Навігація
Головна
 
Головна arrow Інформатика arrow Архітектура ЕОМ і систем
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

НАКОПИЧУВАЧІ НА ГНУЧКИХ МАГНІТНИХ ДИСКАХ

Загальні відомості

Накопичувач на гнучких магнітних дисках (НГМД, або FDD - Floppy Disk Drive) призначений для зберігання інформації обсягом близько декількох мегабайт. Його вивчення дозволить більш глибоко зрозуміти принципи організації дискових магнітних накопичувачів. До складу підсистеми пам'яті на НГМД входять:

  • дискета (Floppy Disk) - безпосередній накопичувач інформації. Однією з її складових частин є гнучкий магнітний диск. Назва гнучкий пов'язано з тим, що сам диск, виконаний з тонкої пластикової пластини з нанесеним магнітним шаром, є гнучким. Гнучкий диск поміщається в спеціальний конверт-футляр;
  • дисковод (Disk Drive) - механічний пристрій для запису інформації на дискету і зчитування з неї;
  • контролер (Controller) - пристрій управління дисководом в режимах запису / зчитування;
  • • багатожильний кабель іля підключення дисковода до контролера. Високий рівень стандартизації апаратних і програмних засобів дозволяє використовувати НГМД в якості універсальних засобів для обміну інформацією між різними комп'ютерами.

Дискети

Відомо два формати дискет: 3-дюймові дискети з діаметром диска 3,5 "і 5-дюймові - з діаметром 5,25", де "- дюйм, при цьому 1" = 25,4 мм.

Конструктивне оформлення дискет. Дискета будь-якого формату є конверт-футляр квадратної форми, в якому розміщується пластмасовий диск з нанесеним на його поверхню магнітним шаром. Внутрішня поверхня конверта покрита м'яким матеріалом для захисту магнітного шару від пилу і пошкоджень при обертанні диска. У конверті є виріз, через який магнітні головки стикаються з магнітним шаром в процесі запису / читання. У конструкції диска передбачені елементи для механічного зв'язку з електроприводом. Дискета має достатньо коштів захисту від запису.

На рис. 11.7, а показаний вид 3-дюймової дискети з тильного боку. Конверт-футляр дискети виконаний з пластмаси і надійно захищає магнітний диск від механічних впливів. Щоб вставити дискету в дисковод з необхідною орієнтацією сторін, один кут конверта має зріз.

Вид 3-дюймової дискети з тильного боку (а) і логічна структура диска (б)

Мал. 11.7. Вид 3-дюймової дискети з тильного боку (а) і логічна структура диска (б)

У верхній частині дискети розташована змінна кришка з вікном для запису / читання , яка призначена для захисту магнітного шару диска від пилу і пошкоджень. Після установки дискети в дисковод змінна кришка зсувається вправо, відкриваючи через вікно і виріз в конверті доступ магнітним голівках до магнітного шару диска для запису / читання.

У правій нижній частині дискети є вікно захисту від запису. Якщо засувка вікна знаходиться в нижньому положенні, як показано на рис. 11.7, а, вікно відкрите і дискета захищена від запису. Запис дозволена в верхньому положенні засувки, коли вікно закрите. У лівій нижній частині дискети є вікно ідентифікації дискет ємністю 1,44 Мбайт. У дискетах ємністю 720 і 2880 Кбайт таке вікно відсутня.

Для механічного сполучення дискети з приводом в конверте- футлярі є виріз круглої форми, через який здійснюється зв'язок диска з механізмом приводу. Виріз прямокутної форми в центральній частині диска виконує функції фіксатора.

Логічна організація дискет. Інформація зберігається в магнітних шарах, розташованих на обох сторонах диска. Для упорядкування записи і читання інформації поверхню диска розбивається на окремі ділянки, сукупність яких утворює логічну структуру дискети. Процес створення логічної структури дискети називається форматуванням. Форматування виконується програмним способом за допомогою спеціальної команди. Наприклад, для DOS використовується команда FORMAT. В процесі форматування поверхню диска розбивається на доріжки (Tracks) і сектори (Sectors). Кількість доріжок і секторів визначається якістю матеріалу магнітного шару. На рис. 11 .7,6 приведена логічна структура диска, що має 80 доріжок і 18 секторів. Доріжки, сектори і сторони диска нумеруються, починаючи з нуля. Мінімальною фізичною одиницею, що відводиться на диску для зберігання інформації, є сектор однієї доріжки, або абсолютний сектор. Загальна кількість абсолютних секторів дискети визначається твором числа сторін N, числа доріжок D на стороні, числа секторів S на доріжці і для наведеної логічної структури (рис. 11.7,6) становить:

Кожен сектор має власний адресу, вказану в його заголовку. Сектори відокремлені один від одного пробілами. Кількість байт, яке можна записати в сектор, залежить від операційної системи. Для DOS розмір сектора становить 512 байт. Ємність V дискети визначається твором загального числа секторів S a на число байт в секторі В:

Відомо три стандарти 3-дюймових дискет:

  • • стандарт подвійної щільності (DD - Double Density). Такі дискети мають 80 доріжок і 9 секторів. Їх ємність становить 720 Кбайт;
  • • стандарт високої щільності (HD - High Density). Такі дискети мають 80 доріжок і 18 секторів. Їх ємність дорівнює 1440 Кбайт. Основу магнітного шару дискет складає феррит кобальту, товщина шару - 1 мкм;
  • • стандарт надвисокої щільності (ED - Extra-high Density). Такі дискети мають 80 доріжок і 36 секторів. Їх ємність дорівнює 2880 Кбайт. Основу магнітного шару дискет складає феррит барію, товщина шару - 2,5 мкм. Товстий магнітний шар дозволяє використовувати спосіб вертикальної записи, при якому домени орієнтовані перпендикулярно поверхні диска і розташовуються більш компактно, ніж при горизонтальній записи, що підвищує щільність запису даних.

Всі 3-дюймові дискети мають магнітний шар з обох сторін диска (стандарт DS - Double Sided).

При форматуванні на диску виділяються дві області: системна область і область даних.

Системна область. Ця область знаходиться на самому початку обох сторін диска, займаючи кілька кілобайт. В системній області розташовуються:

  • завантажувальний запис , що містить інформацію про фізичні характеристики диска (розмір сектора в байтах, число секторів на доріжку, число абсолютних секторів, число головок і т.д.) для драйверів різних пристроїв і програму початкового завантаження, яка використовується для пуску комп'ютера після включення живлення або системного скидання. Ця програма перевіряє наявність на диску системних файлів. При їх наявності (диск є системним) ініціюється завантаження операційної системи в пам'ять комп'ютера, після чого управління комп'ютером передається операційній системі. При відсутності системних файлів комп'ютер видає повідомлення про помилку. В цьому випадку необхідно видалити дискету або встановити системну дискету;
  • таблиця розміщення файлів (File Allocation Table - FAT), призначена для ідентифікації інформації на диску. У таблиці міститься опис розміщення всіх даних (файлів і каталогів, або папок), що зберігаються на диску. Одиницею вимірювання даних служить кластер, який в залежності від типу дискети займає один або два сусідніх сектора. Слід мати на увазі, що кластери файлу можуть перебувати в різних місцях диска. Файл з таким розміщенням кластерів називається фрагментованим. Таблиця містить дві колонки. В одній з них розміщується список номерів (починаючи з другого) кластерів з області даних, в іншій - список чисел, що дає інформацію про кластери. Для кожного запису в FAT відводиться 12 двійкових розрядів або 3 шістнадцятирічних розряду. Рядок другий колонки може містити одну з наступних записів, які представимо 16-розрядних кодом:
    • 000Н - кластер вільний;

ХХХН - номер наступного кластера в файлі;

FF8 + FFFH - останній кластер файлу;

FF7H - дефектний кластер;

FF0 + FF6H - зарезервований кластер.

У табл. 11.1 наведено приклад, який ілюструє особливості записів файлів А і В у FAT. Файл А розташовується в кластерах 2, 5, 9, 10, 11, файл В - в кластерах 3, 4, 7, 8. Про це свідчать записи в другій колонці. Кластер 6 є дефектним, а кластери 12, 13 - вільними.

Таблиця 11.1

номер кластера

Запис в FAT

Пояснення до запису в FAT

2

5

Номер наступного кластера файлу А

3

4

Номер наступного кластера файлу В

4

7

Номер наступного кластера файлу В

5

9

Номер наступного кластера файлу А

6

FF7H

дефектний кластер

7

8

Номер наступного кластера файлу В

8

FF8 - FFFH

Останній кластер файлу В

9

10

Номер наступного кластера файлу А

10

11

Номер наступного кластера файлу А

11

FF8 - FFFH

Останній кластер файлу А

12

000Н

вільний кластер

13

000Н

вільний кластер

Таблиця розміщення файлів настільки важлива, що операційна система додатково створює її копію, яка застосовується для відновлення пошкоджених дисків. Будь-яка зміна даних на диску відбивається в обох таблицях FAT;

кореневої каталог , який представляє собою зведення записів, кожна з яких має довжину 32 байта і містить інформацію про файл або (під) каталозі. Для системного диска перші два файли в кореневому каталозі містять інтерфейсні програми BIOS і ядро операційної системи. Як зазначалося вище, вони використовуються програмою початкового завантаження. Для кожного типу диска розмір кореневого каталогу фіксований. Наприклад, на диску формату 3,5 "ємністю 1,4 Мбайт розмір кореневого каталогу становить 14 секторів (512 х 14 = 7168 байт). Тому максимальне число записів в кореневому каталозі одно 7168: 32 = 224. Для розміщення на диску більшого числа файлів необхідно створювати (під) каталоги. на відміну від кореневого каталогу підкаталоги можуть мати будь-який розмір і розміщуватися в будь-якій області даних.

Кожен запис кореневого (і будь-якого іншого) каталогу містить поля, під кожне поле відведено певну кількість байтів. У табл. 11.2 показано розподіл 32-байтового слова по окремих полях і наведено короткий їх опис.

Таблиця 11.2

байти

призначення

11

Файл в кодах ASCII. Файл розділене на 8-байтное основне ім'я і 3-байтное розширення. Між основним ім'ям і розширенням ставиться крапка.

Якщо перший байт імені файлу складається з нулів, то цей файл не використовується і фіксує кінець записів каталогу.

Якщо перший байт імені файлу містить код Е5Н = 229ю, то це є ознакою видалення файлу. При видаленні файлу в кореневому каталозі залишається номер початкового кластера файлу, його довжина і самі дані в кластерах. Тому випадково видалений файл можна відновити, якщо в кластери не записав нові дані

1

Байт атрибутів файлу. Середнє арифметичне значення кожного з шести молодших бітів B 5 ... B 0 байта відображає один атрибут файлу. Нижче наведені двійкові коди атрибутів:

  • 00000001 - файл тільки для читання (забороняється зміна вмісту файлу);
  • 00000010 - прихований файл (не виводиться в листинги каталогів);
  • 00000100 - системний файл (тільки для читання);
  • 00001000 - мітка тому до 11 символів (призначена для ідентифікації диска);
  • 00010000 -каталог ( має таке ж ім'я, як і файл);
  • 00100000 - атрибут архівації . використовуваний при резервному копіюванні. Атрибут встановлюється після створення або модифікації файлу і скидається після того, як програма архівації скопіює файл. Таким чином, завжди відомо, з яких файлів знято копію, а з яких ні.

Файл може мати кілька атрибутів одночасно

10

Резервні байти. Байти призначені для майбутнього використання

2

Час створення або останньої модифікації файлу. Окремі біти # 15 ... / ¾ 2-байтового слова використовуються в такий спосіб:

# 15 # 14 # 13 # 12 # ц - число годин: 00, 01,02, ..., 23;

# I0 # 9 # s # 7 # 6 # 5 - число хвилин: 00,01,02, ..., 59;

# 4 # з # 2 # | # про - число секунд: 00, 02, 04, ..., 58

2

Дата створення або останньої модифікації файлу. Окремі біти # 15 ... / ¾ 2-байтового слова використовуються в такий спосіб:

# I5 # i4 # i3 # i2 # i 1 - день місяця: 01,02, 03, ..., 31;

# Ю # 9 # 8 # 7 - місяць: 01, 02,03, ..., 12;

# Б # 5 # 4 # з # 2 # | # Про - рік: 00, 01,02, ..., 99

2

Номер кластера, з якого починається файл на диску

4

Фактична довжина файлу в байтах

Область даних. Ця область призначена для зберігання даних, що містяться в файлах і підкаталогах. Необхідно мати на увазі, що файл на диску завжди займає ціле число кластерів. Наприклад, якщо файл довжиною 1024 байти займає на диску один кластер

(1024 байти), то файл довжиною тисяча двадцять-п'ять байт буде займати два кластери (2048 байт). Крім того, дані файлу можуть розташовуватися у вигляді окремих фрагментів в несуміжних кластерах. Такі фрагментовані файли збільшують час доступу до даних. Для усунення зазначеного недоліку слід регулярно виконувати операцію дефрагментації файлів за допомогою відповідних програм (утиліт).

Для більш наочного уявлення логічної структури дискети на рис. 11.8 наведено приклад розміщення системної області і області даних на 720К-дискеті. Варто зазначити, що:

  • системна область займає 12 секторів, причому в першому секторі розміщується завантажувальний запис, у другому і третьому - FAT1, в четвертому і п'ятому - FAT2, а решта 7 секторів - кореневої каталог, розмір якого становить 512 x 7 = 3584 байта. Тому максимальне число записів в кореневому каталозі одно 3584: 32 = 112;
  • область даних займає іншу частину диска. Дані зберігаються в кластерах. Кластер є логічним елементом і включає в себе два сектора. Нумерація кластерів починається з числа 2 і здійснюється з послідовним чергуванням нульовий (0) і першої (1) сторін диска;
  • циліндр являє собою сукупність двох доріжок, розташованих з різних сторін диска і мають однакові номери. Нумерація циліндрів, як і доріжок, починається з 0.

Дисководи. Основними компонентами дисковода НГМД є:

  • привід з механізмом фіксації дискети. В якості приводу використовується шпиндельний двигун. Швидкість обертання двигуна для 3-дюймових дискет складає 300 об / хв. Середній час запуску двигуна становить 400 мс;
  • блок магнітних головок з механізмами притиску головок до диска. Блок головок містить каретку з закріпленими на ній головка-

Розміщення системної області і області даних на 720К-дискеті

Мал. 11.8. Розміщення системної області і області даних на 720К-дискеті

ми запису / читання і стирають головками. Головки розташовані з кожного боку диска. Стираючі головки призначені для зменшення ширини доріжки під час запису. Завдяки цьому між записаними доріжками створюються розмагніченого ділянки, що підвищує якість зчитування даних. В процесі позиціонування, запису / читання магнітні головки стикаються з поверхнею диска, в паузах між записом і зчитуванням головки піднімають над поверхнею;

  • кроковий двигун , обертальний рух якого перетворюється в поступальний рух каретки. За допомогою крокової двигуна каретка з магнітними головками переміщається по поверхні диска в радіальному напрямку фіксованими кроками. Величина кроку залежить від щільності запису доріжок. Зокрема, під час запису з щільністю 96 доріжок на дюйм (track per inch - tpi) величина кроку відповідає повороту ротора крокового двигуна на 1,8 °. Переміщення блоку головок з одного положення в інше називається позиціонуванням. Максимальний час позиціонування при переміщенні головок з одного крайнього положення в інше має значення близько 100 мс, а між двома сусідніми доріжками - близько 3 мс;
  • уми управління дисководом:

■ логічні схеми позиціонування головок, контролю, управління двигуном шпінделя;

■ джерела струму запису і стирання;

■ підсилювачі;

■ датчики індексу, що використовуються для визначення початку доріжки при форматуванні дискети;

■ формувачі індексного мітки і вихідного сигналу;

■ комутатор головок і т.д .;

корпус , в якому розміщуються перераховані вище компоненти:

■ на лицьовій стороні корпусу є вікно-щілину, в яку вставляється дискета, і індикатор, що світиться при обертанні шпиндельного двигуна. Вікно-щілину 3-дюймових дисководів закрито шторкою. Для видалення дискети з дисковода можна натиснути кнопку. Для блокування 5-дюймових дискет після установки в дисковод і розблокування при видаленні з дисковода передбачена клямка;

■ на тильній стороні корпусу встановлені 4-контактний роз'єм для підключення живлення і 34-контактний роз'єм для з'єднання з контролером.

Як приклад на рис. 11.9, а приведена лицьова сторона корпусу 3-дюймового дисковода, на рис. 11 .9,6 - тильна сторона.

Лицьова (а) і тильна (6) сторона корпусу 3-дюймового дисковода

Мал. 11.9. Лицьова (а) і тильна (6) сторона корпусу 3-дюймового дисковода

Контролери. Контролер виконує функції сполучення НГМД з процесором, при цьому на процесор покладається загальне керівництво контролером за допомогою команд і слів стану процесора, а на контролер - безпосереднє управління НГМД.

Основними складовими частинами контролера є:

  • буфер шини даних, призначений для трансляції даних при записі / читанні;
  • регістри, які виконують функції тимчасового зберігання даних;
  • логічний пристрій, на яке покладаються функції центрального процесора контролера. Воно забезпечує режим обміну контролера.

Контролери НГМД інтегровані в чіпсети системних плат. Дисководи підключаються до гнізда на системній платі за допомогою 34-жильного плоского кабелю (рис. 11.10). Перекручені жили кабелю дозволяють привласнювати різні імена приводам 3-дюймових і 5-дюймових дискет (А: або В :).

Підключення 34-жильного плоского кабелю до дисководів 3,5 'та 5,25 "

Мал. 11.10. Підключення 34-жильного плоского кабелю до дисководів 3,5 'та 5,25 "

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук