Жесткие магнитные диски

     Многие  накопители содержат разъем для подключения  индикатора состояния накопителя, расположенного на передней панели корпуса ПК. Однако, большинство интегрированных и внешних интерфейсных карт, также имеют такой разъем, поэтому, целесообразнее будет подключаться именно к нему, т.к. при смене накопителя не будет необходимости в таком подключении.

     После завершения физического подключения  необходимо произвести программное распознавание и подключение накопителя. Для устройств с интерфейсом ATA (IDE, EIDE) необходимо выставить процедурой BIOS Standard CMOS Setup или аналогичной такие параметры накопителей как число цилиндров (cyls) , головок (head) и секторов (sector) , а также режим использования (normal, large или LBA) , используя для этого пользовательский тип накопителя (type) - номер 47. Однако, для облегчения данной задачи, особенно, если такие параметры неизвестны или труднодоступны, все современные BIOSы материнских плат содержат процедуру автоматического распознавания накопителей на ЖД с интерфейсом ATA (IDE, EIDE) - IDE HDD Autodetection. Это более необходимо еще и по причине представления несоответствия физического и логического числа цилиндров, головок и секторов для накопителей с числом цилиндров более 1024 и объемом более 540 Мб. В настоящее время, для таких накопителей производители обеспечивают три различных режима работы BIOS с накопителем на жестких дисках – Normal, Large и LBA (Large Block Access) и, соответственно, три различных режима работы интерфейса. Причины возникновения этих режимов кроются в совместимости низкоуровневого ПО для серии клонов IBM-PC. Ранее, задолго до появления накопителей на жестких магнитных дисках большого объема, программисты, создающие низкоуровневое ПО, работающее с аппаратурой ПК, к которому обращается операционная система и прикладные программы, определили интерфейс работы программного кода с процедурами BIOS и не позаботились о том, чтобы можно было сообщить номер читаемого или записываемого цилиндра больший 1024. В настоящее время, большинство накопителей большого объема (более 540Мб) имеют число цилиндров гораздо большее 1024. Использование такого накопителя в обычном режиме normal давало бы возможность использовать только часть объема устройства (приблизительно 540 Мб) . Данные ограничения и проблемы ни в коей мере не касаются ОС не использующих процедуры BIOS и выполняющих все операции управления интерфейсами дисковых накопителей самостоятельно, а также накопителей с интерфейсом SCSI. Такими системами традиционно являются UNIX-ориентированные ОС и Windows NT. Режимы Large и LBA дают возможность обойти эти ограничения для ОС типа MS-DOS путем специального пересчета и уменьшения числа цилиндров за счет программного виртуального увеличения числа секторов и головок. Наиболее предпочтительным является режим LBA, допускающий большую совместимость и позволяющий использовать накопители большего объема (до 8.4 Гб, против 1Гб - для режима Large) . Необходимо помнить, что если накопитель был отформатирован ОС на высоком уровне в режиме LBA, то в других режимах он будет работать ненормально и может испортиться, то же касается и остальных параметров, неправильная установка которых может привести к частичной или полной неработоспособности и даже к поломке накопителя.

     Для накопителей с интерфейсом SCSI, контроллер которых снабжен собственной BIOS и процедурой setup, необходимо вызвать данную процедуру во время загрузки ПК путем нажатия соответствующей комбинации клавиш (такие комбинации различны у адаптеров различных производителей, а указание на них приводится в строках инициализации интерфейса, возникающих на экране монитора после включения ПК) . Так как процедуры setup существенно различаются, то общей рекомендацией будет найти и выполнить программу тестирования или определения устройств и их логических номеров, подключенных к интерфейсу. Часто, такая процедура выполняется автоматически и входит в состав тестирующих процедур для PnP BIOSов.

     Физическое  положение, в котором работают современные  ЖД, не играет большой роли. Большинство  накопителей может работать и горизонтально, и вертикально, и на боку, и в наклонном положении, однако, встречаются накопители, в руководстве к использованию которых не рекомендуется располагать устройство, например, платой электроники вверх или иначе, поэтому, перед установкой внимательно познакомьтесь с руководством пользователя.

     Главное, во время работы не подвергать накопитель резким толчкам и сильной вибрации, т.к. при этом создается максимальная угроза повреждения поверхностей дисков головками чтения/записи. В выключенном состоянии головки запаркованы и небольшая вибрация и толчки не могут повредить накопитель.

     Работа  накопителя

     Теперь  рассмотрим процесс работы накопителя от запуска до остановки. При подаче питающих напряжений начинает работать микропроцессор контроллера. Вначале он, как и компьютер, выполняет самотестирование и в случае его успеха запускает схему управления двигателем вращения шпинделя. Диски начинают раскручиваться, увлекая за собой прилегающие к поверхностям слои воздуха, и при достижении некоторой скорости давление набегающего на головки потока воздуха преодолевает силу пружин, прижимающих их к дискам, и головки "всплывают", поднимаясь над дисками на доли микрона. С этого момента, вплоть до остановки дисков, головки не касаются дисков и "парят" над поверхностями, поэтому ни диски, ни сами головки практически не изнашиваются. Тем временем, двигатель шпинделя продолжает раскручивать поверхности. Его скорость постепенно приближается к номинальной (тысячи оборотов в минуту) . В это время накопитель потребляет максимум питающего напряжения и создает предельную нагрузку на блок питания компьютера по напряжению 12 Вольт.

     Поскольку в любой зоне дисков присутствует серворазметка, то сервоимпульсы начинают поступать с головок сразу  же после начала вращения, и по их частоте контроллер судит о скорости вращения дисков. Система стабилизации вращения следит за потоком сервоимпульсов, и при достижении номинальной скорости происходит так называемый "захват", при котором любое отклонение скорости вращения сразу же корректируется изменением тока в обмотках двигателя. После достижения шпинделем номинальной скорости вращения освобождается фиксатор позиционера головок чтения/записи, и система его управления проверяет способность поворачиваться и удерживаться на выбранной дорожке путем выборочного произвольного позиционирования. При этом делается серия быстрых поворотов в разные стороны, что на слух выглядит как характерное "тарахтение", слышимое через несколько секунд после старта. Во время перемещения позиционера головок происходит слежение за поступающими с головок серво-импульсами, и система управления всегда "знает", над сколькими дорожками прошли головки. Аналогично происходит и удержание головок над выбранной дорожкой - при отклонении от центра дорожки изменяется во времени величина и форма серво-импульсов. Система управления может ликвидировать отклонение, изменяя ток в обмотках двигателя позиционера головок. Во время тестирования привода головок заодно делается и его калибровка - подбор параметров управляющих сигналов для наиболее быстрого и точного перемещения позиционера при минимальном количестве "промахов". Здесь нужно сказать, что микрокомпьютер ЖД, как и компьютер, имеет ПЗУ, в котором записана BIOS накопителя - набор программ для начального запуска и управления во время работы, и ОЗУ, в которое после раскрутки механической системы загружаются остальные части управляющих программ. Кроме всего прочего, в ОЗУ загружается так называемая карта переназначения дефектных секторов, в которой отмечены дефектные секторы, выявленные при заводской разметке дисков. Эти секторы исключаются из работы и иногда подменяются резервными, которые имеются на каждой дорожке и в специальных резервных зонах каждого диска. Таким образом, даже если диски и имеют дефекты (а при современной плотности записи и массовом производстве поверхностей носителей они имеют их всегда) , для пользователя создается впечатление "чистого" диска, свободного от сбойных секторов. Более того - на каждом диске накопителя имеется некоторый запас резервных секторов, которыми можно подменить и появляющиеся впоследствии дефекты. Для одних накопителей это возможно сделать под управлением специальных программ, для других - автоматически в процессе работы. Хранение подобной служебной информации на дисках, кроме очевидной выгоды, имеет и свои недостатки - при ее порче микрокомпьютер не сможет правильно запуститься, и, даже, если все информационные секторы не повреждены, восстановить их можно будет только на специальном заводском стенде.

     После начальной настройки электроники и механики микрокомпьютер ЖД переходит в режим ожидания команд контроллера, расположенного на системной плате или интерфейсной карте, который в свою очередь программируется процедурами собственной BIOS или BIOS компьютера под управлением ОС. Получив команду, он позиционирует на нужный цилиндр, по серво-импульсам отыскивает нужную дорожку, дожидается, пока до головки дойдет нужный сектор, и выполняет считывание или запись информации. Если контроллер запросил чтение/запись не одного сектора, а нескольких - накопитель может работать в блочном режиме, используя ОЗУ в качестве буфера и совмещая чтение/запись нескольких секторов с передачей информации к контроллеру или от него.

     Современные накопители (как ATA, так и SCSI) поддерживают развитую систему команд управления устройством среди которых имеются и такие, которые позволяют остановить вращение шпинделя и перевести накопитель в ждущий режим. Данный режим используется ПО ОС и BIOSов ПК для обеспечения стандартов сохранения энергии и работы процедур системы сохранения энергии, отключающих накопитель через некоторое время после ожидания его использования. Необходимо отметить, что не следует злоупотреблять частой остановкой и включением накопителя, т.к. именно во время разгона накопитель работает в форсированном режиме и изнашивается сильнее, нежели при нормальной эксплуатации в полностью рабочем активном состоянии. Использовать возможности сохранения энергии процедур BIOS и ОС следует лишь на машинах-серверах, работающих круглосуточно, дисковые операции на которых могут не выполняться по несколько часов, в то время как, вся система должна находиться в состоянии полной готовности.

     При выключении питания двигатель шпинделя работает в режиме генератора, обеспечивая  питание плат электроники на время, необходимое для корректного завершения работы. Прежде всего, блокируется подача тока записи в магнитные головки, чтобы они не испортили информацию на поверхностях, а остаток энергии подается в обмотки привода головок, толкая их к центру дисков (в этом движении головкам помогает и естественная скатывающая сила, возникающая при вращении дисков) . Как правило, для того чтобы запарковать головки достаточно одной скатывающей силы. Дойдя до посадочной зоны, привод головок защелкивается магнитным или механическим фиксатором еще до того, как головки успеют коснуться поверхности в результате падения скорости вращения дисков. В этом и состоит суть "автопарковки" - любой исправный накопитель всегда запаркует головки, как бы внезапно не было выключено питание, однако, если в этот момент происходила запись информации, то для пользователя последствия могут быть весьма печальными из-за недописанных или необновленных, как областей данных, так и управляющих структур файловой системы ПК, независимо от типа и вида установленной ОС.

     Развитие  электронной промышленности осуществляется такими быстрыми темпами, что буквально  через  один  год, сегодняшнее  "чудо техники" становится морально устаревшим. Однако принципы устройства компьютера остаются неизменными.

     По  словам специалистов, в скором времени  компании не будет комплектовать  персональные компьютеры дисководами - их заменят USB-накопители на флэш-памяти емкостью 40 мегабайт, которые сначала  предполагается устанавливать на компьютеры класса hi-end, а затем, при положительной реакции покупателей, на все десктопы. Dell уже исключила дисководы из стандартной комплектации ноутбуков.  В компьютеры Macintosh уже пять лет не устанавливаются флоппи-дисководы.

     CD и DVD-диски могут занимать передовые  позиции в технологиях хранения  данных, однако достаточно старомодные  механические ленточные накопители  до сих пор играют важную  роль в хранении больших объемов  информации. Мало того, эта роль  столь велика, что ученые IBM разработали механизм записи 1 терабайта(что составляет 1 триллион байт данных) на линейном цифровом ленточном катридже.

     Это величина, по утверждению разработчиков, приблизительно в 10 раз больше любого другого доступного сейчас объема ленточных  накопителей. Такой объем информации равносилен 16 дням непрерывного воспроизведения DVD-видео, или в 8 000 раз больше того объема информации, который человеческий мозг сохраняет за время всей жизни. Хотя накопитель на магнитной ленте сложно представить в домашнем интерьере на настольных ПК, для среднего и крупного бизнеса эта технология остается вполне актуальной при резервном хранении данных, к тому же лента менее уязвима для взлома и воровства информации. Новейшая технология позволяет упаковать накопитель с высокой плотностью записи данных так, что он становится довольно компактным. В долгосрочной перспективе, возможно снижение затрат компаний на хранение данных. В то время, как сейчас средняя стоимость хранения информации на магнитной ленте составляет около $1 за 1Гб, возможно снижение этих затрат до 5 центов за Гб. Для сравнения, стоимость хранения 1 Гб информации на жестком диске составляет сейчас $8-10, а на устройствах на основе полупроводников - около $100 за Гб. Новые технологии хранения данных на МЛ приобретут важную роль в таких информационное емких отраслях, как, например, горное дело или архивы. Также необходимость увеличения объемов хранимой информации возникает у корпораций и ученых во всех дисциплинах, от геофизики до социологии. К примеру, академические занятия требуют системы, позволяющей осуществлять долгосрочный повторный доступ к данным с возможностью создания множества копий и их легкого перемещения в любое место. Первый накопитель на магнитной ленте был создан 50 лет назад, тогда разработка IBM Model 726 могла хранить всего 1,4МБ информации, приблизительно столько, сколько сейчас помещается на обычный гибкий диск, а катушка для ленты имела около 12 дюймов в диаметре. Для сравнения, последняя разработка специалистов IBM с возможностью хранения 1ТБ помещается в картридж размером с почтовый конверт, а объем хранимой в нем информации эквивалентен содержимому 1.500 CD. По словам представителей компании, план возможного массового выпуска терабайтных картриджей будет включать выпуск промежуточных продуктов в течение нескольких лет. За это время планируется выпустить картриджи объемом 200,400, а потом и 600ГБ.