 Mb / s ;

SCSI rapide (SCSI - 2) - 8 bits/jusqu'à 10 Mb/s ;

Ultra SCSI - 8 bits / jusqu'à 20 Mb / s;

Fast Wide SCSI - 16 bits / jusqu'à 20 Mb / s;

Ultra Wide SCSI (SCSI - 3) - 16 bits / jusqu'à 40 Mb / s;

Ultra 160 SCSI - 160 Mb/s ;

Ultra 320 SCSI - 320 Mo/s.

Presque toutes les modifications SCSI incluent un tampon de cache multi-segment d'une capacité de plus de 512 Ko pour servir simultanément plusieurs processus d'E/S concurrents. L'interface SCSI présente plusieurs avantages par rapport à l'interface ATA :

Possibilité de connecter jusqu'à 27 appareils (par exemple, Ultra SCSI-III);

Possibilité de connecter des appareils internes et externes ;

Les disques durs SCSI tournent à une vitesse accrue de 7 200, 10 000 ou 15 000 tr/min, et le temps d'accès à ceux-ci est inférieur à 5 à 7 ms ;

Le câble plat SCSI à 50 conducteurs peut mesurer jusqu'à 6 m de long.

Avec plus de équipement de qualité, le SCSI coûte 1,5 fois plus cher que l'ATA et est le plus souvent utilisé dans les serveurs.

2.3. Entrelacer

Dans les disques durs modernes, le paramètre d'entrelacement (le nombre de tours du disque pour lire la piste entière), ou comme on l'appelle aussi le facteur d'entrelacement (Fig. 4.5), n'affecte pas de manière significative la vitesse d'échange s'il y a suffisamment de mémoire tampon de cache . Cependant, la prise en compte de ce paramètre permet de décrire le principe d'échange des secteurs du disque dur avec le tampon de cache. Lorsque le disque tourne, la tête lit un secteur de 512 octets et envoie des données au registre tampon du contrôleur, d'où les données sont transférées au processeur. Le disque continue de tourner, la tête de lecture passe au secteur suivant, mais le contrôleur, avec une taille de tampon de cache limitée, est toujours occupé à communiquer avec le processeur. Par conséquent, pour lire le secteur suivant lorsque le contrôleur est relâché, la tête doit attendre un tour complet du disque ou sauter certains secteurs. Lors de la lecture de l'ensemble du cluster, qui se trouve dans des secteurs adjacents, les secteurs sont lus à la suite, sans délai. Si la capacité du tampon est faible et qu'il est nécessaire de transférer des données vers la RAM, certains secteurs sont ignorés jusqu'à ce que le tampon soit libéré. Ainsi, en mode 3: 1 (Fig. 4.5, b) saute deux secteurs.

Riz. 4.5. Placement des clusters en mode d'échange 1 : 1 et 3 : 1

Les disques des versions antérieures sont organisés de telle sorte que les secteurs du fichier de données ne soient pas situés les uns à la suite des autres sur la piste disque, mais dans un ordre différent, compte tenu de l'entrelacement et de la possibilité d'échanger avec le MP avec le rotation du disque dur. Dans le même temps, lors du positionnement de la tête, le contrôleur dispose de suffisamment de temps pour transférer des informations sans rotation inutile du disque. Lorsque le contrôleur est relâché, il accède au secteur correspondant.

Les contrôleurs modernes fonctionnent sur un principe différent : pour organiser la lecture continue des secteurs, les données sont lues à partir de plusieurs secteurs ("avec suspicion" de leur besoin) et stockées dans un tampon de cache, d'où elles peuvent être récupérées plus tard. L'avantage de cette méthode est que le contrôleur s'insère dans le lecteur de disque, dans lequel la mécanique et l'électronique fonctionnent de manière optimale.

La vitesse de transfert des données V d entre le buffer du disque dur et la surface du disque, en plus du temps de recherche de la piste désirée t cp, est fortement influencée par : la vitesse de rotation des plateaux V in ; le nombre de secteurs physiques S par piste ; leur façon d'alterner (entrelacer) ; taille du tampon de cache ; type de données (séquentiel, fragmenté) et mode d'échange. Par conséquent, la vitesse V d d'échange entre le buffer du disque dur et la surface du disque y meilleurs modèles ne dépasse généralement pas 10 Mb / s. Si la piste est déjà positionnée, alors le taux de change est déterminé principalement par deux valeurs : le temps de recherche du secteur (égal à la moitié de la période de rotation du plateau T) et le taux de lecture du secteur. Compte tenu de ces valeurs, V d est approximativement déterminé par la formule :

V d = 0,5 ´ S ´ 512 / (T ´ I) (Kb / s),

où S est le nombre de secteurs physiques (S = 80 - 160 et dépend du numéro de piste) ;

Т = 1 / V в - période de rotation (à V в = 7 200 tr/min T »8 ms) ;

I - entrelacement, le nombre de tours du disque pour lire toute la piste (pour les meilleurs disques durs I = 1).

En substituant les meilleurs paramètres de disque, on obtient V d "160 ´ 0.5 ´ 512/8 ´ 1024 = 5 Mb/s. Compte tenu du temps de recherche de la piste souhaitée t c, le taux d'échange entre le tampon cache du disque dur et la surface du disque V d sera moindre et sera déterminé par la façon dont les plaques sont remplies. Les plaques peuvent être remplies séquentiellement (d'abord un disque, puis un autre, etc.) Le mode de remplissage avec des pistes est plus courant, et donc les disques durs qui ne sont pas remplis d'informations sont plus rapides que ceux remplis, car les informations sur les pistes internes sont lues plus lentement et le nombre de secteurs sur les pistes n'est pas le même - il y en a moins sur les cylindres intérieurs que sur les extérieurs.

2.4. Caractéristiques du disque dur

Un bloc typique - le circuit de commande du disque dur situé sur la carte de circuit imprimé du disque dur est illustré à la Fig. 4.6. Tout disque dur IDE ou SCSI possède un ensemble de disques magnétiques, un bloc de têtes magnétorésistives, un système de positionnement, un canal de lecture-écriture, un séparateur de données et un microcontrôleur. Le séparateur de données sépare les impulsions d'horloge et les données du signal de lecture d'entrée. Le microcontrôleur reconnaît les champs de données d'identification et de secteur à l'aide d'étiquettes d'adresse spéciales. Le champ identifiant contient des informations codées sur l'adresse du secteur< C, H, S >... MP établit le positionnement correct des têtes et effectue les opérations de micro-écriture/lecture comme suit.

Le système numérique de l'UU HDD reçoit des commandes du bus système du processeur central via le microcontrôleur pour échanger le disque avec le bus SCSI et comprend un tampon de secteur pour stocker temporairement les données impliquées dans l'échange. Le MP de la CU du variateur accepte l'adresse logique provenant du bus système< C *, H *, S * >, le convertit en une adresse physique< С, H, S >, et, par l'intermédiaire du MP et du contrôleur d'entraînement du moteur et de la tête, positionner le cylindre correspondant C. Pour lequel la valeur qui détermine l'emplacement< C >cylindre sur plaque Ei, est comparé au signal de position de la poignée d'entraînement N.-É.(voir fig. 4.3). S'il y a une différence non nulle Ei - N.-É. un signal est reçu du SU, qui amplifie et excite le courant dans le solénoïde K, déplaçant la tête d'entraînement vers l'intérieur ou vers le bord du disque, selon le signe de la discordance.

En se déplaçant, la poignée d'entraînement diminue la valeur de Ei - N.-É.à zéro et MP HDD par position de marqueur (par code de champ d'identification) connecte la tête requise au secteur< S >et une voie d'écriture/lecture comprenant un codeur pour l'écriture ou un détecteur d'impulsions et un décodeur (DC) en mode lecture.

Riz. 4.6. Circuit de contrôle du disque dur

Les caractéristiques de certains disques durs de 3,5 pouces sont présentées dans le tableau. 4.5. Le tableau montre que la vitesse de rotation V dans les disques a augmenté. Dans les anciens disques durs, il était égal à 3 600 tr/min, maintenant il est le plus souvent égal à 7 200 tr/min. Uniquement dans les disques durs coûteux avec Interface SCSI il est égal à 15 000 tr/min. Les vitesses de rotation élevées du disque (7 200 tr/min) et le mouvement des têtes microscopiques permettent d'obtenir un temps d'accès moyen aux informations d'environ 8 ms dans les meilleures conceptions de disques durs. Le temps de recherche de la piste souhaitée dépend de position de départ head et est le plus petit si la tête est sur une piste adjacente (recherche de piste à piste) t cd. La valeur t cd pour les meilleurs disques durs est de 1 à 3 ms.

Si la recherche est effectuée aléatoirement avec une transition équiprobable vers n'importe quelle piste, on peut parler de temps d'accès moyen (recherche moyenne) t cр. Les nouveaux modèles de disques durs ont considérablement augmenté leur capacité jusqu'à 20 Go et plus. Tous les disques durs sont équipés de tampons cache de 2 Mo et souvent de 8 Mo pour accélérer l'accès aux données. Pour augmenter la fiabilité du disque dur, le S.M.A.R.T. et méthodes ad hoc de détection et de correction des défauts.

Tableau 4.5 Caractéristiques du disque dur
Modèle d'entreprise	Disque E / têtes, Go	Vv, tr/min	Tampon de cache, Mo	t cр, ms	Interface
IBM DTLA-307020	20.5 2/3	7 200	-	8.5	ATA / 100
Maxtor DiamonMax80H8	81.9 4/8	5 400		9.0	ATA / 100
Seagate Barracuda 180 ST1181677LW	181.6 12/24	7 200		8.2	Ultra 160 SCSI
Western Digital WD200BB	1/2	7 200		10.9	ATA / 100
Fujitsu AL7LX MAM 3367NP	36.7 4/8	15 000		3.5	Ultra 320 SCSI ATA / 100

Technologie S.M.A.R.T. a été développé avec la participation des plus grands fabricants de disques durs. Pour analyser la fiabilité d'un disque dur, deux groupes de paramètres sont utilisés : les paramètres de vieillissement naturel d'un disque et les paramètres courants.

Les paramètres du premier groupe comprennent :

Le nombre de tours du moteur pendant le fonctionnement ;

Le nombre de mouvements des têtes de lecture/écriture pendant le fonctionnement.

Les paramètres du deuxième groupe comprennent, par exemple, les suivants :

Distance entre la tête de lecture/écriture et la surface de travail ;

La vitesse d'échange de données entre les disques et la mémoire cache du disque dur ;

Nombre de secteurs défectueux réaffectés ;

Vitesse de recherche du disque.

Toutes les informations S.M.A.R.T. enregistré sur des pistes spéciales. Il existe trois versions (I, II, III) de S.M.A.R.T. Chez S.M.A.R.T. III, une prédiction d'erreur est effectuée, un balayage de surface est effectué et, en plus des versions précédentes I, II, il identifie et restaure les secteurs problématiques. Le BIOS permet à l'utilisateur de contrôler le S.M.A.R.T. avec l'émission de messages sur l'état du disque dur. Dans le même temps, le temps moyen entre les pannes du disque dur MTBF, en tant que temps statistique moyen entre les pannes, est égal à 500 000 heures (à 40-50 000 cycles marche / arrêt), ce qui est un ordre de grandeur supérieur à d'autres composants informatiques.

IBM, Fujitsu, Quantum et d'autres dans les disques durs utilisent des plaquettes de verre et de silicium au lieu d'aluminium pour augmenter la densité et la fiabilité d'enregistrement en raison de leur plus grande rigidité et pureté. Il aide également à réduire leur poids. En outre, de nombreuses entreprises, telles qu'IBM, s'efforcent de réduire la taille des plaquettes (plus la plaquette est petite, moins il y a de vibrations) en introduisant de nouvelles normes de 27 mm. Prévisions de l'entreprise : une augmentation de la densité d'enregistrement d'informations atteindra bientôt 300 Gbps par m². pouce. La recherche d'alternatives aux disques magnétiques se poursuit. Parmi ces innovations figurent les films magnétiques organiques et les structures avec des cellules déposées. Les fabricants pensent que les nouvelles technologies remplaceront les supports magnétiques.

Les principaux inconvénients des disques magnétiques sont : le vieillissement des matériaux du substrat, ce qui limite la durée de vie à 5 ans ; perte de données due à l'exposition à des champs électromagnétiques aléatoires ; démagnétisation pendant le stockage; sensibilité aux chocs et aux secousses.

Conférence 17 : Stockage optique

En 1972, Phllips a présenté le système Video Long Play. Dans ce document, le principe des "serifs" a été utilisé pour enregistrer les données. Ce fut le début du développement des technologies CD et plus tard DVD. La première norme de stockage optique sur CD-ROM à inclure un système d'enregistrement de données numériques aléatoires sur CD a été développée en 1984 par Philips et Sony.

Un disque massivement compact de CD-ROM à mémoire permanente est produit depuis 1988 en tant que périphérique de stockage d'une capacité de 650 Mo. Ces informations correspondent à environ 330 000 pages de texte ou 74 minutes d'audio de haute qualité. À l'heure actuelle, il existe plusieurs normes de CD-ROM - ce sont AAD, DDD, ADD. Les lettres de cette abréviation reflètent les formes d'onde utilisées lors de la création du disque : la première - pendant l'enregistrement original, la seconde - pendant le traitement et le mixage, la troisième - le signal maître final à partir duquel le disque est formé. "A" signifie forme analogique, "D" signifie numérique. Le signal maître pour CD n'existe toujours que sous forme numérique, donc la troisième lettre de l'abréviation est toujours "D". Lors de l'enregistrement et du traitement d'un signal sous forme analogique, les harmoniques les plus élevées sont conservées, mais le niveau de bruit augmente. Dans le traitement numérique, les harmoniques les plus élevées sont coupées de force à la moitié de la fréquence d'échantillonnage.

Les CD-ROM de disques compacts sont fabriqués avec une épaisseur de 1,2 mm avec un diamètre extérieur de 12 cm, avec un trou intérieur de 15 mm en matériau polymère, qui est recouvert d'un film en alliage d'aluminium sur la face inférieure (Fig. 4.7. ). Ce film est un support d'informations, qui après enregistrement est protégé par une couche supplémentaire de vernis. La couche supérieure est inopérante et des étiquettes et des inscriptions y sont apposées.

Riz. 4.7. Couche d'information sur CD-ROM

La production des disques se déroule en plusieurs étapes, notamment :

Enregistrement des coups par brûlage d'un faisceau laser ("encoche", fosse) pendant plus d'une heure et demie sur le disque maître ;

Obtention de copies de matrices en métal dur à partir du disque maître ;

Faire une copie des disques de travail en imprimant (estampant) des matrices.

À la suite de l'empreinte, une piste hélicoïdale de 0,6 µm de large avec une distance entre les spires de 1,6 µm avec des rainures sous la forme d'une rainure de 0,12 µm avec TPI = 16 000 reste sur la surface du disque. La piste commence près du trou central et se termine à 5 mm du bord extérieur. La longueur de la spirale atteint 5 km. Le principe de fonctionnement d'un lecteur de CD-ROM peut être simplifié à l'aide de la Fig. 4.8. Le disque est entraîné en rotation par un moteur (D1) dont le système de commande assure une vitesse de déplacement constante de la piste par rapport au lecteur sur toute spire intérieure ou extérieure. Dans le même temps, la vitesse de lecture des données pour la formation du son est strictement constante et égale à 75 blocs par seconde (150 Kb/s).

Chaque bloc contient 2 352 octets. Parmi ceux-ci, 2 048 sont utiles et 288 sont des contrôles, qui sont utilisés pour récupérer des données ("pannes" dues à des rayures, des déchets) jusqu'à 1 000 bits, 16 pour la synchronisation. Les bits de contrôle vous permettent d'éviter les erreurs avec une probabilité de 10 -25. Le moteur de position (D2) est conçu pour déplacer un chariot mobile (PC) avec un miroir et une lentille de focalisation vers le tour souhaité de la piste en spirale selon les commandes du microprocesseur intégré.

Riz. 4.8. Comment fonctionne un lecteur de CD-ROM

Un laser à semi-conducteur (SSL) émet un faisceau infrarouge avec une longueur d'onde 4 fois la profondeur de la course. Ce faisceau traverse le prisme de séparation (RP), se réfléchissant sur le miroir (3). Ensuite, à travers la lentille de focalisation (FL1), elle est dirigée avec précision sur la piste et réfléchie à partir de celle-ci avec des intensités différentes selon la course ou le plateau. Étant donné que le diamètre du point lumineux formé par le faisceau laser sur la piste est plus grand que la taille de la course, lorsque le faisceau est réfléchi simultanément par le bas de la course et la surface principale, une interférence d'amortissement se produit entre les ondes réfléchies, l'intensité de le faisceau réfléchi est réduit. En l'absence de traînée, la tache lumineuse est réfléchie de la même manière, aucune interférence ne se produit et l'intensité du faisceau réfléchi est préservée. Le faisceau réfléchi par la piste est perçu par la lentille de focalisation (FL1) et à travers le RP et la lentille de focalisation (FL2) est perçu par le photocapteur (PD), qui convertit les signaux optiques en signaux électriques. Le signal électrique provenant du PD lors de la visualisation d'un accident vasculaire cérébral sur le CD est considéré comme une unité logique. Les signaux électriques sont ensuite envoyés à la carte son ou à la RAM. Lorsqu'elles sont transférées sur une carte son (carte), les séquences numériques sont converties en signaux analogiques, sont amplifiés et peuvent être entendus avec des écouteurs ou des haut-parleurs.

Si les signaux du disque sont des matrices de données numériques pour un ordinateur, ils sont alors convertis en code binaire parallèle par le microprocesseur intégré, qui peut ensuite les transférer vers les segments de RAM de l'ordinateur. Contrairement aux enregistrements audio, qui sont transférés de manière synchrone sur une carte son, les données numériques d'un CD peuvent être lues dans la RAM à une vitesse 4, 6, 8, 10 fois supérieure. Un lecteur et un CD-ROM avec de telles vitesses sont appelés 4 à 10 vitesses. Ils lisent les données et les transfèrent vers le bus système à des vitesses de 600, 900, 1200, 1500 Kb/s et ont le meilleur temps moyen d'accès aux blocs de disque d'environ 100 ms. À des vitesses supérieures à 5 000-6 000 tr/min, une lecture fiable devient presque impossible, de sorte que les derniers modèles de CD-ROM à 12 vitesses ou plus fonctionnent en mode CAV (vitesse angulaire constante) lors de la lecture des données, faisant tourner le disque à la vitesse la plus élevée possible. Dans ce mode, la vitesse à laquelle les données sont reçues du disque varie en fonction de la position de la tête, augmentant du début à la fin du disque. La vitesse indiquée dans le passeport (par exemple, 24x) n'est atteinte que sur les parties externes du disque et sur les parties internes, elle tombe à environ 1200-1500 Kb / s. Dans les lecteurs avec des vitesses de 20 et 24, les performances dépendent du lieu de lecture des informations du CD et leur vitesse moyenne correspond à environ x14 avec support Mode BIOS PIO-4.

3.1. Lecteurs optiques réinscriptibles

En plus des CD-ROM, les standards CD-R (Recordable) et CD-RW (ReWritable) sont de plus en plus utilisés. Pour les CD-R non réinscriptibles, ce que l'on appelle des « blancs » sont utilisés, c'est-à-dire un disque compact classique, dans lequel la couche réfléchissante est constituée principalement d'un film d'or ou d'argent. Entre celle-ci et la base en polycarbonate se trouve une couche d'enregistrement en matériau organique (colorant), qui s'assombrit lorsqu'elle est chauffée. Pendant le processus d'enregistrement, le faisceau laser chauffe les points sélectionnés sur la couche, qui s'assombrissent et ne transmettent plus de lumière à la couche réfléchissante, formant des zones similaires à des « empattements ».

Les disques réinscriptibles CD-RW ont une structure à sept couches qui diffère de Disques CD-R qui contiennent cinq couches, comme le montre la fig. 4.9. CD-RW utilise une couche intermédiaire de métal-plastique, qui change son état de phase sous l'influence d'un faisceau d'amorphe à cristallin et vice versa. En conséquence, la transparence du calque change. La fixation des changements d'état se produit du fait que le matériau de la couche d'enregistrement, lorsqu'il est chauffé au-dessus de la température critique, passe dans un état amorphe et y reste après refroidissement, et lorsqu'il est chauffé à une température nettement inférieure à la température critique, il restaure l'état cristallin. De tels disques peuvent supporter des milliers à des dizaines de milliers de cycles de réécriture. Cependant, leur réflectivité est nettement inférieure à celle des CD monocoup, ce qui les rend difficiles à lire dans les lecteurs conventionnels. Un lecteur de contrôle automatique de gain est requis pour lire les CD-RW, bien que certains lecteurs de CD-ROM conventionnels et lecteurs grand public puissent les lire à égalité avec disques réguliers... La capacité du lecteur à lire les CD-RW est appelée Multiread.

Un disque réinscriptible peut avoir la même structure et le même système de fichiers qu'un CD-R, ou un système de fichiers UDF spécial peut y être organisé, ce qui vous permet de créer et de détruire dynamiquement des fichiers individuels sur le disque.

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Graphique 4.9. Structure d'enregistrement CD-R et CD-RW

3.2. Disque numérique polyvalent

La norme DVD a été développée conjointement en 1995 par plusieurs sociétés (Hitachi, JVC, Philips, etc.). Les DVD peuvent enregistrer non seulement de la vidéo, mais aussi de l'audio et toute autre donnée, c'est pourquoi il est plus souvent utilisé comme disque numérique polyvalent (Versatile). La principale différence entre les DVD et les CD est la différence dans la quantité d'informations. La capacité du DVD a été augmentée de plusieurs manières :

Premièrement, un laser avec une longueur d'onde plus courte est utilisé pour lire les DVD que pour lire les CD, ce qui a considérablement augmenté la densité d'enregistrement ;

Deuxièmement, la norme prévoit des disques double couche, pour lesquels deux couches de données sont enregistrées sur une face. Dans ce cas, une couche est translucide, ce qui permet de lire "à travers" la première couche.

Avec l'augmentation de la densité d'enregistrement et la diminution de la longueur d'onde du laser de lecture, l'exigence d'épaisseur de la couche plastique protectrice a changé, pour les DVD elle n'est que de 0,6 mm, contre 1,2 mm utilisé dans les CD. Cependant, afin de préserver les dimensions habituelles du disque et d'éviter une fragilité excessive des disques DVD, ils sont remplis de plastique sur les deux faces de sorte que l'épaisseur finale du disque soit la même de 1,2 mm. Cela a permis d'écrire des données sur les deux faces des DVD et de doubler ainsi la capacité de stockage. Types principaux disques DVD ce qui suit:

DVD-5 (4,7 Go) avec enregistrement des données sur une seule couche sur une face ;

DVD-9 (8,5 Go) avec enregistrement des données en deux couches sur une face ;

DVD-10 (9,4 Go) avec enregistrement des données sur deux faces, une couche chacune ;

DVD-14 (13,24 Go) avec enregistrement des données en deux couches d'un côté, une couche de l'autre ;

DVD-18 (17 Go) avec enregistrement de données sur deux faces, deux couches.

Les caractéristiques des disques optiques Samsung sont présentées dans le tableau. 4.6.

Étant donné qu'un DVD est souvent utilisé pour transférer des graphiques, du multimédia et regarder des vidéos, pour une reproduction d'image de haute qualité (720x576 pixels avec une profondeur de couleur de 24 bits, dans la norme PAL européenne), un taux de transfert de données de 30 Mb / s est requis , et pour regarder un film, une capacité de disque d'environ 100 Go. Afin de réduire les exigences de débit de transmission de données (Vpr) et d'augmenter le volume de données, l'algorithme de compression MPEG-2 est utilisé. Cela permet de réduire le débit de données à 3 - 4 Mb / s. La compression supprime jusqu'à 97 % des informations redondantes sans pratiquement aucun compromis sur la qualité de l'image. Pour récupérer des données lues à partir d'un DVD, les informations doivent être décodées, c'est-à-dire récupérer les informations redondantes supprimées par compression. Cela peut être fait soit dans un logiciel sans l'utilisation de matériel spécialisé, soit à l'aide d'un décodeur de DVD matériel.

Pour les DVD, ainsi que pour les CD, il existe des formats de réécriture - il s'agit de DVD-RAM et DVD + RW d'une capacité allant jusqu'à 2,6 Go et jusqu'à 3 Go, respectivement, mais ces deux formats sont incompatibles. Le principe de réécriture est le même que pour les technologies CD, mais l'enregistrement se fait par couches et la densité sur le disque est plus élevée.

Actuellement, plusieurs interfaces sont utilisées pour les lecteurs de CD et de DVD, ce sont EIDE, ATAPI, SCSI, mais aussi USB.

Tableau 4.6 Caractéristiques des lecteurs optiques
Options	CD-RW (SW-208)	DVD-ROM (SD-612)
Vitesse d'écriture CD (Kb/s)	1200 (8x)	-
Vitesse de réécriture de CD (Kb/s)	600 (4x)	-
Vitesse de lecture CD (Kb/s)	4800 (32x)	6000 (40x)
Vitesse de lecture DVD (Kb/s)	-	16200 (12x)
Interface	EIDE	EIDE
Taille du tampon (Ko)
Puissance de sortie audio (W)	0,7	0,7
enregistrement sur CD-R 650 (Mo)	+	-
Enregistrement CD-RW 700/650/550 (Mo)	+	-

3.3. Lecteurs optiques de nouvelle génération

La nouvelle génération de supports de stockage, appelés disques fluorescents (disques FM), utilise le principe du « photochromisme ». Ce phénomène se manifeste dans un matériau organique contenant des particules photochromes, qui, lorsqu'elles sont exposées à un faisceau laser d'une certaine longueur d'onde, émettent une lumière fluorescente. Le photochrome est initialement non fluorescent. L'enregistrement est effectué sous l'influence d'un laser à haute puissance sur les zones où une réaction photochimique est initiée, à la suite de laquelle des propriétés fluorescentes commencent à apparaître. A la lecture, les particules photochromes dans les zones irradiées avec le laser sont à nouveau excitées par une puissance laser plus faible et commencent à devenir fluorescentes. Cette lueur est capturée par le photodétecteur et est considérée comme une valeur de "1". La particularité du disque FM se reflète dans les caractéristiques du lecteur :

Superposition, transparence et uniformité;

Faible perte de signal lors du passage à travers plusieurs couches ;

La lueur fluorescente des éléments est « transparente » pour toutes les couches du disque ;

Moins sensible que le CD/DVD aux divers inconvénients des lecteurs ;

La lueur fluorescente de n'importe quelle couche n'est pas cohérente, éliminant les interférences présentes dans les technologies CD / DVD ;

La technologie fluorescente est compatible avec les formats CD et DVD de distribution de données sur chaque couche.

Caractéristiques comparatives Les disques fluorescents d'une capacité de 50 Go sont présentés dans l'onglet. 4.7.

Du tableau. 4.7 montre que le disque FM vous permet de stocker et d'utiliser plus de données que les CD ou les DVD, et peut-être que les disques FM remplaceront bientôt les autres lecteurs optiques.

Cours 17 : Bus à microprocesseurs : systèmes et cycles d'échange

La chose la plus importante qu'un développeur de systèmes à microprocesseurs doit savoir sont les principes d'organisation de l'échange d'informations sur les bus de tels systèmes. Sans cela, il est impossible de développer la partie matérielle du système, et sans le matériel, aucun logiciel ne fonctionnera.

Depuis plus de 30 ans qui se sont écoulés depuis l'apparition des premiers microprocesseurs, certaines règles d'échange se sont développées, suivies par les développeurs de nouveaux systèmes à microprocesseurs. Ces règles ne sont pas trop compliquées, mais il faut savoir les suivre fermement et strictement pour un travail réussi. Comme l'a montré la pratique, les principes d'organisation de l'échange sur des bus sont beaucoup plus importants que les caractéristiques de microprocesseurs spécifiques. Les dorsales système standard durent beaucoup plus longtemps qu'un processeur particulier. Les développeurs des nouveaux processeurs sont guidés par les normes de backbone existantes. De plus, certains systèmes basés sur des processeurs complètement différents utilisent la même dorsale système. C'est-à-dire que la dorsale s'avère être le facteur de dorsale le plus important dans les systèmes à microprocesseur.

L'échange d'informations dans les systèmes à microprocesseur se produit dans des cycles d'échange d'informations. Le cycle d'échange d'informations s'entend comme un intervalle de temps pendant lequel une opération d'échange élémentaire sur le bus est effectuée. Par exemple, transférer le code de données du processeur vers la mémoire ou transférer le code de données du périphérique d'E/S vers le processeur. Au cours d'un cycle, plusieurs codes de données peuvent également être transmis, voire un ensemble de données complet, mais cela est moins courant.

Les cycles de communication sont de deux types principaux :

· Cycle d'enregistrement (sortie), dans lequel le processeur écrit (sortie) des informations ;

· Un cycle de lecture (saisie), dans lequel le processeur lit (saisit) des informations.

Dans certains systèmes à microprocesseur, il existe également un cycle lecture-modification-écriture ou I-pause-sortie. Dans ces cycles, le processeur lit d'abord les informations de la mémoire ou d'un périphérique d'E / S, puis les transforme d'une manière ou d'une autre et les réécrit à la même adresse. Par exemple, un processeur peut lire un code à partir d'un emplacement mémoire, l'incrémenter de un et le réécrire dans le même emplacement mémoire. La présence ou l'absence de ce type de cycle est liée aux caractéristiques du processeur utilisé.

Une place particulière est occupée par les cycles d'accès direct à la mémoire (si le mode DMA est prévu dans le système) et les cycles de demande et d'octroi d'interruption (s'il y a des interruptions dans le système). Lorsque nous parlerons de tels cycles à l'avenir, ce sera spécialement stipulé.

Au cours de chaque cycle, les dispositifs participant à l'échange d'informations se transmettent des informations et des signaux de commande dans un ordre strictement établi, ou, comme on dit, conformément au protocole d'échange d'informations accepté.

Le temps de cycle peut être constant ou variable, mais il comprend toujours plusieurs périodes du signal d'horloge système. C'est-à-dire que même dans le cas idéal, la fréquence de lecture des informations par le processeur et la fréquence d'écriture des informations sont plusieurs fois inférieures à la fréquence d'horloge du système.

La lecture des codes de commande de la mémoire système est également effectuée à l'aide de cycles de lecture. Ainsi, dans le cas d'une architecture monobus, les cycles de lecture des commandes et les cycles de transfert (lecture et écriture) des données alternent sur le bus système, mais les protocoles d'échange restent inchangés quel que soit ce qui est transmis - données ou commandes. Dans le cas d'une architecture à deux bus, les cycles de commandes de lecture et d'écriture ou de lecture de données sont séparés sur des bus différents et peuvent être effectués simultanément.