Современные средства хранения информации на сменных жестких магнитных дисках

Количество дисков может быть различным – от 1 до 5 и выше, число рабочих поверхностей при этом соответственно в 2 раза больше, правда, не всегда. Иногда наружные поверхности крайних дисков или одного из них не используются для хранения данных, при этом число рабочих поверхностей уменьшается и может оказаться нечетным.

Наиболее важной частью любого накопителя являются головки чтения/записи (read/write head). Как правило, они находятся на специальном позиционере, который напоминает рычаг звукоснимателя на проигрывателе грампластинок (тонарм). Это и есть вращающийся позиционер головок (head actuator). Существуют также и линейные позиционеры, по своему принципу движения, напоминающие тангенциальные тонармы.

В настоящее время известно, по крайней мере, несколько типов головок, используемых в винчестерах: монолитные, композитные, тонкопленочные и магнитно-резистивные (magneto-resistance, MR). Монолитные головки, как правило, изготовлены из феррита, которые является достаточно хрупким материалом. К тому же конструкция таких головок принципиально не допускает высоких плотностей записей. Композитные головки меньше и легче, чем монолитные. Обычно это стекло на керамическом основании; например, используются сплавы, включающие в себя такие материалы, как железо, алюминий и кремний. Керамические головки более прочные и обеспечивают более близкое расстояние до магнитной поверхности носителя, что в свою очередь ведет к увеличению плотности записи. При изготовлении тонкопленочных головок используют метод фотолитографии, хорошо известный полупроводниковой промышленности. В этом случае слой проводящего материала осаждается на неметаллическом основании.

Одним из самых перспективных в настоящее время считают магнитно-резистивные головки, разработанные фирмой IBM. Их производство начали также компании Fujitsu и Seagate. Собственно магнитно-резистивная головка представляет из себя сборку из двух головок: тонкопленочной для записи и магнитно-резистивной для чтения. Каждая из головок оптимизирована под свою задачу. Оказывается, магнитно-резистивная головка при чтении как минимум в три раза эффективнее тонкопленочной. Если тонкопленочная головка имеет обычный индуктивный принцип действия, т.е. переменный ток рождает магнитное поле, то в магнитно-резистивном (по определению) изменение магнитного потока меняет сопротивление чувствительного элемента. Магнитно-резистивные головки по сравнению с другими позволяют почти на 50% увеличить плотность записи на носителе. Все современные винчестеры от IBM оснащаются только этими головками. Новые разработки IBM в области жестких дисков позволяют обеспечить плотность записи 10 Гбит на квадратный дюйм, что примерно в 30 раз больше, чем сейчас. Речь идет о Giant MR-головках [10].

Заметим, что в современных винчестерах головки как бы «летят» на расстоянии доли микрона (обычно около 0,13 мкм) от поверхности дисков, не касаясь их. Кстати, в жестких дисках выпуска 80 года это расстояние составляло еще 1,4 мкм, в перспективных же моделях ожидается его уменьшение до 0,05 мкм.

На первых моделях винчестеров позиционер головок перемещался обычно с помощью шагового двигателя. В настоящее время для этой цели используются преимущественно линейные (типа voice coil, или «звуковая катушка») двигатели, иначе называемые соляноидными. К их преимуществам можно отнести относительно высокую скорость перемещения, практическую нечувствительность к изменениям температуры и положения привода. Кроме того при использовании соляноидных двигателей реализуется автоматическая парковка головок записи/чтения при отключении питании винчестера. В отличие от накопителей с шаговым двигателем не требуется периодическое переформатирование поверхности носителя.

Привод движения головок представляет из себя замкнутую сервосистему, для нормального функционирования которой необходимо предварительно записанная сервоинформация. Именно она позволяет позиционеру постоянно знать свое точное местоположение. Для записи в сервоинформации система позиционирования может использовать выделенные и/или рабочие поверхности носителя. В зависимости от этого различают выделенные, встроенные и гибридные сервосистемы. Выделенные системы достаточно дороги, однако имеют высокое быстродействие, поскольку практически не тратят времени для получения сервоинформации. Встроенные сервосистемы существенно дешевле и менее критичны к механическим ударам и колебаниям температуры. К тому же они позволяют сохранять на диске больше полезной информации. Тем не менее, такие системы, как правило, медленнее выделенных. Гибридные сервосистемы используют преимущества двух вышеназванных, т.е. большую емкость и высокую скорость. Большинство современных винчестеров массового применения используют встроенную сервоинформацию [10].

Кроме всего перечисленного, внутри любого винчестера обязательно находится печатная плата с электронными компонентами, которые необходимы для нормального функционирования устройства привода. Например, электроника расшифровывает команды контроллера жесткого диска, стабилизирует скорость вращения двигателя, генерирует сигналы для головок записи и усиливает их от головок чтения и т.п. В настоящее время в ряде винчестеров применяются даже цифровые сигнальные процессоры DSP (Digital Signal Processor).

Непременными компонентами большинства винчестеров являются специальные внутренние фильтры. По понятным причинам большое значение для работы жестких дисков имеет частота окружающего воздуха, поскольку грязь или пыль могут вызвать соударение головки с диском, что однозначно приведет к выходу его из строя.

Как известно, для установки дисковых накопителей в системном блоке любого персонального компьютера предусмотрены специальные монтажные отсеки. Габаритные размеры современных винчестеров характеризуются форм-фактором. Форм-фактор указывает горизонтальные и вертикальные размеры винчестера. В настоящее время горизонтальный размер жесткого диска может быть определен одним из следующих значений: 1,8"; 2,5"; 3,5" или 5,25" (действительный размер корпуса винчестера чуть больше). Вертикальный размер характеризуется обычно такими параметрами, как Full Height (FH), Half-Height (HH), Third-Height (или Low-Profile, LP). Винчестеры «полной» высоты имеют вертикальный размер более 3,25" (82,5 мм), «половинной» – 1,63" и «низкопрофильной» – около 1". Необходимо помнить, что для установки привода, имеющего меньший форм-фактор, чем монтажный отсек в системном блоке, придется использовать специальные крепления [10].

  

2 Практическая часть

2.1 Исходные данные

Найти максимальное значение центрального угла нижнего основания шарового слоя a (a изменяется от a1 до a2 с шагом g) и соответствующие значения радиуса нижнего основания r1, радиуса верхнего основания r2 и высоты h шарового слоя, для которых объем шарового слоя не превосходит объема куба со стороной t. Радиус шара r, из которого вырезан шаровой слой, центральный угол верхнего основания шарового слоя b остаются неизменными. Вычисления выполнить по таблице 1.

Таблица – 1 Исходные данные

Номер варианта	a1	a2	g	t	r	b
1	31	160	1	1,8	4,5	30
2	26	115	1	0,4	0,96	15
3	14	173	1	11,7	24,3	8
4	54	162	1	4,2	7,2	29
5	50	179	1	12,8	11,6	49

 

Фигуры, рассматриваемые в задании, приведены на рисунке 5.

 

 

 

a           b

Рисунок 5 – Геометрические фигуры

Шаровой слой – часть шара, ограниченная двумя параллельными плоскостями, пересекающими шар. Высота шарового слоя это расстояние между основаниями слоя. Объем шарового слоя с радиусами оснований r1 и r2 и высотой h вычисляется по формуле [2]

,

где h – расстояние между плоскостями оснований, r1 и r2 – радиусы оснований.

Куб – прямоугольный параллелепипед с равными ребрами. Объем куба вычисляется по формуле [2]

,

где а – длина ребер куба.

Для решения поставленной задачи необходимо выполнение условия:

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Описание алгоритма решения задачи

В данном разделе приводится алгоритм программы [1, 9], осуществляющей решение поставленной задачи (смотри рисунок 6).

 

Рисунок 6 – Алгоритм программы

 

В алгоритме обозначено:

function r_find(ugol:real):real – функция осуществляющая вычисление радиуса оснований шарового слоя, параметром которой является центральный угол;

function h_find(ugola,ugolb:real):real – функция результатом выполнения которой является высота шарового слоя, параметрами которой являются соответственно центральные углы верхнего и нижнего оснований шарового слоя;

function Vshsl(h_func,r1_func,r2_func:real):real – функция результатом выполнения которой является значение объема шарового слоя, параметрами которой являются высота шарового слоя, а также радиусы верхнего и нижнего оснований шарового слоя.

procedure Vvod – процедура, обеспечивающая ввод исходных данных.

 

По условию задачи угол нижнего основания шарового слоя a является переменным. Известно, что параметр a изменяется в диапазоне от a1 до a2 с известным шагом g. Для решения поставленной задачи необходимо рассчитать центральный угол нижнего основания шарового слоя a, а также радиусы верхнего и нижнего оснований шарового слоя и его высоту h. Необходимо помнить, что все расчеты, связанные с углами ведутся в радианах, поэтому все угловые переменные переводим в радианы путем умножения их на pi/180. Затем вычисляем радиус верхнего основания r2, который остается неизменным. Далее, в цикле, вычисляем радиус нижнего основания. Исходя, из полученных данных вычисляем высоту шарового слоя. Зная, радиусы оснований и высоту шарового слоя вычисляем объем шарового слоя. Увеличивая центральный угол нижнего основания, изменяем объем шарового слоя. Выход из цикла произойдет в случае превышения значения объема шарового слоя над объемом куба с фиксированным значением длины ребра t. В случае выхода из цикла рассчитываем все параметры для центрального угла a-g и выводим их на экран.

 

Блок 1. Начало программы.

Блок 2. Вызов процедуры ввода данных.

Блок 3. Обнуление счетчика служащего для подсчета строк таблицы выводимых на экран.

Блок 4. Преобразование угловых переменных в радианы.

Блок 5. Вычисление объема куба.

Блок 6. Вычисление результата для первой строки таблицы.

Блок 7. Начало цикла, в котором изменяется центральный угол нижнего основания и вычисляются зависящие от него переменные.

Блок 8. Увеличивается центральный угол на шаг g, а также счетчик выводимых строк на 1.

Блок 9. Вычисление радиуса нижнего основания, и высоты шарового слоя.

Блок 10. Если счетчик строк будет равен 23 то переходим к блоку 11, если нет то к блоку 12.

Блок 11. Обнуление счетчика строк и задержка выполнения программы.

Блок 12. Конец цикла, условие выхода из которого превышение объема шарового слоя над объемом куба или выход центрального угла нижнего основания за предел диапазона.

Блок 13. Вычисление необходимых переменных с центральным углом на один шаг меньшим.

Блок 14. Вывод на экран результатов вычисления.

Блок 15. Конец программы.

 

 

2.3 Анализ вычислений результатов

Расчеты, проведенные по программе [1, 9], реализующей описанный в пункте 2 алгоритм (текст программы смотри в приложении 1), позволили получить следующие результаты (смотри таблицу 2).

Таблица 2 – Результаты программы

Номер варианта	a1	a2	g	t	r	b	alfa	r1	r2	h
1	31	160	1	1,8	4,5	30	63	2,35	1,16	0,51
2	26	115	1	0,4	0,96	15	64	0,51	0,13	0,14
3	14	173	1	11,7	24,3	8	72	14,28	1,69	4,58
4	54	162	1	4,2	7,2	29	85	4,86	1,80	1,66
5	50	179	1	12,8	11,6	49	152	11,25	4,81	7,74