background image

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

background image

Pamięci masowe

Pamięć masowa to:

pamięć zewnętrzna

pamięć o stosunkowo dużej pojemności służącej do 
przechowywania wielkiej ilości danych

umożliwiająca trwałe przechowywanie danych

background image

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)

background image

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.

background image

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. 

 

background image

Pamięci masowe

2. 

Zasada 

odczytu 

informacji 

nośnika 

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

background image

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

background image

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.

background image

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

background image

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„.

background image

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

background image

Pamięci masowe

Ad c)

Zmiany kierunku prądu w głowicy zapisującej następują na 

środku bitu o wartości 1. 

background image

Pamięci masowe

Zadanie 1

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

background image

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.

background image

Pamięci masowe

5. Dyski elastyczne i ich interfejs,
 

background image

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).

background image

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 

background image

Pamięci masowe

 

nośnik 

magnetyczny 

głowice 
magn. 

kierunek 
przesuwu 
głowic 

silnik 

background image

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 

background image

Pamięci masowe

Budowa dysku elastycznego

background image

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

background image

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

background image

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. 

background image

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

background image

Pamięci masowe

6. Dyski twarde

background image

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.

background image

Pamięci masowe

background image

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. 

background image

Pamięci masowe

Głowice dysku 
twardego

background image

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

background image

31

Budowa dysku twardego

background image

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

background image

Pamięci masowe

background image

Fizyczna struktura zapisu dysku twardego

Pamięci masowe

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

background image

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 

background image

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)

background image

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.

background image

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

background image

Pamięci masowe


Document Outline