Накопители с магнитным носителем

В настоящее время распространены три типа накопителей с магнитной записью информации: на жестких (несъемных) магнитных дисках (НЖМД или " винчестеры "), на гибких магнитных дисках (НГМД или флоппи-дисководы) и на магнитной ленте (НМЛ или стримеры).

НЖМД содержит один или несколько жестких алюминиевых или стеклянных дисков, покрытых слоем ферромагнитного материала, которые смонтированы на оси-шпинделе. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря тонкой прослойке воздуха (доли микрон), образуемой при быстром вращении дисков. Скорость вращения современных винчестеров составляет 5400-15000 об/мин. Информация записывается на диск в результате изменения ориентации магнитных доменов на участке поверхности диска под записывающей головкой. Для кодирования информации в первых винчестерах использовался метод MFM¹³. В этом случае "1" переводится в комбинацию "01", а "0" - в комбинацию "10", если следует за битом "0", или в "00", если следует за битом "1", что обеспечивает не более трех нулей подряд. При записи этой последовательности на диск логическая "1" кодируется сменой намагниченности на соответствующем участке, а логический "0" - отсутствием смены (рис. 16.3). Это означает, что один переход намагниченности соответствует 1-3 битам.

Рис. 16.3. Схема кодирования MFM

Впоследствии стала использоваться схема кодирования RLL¹⁴. Алгоритмы RLL обеспечивают такую закодированную последовательность, что длина поля записи (количество бит между переходами от "0" к "1" или от "1" к "0") ограничена определенным диапазоном [d+1; k+1]. Параметры d и k задаются модификацией алгоритма (обозначается RLL d,k). Для винчестеров использовался RLL 2,7: 8 бит данных перекодируются в 16 так, чтобы в последовательности встречалось не менее двух и не более семи нулей. Затем был внедрен RLL 3,9 (Advanced RLL) и т.п. Большинство современных накопителей используют ту или иную модификацию RLL.

Поверхность магнитного носителя в ее первозданном виде - это всего лишь магнитное покрытие, которое не готово к работе. Структура диска, включающая в себя дорожки (концентрические полоски, но которые разделена каждая сторона пластины), цилиндры (дорожки на обеих сторонах пластины, расположенные на окружностях с одинаковым радиусом) и сектора (участки дорожки, представляющие собой наименьший размер порции данных, которая может быть изменена в результате перезаписи), формируется при физическом (низкоуровневом) форматировании. В ходе этой операции контроллер накопителя записывает на носитель служебную информацию: байты синхронизации, указывающие на начало каждого сектора, идентификационные заголовки, состоящие из номеров головки, сектора и цилиндра, байты контрольной суммы CRC (Cyclic Redundancy Check) и коды обнаружения ошибок ECC (Error Correction Code); при этом происходит также маркировка дефектных секторов для исключения обращения к ним в процессе эксплуатации диска.

Все современные винчестеры поддерживают технологию SMART (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology), которая предполагает выполнение внутренней диагностики винчестера, определяющей состояние двигателя, магнитных головок, рабочих поверхностей носителя и контроллера.

Определенный интерес представляют также накопители со сменным носителем: НГМД и НМЛ (последние реже используются в настольных системах).

Обычно дискета (floppy disk) представляет собой гибкую пластиковую пластину, покрытую ферромагнитным слоем. Эта пластина помещается в гибкую или жесткую оболочку, защищающую магнитный слой от физических повреждений. Запись и считывание дискет осуществляется с помощью специального устройства - дисковода (флоппи-дисковода). Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения.

Первая дискета диаметром в 200 мм (8 дюймов) с соответствующим дисководом была представлена фирмой IBM в 1971. В первых моделях IBM PC использовались дискеты диаметром 133 мм (5 дюйма). В 1982 году фирма Sony представила дискеты диаметром 90 мм (3 дюйма) и дисководы для них. Широкое распространение этот тип дискет получил в 1984 году, когда Apple использовала новый формат для компьютеров Macintosh. Фирма IBM приняла решение использовать 3,5-дюймовые дисководы только в 1987 году в компьютерах серии PS/2. Наиболее популярные форматы дискет представлены в табл. 16.3. При записи на дискету используется кодирование MFM.

Внутренние дисководы подключаются при помощи интерфейса SA-400, разработанного в начале 1970-х годов компанией Shugart Associates. Интерфейс относится к категории интерфейсов на уровне устройства, т.к. содержит сигналы, характерные для функций устройства (Motor On - включить мотор, Index - проход индексной метки, Side 1 Select - выбор головки и т.п.) Интерфейс обеспечивает скорость порядка 300 Кбит/с.

Таблица 16.3. Форматы дискет диаметром 5 " и 3 " (двухсторонние)
Тип дискеты15	5 " DS/DD	5 " DS/QD	3 " DS/DD	3 " DS/HD	3 " DS/ED
Размер, Кбайт
Год выпуска
Дорожек/секторов16	40/9	80/15	80/9	80/18	80/36

Носители на магнитной ленте (стримеры) применяются в компьютерах с начала 50-х годов. Сравнительные характеристики различных стримеров представлены в табл. 16.4.

Для внутренних накопителей всех типов используют интерфейсы SCSI, EIDE / ATA или SerialATA, а для внешних - SCSI, IEEE 1284 (иногда), USB и FireWire.