Огбпоу «томский техникум информационных технологий»

ОГБПОУ «ТОМСКИЙ ТЕХНИКУМ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

 

Отчет по лабораторной работе

Дисциплина: Технические средства информатизации.

Накопитель HDD

 

 

Выполнил студент гр(263). БуваковА.А.

преподаватель / Хлоповских В.М./

 

Томск 2017

Цель работы: изучить накопитель HDD IDE (ATA).

Список используемых сокращений.

НЖМД - накопитель на жестких магнитных дисках;
ШИФУ - широтно-импульсное фазовое управление;
МГ - магнитная головка;
БМГ - блок магнитных головок;
АРУ - автоматическая регулировка усиления;
AM - адресный маркер;
ГУН - генератор управляемый напряжением;
МС - микросхема;
ФАП Ч - фазовая автоподстройка частоты;
КЦК - контрольно-циклический код;
АЦП - аналогово-цифровой преобразователь;
ФНЧ - фильтр низких частот;
HOST - управляющий компьютер;
ЕСС - код обнаружения ошибки;
CRC - контрольно-циклический код;
FIFO - тип памяти "первым вошел - первым вышел".

Техническое описание НЖМД IDE AT.

Структурная схема НЖМД IDE AT. Структурная схема НЖМД IDE AT показана на рис. 1

Рис.1. Структурная схема НЖМД IDE AT.

INDEX - сигнал вырабатываемый схемой управления шпиндельного двигателя за один оборот диска;
START - разрешение на запуск шпиндельного двигателя;
HDO-HDN - двоичный код выбора головки считывания/записи;
RDDATARLL - данные чтения RLL;
WRDATARLL - данные записи RLL;
WF - сигнал вырабатываемый схемой записи при ошибке;
WCLK - синхроимпульсы записываемых данных; *
WRDATA - данные записи в коде NRZ;
LATE, EARLY - сигналы управления режимом предкомпенсации;
DRUN - выход детектора поля синхронизации;
RCLK - синхроимпульсы считываемых данных;
RDDATA - считываемые данные в коде NRZ;
RDGATE - строб чтения;
WRGATE - строб записи;
MALE - строб адреса управляющего микропроцессора;
MRE - стоб чтения управляющего микропроцессора;
MWE - стоб записи управляющего микропроцессора;
DO-D7 - внутренняя шина данных накопителя;
MCINT - сигнал прерывания от однокристального микроконтроллера;
WE - строб записи для буферного ОЗУ;
HDO-HD15, НАО-НА2, /CSO, /CS1, /HIOW, /HIOR, ЯОС816, IRQ 14,
RESET - интерфейсные сигналы.

 

Шпиндельный двигатель.

Шпиндельный двигатель НЖМД IDE AT как правило трехфазный, это обеспечивает более стабильную скорость вращения, что особенно важно при повышенной плотности записи. По этой же причине у таких двигателей, как правило, три датчика Холла (ST157A, ST351A/X, WD9xxxxA, KL-343, KL-3120), что позволяет микросхеме управления шпиндельным двигателем точнее подстраивать скорость вращения диска.

Более высокие требования к схеме управления шпиндельным двигателем связаны не только с повышенной плотностью записи НЖМД IDE AT, но и с тем, что такие НЖМД имеют малые габариты, в них применяют 3-х дюймовые диски, из-за этого механическая система шпиндель-магнитные диски имеет небольшую инерционность, что с одной стороны, позволяет более быстрее раскручивать и останавливать магнитные диски, но с другой такая механическая система сильнее подвержена детонации. В большинстве накопителей, с соленоидным приводом магнитных головок, для обеспечения обратной связи микросхемы управления шпиндельным двигателем и самим шпиндельным двигателем вместо датчиков Холла используется встроенная сервисная информация, она используется не только для позиционирования магнитных головок, но и для стабилизации скорости вращения шпиндельного двигателя (ST1144A, ST3144A, ST3290A, ST3660A фирмы Segate; СРЗххххА, CFSxxx, CFAxxx фирмы Coner;Caviar фирмы WesternDigital и др.). В таких НЖМД при подаче питающего напряжения шпиндельный двигатель раскручивается в форсированном режиме без анализа скорости вращения магнитных дисков. После этого специальная схема, из формата сервисной информации, выделяет импульсы-сервометки, которые подаются на микросхему управления шпиндельным двигателем, по этим импульсам и происходит дальнейшая стабилизация скорости вращения. Отличительной особенностью таких накопителей является наличие всего трех проводников (фаз управления), идущих к шпиндельному двигателю.

В первых моделях НЖМД IDE AT скорость вращения магнитных дисков составляла, как правило 16,6 мс (ST157A, KL-343, К.С-40GA, WD9xxx8A) в современных моделях НЖМД, при применении высокопроизводительных однокристальных контроллеров, для повышения скорости обмена, скорость вращения значительно увеличена и достигает 8 мс в 1 Гбт-ных моделях CFP1060S, CFP1040A фирмы Conner. Практически во всех моделях НЖМД IDE AT разрешение на запуск двигателя подается с управляющего микропроцессора, после его инициализации, поэтому шпиндельный двигатель может останавливаться при появлении интерфейсного сигнала RESET, более того в накопителях фирмы Segate запуск шпиндельного двигателя производится только после полной внутренней диагностики накопителя.

Система позиционирования.

В НЖМД IDE AT применяют систему позиционирования, как с шаговым двигателем, так и с соленоидным приводом (звуковой катушкой), причем в последнее время система позиционирования с соленоидным приводом практически полностью вытеснила систему позиционирования с шаговым двигателем. Это связанно, прежде всего, с такой характеристикой НЖМД, как среднее время доступа. Второй причиной является все увеличивающаяся плотность записи, за счет увеличения количества цилиндров на рабочей поверхности и как следствие уменьшение расстояния между двумя соседними дорожками.

В первых НЖМД IDE AT с шаговым двигателем ST157A, KL-343 использовалось обычное фазовое управление шаговым двигателем и заключается в том, что для перемещения на заданную дорожку к фазам шагового двигателя необходимо приложить последовательно дискретные напряжения, при этом вал двигателя провернется на заданный угол. Никакой обратной связи о положении головок такая система не имела и емкость накопителей которые использовали такой принцип позиционирования не превышала 40 Мбит.

В современных НЖМД применяют системы сбалансированного ротационного позиционирования, которые более надежны и занимают значительно меньше места по сравнению с линейными, используемыми на первых моделях НЖМД. В накопителях с солиноидным двигателем, для размещения сервисной информации (необходимой для позиционирования магнитных головок) используется два типа СИ:

- СИ на отдельной (выделенной) поверхности (dedicatedsurfase) ST1144А, ST3144A, ST3283A, ST3655A, LXT340A, МХТ540А;
- Встроенная СИ (embedded).

Последняя в свою очередь подразделяется на СИ расположенную между секторами и СИ встроенную в формат. К первой относятся модели WDAC2120A, WDAC2200A и др., семейства Caviar arhitecture-0; Ранние модели семейства СР-Зххх, CFA и CFS фирмы Conner и др. В таких моделях количество сервометок на дорожке точно соответствует количеству секторов накопителя и расположены они строго между секторами. Причем количество сервометок на дорожке меняется в соответствии с зонным распределением. В более современных накопителях используется СИ встроенная в формат. При этом количество сервометок на всех дорожках одинаково и равно, как например в модели ST3660A - 60. В таких накопителях формат не привязан к сервометкам и дорожку можно отформатировать на различное количество секторов. Причем когда встречается сервометка, физический формат прерывается (даже если встречается поле данных) и продолжается только после ее идентификации.

Системы управления с соленоидным двигателем (звуковой катушкой) являются самыми сложными, но благодаря появлению однокристальных сервомодуляторов стало возможным использование соленоидного привода в недорогих, массовых моделях НЖМД. В настоящее время практически все производители накопителей стали использовать именно соленоидный двигатель для систем позиционирования.

 

Канал считывания/записи.

В НЖМД IDE AT канал считывания-записи не претерпел большого изменения по сравнению с последними накопителями ST506/412 RLL. Все изменения связаны в основном с новой элементной базой и более плотными методами кодирования информации такими как ARLL. Важной особенностью современных HDD является применение зонно-секцию записи (ZBR), при которой все дисковое пространство разбивается на зоны и в каждой зоне записывается определенное количество секторов на дорожку. Количество зон на 3-х дюймовых магнитных дисках может достигать 20, а количество секторов в зонах, в зависимости от емкости, колеблется от 90 - 140 в самой первой зоне и плавно уменьшается до последней, где может достигать 40 - 70. Такой метод еще называют методом с постоянной плотностью записи.

Естественно что канал считывания/записи такого накопителя должен работать на различных частотах, при этом первая зона работает на самой высокой частоте и обеспечивает наибольшую скорость считывания данных. Для коррекции частотной характеристики канала в таких накопителях используют перестраиваемые цифровые фильтры. В НЖМД IDE AT применяют процессоры чтения данных с АРУ, поддерживающие кодирование RLL, в основном это 10206, 32Р541 на первых моделях, и 32Р544, 32РЗОЗО, 32Р4752 на более поздних. В качестве коммутаторов – предварительных усилителей чтения/записи для ферритовых МГ применяют хорошо зарекомендовавшие себя микросхемы 32R117, 32R510, 32R4610, для тонкопленочных МГ - 32R520, 32R522, 32R2020 и др.

 

Интерфейс IDE AT.

Режим трансляции.

Первые модели АТА винчестеров могли работать под своими физическими параметрами и допускали работу с каким-нибудь логическим типом в SetUp компьютера. Причем в паспорте диска этих винчестеров располагались именно физические параметры, отсюда и пошел термин установить накопитель под физическими параметрами.

Современные накопители АТА поддерживают универсальный режим трансляции, при котором основным критерием выбора параметров накопителя является общее количество секторов пользователя для данной модели. При установке параметров главное, чтобы произведение установленных цил., гол., сек. не превысило общее количество секторов накопителя. Как правило в сопровождающей документации на винчестер указываются наилучшие параметры с точки зрения емкости и общее количество секторов накопителя. Большинство BIOS персональных компьютеров имеют процедуру автодетект, которая позволяет прочитать параметры из паспорта диска накопителя и установить их в SetUp. Некоторые винчестеры, например фирмы Conner, используют так называемый адаптивный режим трансляции при котором сам накопитель оповещает пользователя о неправильном использовании его дискового пространства. При инициализации винчестеру передаются всего два параметра, количество головок и секторов, сам накопитель настраивает свою логическую структуру таким образом, чтобы общая емкость не изменилась, коррекция осуществляется за счет изменения числа цилиндров. Если прочитать паспорт диска такого накопителя до инициализации и после инициализации, то считанные значения параметров будут различны, причем количество головок и секторов во втором случае будет соответствовать инициализированным параметрам, а количество цилиндров будет скорректировано в соответствии с емкостью. Если количество логических цилиндров при инициализации компьютера окажется больше 1024 пользователь потеряет часть полезной емкости винчестера.

 

ОГБПОУ «ТОМСКИЙ ТЕХНИКУМ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»