Жесткие магнитные диски

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЙ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

КОЛЛЕДЖ КАЗАСТАНСКОЙ СВОРЕМЕННОЙ АКАДЕМИИ «БОЛАШАК» 
 
 
 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ 

     Дисциплина: Электронно-вычисленная машина

     Тема: Жесткие магнитные диски 
 
 
 
 

                                                                                 Выполнил:

Проверила: Табынаева Г. Ж. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Актау - 201

Содержание. 

Введение………………………………………………………………………………..3

Глава 1. МАГНИТНЫЙ ДИСК……………………………………….…………...5

1.1. Технические и  технологические вопросы производства……….………….5

1.1.1. Основные характеристики накопителей на магнитных дисках………..5

1.1.2. Технология производства  накопителей на гибких магнитных дисках…9

Глава 2. ЖЕСТКИЙ ДИСК...................................................................................15

2.1.Характеристика жестких дисков…………………………………….………...17

Заключение……………………………………………………………………………45

Список  литературы…………………………………………………………………47

 

      ВВЕДЕНИЕ 

     Магнитные накопители и носители информации делятся  на устройства с прямым и последовательным доступом.

     Все магнитные диски (дискеты, винчестеры) имеют прямой доступ — информация почти мгновенно доступна из любой  части диска.

     Лишь  ленточные накопители имеют последовательный доступ: данные, содержащиеся в произвольном участке ленты могут быть считаны  только после ее перемотки к этому участку. Это существенно увеличивает время обращения к нужному месту записи по сравнению с прямым доступом.

     Магнитные диски, в отличие от оперативной  памяти, служат для постоянного хранения информации.

     Физический  смысл записи и считывания цифровой информации в виде байтов на магнитный диск аналогичен записи звука на магнитную ленту, и даже проще ее - ведь для записи байтов нужно запоминать только две цифры двоичного кода 0 и 1. Поэтому постепенное размагничивание с течением времени при цифровой записи (в отличие от аналоговой) как на дисках, так и на ленте не приводит к появлению помех и искажению записанной информации.

     В персональном компьютере используются два типа магнитных дисков: жесткий  диск (винчестер) и сменные гибкие диски (дискеты, Zip, супер-флоппи LS-120 и другие). Винчестер используется для постоянного хранения информации, которая часто используется в работе (программы, текстовые документы, базы данных).

     Дискеты же используются для обмена программами  и данными между компьютерами, для хранения запасных копий данных. Жесткий диск значительно превосходит дискеты по скорости доступа и емкости. Его емкость доходит до нескольких десятков гигабайт. В последних моделях она составляет 80 и более Гбайт. К тому же в ПК может быть не один винчестер, а несколько.

Для чтения и записи данных магнитные диски  необходимо предварительно подготовить. Этот процесс называется форматированием. В последнее время большинство  дискет продают уже заранее отформатированными.

 

      ГЛАВА 1. МАГНИТНЫЕ  НАКОПИТЕЛИ ГИБКИЙ ДИСК 

1. Технические и технологические  производства

    Изначально  на рынке было большое разнообразие жёстких дисков, производившихся множеством компаний. В связи с ужесточением конкуренции и понижением норм прибыли большинство производителей было либо куплено конкурентами, либо перешло на другие виды продукции. На сегодняшний день бо́льшая часть всех винчестеров производится всего несколькими компаниями: Seagate, Western Digital, Samsung, а также ранее принадлежавшим IBM подразделением по производству дисков фирмы Hitachi. Fujitsu продолжает выпускать жёсткие диски для ноутбуков и SCSI-диски, но покинула массовый рынок в 2001 году (в 2009 году производство жёстких дисков было полностью передано компании Toshiba^[10]). Toshiba является основным производителем 2,5- и 1,8-дюймовых ЖД для ноутбуков. Достаточно яркий след в истории жёстких дисков оставила компания Quantum. Одним из лидеров в производстве дисков являлась компания Maxtor. В 2001 году Maxtor выкупила подразделение жёстких дисков компании Quantum. В 2006 году состоялось слияние Seagate и Maxtor. В середине 1990-х годовсуществовала компания Conner, которую купила Seagate. В первой половине 1990-х существовала фирма Micropolis, производившая очень дорогие диски premium-класса. Но при выпуске первых в отрасли винчестеров на 7200 об/мин ею были использованы некачественные подшипники главного вала, поставлявшиеся фирмой Nidec, и Micropolis понесла фатальные убытки на возвратах, разорилась и была на корню куплена вышеупомянутой Seagate.

    В настоящее время, в связи с  продвижением на рынок внешних накопителей  и развитием технологий типа SSD, количество фирм предлагающих готовые решения вновь возросло. 
 

     1.1.1. Основные характеристики накопителей на магнитных дисках.

     Накопители  на гибких дисках (дискетах, флоппи-дисках) позволяют переносить документы с одного компьютера на другой, хранить информацию. Основным недостатком накопителя служит его малая емкость (всего 1,44 Мб) и ненадежность хранения информации. Однако именно этот способ для многих российских пользователей является единственной возможностью перенести информацию на другой компьютер.  На компьютерах последних лет выпуска устанавливаются дисководы для дискет размером 3,5 дюйма (89мм). Раньше использовались накопители размером 5,25 дюймов. Они, не смотря на свои размеры, обладают меньшей емкостью и менее надежны и долговечны. Оба типа дискет обладают защитой от записи (перемычка на защитном корпусе дискеты). В последнее время стали появляться альтернативные устройства: внешние дисководы, с дисками емкостью до 1,5 Гб и намного большей скоростью чтения, нежели дисковод флоппи-дисков, однако они ещё мало распространены и весьма недёшевы.

     Накопитель  на съемном гибком магнитном диске (флоппи). Флоппи-диск имеет пластиковую  основу и находится в специальном пластиковом кожухе. Флоппи-диск вставляется в FDD вместе с кожухом. Флоппи-диск (в FDD) вращается внутри кожуха со скоростью 300 об/мин.  На данный момент в IBM PC используются 2 типа FDD : 5.25" и 3.5". Дискета 5.25" заключена в гибкий пластиковый кожух. Дискета 3.5" заключена в жесткий пластиковый кожух. HDD являются более скоростными устройствами, чем FDD.

     Дискета или гибкий диск - компактное низкоскоростное  малой ёмкости средство хранение и переноса информации. Различают  дискеты двух размеров: 3.5”,  5.25”, 8” (последние два типа практически вышли из употребления).

     

     3.5”  дискета

     

     5.25”  дискета

     Конструктивно дискета представляет собой гибкий диск с магнитным покрытием, заключенный  в футляр. Дискета имеет отверстие  под шпиль привода, отверстие  в футляре для доступа головок  записи-чтения (в 3.5” закрыто железной шторкой), вырез или отверстие защиты от записи. Кроме того 5.25” дискета имеет индексное отверстие, а 3.5” дискета высокой плотности - отверстие указанной плотности (высокая/низкая). 5.25” дискета защищена от записи, если соответствующий вырез закрыт. 3.5” дискета наоборот -  если отверстие защиты открыто. В настоящее время практически только используются 3.5” дискеты высокой плотности. 
 

     Для дискет используются следующие обозначения:

     - SS single side - односторонний диск (одна  рабочая поверхность).

     - DS double side - двусторонний диск.

     - SD single density - одинарная плотность.

     - DD double density - двойная плотность.

     - HD high density - высокая плотность.

     Накопитель  на гибких дисках принципиально похож  на накопитель на жестких дисках. Скорость вращения гибкого диска примерно в 10 раз медленнее, а головки касаются поверхности диска. В основном структура информации на дискете, как физическая так и логическая, такая же как на жестком диске. С точки зрения логической структуры на дискете отсутствует таблица разбиения диска.

     Работу  контроллера НГМД удобно рассмотреть  отдельно в режимах записи и считывания байта данных.

     Режим записи включается низким уровнем линии  РС0(вывод 14 DD1). При этом НГМД переводится  в режим "Запись" (активен сигнал WRDATA). Записываемый байт заносится в порт А и его восьмиразрядный код поступает на вход многофункционального регистра DD2. Управление режимом работы этого регистра осуществляется битовым счетчиком DD9 и дешифратором DD10. После записи предыдущего байта, счетчик находится в состоянии сброса, и на всех его выходах присутствуют сигналы логического нуля. При таком состоянии входных сигналов дешифратор DD10 на выводе 7 формирует сигнал логического нуля, который совместно с низким уровнем на выводе 2 элемента DD17.1 разрешает запись параллельного кода в регистр DD2. При любом другом состоянии счетчика регистр переводится в режим сдвига.

     Низким  уровнем РС0 на элементе DD13. 4 блокируется  канал считывания информации с НГМД RDDATA. Логический нуль, поступающий на входы S триггера DD11.1 после инвертирования элементом DD14.1 сигнала блокировки, устанавливает логическую единицу на выводе 5 триггера DD11.1. Через инвертор DD14.3 на входы сброса счетчиков DD7 и DD8 поступает сигнал низкого уровня, что обеспечивает их непрерывную работу. Сигналы, снимаемые с 8 и 9 вывода счетчика DD8, на элементах DD14.4,DD15.1, DD15.2 формируют соответственно последовательности ИСС и ИСД. Импульс ИСД после инвертирования элементом DD14.6 поступает на тактовый вход регистра DD2. При поступлении тактового импульса происходит сдвиг вправо параллельного кода, записанного в регистр, и на выводе 20 появляется очередной бит этого кода. Сигналы записи формируются элементами DD13.1,DD13.2 и DD13.3. В момент действия высокого уровня ИСД на выводе 2 DD13.1 присутствует записываемый бит. Через элементы DD13.1 и DD13.2 бит поступает на вход буферного усилителя DD6, а затем и на линию сигнала записи НГМД ( WRDATA). Согласно временной диаграмме, приведенной на рис. 8, сигнал ИСС находится в это время в состоянии логического нуля. Поэтому прохождение сигналов через элемент DD133 запрещено. После того, как сигнал ИСД перейдет в состояние логического нуля, прохождение информационного бита на запись через элемент DD13.1 станет невозможно. При активном уровне ИСС через открытые элементы DD13.3, DD13.2 и буфер DD6 на линию WR DATA поступит логическая единица, сформированная на выводе 12 дешифратора DD10. Таким образом, в момент действия ИСД на линию записи НГМД будут поступать информационные биты, а в момент действия ИСС - единичные синхробиты. Подсчет количества записанных бит ведет счетчик DD9. После прохождения восьмого импульса ИСД его выводы перейдут в нулевое состояние, что вызовет установку триггера готовности: на выводе 9 DD12.2 появится логическая единица. Состояние триггера готовности программно опрашивается ДОС по линии РВ7. При обнаружении единицы в этом разряде ПЭВМ запишет новый байт в порт А DD1 (адрес F000H), при этом на элементах DD15.4, DD16.4, DD16.1, DD16.2 сформируется сигнал сброса триггера готовности. Таким образом, происходит записывание и считывание информации на НГМД. 

     1.1.2. Технология производства накопителей на гибких магнитных дисках

     Запись  и считывание информации осуществляются с помощью магнитных головок  плавающего типа. Они крепятся на рычагах, которые перемещаются по радиусу дисков с помощью специального следящего привода.

     В качестве материала для изготовления магнитных дисков обычно применяют  алюминиевый сплав Д16МП (МП —  магнитная память) . Этот сплав немагнитный, мягкий, достаточно прочный, хорошо обрабатывается. Для уменьшения количества металлургических дефектов на поверхности диска сплав подвергают специальной очистке, например, электрофлюсовому рафинированию с продувкой инертным газом.

     Торцевые  поверхности магнитных дисков покрывают  магнитным слоем. Гальваническое магнитное покрытие имеет толщину до 1 мкм, а ферролаковое — до 5 мкм. Только торцевые поверхности крайних дисков не используются для хранения информации. На рабочей поверхности диска размещаются 80 дорожек, 20 секторов.

     Записи и считывания информации осуществляются с помощью магнитных головок плавающего типа. Они крепятся на рычагах, которые перемещаются по радиусу диска с помощью специального следящего привода.

     Плотность записи определяется величиной зазора между диском и магнитной головкой, а от стабильности зазора зависит качество записи (считывания) . Для повышения плотности записи необходимо уменьшить зазор, однако при этом значительно повышаются требования к рабочей поверхности дисков. При малом зазоре и больших погрешностях в макрогеометрии поверхности имеют место значительные колебания амплитуды сигнала воспроизведения. Для надежной работы накопителя на гибких магнитных дисках необходимо обеспечить шероховатость поверхности не более Ra=0,22 мкм и минимальные макрогеометрические отклонения. Торцевое биение диска при вращении с чистотой 30 об/с не должно превышать 0,3 мм, а удельная неплоскостность 0,7 мкм на длине 10 мм.

     Выполнение  этих требований представляет значительные трудности.

     Основными этапами технологического процесса изготовления магнитного диска являются получение заготовки, подготовка поверхности, терморихтование, токарная обработка, нанесения магнитного покрытия, уравновешивание, контроль.

     Заготовку дисков получают из листового материала. Резку листов на карточки размером 100х100 мм осуществляют на ножницах с наклонными ножами и прижимом материала. Из карточек вырубкой на штампе или на токарном станке получают диски.