Frequently Asked Questions (Часто Задаваемые Вопросы)
по магнитно-дисковым накопителям IBM PC
Создан: 11.12.95
Последняя модификация: 10.03.00
Автор: Евгений Музыченко (Eugene Muzychenko)
2:5000/14@FidoNet, music@spider.nrcde.ru
Copyright (C) 1995-99, Eugene V. Muzychenko. All rights reserved.
Все права в отношении данного текста принадлежат автору. При
воспроизведении текста или его части сохранение Copyright обязательно.
Коммерческое использование допускается только с письменного разрешения
автора.
При наличии изменений с момента последней публикации они отмечаются
знаком ">-".
----------------------------------------------------------------------
- Как устроен и работает современный 3.5" дисковод?
Основные внутренние элементы дисковода - дискетная рама, шпиндельный
двигатель, блок головок с приводом и плата электроники.
Шпиндельный двигатель - плоский многополюсный, с постоянной скоростью
вращения 300 об/мин. Двигатель привода блока головок - шаговый, с
червячной, зубчатой или ленточной передачей.
Для опознания свойств дискеты на плате электроники возле переднего
торца дисковода установлено три механических нажимных датчика: два -
под отверстиями защиты и плотности записи, и третий - за датчиком
плотности - для определения момента опускания дискеты.
Вставляемая в щель дискета попадает внутрь дискетной рамы, где с нее
сдвигается защитная шторка, а сама рама при этом снимается со стопора
и опускается вниз - металлическое кольцо дискеты при этом ложится на
вал шпиндельного двигателя, а нижняя поверхность дискеты - на нижнюю
головку (сторона 0). Одновременно освобождается верхняя головка,
которая под действием пружины прижимается к верхней стороне дискеты.
На большинстве дисководов скорость опускания рамы никак не ограничена,
из-за чего головки наносят ощутымый удар по поверхностям дискеты, а
это сильно сокращает срок их надежной работы. В некоторых моделях
дисководов (Teac, Panasonic, ALPS) предусмотрен замедлитель-микролифт
для плавного опускания рамы. Для продления срока службы дискет и
головок в дисководах без микролифта рекомендуется при вставлении
дискеты придерживать пальцем кнопку дисковода, не давая раме
опускаться слишком резко.
На валу шпиндельного двигателя имеется кольцо с магнитным замком,
который в начале вращения двигателя плотно захватывает кольцо дискеты,
одновременно центрируя ее на валу. В большинстве моделей дисководов
сигнал от датчика опускания дискеты вызывает кратковременный запуск
двигателя с целью ее захвата и центрирования.
Дисковод соединяется с контроллером при помощи 34-проводного кабеля, в
котором четные провода являются сигнальными, а нечетные - общими.
Общий вариант интерфейса предусматривает подключение к контроллеру до
четырех дисководов, вариант для IBM PC - до двух. В общем варианте
дисководы подключаются полностью параллельно друг другу, а номер
дисковода (0..3) задается перемычками на плате электроники; в варианте
для IBM PC оба дисковода имеют номер 1, но подключаются при помощи
кабеля, в котором сигналы выбора (провода 10-16) перевернуты между
разъемами двух дисководов. Иногда на разъеме дисковода удаляется
контакт 6, играющий в этом случае роль механического ключа.
Интерфейс дисковода достаточно прост и включает сигналы выбора
устройства (четыре устройства в общем случае, два - в варианте для IBM
PC), запуска двигателя, перемещения головок на один шаг, включения
записи, считываемые/записываемые данные, а также информационные
сигналы от дисковода - начало дорожки, признак установки головок на
нулевую (внешнюю) дорожку, сигналы с датчиков и т.п. Вся работа по
кодированию информации, поиску дорожек и секторов, синхронизации,
коррекции ошибок выполняется контроллером.
Стандартный формат дискеты типа HD (High Density - высокая плотность)
- 80 дорожек на каждой из сторон, 18 секторов по 512 байт на дорожке.
Уплотненный формат - 82 или 84 дорожки, до 20 секторов по 512 байт,
или до 11 секторов по 1024 байта.
----------------------------------------------------------------------
- Как устроен и работает современный винчестер?
Типовой винчестер состоит из гермоблока и платы электроники. В
гермоблоке размещены все механические части, на плате - вся
управляющая электроника, за исключением предусилителя, размещенного
внутри гермоблока в непосредственной близости от головок.
В дальней от разъемов части гермоблока установлен шпиндель с одним или
несколькими дисками. Диски изготовлены чаще из алюминия, реже - из
керамики или стекла, и покрыты тонким слоем окиси хрома, которая имеет
существенно большую износостойкость, чем покрытие на основе окиси
железа в ранних моделях.
Под дисками расположен двигатель - плоский, как во floppy-дисководах,
или встроенный в шпиндель дискового пакета. При вращении дисков
создается сильный поток воздуха, который циркулирует по периметру
гермоблока и постоянно очищается фильтром, установленным на одной из
его сторон.
Ближе к разъемам, с левой или правой стороны от шпинделя, находится
поворотный позиционер, несколько напоминающий по виду башенный кран: с
одной стороны оси, находятся обращенные к дискам тонкие, длинные и
легкие несущие магнитных головок, а с другой - короткий и более
массивный хвостовик с обмоткой электромагнитного привода. При
поворотах коромысла позиционера головки совершают движение по дуге
между центром и периферией дисков. Угол между осями позиционера и
шпинделя подобран вместе с расстоянием от оси позиционера до головок
так, чтобы ось головки при поворотах как можно меньше отклонялась от
касательной дорожки.
В более ранних моделях коромысло было закреплено на оси шагового
двигателя, и расстояние между дорожками определялось величиной шага. В
современных моделях используется так называемый линейный двигатель,
который не имеет какой-либо дискретности, а установка на дорожку
производится по сигналам, записанным на дисках, что дает значительное
увеличение точности привода и плотности записи на дисках.
Обмотку позиционера окружает статор, представляющий собой постоянный
магнит. При подаче в обмотку тока определенной величины и полярности
коромысло начинает поворачиваться в соответствующую сторону с
соответствующим ускорением; динамически изменяя ток в обмотке, можно
устанавливать позиционер в любое положение. Такая система привода
получила название Voice Coil (звуковая катушка) - по аналогии с
диффузором громкоговорителя.
На хвостовике обычно расположена так называемая магнитная защелка -
маленький постоянный магнит, который при крайнем внутреннем положении
головок (landing zone - посадочная зона) притягивается к поверхности
статора и фиксирует коромысло в этом положении. Это так называемое
парковочное положение головок, которые при этом лежат на поверхности
диска, соприкасаясь с нею. В ряде дорогих моделей (обычно SCSI) для
фиксации позиционера предусмотрен специальный электромагнит, якорь
которого в свободном положении блокирует движение коромысла. В
посадочной зоне дисков информация не записывается.
В оставшемся свободном пространстве размещен предусилитель сигнала,
снятого с головок, и их коммутатор. Позиционер соединен с платой
предусилителя гибким ленточным кабелем, однако в отдельных винчестерах
(в частности - некоторые модели Maxtor AV) питание обмотки подведено
отдельными одножильными проводами, которые имеют тенденцию ломаться
при активной работе.
Гермоблок заполнен обычным обеспыленным воздухом под атмосферным
давлением. В крышках гермоблоков некоторых винчестеров специально
делаются небольшие окна, заклеенные тонкой пленкой, которые служат для
выравнивания давления внутри и снаружи. В ряде моделей окно
закрывается воздухопроницаемым фильтром.
У одних моделей винчестеров оси шпинделя и позиционера закреплены
только в одном месте - на корпусе винчестера, у других они
дополнительно крепятся винтами к крышке гермоблока. Вторые модели
более чувствительны к микродеформации при креплении - достаточно
сильной затяжки крепежных винтов, чтобы возник недопустимый перекос
осей. В ряде случаев такой перекос может стать труднообратимым или
необратимым совсем.
Плата электроники - съемная, подключается к гермоблоку через один-два
разъема различной конструкции. На плате расположены основной процессор
винчестера, ПЗУ с программой, рабочее ОЗУ, которое обычно используется
и в качестве дискового буфера, цифровой сигнальный процессор (DSP) для
подготовки записываемых и обработки считанных сигналов, и интерфейсная
логика. На одних винчестерах программа процессора полностью хранится в
ПЗУ, на других определенная ее часть записана в служебной области
диска. На диске также могут быть записаны параметры накопителя
(модель, серийный номер и т.п.). Некоторые винчестеры хранят эту
информацию в электрически репрограммируемом ПЗУ (EEPROM).
Многие винчестеры имеют на плате электроники специальный
технологический интерфейс с разъемом, через который при помощи
стендового оборудования можно выполнять различные сервисные операции с
накопителем - тестирование, форматирование, переназначение дефектных
участков и т.п. У современных накопителей марки Conner технологический
интерфейс выполнен в стандарте последовательного интерфейса, что
позволяет подключать его через адаптер к алфавитно-цифровому терминалу
или COM-порту компьютера. В ПЗУ записана так называемая
тест-мониторная система (ТМОС), которая воспринимает команды,
подаваемые с терминала, выполняет их и выводит результаты обратно на
терминал.
Ранние модели винчестеров, как и гибкие диски, изготовлялись с чистыми
магнитными поверхностями; первоначальная разметка (форматирование)
производилась потребителем по его усмотрению, и могла быть выполнена
любое количество раз. Для современных моделей разметка производится в
процессе изготовления; при этом на диски записывается сервоинформация
- специальные метки, необходимые для стабилизации скорости вращения,
поиска секторов и слежения за положением головок на поверхностях. Не
так давно для записи сервоинформации использовалась отдельная
поверхность (dedicated - выделенная), по которой настраивались головки
всех остальных поверхностей. Такая система требовала высокой жесткости
крепления головок, чтобы между ними не возникало расхождений после
начальной разметки. Ныне сервоинформация записывается в промежутках
между секторами (embedded - встроенная), что позволяет увеличить
полезную емкость пакета и снять ограничение на жесткость подвижной
системы. В некоторых современных моделях применяется комбинированная
система слежения - встроенная сервоинформация в сочетании с выделенной
поверхностью; при этом грубая настройка выполняется по выделенной
поверхности, а точная - по встроенным меткам.
Поскольку сервоинформация представляет собой опорную разметку диска,
контроллер винчестера не в состоянии самостоятельно восстановить ее в
случае порчи. При программном форматировании такого винчестера
возможна только перезапись заголовков и контрольных сумм секторов
данных.
При начальной разметке и тестировании современного винчестера на
заводе почти всегда обнаруживаются дефектные сектора, которые
заносятся в специальную таблицу переназначения. При обычной работе
контроллер винчестера подменяет эти сектора резервными, которые
специально оставляются для этой цели на каждой дорожке, группе дорожек
или выделенной зоне диска. Благодаря этому новый винчестер создает
видимость полного отсутствия дефектов поверхности, хотя на самом деле
они есть почти всегда.
При включении питания процессор винчестера выполняет тестирование
электроники, после чего выдает команду включения шпиндельного
двигателя. При достижении некоторой критической скорости вращения
плотность увлекаемого поверхностями дисков воздуха становится
достаточной для преодоления силы прижима головок к поверхности и
поднятия их на высоту от долей до единиц микрон над поверхностями
дисков - головки "всплывают". С этого момента и до снижения скорости
ниже критической головки "висят" на воздушной подушке и совершенно не
касаются поверхностей дисков.
После достижения дисками скорости вращения, близкой к номинальной
(обычно - 3600, 4500, 5400 или 7200 об/мин) головки выводятся из зоны
парковки и начинается поиск сервометок для точной стабилизации
скорости вращения. Затем выполняется считывание информации из
служебной зоны - в частности, таблицы переназначения дефектных
участков.
В завершение инициализации выполняется тестирование позиционера путем
перебора заданной последовательности дорожек - если оно проходит
успешно, процессор выставляет на интерфейс признак готовности и
переходит в режим работы по интерфейсу.
Во время работы постоянно работает система слежения за положением
головки на диске: из непрерывно считываемого сигнала выделяется сигнал
рассогласования, который подается в схему обратной связи, управляющую
током обмотки позиционера. В результате отклонения головки от центра
дорожки в обмотке возникает сигнал, стремящийся вернуть ее на место.
Для согласования скоростей потоков данных - на уровне
считывания/записи и внешнего интерфейса - винчестеры имеют
промежуточный буфер, часто ошибочно называемый кэшем, объемом обычно в
несколько десятков или сотен килобайт. В ряде моделей (например,
Quantum) буфер размещается в общем рабочем ОЗУ, куда вначале
загружается оверлейная часть микропрограммы управления, отчего
действительный объем буфера получается меньшим, чем полный объем ОЗУ
(80-90 кб при ОЗУ 128 кб у Quantum). У других моделей (Conner, Caviar)
ОЗУ буфера и процессора сделаны раздельными.
При отключении питания процессор, используя энергию, оставшуюся в
конденсаторах платы либо извлекая ее из обмоток двигателя, который при
этом работает как генератор, выдает команду на установку позиционера в
парковочное положение, которая успевает выполниться до снижения
скорости вращения ниже критической. В некоторых винчестерах (Quantum)
этому способствует помещенное между дисками подпружиненное коромысло,
постоянно испытывающее давление воздуха. При ослаблении воздушного
потока коромысло дополнительно толкает позиционер в парковочное
положение, где тот фиксируется защелкой. Движению головок в сторону
шпинделя способствует также центростремительная сила, возникающая
из-за вращения дисков.
Страница 1 2 3 4 5 6 7 • Следущая >>>
|