2h I budowa I zasada działania dysków elastycznych



Pobieranie 0,76 Mb.
Strona1/2
Data21.02.2018
Rozmiar0,76 Mb.
  1   2

L2

T: Rozpoznawanie elementów mechanizmów i układów sterujących pamięci dyskowej. Opisywanie budowy oraz zasady działania dysków elastycznych i dysków twardych.2h


I Budowa i zasada działania dysków elastycznych:

Ćwiczenie1

Rozróżnij pojęcia: dyskietka, napęd dysku elastycznego, stacja dysków
Ćwiczenie 2

Opisać budowę mechaniczną napędu dyskietek i określić rolę elementów składowych


Ćwiczenie 3

Określ istotę działania interfejsu dysków elastycznych, z uwzględnieniem okablowania (przeplot)


AD1. Dyski elastyczne i interfejs:
Dyskietka (dysk elastyczny, ang. Floppy Disk) jest to krążek wykonany z elastycznego

tworzywa sztucznego, pokrytego warstwą materiału magnetycznego. Grubość krążka z folii

jest mniejsza niż 0.1mm, a grubość warstwy magnetycznej wynosi tylko 0,0025mm.

Zapis danych odbywa się na koncentrycznych ścieżkach, których liczba może być równa

40 lub 80. Zwykle średnice dyskietek wynoszą: 5,25 lub 3,5 cala (rys. 1.). Obecnie

najbardziej rozpowszechnione są dyskietki o pojemności 1.44 MB – dysk 3.5 cala. Wcześniej

używano dyskietek o mniejszych pojemnościach, na przykład 360 KB lub 1.2 MB – dla

dysków 5.25” i 720 KB – dla dysków 3.5”. Rozwinięciem konstrukcji dyskietek 3.5” jest

standard ED (Extra Density) "2.88 MB".
FDD - napęd dysków elastycznych – mechaniczny element stacji dyskietek
FDC - kontroler dysków

Stacja dyskietek (FDD; Floppy Disk Drive) – element komputera przeznaczony do obsługi jednego z rodzajów zewnętrznej pamięci komputerowej, jakim jest dyskietka. Stacje dyskietek zwane są stacjami dysków miękkich.

W komputerach osobistych używane były następujące rodzaje stacji dyskietek:

* 8" – w pierwszych maszynach, pojemność 79,7 kB[1], 175 kB[2], 237,25 kB[3][4], 500,5 kB[5];

* 5 1/4" – obecnie praktycznie nie jest spotykana (pojemność dyskietki: SS/SD – 160 kB, SS/DD – 180 kB, DS/SD – 320 kB, DS/DD – 360 kB, HD 1,2 MB),

* 3 1/2" – mimo zmniejszenia znaczenia dyskietek, nadal czasem można spotkać te dyskietki (pojemność dyskietki: DD – 720 kB, HD – 1,44 MB, ED – 2,88 MB),

* 3" – praktycznie się nie przyjęły i na masową skalę występowały tylko w komputerach Amstrad.


AD2. Budowa mechaniczna napędu dysku elastycznego:
Napęd składa się z 2 silników. Pierwszy to silnik napędu krążka pokrytego ferromagnetykiem (nośnika informacji). Szybkość obrotowa krążka dyskietek 3,5 cala wynosi 360obr./min. Drugi z silników (krokowy) zapewnia liniowy ruch wzdłuż promienia krążka magnetycznego, zadaniem tego silnika jest precyzyjne ustawienie głowicy zapisująco-odczytującej nad określonym obszarem krążka. Informacja na dyskietce zapisywana jest w formie koncentrycznych okręgów nazywanych ścieżkami, gdyż w trakcie zapisu jednej ścieżki głowica zostaje unieruchomiona. Po zapełnieniu całej ścieżki głowicę należy przesunąć o pewien odcinek i zacząć zapisywać na następnej ścieżce. Najbardziej zewnętrzną ścieżkę nazywamy ścieżką zerową i pełni ona rolę pola wyróżniającego się gdyż w napędzie istnieje czujnik, który sygnalizuje ustawienie głowicy nad ścieżką zerową. Od tego miejsca zaczyna się praca napędu. Istnieje również czujnik, który występuje w mechanizmie napędu dyskietki i nazywany jest czujnikiem blokady zapisu. Istnieje również czujnik pierwszego sektora ścieżki, który sygnalizuje zbliżanie się głowicy pierwszego sektora dysku elastycznego.

AD3. Interfejs dysków elastycznych składa się z kontrolera napędu dyskowego FDC oraz z odpowiedniego okablowania. Zadaniem tego interfejsu jest przesyłanie pomiędzy FDC i FDD danych, które są zapisywane i odczytywane oraz dostarczenie wszystkich sygnałów sterujących niezbędnych do działania FDD:


- separator danych (rozdziela odczytywane impulsy na impulsy danych i impulsy synchronizujące)
- układy logiczne CRC (dostarczają danych do kontroli poprawności odczytywanej informacji)
- sterownik (jest odpowiedzialny za współpracę mikroprocesora z interfejsem)
- interfejs magistrali (jest odpowiedzialny za równoległą pracę ”komunikację” z systemem)
- mikroprocesor (jest odpowiedzialny za wysyłanie sygnałów sterujących niezbędnych do działania FDD)
- ROM (sprawdza zgodność i poprawność działania FDD)

Wklejać w domu rys z strony 76

II Struktura fizyczna i logiczna dysku twardego.:

Ćwiczenie 1

Budowa dysku twardego, rola elementów składowych
Ćwiczenie 2

Określenie geometrii dysku- objaśnij i wymień wynikające z niej parametry


Ćwiczenie 3

Opisz strukturę adresu fizycznego dysku CHS


Ćwiczenie 4

Opisz strukturę adresu logicznego dysku


Ćwiczenie 5

Rozróżnij pojęcia: partycja, tablica partycji, główny rekord, rekord ładujący, partycja aktywna


Ćwiczenie 6

Podaj zadania realizowane przez układy elektroniki dysku twardego, budowa i istota działania


AD1 Dysk stały składa się z zamkniętego w obudowie, wirującego talerza (dysku) lub zespołu talerzy, wykonanych najczęściej ze stopów aluminium, o wypolerowanej powierzchni pokrytej nośnikiem magnetycznym (grubości kilku mikrometrów) oraz z głowic elektromagnetycznych umożliwiających zapis i odczyt danych. Na każdą powierzchnię

talerza dysku przypada po jednej głowicy odczytu i zapisu. Głowice są umieszczone na elastycznych ramionach i w stanie spoczynku stykają się z talerzem blisko osi, w czasie pracy unoszą się, a ich odległość nad talerzem jest stabilizowana dzięki sile aerodynamicznej (głowica jest odpychana od talerza podobnie jak skrzydło samolotu unosi maszynę) powstałej w wyniku szybkich obrotów talerza. Jest to najpopularniejsze obecnie rozwiązanie (są też inne sposoby prowadzenia głowic nad talerzami).

Ramię głowicy dysku ustawia głowice w odpowiedniej odległości od osi obrotu talerza w celu odczytu lub zapisu danych na odpowiednim cylindrze. Pierwsze konstrukcje (do ok. 200MB) były wyposażone w silnik krokowy, stosowane również w stacjach dysków i stacjach dyskietek. Wzrost liczby cylindrów na dysku oraz konieczność zwiększenia szybkości dysków wymusił wprowadzenie innych rozwiązań. Najpopularniejszym obecnie jest tzw. voice coil czyli cewka, wzorowana na układzie magnetodynamicznym stosowanym w głośnikach. Umieszczona w silnym polu magnetycznym cewka porusza się i zajmuje położenie zgodnie z przepływającym przez nią prądem, ustawiając

ramię w odpowiedniej pozycji. Dzięki temu czas przejścia między kolejnymi ścieżkami jest nawet krótszy niż 1 milisekunda a przy większych odległościach nie przekracza kilkudziesięciu milisekund. Układ regulujący prądem zmienia natężenie prądu, tak by głowica ustabilizowała jak najszybciej swe położenia w zadanej odległości od środka talerza (nad wyznaczonym cylindrem). Informacja jest zapisywana na dysk przez przesyłanie strumienia elektromagnetycznego przez antenę albo głowicę zapisującą, która jest bardzo blisko magnetycznie polaryzowalnego materiału, zmieniającego swoją polaryzację (kierunek namagnesowania) wraz ze strumieniem magnetycznym. Informacja może być z powrotem odczytana w odwrotny sposób, gdyż zmienne pole magnetyczne powoduje indukowanie napięcia elektrycznego w cewce głowicy lub zmianę oporu w głowicy magnetyczno oporowej. Ramiona połączone są zworą i poruszają się razem. Zwora kieruje głowicami promieniowo po talerzach a w miarę rotacji talerzy, daje każdej głowicy dostęp do całości jej talerza.


Zintegrowana elektronika kontroluje ruch zwory, obroty dysku, oraz przygotowuje odczyty i zapisy na rozkaz od kontrolera dysku. Niektóre nowoczesne układy elektroniczne są zdolne do skutecznego szeregowania odczytów i zapisów na przestrzeni dysku oraz do remapowania sektorów dysku, które zawiodły .
Obudowa chroni części napędu od pyłu, pary wodnej, i innych źródeł zanieczyszczenia. Jakiekolwiek zanieczyszczenie głowic lub talerzy może doprowadzić do uszkodzenia głowicy (head crash), awarii dysku, w której głowica uszkadza talerz, ścierając cienką warstwę magnetyczną. Awarie głowicy mogą również być spowodowane przez błąd

elektroniczny, zużycie i zniszczenie, błędy produkcyjne dysku.



Wklejać w domu rys:




AD2 - 5. Struktura logiczna - w tej strukturze metody adresowania informacji to:
- adres sektora fizycznego
- adres sektora logicznego
- adres sektora klastra

a) adres sektora fizycznego określa w jakim miejscu dany plik jest fizycznie zapisany na dysku, nazywamy to adresem CHS (cylinder, głowica, sektor)

b) adres sektora logicznego nazywany jest inaczej numerem sektora logicznego. Strona zerowa jest nazywana stroną ukrytą. Jest poświęcona sprawom systemowym. Sektory tej strony nie wchodzą do numeracji sektorów logicznych na dyskach. Numeracje sektorów zaczynamy od zera. Sektorem zerowym jest pierwszy sektor fizyczny na stronie 1 i ścieżce 0.

c) adresowanie numerem klastra polega na poddaniu numeru klastra, na którym znajduje się zapisana informacja. Adresujemy w ten sposób tylko i wyłącznie obszar danych.

MBR (Master Boot Record) i DPT (Data partition table)

Partycja - logicznie niezależna struktura dysku.

DPT - struktura z informacjami o podziale dysku twardego na partycje.

MBR - ważna struktura, zajmuje pierwszy adres (sektor ścieżki zerowej strony ukrytej). W nim umieszczony jest program, którego zadaniem jest przeglądnięcie partycji w celu znalezienia partycji aktywnej a następnie załadowanie z tej partycji umieszczonego tam programu. W przypadku gdy zainstalowanych zostało kilka systemów operacyjnych na określonych partycjach to na partycji aktywnej uruchamia się program z wyborem tzw. menu systemu operacyjnego. Po wyborze następuje przekierowanie na określoną partycje i tam program ładujący ładuje system operacyjny. Mimo możliwości wpisania w adresie początku tablicy partycji numeru sektora i głowicy, programy partycjonujące działają tak, że granicą podziału jest zawsze początek i koniec kolejnych cylindrów na dysku.

Boot Record - załadowanie określonego systemu operacyjnego.

Tablica rozmieszczenia plików FAT - w tablicy tej umieszczane są informacje o klastrze takie jak: pozycja (adres), o strukturze dysku (plikach i folderach)

Parametry HDD:
- czas dostępu (czas pozycjonowania głowic plus średnio pół obrotu dysku. Wpływa na to prędkość obrotowa dysku plus szybkość pozycjonowania mechanizmu)
- transfer wewnętrzny (szybkość bezpośredniego zapisu i odczytu. Informuje w jakim czasie można zapisać lub odczytać określoną ilość danych w ciągu 1 sekundy)
- liczba talerzy
- liczba głowic
- interfejs (określa sposób komunikacji dysku z kontrolerem umieszczonym na płycie głównej)
- średni czas dostępu (określa średni czas jaki upływa od momentu otrzymania przez dysk żądania odczytu lub zapisu konkretnego obszaru danych)
- transfer zewnętrzny (przepustowość interfejsu)
- liczba obrotów na minute (parametr określa z jaką prędkością obracają się talerze danego dysku)
- cache (pamięć podręczna dysku twardego)
- MTBF (średni czas między uszkodzeniowy)
- pobór mocy
AD6 Zadania realizowane przez układy elektroniki dysku twardego, budowa i istota działania.

Układem zawiadującym pracą całości jest układ mikrokontrolera (ang. ficontroller). Steruje pracą specjalizowanych układów oznaczanych skrótem ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Układami tymi są: blok sterowania silnikami i zasilaniem (Sphidle/VCM Power ASIC), układy zapisu i odczytu (Read/Write ASIC) oraz układy interfejsu dysku (Disk controller and IDE Interface ASIC). Na schemacie blokowym zaznaczona jest też pamięć DRAM będąca pamięcią podręczną (cache) lub inaczej buforem dysku. Do pamięci tej przy odczycie z dysku zapisywane są oprócz żądanych sektorów także sektory sąsiadujące z nimi. W przypadku odwołania się do tych sektorów są odczytywane z tej pamięci w czasie znacznie krótszym niż czas odczytu z dysku. Przyspiesza to znacznie wykonanie tej operacji. Wielkości cache'u współczesnych dysków sięgają kilkunastu MB. Zwracamy uwagę, że są to pamięci DRAM (i szybsze nie są potrzebne).



Wymienione układy znajdują się na płytce drukowanej będącej elementem dysku (czasami widocznej, lecz nie zawsze), na schemacie oznaczonej jako PCB (Printed Circuit Board). Na zewnątrz płytki jako elementy dysku (patrz rysunek 3.19) znajdują się: silnik napędu dysków (Spindle Motor) i silnik pozycjonera (Voice Coil Motor -VCM). Ponadto w schemacie występuje blok przedwzmacniacza odczytu i układów zapisu. Ze względu na niski poziom odczytywanego sygnału i niewielki odstęp od szumów układy te umieszczone są przy zespole głowic. Pozwala to uniknąć przesyłania słabego sygnału. Na rysunku 3.22 pokazano uproszczony schemat blokowy układów elektronicznych dysku twardego.


  1   2


©operacji.org 2017
wyślij wiadomość

    Strona główna