Главная страницаОбратная связьКарта сайта

Интерфейсы для съемных накопителей Компоненты дисковода

Интерфейсы для съемных накопителей
Компоненты дисковода


Существует несколько методов подключения накопителей на гибких магнитных дисках к персональному компьютеру. Как известно, традиционный контроллер накопителей на гибких дисках работает только внутри системы, поэтому подключение внешних накопителей обычно осуществляется с помощью шины USB или какого-либо альтернативного интерфейса. До­вольно часто накопители USB или дисководы другого типа включают в себя стандартный накопитель на гибких дисках, выполненный в виде внешнего блока и содержащий интерфейсный преобразователь USB-to-floppy. В системах типа legacy-free” стандартный контроллер накопителя на гибких дисках не применяется, а для подключения накопителя обычно ис­пользуется шина USB. Иногда накопители подключаются с помощью шины FireWire (IEEE 1394) или параллельных интерфейсов. Для получения более подробной информации о шинах USB и параллельных портах обратитесь к главе 15.

Компоненты дисковода

В этом разделе описываются основные компоненты дисковода и поясняется, как они взаимодействуют во время чтения и записи данных. Все приводы гибких дисков, независимо от их типа, состоят из нескольких основных частей. Для того чтобы правильно установить и использовать дисковод, нужно разбираться в его компонентах и знать, для чего они предна­значены (рис. 10.2).


Головки чтения/записи


Дисковод, как правило, имеет две головки чтения/записи данных, т.е. является двусторонним. Для каждой стороны диска предназначено по одной головке; обе головки используются для чтения и записи на соответствующих поверхностях диска (рис. 10.3). Когда-то в персональных компьютерах устанавливались односторонние дисководы (например, в первых ком­пьютерах), но сегодня они уже стерты из человеческой памяти.

Примечание

Многие пользователи не знают, что первой является нижняя головка (т.е. головка 0). В односторонних дисководах используется фактически только нижняя головка, а верхняя заменяется войлочной прокладкой. Верхняя головка (головка 1) расположена не точно над нижней, а смещена на четыре или восемь дорожек ближе к центру (относительно нее) в зависимости от типа дисковода. По этой причине использование термина ‘‘цилиндр’’ несколько озадачивает - скорее это ‘‘конус’’.

Головки приводятся в движение устройством, которое называется приводом головок. Они могут перемещаться по прямой линии и устанавливаться над различными дорожками. Головки двигаются по касательной к дорожкам, которые они записывают на диск. Поскольку верхняя и нижняя головки монтируются на одном механизме, они двигаются одновременно и не могут перемещаться независимо друг от друга. Положение верхней и нижней головок определяет размещение дорожек на сторонах гибкого диска. В любом положении головки дорожки верхней и нижней частей диска формируют цилиндр. Большинство дискет имеет по 80 дорожек на каждой стороне (всего 160), формирующих 80 цилиндров.

Сами головки представляют собой электромагнитные катушки с сердечниками из мягкого сплава железа. Каждая головка является сложным механизмом, в котором головка чтения/записи расположена между двумя стирающими головками в одной физической сборке (рис. 10.4).

Запись на дискету выполняется так называемым методом туннельной подчистки. При нанесении дорожек дополнительные головки стирают внешние границы, аккуратно подравнивая их на диске. Эти головки следят, чтобы данные находились только в пределах определенного узкого туннеля” на каждой дорожке. Это препятствует искажению сигнала одной до­рожки сигналами с соседних дорожек. Если сигнал съедет” в сторону, могут возникнуть проблемы. Дополнительное позиционирование дорожек исключает такую возможность. Позиционирование — это расположение головок относительно дорожек, которые используются ими для чтения и записи. Позиционирование головок можно проверить, сравнив его с ус­тановкой дорожек эталонного диска, записанного на особо точном дисководе. Эталонные диски есть в продаже, и их можно использовать для проверки установки головок в вашем дисководе. Однако вряд ли это может понадобиться рядовому пользователю, учитывая, что стоимость эталонной дискеты превышает стоимость нового дисковода.

Головки снабжены пружинами и прижимаются к диску под небольшим давлением. Это означает, что они находятся в непосредственном контакте с поверхностью диска во время чтения и записи. Поскольку дисководы для гибких дисков в персональных компьютерах имеют скорость вращения всего 300 или 360 об/мин, это давление не вызывает особых проблем, связанных с трением. Новейшие диски покрываются специальными составами для уменьшения трения и повышения скольжения. В результате контакта на головках постепенно образуется налет оксидного материала диска. Этот слой должен периодически счищаться с головок во время профилактического ремонта или обычного обслуживания. Большинство производителей рекомендуют чистить головки каждые 40 часов активного использования устройства. Учитывая популярность дискет в современном мире, этот период можно сравнить с вечностью.

Для правильного чтения и записи информации головки должны находиться в непосредственном контакте с записывающей средой. Очень маленькие частицы отколовшегося оксида, грязь, пыль, дым и отпечатки пальцев могут вызвать проблемы при чтении и записи данных. Исследования производителей дисков и драйверов показали, что зазор величиной 0,000032 дюйма между головками и записывающей средой может вызывать ошибки чтения/записи. Теперь вы знаете, почему с дискетами нужно обращаться аккуратно и избегать загрязнения поверхности диска. Жесткая оболочка и защитная заслонка на окне для доступа головок на дискетах диаметром 3,5 дюйма предотвращают загрязнение поверхности. Дискеты диаметром 5,25 дюйма не имеют таких защитных элементов, поэтому с ними нужно обращаться еще аккуратнее. Рекомендуется переносить важные данные с дискет на перезаписываемые оптические диски, если ситуация не требует их обязательного хранения на оригинальных носителях.





Головки туннельной подчистки

Рис. 10.4. Конструкция головки дисковода для гибких дисков

Привод головок

Это устройство с механическим двигателем, которое заставляет головки перемещаться над поверхностью диска (рис. 10.5). В таких устройствах обычно используется шаговый двигатель, который осуществляет перемещения в двух направлениях с определенным приращением, или шагом. Этот двигатель поворачивается на точно определенный угол и останавливается. Шаговый двигатель выполняет перемещение между фиксированными ограничителями; они не могут осуществлять непрерывное позиционирование. Каждый шаг перемещения определяет дорожку на диске. Контроллер указывает двигателю, в каком положении он должен остановиться. Например, для позиционирования головок на дорожке 25 двигатель должен получить команду перейти на позицию 25 шагового стопора с нулевого цилиндра.



Крепежный винт Крепление головки


Обычно шаговый двигатель соединен с держателем головок свернутой в спираль стальной лентой. Лента наматывается на ось шагового двигателя, что делает вращательное движение поступательным. В некоторых дисководах вместо ленты используется червячная передача. В устройствах этого типа головки монтируются на червячной передаче, приводимой в движе­ние непосредственно валом шагового двигателя. Поскольку это устройство более компактно, привод с червячной передачей устанавливается на миниатюрных дисководах диаметром 3,5 дюйма. Большинство шаговых двигателей, установленных в дисководах гибких дисков, осуществляют перемещение с определенным шагом, связанным с расстоянием между дорожками на диске. Старые 5,25-дюймовые дисководы на 360 Кбайт с плотностью 48 дорожек на дюйм оснащены двигателем, который поворачивается с шагом 3,6°. Все остальные дисководы обычно имеют шаговый двигатель с приращением 1,8°. Обычно шаговый двигатель выглядит, как маленький цилиндр, расположенный в углу дисковода.

Шаговый двигатель поворачивается из одного крайнего положения в другое приблизительно за 0,2 с, или 200 мс. В среднем половина хода двигателя занимает 100 мс, а одна треть хода — 66 мс. Время половины и трети хода устройства привода головок часто используется для определения среднего времени доступа к дисководу, т.е. среднего времени перемещения головок с одной дорожки на другую.

Двигатель привода диска

Этот двигатель вращает диск. Скорость вращения составляет 300 или 360 об/мин в зависимости от типа дисковода. Только дисковод для гибких дисков диаметром 5,25 дюйма высокой плотности (HD) имеет скорость вращения 360 об/мин; все остальные, включая дисководы гибких дисков диаметром 5,25 дюйма двойной плотности (DD), 3,5 дюйма DD, 3,5 дюйма HD и 3,5 дюйма сверхвысокой плотности (ED), вращаются со скоростью 300 об/мин.

В старых дисководах двигатель вращал ось диска с помощью ременной передачи, но во всех современных дисководах используется прямой привод. Он надежнее, дешевле и компактнее. Старые дисководы с ременной передачей создавали больший вращающий момент для поворота застревающего диска. В большинстве современных систем с прямым приводом ис­пользуется автоматическая компенсация вращающего момента, которая устанавливает скорость вращения диска на фиксированную величину 300 или 360 об/мин и создает избыточный вращающий момент для застревающих дисков или уменьшает вращающий момент для проскальзывающих. Этот тип дисковода не требует настройки скорости вращения.

Платы управления

В дисководе всегда есть одна или более плат управления, или логических плат, на которых расположены схемы управления приводом головок, головками чтения/записи, вращающимся двигателем, датчиками диска и другими компонентами дисковода. Логическая плата осуществляет взаимодействие дисковода и платы контроллера в компьютере.

Во всех дисководах гибких дисков для ПК используется интерфейс Shugart Associates SA-400, созданный Шугартом в 1970-х годах; он базируется на микросхеме контроллера NEC 765. Благодаря этому стандартному интерфейсу вы можете купить дисководы любых производителей, и они окажутся совместимыми.

Контроллер

В первых моделях компьютеров накопители на гибких дисках подключались к плате расширения, установленной в разъем ISA системной платы. Позднее эти платы были усовершенствованы: кроме поддержки накопителя на гибких дисках, была добавлена поддержка последовательного и параллельного портов, а также интерфейса IDE/ATA. В настоящее время все эти устройства интегрированы в системную плату. Некоторые системы имеют микросхему Super I/O, которая, среди всего прочего, управляет параллельным и последовательным интерфейсами. В других системах функции Super I/O включены в микросхему южного моста. Независимо от своего местонахождения, контроллер логики дисковода связан с системой шиной ISA или LPC и функционирует так же, как если бы находился на отдельной плате
расширения. Все эти встроенные контроллеры обычно конфигурируются в настройках BIOS и могут быть отключены, если соответствующие устройства в системе не установлены.

Независимо от своего типа (внешний или интегрированный) контроллер использует следующие ресурсы:

■     запрос на прерывание — IRQ 6;

■     канал прямого доступа к памяти — DMA 2;

■     порты ввода-вывода — 3F0-3F5, 3F7.

Эти ресурсы стандартизированы и изменять их не следует. Они даже не пытаются использовать другие устройства, что по определению исключает конфликты. Системы, позиционированные как legacy-free”, не содержат микросхемы Super I/O и, соответственно, контролера дисковода. В таких системах может использоваться только внешний дисковод, подключаемый к порту USB.

В отличие от интерфейса ATA контроллер гибких дисков не претерпел существенных изменений за последние годы; единственное, что изменялось, — это быстродействие. По мере роста плотности записи на гибкие диски соответственно должно было меняться и быстродействие контроллера. Практически все современные контроллеры поддерживают скорость передачи данных 1 Мбит/с. Контроллер поддерживает все типы накопителей на гибких дисках. Контроллер со скоростью передачи данных 500 Кбит/с поддерживает все накопители на гибких дисках, за исключением накопителей емкостью 2,88 Мбайт. В очень старых компьютерах использовались контроллеры со скоростью 250 Кбит/с, поддерживающие работу только с накопителями формата 5,25 дюйма объемом 360 Кбайт и формата 3,5 дюйма объемом 720 Кбайт.

Совет

Лучший способ определить быстродействие контроллера накопителей на гибких магнитных дисках - изу-чить, какие именно параметры доступны в системной BIOS (см. главу 5).

Традиционные платы контроллеров гибких дисков поддерживали два привода магнитных дисков — A:” и B:”. Большинство современных систем с интегрированной микросхемой Super I/O поддерживает только один дисковод.

Лицевая панель

Лицевая панель, которую мы видим, глядя на дисковод спереди, обычно является съемной и выполняется в самых разных цветовых вариантах.

Многие производители выпускают накопители с серебристой, традиционной белой или черной лицевой панелью и индикатором активности красного, зеленого или желтого цвета. Благодаря этому производители ПК могут комплектовать системные блоки дисководами любого цвета, что придает им более привлекательный внешний вид.

Совет

В OEM-поставке дисководы крайне редко комплектуются лицевыми панелями и LED-индикаторами разных цветов, так как предназначены для использования в системных блоках, в которых они скрыты за общей фронтальной панелью, содержащей кнопку для извлечения дискеты из накопителя.

Разъемы

Почти все дисководы имеют хотя бы два разъема: один — для подводимого к дисководу электрического питания, а другой — для передачи сигналов управления и данных к дисководу и от него. Эти разъемы в компьютерной промышленности стандартизированы. Четырехконтактный линейный разъем Mate-N-Lock компании AMP большого и малого размеров используется для подключения питания (рис. 10.6), а 34-контактные разъемы — для сигналов данных и управления. В дисководах формата 5,25 дюйма обычно используется большой разъем питания Molex (такой же, как на жестких дисках и приводах CD-ROM), в то время как в большинстве дисководов формата 3,5 дюйма — малый разъем Berg.



Рис. 10.6. Силовые разъемы дисковода: Molex (большой) и Berg (маленький)

Оба разъема, Molex и Berg, со стороны кабеля питания являются разъемами-мамами”. Они насаживаются на штыревой разъем (папу”), который прикреплен непосредственно к дисководу. Следует обратить внимание, что раскладки контактов разъемов Berg и Molex прямо противоположны.

Одна из наиболее распространенных проблем, связанных с установкой накопителей формата 3,5 дюйма, — это отсутствие свободного маленького” разъема, необходимого для подключения дисковода. В данном случае пригодится переходник от Molex-Berg или же развет-витель, который позволяет превратить” один разъем Molex в один Berg и один Molex или же в два разъема Berg.

Интерфейсный кабель привода гибких дисков

На дисководах формата 3,5 и 5,25 дюйма используется 34-контактный разъем. Назначение контактов разъема описано в табл. 10.3.

Таблица 10.3. Назначение контактов разъема стандартного дисковода
Контакт                   Сигнал                                              Контакт



1. Контроллеры и устройства могут иметь один, два или нуль ключевых (отсутствующих) контактов.

2. Только для контроллеров, поддерживающие устройства HD (2,88 Мбайт); в остальных не используется.

Дисковод подключается к разъему системной платы с помощью странного” кабеля. Для подключения различных дисководов в этом кабеле содержится пять разъемов: один — для подключения к системной плате и по одному — для каждого типа дисковода (3,5 и 5,25 дюйма) и каждого типа подключения (А и В). Избыточные разъемы обеспечивают подключение любой комбинации 3,5- и 5,25-дюймовых дисководов (рис. 10.7).


Контакт 1 (маркирован)



Рис. 10.7. Стандартный кабель для подключения дисковода

Существуют и варианты кабеля для подключения только 3,5-дюймовых дисководов.

В этом кабеле линии 10–16 разрезаны и перекручены между разъемами разных дисководов. В составе перекручиваемых сигнальных кабелей находятся первое и второе положения перемычки выбора дисковода. В результате перемычки обоих подключаемых к кабелю дисководов имеют согласованное положение. Такой подход упрощает установку дисководов A и B без необходимости ручного конфигурирования.

Вы можете даже не подозревать о существовании подобных перемычек, поскольку перекрутка” на кабеле предотвращает необходимость изменения их положения. На современных накопителях перемычки практически не встречаются. При установке двух накопителей в одной системе (что в наши дни большая редкость) кабель изменяет конфигурацию сигнала DS для накопителя, подключенного после перекрутки”. Таким образом, дисковод, для которого задано второе положение DS (B), с точки зрения контроллера кажется накопителем, для которого задано первое положение DS (A). Распространение подобных кабелей на рынке привело к тому, что на дисководах перестали использоваться соответствующие перемычки, независимо от того, сколько в системе накопителей — два или один.

Если в системе установлен только один накопитель, используйте разъем после перекрутки”, так как при этом накопитель будет распознан как диск A:”. Хотя в настоящее время в этом практически нет необходимости, многие программы настройки BIOS позволяют поменять местами накопители A:” и B:” без изменения кабелей. Если в вашем компьютере установлен старый накопитель формата 5,25 дюйма как диск B:”, а с точки зрения программы он должен быть представлен как диск A:, воспользуйтесь данной возможностью, чтобы избежать необходимости вскрывать системный блок.

Примечание

Исходный интерфейс Shugart SA400 допускал подключение к одному кабелю до четырех накопителей формата 5,25 дюйма. Однако IBM изменила схему назначения контактов, чтобы ограничить количество накопителей двумя, избавляя при этом от необходимости задавать режим работы накопителя с помощью перемычек. Подробные сведения о данных изменениях приведены в главе 11 16-го издания данной книги, которое представлено на прилагаемом компакт-диске.

Использование дисковода операционной системой

Физические принципы работы 3,5-дюймового накопителя описать достаточно просто. Диск вращается со скоростью 300 об/мин. При этом головка, перемещаясь по пути длиной около 2,5 см, способна записать до 80 дорожек данных. Поскольку дорожки располагаются с обеих сторон диска, каждую пару дорожек принято называть цилиндром. При записи данных сначала записывается дорожка определенной ширины, после чего ее границы удаляются, чтобы избежать влияния на соседние дорожки.

С точки зрения операционной системы данные на дискетах разделены по дрожкам и секторам точно так, как на жестких дисках. Дорожки — это узкие концентрические окружности на диске; каждая дорожка разделена на секторы. Характеристики классической дискеты формата 3,5 дюйма емкостью 1,44 Мбайт перечислены ниже:

■     байтов/секторов — 512;

■     секторов на дорожку — 18;

■     дорожек на стороне — 80;

■     ширина дорожки — 0,115 мм;

■     количество сторон — 2;

■     объем (КиБ) — 1440;

■     объем (МиБ) — 1,406;

■     объем (Мбайт) — 1,475.

Спецификации более старых типов дискет представлены в разделе Technical Reference на прилагаемом к книге компакт-диске.

Объем дискеты можно выразить одним из нескольких способов. Например, дискета объемом 1,44 Мбайт при использовании десятичного определения мегабайта способна содержать 1,475 Мбайт. Это связано с тем, что при определении емкости дискет использовались двоичные единицы (1024 байт), которые изначально (совершенно неправильно) обозначались как Кбайт. Во избежание путаницы между двоичными и десятичными стандартами комитет МЭК для обозначения двоичных килобайтов принял новую аббревиатуру — КиБ.

Несмотря на появление стандартов МЭК использование двоичной системы счислений (1024 байт составляют 1 КиБ) для определения емкости гибких или жестких дисков осталось традиционным методом, в котором 1024 байт заведомо неправильно обозначаются как 1 Кбайт. По аналогии с этим появилось и неправильное обозначение Мбайт” (1 Мбайт = 1024 Кбайт). Таким образом, гибкий диск с фактической емкостью 1440 КиБ обозначается как 1,44-мегабайтовый, несмотря на то что в действительности он содержит 1,406 МиБ, или 1,475 млн. байт.

В оставшейся части главы для обозначения емкости гибких дисков будет использоваться более привычная система обозначений, чем технически точные двоичные и десятичные префиксы, принятые стандартом МЭК.

Примечание

Для измерения емкости накопителей на гибких и жестких дисках используются как мегабайты, так и миллионы байтов (сокращенно - Мбайт и М), что зачастую приводит к полной неразберихе. Для того чтобы выйти из этого положения, были разработаны специальные префиксы МЭК для двоичных множителей. Для получения более подробной информации об использовании в двоичной системе счислений префиксов МЭК обратитесь по адресу: http://physics.nist.gov/cuu/Units/binary.html


На новых дискетах, как на чистых листах бумаги, нет никакой информации. Форматирование дискеты подобно нанесению линий на бумагу (для того чтобы можно было писать ровно). При форматировании на дискету записывается информация, которая необходима операционной системе для поддержания каталога и таблицы размещения файлов. При этом удаляются все данные, ранее содержавшиеся на диске. Это подобно одновременно и низкоуровневому, и высокоуровневому форматированию жесткого диска; отличие заключается в том, что операция создания разделов не требуется.

Примечание

Параметр быстрого форматирования, доступный в большинстве версий Windows, включая Windows XP и Vista, приводит к очистке содержимого диска и проверяет файловую систему, а не полностью удаляет ее. Если вы запускаете программу FORMAT.EXE из командной строки, для выполнения быстрого форматирования достаточно использовать переключатель /Q. Следует заметить, что для обнаружения проблем в файловой системе его использовать не рекомендуется. Системы Windows NT/2000/XP/Vista выполняют полное (низкоуровневое) форматирование, которое приводит к перезаписи файловой системы и очистке диска; для этого достаточно отключить быстрое форматирование. Режим быстрого форматирования в Windows 9x/Me аналогичен применению параметров Quick Format, Full и Copy System Files Only в Windows XP и Vista. Выберите вариант Full при необходимости полной перезаписи файловой системы и удаления существующих данных.

Операционная система почти полностью резервирует дорожку, находящуюся на внешней границе дискеты (дорожку 0), для собственных нужд. В первом секторе этой дорожки (дорожка 0, сектор 1) находится загрузочная запись DOS (DBR) или загрузочный сектор (Boot Sector), который нужен для загрузки компьютера. В следующих нескольких секторах находятся таблицы размещения файлов (FAT), которые выполняют функции диспетчера, ведущего записи о том, в каких кластерах (т.е. ячейках размещения) на диске есть данные и какие из них свободны. И наконец, в нескольких следующих секторах находится корневой каталог, в котором DOS хранит информацию об именах и координатах начальных записей файлов.

Следует заметить, что уже много лет дискеты выпускаются в отформатированном виде, что экономит лишних пару минут пользователя на выполнение данной операции. Несмотря на это пользователь может переформатировать дискету в любое время. В частности, это касается случаев, когда приобретенная дискета оказалась отформатированной для системы Mac, т.е. без форматирования не может быть использована в PC-совместимых ПК.

Цилиндры

Термин цилиндр в контексте дискеты обычно используется как синоним слова дорожка”. Цилиндр — это общее количество дорожек, с которых можно считать информацию, не перемещая головок. Поскольку гибкий диск имеет только две стороны, а дисковод для гибких дисков — только две головки, в гибком диске на один цилиндр приходится две дорожки. В жестком диске может быть много дисковых пластин, каждая из которых имеет две (или больше) головки, поэтому одному цилиндру соответствует множество дорожек (см. главу 9).

Кластеры, или ячейки размещения данных

Кластер часто называют ячейкой размещения данных, поскольку это минимальная часть диска, которая может быть задействована операционной системой при записи файла. Кластер содержит определенное количество секторов, равное определенной степени числа 2 (1, 2, 4, 8 и т.д.). Увеличение количества секторов на кластер уменьшает размер FAT, а также позволяет операционной системе гораздо быстрее работать, так как ей приходится иметь дело с меньшим количеством блоков данных. В качестве компенсации приходится жертвовать дисковым пространством. Поскольку операционная система управляет дисковым пространством на уровне кластеров, каждый файл занимает пространство, кратное количеству кластеров. Однако накопители формата 3,5 дюйма объемом 1,44 Мбайт содержат настолько мало данных, что по умолчанию один кластер содержит один сектор (512 байт).



Обсудить статью на форуме


Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Интерфейсы для съемных накопителей Компоненты дисковода", оказалась полезной или интересной, Вы можете поставить закладку в социальной сети или в своём блоге на данную страницу:

Так же Вы можете задать вопрос по статье через форму обратной связи, в сообщение обязательно указывайте название или ссылку на статью!
   


Copyright © 2008 - 2017 Дискета.info