Исследование работы НЖДМ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Тема:         Исследование работы НЖДМ.

Цели:         Изучить конструкцию основных узлов жесткого диска.

Закрепить знания о принципе чтения и записи информации на магнитные носители.

Задачи:

-       изучить внутренние и внешние компоненты жесткого диска;

-       изучить основные узлы жесткого диска;

-       сформировать знания о принципе чтения/записи информации на магнитные носители.

-       сформировать умения подключения жесткого диска к материнской плате.

Вид работы:       групповой

Время выполнения:   4 часа

Оборудование:  НDD                                                          - 1 шт.

                            системная плата форм-фактора АТХ       - 1 шт.

                            шлейф SATA                                   - 1 шт.

                            набор отверток                                - 1 шт.

Теоретический материал:

Накопители информации - устройство записи, воспроизведения и хранения информации, а носитель информации  - это предмет, на который производится запись информации (диск, лента, твердый носитель). Значительная часть накопителей информации, используемых в настоящее время, создана на базе магнитных носителей. Накопитель на жестких дисках (Hard Disk Drive – HDD) имеют свои конструктивные особенности,  относятся к устройствам долговременного хранения информации. Несмотря на большое разнообразие моделей винчестеров принцип их действия и основные конструктивные элементы одинаковы. Основные элементы конструкции накопителя на жестком диске: магнитные диски; головки чтения/записи; механизм привода головок; двигатель привода дисков; печатная плата с электронной схемой управления. Типовой накопитель состоит из герметичного корпуса (гермо-блока) и платы электронного блока. В гермо-блоке размещены все механические части, на плате — вся управляющая электроника.

Дорожкой записи (Track) называется каждое из концентрических колец диска, на котором записаны данные. Поверхность диска разбивается на дорожки, начиная с внешнего края, число дорожек зависит от типа диска. Дорожки независимо от количества идентифицируются номером (внешняя дорожка имеет нулевой номер). Число дорожек на стандартном диске определяется плотностью записи, т.е. объемом информации, который можно надежно разместить на единице площади поверхности носителя. Для магнитных дисков определены две разновидности плотности записи — радиальная (поперечная) и линейная (продольная). Поперечная плотность записи измеряется числом доро­жек, размещенных на кольце диска шириной 1", а линейная плотность — числом бит данных, которые можно записать на дорожке единичной длины. Каждое кольцо дорожки разбивается на участки, называемые секторами. Размер секторов различных дисков может составлять от 128 до 1024 байт, но в качестве стандарта принят размер сектора 512 байт. Секторам на дорожке присваиваются номера, начиная с нуля. Сектор с нулевым номером на каждой дорожке резервируется для идентификации записываемой информации, но не для хра­нения данных.

Интерфейс — коммуникационное устройство (или протокол обмена), позволяющее одному устройству взаимодействовать с другим и устанавливать соответствие между выходами одного устройства и входами другого. Основная функция интерфейса HDD -передача данных из вычислителя ПК в накопитель и обратно. Разработано несколько основных типов интерфейсов: ESDI, IDE, SCSI. IDE и SCSI — интерфейсы, в которых контроллер выполнен в виде микросхемы, установленной на плате накопителя. В интерфейсе SCSI между контроллером и системной шиной введен еще один уровень организации данных и управления, а интерфейс IDE взаимодействует с системной шиной непосредственно.

В магнитных носителях информации цифровая запись производится на магниточувствительный материал. К таким материалам относятся некоторые разновидности оксидов железа, никель, кобальт и его соединения, сплавы, а также магнитопласты и магнитоэласты со связкой из пластмасс и резины, микропорошковые магнитные материалы.

Магнитное покрытие имеет толщину  несколько микрометров. Покрытие наносится на немагнитную основу, в качестве которой для магнитных лент и гибких дисков используются различные пластмассы, а для жестких дисков — алюминиевые сплавы и композиционные материалы подложки. Магнитное покрытие диска имеет доменную структуру, т.е. состоит из множества намагниченных мельчайших частиц. Магнитный домен (от лат. dominium — владение) — это микроскопическая, однородно намагниченная область в ферромагнитных образцах, отделенная от соседних областей тонкими переходными слоями (доменными границами). Под воздействием внешнего магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с направлением магнитных силовых линий. После прекращения воздействия внешнего поля на поверхности домена образуются зоны остаточной намагниченности. Благодаря этому свойству на магнитном носителе сохраняется информация о действовавшем магнитном поле. При записи информации внешнее магнитное поле создается с помощью магнитной головки. В процессе считывания информации зоны остаточной намагниченности, оказавшись напротив магнитной головки, наводят в ней при считывании электродвижущую силу (ЭДС). Схема записи и чтения с магнитного диска дана на рис. 9. Изменение направления ЭДС в течение некоторого промежутка времени отождествляется с двоичной единицей, а отсутствие этого изменения — с нулем. Указанный промежуток времени называется битовым элементом.

Поверхность магнитного носителя рассматривается как последовательность точечных позиций, каждая из которых ассоциируется с битом информации. Поскольку расположение этих позиций определяется неточно, для записи требуются заранее нанесенные метки, которые помогают находить необходимые позиции записи. Для нанесения таких синхронизирующих меток должно быть произведено разбиение диска на дорожки и секторы — форматирование.

Рис. 9. Запись и чтение данных с магнитного диска

Организация быстрого доступа к информации на диске является важным этапом хранения данных. Оперативный доступ к любой части поверхности диска обеспечивается, во-первых, за счет придания ему быстрого вращения и, во-вторых, путем перемещения магнитной головки чтения/записи по радиусу диска. Жесткий диск вращается со скоростью 3600 - 10000 об/мин.

Число дисков, головок и дорожек винчестера изменить невозможно, поскольку они определяются изготовителем в соответствии с заданными свойствами и качеством дисков. Число секторов на диске зависит от метода записи, а плотность — от носителя: чем выше качество материала диска, тем плотнее могут быть записаны на нем данные. Винчестеры содержат до 150 секторов на дорожке.

Общий объем памяти HDD рассчитывается по формуле:V=C*H*S*512(байт), где С— число цилиндров; Н— число головок; S— число секторов.

Задания к работе:

1.     Вскройте герметичный корпус HDD. Рассмотрите устройство и расположение узлов жесткого диска.

2.     В тетради для лабораторных работ выполните рисунок, на котором зарисуйте внутреннее строение и расположение основных узлов жесткого диска. Подпишите эти узлы.

3.     В тетради для лабораторных работ выполните рисунок, на котором изобразите разъемы жесткого диска, подпишите их назначение.

4.     Соберите жесткий диск.

5.     Определите и запишите в тетради интерфейс выданного Вам жесткого диска, обоснуйте свой ответ.

6.     Покажите, как и куда на материнской плате подключить жесткий диск

7.     Заполните таблицу 4.       

Таблица 4

Общие данные по  HDD

8.     Зарисуйте структуру организации данных на жестком диске рисунок

9.     Сделайте вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы:

1.     Расскажите о назначении жесткого диска.

2.     Перечислите внутренние и внешние компоненты жесткого диска, расскажите о их назначении.

3.     Назовите характеристики вашего жесткого диска: емкость; количество секторов, дорожек, кластеров; скорость вращения.

4.     Перечислите этапы форматирования дисков. Поясните назначение каждого из этапов.

5.     От чего зависит плотность нанесения дорожек на магнитном диске?

6.     От чего зависит плотность записи информации на магнитный диск?

7.     Покажите, как подключается жесткий диск к системной плате компьютера.

8.     Расскажите о принципе чтения/записи информации на магнитных носителях.

Рис. 10 Этапы чтения/записи информации на магнитных носителях