Лекція 5
Накопичувачі на магнітних дисках. Класифікація, основні характеристики. Накопичувачі на гнучких (НГМД) магнітних дисках. Принципи дії, конструкція, основні вузли

1. Історія створення накопичувачів на гнучких магнітних диска

Працюючи у фірмі IBM, Алан Шугарт (Alan Shugart) наприкінці 60-х років винайшов нагромаджувач на гнучких дисках. У 1967 році він очолював команду, що розробляла дисководи в лабораторії фірми IBM. Саме тут були створені нагромаджувачі на гнучких дисках. Дэвид Нобль (David Noble), один з інженерів, що працюють під керівництвом Шугарта, запропонував гнучкий диск (прообраз дискети діаметром 8 дюймів) і захисний кожух з тихорєцькою прокладкою. У 1969 році Шугарт і разом з ним більш ста інженерів залишили IBM, і в 1976 голові його фірма Shugart Associates представила дисковод для мініатюрних (mini-floppy) гнучких дисків на 5,25 дюйма, що став стандартом, використовуваним у персональних комп'ютерах, швидко витиснувши дисководи для дисків діаметром 8 дюймів. Компанія Shugart Associates також представила інтерфейс Shugart Associates System Interface (SASI), що після формального схвалення комітетом ANSI у 1986 році був перейменував у Small Computer System Interface (SCSI). У 1983 році фірма Sony уперше представила комп'ютерному співтовариству нагромаджувач і дискету діаметром 3,5 дюйми. У 1984 голові фірма Hewlett-Packard уперше використовувала у своєму комп'ютері НР-150 цей нагромаджувач. У цьому ж році фірма Apple стала використовувати нагромаджувачі 3,5 дюйми в комп'ютерах Macintosh, а в 1986 році цей нагромаджувач з'явився в комп'ютерних системах фірми IBM. Потрібно визнати, що Алан Шугарт уніс величезний вклад в індустрію персональних комп'ютерів. Він і його компанії створили гнучкі і тверді диски, нагромаджувач SCSI і інтерфейси контролерів, що використовуються і донині. Усі дисководи для гнучких дисків у комп'ютерах PC засновані на оригінальних розробках Шугарта (або сумісні з ними).

Компоненти дисководу Усі дисководи для гнучких дисків, незалежно від їхнього типу, складаються з декількох основних частин. Для того щоб правильно установити і використовувати дисковод, потрібно розбиратися в його компонентах і знати, для чого вони призначені (мал.1). Голівки читання/запису Дисковод, як правило, має двох голівок для читання і запису даних, тобто є двостороннім (мал.2). Для кожної сторони диска призначено по одній голівці; обидві голівки використовуються для читання і запису на відповідних поверхнях диска. Багато користувачів не знають, що першої є нижня голівка (тобто голівка 0). Верхня голівка (голівка 1) розташована неточно над нижньої, а зміщена на чотири або вісім доріжок ближче до центра (щодо неї), у залежності від типу дисководу. Голівки приводяться в рух двигуном, що називається приводом голівок. Вони можуть переміщатися по прямої лінії і встановлюватися над різними доріжками. Голівки рухаються по дотичній до доріжок, що вони записують на диск. Оскільки верхня і нижня голівки монтуються на одному власнику (або механізмі), вони рухаються одночасно і не можуть переміщатися незалежно друг від друга. Голівки являють собою електромагнітні котушки із сердечниками з м'якого сплаву заліза. Кожна голівка є складним пристроєм, у якому голівка читання/запису розташована між двома голівками, що стирають, в одному фізичному пристрої (мал.3). Метод запису називається тунельним підчищенням. При записі доріжок додаткові голівки стирають зовнішні границі, акуратно підрівнюючи них на диску. Ці голівки стежать, щоб дані знаходилися тільки в межах визначеного вузького "тунелю" на кожній доріжці. Це перешкоджає перекручуванню сигналу однієї доріжки сигналами із сусідніх дрожок. Позиціонування – це розташування голівок щодо доріжок, що використовуються ними для читання і запису. Голівки постачені пружинами і притискаються до диска під невеликим тиском. Новітні диски покриваються спеціальними складами для зменшення тертя і підвищення ковзання. Для того щоб інформація була лічена і записана правильно, голівки повинні знаходитися в безпосередньому контакті з записуючим середовищем. Дуже маленькі частки оксиду, що відколовся, бруд, пил, дим і відбитки пальців можуть викликати Проблеми при читанні і записі даних. Дослідження виробників дисків і драйверів показали, що зазор величиною 0,000032 дюйма між голівками і записуючим середовищем може викликати помилки читання/запису.
Привод голівок Це пристрій з механічним двигуном, що змушує голівки переміщатися над поверхнею диска (мал.4). У таких пристроях звичайно використовується кроковий двигун, що здійснює переміщення в двох напрямках з визначеним збільшенням, або кроком. Цей двигун повертається на точно визначений кут і зупиняється. Кроковий двигун виконує переміщення між фіксованими обмежниками, або упорами, і повинний зупинятися при визначеному положенні обмежника. Крокові двигуни не можуть здійснювати безперервне позиціонування. Кожен крок Рис.3. Конструкція головки дисковода для гнучких дисків переміщення визначає доріжку на диску. Двигуном керує контролер диска, за допомогою якого він може установлюватися відповідно до будь-якого відносного збільшення в межах границь його переміщення. Наприклад, для позиціонування голівок на доріжці 25 двигун повинний одержати команду перейти на позицію 25 крокового стопора з нульового циліндра. Звичайно кроковий двигун з'єднаний із власником голівок згорнутої в спіраль сталевою стрічкою. Стрічка намотується на вісь крокового двигуна, перетворюючи обертальний рух у поступальне. У деяких дисководах замість стрічки використовується гвинтова або черв'ячна передача. У пристроях цього типу голівки монтуються на гвинтовий (черв'ячної) передачі, що приводиться в Рух безпосередньо валом крокового двигуна. Оскільки цей пристрій більш компактно, такий привод установлюється на мініатюрних дисководах на 3,5 дюйми. Більшість крокових двигунів, встановлених у дисководах гнучких дисків, здійснює переміщення з визначеним кроком, зв'язаним з відстанню між доріжками на диску. Дисководи з 48 TPI (Track Per Inch— доріжок на дюйм) оснащені двигуном, що повертається з кроком 3,6°. Це означає, що кожен поворот двигуна на 3,6° переміщає голівки з однієї доріжки (або циліндра) на іншу. Дисководи 96 або 135 ТРІ має кроковий двигун зі збільшенням 1,8°, що дорівнює половині кроку в дисководах з 48 TPI.
Дисководи гнучких дисків діаметром 5,25 дюйма на 360 Кбайт випускаються тільки з щільністю 48 TPI, у них використовується кроковий двигун зі збільшенням 3,6°. В всіх інших типах дисководів звичайно використовується кроковий двигун зі збільшенням 1,8°. Звичайно кроковий двигун виглядає як маленький циліндр, розташований у куті дисководу. Кроковий двигун повертається з одного крайнього положення в інше приблизно за 0,2 з, або 200 мс. У середньому половина ходу двигуна займає 100 мс, а одна третина ходу — 66 мс. Час половини і третини ходу пристрою привода голівок часто використовується для визначення середнього часу доступу до дисководу. __ Рознімання Майже всі дисководи мають хоча б два рознімання: один для подводимого до дисководу електричного харчування, а іншої для передачі сигналів керування і даних до дисководу і від нього. Ці рознімання в комп'ютерній промисловості стандартизовані. Чотирьох контактне лінійне рознімання Mate-N-Lock фірми AMP великого і малого розмірів використовується для підключення харчування (мал.6.), а 34-контактні рознімання — для сигналів даних і керування. У дисководах формату 5,25 дюйма звичайно використовується велике рознімання для харчування і 34-контактне рознімання, у той час як у більшості дисководів формату 3,5 дюйми для харчування використовується мале рознімання. І велике і мале рознімання з боку кабелю харчування є розніманнями-мамами. Вони насаджуються на штирьовій рознімання (папу), що прикріплене безпосередньо до дисководу. У більшості стандартних комп'ютерів використовуються дисководи формату 3,5 дюйми з 34-контактними розніманнями для сигналів і окремим малим розніманням для харчування. Для старих комп'ютерів багато виробників дисководів продають також дисководи формату 3,5 дюйми, змонтовані на рамі для дисководів формату 5,25 дюйма і маютьспеціальний перехідник, що дозволяє використовувати велике рознімання харчування і стандартне

Интерфейсный кабель дисководу гнучких дисків

На дисководах формату 3,5 і 5,25 дюйми використовується 34-контактне рознімання. Призначення контактів рознімання приведене в табл. 1.
 

типом кабелю мають перемички, встановлені однаково, а настроювання й установка дисководів спрощується.

Перемичка датчика типу дискети

Ця перемичка існує тільки на дисководах формату 3.5" ємністю 1.44 або 2.88 Мбайт. Перемичка датчика типу дискети повинна бути встановлена так, щоб уключався спеціальний датчик типу дискети, що знаходиться в дисководу, що визначає спеціальний отвір для датчика, наявне тільки в дискетах ємністю 1,44 Мбайт високої щільності і 2.88 Мбайт надвисокої щільності. У багатьох дисководах ці перемички встановлені постійно (включені) і не можуть переключатися. Дисководи формату 3,5" високої щільності, установлені на IBM-сумісних комп'ютерах, у режимі подвійної щільності працюють неправильно, якщо тільки дисковод не керує струмом запису (рівнем запису) за допомогою встановленого і підключеного датчика типу дискети. Виключенням є комп'ютери з контролерами гнучких дисків, убудованими в материнську плату.

Контролер дисководів

Контролер дисководів складається з електричної схеми, розташованої на окремій платі адаптера або убудованої в материнську плату. Він діє як інтерфейс між дисководами гнучких дисків і системою. У більшості комп'ютерів класу PC або XT використовується окрема плата контролера, що займає окремий слот у системному блоці. У комп'ютерах AT контролери нагромаджувачів на гнучких і твердих дисках звичайно монтуються на одній платі адаптера, що також займає один слот. У більшості сучасних комп'ютерів контролер знаходиться на материнській (системної) платі.

Типи дисководів

У IBM-сумісних комп'ютерах використовується п'ять типів дисководів гнучких дисків. Дисководи можна класифікувати по параметрах форматування (див. табл. 2). Майже всі дисководи можуть форматувати різні типи дискет. Наприклад, дисковод формату 3.5" ED може форматувати і записувати будь-яку дискету діаметром 3.5". Дисковод формату 5.25" HD також може форматувати і записувати будь-яку дискету діаметром 5,25" (хоча. як було описано вище. можуть виникати проблеми через розбіжність ширини доріжок). Цей дисковод може навіть створювати деякі застарілі формати, включаючи формати для однобічних дискет і формати для дискет з вісьма секторами на доріжці. У табл.2 приведені параметри форматування гнучких дисків. Як випливає з табл.11.2, ємність різних дисків визначається декількома параметрами. Одні з них однакові для всіх дисководів, а інші міняються в залежності від дисководу. Наприклад, усі нагромаджувачі створюють 512-байтовые фізичні сектори.