Мета роботи.

1.1. Дослідження будови та основних принципів роботи жорстких дисків (вінчестерів);

1.2. Порівняння розмірів та параметрів вінчестерів типорозмірів 3, 5” та 5, 25”.

2. Обладнання робочого місця.

2.1. Жорсткі диски різних фірм-виробників та різних типорозмірів (не менше 2 шт.)

2.2. Олівець

2.3. Лінійка

3. Короткі теоретичні відомості.

3.1. Принципи роботи накопичувачів на жорстких дисках

У накопичувачах на жорстких дисках дані записуються і прочитуються універсальними головками читання/запису з поверхні магнітних дисків, що обертаються, розбитих на доріжки і сектори (512 байт кожен).

У накопичувачах звичайно встановлюється декілька дисків, і дані записуються на обох сторонах кожного з них. У більшості накопичувачів є щонайменше два або три диски (що дозволяє виконувати запис на чотирьох або шести сторонах), але існують також пристрої, що містять до 11 і більш дисків. Для кожної сторони диска передбачена своя доріжка читання/запису, але при цьому всі головки змонтовані на загальному стрижні, або стійці. Тому головки не можуть переміщатися незалежно один від одного і рухаються тільки синхронно.

Жорсткі диски обертаються набагато швидше, ніж гнучкі. Частота їх обертання навіть в більшості перших моделей складала 3600 об/мин (тобто в 10 разів більше, ніж в накопичувачі на гнучких дисках) і до сьогодення було майже єдиним стандартом для жорстких дисків.

3.2. Доріжки і сектори

Доріжка — це одне " кільце" даних на одній стороні диска. Доріжка запису на диску дуже велика, щоб використовувати її як одиницю зберігання інформації. У багатьох накопичувачах її місткість перевищує 100 тис. байт, і відводити такий блок для зберігання невеликого файлу вкрай марнотратно. Тому доріжки на диску розбивають на нумеровані відрізки, які називають секторами.

Кількість секторів може бути різною залежно від густини доріжок і типу накопичувача. Наприклад, доріжка гнучких дисків може містити від 8 до 36 секторів, а доріжка жорсткого диска — від 380 до 700. Сектори, створювані за допомогою стандартних програм форматування, мають місткість 512 байт, але не виключено, що в майбутньому ця величина зміниться.

Рис.1 Доріжки та сектори накопичувача на жорстких дисках

Рис.2 Циліндр накопичувача на жорстких дисках

Нумерація секторів на доріжці починається з одиниці, на відміну від головок і циліндрів, відлік яких ведеться з нуля. Наприклад, дискета HD (High Density) формату 3, 5 дюйми (місткістю 1, 44 Мбайт) містить 80 циліндрів, пронумерованих від 0 до 79, в дисководі встановлені дві головки (з номерами 0 і 1), і кожна доріжка циліндра розбита на 18 секторів (1-18).

3.3. Основні компоненти накопичувачів на жорстких дисках

Існує багато різних типів накопичувачів на жорстких дисках, але практично всі вони складаються з одних і тих же основних вузлів. Конструкції цих вузлів, а також якість використовуваних матеріалів можуть бути різними, але основні їх робочі характеристики і принципи функціонування однакові. До основних елементів конструкції типового накопичувача на жорсткому диску (рис.3) відносяться наступні:

■ диски;

■ головки читання/запису;

■ механізм приводу головок;

■ двигун приводу дисків;

■ друкована плата з схемами керування;

■ шлейфи і роз'єми;

■ елементи конфігурування (перемички і перемикачі).

Диски, двигун приводу дисків, головки і механізм приводу головок звичайно розміщуються в герметичному корпусі, який називається HDA (Head Disk Assembly — блок головок і дисків). Звичайно цей блок розглядається як єдиний вузол; його майже ніколи не розкривають. Інші вузли, що не входять в блок HDA (друкована плата, лицева панель, елементи конфігурації і монтажні деталі) є знімними.

Рис.3 Основні компоненти накопичувача на жорстких дисках

3.3.1. Диски

Звичайно в накопичувачі міститься один або декілька магнітних дисків. За минулі роки встановлений ряд стандартних розмірів накопичувачів, які визначаються в основному розмірами дисків, а саме:

■ 5, 25 дюйми (насправді — 130 мм, або 5, 12 дюйми);

■ 3, 5 дюйми (насправді — 95 мм, або 3, 74 дюйми);

■ 2, 5 дюйми (насправді — 65 мм, або 2, 56 дюйми);

■ 1 дюйм (насправді — 34 мм, або 1, 33 дюйми).

3.3.2. Головки читання/запису

У накопичувачах на жорстких дисках для кожної із сторін кожного диска передбачена власна головка читання/запису. Всі головки змонтовані на загальному рухомому каркасі і переміщаються одночасно.

3.3.3. Двигун приводу дисків

Двигун, що приводить в обертання диски, часто називають шпиндельним (spindle). Двигун завжди зв'язаний з віссю обертання дисків, ніякі приводні паси або шестерні для цього не використовуються. Двигун повинен бути безшумним: будь-які вібрації передаються дискам і можуть привести до помилок при зчитуванні і записі даних.

Частота обертання двигуна повинна бути строго визначеною. Звичайно вона коливається від 3600 до 15000 об/хв або більше, а для її стабілізації використовується схема управління двигуном із зворотним зв'язком (автопідстроюванням), дозволяючи досягти необхідної точності. Таким чином, контроль за частотою обертання двигуна здійснюється автоматично, і ніякі пристрої, що дозволяють зробити це вручну, в накопичувачах не передбачені. У описах деяких діагностичних програм говориться, що з їх допомогою можна зміряти частоту обертання дисків.

3.3.4. Плата керування

У кожному накопичувачі, у тому числі і на жорстких дисках, є хоча б одна плата. На ній вмонтовуються електронні схеми для управління двигуном і приводом головок, а також для обміну даними з контролером (представленими в наперед обумовленій формі). У накопичувачах IDE контролер встановлюється безпосередньо в накопичувачі, а для накопичувачів SCSI необхідно використовувати додаткову плату розширення.

3.3.5. Шлейфи і роз'єми накопичувачів

У більшості накопичувачів на жорстких дисках передбачено декілька інтерфейсних роз'ємів для підключення до системи, подачі живлення, а іноді і для заземлення корпусу. Як правило, накопичувачі мають щонайменше три типи роз'ємів:

■ інтерфейсний роз'єм (або роз'єми);

■ роз'єм живлення;

3.4. Характеристики накопичувачів на жорстких дисках

■ Ємність.

■ Швидкодія.

■ Надійність.

■ Вартість.

3.4.1. Ємність

Як вже наголошувалося, один з найвідоміших законів Паркінсона, правда, в дещо зміненому вигляді, може бути застосований і до жорстких дисків: " Об'єм даних збільшується відповідно до об'єму простору, відведеного для їх зберігання".

3.4.2.Швидкодія

Важливим параметром накопичувача на жорсткому диску є його швидкодія. Цей параметр для різних моделей може мінятися в широких межах. І як це часто буває, кращим показником швидкодії накопичувача є його ціна. Тут цілком справедливі слова, сказані з приводу гоночних автомобілів: " Швидкість коштує грошей.

Швидкодію накопичувача можна оцінити по двох параметрах:

■ швидкості передачі даних (data transfer rate);

■ середньостатистичному часу пошуку (average seek time).

3.4.3. Швидкість передачі даних

Ймовірно, найважливішою характеристикою при оцінці загальної продуктивності накопичувача є швидкість передачі даних, але, з другого боку, вона ж вважається якнайменше зрозумілою. Проблема у тому, що в даний час для кожного дисковода можуть бути визначені відразу декілька швидкостей передачі даних.

Середня швидкість передачі даних вважається важливішою характеристикою, ніж швидкість передачі даних інтерфейсу. Це пов'язано з тим, що середня швидкість є дійсною швидкістю безпосереднього зчитування даних з поверхні жорсткого диска. При цьому максимальна швидкість є, швидше, очікуваною постійною швидкістю передачі даних. Швидкість передачі носія звичайно визначається її мінімальною і максимальною величинами, хоча багато компаній, що займаються виробництвом жорстких дисків, указують тільки максимальне значення швидкості.

3.4.4.Час очікування

Часом очікування називається середній час (у мілісекундах), необхідний для переміщення головки до вказаного сектора після досягнення головкою певної доріжки. В середньому ця величина рівна половині часу, потрібного для одного обороту жорсткого диска. При збільшенні частоти обертання диска удвічі час очікування зменшиться наполовину.

Час очікування є одним з чинників, що визначають швидкість читання і запису накопичувача. Зменшення часу очікування (чого можна досягти тільки при підвищенні частоти обертання) приводить до зменшення часу доступу до даних або файлів.

В даний час швидкість обертання багатьох накопичувачів досягає 7200 об/хв, чому відповідає час очікування, рівний всього лише 4, 17 мс. При збільшенні частоти обертання до 10000 або навіть 15000 об/хв, час очікування зменшується до величин, рівних відповідно 3 і 2 мс. Збільшення частоти обертання накопичувача приводить не тільки до підвищення його ефективності, що виражається в зменшенні часу доступу до даних, але і до збільшення швидкості передачі даних, зчитаних головкою з вказаних секторів.

3.4.5. Середній час доступу

Середнім часом доступу до даних називається сума середнього часу позиціонування і часу очікування. Середній час доступу звичайно виражається в мілісекундах.

Величина середнього часу доступу (середній час позиціонування плюс час очікування) є середньою кількістю часу, необхідною накопичувачу для звернення до довільно розташованого сектора.

3.4.6. Надійність

У описах накопичувачів можна зустріти такий параметр, як середньостатистичний час між збоями (Mean Time Between Failures — MTBF), який звичайно коливається від 20 до 500 тис. годинн і більше.

Не менш важливо розуміти, що середньостатистичний час між збоями визначається для всіх накопичувачів однієї моделі, а не для окремого накопичувача. Якщо вказано, що це час рівні 500 тис. год, значить, помилка може з'явитися при загальному часі роботи 500 тис. год всіх накопичувачів даної моделі. Якщо випущений 1 млн. накопичувачів даної моделі і всі вони одночасно працюють, то можна чекати помилки щопівгодини. Параметр " середньостатистичний час між збоями" непридатний для окремого накопичувача або невеликої вибірки накопичувачів однієї моделі.

3.5. Інтерфейси накопичувачів

3.5.1. IDE

IDE (Integrated Drive Electronics) є узагальнюючим терміном, застосовним практично до кожного дисковода з вбудованим контроллером. Інтерфейс IDE отримав офіційну назву АТА (AT Attachment), прийняту як стандарт ANSI. Назва АТА, що відноситься до оригінальної паралельної версії інтерфейсу, позначає жорсткий диск, підключений безпосередньо до шини АТ, яка більш відома як 16-розрядна шина ISA.

ATA є 16-розрядним паралельним інтерфейсом, тобто по кабелю інтерфейсу одночасно передаються 16 біт. На початку 2001 року був офіційно представлений новий інтерфейс, що отримав назву Serial ATA. Serial ATA (SATA) одноразово передає по кабелю не більше одного біта даних, що дозволяє значно зменшити переріз і довжину кабелю, що використовується, за рахунок підвищення частоти передачі даних. SATA є абсолютно новою конструкцією фізичного інтерфейсу, що зберегла при цьому програмну сумісність з паралельним інтерфейсом ATA.

Оскільки в накопичувачі IDE контролер вбудований, його можна підключати безпосередньо до роз'єму на платі адаптера або на системній платі. Це істотно спрощує встановлення жорсткого диска, оскільки не потрібно під'єднувати окремі кабелі для подачі живлення, сигналів управління і т.п. Крім того, при об'єднанні контролера і жорсткого диска скорочується загальна кількість елементів у пристрої, зменшується довжина сполучних дротів, а в результаті підвищується надійність, стійкість до шумів і швидкодія системи в порівнянні з тим, коли автономний контролер підключається до жорсткого диска за допомогою довгих кабелів.

Об'єднуючи контролер (у тому числі і що входить в його склад шифратор/дешифратор) з жорстким диском, вдається істотно підвищити надійність відтворення даних в порівнянні з системами, в яких використовуються автономні контролери. Відбувається це тому що кодування даних і їх перетворення з цифрової форми в аналогову (і навпаки) здійснюється безпосередньо в жорсткому диску при меншому рівні зовнішніх перешкод. В результаті аналогові сигнали, часові параметри яких вельми критичні, не передаються по плоских кабелях, де вони могли б " набрати" завад; крім того, при передаванні сигналів по кабелях можуть виникнути непередбачувані затримки їх розповсюдження.

Роз'єм IDE на системній платі в багатьох комп'ютерах є просто " усіченим" роз'ємом шини розширення. В стандартному варіанті ATA IDE використовуються роз'єми з 40 контактами з можливих 98. Зі всього набору сигнальних ліній шини до роз'єму IDE підведені тільки ті, які необхідні для роботи стандартного контролера жорсткого диска комп'ютерів XT і AT. Коли говорять про накопичувачі IDE, то звичайно мають на увазі варіант ATA IDE, що отримав найбільше розповсюдження. Проте існують і інші різновиди накопичувачів IDE для інших шин. Існують також накопичувачі IDE, призначені для 8-розрядної шини ISA, але вони не отримали широкого розповсюдження. В більшості IBM-сумісних комп'ютерів з шинами ISA і EISA встановлювалися 16-розрядні накопичувачі ATA IDE.

Головна перевага накопичувачів ATA — їх дешевизна. Оскільки для них не потрібен окремий контролер, кількість кабелів і роз'ємів, необхідних для підключення жорсткого диска (рис.1), виявляється істотно меншою, ніж в попередньому варіанті жорсткого диска з автономним контролером.

Рис.1 Підключення жорсткого диска ATA (IDE)

Ще одна перевага накопичувачів ATA — швидкодія.

3.5.2. Накопичувачі ATA IDE

Прототип накопичувача ATA IDE, або 40-контактний IDE-роз'єм, був розроблений сумісними зусиллями компаній CDC, Western Digital і Compaq. Першим пристроєм ATA IDE став жорсткий диск формату 5, 25 дюйм місткістю 40 Мбайт половинного розміру.

Рис.1 Шлейф ATA (IDE)