Накопители на гибких магнитных дисках
ТЕМА 5. ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ
ЛЕКЦИЯ 5.1. ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ ПЕРСОНАЛЬНОЙ ЭВМ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВНЕШНЕЙ ПАМЯТИ
Внешняя память (ВЗУ) предназначена для долговременного хранения больших объемов данных и программного обеспечения и обмена ими с оперативной памятью. В настоящее время структура и технические характеристики ВЗУ во многом определяют основные количественные и качественные показатели ЭВМ и информационно-вычислительных систем. Для построения внешней памяти используются энергонезависимые носители информации (диски и ленты), которые к тому же часто являются переносимыми. Емкость этой памяти практически не имеет ограничений, а для обращения к ней требуется больше времени, чем к внутренней.
Внешние запоминающие устройства конструктивно отделены от центральных устройств ЭВМ (процессора и внутренней памяти), имеют собственное управление и выполняют запросы процессора без его непосредственного вмешательства. Информация в ВЗУ располагается в виде блоков, которые становятся доступными для обработки в центральном процессоре в результате выполнения операции ввода (или загрузки) их из внешней памяти в оперативную. Передача блоков из оперативной памяти во внешнюю осуществляется операцией вывода. Эти операции обмена требуют ВЗУ с высокой скоростью передачи данных и быстрым доступом к ней.
По способу регистрации информации различают ВЗУ с магнитной, оптической и магнитооптической записью. По типу носителя информации различают ВЗУ с гибким или жестким носителем. Носителем информации называют некоторое тело, на поверхности которого с помощью той или иной технологии реализуют размещение блоков информации.
|
|
|
ОРГАНИЗАЦИЯ ДАННЫХ НА УСТРОЙСТВАХ С ПРЯМЫМ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ДОСТУПОМ
ВЗУ по способам доступа к информации разделяются на
· устройства прямого доступа (накопители на магнитных и оптических дисках);
· устройства последовательного доступа (накопители на кассетной магнитной ленте).
Расположение блоков памяти на поверхности носителя можно представить в виде линейного или двумерного массива (матрицы). В первом случае для нахождения требуемого блока просматриваются последовательно все блоки. ВЗУ, реализующие такой просмотр, называют накопителями с последовательным доступом. При расположении блоков информации на носителе в виде двумерного массива организуется независимый поиск по каждому направлению. Если задан номер строки (или дорожки) Yi, где расположен искомый блок (ij), то время поиска определяется временем просмотра блоков только на этой дорожке. Поиск в направлении Y здесь производится за счет переключения или перемещения органов считывания (например, магнитных головок), а просмотр в направлении X – за счет перемещения носителя (например, магнитного диска). В ВЗУ с прямым доступом один и тот же блок доступен для записи и чтения через постоянные промежутки времени, определяемые в случае накопителей на магнитных и оптических дисках временем оборота, поэтому такой доступ называют циклическим.
|
|
|
Устройства прямого доступа обладают большим быстродействием, поэтому они являются основными внешними запоминающими устройствами, постоянно используемыми в процессе функционирования ЭВМ. Устройства последовательного доступа используются в основном для резервирования информации.
По характеру использования информации различают:
· постоянные ВЗУ, которые допускают только чтение информации (CD-ROM);
· ВЗУ с однократной записью, при которой пользователь имеет возможность произвести запись информации на поверхность носителя один раз, после чего допускается только чтение (CD-R, DVD-R);
· ВЗУ с многократной записью, при которой допускается произвольное число циклов записи и чтения.
Подробная классификация ВЗУ представлена на рис. 5.1.
|
|
|
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЗУ
Все параметры ВЗУ можно условно разделить на 4 группы:
· информационные:
· конструктивные (габаритные размеры, масса, потребляемая мощность);
· надёжностные (среднее время безотказной работы, срок службы, вероятность появления ошибок). Обычным показателем для НГМД (FDD – Floppy Disk Drive) 3,5” считается наработка на отказ 12000 часов, для дисков винчестерского типа с интерфейсом IDE (Integrative Drive Electronics) – 300000-500000 часов, с интерфейсом SCSI – до 1 млн. часов. Это означает, что, например, при показателе 500000 часов (56 лет), вероятность выхода из строя за период 1000 часов составляет 0,5%.
· эксплуатационные (стоимость, условия внешней среды, уровень акустического шума).
Наибольшее влияние на производительность ЭВМ оказывают информационные (функциональные) параметры, к которым относят следующие:
1) Емкость. Если носитель сменный, то под емкостью понимают объем одного тома, который доступен без смены носителя.
Для НМЛ 
где Cбл – информационная емкость одного блока (зоны), байтов; nбл – число блоков, записанных на магнитной ленте.
Для НМД 
где Cд – информационная емкость одной дорожки, байтов; nд – число дорожек (цилиндров) на рабочей поверхности диска; mд – число рабочих поверхностей диска.
|
|
|
Например, у НГМД (FDD – Floppy Disk Drive) 3,5”: CFDD = (18×512)×80×2 = 1474560 байтов = 1,44 Мб. Здесь 18 – количество секторов дорожки, 512 – размер одного сектора. Если исключить участки, занятые Boot-сектором (нулевая дорожка) и FAT таблицей (таблица размещения файлов), то получим доступные 1457664 байтов=1,39 Мб.
Рис. 5.1. Классификация внешних запоминающих устройств.
Емкость гибкого диска LS-120 - 120 Мбайт, а сменных дисководов JAZ и JAZ2 – 1 и 2 Гбайта соответственно. Емкость сменных дисководов фирмы SyQuest лежит в пределах от 0,23 (EZFlyer) до 1,5 (SyJet) Гбайт, а дисководов ORB – 2,16 Гбайт.
Емкость НМД винчестерского типа (HDD – Hard Disk Drive) с интерфейсом IDE достигает 80 Гбайт (количество дисков до 5 с двумя рабочими поверхностями), с интерфейсом SCSI еще больше, а число дисков достигает 10.
Примечание. Обозначения IDE и ATA (Advanced Technology Attachment – подключение к AT) синонимы.
Емкость НМЛ стандарта MLR - 25 Гбайт, стандарта DDS до 24 Гбайт, стандарта DLT – 20-40 Гбайт, стандарта Mamonth - 120 Гбайт.
Емкость дисков CD-ROM: 650-700Мбайт, DVD-ROM (Digital versatile disc – универсальный цифровой диск): 4,7-17 Гбайт, магнитооптических дисков 5,25” – до 2´2,6 Гбайт, а 3,5” – до 1,3 Гбайт.
2) Номинальная скорость передачи данных (пропускная способность, скорость записи-считывания, внутренняя скорость передачи – internal transfer rate).
Блок на носителе можно рассматривать в виде последовательности бит, расположенных вдоль направления движения носителя. Длительность записи-считывания блока поэтому определяется временем, затрачиваемым на прохождения блока под головкой, а пропускная способность соответствует отношению объема блока ко времени его прохождения под головкой. Следует отметить, что среднее значение скорости передачи информации в ВЗУ может существенно отличаться от номинального значения, т.к. значительная часть времени при обращении к ВЗУ тратится на поиск информации. Кроме того, реальная скорость передачи данных зависит от пропускной способности внешних шин и существенно ниже.
Для НМЛ 
где dl – продольная информационная плотность записи, бит/мм; v – скорость перемещения магнитной ленты, мм/с (стандартная скорость 0,864 - 2,5 м/с); nk – число информационных каналов записи-воспроизведения (15-144).
FНМЛ составляет у стандарта MLR – 2 Мбайт/с, стандарта DDS – 0,4-3 Мбайт/с, стандарта DLT 1,5-10 Мбайт/с.
Для НМД 
где tоб= 60/nоб – время одного оборота диска, с; nоб – частота вращения, об/мин (rpm – rotation per minutes).
Для FDD FFDD ≈ 80 Кбайт/с (nоб = 300 rpm), для LS-120 FLS-120 = 600 Кбайт/с, для ZIP FZIP = 1,4 Мбайт/с, для JAZ2 FJAZ2 = 8,7 Мбайт/с. Пропускная способность сменных дисководов фирмы SyQuest лежит в пределах от 2,4 (EZFlyer) до 7 (SyJet) Мбайт/с, а дисководов ORB – 5 Мбайт/с.
Для HDD с интерфейсом IDE FHDD = 15-60 Мбайт/с (максимальное значение относится к протоколу Ultra ATA-100 или Ultra DMA-100 (Direct Memory Access), nоб = 5400-7200 rpm), с интерфейсом SCSI достигает 66 Мбайт/с и выше (nоб = 7200-15000 rpm).
Для НОД (CD-ROM – Compact Disk ROM и DVD-ROM) номинальная скорость передачи данных традиционно рассчитывается исходя из кратности по отношению к стандартной единице, равной пропускной способности в 150 Кбайт/с. У CD-ROM 40´ FCD-ROM » 6 Мбайт/с. Частота вращения CD-ROM nоб = 7400-10400 (у 50´) rpm.
У магнитооптических дисков 3,5” скорость чтения до 3,8 Мбайт/с, а скорость записи из-за инертности тепловых процессов значительно меньше до 1,3 Мбайт/с.
3) Среднее время доступа (average seek time).
Время доступа – это интервал времени от момента запроса до момента выдачи блока. Оно не постоянно и зависит от множества факторов: скорости перемещения носителя, скорости перемещения головок, способа доступа, расстояния между текущим положением головки и положением запрашиваемого блока.
Для НМЛ 
где l – длина магнитной ленты, м (60-360 м); 1/3 – коэффициент, полученный в предположении, что информация располагается равномерно по всей длине ленты.
Для НМД 
где tпоз – среднее время перемещения (позиционирования) головки на требуемую дорожку (или по-другому среднее время поиска дорожки – track to track seek), с; tож – среднее время ожидания блока (сектора) на дорожке, пока он не окажется под головкой. Принимается 
т.е. равным времени пол-оборота диска.
Для FDD TFDD= 100 мс (tпоз < 90 мс), для LS-120 TLS-120 = 70 мс, для JAZ2 TJAZ2 = 16 мс, у сменных дисководов фирмы SyQuest лежит в пределах от 13,5 (EZFlyer) до 11 (SyJet) мс, а у дисководов ORB – 10 мс (чтение), 12 мс (запись).
Для HDD с интерфейсом IDE THDD = 8,5-12 мс (nоб = 5400-7200 rpm), с интерфейсом SCSI – 4-8 мс (nоб = 7200-15000 rpm).
Для CD-ROM TCD-ROM= 60-90 мс. Для DVD-ROM TDVD-ROM= 110-180 мс. Для магнитооптических дисков 3,5” – 25 мс при задержке вращения 7 мс.
У НМЛ стандарта SLR TSLR= 45 с.
4) Плотностью записи. Различают поверхностную, продольную и поперечную плотностью записи.
Под поверхностной плотностью записи d понимают число бит информации, записанных на единице поверхности носителя. Продольной плотностью записи dl называют число бит на единице длины носителя вдоль вектора скорости его перемещения (бит/мм или bpi – bit per inch). Поперечная плотность записи dq– число дорожек на единице длины носителя в направлении перпендикулярном вектору скорости (1/мм или tpi – tracks per inch). d = dl ´ dq.
Плотность записи определяет геометрические размеры носителя, параметры его быстродействия, а также объем памяти.
В свою очередь, плотность определяется:
· принципами регистрации информации на носителе;
· материалом носителя;
· конструктивными особенностями и технологией изготовления, как носителя, так и средств записи-чтения.
Теоретические и практически достигнутые в настоящее время значения приведены в таблице 5.1.
У НМЛ стандарта QIC dl до 96000 bpi (3800 бит/мм), dq до 576 tpi (23 1/мм, у FDD dl =17500 bpi (690 бит/мм) dq = 135 tpi (5,3 1/мм)
Таблица 5.1.
Поверхностная плотность записи
| Тип носителя | Достигнутое значение, Gbpi2(Мбит/мм2) | Теоретическое значение, Gbpi2 (Мбит/мм2) |
| Магнитный | 10 (16) | 20-50 (30-75) |
| Оптический | 30 (46) | 150-200 (230-300) |
МАГНИТНЫЕ ДИСКИ
Логическая структура
Магнитные диски (МД) относятся к магнитным носителям информации. В качестве запоминающей среды у них используются магнитные материалы со специальными свойствами (с прямоугольной петлей гистерезиса), позволяющими фиксировать два магнитных состояния - два направления намагниченности. Каждому из этих состояний ставятся в соответствие двоичные цифры: 0 и 1. Накопители на МД (НМД) являются наиболее распространенными внешними запоминающими устройствами в ПК. Диски бывают жесткими и гибкими, сменными и встроенными в ПК. Устройство для чтения и записи информации на магнитном диске называется дисководом.
Все диски: и магнитные, и оптические характеризуются своим диаметром или, иначе, форм-фактором. Наибольшее распространение получили магнитные диски с форм-фактором 3,5" (89 мм) и оптические диски с форм-фактором 5,25" (133 мм).
Информация на МД записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических окружностей - дорожек (tracks). Количество дорожек на МД и их информационная емкость зависят от типа МД, конструкции накопителя на МД, качества магнитных головок и магнитного покрытия.
Каждая дорожка МД разбита на сектора. В одном секторе дорожки может быть помещено 128, 256, 512 или 1024 байт, но обычно 512 байт данных. Обмен данными между НМД и оперативной памятью осуществляется последовательно целым числом секторов. Кластер - это минимальная единица размещения информации на диске, состоящая из одного или нескольких смежных секторов дорожки.
При записи и чтении информации МД вращается вокруг своей оси, а механизм управления магнитной головкой подводит ее к дорожке, выбранной для записи или чтения информации.
Данные на дисках хранятся в файлах, которые обычно отождествляют с участком (областью, полем) памяти на этих носителях информации.
Файл - это именованная область внешней памяти, выделенная для хранения массива данный.
Поле памяти создаваемому файлу выделяется кратным определенному количеству кластеров. Кластеры, выделяемые одному файлу, могут находиться в любом свободном месте дисковой памяти и необязательно являются смежными. Файлы, хранящиеся в разбросанных по диску кластерах, называются фрагментированными.
Для пакетов магнитных дисков (диски установлены на одной оси) и для двухсторонних дисков вводится понятие "цилиндр". Цилиндром называется совокупность дорожек МД, находящихся на одинаковом расстоянии от его центра.
Накопители на гибких магнитных дисках
На гибком магнитном диске (дискете) магнитный слой наносится на гибкую основу. Используемые в современных ПК ГМД имеют форм-фактор 3,5", они помещаются в жесткую пластмассовую кассету для защиты от пыли и механических повреждений. Режим запрета записи на этих дискетах устанавливается специальным переключателем, расположенным в левом нижнем углу дискеты.
Каждую новую дискету в начале работы с ней следует отформатировать. Форматирование дискеты - это создание структуры записи информации на ее поверхности: разметка дорожек, секторов, записи маркеров и другой служебной информации.
Основные правила обращения с дискетой:
· не сгибать дискету;
· не прикасаться руками к магнитному покрытию диска;
· не подвергать дискету воздействию магнитных полей;
· нужно хранить дискету при положительной температуре;
· нужно извлекать дискету перед выключением ПК;
· вставлять дискету в дисковод и вынимать ее из него только тогда, когда не горит сигнальная лампочка включения дисковода.
Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 152; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!