Pamięci masowe

1. Zasada zapisu informacji na nośnikach magnetycznych,

2. Zasada odczytu informacji z nośników magnetycznych

3. Metody zapisu informacji na nośnikach magnetycznych

4. Podstawowe parametry napędów dyskowych,

5. Dyski elastyczne i ich interfejs,

6. Dyski twarde

Pamięci masowe

Pamięć masowa to:



pamięć zewnętrzna



pamięć o stosunkowo dużej pojemności służącej do
przechowywania wielkiej ilości danych



umożliwiająca trwałe przechowywanie danych

Pamięci masowe

Rodzaje pamięci masowych:

a)

Magnetyczne (streamer, FDD, HD)

b)

Magnetyczno-optyczne (MO)

c)

Optyczne CD, CD-R, DVD

d)

Mechaniczno-optyczne (karty i taśmy perforowane)

Pamięci masowe

1.

Zasada

zapisu

informacji

na

nośnikach

magnetycznych
Zasada zapisu informacji na nośnikach magnetycznych
stosowanych w dyskietkach i dyskach twardych jest
zbliżona do zapisu stosowanego w magnetofonach.

Pamięci masowe

Zjawisko wykorzystane przy zapisie to powstawanie pola
magnetycznego wokół przewodnika, przez który płynie prąd
oraz właściwości pewnych materiałów zwanych materiałami
magnetycznie twardymi. Materiały te pod wpływem pola
magnetycznego ulegają trwałemu namagnesowaniu, i
„zapamiętują” pole magnetyczne.

Zapis danych jest dokonywany za pomocą głowic. Głowicą
nazywamy rdzeń z nawiniętą na nim cewką i niewielką
szczeliną między biegunami. Zapis informacji sprowadza się
do magnesowania poruszającego się nośnika. Pole
magnetyczne, wytworzone w szczelinie, magnesuje nośnik
tak długo, jak długo płynie prąd w cewce głowicy.
Namagnesowany odcinek nośnika zachowuje się jak zwykły
magnes, wytwarzając własne pole magnetyczne.

Pamięci masowe

2.

Zasada

odczytu

informacji

z

nośnika

magnetycznego
Zasada odczytu informacji na nośnikach magnetycznych
stosowanych w dyskietkach i dyskach twardych jest
zbliżona do odczytu stosowanego w magnetofonach.

Pamięci masowe

Zjawisko wykorzystywane przy odczycie to powstawanie siły
elektromotorycznej w przewodniku znajdującym się w
zmiennym polu magnetycznym.

Odczyt

informacji

polega

na

przemieszczeniu

namagnesowanych odcinków nośnika pod szczeliną głowicy.
Pole magnetyczne pochodzące od namagnesowanego odcinka
nośnika, przenika rdzeń głowicy i indukuje w cewce siłę
elektromotoryczną, która jest następnie wzmacniana i
formowana w impuls cyfrowy, traktowany później jako impuls
zegarowy lub bit danych

Pamięci masowe

3.

Metody

zapisu

informacji

na

nośnikach

magnetycznych

Sposób kodowania informacji powinien zapewniać układom

zapisującym i odczytującym możliwość zakodowania:

• informacji użytecznej (danych, tekstów itp. w postaci

ciągów zerojedynkowych),

• informacji synchronizującej odczyt z zapisem.

Pamięci masowe

Rodzaje metod zapisu informacji na nośnikach

magnetycznych

a) metodę FM, obecnie już niestosowaną, która jednak

pozwala w prosty sposób opisać zasadę zapisu na
nośnikach magnetycznych,

b) metodę MFM stosowaną przy zapisie na dyskietkach

c) metodę RLL(2,7), będącą jedną z metod zapisu informacji

na dyskach twardych

Pamięci masowe

Ad a)
Metoda "Modulacji częstotliwości"(ang. Frequency
Modulation, FM). Przy modulacji FM prąd głowicy zapisu
zmienia kierunek na początku każdej komórki bitowej,
oraz w środku komórki, gdy zapisywany bit ma wartość
"jedynki„.

Pamięci masowe

Ad b)

W zmodyfikowanej metodzie modulacji częstotliwości MFM
prąd w głowicy zapisującej zmienia kierunek na środku
zapisywanej jedynki oraz na początku zapisywanego zera,
jeżeli poprzednio zapisywanym bitem nie była jedynka.
Zmiany prądu zapewniające synchronizację pojawiają się
tu nieco rzadziej, co zwiększa gęstość zapisu

Pamięci masowe

Ad c)

Zmiany kierunku prądu w głowicy zapisującej następują na

środku bitu o wartości 1.

Pamięci masowe

Zadanie 1

Narysuj zmiany kierunku prądu w głowicy zapisującej w kodzie
FM, MFM, RLL dla informacji: 01111011000

Pamięci masowe

4. Podstawowe parametry pamięci dyskowych to:

a)

Pojemność

b)

Transfer danych - szybkość przesyłania danych przy ciągłym
odczycie (nie uwzględniamy czasu wyszukiwania informacji).
Parametr ten będzie zależał między innymi od rodzaju interfejsu
dysku.

c)

Szybkość obrotowa dysku - parametr ten ma pośrednio wpływ
na transfer, a konkretnie na szybkość odczytu informacji przez
głowice

d)

Średni czas wyszukiwania informacji ang. average seek time)
- jest to uśredniony czas ustawiania głowic nad żądanym
obszarem.

e)

Czas przejścia pomiędzy dwoma ścieżkami (ang. track-to-
track seek) - czas jaki zajmuje przesunięcie głowic z jednej ścieżki
nad drugą. Pozwala ocenić zachowanie dysku w przypadku
odczytu „porozrzucanych" informacji.

f)

Wielkość pamięci buforowej (cache) - jest to pomięć
pozwalająca przyspieszyć niektóre operacje dyskowe.

g)

Rozmiary fizyczne.

Pamięci masowe

5. Dyski elastyczne i ich interfejs,

Pamięci masowe

Dyski elastyczne i interfejs:

a) FDD - napęd dysków elastycznych
b) FDC - kontroler dysków

Napędem dysków elastycznych lub stacją dysków

(dyskietek), oznaczoną w skrócie jako FDD (ang. Floppy
Disk Drive), nazywa się urządzenie zawierające część
mechaniczną oraz układy elektroniczne niezbędne do
sterowania pracą mechanizmów i realizacji operacji
odczytu i zapisu. Stacja dyskietek współpracuje z układem
wejścia/wyjścia (będącym jej interfejsem) zwanym
sterownikiem napędu dysków elastycznych, oznaczanym
skrótem FDC (ang. Floppy Disc Controller).

Pamięci masowe

Konstrukcja dyskietki



Dyskietka wykonana jest w postaci plastikowego krążka

pokrytego obustronnie materiałem magnetycznym o wysokim
stopniu rozdrobnienia co pozwala na uzyskanie dużej gęstości
zapisu. (im drobniejsze cząstki tym większa gęstość zapisu).



Krążek umieszczony jest w obudowie z twardszego materiału

zabezpieczającej przed ewentualnymi uszkodzeniami

Przesuwka metalowa
chroniąca nośnik
odsłaniana po
włożeniu do stacji

plastikowa
obudowa

przesuwka
blokady zapisu

otwór
identyfikujący
dyskietkę 1,44 MB

przesuwka
blokady
zapisu

krążek
metalowy

Pamięci masowe

nośnik

magnetyczny

głowice
magn.

kierunek
przesuwu
głowic

silnik

Pamięci masowe

Zasada działania stacji dyskietek elastycznych



Dyskietka obraca się z prędkością 360 obr/min (6 obr/sek)



Głowice zapisująco-odczytujące przesuwają się wzdłuż
promienia dyskietki



Prąd elektryczny doprowadzony do uzwojenia głowicy
wytwarza w pobliżu szczeliny głowicy pole magnetyczne
namagnesowujące fragment dyskietki znajdujący się pod
głowicą.

nośnik

magnetyczny

głowice
magn.

kierunek
przesuwu
głowic

silnik

Pamięci masowe

Budowa dysku elastycznego

Pamięci masowe

Organizacja zapisu na dyskietce 3,5’’



Zapis dokonywany jest po obu stronach dyskietki na
współśrodkowych okręgach nazywanych ścieżkami (track).



Ścieżki podzielone są na sektory (sector) po 512 B każda.



W przypadku dyskietki o średnicy 3,5” informacja
zapisywana jest dwustronnie na 80 ścieżkach po 18
sektorów.



Najbardziej zewnętrzną ścieżkę nazywamy ścieżką
zerową

Pojemność dyskietki wynosi więc:
2*80*18*512B=1474560 B, a po przeliczeniu na MB:
1474560/1024=1,44 MB

Pojemność dyskietki wynosi więc:

2*80*18*512B=1474560 B, a po przeliczeniu na MB:
1474560/1024=1,44 MB

Pamięci masowe



Na każdej ścieżce zapisywane jest 9216B (18 sektorów
po 512 B)



Ścieżka zewnętrzna ma długość ok. 250 mm (promień
R=40mm), czyli 1B zapisany jest na wycinku koła o
długości ok.. 0,027 mm, a jeden bit odpowiednio:
0,0035 mm przy szerokości ścieżki ok..0,2 mm



Na każdej ścieżce zapisywane jest 9216B (18 sektorów
po 512 B)



Ścieżka zewnętrzna ma długość ok. 250 mm (promień
R=40mm), czyli 1B zapisany jest na wycinku koła o
długości ok..

0,027 mm

, a jeden bit odpowiednio:

0,0035 mm

przy szerokości ścieżki ok..0,2 mm

Pamięci masowe

Interfejs dysków elastycznych

Interfejs dysków elastycznych składa się z kontrolera

napędu dyskowego FDC oraz okablowania w postaci tak
zwanego pasma łączącego FCD z FDD.

Pamięci masowe

- separator danych (rozdziela odczytywane impulsy na
impulsy danych i impulsy synchronizujące)

- układy logiczne CRC (dostarczają danych do kontroli
poprawności odczytywanej informacji)

- sterownik (jest odpowiedzialny za współpracę
mikroprocesora z interfejsem)

- interfejs magistrali (jest odpowiedzialny za równoległą
pracę ”komunikację” z systemem)

- mikroprocesor (jest odpowiedzialny za wysyłanie sygnałów
sterujących niezbędnych do działania FDD)

- ROM (sprawdza zgodność i poprawność działania FDD

Pamięci masowe

6. Dyski twarde

Pamięci masowe

Nazwa dysk twardy (hard disk) wywodzi się z faktu
zastąpienia elastycznego materiału dyskietki tarczą
aluminiową pokrytą obustronnie materiałem o
właściwościach magnetycznych. Jednocześnie zwiększono
liczbę tarcz dysku w celu uzyskania większej pojemności
zapisu. W celu poprawienia szybkości transmisji
zwiększono prędkość obrotową do

5400 obr/min (90

obr/sek) lub 7200 obr/min (120 obr/min

). Obecnie

produkowane dyski osiągają nawet prędkości obrotowe
rzędu

10000 obr/min

. Było to możliwe także dzięki

bardziej stabilnej konstrukcji i umieszczeniu tarcz dysku w
hermetycznej obudowie.
Pierwsze dyski miały pojemność 5 MB, a obecnie w
powszechnym użyciu są dyski o pojemnościach od 500 GB
do 2 TB.

Pamięci masowe

Pamięci masowe

Podstawowymi elementami składowymi dysku twardego

są:

• Bufor danych - jest to jego pamięć cache, gdzie chwilowo

przechowywane się dane do zapisu i odczytu.

• Elektronika pozycjonera zapewniająca, że dysk może wirować z

dużą szybkością (obecnie rzędu 7 tysięcy obrotów na minutę), a
głowica odczytująco-zapisująca może być umieszczona bardzo
blisko powierzchni dysku.

• Blok zapisu — sterujący zapisywaniem danych za pomocą

głowicy zapisu odczytu.

• Blok odczytu — sterujący odczytywaniem danych za pomocą

głowicy zapisu odczytu.

• Blok korygowania błędów współpracuje z blokiem odczytu i

pomaga mu poprawnie odczytywać dane z talerzy.

• Mechanizm pozycjonujący steruje silnikiem liniowym tak, aby

ramię głowicy zapisująco-odczytującej, trafiło nad właściwy
sektor talerza pokryte nośnikiem magnetycznym.

Pamięci masowe

Głowice dysku
twardego

Pamięci masowe

Najważniejsze parametry techniczne dysków twardych:
- czas dostępu (czas pozycjonowania głowic plus średnio pół obrotu
dysku)
- transfer wewnętrzny (szybkość bezpośredniego zapisu i odczytu.
Informuje w jakim czasie można zapisać lub odczytać określoną ilość
danych w ciągu 1 sekundy)
- liczba talerzy
- liczba głowic
- interfejs (określa sposób komunikacji dysku z kontrolerem
umieszczonym na płycie głównej)
- średni czas dostępu (określa średni czas jaki upływa od momentu
otrzymania przez dysk żądania odczytu lub zapisu konkretnego
obszaru danych)
- transfer zewnętrzny (przepustowość interfejsu)
- liczba obrotów na minute (parametr określa z jaką prędkością
obracają się talerze danego dysku)
- cache (pamięć podręczna dysku twardego)
- MTBF (średni czas między uszkodzeniowy)
- pobór moc

31

Budowa dysku twardego

Pojemność dysku twardego

Pamięci masowe

Pojemność dysku twardego jest zależna od jego
konstrukcji i wynikającej z tego organizacji zapisu.



Podobnie jak na dyskietce informacja zapisywana jest

na ścieżkach ale tutaj jest ich od kilkuset do kilku
tysięcy.



Liczba sektorów na ścieżce może wynosić 16, 32, 64,

128.



Kolejny parametr to liczba głowic, która waha się od 2

do 64.

Pojemność dysku obliczamy jako iloczyn:

Liczba ścieżek * liczba głowic * liczba sektorów*512 B

Pamięci masowe

Fizyczna struktura zapisu dysku twardego

Pamięci masowe

Sync –sygnały synchronizujące
IAM – znacznik adresowy indeksu
GAP1- szczelinowa przerwa

Pamięci masowe

Logiczna struktura zapisu dysku twardego
Struktura logiczna - w tej strukturze metody adresowania
informacji to:

a) adres sektora fizycznego

b) adres sektora logicznego

c) adres sektora klastra

Pamięci masowe

Ad a) adres sektora fizycznego określa w jakim miejscu
dany plik jest fizycznie zapisany na dysku, nazywamy to
adresem CHS (cylinder, głowica, sektor)

Pamięci masowe

Ad b) adres sektora logicznego nazywany jest inaczej
numerem sektora logicznego. Strona zerowa jest
nazywana stroną ukrytą. Jest poświęcona sprawom
systemowym. Sektory tej strony nie wchodzą do numeracji
sektorów logicznych na dyskach. Numeracje sektorów
zaczynamy od zera. Sektorem zerowym jest pierwszy
sektor fizyczny na stronie 1 i ścieżce 0.

Pamięci masowe

Ad c) adresowanie numerem klastra polega na poddaniu
numeru klastra, na którym znajduje się zapisana
informacja. Adresujemy w ten sposób tylko i wyłącznie
obszar danych

Pamięci masowe