Накопители на гибких магнитных дисках

Размещено на http://www.allbest.ru/

УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ, УПРАВЛЕНИЯ И ПРАВА

Курганский филиал

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Информатика»

на тему: Накопители на гибких магнитных дисках

Исполнитель: Студент группы Э-101

Нургалиев Ербол Маратович

Проверил: доц. преподаватель

Медведев А.А.

Курган 2013

Содержание

Введение

1. Накопители на гибких магнитных дисках

2. Принцип действия

3. Дискеты и их типы

4. Структура размещения информации на магнитном диске

Заключение

Список использованных источников

дисковод шпиндельный магнитный запоминающий

Введение

Выпускаемые накопители информации представляют собой гамму запоминающих устройств с различным принципом действия физическими и технически эксплуатационными характеристиками. Основным свойством и назначением накопителей информации является ее хранение и воспроизведение. Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и смешанные - магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии хранения воспроизведения/записи цифровой информации. Поэтому, в связи с видом и техническим исполнением носителя информации различают: электронные, дисковые и ленточные устройства. Рассмотрим накопители на гибких дисках.

1. Накопители на гибких магнитных дисках

Устройство дисковых накопителей:

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 ощутимый удар по поверхностям дискеты, а это сильно сокращает срок их надежной работы. В некоторых моделях дисководов (Teac, Рanasonic, ALРS) 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 проводаявляются сигнальными, а нечетные - общими. Общий вариант интерфейса предусматривает подключение к контроллеру до четырех дисководов, вариант для IBM РC - 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 РC 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 РC), 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.

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).

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.

2. Принцип действия

Принцип работы магнитных запоминающих устройств основан на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который, непосредственно осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т.д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей - дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение величины напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.

Обычно НМД состоит из следующих частей :

контроллер дисковода,

собственно дисковод,

интерфейсные кабеля,

магнитный диск

Магнитный диск представляет собой основу с магнитным покрытием, которая вращается внутри дисковода вокруг оси.

Магнитное покрытие используется в качестве запоминающего устройства.

Магнитные Диски бывают : жесткие(Винчестер) и гибкие(Флоппи).

Накопитель на жестких магнитных дисках - НЖМД(HDD).

Накопитель на гибких магнитных дисках - НГМД(FDD).

Кроме НЖМД и НГМД довольно часто используют сменные носители. Довольно популярным накопителем является Zip. Он выпускается в виде встроенных или автономных блоков, подключаемых к параллельному порту. Эти накопители могут хранить 100 и 250 Мб данных на картриджах, напоминающих дискету формата 3,5'', обеспечивают время доступа, равное 29 мс, и скорость передачи данных до 1 Мб/с. Если устройство подключается к системе через параллельный порт, то скорость передачи данных ограничена скорость параллельного порта.

К типу накопителей на сменных жёстких дисках относится накопитель Jaz. Ёмкость используемого картриджа -- 1 или 2 Гб. Недостаток -- высокая стоимость картриджа. Основное применение -- резервное копирование данных.

В накопителях на магнитных лентах (чаще всего в качестве таких устройств выступают стримеры) запись производится на мини-кассеты. Ёмкость таких кассет -- от 40 Мб до 13 Гб, скорость передачи данных -- от 2 до 9 Мб в минуту, длина ленты -- от 63,5 до 230 м, количество дорожек -- от 20 до 144.

3. Дискеты и их типы

Дискемта, гимбкий магнимтный диск (англ. floppy disk, англ. diskette) -- портативный сменный носитель информации, используемый для многократной записи и хранения данных. Представляет собой помещённый в защитный пластиковый корпус диск, покрытый ферромагнитным слоем. Для считывания дискет используется дисковод[1].

В отечественных разработках существовала аббревиатура -- ГМД, соответствующая термину «гибкий магнитный диск»[1].

Устройство для работы с ГМД (дисковод гибких дисков, флоппи-дисковод), соответственно, называется НГМД -- [[Накопитель [на] гибких дисках|«накопитель [на] гибких магнитных дисках»]][1], а контроллер такого устройства принято обозначать аббревиатурой КМД.

Промежуточным вариантом между ними и традиционным дискетами являются более современные НГМД использующие картриджи -- Iomega Zip, Iomega Jaz; а также магнитооптические носители (МО), LS-120 и другие, в которых комбинировался лазер (используемый для разогрева участка поверхности диска) и магнитная головка (для записи и считывания информации с поверхности диска).

Дискета 8?

Конструктивно дискета 8? представляет собой диск из полимерных материалов с магнитным покрытием, заключенный в гибкий пластиковый футляр. В футляре имелись отверстия: большое круглое в центре -- для шпинделя, маленькое круглое -- окно индексного отверстия, позволяющего определить начало сектора и прямоугольное с закруглёнными концами -- для магнитных головок дисковода. Также внизу располагалась выемка, сняв наклейку с которой, можно было защитить диск от записи.

Форматы дискеты различались количеством секторов на дорожке. В зависимости от формата, дискеты 8? вмещали следующие объёмы информации: 80, 256 и 800 КБ.

Дискета 5ј?

Конструкция пятидюймовой дискеты мало отличалась от восьмидюймовой: окно индексного отверстия располагалось справа а не сверху, прорезь для защиты от записи -- тоже в правой части дискеты. Для лучшей сохранности диска его футляр делался более жестким, укреплённым по периметру. Для предотвращения преждевременного износа между футляром и диском размещалась антифрикционная прокладка, а края приводного отверстия были укреплены пластиковым или металлическим кольцом (в дискетах высокой плотности это кольцо обычно отсутствовало, так как погрешности его расположения на дискете могут привести к проблемам, возникающим при позиционировании головок).

Существовали дискеты с жёсткой разбивкой на сектора: они отличались наличием нескольких индексных отверстий по количеству секторов. В дальнейшем от такой схемы отказались.

Как дискеты, так и дисководы пятидюймовых дисков существовали одно- и двусторонние. При использовании одностороннего дисковода считать вторую сторону просто перевернув дискету не удавалось из-за расположения окна индексного отверстия -- для этого требовалось бы наличие аналогичного окна, расположенного симметрично существующему. Механизм защиты данных также был пересмотрен -- окно располагалось справа, и заклеенное отверстие означало защищенный диск. Это было сделано для защиты от неправильной установки.

Форматы записи на пятидюймовые дискеты позволяли хранить на ней 110, 360, 720 или 1200 килобайт данных.

Принципиальным отличием дискеты 3Ѕ? является жёсткий пластмассовый корпус. Вместо индексного отверстия в дискетах диаметром 3Ѕ? используется металлическая втулка с установочным отверстием, которая находится в центре дискеты. Механизм дисковода захватывает металлическую втулку, а отверстие в ней позволяет правильно позиционировать дискету, поэтому отпала необходимость делать для этого отверстие непосредственно в магнитном диске. В отличие от 8? и 5ј? дискет, окно для головок дискеты 3Ѕ? закрыто сдвижной металлической заслонкой, которая открывается при установке её в дисковод. Защита от записи выполнена сдвигающейся шторкой в нижнем левом углу. Снизу справа находятся окошки, позволяющие схеме дисковода по количеству отверстий определить плотность записи на дискету:

нет -- 720 КБ,

одно -- 1,44 МБ,

два -- 2,88 МБ.

Несмотря на многие недостатки -- чувствительность к магнитным полям и недостаточную уже к середине 90-х годов ёмкость, формат 3Ѕ? продержался на рынке более четверти века, уйдя лишь после появления доступных по цене накопителей на основе флеш-памяти.

Следует отметить, что фактическая ёмкость дискет зависела от способа их форматирования. Поскольку, кроме самых ранних моделей, практически все флоппи-диски не содержали жёстко сформированных дорожек, дорога для экспериментов в области более эффективного использования дискеты была открыта для системных программистов. Результатом стало появление множества не совместимых между собою форматов дискет даже под одними и теми же операционными системами.

Форматы дискет в оборудовании IBM

«Стандартные» форматы дискет IBM PC различались размером диска, количеством секторов на дорожке, количеством используемых сторон (SS обозначает одностороннюю дискету, DS -- двухстороннюю), а также типом (плотностью записи) дисковода -- тип дисковода маркировался:

SD (англ. Single Density, одинарная плотность, впервые появился в IBM System 3740),

DD (англ. Double Density, двойная плотность, впервые появился в IBM System 34),

QD (англ. Quadruple Density, четверная плотность, использовался в отечественных клонах Robotron-1910 -- 5ј? дискета 720 К, Amstrad PC, ПК Нейрон -- 5ј? дискета 640 К),

HD (англ. High Density, высокая плотность, отличался от QD повышенным количеством секторов),

ED (англ. Extra High Density, сверхвысокая плотность).

В дополнительных (нестандартных) дорожках и секторах иногда размещали данные защиты от копирования проприетарных дискет. Стандартные программы, такие, как diskcopy, не переносили эти сектора при копировании.

Форматы дискет в прочем зарубежном оборудовании

Дополнительную путаницу внёс тот факт, что компания Apple использовала в своих компьютерах Macintosh дисководы, применяющие иной принцип кодирования при магнитной записи, чем на IBM PC -- в результате, несмотря на использование идентичных дискет, перенос информации между платформами на дискетах не был возможен до того момента, когда Apple внедрила дисководы высокой плотности SuperDrive, работавшие в обоих режимах.

Достаточно частой модификацией формата дискет 3Ѕ? является их форматирование на 1,2 МБ (с пониженным числом секторов). Эта возможность обычно может быть включена в BIOS современных компьютеров. Такое использование 3Ѕ? характерно для Японии и ЮАР. В качестве побочного эффекта, активация этой настройки BIOS обычно даёт возможность читать дискеты, отформатированные с использованием драйверов типа 800.

Особенности использования дискет в отечественной технике

Кроме вышеперечисленных вариаций форматов, существовал целый ряд усовершенствований и отклонений от стандартного формата дискет:

например, для RT-11 и её адаптированных в СССР версий количество находящихся в обороте несовместимых форматов дискеты превышало десяток. Наиболее известные -- применяемые в ДВК MX, MY;

также известны 320/360 КБ дискеты Искра-1030/Искра-1031 -- фактически представляли из себя SS/QD дискеты, но их загрузочный сектор был отмаркирован как DS/DD. В результате стандартный дисковод IBM PC не мог прочесть их без использования специальных драйверов (типа 800.com), а дисковод Искра-1030/Искра-1031, соответственно, не мог читать стандартные дискеты DS/DD от IBM PC.

Драйвер pu_1700 позволял также обеспечивать форматирование со сдвигом и интерливингом секторов -- это ускоряло операции последовательного чтения-записи, так как головка при переходе на следующий цилиндр, оказывалась перед первым сектором. При использовании обычного форматирования, когда первый сектор всегда находится за индесным отверстием (5ј?) или за зоной прохождения над герконом или датчиком Холла магнитика, закреплённого на моторе (3Ѕ?), за время шага головки начало первого сектора успевает проскочить, поэтому дисководу приходится накидывать лишний оборот.

Специальные драйверы-расширители BIOS (800, pu_1700, vformat и ряд других) позволяли форматировать дискеты с произвольным числом дорожек и секторов. Поскольку дисководы обычно поддерживали от одной до 4 дополнительных дорожек, а также позволяли, в зависимости от конструкционных особенностей, отформатировать на 1-4 сектора на дорожке больше, чем положено по стандарту, эти драйверы обеспечивали появление таких нестандартных форматов как 800 КБ (80 дорожек, 10 секторов), 840 КБ (84 дорожки, 10 секторов) и т. д. Максимальная ёмкость, устойчиво достигавшаяся таким методом на 3Ѕ? HD-дисководах, составляла 1700 КБ. Эта техника была впоследствии использована в форматах дискет DMF Майкрософт, расширившим ёмкость дискет до 1,68 МБ за счёт форматирования дискет на 21 сектор (например, в дистрибутивах Windows 95), аналогично формату XDF фирмы IBM, который использовался в дистрибутивах OS/2.

Одной из главных проблем, связанных с использованием дискет, была их недолговечность. Магнитный диск мог относительно легко размагнититься от воздействия металлических намагниченных поверхностей, природных магнитов, электромагнитных полей вблизи высокочастотных приборов, что делало хранение информации на дискетах достаточно ненадёжным.

Наиболее уязвимым элементом конструкции дискеты был жестяной или пластиковый кожух, закрывающий собственно гибкий диск: его края могли отгибаться, что приводило к застреванию дискеты в дисководе, возвращавшая кожух в исходное положение пружина могла смещаться, в результате кожух дискеты отделялся от корпуса и больше не возвращался в исходное положение. Сам пластиковый корпус дискеты не служил достаточной защитой гибкого диска от механических повреждений (например, при падении дискеты на пол), которые выводили магнитный носитель из строя. В щели между корпусом дискеты и кожухом могла проникать пыль.

Массовое вытеснение дискет из обихода началось с появлением перезаписываемых компакт-дисков и, особенно, носителей на основе флеш-памяти, обладающих на порядки большей ёмкостью, большей скоростью обмена и бомльшим фактическим числом циклов перезаписи и долговечностью.

4. Структура размещения информации на магнитном диске

Файлы на магнитные диски записываются и считываются при помощи специальных головок, которые расположены либо в основании диска(HDD),либо же в дисководе. Эти головки двигаются двигаются вдоль центрических окружностей диска именуемые как дорожки или треки. Количество дорожек которые могут быть на магнитном диске различается в зависимости какого класса магнитный диск и магнитного покрытия самой пластины диска.

Дорожки могут быть разбиты на сектора. В одном секторе может поместиться 128-256-512-1024 байт, но как основа взято 512 байт. Кластер это единица размещения файлов на диске, кластер состоит из одного или нескольких соединённых секторов дорожки. Во время записи файла на диск сам магнитный диск вращается при определённой скорости вокруг своей оси, а контроллер головки которая либо записывает, либо считывает информацию подводится к нужной для записи дорожке, которая выбрана для записи.

Площадь памяти записываему файлу, выделяется кратным числом кластеров, при это кластеры не обязательно должны быть из одной цепочки они могут находиться на больших расстояниях и не из одной цепочки кластеров, файлы которые находятся в разных цепочках кластеров называются фрагментироваyными.

Заключение

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

В настоящее время использование дискет практически прекращено. С 2010 года выпускается большое количество материнских плат для настольных персональных компьютеров, которые вообще не содержат разъёма для подключения дисковода. Из ноутбуков встроенные дисководы полностью исчезли ещё несколькими годами ранее.

Электронные ключи при работе с системами «Банк-клиент», обеспечивающие электронную цифровую подпись документа, ранее распространявшиеся на дискетах, всё чаще выпускаются в виде флешки с функцией биометрической защиты.

При установке драйверов для оборудования (например, RAID-массива) во время установки современных ОС семейства MS Windows (Windows Vista, Windows Server 2008 R2, Windows 7) также может применяться флеш-накопитель.

В случае отсутствия дисководов, подключаемых в соответствующий «классический» интерфейсный разъём на материнской плате, можно воспользоваться внешним устройством, имеющим USB- или SCSI-интерфейс.

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.

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. 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.

Исследователям удалось изготовить магнитную пленку из сплава кобальта, хрома и платины. Затем с помощью сфокусированного ионного пучка они разрезали пленку на прямоугольные магнитные «островки» размером всего в 26 миллионных долей миллиметра в поперечнике. Это соответствует плотности записи, составляющей 206 ГБ на квадратный дюйм. Правда, запись и считывание информации в этом случае не удастся осуществлять непосредственно, поскольку размер головок намного превышает размер «островков». Следовательно, необходимы новые, более миниатюрные головки. Кроме того, потребуется эффективная синхронизация процедур записи и считывания с движением головок. В прототипе, разработанном в IBM, подобная синхронизация реализована, однако широкое распространение подобных систем потребует значительного усовершенствования технологий создания жестких дисков.

Список использованных источников

1. Абакумов А.А. Магнитная интроскопия.- М.: Энергоатомиздат, 2007. - 420 с.

2. Колесниченко О. В., Шишигин И. В. Аппаратные средства РС. - 4-ое изд., перераб. и доп. - СПб.: БХВ - Петербург, 2009. - 1004 с.

3. Уинн Л.Рош Библия по техническому обеспечению Уинна Роша //Пер. с англ. А.Пашковского. - Мн.: МХХК “Динамо”, 2007. 416 с.

4. Элементы и устройства автоматики /В.С.Подлипенский, Ю.А.Сабинин, Л.Ю.Юрчук. Под ред. Ю.А.Сабинина, СПб,: Политехника, 2006. - 138 с.

Размещено на Allbest.ru