НЖМД и НГМД: характеристика, назначение, размещение

Интерфейсный  блок обеспечивает сопряжение электроники  жёсткого диска с остальной системой.

Блок управления представляет собой систему управления, принимающую электрические сигналы позиционирования головок, и вырабатывающую управляющие воздействия приводом типа «звуковая катушка», коммутации информационных потоков с различных головок, управления работой всех остальных узлов (к примеру, управление скоростью вращения шпинделя).

Блок ПЗУ хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки  сигнала, а также служебную информацию винчестера.

Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти в некоторых случаях позволяет увеличить скорость работы накопителя.

Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового  сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации). Для цифровой обработки применяются различные методы, например метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood — максимальное правдоподобие при неполном отклике). Осуществляется сравнении принятого сигнала с образцами. При этом выбирается образец наиболее похожий по форме и временным характеристикам с декодируемым сигналом.

Технологии  записи данных

Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.

В последнее  время для считывания применяют  магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. В них, изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления, в зависимости от изменения напряженности магнитного поля. Подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации (особенно при больших плотностях записи информации).

Метод параллельной записи

На данный момент это всё ещё самая распространенная технология записи информации на НЖМД. Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая проходя над поверхностью вращающегося диска намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.

Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см². В настоящее время происходит постепенное вытеснение данного метода методом перпендикулярной записи.

Метод перпендикулярной записи

Метод перпендикулярной записи — это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных образцов — 15-23 Гбит/см², в дальнейшем планируется довести плотность до 60—75 Гбит/см².

Жёсткие диски  с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.

Метод тепловой магнитной  записи

Основная  статья: Термоассистируемая магнитная запись

Метод тепловой магнитной записи (англ. Heat-assisted magnetic recording, HAMR) на данный момент самый перспективный из существующих, сейчас он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность «закрепляется». На рынке ЖД данного типа пока не представлены (на 2009 год), есть лишь экспериментальные образцы, но их плотность уже превышает 150 Гбит/см². Разработка HAMR-технологий ведется уже довольно давно, однако эксперты до сих пор расходятся в оценках максимальной плотности записи. Так, компания Hitachi называет предел в 2,3−3,1 Тбит/см², а представители Seagate Technology предполагают, что они смогут довести плотность записи HAMR-носители до 7,75 Тбит/см². Широкого распространения данной технологии следует ожидать после 2010 года.

История прогресса накопителей 

1956 год — жесткий диск IBM 350 в составе первого серийного компьютера IBM 305 RAMAC. Накопитель занимал ящик размером с большой холодильник, а общий объём памяти 50 вращавшихся в нем покрытых чистым железом тонких дисков диаметром с большую пиццу (610 мм) составлял около 4,4 мегабайт (5 миллионов 6-битных байт)

1980 год — первый 5,25-дюймовый Winchester, Shugart ST-506, 5 Мб

1986 год — Стандарт SCSI

1991 год — Максимальная ёмкость 100 Мб

1995 год — Максимальная ёмкость 2 Гб

1997 год — Максимальная ёмкость 10 Гб

1998 год — Стандарты UDMA/33 и ATAPI

1999 год — IBM выпускает Microdrive ёмкостью 170 и 340 Мб

2002 год — Взят барьер адресного пространства выше 137 Гб (проблема 48-bit LBA)

2003 год — Появление SATA

2005 год — Максимальная ёмкость 500 Гб

2005 год — Стандарт Serial ATA 3G (или SATA II)

2005 год — Появление SAS (Serial Attached SCSI)

2006 год — Применение перпендикулярного метода записи в коммерческих накопителях

2006 год — Появление первых «гибридных» жёстких дисков, содержащих блок флэш-памяти

2007 год — Hitachi представляет первый коммерческий накопитель ёмкостью 1 Тб

2008 год — Seagate Technology LLC представляет накопитель емкостью 1,5 Тб

2009 год — Новые пластины позволили Seagate Technology LLC впервые в истории создать 2-терабайтный винчестер. 
 

Накопители  информации на гибких магнитных дисках

Диске́та — портативный магнитный носитель информации, используемый для многократной записи и хранения данных сравнительно небольшого объема. Этот вид носителя был особенно распространён в 1970-х — конце 1990-х годов. Вместо термина «дискета» иногда используется аббревиатура ГМД — «гибкий магнитный диск» (соответственно, устройство для работы с дискетами называется НГМД — «накопитель на гибких магнитных дисках»).

Обычно дискета  представляет собой гибкую пластиковую пластинку, покрытую ферромагнитным слоем, отсюда английское название «floppy disk» («гибкий диск»). Эта пластинка помещается в пластмассовый корпус, защищающий магнитный слой от физических повреждений. Оболочка бывает гибкой или прочной. Запись и считывание дискет осуществляется с помощью специального устройства — дисковода (флоппи-дисковода).

Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения.

Внешнее устройство

Дискета состоит из круглой полимерной подложки (магнитный диск - 1), покрытой с обеих сторон магнитным оксидом и помещенной в пластиковую упаковку (футляром - 2), на внутреннюю поверхность которой нанесено очищающее покрытие (две прокладки из мягкой бумаги - 3). В упаковке сделаны с двух сторон прямоугольные прорези (отверстие для чтения-записи - 4), закрытые металлической (или пластмассовой) пластинкой (5), через которые головки считывания/записи накопителя получают доступ к диску. В центре на металлической сердцевине диска находится шпиндельное отверстие (6), а на некотором смещении от центра имеется одно индексное отверстие (7). Назначение индексного отверстия - обеспечить накопителю точку отсчета при считывании или записи данных. Окошко запрета записи (8), закрыто (если открыто, то дискета защищена от записи). Два небольших выреза (направляющие отверстия и пазы - 9) на кромке кассеты, расположенные симметрично относительно окна головки, обеспечивают ее позиционирование и фиксацию в НГМД.

Дискета устанавливается  в накопитель на гибких магнитных дисках, автоматически в нем фиксируется, после чего механизм накопителя раскручивается до частоты вращения 360 мин^-1. В накопителе вращается сама дискета, магнитные головки остаются неподвижными. При этом магнитная головка устанавливается на определенную концентрическую дорожку, с которой и производится запись/считывание информации. Дискета вращается только при обращении к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков.

История

Первые дискеты  представляли собой гибкие пластиковые диски диметром 8 дюймов. Эти давно устаревшие диски были выпущены корпорацией IBM в 1971 году.

Чтобы объём  хранимой информации на носителе увеличился, дискеты сначала сделали двусторонними, а позже, в 1976 году, увечили плотность  и перешли на формат 5,25 дюйма. Затем удвоили и учетверили плотность записи и хранения информации. В 1981 году корпорация IBM выпустила дискеты размером 3,5 дюйма, ёмкостью 720 Кб, которые вскоре, во второй половине 80-х, достигли ёмкости 1,44 Мб при высокой плотности записи.

Назначение

1) Для загрузки  на компьютер программного обеспечения

2) Обмена данными  с другими компьютерами

3) Для создания  архивов данных и для резервного  копирования ценной информации 

Физические  принципы работы

Принцип работы магнитных запоминающих устройств основаны на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов.

Дисковые устройства, как правило, используют метод записи называемый методом без возвращения  к нулю с инверсией (Not Return Zero - NRZ). Запись по методу NRZ осуществляется путем изменения направления тока подмагничивания в обмотках головок чтения/записи, вызывающее обратное изменение полярности намагниченности сердечников магнитных головок и соответственно попеременное намагничивание участков носителя вдоль концентрических дорожек с течением времени и продвижением по окружности носителя. При этом совершенно неважно, происходит ли перемена магнитного потока от положительного направления к отрицательному или обратно, важен только сам факт перемены полярности.

В НГМД используются три основных метода кодирования:

- метод частотной модуляции;

В процессе считывания магнитная головка НГМД воспринимает магнитный поток с поверхности  диска и при каждом изменении  его вектора вырабатывает импульс  сигнала считывания. Приведенный выше алгоритм описывает классический FM метод записи и чтения.

- метод модифицированной частной модуляции (МЧМ);

- метод кодирования с ограничением расстояния между переходами намагниченности.

Устройство  магнитного диска

Информация записывается с двух сторон диска по дорожкам, которые представляют собой концентрические окружности, для быстроты доступа диск ещё разбит и на сектора. Плотность записи данных зависит от числа дорожек на поверхности диска, а также от плотности записи информации вдоль дорожки.