Накопители на жестких и гибких магнитных дисках

Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового  сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации). Для цифровой обработки применяются различные  методы, например, метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood — максимальное правдоподобие при неполном отклике). Осуществляется сравнение принятого сигнала с образцами. При этом выбирается образец, наиболее похожий по форме и временным характеристикам с декодируемым сигналом.

Низкоуровневое  форматирование

На заключительном этапе сборки устройства поверхности  пластин форматируются — на них  формируются дорожки и секторы. Конкретный способ определяется производителем и/или стандартом, но, как минимум, на каждую дорожку наносится магнитная  метка, обозначающая её начало.Существуют утилиты, способные тестировать физические секторы диска, и ограниченно просматривать и править его служебные данные. Конкретные возможности подобных утилит сильно зависят от модели диска и технических сведений, известных автору программного обеспечения соответствующего семейства моделей.

Геометрия магнитного диска

С целью адресации  пространства поверхности пластин  диска делятся на дорожки —  концентрические кольцевые области. Каждая дорожка делится на равные отрезки — секторы. Адресация CHS предполагает, что все дорожки  в заданной зоне диска имеют одинаковое число секторов.

Цилиндр —  совокупность дорожек, равноотстоящих от центра, на всех рабочих поверхностях пластин жёсткого диска. Номер головки  задает используемую рабочую поверхность (то есть конкретную дорожку из цилиндра), а номер сектора — конкретный сектор на дорожке.

Чтобы использовать адресацию CHS, необходимо знать геометрию  используемого диска: общее количество цилиндров, головок и секторов в  нём. Первоначально эту информацию требовалось задавать вручную; в  стандарте ATA-1 была введена функция  автоопределения геометрии (команда Identify Drive).

Влияние геометрии  на скорость дисковых операций

Геометрия жёсткого диска влияет на скорость чтения записи. Ближе ко внешнему краю пластины диска  возрастает длина дорожек (вмещается  больше секторов) и, соответственно, количество данных, которые устройство может  считать или записать за один оборот. При этом скорость чтения может изменяться от 50 до 30 Мб/с. Зная эту особенность, целесообразно размещать корневые разделы операционных систем именно здесь. Нумерация секторов начинается от внешнего края диска с нуля. В  GParted внешний край диска располагается слева (на диаграмме) и сверху (в списке).

Гибкие  диски

Накопитель  на гибких дисках (англ. floppy disk drive) — дисковод, предназначенный для считывания и записи информации с дискеты.

Приводы (позиционирования головок и вращения) и система  считывания-записи управляется электронной  схемой, размещённой на печатной плате, которая находится внутри корпуса  дисковода. В отечественной терминологии система управления называлась КНГМД  — контроллер накопителя на гибких магнитных дисках.

Накопители  гибких дисков, равно как и сами носители — дискеты, были массово  распространены с 1970-х и до конца 1990-х годов. В XXI веке НГМД всё сильнее  уступают более ёмким CD, DVD и удобным  в использовании флеш-накопителям.

Механика

Для считывания (и записи) информации, записанной на диске, дисковод оснащён установленной  на приводе головок парой магнитных  головок, прижимающихся к поверхности  диска. Двигатель, который осуществляет перемещения головок по диску  в двух направлениях с определенным приращением, или шагом, называется шаговым двигателем. Двигатель управляется  контроллером диска, который устанавливает  головки в соответствии с любым  относительным приращением в пределах границ перемещения привода головок. В миниатюрных дисководах на 3½″ головки монтируются на червячной передаче, приводимой в движение непосредственно валом шагового двигателя.

Диски имеют  два типа плотности — радиальную и линейную. Радиальная плотность  указывает, сколько дорожек может  быть записано на диске, и выражается в количестве дорожек на дюйм (англ. Track Per Inch, TPI). Линейная плотность — это способность отдельной дорожки накапливать данные и выражается в количестве битов на дюйм (англ. Bits Per Inch, BPI). Шаговые двигатели не могут осуществлять непрерывное позиционирование, обычно он поворачивается на точно определенный угол и останавливается. Большинство шаговых двигателей, установленных в дисководах гибких дисков, осуществляют перемещение с определенным шагом, связанным с расстоянием между дорожками на диске. За исключением дисковода гибких дисков диаметром 5¼″ ёмкостью 360 Кбайт, которые выпускались только с плотностью 48 TPI и в которых использовался шаговый двигатель с приращением 3,6°, во всех остальных типах дисководов (96 или 135 TPI) обычно используется шаговый двигатель с приращением 1,8°. Кроме того, шаговый двигатель выполняет перемещение между фиксированными ограничителями и должен останавливаться при определенном положении ограничителя.

Позиционирование  головок — это операция расположения головок относительно дорожек на диске (узкие концентрические кольца на диске), позволяет приступить к  чтению или записи информации на диск. Цилиндр (англ. cylinder) — количество дорожек, с которых можно считать информацию, не перемещая головок. Кольцевые дорожки, расположенные друг под другом на разных сторонах диска, образуют воображаемый цилиндр, отсюда и название. Термин обычно используется как синоним дорожки, а поскольку гибкий диск в дискете имеет две стороны, а дисковод для гибких дисков — только две головки, в гибком диске на один цилиндр приходится две дорожки.

Форматы

Дополнительные сведения: Дискета

8″

Дисковод и дискета 8″ в сравнении с дискетой 3½″

Первые дисководы были предназначены для работы с дискетами  диаметром 8″, которые вмещали 80, 256 или 800 КБ информации.

5¼″

  5¼″ дисковод гибких дисков оригинального IBM PC, Model 5150.

 Дисковод гибких дисков  двойного формата, 5¼″ и 3½″

Следующим массовым форматом стали дискеты диаметром 5¼″; распространение с ними получили и соответствующие дисководы.

В качестве устройства для  постоянного хранения данных первого  массового персонального компьютера — IBM PC выпущенного в 1981 году фирмой IBM, предполагалось использовать один или два накопителя на 5¼″ гибких дисках.

Высота дисковода для 5¼″ дискет равна 1 U, а ширина почти равна трём его высотам. Это иногда использовали производители корпусов компьютеров, где три устройства, помещённые в квадратную «корзину», могли быть вместе с ней переориентированы с горизонтального на вертикальное расположение.

3½″

Дисководы формата 3½″ высокой плотности (неформатированная ёмкость дискеты, определяемая плотностью записи и площадью носителя, составляет 2 Мб) впервые появились в компьютерах IBM PS/2 в 1987 году. Эти дисководы записывают 80 цилиндров с 18 секторами на дорожке, создавая в результате емкость 1,44 Мб, имеют скорость вращения 300 об/мин и записывают в 1,2 раза больше данных, чем дисководы формата 5¼″ на 1,2 Мб (скорость передачи данных в этих дисководах высокой плотности одинакова, и они совместимы с одними и теми же контроллерами высокой и низкой плотности). Для того, чтобы использовать максимальную для большинства стандартных контроллеров дисководов высокой и низкой плотности скорость передачи данных 500 000 бит/с, эти дисководы должны иметь скорость 300 об/мин. Если дисковод будет вращать дискету со скоростью 360 об/мин (как дисковод формата 5¼″) число секторов на дорожку должно быть уменьшено до 15, иначе контроллер не будет успевать обрабатывать сигналы.

Промышленный выпуск дисководов сверхвысокой ёмкости на 2,88 Мбайт  Toshiba начала 1989 году. В 1991 году IBM официально приняла эти дисководы для установки в компьютерах PS/2, и практически все PS/2, выпущенные с тех пор, содержат эти дисководы как стандартное оборудование. Для работы с такими дисководами требуется установленная ОС MS-DOS версии 5.0 или старше.

Для правильной работы дисковода  на 2,88 Мб необходимо обновление дискового  контроллера, так как эти дисководы  имеют ту же скорость вращения 300 об/мин, но записывают 36, а не 18 секторов на одной дорожке. В отличие от контроллеров дисководов предыдущих форматов, максимальная скорость передачи данных которых составляет 500 000 бит/с, для того что бы эти 36 секторов были считаны или записаны за то же время, которое требуется дисководу  на 1,44 Мбайт для чтения и записи 18 секторов, от контроллера требуется  гораздо более высокой скорости передачи данных, 1 000 000 бит/с.