Накопители информации

хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ

операционной системы, часто  используемых пакетов программ, редакторов

документов, трансляторов с  языков программирования и т.д. Наличие жесткого

диска значительно повышает удобство работы с компьютером. Для  пользователя

накопители не жёстком  диске отличаются друг от друга, прежде всего своей

ёмкостью, т.е. тем, сколько  информации помещается на диске. Сейчас

компьютеры в основном оснащаются винчестерами от 520 Мбайт  и более.

Компьютеры, работающие, как  файл серверы, могут оснащаться винчестером 4 -

8 Мбайт и не одним.

    Накопитель на  несъемном магнитном диске, созданный  на основе специальной

технологии (винчестерская  технология - отсюда название). Магнитный  диск

Винчестера (на металлической  основе) имеет большую плотность  записи и

большое число дорожек. Винчестер  может иметь несколько Магнитных  Дисков.

НЖМД типа Винчестер созданы  в 1973 г. Все магнитные диски Винчестера

(объединенные в пакет дисков) - герметически упакованы в общий кожух.

Магнитные диски НЕ могут  изыматься из HDD и заменяться на аналогичные!!!

    Магнитные головки  объединены в единый блок  (блок  магнитных  головок).

Этот блок по отношению  к дискам перемещается радиально. Во время  работы  PC

Пакет Дисков все время  вращается с постоянной скоростью (3600  об/мин).  При

Считывании/записи   информации   блок   магнитных    головок    перемещается

(позиционируется)  в   заданную  область,   где   производиться   по секторное

считывание/запись  информации.  В  силу  инерционности  процесса   обработки

информации и большой  скорости  вращения  пакета  дисков  возможна  ситуация,

когда блок  магнитных  головок  не  успеет  считать  очередной  сектор.  Для

решения этой  проблемы  используется  метод  чередования  секторов  (секторы

нумеруются не по порядку, а с  пропусками).  Например,  вместо  того,  чтобы

нумеровать секторы по порядку : 1 2 3 4 5 6 7 ... , их нумеруют так :  1  7

13 2 8 14 3 9 ...

 

В последнее  время  появились  более  скоростные  SCSI-контроллеры,  которые

обеспечивают достаточную  скорость обработки информации,  и  необходимость  в

чередовании секторов - отпадает.

    Итак, накопитель  содержит один или несколько   дисков  (Platters),  т.е.

это носитель, который смонтирован  на оси - шпинделе, приводимом  в  движение

специальным двигателем (часть  привода).  Скорость  вращения  двигателя  для

обычных моделей составляет около 3600 об/мин.  Понятно,  чем  выше  скорость

вращения, тем  быстрее  считывается  информация  с  диска  (разумеется,  при

постоянной плотности  записи), однако пластины носителя при больших оборотах

могут просто физически разрушиться.  Тем  не  менее  в современных моделях

винчестеров скорость вращения достигает 4500, 5400 или даже 7200 об/мин.

    Сами  диски  представляют  собой обработанные  с   высокой   точностью

керамические  или  алюминиевые  пластины,  на  которые  нанесен  специальный

магнитный слой (покрытие). В  некоторых случаях используются даже стеклянные

пластины. Надо отметить, что  за последние годы технология изготовления  этих

деталей ушла далеко вперед. В старых накопителях магнитное  покрытие  обычно

выполнялось из оксида железа. В настоящее время  для  покрытий  используются

гамма-феррит-оксид,  изотропный  оксид  и  феррит  бария,  однако   наиболее

широкое распространение получили  диски  с  напыленным  магнитным слоем,  а

точнее, с металлической  пленкой (например, кобальта).

    Количество дисков  может быть различным -  от  1  до  5  и  выше,  число

рабочих поверхностей при  этом соответственно в 2  раза  больше,  правда,  не

всегда. Иногда наружные поверхности  крайних дисков  или  одного  из  них  не

используются для  хранения  данных,  при  этом  число  рабочих  поверхностей

уменьшается и может оказаться  нечетным.

    Наиболее важной  частью любого накопителя являются  головки чтения/записи

(read/write head). Как правило, они находятся на  специальном  позиционере,

который  напоминает  рычаг  звукоснимателя  на  проигрывателе  грампластинок

(тонарм). Это и есть  вращающийся  позиционер  головок  (head  actuator).  К

слову сказать, существуют также  и линейные позиционеры, по  своему  принципу

движения напоминающие тангенциальные тонармы.

    В настоящее  время известно по крайней мере  несколько типов головок,

используемых  в  винчестерах:  монолитные,  композитные,  тонкопленочные   и

магнитно-резистивные  (magneto-resistance,  MR).  Монолитные  головки,   как

правило  изготовлены  из  феррита,  которые является   достаточно   хрупким

материалом. К тому же конструкция  таких головок принципиально  не  допускает

высоких  плотностей  записей.  Композитные  головки  меньше  и  легче,   чем

монолитные.  Обычно  это  стекло  на   керамическом   основании;   например,

используются  сплавы,  включающие  в  себя  такие  материалы,  как   железо,

алюминий и кремний. Керамические головки более прочные и обеспечивают  более

близкое расстояние до магнитной  поверхности носителя,  что  в  свою  очередь

ведет  к  увеличению  плотности  записи.  При  изготовлении   тонкопленочных

головок используют метод  фотолитографии, хорошо известный  полупроводниковой

промышленности. В этом  случае  слой  проводящего  материала  осаждается  на

неметаллическом основании.

    Одним из  самых   перспективных  в  настоящее   время  считают  магнитно-

резистивные головки, разработанные  фирмой IBM. Их производство начали  также

компании  Fujitsu  и Seagate.   Собственно   магнитно-резистивная   головка

представляет из себя сборку из двух головок:  тонкопленочной  для записи  и

магнитно-резистивной для чтения. Каждая из головок оптимизирована  под свою

задачу. Оказывается, магнитно-резистивная  головка при чтении как  минимум  в

три раза  эффективнее  тонкопленочной.  Если  тонкопленочная  головка имеет

обычный индуктивный принцип  действия, т.е. переменный ток рождает магнитное

поле,  то  в  магнитно-резистивном  (по  определению)  изменение  магнитного

потока меняет сопротивление  чувствительного  элемента.  Магнитно-резистивные

головки по сравнению с  другими позволяют почти на  50%  увеличить  плотность

записи на носителе. Все  современные  винчестеры  от  IBM  оснащаются  только

этими головками. Новые разработки IBM в  области  жестких  дисков  позволяют

обеспечить плотность  записи 10 Гбит на квадратный дюйм, что  примерно  в  30

раз больше, чем сейчас. Речь идет о Giant MR-головках.

    Заметим, что  в  современных  винчестерах   головки  как  бы  “летят”   на

расстоянии доли микрона (обычно около 0,13 мкм) от  поверхности дисков,  не

касаясь их.  Кстати,  в  жестких  дисках  выпуска  80  года  это  расстояние

составляло еще 1,4 мкм, в  перспективных же моделях ожидается  его  уменьшение

до 0,05 мкм.

    На первых моделях  винчестеров позиционер головок  перемещался  обычно  с

помощью шагового двигателя. В настоящее время  для  этой  цели  используются

преимущественно  линейные  (типа  voice  coil,   или   “звуковая   катушка”)

двигатели, иначе называемые соляноидными. К их преимуществам можно отнести

относительно высокую  скорость перемещения,  практическую  нечувствительность

к изменениям температуры  и положения привода. Кроме того  при  использовании

соляноидных   двигателей   реализуется   автоматическая   парковка   головок

записи/чтения при отключении питании винчестера. В отличие  от накопителей  с

шаговым   двигателем   не   требуется    периодическое    переформатирование

поверхности носителя.

    Привод движения головок представляет из  себя  замкнутую  сервосистему,

для   нормального   функционирования   которой   необходимо   предварительно

записанная  сервоинформация.  Именно  она позволяет позиционеру постоянно

знать свое точное  местоположение.  Для  записи  в  сервоинформации  система

позиционирования может  использовать  выделенные  и/или  рабочие  поверхности

носителя.  В  зависимости  от  этого  различают  выделенные,  встроенные   и

гибридные сервосистемы. Выделенные системы достаточно дороги,  однако  имеют

высокое  быстродействие,  поскольку  практически  не  тратят   времени   для

получения сервоинформации. Встроенные  сервосистемы  существенно дешевле и

менее критичны к механическим ударам и колебаниям  температуры.  К  тому  же

они позволяют сохранять  на диске больше полезной информации.  Тем  не  менее

такие системы,  как  правило  медленнее выделенных.  Гибридные сервоситемы

используют преимущества двух вышеназванных, т.е. большую емкость  и  высокую

скорость.   Большинство   современных   винчестеров   массового   применения

используют встроенную сервоинформацию.

    Кроме  всего   перечисленного,  внутри  любого  винчестера   обязательно

находится печатная плата  с  электронными  компонентами,  которые  необходимы

для нормального функционирования устройства привода.  Например,  электроника

расшифровывает команды  контроллера жесткого  диска,  стабилизирует  скорость

вращения двигателя, генерирует сигналы для головок записи и  усиливает их  от

головок чтения и т.п. В  настоящее время в ряде винчестеров  применяются  даже

цифровые сигнальные процессоры DSP (Digital Signal Processor).

    Непременными  компонентами большинства винчестеров  являются  специальные

внутренние  фильтры.  По  понятным  причинам  большое  значение  для  работы

жестких дисков имеет частота  окружающего воздуха, поскольку  грязь  или  пыль

могут вызвать соударение головки с диском, что однозначно приведет к  выходу

его из строя.

    Как известно, для установки  дисковых  накопителей   в  системном  блоке

любого персонального  компьютера предусмотрены специальные  монтажные  отсеки.

Габаритные размеры современных  винчестеров  характеризуются  форм-фактором.

Форм-фактор указывает горизонтальные и вертикальные  размеры  винчестера.  В

настоящее время горизонтальный размер жесткого диска  может  быть  определен

одним из следующих значений: 1,8; 2,5; 3,5 или  5,25  дюйма  (действительный

размер корпуса винчестера чуть больше). Вертикальный размер  характеризуется

обычно такими параметрами, как Full Height (FH),  Half-Height  (HH),  Third-

Height (или Low-Profile, LP). Винчестеры “полной” высоты имеют  вертикальный

размер более 3,25’’(82,5 мм), “половинной” - 1,63’’  и  “низкопрофильной”  -

около 1’’. Необходимо помнить, что для установки привода,  имеющего  меньший

форм-фактор, чем монтажный  отсек в системном  блоке,  придется  использовать

специальные крепления.

Накопители CD

Об  оптических дисках с однократной  записью (WORM) заговорили в конце 80-х. В 1990 г. появилась "Оранжевая книга II", устанавливавшая спецификации для записываемых CD. В 1993 г. компания Philips выпустила первый накопитель CD-R. В качестве "болванок" для записи использовались обычные поликарбонатные диски, покрытые специальным красителем (цианино-вым, фталоцианиновым или азокрасителем), поверх которого напылялся тончайший отражающий слой благородного металла, обычно чистого серебра или золота. При записи лазерный луч, сфокусированный на слое красителя, физически "выжигал" его, образуя непрозрачные участки, аналогичные "ямкам" на обычном штампованном CD.

Носители CD-R не полностью отвечают определению WORM (однократная запись, многократное чтение), поскольку часть II "Оранжевой  книги" предусматривает возможность  многосеансовой записи. Каждый сеанс состоит из одной или нескольких дорожек данных, начального и конечного "пустых" участков и соответствующей записи в "содержании" (ТОС) диска. Наличие неиспользуемых участков приводит к потере при записи каждого следующего сеанса 13,5 Мбайт пространства на CD-R.

В конце  прошлого века накопители CD-R, достигшие  к тому времени скоростей по записи-чтению 8Х/24Х, начали вытесняться более универсальными накопителями CD-RW, позволяющими записывать не только диски с однократной  записью, но и перезаписываемые диски.

В отличие  от органических красителей, используемых для формирования активного слоя в дисках CD-R, в CD-RW активным слоем  является специальный поликристаллический  сплав (серебро-индий-сурьма-теллур), который  переходит в жидкое состояние  при сильном (500-700°С) нагреве лазером. При последующем быстром остывании  жидких участков они остаются в аморфном состоянии, поэтому их отражающая способность  отличается от поликристаллических  участков. Возврат аморфных участков в кристаллическое состояние  осуществляется путем более слабого  нагрева ниже точки плавления, но выше точки кристаллизации (примерно 200°С). Выше и ниже активного слоя располагаются два слоя диэлектрика (двуокиси крем-нйяХотводящих от активного слоя излишнее тепло в процессе записи; сверху все это прикрыто отражающим слоем, а весь "сэндвич" нанесен на поликарбонатную основу, в которой выпрессованы спиральные углубления, необходимые для точного позиционирования головки и несущие адресную и временную информацию.

В накопителе CD-RW используются три режима работы лазера, отличающиеся мощностью луча: режим записи (максимальная мощность, обеспечивающая переход активного  слоя в неотражающее аморфное состояние), режим стирания (возвращает активный слой в отражающее кристаллическое  состояние) и режим чтения (самая  низкая мощность, не влияющая на состояние  активного слоя).