Учебное пособие для преподавателей и студентов средних профессиональных учебных заведений по специальности 230101 «Вычислительные машины, комплексы системы и сети»



страница7/17
Дата22.06.2019
Размер3.46 Mb.
ТипУчебное пособие
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   17

+5v
SN7438 (К155ЛА3) ┌┴┐ 744LS14 (К155ЛА11,ЛА18)
┌────┐ └┬┘220 oм ┌─────┐
────│ & o─────────┴── ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ──┬─────o 1 │───>
────│ │ 330 ом ┌┴┐ │ │
└────┘ └┬┘ └─────┘
─┴─


Рисунок 1.11. Магистраль связи для НГМД.

Описание сигналов интерфейса RS232C.

Входные от контроллера:

Reduced Write – уменьшить ток записи в головке для амплитудной коррекции, при высокой плотности записи.

Drive Select 0, 1, 2, 3 – выборка дисковода с закоммутированным адресом (номером), соответствующим затребованному. Разрешает выбранному дисководу принимать все остальные сигналы от контроллера и выдавать данные, осведомительные сигналы и состояние – в контроллер.

Motor On – сигнал на включение шпиндельного двигателя. Через секунду после него возможны операции чтения/записи.

Direction Select – при высоком уровне на этом контакте разъема, сигнал STEP перемещает головки в направлении – от центра дискеты к периферии, при низком – от центра, к периферии.

Step – перемещает головку на один шаг позиционирования (на одну дорожку). Длительность сигнала составляет 1 мксек.

Write Data – импульс, длительностью 150 нсек, вызывает запись бита на диск при активном уровне сигнала Write Gate.

Write Gate – признак записи. Разрешает работу канала записи дисковода. Он должен оставаться активным (нижний уровень) в течение 4–8 мксек после последнего записываемого бита данных. Перед поступлением этого сигнала шпиндельный двигатель должен быть включен, а головки прижаты.

Side Select – выбор верхней (при низком уровне SS = L) или нижней (при высоком уровне SS = H) головки (стороны диска).

Выходные от дисковода:

Index – сигнализирует о начале дорожки.

Track 0 – сообщает контроллеру, что головка находится на начальной, нулевой дорожке.

Write Protect – активный уровень сигнала (WP=L) предупреждает контроллер, что запись на дискету запрещена (заклеено окно защиты записи на дискете 5,25", или поднята задвижка защиты записи на 3,5" дискете). При этом запись невозможна и контроллер, при попытке записи, сообщает программе о защите дискеты от записи.

Read Data – выход считанной с дискеты смеси информационных и синхронизирующих сигналов.

Discette Change – используется только в РС/АТ, для сигнализации о проведенной смене дискеты. В РС/АТ копия таблицы FAT дискеты хранится в буфере ОЗУ и используется для поиска нужных секторов. При смене дискеты старая таблица становится недействительной и должна быть считана с дискеты заново.

Формат дорожки НГМД имееет следующую структуру:

| AMS |CRC ams| ПОЛЕ ДАННЫХ | CRC поля Dn | ECC поля данных |

здесь


AMS – адресный маркер сектора в формате: № цил. - № головки - № сектора на дорожке,

CRC ams – циклическая контрольная сумма адресного маркера,

ПОЛЕ ДАННЫХ – содержание информации в секторе,

CRC поля Dn – циклическая контрольная сумма поля данных,

ECC – код исправления ошибок в поле данных.

Контроллер i8272 (отечественный аналог – КР1810ВГ72А) предназначен для чтения, записи, форматирования гибких дисков с одинарной (FM), удвоенной (MFM) и высокой плотностью в формате "IBM SYSTEM 34".



Функционирование контроллера НГМД.

Работа контроллера НГМД, на примере чтения сектора.

Процедура чтения сектора состоит из шести шагов:

1) включение шпиндельного двигателя накопителя, соответствующего запрошенному адресу;

2) выполнение команды поиска сектора и ожидание прерывания от контроллера, указывающего, что сектор найден и информация считана в буфер сектора без ошибок;

3) инициализация контроллера DМА, для пересылки данных из буфера сектора контроллера в оперативную память;

4) посылка команды ЧТЕНИЕ буфера сектора и ожидание прерывания от контроллера, указывающего, что пересылка данных в память завершена;

5) получение информации о состоянии (статусе) контроллера;

6) выключение шпиндельного двигателя.

Подробнее:

1) Посылка от CPU байта с адресом дисковода. Например, 1Сh – включить дисковод А:. Бит 2 = 1 в этой команде указывает, что головки должны остаться на текущей дорожке, если же бит 2 = 0, то требуется выполнить рекалибровку дисковода, т.е. предварительно установить головки на нулевую дорожку.

2) Команда ПОИСК передает байт, в котором указан номер искомой дорожки. После окончания поиска дорожки контроллер инициирует прерывание типа IRQ6 (для АТ), по которому BIOS устанавливает бит 7 статуса поиска = 1 (сектор найден).

3) Инициализация DMA (8237), состоящая из пяти шагов:

- посылка кода чтения 46h, или кода записи 4Ah в порты 0В и 0С DMA;

- вычисление 20-битового адреса памяти буфера в DRAM, куда будут посылаться данные из буфера сектора;

- засылка вычисленного адреса в регистры адреса 04h и страницы 81h канала 2 DMA;

- декремент регистра-счетчика байтов канала 2 (порт 05h) DMA;

- разрешение работы канала 2 DMA (передача байта 02h в порт 0Аh).

Инициализация контроллера DMA переводит его в ожидание данных от накопителя, а драйвер обмена данными с контроллером дисковода (BIOS) должен начать посылку командного файла в контроллер НГМД для пересылки данных.

4) Посылка в контроллер дисковода командного файла ЧТЕНИЕ или ЗАПИСЬ, соответственно. После этого через DMA передаются данные из НГМД в ОЗУ, или наоборот.

5) В фазе контроля, контроллером вырабатывается прерывание и происходит его обработка драйвером BIOS, которая считывает и анализирует байты состояния контроллера по команде ЧТЕНИЕ СОСТОЯНИЯ. Если используются процедуры DOS или BIOS, то байты состояния помещаются в область данных BIOS, начиная с адреса 0040:0042, а байт статуса дискеты сохраняется в адресе 0040:0041.

6) Выключение шпиндельного двигателя происходит через 5 секунд после завершения обмена. Выдержка в 5 секунд нужна, чтобы не проводить заново процедуру включения двигателя, если за это время потребуется новое обращение к НГМД.



Контрольные вопросы.

1. Какие частоты синхронизации используются в FDD?

2. Какую емкость сектора FDD поддерживает MS DOS?

3. Можно ли использовать для чтения/записи на дисководе высокой плотности дискету, отформатированную и записанную на дисководе с удвоенной плотностью записи?

4. Каков порядок поиска нужного сектора на дискете?

5. Какие аппаратно-программные и аппаратные средства РС используются для пересылки считанных с дискеты данных в ОЗУ?

6. Что такое рекалибровка дисковода?

7. Как осуществляется контроль считанной с дискеты информации?

8. Находятся ли в контакте с поверхностью дискеты головки НГМД при чтении/записи?
1.5.2.2) Накопители на жестких магнитных дисках

Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД, HDD,) содержит:

- пакет дисков,

- блок головок чтения/записи,

- привод головок (позиционер),

- плату электроники и интерфейса.



Диски и головки.

Особенность конструкции HDD в том, что диски, головки и позиционер помещены в герметичный бокс, называемый HDA (Head Disk Assembly – сборка жесткого диска) и встроенная в него система циркуляции воздуха содержит наружный и внутренний фильтры, защищающие диски и головки от пыли. Во время работы, НЖМД очень чувствительны к тряске и ударам: микро-аварии головок (кратковременные падения головок на поверхность диска) приводят к неустранимому повреждению магнитного покрытия пластин дисков. По этим причинам разборка HDD, без повреждений накопителя, в неспециализированных условиях практически невозможна.

Воздушная подушка, возникающая при вращении дисков, благодаря аэродинамической форме держателей головок, держит головки над поверхностью дисков на высоте 2-5 мкм, т. е. головки не находятся в контакте с диском, что, вместе с защитой от пыли, позволяет использовать плотность записи в 20 – 30 раз большую, чем на дискетах.

Головки НЖМД по технологии их изготовления могут быть композитными, ферритовыми или тонкопленочными. Первые – тяжелее, обеспечивают зазор между головками и поверхностями дисков в 10-20 микродюймов, сравнительно дешевы, позволяют достичь плотности записи в 1500 TPI. Тонкопленочные – используют специальный полупроводниковый кристалл; они легче, допускают зазор до 6 микродюймов и позволяют достичь плотности записи до 2000 TPI и больше.



Позиционер.

Позиционеры в НЖМД ранее использовались двух типов: с шаговым двигателем (ШД) и с соленоидным приводом (СП), последний называется также позиционером с подвижной катушкой.

Сравнительные характеристики дисководов с шаговым и соленоидным приводами приведены в таблице 1.7.

Таблица 1.7. Сравнительные характеристики дисководов с шаговым и соленоидным приводами.

ПАРАМЕТР ШД СП

скорость позиционирования малая высокая


чувствительность к темпе-
ратурным изменениям высокая нет
чувствительность к ориен-
тации дисковода высокая нет
автопарковка головок нет есть
обслуживание периодическое нет
надежность малая хорошая
сложность малая высокая
стоимость низкая высокая.

Система с шаговым двигателем – система "открытого управления": сколько выдано сигналов ШАГ, столько и выполнено перемещений головок по цилиндрам. Считается, что головки автоматически точно устанавливаются на дорожки, но, при изменениях температуры, диски сжимаются или расширяются, поэтому позиционирование получается не вполне точным, следовательно, чтение – не вполне устойчивым, особенно при включении холодной системы. В настоящее время жесткие диски с шаговым двигателем не выпускаются и их можно встретить только в очень старых компьютерах типа IBM-286.

Соленоидный привод, вследствие существенных преимуществ перед приводом с ШД, что хорошо видно из приведенной выше таблицы 1.7, начал применяется в накопителях, емкостью более 100 Мбайт и используется во всех современных жестких дисках.

Накопитель с СП имеет специальный сервопривод, следящий за тем, чтобы головка устанавливалась точно на цилиндр. Для этого одна из поверхностей пакета дисков (служебная) содержит специальную информацию, записанную уже на заводе-изготовителе, и не участвует в запоминании данных, не форматируется и не может быть восстановлена после повреждений. Эта поверхность называется DSS (Dedicaded-Servo-Surface) и содержит также индексные метки, соответствующие цилиндрам и секторам диска.

В некоторых типах дисков, сервоинформация пишется в процессе форматирования просто между дорожками. Дисководы с выделенной поверхностью – более быстродействующие и позволяют большие плотности TPI, а с сервоинформацией, встроенной между информационными дорожками имеют большую надежность хранения информации в условиях колебаний температуры, когда взаимные размеры служебного и рабочих дисков могут изменяться.

Соленоидная система привода – это система "с замкнутой петлей управления". Сервосистема, имея 100% отрицательную обратную связь, постоянно следит за положением головок относительно дорожек и корректирует его в процессе работы.



Парковка головок дисководов с соленоидным приводом – пружинная, а дисководов с ШД электрическая, что, в последнем случае, требует автономных источников тока (накопительных емкостей) питания привода для парковки головок при нештатных отключениях питания.

Плата электроники.

Плата электроники, называемая иногда интерфейсной платой, содержит:

1) схемы управления шпиндельным двигателем,

2) схемы управления позиционером,

3) тракт чтения информации с диска,

4) тракт записи информации на диск,

5) элементы конфигурирования дисковода,

6) формирователи сигналов от датчиков ИНДЕКС, TRACK-0,

7) схемы сопряжения электроники диска с интерфейсом дисковой системы по уровням, логике и т.д.,

8) разъемы для подключения компонент накопителя, интерфейса связи с адаптером дисков и питания.

Для выработки сигналов INDEX и TRACK-0, в HDD нет оптических датчиков, как в FDD, а используются специальные индексные дорожки. После включения питания и разгона шпиндельного двигателя ищется служебная дорожка "–1", устанавливается внутренний счетчик цилиндров, головки перемещаются на цилиндр 0 и сигнал TRACK-0 передается через интерфейс контроллеру. Индексная "дорожка –1" содержит специальную метку для опознания дорожки именно как "–1".

Эксплуатационные характеристики HDD.

Номенклатура HDD включает много типов дисководов, отличающихся:

- максимальной емкостью,

- интерфейсом,

- форм-фактором (физическими размерами),

- быстродействием,

- надежностью,

- стоимостью.



Емкость жестких дисков бывает от 20 Мбайт до 80 Гбайт и выше. Дисководы емкостью более 100 Кбайт имеют всегда соленоидный привод и специальное покрытие дисков – напыление магнитного слоя особой структуры, и, тем самым, отличаются повышенными допустимыми продольной и поперечной плотностями записи.

Быстродействие дисковода определяется временем произвольного доступа к информации и зависит от организации хранения данных на диске, скорости вращения пакета дисков и скорости позиционирования головок.

Время доступа к информации на диске складывается из:

1) времени установки головок на требуемый цилиндр и времени успокоения позиционера;

2) времени ожидания подхода искомого сектора к головкам;

3) времени чтения информации с найденного сектора;

4) скорости передачи данных из буфера сектора в DRAM компьютера.

Среднее время установки головок составляет:

для РС/ХТ – 40 - 65 мсек,

для РС/АТ – 28 -40 мсек,

для РС386 – 12 - 20 мсек.

Скорость передачи данных определяется, главным образом, применяемым методом кодирования (FM, MFM, RLL), используемым интерфейсом, наличием буферов данных и их объемами.

Максимальная скорость считывания данных вычисляется как



Vmax = w * N * n * m,

где
w – скорость вращения шпиндельного двигаткля,


N – число секторов на дорожку диска,
n – емкость сектора (количество байтов в секторе),
m – число бит в байте.

Если принять распространенные значения: w = 3600 об/мин, n = 512 байт, m = 8, тогда скорость считывания данных будет определяться количеством секторов на дорожку данного диска

Так, накопитель с 17 секторами на дорожку должен иметь скорость передачи 4.177.920 бит/сек. Реально эту скорость достичь не удается, так как нужно время и для запоминания информации в ОЗУ РС, а пока контроллер и ПДП (или CPU) заняты передачей информации из буфера сектора в ОЗУ, диски продолжают вращаться, так что к концу передачи информации, считанной с предыдущего сектора, следующий сектор бывает уже недоступен (пройден идентификатор следующего сектора) и для чтения требуемого сектора придется ждать еще один оборот диска. Для РС/АТ ранних моделей без прокрутки лишнего оборота мог быть передан только каждый третий сектор, а для РС/ХТ только пятый.

Преодолеть этот недостаток позволяет прием, называемый фактором чередования секторов (Interleave). Смысл его в том, что физические сектора нумеруются (присваиваются адреса) не подряд, а так, чтобы к моменту окончания передачи считанных данных сектора, к головке подходил сектор со следующим по порядку адресом.

Например, при чередовании 3:1 сектора нумеруются в следующем порядке: 1, 7, 13, 2, 8, 14, 3, 9,15, 4 и т. д. Так что, пока контроллер обрабатывает данные из сектора 1, секторы 7 и 13 пройдут мимо головок и к считыванию будет готов сектор 2 и т. д. Выбор фактора чередования (а он устанавливается программно, во время низкоуровневого форматирования диска и записывается как один из параметров конфигурации HDD), должен быть проведен с учетом:

- быстродействия HDD,

- быстродействия контроллера,

- скорости обработки ввода CPU,

- наличия и скорости работы контроллера ПДП.

Вручную все это учесть достаточно сложно, но помогают некоторые программы тестирования из DOS и NU: CALIBRATE, ROM Diagnostic и др.

Важным, с точки зрения возможности установки HDD в корпусе РС, является форм-фактор:

- 5.25" полной высоты (82 мм), сейчас такие диски уже не выпускаются, но в компьютерах, выпущенных в 80 – 90 годы еще встречаются,

- 5.25" половинной высоты (41 мм),

- 3.5" половинной высоты.



Интерфейсы связи НЖМД с контроллером.

Средство связи HDD с контроллером, интерфейс, должен быть строго согласован для обоих этих устройств. В основном используются следующие типы интерфейсов:

ST-506 – с FM-кодированием, очень устаревший, использовался для РС/ХТ;

ST-506/412 – с MFM-кодированием. Этот интерфейс обладает свойством буферизованного (быстрого) поиска. Его достоинство в том, что он имеет встроенные средства автоконфигурирования и может автоматически изменять тип и параметры диска: число головок, номер цилиндра прекомпенсации, зону парковки головок.

Строго говоря, физические параметры, такие, как количество цилиндров (количество дорожек на каждой из поверхностей диска – определяется диаметром диска и шагом позиционера, управляемого от ШД или служебной поверхности DSS), количество головок (рабочих поверхностей пакета дисков), зона парковки головок, емкость неформатированного диска – неизменны и изменены быть не могут. Но для контроллера эти параметры могут быть и переопределены. Так число головок может быть условно увеличено за счет уменьшения числа дорожек, зона парковки при этом тоже изменится (оставаясь физически той же, самой близкой к центру, еще доступной позиционеру). Начальный цилиндр прекомпенсации при этом тоже изменится, но физически опять-таки оставаясь тем же;

IDE (AT BUS) – достаточно современный скоростной интерфейс, самый популярный до недавнего времени;

ST-412/RLL – интерфейс уже устаревший, но RLL-кодирование (Run Length Limited) поддерживает высокую продольную плотность записи (RLL 2,7 – максимальное число неперемагничивающихся элементарных ячеек носителя – 2 из 7). Способы кодирования FM и MFM тоже могут считаться разновидностями RLL: FM = RLL 0,1; MFM = RLL 1,3.

ESDI – вполне современный интерфейс, использует MFM- или RLL-кодирование и очень многие HDD выпускаются именно с этим интерфейсом;

SCSI – относительно новый тип интерфейса, весьма перспективный, поддерживает технологию P&P (Plug and Play – подключил-и-работай), но требует, чтобы HDD имел встроенный SCSI-контроллер, а сам контроллер шины SCSI является только HOST-адаптером, ведущим, выполняющим функции управления исполнительными контроллерами, которые находятся непосредственно в УВВ, и решает задачу стандартного сопряжения со всеми ведомыми УВВ.

Каждый из приведенных здесь интерфейсов требует, для соединений диска с контроллером (адаптером), своих шлейфов, отличающихся количеством проводов, типом используемых разъемов и даже – числом соединительных шлейфов. Полезно знать их разновидности:



Контроллер число проводов и шлейфов

ST506/412 34 управляющего и 20 – данных (два шлейфа)

ESDI 34 управляющего и 20 – данных (два шлейфа)

Адаптер

IDE 40


SCSI 50

Контрольные вопросы.

1. Как обеспечивается необходимый для работы дисковода зазор между головками чтения-записи и поверхностью диска в НЖМД?

2. В каких условиях можно разбирать Head Disk Assembly НЖМД?

3. Какие меры предосторожности следует принимать для защиты НЖМД от микроаварий головок?

4. Какие типы приводов головок используются в НЖМД?

5. В чем состоят достоинства и недостатки соленоидного привода головок НЖМД?

6. Для чего служит сервоповерхность пакета дисков НЖМД?

7. Из чего складывается время доступа к информации на диске?

8. Что такое фактор чередования секторов и как он влияет на производительность дисковой
системы РС?

9. В чем достоинства SCSI-интерфейса?



1.5.2.3) Устройства массовой памяти на сменных носителях

К устройствам массовой памяти на сменных носителях относят устройства, имеющие емкость, значительно превышающую емкость обычных дискет. Эти устройства предназначены для архивации данных, или для переноса больших объемов информации с одного компьютера на другой. В зависимости от назначения, такие устройства выполняются внутренними или внешними, стационарными или портативными. Большинство этих устройств имеют интерфейс SCSI или ATA. Портативные устройства часто имеют интерфейс подключения к параллельному порту, что облегчает их подключение к любому компьютеру, но приводит к проигрышу в скорости передачи информации и к повышенной нагрузке процессора при обмене данными. Устройства на сменных носителях, как дисковые, так и ленточные, могут и не иметь поддержки на уровне ROM BIOS, при этом доступ к ним становится возможным только после инсталляции специальных драйверов.



Сменные накопители на жестких дисках.

Накопители на жестких магнитных дисках могут иметь различные уровни сменяемости. НЖМД обычно устанавливается в компьютер надолго, и для его смены требуется частично разбирать системный блок. Существуют и специальные накопители, допускающие "горячую" замену (Hot Swap) без отключения питания и специальный конструктив, позволяющий снимать и устанавливать их прямо с лицевой панели, не разбирая системного блока. Выпускаются недорогие переходники типа Mobile Rack, позволяющие использовать, в качестве съемного, обычный АТА-диск, но следует иметь в виду, что обычные накопители все-таки боятся тряски и ударов, опасность которых при их переноске сильно повышается. Поэтому, больший интерес представляют накопители со съемными носителями.

Диски Бернулли.

Диски Бернулли (Bernoulli Removable Media Drive) используют 3,5" гибкие диски в жесткой кассете, объемом 35 – 150 Мбайт. При вращении диска со скорость 3600 об/мин возникает эффект Бернулли (воздушная подушка), поддерживающий головки на минимальной высоте от носителя, без непосредственного контакта с его поверхностью, подобно обычным НЖМД. По скоростным характеристикам, они близки к обычным НЖМД, а кассета устойчива к внешним воздействиям. Используются интерфейсы IDE, SCSI, или LPT-порта.

Кассетные жесткие диски.

Кассетные жесткие диски (SyQuest Removable Media Drives) используют специальные 5,25", 3,5" и 1,8" картриджи с жесткими дисками и, по скоростям обмена, они сравнимы с дисками Бернулли. Кассеты имею большую емкость, но более чувствительны к пыли, ударам и другим внешним воздействиям.

Гибкие магнитооптические диски.

Гибкие магнитооптические диски (Floptical Drives) представляют собой 3,5" диски сверхвысокой плотности и могут иметь емкости порядка 20 Мбайт (755 дорожек, 27 сект/дор по 512 байт/сектор). Высокая поперечная плотность записи в них достигается применением лазерной системы позиционирования головок. Скорость вращения диска 720 об/мин, интерфейс SCSI, ATA или специальный адаптер, позволяющий использовать их в качестве дисковода А: Накопитель совместим и с обычными 3,5" дискетами 720 Кбайт, 1,44 Мбайт, а с 2,88 Мбайт– только по чтению. Современные устройства LS-120 (Laser Servo 120 Мбайт) имеют емкость дискеты 120 Мбайт, по 1736 треков на каждой стороне с зонным форматом записи. Устройство использует интерфейc ATAPI и логическую геометрию – 960 цилиндров, 8 головок по 32 сектора на дорожку. Лазерное позиционирование позволяет использовать до 900 сервотреков. Накопитель существенно дешевле специальных магнитооптических устройств, но его удельная стоимость на единицу информации гораздо выше. Новые версии BIOS имеют поддержку этих LS-накопителей и позволяют включать их в последовательность загрузочных устройств.



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   17


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница