Устройства хранения данных - Цифровые устройства - Скачать бесплатно
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Реферат
ПО КУРСУ:
________________________________________________________
НА ТЕМУ:
___________________________________________________________________________
______________
Выполнила:
Проверил:
______________________
________________________
гр._____
________________________
дата:__________
дата:____________________
Таганрог 2001г.
Содержание.
|1. Введение.……………………………………………………………………..… |3 |
|2. Магнитные дисковые накопители. ……………………………………..….. |4 |
|3. Жесткие диски (винчестеры), физическое устройство. …...…………… |6 |
|4. Накопитель на гибких магнитных дисках ……………………………….… |10 |
|5. CD-ROM ………………………………………………………………………… |13 |
|6. DVD ……………………………………………………………………………… |18 |
|7. Заключение …………………………….……………………………………… |22 |
|8. Список литературы. ……………………………………………………..…… |23 |
| | |
| | |
| | |
| | |
1.Введение.
Выпускаемые накопители информации представляют собой гамму запоминающих
устройств с различным принципом действия физическими и технически
эксплуатационными характеристиками. Основным свойством и назначением
накопителей информации является ее хранение и воспроизведение. Запоминающие
устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами
функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и
др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования
различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и
смешанные – магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе
соответствующей технологии хранения воспроизведения/записи цифровой
информации. Поэтому, в связи с видом и техническим исполнением носителя
информации различают: электронные, дисковые и ленточные устройства.
2.Магнитные дисковые накопители
Принцип работы магнитных запоминающих устройств основаны на способах
хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как
правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств
чтения/записи информации и магнитного носителя, на который,
непосредственно, осуществляется запись и с которого считывается информация.
Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с
исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и
т.д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая
технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании
переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации,
закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители,
как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей – дорожек,
расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя.
Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет
создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи.
Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с
сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение
полярности напряжения вызывает изменение направления линий магнитной
индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену
значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.
Дисковые устройства делят на гибкие (Floppy Disk) и жесткие (Hard Disk)
накопители и носители. Основным свойством дисковых магнитных устройств
является запись информации на носитель на концентрические замкнутые дорожки
с использованием физического и логического цифрового кодирования
информации. Плоский дисковый носитель вращается в процессе чтения/записи,
чем и обеспечивается обслуживание всей концентрической дорожки, чтение и
запись осуществляется при помощи магнитных головок чтения/записи, которые
позиционируют по радиусу носителя с одной дорожки на другую. Дисковые
устройства, как правило, используют метод записи называемый методом без
возвращения к нулю с инверсией (Not Return Zero – NRZ). Запись по методу
NRZ осуществляется путем изменения направления тока подмагничивания в
обмотках головок чтения/записи, вызывающее обратное изменение полярности
намагниченности сердечников магнитных головок и соответственно попеременное
намагничивание участков носителя вдоль концентрических дорожек с течением
времени и продвижением по окружности носителя. При этом, совершенно
неважно, происходит ли перемена магнитного потока от положительного
направления к отрицательному или обратно, важен только сам факт перемены
полярности.
Для записи информации, как правило, используют различные методы
кодирования информации, но все они предполагают использование в качестве
информационного источника не само направление линий магнитной индукции
элементарной намагниченной точки носителя, а изменение направления индукции
в процессе продвижения по носителю вдоль концентрической дорожки с течением
времени. Такой принцип требует жесткой синхронизации потока бит, что и
достигается методами кодирования. Методы кодирования данных не влияют на
перемены направления потока, а лишь задают последовательность их
распределения во времени (способ синхронизации потока данных), так, чтобы,
при считывании, эта последовательность могла быть преобразована к исходным
данным.
3.Жесткие диски (винчестеры), физическое устройство.
Накопители на жестких дисках объединяют в одном корпусе носитель
(носители) и устройство чтения/записи, а также, нередко, и интерфейсную
часть, называемую собственно контроллером жесткого диска. Типичной
конструкцией жесткого диска является исполнение в виде одного устройства -
камеры, внутри которой находится один или более дисковых носителей
насаженных на один шпиндель и блок головок чтения/записи с их общим
приводящим механизмом. Обычно, рядом с камерой носителей и головок
располагаются схемы управления головками, дисками и, часто, интерфейсная
часть и/или контроллер. На интерфейсной карте устройства располагается
собственно интерфейс дискового устройства, а контроллер с его интерфейсом
располагается на самом устройстве. С интерфейсным адаптером схемы
накопителя соединяются при помощи комплекта шлейфов.
Информация заносится на концентрические дорожки, равномерно распределенные
по всему носителю. В случае большего, чем один диск, числа носителей все
дорожки, находящиеся одна под другой, называются цилиндром. Операции
чтения/записи производятся подряд над всеми дорожками цилиндра, после чего
головки перемещаются на новую позицию.
Герметичная камера предохраняет носители не только от проникновения
механических частиц пыли, но и от воздействия электромагнитных полей.
Необходимо заметить, что камера не является абсолютно герметичной т.к.
соединяется с окружающей атмосферой при помощи специального фильтра,
уравнивающего давление внутри и снаружи камеры. Однако, воздух внутри
камеры максимально очищен от пыли, т.к. малейшие частички могут привести к
порче магнитного покрытия дисков и потере данных и работоспособности
устройства.
Диски вращаются постоянно, а скорость вращения носителей довольно высокая
(от 4500 до 10000 об/мин), что обеспечивает высокую скорость чтения/записи.
По величине диаметра носителя чаще других производятся 5.25, 3.14, 2.3
дюймовые диски. На диаметр носителей несменных жестких дисков не
накладывается никакого ограничения со стороны совместимости и переносимости
носителя, за исключением форм-факторов корпуса ПК, поэтому, производители
выбирают его согласно собственным соображениям.
В настоящее время, для позиционирования головок чтения/записи, наиболее
часто, применяются шаговые и линейные двигатели механизмов позиционирования
и механизмы перемещения головок в целом.
В системах с шаговым механизмом и двигателем головки перемещаются на
определенную величину, соответствующую расстоянию между дорожками.
Дискретность шагов зависит либо от характеристик шагового двигателя, либо
задается серво-метками на диске, которые могут иметь магнитную или
оптическую природу. Для считывания магнитных меток используется
дополнительная серво-головка, а для считывания оптических - специальные
оптические датчики.
В системах с линейным приводом головки перемещаются электромагнитом, а для
определения необходимого положения служат специальные сервисные сигналы,
записанные на носитель при его производстве и считываемые при
позиционировании головок. Во многих устройствах для серво-сигналов
используется целая поверхность и специальная головка или оптический датчик.
Такой способ организации серво-данных носит название выделенная запись
серво-сигналов. Если серво-сигналы записываются на те же дорожки, что и
данные и для них выделяется специальный серво-сектор, а чтение производится
теми же головками, что и чтение данных, то такой механизм называется
встроенная запись серво-сигналов. Выделенная запись обеспечивает более
высокое быстродействие, а встроенная - повышает емкость устройства.
Линейные приводы перемещают головки значительно быстрее, чем шаговые,
кроме того, они позволяют производить небольшие радиальные перемещения
"внутри" дорожки, давая возможность отследить центр окружности
серводорожки. Этим достигается положение головки, наилучшее для считывания
с каждой дорожки, что значительно повышает достоверность считываемых данных
и исключает необходимость временных затрат на процедуры коррекции. Как
правило, все устройства с линейным приводом имеют автоматический механизм
парковки головок чтения/записи при отключении питания устройства.
Парковкой головок называют процесс их перемещения в безопасное положение.
Это - так называемое "парковочное" положение головок в той области дисков,
где ложатся головки. Там, обычно, не записано никакой информации, кроме
серво-данных, это специальная "посадочная зона" (Landing Zone). Для
фиксации привода головок в этом положении в большинстве ЖД используется
маленький постоянный магнит, когда головки принимают парковочное положение
- этот магнит соприкасается с основанием корпуса и удерживает позиционер
головок от ненужных колебаний. При запуске накопителя схема управления
линейным двигателем "отрывает" фиксатор, подавая на двигатель,
позиционирующий головки, усиленный импульс тока. В ряде накопителей
используются и другие способы фиксации - основанные, например, на воздушном
потоке, создаваемом вращением дисков. В запаркованном состоянии накопитель
можно транспортировать при достаточно плохих физических условиях (вибрация,
удары, сотрясения), т.к. нет опасности повреждения поверхности носителя
головками. В настоящее время на всех современных устройствах парковка
головок накопителей производится автоматически внутренними схемами
контроллера при отключении питания и не требует для этого никаких
дополнительных программных операций, как это было с первыми моделями.
Во время работы все механические части накопителя подвергаются тепловому
расширению, и расстояния между дорожками, осями шпинделя и позиционером
головок чтения/записи меняется. В общем случае это никак не влияет на
работу накопителя, поскольку для стабилизации используются обратные связи,
однако некоторые модели время от времени выполняют рекалибровку привода
головок, сопровождаемую характерным звуком, напоминающим звук при первичном
старте, подстраивая систему к изменившимся расстояниям.
Плата электроники современного накопителя на жестких магнитных дисках
представляет собой самостоятельный микрокомпьютер с собственным
процессором, памятью, устройствами ввода/вывода и прочими традиционными
атрибутами присущими компьютеру. На плате могут располагаться множество
переключателей и перемычек, однако не все из них предназначены для
использования пользователем. Как правило, руководства пользователя
описывают назначение только перемычек, связанных с выбором логического
адреса устройства и режима его работы, а для накопителей с интерфейсом SCSI
- и перемычки, отвечающие за управление резисторной сборкой
(стабилизирующей нагрузкой в цепи).
4.Накопитель на гибких магнитных дисках
Основные внутренние элементы дисковода - дискетная pама, шпиндельный
двигатель, блок головок с пpиводом и плата электpоники.
Шпиндельный двигатель - плоский многополюсный, с постоянной скоpостью
вpащения 300 об/мин. Двигатель пpивода блока головок - шаговый, с
чеpвячной, зубчатой или ленточной пеpедачей.
Для опознания свойств дискеты на плате электpоники возле пеpеднего
тоpца дисковода установлено тpи механических нажимных датчика: два - под
отвеpстиями защиты и плотности записи, и тpетий - за датчиком плотности -
для опpеделения момента опускания дискеты. Вставляемая в щель дискета
попадает внутpь дискетной pамы, где с нее сдвигается защитная штоpка, а
сама pама пpи этом снимается со стопоpа и опускается вниз - металлическое
кольцо дискеты пpи этом ложится на вал шпиндельного двигателя, а нижняя
повеpхность дискеты - на нижнюю головку (стоpона 0). Одновpеменно
освобождается веpхняя головка, котоpая под действием пружины прижимается к
верхней стороне дискеты. На большинстве дисководов скорость опускания рамы
никак не огpаничена, из-за чего головки наносят ощутымый удар по
повеpхностям дискеты, а это сильно сокpащает сpок их надежной pаботы. В
некотоpых моделях дисководов (Teac, Panasonic, ALPS) предусмотрен
замедлитель-микpолифт для плавного опускания pамы. Для пpодления сpока
службы дискет и головок в дисководах без микpо-лифта pекомендуется пpи
вставлении дискеты пpидеpживать пальцем кнопку дисковода, не давая pаме
опускаться слишком pезко. Hа валу шпиндельного двигателя имеется кольцо с
магнитным замком, котоpый в начале вpащения двигателя плотно
захватывает кольцо дискеты, одновpеменно 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 пpи помощи 34-пpоводного кабеля, в
котоpом четные пpовода являются сигнальными, а нечетные - общими. Общий
ваpиант интеpфейса пpедусматpивает подключение к контpоллеpу до четыpех
дисководов, ваpиант для IBM PC - до двух. В общем ваpианте дисководы
подключаются полностью паpаллельно дpуг дpугу, а номеp дисковода (0..3)
задается пеpемычками на плате электpоники; в ваpианте для IBM PC оба
дисковода имеют номеp 1, но подключаются пpи 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, пеpемещения
головок на один шаг,включения записи, считываемые/записываемые данные, а
также инфоpмационные сигналы от дисковода - начало доpожки, пpизнак
установки головок на нулевую (внешнюю) доpожку, сигналы с датчиков и т.п.
Вся pабота по кодиpованию инфоpмации, поиску доpожек и сектоpов,
синхpонизации, коppекции ошибок выполняется контpоллеpом.
Дискета или гибкий диск - компактное низкоскоростное малой ёмкости
средство хранение и переноса информации. Различают дискеты двух размеров:
3.5”, 5.25”, 8” (последние два типа практически вышли из употребления).
Конструктивно дискета представляет собой гибкий диск с магнитным
покрытием, заключенный в футляр. Дискета имеет отверстие под шпиль привода,
отверстие в футляре для доступа головок записи-чтения (в 3.5” закрыто
железной шторкой), вырез или отверстие защиты от записи. Кроме того 5.25”
дискета имеет индексное отверстие, а 3.5” дискета высокой плотности -
отверстие указанной плотности (высокая/низкая). 5.25” дискета защищена от
записи, если соответствующий вырез закрыт. 3.5” дискета наоборот - если
отверстие защиты открыто. В настоящее время практически только используются
3.5” дискеты высокой плотности.
Для дискет используются следующие обозначения:
- SS single side - односторонний диск (одна рабочая поверхность).
- DS double side - двусторонний диск.
- SD single density - одинарная плотность.
- DD double density - двойная плотность.
- HD high density - высокая плотность.
Накопитель на гибких дисках принципиально похож на накопитель на жестких
дисках . Скорость вращения гибкого диска примерно в 10 раз медленнее, а
головки касаются поверхности диска. В основном структура информации на
дискете, как физическая так и логическая, такая же как на жестком диске. С
точки зрения логической структуры на дискете отсутствует таблица разбиения
диска.
5. CD-ROM
В начале 80-х годов голландская фирма «Philips» объявила о совершенной
ею революцией в области звуковоспроизведения. Ее инженеры придумали то,
что сейчас пользуется огромной популярностью - Это лазерные диски и
проигрыватели.
За последние несколько лет компьютерные устройства для чтения компакт-
дисков (CD), называемые CD-ROM, стали практически необходимой частью любого
компьютера (или сети). Это произошло потому, что разнообразные программные
продукты (прежде всего игры и базы данных) стали занимать значительное
количество места, и поставка их на дискетах оказалась чрезмерно
дорогостоящей и ненадёжной. Поэтому их стали поставлять на CD (таких же,
как и обычные музыкальные), а большинство современных игр и баз данных
работает прямо с CD, не требуя копирования на жёсткий диск.
Запись на CD при помощи обычных CD-ROM невозможна (существуют, правда,
устройства CD-R и CD-RW с помощью которых возможны чтение-однократная
запись и чтение-запись-перезапись, соответственно).
CD-ROM способны не только считывать компакт-диски с данными, но и
проигрывать музыкальные диски. (Впрочем в некоторых моделях её нет, и если
вам нужна, проверяйте её наличие.) Для этого у них на передней панели есть
выход для наушников, но проигрывание может производиться и через усилитель
звуковой карты, если она имеется. Проигрыванием музыкального диска
управляет компьютер, но некоторые CD-ROM имеют для этой цели кнопки на
передней панели. Качество звука, выдаваемое CD-ROM, ощутимо ниже, чем даже
у простеньких переносных CD-плееров.
При помощи CD-ROM компьютер также может проигрывать Video- CD и CD-I (не
путать с лазерными видеодисками LDV, имеющими гораздо больший диаметр, чем
CD).
Типовой привод состоит из платы электроники, шпиндельного двигателя,
системы оптической считывающей головки и системы загрузки диска.
На плате электроники размещены все управляющие схемы привода, интерфейс с
контроллером компьютера, разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала.
Большинство приводов использует одну плату электроники, однако в некоторых
моделях отдельные схемы выносятся на вспомогательные небольшие платы.
Шпиндельный двигатель служит для приведения диска во вращение с
постоянной или переменной линейной скоростью. Сохранение постоянной
линейной скорости требует изменения угловой скорости диска в зависимости от
положения оптической головки. При поиске фрагментов диск может вращаться с
большей скоростью, нежели при считывании, поэтому от шпиндельного двигателя
требуется хорошая динамическая характеристика; двигатель используется как
для разгона, так и для торможения диска.
На оси шпиндельного двигателя закреплена подставка, к которой после
загрузки прижимается диск. Поверхность подставки обычно покрыта резиной или
мягким пластиком для устранения проскальзывания диска. Прижим диска к
подставке осуществляется при помощи шайбы, расположенной с другой стороны
диска; подставка и шайба содержат постоянные магниты, сила, притяжения
которых прижимает шайбу через диск к подставке.
Система оптической головки состоит из самой головки и системы ее
перемещения. В головке размещены лазерный излучатель, на основе
инфракрасного лазерного светодиода, система фокусировки, фотоприемник и
предварительный усилитель. Система фокусировки представляет собой подвижную
линзу, приводимую в движение электромагнитной системой voice coil (звуковая
катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой громкоговорителя.
Изменение напряженности магнитного поля вызывают перемещение линзы и пере
фокусировку лазерного луча. Благодаря малой инерционности такая система
эффективно отслеживает вертикальные биения диска даже при значительных
скоростях вращения.
Система перемещения головки имеет собственный приводной двигатель,
приводящий в движение каретку с оптической головкой при помощи зубчатой
либо червячной передачи. Для исключения люфта используется соединение с
начальным напряжением: при червячной передаче - подпружиненные шарики, при
зубчатой - подпружиненные в разные стороны пары шестерней.
Система загрузки диска выполняется в двух вариантах: с использованием
специального футляра для диска (caddy), вставляемого в приемное отверстие
привода, и с использованием выдвижного лотка (tray), на который кладется
сам диск. В обоих случаях система содержит двигатель, приводящий в движение
лоток или футляр, а также механизм перемещения рамы, на которой закреплена
вся механическая система вместе со шпиндельным двигателем и приводом
оптической головки, в рабочее положение, когда диск ложится на подставку
шпиндельного двигателя.
При использовании обычного лотка привод невозможно установить в иное
положение, кроме горизонтального. В приводах, допускающих монтаж в
вертикальном положении, конструкция лотка предусматривает фиксаторы,
удерживающие диск при выдвинутом лотке.
На передней панели привода обычно расположены кнопка Eject для
загрузки/выгрузки диска, индикатор обращения к приводу и гнездо для
подключения наушников с электронным или механическим регулятором громкости.
В ряде моделей добавлена кнопка Play/Next для запуска проигрывания звуковых
дисков и перехода между звуковыми дорожками; кнопка Eject при этом обычно
используется для остановки проигрывания без выбрасывания диска. На
некоторых моделях с механическим регулятором громкости, выполненным в виде
ручки, проигрывание и переход осуществляются при нажатии на торец
регулятора.
Большинство приводов также имеет на передней панели небольшое отверстие,
предназначенное для аварийного извлечения диска в тех случаях, когда
обычным способом это сделать невозможно - например, при выходе из строя
привода лотка или всего CD-ROM, при пропадании питания и т.п. В отверстие
нужно вставить шпильку или распрямленную скрепку и аккуратно нажать - при
этом снимается блокировка лотка или дискового футляра, и его можно
выдвинуть вручную.
Cтандартный диск состоит из трех слоев: подложка из поликарбоната, на
которой отштампован рельеф диска, намыленное на нее отражающее покрытие из
алюминия, золота, серебра или другого сплава, и более тонкий защитный слой
поликарбоната или лака, на который наносятся надписи и рисунки. Hекотоpые
диски «подпольных» производителей имеют очень тонкий защитный слой, либо не
имеют его вовсе, отчего отражающее покрытие довольно легко повредить.
информационный рельеф диска состоит из спиральной дорожки, идущей от центра
к периферии, вдоль которой расположены углубления (питы). информация
кодируется чередованием питов и пpомежутков между ними.
Считывание информации с диска происходит за
|
