165 - 171.pdf - Informatyka - brayan42

8.2. Dyski twarde

— dane dzielone są na wiele dysków, a kod korekcji błędów

zapisywany jest na dodatkowym urządzeniu. Raczej nie spotkamy na rynku kon-

trolera RAID 2.

RAID poziom 3

— podobny do RAID 0, jednak w celu zwiększenia niezawodno-

ści stosuje się dodatkowy dysk wykorzystywany do kontroli parzystości.

RAID poziom 4

— podobny do RAID 3, jednak dane zapisywane są w większych

blokach, co wpływa na poprawę wydajności zapisu dużych plików.

RAID poziom 5

— podobny do RAID 4, jednak wydajność jest większa z uwagi

na zapis kodów parzystości na kilku dyskach.

RAID poziom 6

— podobny do RAID 5, jednak zwiększono niezawodność po-

przez zapisanie kodów parzystości za pomocą dwóch schematów kodowania.

8.2. Dyski twarde

Użytkownicy komputerów osobistych od zawsze potrzebowali szybkiego, niezawodne-

go, taniego i trwałego sposobu zapisywania dużych ilości danych. Elastyczne dyskietki

nie spełniały tych założeń, co wpłynęło na opracowanie koncepcji urządzenia wyko-

rzystującego zapis magnetyczny. Pomysł użycia twardych aluminiowych dysków jako

podłoża dla nośnika ferromagnetycznego powstał w laboratoriach irmy IBM w 1956 r.

Pierwsze twarde dyski (ang. hard disks ) miały talerze o średnicy 27 cali (przeciętna felga

aluminiowa, stosowana w dzisiejszych samochodach, ma około 16 cali), zajmowały

sporo miejsca, były koszmarnie drogie i umożliwiały zapis kilku megabajtów danych.

Twarde dyski przeszły długą drogę rozwoju i obecnie stanęły na skraju możliwości

technologicznych. Wielu uważa, że nowe dyski Flash będą ostatecznym gwoździem do

trumny tradycyjnego napędu o zapisie magnetycznym. Tymczasem producenci nadal

opracowują nowe sposoby zapisu informacji na obracającym się talerzu. Prawdopo-

dobnie minie jeszcze kilka lat, zanim całkowicie pożegnamy się z tradycyjnym dys-

kiem twardym jako podstawową pamięcią masową.

8.2.1. Zapis magnetyczny

Jednym z najpopularniejszych sposobów zapisu i odczytu informacji jest technika wy-

korzystująca zjawisko elektromagnetyzmu.

DEFINICJA

Podłączenie przewodu do baterii wywoła przepływ elektronów między elektrodami.

Wokół przewodnika powstanie wówczas pole magnetyczne. Na kierunek pola magne-

tycznego wpływa kierunek przepływu prądu (polaryzacja). Zjawisko elektromagnety-

zmu ma charakter dwukierunkowy. Przepływający przez przewód prąd wytworzy pole

magnetyczne, ale również poruszanie przewodu w polu magnetycznym (zgodnie ze

zjawiskiem indukcji elektromagnetycznej) wygeneruje prąd w przewodniku.

165

RAID poziom 2

ROZDZIAł 8 t Pamięci masowe

Podstawowe prawa izyki dotyczące elektromagnetyzmu wykorzystano podczas pro-

jektowania głowicy zapisująco-odczytującej twardego dysku. Początkowo głowica

była kawałkiem metalu w kształcie litery „U” z nawiniętym przewodem (cewką). Po

podłączeniu prądu głowica staje się małym elektromagnesem sterowanym zmianami

polaryzacji. Ustawienie głowicy blisko materiału ferromagnetycznego naniesionego na

taśmę lub talerz pozwala na namagnesowanie jego niewielkich obszarów (w zależno-

ści od rozmiarów głowicy).

Pola magnetyczne cząstek materiału ferromagnetycznego mają losowe kierunki i zno-

szą się nawzajem. Głowica, po przejechaniu nad nośnikiem, dokonuje polaryzacji

cząstek, ukierunkowując je zgodnie z przepływem prądu (rysunek 8.11). Taki nama-

gnesowany obszar nazywamy domeną magnetyczną . Dwie domeny ustawione polem

magnetycznym przeciwsobnie lub ksobnie będziemy nazywać komórką bitu .

Rysunek 8.11. Proces zapisu przez głowicę na podłożu ferromagnetycznym

Proces odczytu danych wykorzystuje zjawisko indukcji elektromagnetycznej. W czasie

odczytu danych głowica nie jest już elektromagnesem, a staje się detektorem zmian

polaryzacji pola magnetycznego. W momencie, gdy głowica przesunie się nad dwie-

ma domenami o różnej polaryzacji, w jej cewce wygenerowany zostanie słaby impuls

elektryczny o polaryzacji zgodnej z kierunkiem pola magnetycznego. Wygenerowany

prąd nie jest dokładnym odbiciem sygnału zapisującego i musi zastać elektronicznie

wzmocniony i odiltrowany.

W zapisie magnetycznym zero bitowe najczęściej reprezentowane jest przez brak

zmian polaryzacji kolejnych następujących po sobie domen magnetycznych. Domeny

ustawione polaryzacją przeciwsobnie lub ksobnie wygenerują impuls, który zostanie

zinterpretowany jako jedynka bitowa .

W celu zwiększenia niezawodności zapisu i odczytu wprowadza się dodatkowe synchro-

nizowanie. Synchronizacja pozwala na dokładne identyikowanie poszczególnych bitów

w zapisie, na przykład kilku zer w jednym ciągu. Dodatkowo dane nie są zapisywane

w czystej postaci cyfrowej, przed zapisem podlegają procesowi kodowania, przy od-

czycie — dekodowania. Dzięki kodowaniu można zapisywać większe ilości informacji

oraz zniwelować zbyt duże obszary samych 0, które mogą powodować błędy odczytu.

Kilkanaście lat temu popularnym sposobem kodowania danych była metoda RLL (ang.

Run Lenght Limited ). W 1991 r. doczekała się modyikacji i dzisiaj dane kodowane są

za pomocą schematu EPMRL (ang. Extended Partial Response Maksimum Likelihood ).

Wyrainowany algorytm EPMRL umożliwia zapis mocno zagęszczonych danych.

16 6

8.2. Dyski twarde

W najnowszych dyskach magnetycznych zastosowano technikę zapisu prostopadłego

(rysunek 8.12). Domeny nie są tworzone wzdłuż powierzchni nośnika, ale pionowo,

co wpływa na zwiększenie gęstości zapisu danych.

Rysunek 8.12.

Porównanie zapisu wzdłużnego

i prostopadłego

8.2.2. Budowa dysku twardego

Dysk twardy składa się z kilku podstawowych elementów (rysunek 8.13):

. Początkowo były aluminiowe, obecnie stosuje się talerze ceramiczne.

Na ich powierzchnię nanoszony jest nośnik ferromagnetyczny, najczęściej AFC

(ang. AntiFerromagnetically Coupled — sprzężony ferromagnetycznie). W dyskach

montowanych jest kilka talerzy, na których dane zapisywane są z obydwu stron.

Najpopularniejsze rozmiary talerzy to 5,25 cala, 3,5 cala, 2,5 cala.

Głowica zapisująco-odczytująca

. Pierwsze głowice wykorzystywały cewkę do

zapisu i odczytu danych. Obecnie głowica zapisująco-odczytująca składa się

z dwóch elementów: cienkowarstwowej głowicy zapisującej (TF, Thin Film ) oraz

UWAGA

Nośnik AFC przypomina kanapkę składającą się z cienkiej warstwy ferromagnetyka,

warstwy izolatora (rutenu) oraz kolejnej warstwy ferromagnetyka. Taka budowa pozwa-

la na nanoszenie cieńszych warstw przy jednoczesnym zwiększeniu gęstości zapisu.

167

Talerze

ROZDZIAł 8 t Pamięci masowe

UWAGA

Głowica magnetorezystywna (GMR) nie wykorzystuje do odczytu zjawiska indukcji

magnetycznej, ale rejestruje zmianę rezystancji przewodnika w polu magnetycznym.

Dzięki temu nie trzeba wzmacniać i iltrować sygnału.

odczytującej głowicy magnetorezystywnej o gigantycznej czułości (GMR — Giant

Magneto Resistive ), wykrywającej zmiany rezystancji. Na jeden talerz przypadają

dwie głowice zapisująco-odczytujące, po jednej na stronę.

Pozycjoner głowicy

łączy głowicę z pozycjonerem i umieszcza ją nad powierzchnią talerza.

Silnik

umożliwia obrót talerzy podczas pracy dysku.

zbiera opiłki metalu i kurz mogące pojawić się podczas pracy mechanizmów

dysku. Jest tak zlokalizowany, aby naturalny obieg powietrza wymuszony przez

obracające się talerze powodował osadzanie zanieczyszczeń na jego powierzchni.

UWAGA

Wszystkie produkowane współcześnie dyski twarde są hermetycznie zamknięte. Jedy-

na możliwość pojawienia się zanieczyszczeń to rozszczelnienie obudowy lub pojawie-

nie się opiłków pochodzących z aluminiowych części mechanicznych.

umożliwia montaż układów elektro-

nicznych niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania dysku, takich jak bufor

danych, elektronika pozycjonera, detektor błędów czy kontroler interfejsu.

Obudowa

chroni delikatne mechanizmy przed uszkodzeniami i umożliwia mon-

taż wewnątrz obudowy komputera.

Rysunek 8.13.

Elementy twardego dysku

16 8

. Sprawne przesuwanie głowicy nad powierzchnią obraca-

jącego się talerza umożliwia pozycjoner, który składa się z mocnego magnesu

stałego i cewki sterującej.

Ramię

Filtr

Płytka drukowana z układami logicznymi

8.2. Dyski twarde

8.2.3. Działanie dysku twardego

Dane zapisywane są na powierzchni nośnika w postaci cylindrycznych ścieżek. Ścieżki

znajdują się po obydwu stronach talerza i nazywane są cylindrami . Elektronika dysku

nie byłaby w stanie wydajnie zarządzać wszystkimi danymi ze ścieżki, podzielono

ją więc na sektory . Pojedynczy sektor zajmuje najczęściej 512 bajtów. Na okrągłym

talerzu wewnętrzne ścieżki są znacznie krótsze od zewnętrznych. Aby zaoszczędzić

miejsce, podzielono dysk na strefy (rysunek 8.14).

Rysunek 8.14.

Ścieżki, sektory, cylindry i strefy

na talerzu dysku twardego

Głowica umieszczona na ramieniu porusza się za pomocą pozycjonera, zapisując lub

odczytując dane. Gdy talerze obracają się z prędkością roboczą, głowica nie dotyka

powierzchni nośnika. Duża prędkość obrotowa powoduje, że na powierzchni talerza

tworzy się delikatna poduszka powietrzna unosząca głowice w powietrzu. Dzięki temu

zjawisku głowica nie ma izycznego kontaktu z nośnikiem, co znacznie przedłuża jego

żywotność.

UWAGA

Dyski twarde najbardziej narażone są na uszkodzenia podczas ruchu talerzy. Podusz-

ka powietrzna jest niewielka, dlatego jakiekolwiek uderzenie w obudowę dysku może

spowodować wytrącenie głowicy z prawidłowej trajektorii. Taka sytuacja w najlepszym

przypadku może zakończyć się utratą danych, a w najgorszym — uszkodzeniem no-

śnika. Dysk jest mniej narażony na uszkodzenie podczas spoczynku, ponieważ spe-

cjalny mechanizm dokuje i blokuje ramię głowicy.

8.2.4. Specyikacja dysku twardego

Komputer domowy potrzebuje dysku o najlepszym stosunku ceny do pojemności

i wydajności. Z kolei napęd dla komputera typu serwer musi charakteryzować się

przede wszystkim dużą wydajnością, niezawodnością, pojemnością, a cena jest kry-

169

165 - 171.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: