Устройство и принцип работы HDD

Федеральное агентство  по образованию 

Федеральное государственное образовательное учреждение

среднего профессионального  образования

 

ИРКУТСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

УТВЕРЖДАЮ

    Председатель ЦК

                                                                  Долгополова Л.В.

                                                                  _________________

                                                                                «                 »2008 г.

 

КУРСОВОЙ   ПРОЕКТ

 

Устройство  и принцип работы HDD

 

КП.4342.230106.2008.ЛУ

           Руководил Куклина Т.Г.    Разработал студент Кузакова А.В.

 

  «                   » 2008  г. «              »200 8 г.

 

 

ИРКУТСК 2008

 

 

 

Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования

Иркутский Энергетический колледж

 

 

 

 

 

 

 

 

Устройство  и принцип работы HDD

 

На курсовой проект по предмету

 

'Техническое  обслуживание Средств Вычислительной  Техники'

для специальности:230106.

Студенту  Кузаковой А.В группы 4-ТО 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Иркутск 2008

Утвержден  КП.4342.230106.2008.ЛУ

 

 

 

 

 

 

 

 

Устройство  и принцип работы HDD

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

КП.4342.230106.2008.ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема курсового проекта

 

Устройство и принцип  работы HDD

 

 Исходные  данные: интернет, спец литература

 Содержание  пояснительной записки

Оглавление

1. Введение

История развития HDD (1983-2008) найти информацию годы развития 2007-2008 годы

Годы, фирмы, емкость, производители, интерфейсы

2. Общая часть

Конструктив и характеристик SАТА и IDE интерфейса.

Количество головок, пластин

Среднее время доступа

SMART технологии

Отличие SATA1 и SATA2.

3. Специальная часть.

Последние 2007-2008

Western digital

Диск SATA2 интерфейс

Принцип работы вещества, плотность записи (за счет чего) на тех же 2 блинах.

4. .Заключение( выводы и предложения)

Зависимость распространенности(популярность) HDD от фирмы производителя.

5. Список используемой литературы.

 

5. Графическая часть. 

Презентация на тему: считывание и запись с поверхности ЖД дисков .

 

Дата  выдачи задания26.09.2008 г. Срок выполнения26.11.2008 г.

Задание составил преподаватель Куклина  Т.Г.

 

 

 

 

 

 

Оглавление

 

1 Введение…………………………………………………………………………………….. 6

1.1. История развития HDD (Hard Disk Drive)……………………………………….6

1.2.Контролеры и интерфейсы HDD………………………………………………… 9

1.3.Этапы большого пути ……………………………………………………………10

2 Общая часть…………………………………………………………………………………11

2.1.Как выглядит и из чего состоит IDE контроллер……………………………….11

2.1.1.Контроллеры IDE (ATA)………………………………………………..11

2.2. Serial ATA…………………………………………………………………………16

2.2.1.SATA интерфейс ………………………………………………………..17

2.2.2.Описание SATA……………………………………………………….....18

2.2.3.Интерфейс близок  к завершению……………………………………....19

2.2.4.Установка и устранение  неполадок жестких дисков с  интерфейсом Serial ATA (SATA)……………………………………………………………..20

2.2.5.Подключение кабелей  и установка диска………………………………21

2.2.6. Отличие SATA1 от SATA2……………………………………………..22

2.3.Smart технлогия…………………………………………………………………....22

3 Специальная часть……………………………………………………………………….…..24

3.1.Принцип работы жесткого диска  (винчестера, HDD)…………………………...24

3.2.Технология перпендикулярной записи информации. ………………………..…25

3.3.Перспективы развития технологии  магнитной записи……………...…………..26

3.3.1.Немного физики………………………………………………………….27

3.3.2.Заглядываем внутрь…………………………………………………..….28

3.3.3Блинные дела………………………………………………………..……29

3.3.4.Как это работает……………………………….…………………..……..29

3.3.5. Плотность записи…………………………………………………..……31

3.3.6.По проторенной дорожке………………………………………………..32

3.3.7.Гигантский, но магнитный………………………………………………34

3.3.8.Почему именно винчестер?......................................................................35

3.4.Жесткий диск Western Digital SATA II ……………………………………….….36

3.4.1Жесткий диск Western Digital IDE …….…………………………….…..36

3.5.Новая линейка Seagate Barracuda 7200.1………………………………………….37

3.5.1.Самые новые жесткие диски Toshiba с интерфейсом SATA…………..39

4 Заключение…………………………………………………………………………………....41

5 Список используемой  литературы……………………………………………………….

6 Графическая часть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение

 

Первый носитель, использовавшийся в качестве постоянного накопителя в IBM PC, имел по тем временам колоссальную емкость - 10 Mb. Так получилось, что  обозначение одного из дисков той  серии (30/30) совпало с обозначением популярной винтовки, и жесткие диски по традиции часто называют теперь "винчестерами". На сегодняшний момент (середина 2001-го года) емкость дисков превышает 100 Gb, то есть количественный прогресс в этой области за все время развития магнитных носителей позволил увеличить объем этих самых носителей в 10000 раз. Но, несмотря на это, HDD (Hard Disk Drive) имеют одно очень магическое свойство - каким бы большим не был диск, всегда можно найти, что на него поместить, и места на последнем практически всегда не хватает. По-моему, нет необходимости постоянно держать в системе самый продвинутый и наворочанный диск самого большого размера - не более чем через каждый год плотность записи на жесткие диски увеличивается. Вполне может получиться так , что ваш любимый HDD, который на момент покупки был одним из самых дорогих и емких, года через три станет самым дешевым ширпотребом, и его размер будет считаться очень маленьким. Поэтому, на мой взгляд, нужно выбирать диск исходя из своих сегодняшних реальных потребностей. А затем, при необходимости, его можно всегда поменять на более современный, потратив гораздо меньшие деньги.

 

1.1. История развития HDD (Hard Disk Drive)

 

C момента своего появления в  50-е годы накопители на жестких  магнитных дисках (НЖМД) претерпели не менее существенные изменения, чем все остальные подсистемы компьютера. Не касаясь внешних интерфейсов, попробуем заглянуть внутрь накопителя — под кожух, на котором обычно имеется грозная надпись, категорически запрещающая это делать.

Первый накопитель на жестких магнитных  дисках, использующий воздушный зазор  между головками и магнитной  поверхностью, обладал емкостью 5 млн. символов (символ, в отличие от байта, имеет длину 7 бит). Он размещался на сборке из 50 пластин диаметром 60,9 см.

В начале 60-х годов для создания зазора было предложено использовать поток воздуха, образующийся при  вращении сборки из пластин, что позволило  уменьшить зазор примерно до 20 мкм. Для предотвращения попадания пыли сборка головок и пластин была помещена в герметичный кожух. В кожухе имеется отверстие, прикрытое микропористым фильтром, для выравнивания внешнего и внутреннего давления. Наличие воздуха внутри кожуха принципиально: он необходим для создания воздушной подушки, на которую опирается головка.

Таким образом, основополагающие принципы конструкции накопителей на жестких дисках были сформированы около 40 лет назад. Однако все подсистемы медленно эволюционировали, что привело к поразительным в плане емкости и производительности результатам.

Первым накопителем, имеющим форм-фактор 5,25 дюйма, был ST-506 производства фирмы Seagate. Его емкость составляла 5 Мбайт. Следующее устройство производства той же фирмы — ST-412 емкостью 10 Мбайт — стало стандартным накопителем компьютера IBM PC XT. Взяв его за точку отсчета, проследим за эволюцией различных подсистем накопителей на жестких магнитных дисках.

Для хранения информации используются круглые пластины (platters), собранные  в пакет. Пластины изготовляются  из алюминиевого сплава. В первых накопителях  магнитный слой наносился методом полива, как на магнитную ленту. Он состоял из мельчайших частиц оксидов железа и других металлов, намагничивающихся в процессе записи, и связующего, которое соединяет частицы друг с другом и с пластинами.

Основной тенденцией в конструкции накопителей является повышение плотности записи. В определенный момент размер частиц оказался слишком велик, поэтому в современных накопителях используются пластины с напыленным тонкопленочным магнитным слоем. Это позволяет уменьшить размер магнитного домена, а следовательно, плотность записи. Тонкопленочное напыленное покрытие имеет более гладкую поверхность, что позволяет уменьшить зазор между головкой и поверхностью пластины, а это, в свою очередь, компенсирует снижение напряженности магнитного поля, связанное с уменьшением размера доменов. Необходимость уменьшения микронеровностей привела к использованию стекла вместо алюминиевого сплава в качестве материала для изготовления пластин. Стеклянные пластины применяются в некоторых моделях накопителей IBM. Поверхность пластины разбита на концентрические кольцевые дорожки, которые служат для записи и хранения информации. Дорожки должны располагаться как можно ближе друг к другу для повышения плотности записи и уменьшения времени позиционирования головок (но не настолько близко, чтобы создавать взаимные помехи). Дорожка разбита на сектора, которые являются минимальной единицей данных при доступе к накопителю. Традиционно в каждом секторе хранится 512 байт полезной информации.

Первоначально каждая дорожка  была разбита на 17 секторов. Это приводило к тому, что плотность записи на периферийных дорожках была значительно (в два и более раз) меньше, чем на центральных. Поэтому в современных накопителях используется технология зональной записи (Zone Bit Recording). Поверхность пластины разбивается на некоторое количество (более десяти) концентрически расположенных зон. В каждой зоне дорожка содержит определенное количество секторов, уменьшающееся от периферии к центру. Это позволяет более эффективно использовать поверхность пластины и повысить общую плотность записи.

Дальнейший резерв повышения плотности  записи был изыскан в способах модуляции. ЭДС(электродвижущая сила), которая наводится в головке при чтении, пропорциональна не уровню магнитного поля, а скорости его изменения. Если записать на магнитный носитель сигнал прямоугольной формы (подать меандр на головку записи), то считанный затем сигнал будет иметь форму остроконечных импульсов соответствующей полярности, возникающих в моменты смены направления магнитного потока. Если кодировать единицу сигналом высокого уровня, а ноль — низкого, то при записи длинной последовательности нулей или единиц произойдет сбой синхронизации устройства чтения, так как запись производится с переменной от дорожки к дорожке плотностью. Для преодоления этого явления некоторое количество изменений направления намагниченности должно происходить даже при записи сплошных массивов из нулей или единиц. Первым способом была так называемая частотная модуляция (FM). Она вышла из употребления еще до появления первых персональных компьютеров, и мы упоминаем о ней только потому, что понимание ее принципа облегчит дальнейшее чтение. Итак, при частотной модуляции происходит один переход в начале каждого бита, а еще один — в середине битового интервала, если записываемый бит является единицей. При записи произвольной последовательности из нулей и единиц на каждый бит приходится в среднем полтора перехода.

Модифицированную частотную модуляцию (MFM), возможно, помнят некоторые из ветеранов. Она отличается от FM тем, что переход в начале битового интервала происходит только при записи нуля, если перед ним также записан ноль. При этом количество переходов на бит снижается вдвое, что позволяет повысить плотность записи. Заметим, что учет предыдущего записанного бита при записи текущего позволил вдвое повысить плотность записи.

В технологии RLL (Run Length Limit) кодируются группы из 2 или 4 байт, что позволяет  еще больше повысить плотность записи. Одним из результатов повышения  плотности записи стало ослабление сигнала от головки чтения. Для борьбы с этим вредным явлением была внедрена технология PRML (partial response, maximum likelihood), позволившая повысить плотность записи еще на 30-40%. Считанный головкой, аналоговый, по сути, сигнал переводится в цифровую форму и проходит обработку при помощи цифрового сигнального процессора для восстановления наиболее правдоподобной его формы. Все это немного похоже на гадание на кофейной гуще, но современные накопители, использующие эволюционное развитие этой технологии — EPRML, почти всегда правильно считывают то, что на них было записано. Еще одним новшеством, касающимся собственно магнитных носителей, является исчезновение плохих секторов с новых дисков. Понятно, что изготовить пластину без дефектов практически нереально. Раньше на каждом накопителе имелась заполненная техником вручную во время заводских испытаний таблица плохих секторов. Сегодня ничего подобного нет. Куда же девались плохие сектора? К сожалению, никуда они не девались, просто таблица в новых накопителях записывается непосредственно в контроллер, а плохие сектора переадресовываются на запасные. Скорее всего, это делается из маркетинговых соображений — приятно взять в руки новенький накопитель без единого «бэда». Более того, переадресация может производиться накопителем в фоновом режиме, то есть если сектор, например, прочитался не с первого раза, то во внутренних таблицах он помечается как плохой, а вместо него назначается сектор из резерва. Достать из накопителя информацию об истинном положении дел можно только при помощи специальных сервисных программ.