Сравнительный анализ и характеристик НГМД и НЖМД

Позиционирующая система служит для установки магнитной головки точно над определенной дорожкой на поверхности носителя. Перемещение каретки с магнитной головкой в радиальном направлении осуществляется с помощью первичной передачи шагового двигателя при подаче на последний импульсного напряжения.

Механизм центрирования и крепления обеспечивает крепление и прецизионное центрирование дискета с помощью корпусного замка.

Механическая часть системы записи/считывания состоит из магнитных головок с устройствами прижима головок, расположенных на подвижной каретке. Устройства прижима механически осуществляют прижим дискеты к головке. Возможен вариант, когда головка прижимается к дискете с помощью соленоида.

Системой управления и контроля управляются и контролируются отдельные механические узлы накопителя, процесс записи/считывания и связи с адаптером НГМД. Обычно в профессиональной ЭВМ к одному адаптеру можно подключить несколько НГМД.

Для подключения определенных НГМД применяются микропереключатели. Контрольные и управляющие логические схемы служат для сбора информации о характеристиках рабочих состояний НГМД и выдачи соответствующих сообщений.

Электронные схемы системы позиционирования обеспечивают оптимальное по времени позиционирование подвижной каретки с магнитной головкой относительно необходимой дорожки.

Для управления двигателями служат электронные схемы регулирования и усиления сигналов, подаваемых на двигатели: шаговый (для привода каретки) и постоянный ток (для привода дискеты). Усилители записи предназначены для усиления сигналов записи, подаваемых на магнитные головки, а усилители считывания используются для усиления считываемых магнитной головкой сигналов и для подготовки их к дальнейшей обработке.

Защитный конверт диска имеет область доступа к данным и средства закрепления диска на кронштейне внутри дисковода для обеспечения вращения диска. Для обращения к диску, вставленному в дисководе, компьютер использует специальные имена. Как правило, дисководу для считывания информации с трехдюймового диска присваивается имя в виде латинской буквы с двоеточием А:, а для 5-дюймового или второго трехдюймового - в виде латинской буквы с двоеточием В:. Наличие после буквы двоеточия позволяет компьютеру отличать имя дисковода от буквы.

Правила работы с дисками рекомендуют не дотрагиваться до поверхности диска руками, не держать диски вблизи сильного магнитного поля, не подвергать их нагреванию. И конечно, лучше всего сделать его копию на случай выхода диска из строя.

2. Работа НГМД

 

Основные внутренние  элементы  дисковода - дискетная pама, шпиндельный двигатель, блок головок с приводом и плата электроники.

   Шпиндельный двигатель - плоский  многополюсный, с постоянной скоростью  вращения  300 об/мин. Двигатель привода блока головок  - шаговый, с червячной, зубчатой или ленточной передачей.

   Для опознания свойств  дискеты на плате  электроники возле пеpеднего торца  дисковода установлено три механических нажимных датчика: два - под отвеpстиями защиты и плотности  записи, и тpетий - за датчиком плотности - для определения момента опускания дискеты. Вставляемая в щель дискета попадает внутpь дискетной pамы, где с нее сдвигается защитная штоpка,  а  сама pама при этом снимается со стопора и  опускается вниз - металлическое кольцо дискеты при этом ложится на вал шпиндельного двигателя, а нижняя поверхность дискеты - на нижнюю головку (сторона 0). Одновременно освобождается верхняя  головка, которая под действием пружины прижимается к верхней стороне дискеты. На большинстве дисководов скорость опускания рамы никак  не ограничена, из-за чего  головки  наносят ощутимый удар по поверхностям дискеты, а это сильно сокращает срок их надежной работы. В некоторых  моделях  дисководов (Teac, Panasonic, ALPS) предусмотрен замедлитель-микpолифт  для  плавного  опускания pамы. Для продления срока службы  дискет и головок в дисководах без микpо-лифта рекомендуется при вставлении дискеты пpидеpживать  пальцем кнопку дисковода, не давая раме опускаться слишком резко. На валу шпиндельного  двигателя  имеется кольцо с магнитным замком, который  в  начале  вращения  двигателя  плотно захватывает кольцо дискеты, одновременно центpиpуя ее на валу. В большинстве моделей дисководов  сигнал от датчика опускания дискеты вызывает кpатковpеменный запуск двигателя с целью ее  захвата и центpиpования.

Дисковод соединяется с контpоллеpом при помощи 34-пpоводного кабеля, в котором четные провода являются  сигнальными, а нечетные - общими. Общий вариант интерфейса пpедусматpивает подключение к контpоллеpу до четырех дисководов, вариант для IBM PC - до двух. В общем  варианте  дисководы  подключаются полностью параллельно друг другу, а номер дисковода  (0..3)  задается  перемычками  на плате электроники; в варианте для IBM PC оба дисковода имеют номер 1, но подключаются при помощи кабеля, в  котоpом сигналы выбоpа (пpовода  10-16)  пеpевеpнуты между pазъемами двух дисководов. Иногда на pазъеме дисковода удаляется контакт 6, игpающий в этом случае pоль механического ключа. Интеpфейс дисковода  достаточно  пpост и включает сигналы выбоpа устpойства (четыpе устpойства в  общем  случае, два - в ваpианте для IBM PC), запуска двигателя, перемещения головок на один шаг, включения и записи, считываемые/записываемые данные,  а  также информационные сигналы от дисковода - начало  дорожки, признак установки головок на нулевую (внешнюю) дорожку, сигналы с датчиков и т.п. Вся работа по  кодированию  информации,  поиску дорожек и секторов, синхронизации, коppекции ошибок выполняется контpоллеpом.

3. Методы и организация записи информации НГМД

 

В контроллере НГМД данные обрабатываются в двоичном коде и передаются в НГМД в последовательном коде. В НГМД используются три основных метода записи:

• метод частотной модуляции;
• метод модифицированной частной модуляции (МЧМ);
• метод кодирования с ограничением расстояния между переходами намагниченности RLL.

Данные пользователя на дискете располагаются вместе со служебной информацией, необходимой для нумерации отдельных областей, отделения их друг от друга, для контроля информации и т.д.

В НГМД используют стандартные форматы информации, позволяющие унифицировать схему НГМД и адаптеров. Вся информация, записанная на дискете, подразделяется на секторы. Максимальное число секторов на дорожке определяется оперативной системой ПЭВМ. Расположение секторов нумеруется от 1 до М, начиная с физического начала дорожки, определяемого сигналом ИНДЕКС. Произведение числа дорожек на количество секторов записи позволяет определить информационную емкость дискеты. Каждый сектор включает в себя две области: поле служебной информации и поле данных пользователя. Служебная информация составляет идентификатор сектора, позволяющий отличать этот сектор от других. Он включает несколько отдельных частей:

1) адресный маркер (метку) - специальный  код, отличающийся от данных; он  указывает начало сектора и  служебной информации (применяются определенные битовые комбинации тактовых импульсов, которые не появляются в режиме записи);

2) номер дорожки, содержащий код  порядкового номера дорожки на  которой расположен данный сектор;

3) номер головки, который указывает  на одну из двух магнитных головок расположенных на соответствующих сторонах дискеты;

4) номер сектора - код определяющий  логический номер сектора, который  может не совпадать с физическим  номером сектора;

5) длину сектора - код, указывающий  объем поля данных в секторе;

6) контрольные байты - код, предназначенный для контроля ошибок считывания информации (по результатам считывания составляется контрольный код, и если он не совпадает с записанным в идентификаторе, то это означает ошибку при считывании).

Поле данных используется для хранения основной информации. Пригодность участков для записи определяется при форматировании. Поле данных начинается с адресного маркера и заканчивается контрольными байтами. Рассмотрим подробнее организацию данных в НГМД.

Физическая организация данных

 

Перед использованием чистой дискеты она должна быть размечена. Процедура разметки (форматирования) дискеты заключается в том, что в определенные места каждой дорожки записываются служебные последовательности символов, называемые форматом. Формат предназначен для того, чтобы аппаратура адаптера дисководов могла однозначно определить позицию головки на дорожке, в нужное, время переключиться с поиска нужного сектора на запись или чтение поля данных и проверить достоверность записанных и прочитанных данных. Все операции записи данных сопровождаются накоплением и записью в конце поля данных двух байтов контрольной суммы. Эта контрольная сумма, иначе называемая кодом циклического контроля (CRC — Cyclic Redundency Check), подсчитывается с помощью полинома, вид которого показан ниже:

Х16 + Х12 + Х5 + Х + 1

При операциях чтения и проверки данных на внутренних регистрах контроллера НГМД происходит накопление контрольной суммы по этому же алгоритму, а затем накопленная и записанная контрольные суммы сравниваются. При их совпадении прочитанные или проверенные данные считаются достоверными, при несовпадении — вырабатывается сигнал сбоя данных.

Логическая организация данных

 

Как сказано выше, первая выполняемая на новом диске операция — это форматирование. Этот процесс позволяет придать диску его окончательную структуру. В ходе форматирования определяется, в частности, количество дорожек и число секторов на дорожке.

В операционной системе MS-DOS предусмотрены четыре логических области дискеты:

1) загрузочный сектор;

2) таблица размещения файлов — FAT (Files Allocation Table);

3) каталог;

4) область данных.

Загрузочный сектор содержит короткую программу начальной загрузки ОС в память компьютера. Независимо от формата записи эта программа всегда занимает один сектор — первый сектор на цилиндре, имеющем номер ноль. В следующих секторах расположена таблица размещения файлов (FAT). Она содержит информацию, определяющую расположение записанных на дискету файлов. Отметим, что соседние фрагменты файла отнюдь не обязательно записываются в соседних секторах. Новые файлы могут занимать место, освобожденное в результате стирания ранее записанных. В связи с важностью информации, хранящейся в FAT, на дискете находятся две копии таблицы. Непосредственно за таблицей размещения файлов находится каталог. В нем записываются основные параметры (например, длина) файлов, записанных в области данных.

Величина области данных, каталога и FAT зависит от числа секторов на дискете, которое в свою очередь обусловлено форматом записи данных. В MS-DOS длина сектора составляет 512 байтов, но число секторов может быть различным и зависит от версии системы и типа накопителя.

Главная загрузочная и загрузочная запись

 

Первый сектор гибкого диска (сектор 1, дорожка 0, головка 0) содержит так называемую главную загрузочную запись (Master Boot Record). Эта запись занимает не весь сектор, а только его начальную часть.

Сама по себе главная загрузочная запись является программой. Эта программа во время начальной загрузки операционной системы с НМД помещается по адресу 7COOh:OOOOh, после чего ей передается управление. Загрузочная запись продолжает процесс загрузки операционной системы.

В первом секторе активного раздела расположена загрузочная запись (Boot Record), которую не следует путать с главной загрузочной записью (Master Boot Record). Загрузочная запись считывается в оперативную память главной загрузочной записью, после чего ей передается управление. Загрузочная запись и выполняет загрузку операционной системы.

Первый сектор на системной дискете занижает загрузочная запись (Boot Record). Эта запись считывается из активного раздела диска программой главной загрузочной записи (Master Boot Record) и запускается на выполнение. Задача загрузочной записи - выполнить загрузку операционной системы. Каждый тип операционной системы имеет свою загрузочную запись. Даже для разных версий одной и той же операционной системы программа загрузки может выполнять различные действия.

Кроме программы начальной загрузки операционной системы в загрузочной записи находился параметры, описывающие характеристики данного логического диска. Все эти параметры располагаются в самом начале сектора, в его так называемой форматированной области. Формат этой области изменился в версии 4.0 операционной системы MS-DOS.

Логический номер сектора MS-DOS предоставляет программе возможность работы с так называемыми логическими номерами секторов. Это номера секторов внутри логического диска.

Для адресации сектора при помощи функций BIOS необходимо указывать номер дорожки, номер головки и номер сектора на дорожке. MS-DOS организует "сквозную" нумерацию секторов, при которой каждому сектору логического диска присваивается свой номер. Порядок нумерации выбран таким, что при последовательном увеличении номера сектора вначале увеличивается номер головки, затем - номер дорожки. Это сделано для сокращения перемещений блока головок при обращении к последовательным логическим номерам секторов.

Пусть, например, у нас есть дискета с девятью секторами на дорожке. Сектор с логическим номером, равным единице, расположен на нулевой дорожке и для обращения к нему используется нулевая головка. Это первый сектор на дорожке, он имеет номер 1. Следующий сектор на нулевой дорожке имеет логический номер 2, последний сектор на нулевой дорожке имеет логический номер 9. Сектор с логическим номером 10 расположен также на нулевой дорожке. Это тоже первый сектор на дорожке, но теперь для доступа к нему используется головка с номером 1. И так далее, по мере увеличения логического номера сектора изменяются номера головок и дорожек.