Хард диск исто така. Хард диск - што е тоа? Карактеристики на хард дискови. Основни карактеристики на хард дискот

ТЕХНОЛОГИИ ЗА ДИЗАЈН НА ПРОГРАМА

Вовед

Структурен дизајн

Дизајн од горе-долу

Модуларно програмирање

Структурно програмирање

2. Објектно-ориентиран дизајн

2.1. Основни концепти на објектно-ориентиран дизајн

2.2. Објектно ориентиран дизајн пример

ЛИТЕРАТУРА

1. Марченко А.И., Марченко Л.А. Програмирање во околина Turbo Pascal 7.0.– 8-ми изд. – К.: ВЕК+, Санкт Петербург: КОРОНА печатење, 2004. стр. 232-238.

2. Ставровски А.Б. Првите чекори во програмирањето.Прирачник за самоупатство. – М.: „Вилијамс“, 2003. стр. 113-133.

3. Вирт Н.Алгоритми и структури на податоци.- М.: Мир, 1989 година.

4. Иванова Г.С. Технологија за програмирање: Учебник за универзитети. – М.: Издавачка куќа на МСТУ им. Н.Е. Бауман, 2002. -320 стр.

Вовед

Индустрискиот пристап кон развој на софтверски производи доведе до голем број модерни технологии за дизајнирање алгоритми и програми, меѓу кои најраспространети се:

· структурен дизајнсофтверски производи;

· моделирање на информации за домен

и сродни апликации;

· објектно-ориентиран дизајнсофтверски производи итн.

ЦелОваа лекција е да ги проучува основните принципи на структурниот и објектно-ориентиран дизајн на програми

Структурен дизајн

Во срцето на технологијата структурен дизајнлежи конзистентно распаѓање, намерно структурирање на задачата во поединечни компоненти.

Методите на структурен дизајн се збир на технички и организациски принципи на дизајнот на системот.

Вообичаените методи на структурен дизајн се:

· Дизајнирање, кодирање и тестирање на програми од горе надолу;

· модуларно програмирање;

· структурирано програмирање и сл.

Во зависност од предметот на структурирање, постојат:

· функционално ориентирани методи- доследно разложување на задача или интегрален проблем на посебни, прилично едноставни компоненти кои имаат функционална сигурност;

· методи на структурирање податоци.

За функционално ориентирани методиПред сè, се земаат предвид наведените функции за обработка на податоци, во согласност со кои се одредува составот и оперативната логика (алгоритми) на поединечните компоненти на софтверскиот производ. Со промените во содржината на функциите за обработка, нивниот состав и соодветниот влез и излез на информации, потребен е редизајн на софтверскиот производ. Главниот акцент во структурниот пристап е на моделирање на процесите за обработка на податоци.

За методи на структурирање податоцисе врши анализа, структурирање и креирање на модели на податоци, во однос на кои се воспоставува потребниот составфункции и процедури за обработка. Софтверските производи се тесно поврзани со структурата на обработените податоци, промените во кои влијаат на логиката на обработка (алгоритми) и нужно бараат редизајн на софтверскиот производ.

Структурниот пристап користи:

· дијаграми за проток на податоци(дијаграми на информатичката технологија) – прикажуваат процеси и текови на информации меѓу нив, земајќи ги предвид настаните што ги иницираат процесите на обработка;

· интегрирана структура на податоци за домен(информациски модел, ЕР дијаграми);

· дијаграми на распаѓање– структура и разложување на цели, функции на управување, апликации;

· блок дијаграми– архитектура на софтверски производ во форма на хиерархија на меѓусебно поврзани софтверски модули со идентификација на врските меѓу нив, детална логика за обработка на податоци од софтверски модули (блок дијаграми).

Дизајн од горе-долу

Спецификацијата на проблемот служи како почетна точка за креирање програма. Треба да разберете кои дејства мора да се извршат за да се реши проблемот, да ги опишете на природен јазик и на доволно високо ниво на апстракција. Специјални јазици се користат во програмирањето долго време - јазици за формални спецификација. Сепак, нивната студија бара одредена подготовка. Затоа, ќе се ограничиме неформални спецификации, но што е можно попрецизно и комплетно.

Спецификацијата на задачата е нејзиниот примарен дизајн. Оттаму се префрламе на програмата, постепено разјаснувајќи го описот.

Постепеното усовршување на проектите е широко користено во многу гранки на инженерството и се нарекува метод на дизајнирање од горе надолу (чекор-по-чекор деталиили дизајн од горе надолу).

Како пример, разгледајте го проектот за облекување дете.

Примарна цел:

Наведување на целта на првиот чекор:

Ставете ја долната половина.

Ставете ја горната половина.

Долната половина може да се облече во две фази:

Облечете панталони.

Облечете чорапи и чизми.

Горната половина, исто така, може да се облече во две фази:

Облечете кошула.

Облечете јакна.

Финален проектизгледа вака:

Облечете панталони.

Облечете чорапи.

Облечете ги чизмите.

Облечете кошула.

Облечете јакна.

Метод на дизајнирање од горе надолувклучува последователно разложување на општата функција за обработка на податоци на едноставни функционални елементи („горе-надолу“). Како резултат на тоа, таа се гради хиерархиски дијаграм, одразувајќи го составот и меѓусебната подреденост на поединечните функции, што се нарекува функционална структура на алгоритмот (FSA) (сл. 1.1).

Редоследот на активности за развој на апликација FSA е како што следува:

1) се утврдуваат цели за автоматизацијапредметна област и нивната хиерархија (цел-подцел);

2) инсталиран состав на апликации(задачи за обработка) обезбедување на спроведување на поставените цели;

3) да се потврди природата на врскатаапликациите и нивните главни карактеристики (информации за решавање проблеми, време и зачестеност на решавање, услови за извршување и сл.);

4) се утврдуваат неопходни за решавање на проблеми функции за обработка на податоци;

5)
изведена разградување на функциите за обработкадо потребната структурна сложеност реализирана со предложените алатки.

Оваа структура на апликација го одразува најважното - соединениеИ меѓусебно поврзување на функциитеобработка на информации за имплементација на апликации, иако не ја открива логиката на извршување на секоја поединечна функција, условите или зачестеноста на нивните повици.

Распаѓањето мора да се носи строго функционален карактер, т.е. посебен елемент FSAопишува целосна значајна функција за обработка на информации, која вклучува одреден метод на имплементација на ниво на софтвер.

Врз основа на фреквенцијата на употреба, функциите за обработка се поделени на:

· еднаш извршено;

· повторувачки.

Нивото на детали на функциите може да варира, но хиерархискиот дијаграм треба да даде идеја за составот и структурата на меѓусебно поврзаните функции и општ алгоритамобработка на податоци. Широко користените функции стануваат стандардни (вградени) функции за време на дизајнот внатрешна структурасофтверски производ.

Појаснување на дејствата за дизајн од горе-долу- ова е, всушност, премин од описот на Штотреба да се направи за да се Каконаправи го.

При разјаснување на дејствијата за време на процесот на дизајнирање, програмата е поделена на систем од потпрограми и програмски единици, а исто така е наведено и презентацијата на податоците.

Се користи и во програмирањето метод на секвенцијална модернизација. Прво, е дизајнирана и имплементирана поедноставена верзија на решението на проблемот - прототип(сепак, дизајнот од горе надолу се користи и за ова). Спецификациите потоа стануваат постепено посложени и програмата се проширува со соодветно проширување на можностите додека не се постигне конечниот дизајн.

Модуларно програмирање

Модуларно програмирањее природна последица на дизајнот од горе надолу и се состои во делење на програмата на делови - модули, развиен одделно. Во програмирањето, модул значи посебен потпрограма, и често се нарекуваат потпрограми процедуриили процедура-функции. Затоа се нарекува и модуларно програмирање процедурални.

Модулот мора да го има следново својства:

· еден влез и еден излез– на влезот софтверскиот модул добива одреден сет на почетни податоци, врши значајна обработка и враќа еден сет на податоци за резултат, т.е. се спроведува стандардниот принцип ИПО (Влез - Процес - Излез - влез-процес-излез);

· функционална комплетност– модулот врши листа на регулирани операции за да се имплементира секоја поединечна функција во целост, доволна за завршување на започнатата обработка;

· логичка независност– резултатот од работата на софтверскиот модул зависи само од првичните податоци, но не зависи од работата на другите модули;

· слаби информациски врски со други софтверски модули– размената на информации помеѓу модулите треба да се минимизира колку што е можно повеќе;

· програмски код со податлива големина и сложеност.

Тешко е да се постават разумни големини на модулите, иако вреди да се следи правилото: распределете ги модулите додека е практично. Вообичаено, големината на модулот е ограничена на неколку десетици линии код во јазикот високо ниво. Се верува дека мал модул е подобар од голем, бидејќи како што се зголемува големината на модулите, нивната перцепција и дебагирање стануваат посложени со забрзано темпо. Покрај тоа, големите модули често се меѓусебно зависни, а промените во еден од нив бараат модификации во други.

Секој модул се состои од спецификацииИ тело. Спецификациидефинирајте ги правилата за користење на модулот и тело– начин на спроведување на процесот на обработка.

Принципите на модуларното програмирање на софтверските производи на многу начини се слични на принципите на дизајнот од горе надолу: прво се одредува составот и подреденоста на функциите, а потоа збир на софтверски модули кои ги спроведуваат овие функции.

Функциите од ист тип се имплементирани од истите модули. Функцијата на највисоко ниво е обезбедена од главниот модул; го контролира извршувањето на функциите од пониско ниво на кои одговараат подредените модули.

При одредување на збир на модули кои ги спроведуваат функциите на одреден алгоритам, мора да се земе предвид следново:

· секој модул се повикува на извршување од модул од повисоко ниво и, откако ќе ја заврши својата работа, ја враќа контролата на модулот што го повикал;

· донесувањето на големи одлуки во алгоритмот се носи на највисоко можно ниво во хиерархијата;

· за користење на истата функција на различни места од алгоритмот се креира еден модул кој се повикува на извршување по потреба.

Како резултат на дополнително усовршување на алгоритмот, а функционално-модуларен дијаграм (FMS) апликативен алгоритам, кој е основа за програмирање (сл. 1.2).

Составот и видот на софтверските модули, нивната намена и природата на нивната употреба во програмата се во голема мера определени од алатките.

Алгоритмите со голема сложеност обично се претставени со користење на два вида дијаграми:

· генерализирана алгоритамска шема– открива општ принципфункционирање на алгоритмот и главните логички врски помеѓу поединечните модули на ниво на обработка на информации (внес и уредување податоци, пресметки, резултати од печатење итн.);

Уред за хард магнетен диск или HDD (хард (магнетен) диск, HDD, HMDD), хард диск, хард диск, колоквијално „завртка“, хард, хард диск е уред за складирање информации заснован на принципот на магнетно снимање. Тој е главниот уред за складирање податоци во повеќето компјутери.

За разлика од „флопи“ диск (флопи диск), информациите во хард дискот се снимаат на тврди (алуминиумски или керамички) плочи обложени со слој од феромагнетен материјал, најчесто хром диоксид. HDD-овите користат од една до неколку плочи на една оска. Во режим на работа, главите за читање не ја допираат површината на плочите поради слојот на дојдовен проток на воздух формиран во близина на површината при брзо ротирање. Растојанието помеѓу главата и дискот е неколку нанометри (околу 10 nm кај современите дискови), а отсуството на механички контакт обезбедува долгорочноуслуги на уредот. Кога дисковите не се ротираат, главите се наоѓаат на вретеното или надвор од дискот во безбедно место, каде што е исклучен нивниот абнормален контакт со површината на дисковите.

Како работи хард дискот

Хард дискот е еден од најнапредните и комплексни уредимодерен персонален компјутер. Неговите дискови се способни да складираат многу мегабајти информации пренесени со огромна брзина. Додека речиси сите елементи на компјутерот работат тивко, хард дискот мрмори и крцка, што овозможува да се класифицира како еден од оние неколку компјутерски уреди, кои содржат и механички и електронски компоненти.

Основните принципи на работа на хард дискот малку се променија од неговото основање. Уредот на хард диск е многу сличен на обичен плеер за снимање. Само под телото може да има неколку плочи поставени на заедничка оска, а главите можат да читаат информации од двете страни на секоја плоча одеднаш. Брзината на ротација на плочите (за некои модели достигнува 15.000 вртежи во минута) е константна и е една од главните карактеристики. Главата се движи по плочата на одредено фиксно растојание од површината. Колку е помало ова растојание, толку е поголема точноста на читањето на информациите и толку е поголема густината на снимањето на информациите. Кога ќе го погледнете хард дискот, сè што гледате е издржливо метално куќиште. Тој е целосно запечатен и го штити погонот од честички од прашина, кои, доколку навлезат во тесниот јаз помеѓу главата и површината на дискот, може да го оштетат осетливиот магнетен слој и да го оштетат дискот. Покрај тоа, куќиштето го штити погонот од електромагнетни пречки. Внатре во куќиштето се сите механизми и некои електронски компоненти. Механизмите се самите дискови на кои се чуваат информациите, главите кои пишуваат и читаат информации од дисковите и моторите кои сето тоа го ставаат во движење. Дискот е тркалезна плоча со многу мазна површина, најчесто направена од алуминиум, поретко од керамика или стакло, обложена со тенок феромагнетен слој. Дисковите се направени. Многу дискови користат слој од железен оксид (кој обложува обична магнетна лента), но најновите хард дискови користат слој од кобалт дебел околу десет микрони. Овој слој е поиздржлив и, покрај тоа, ви овозможува значително да ја зголемите густината на снимање. Технологијата на нејзината примена е блиска до онаа што се користи во производството на интегрирани кола.

Бројот на дискови може да биде различен - од еден до пет, бројот на работни површини е соодветно двојно поголем (по два на секој диск). Вториот (како и материјалот што се користи за магнетната обвивка) го одредува капацитетот на хард дискот. Понекогаш надворешните површини на надворешните дискови (или еден од нив) не се користат, што овозможува да се намали висината на погонот, но во исто време бројот на работни површини се намалува и може да испадне непарен.

Магнетните глави читаат и пишуваат информации на дисковите. Принципот на снимање е генерално сличен на оној што се користи во конвенционалниот магнетофон. Дигиталните информации се претвораат во наизменична електрична струја што се доставува до магнетната глава, а потоа се пренесува на магнетниот диск, но во форма на магнетно поле, кое дискот може да го согледа и „запомни“. Магнетната обвивка на дискот се состои од многу мали области на спонтана магнетизација. За илустрација, замислете дека дискот е покриен со слој од многу мали стрелки на компас кои се насочени во различни насоки. Таквите честички со стрелки се нарекуваат домени. Под влијание на надворешно магнетно поле, сопственото магнетни полињадомените се ориентирани според неговата насока. По завршувањето на надворешното поле, на површината на дискот се формираат зони на преостаната магнетизација. На овој начин се зачувуваат информациите снимени на дискот. Областите на преостаната магнетизација, кога дискот се ротира спроти јазот на магнетната глава, во него предизвикуваат електромоторна сила, која варира во зависност од големината на магнетизацијата. Пакетот на дискот, монтиран на оската на вретеното, е управуван од специјален мотор компактно сместен под него. Брзината на ротација на дисковите е обично 7200 вртежи во минута. Со цел да се намали времето потребно за погонот да почне да работи, моторот работи во принуден режим некое време кога е вклучен. Затоа, напојувањето на компјутерот мора да има резерва на врвна моќност. Сега за операцијата на главите. Тие се движат со помош на прецизност чекор мотори се чини дека „плови“ на растојание од дел од микрон од површината на дискот, без да го допирате. Како резултат на снимање информации, на површината на дисковите се формираат магнетизирани области во форма на концентрични кругови. Овие се нарекуваат магнетни патеки. Движејќи се, главите застануваат над секоја следна песна. Збир на патеки лоцирани една под друга на сите површини се нарекува цилиндар. Сите погонски глави се движат истовремено, пристапувајќи до цилиндрите со исто име со исти броеви.

Уред

Хард дискот се состои од херметичка зона и единица за електроника.

Хермозон

Херметичката зона вклучува куќиште направено од издржлива легура, дискови (плочи) со магнетна обвивка, блок за глава со уред за позиционирање и електричен погон на вретеното.

Блокот на главата е пакет лостови изработени од челик за пружини (пар за секој диск). На едниот крај тие се фиксирани на оската во близина на работ на дискот. Главите се прицврстени на другите краеви (над дисковите).

Дискови (плочи), по правило, се направени од метална легура. Иако имаше обиди да се направат од пластика, па дури и стакло, таквите чинии се покажаа како кревки и краткотрајни. Двете рамнини на плочите, како магнетна лента, се покриени со најфината феромагнетна прашина - оксиди на железо, манган и други метали. Точниот состав и технологијата на примена се чуваат во тајност. Повеќето буџетски уреди содржат 1 или 2 плочи, но има модели со повеќе плочи.

Дисковите се цврсто фиксирани на вретеното. За време на работата, вретеното ротира со брзина од неколку илјади вртежи во минута (3600, 4200, 5400, 7200, 10.000, 15.000). Со оваа брзина, во близина на површината на плочата се создава моќен проток на воздух, кој ги крева главите и ги прави да лебдат над површината на плочата. Обликот на главите се пресметува така што ќе се обезбеди оптимално растојание од плочата за време на работата. Сè додека дисковите не се забрзаат до брзината потребна за главите да „полетаат“, уредот за паркирање ги задржува главите во зоната за паркирање. Ова го спречува оштетувањето на главите и работната површина на плочите.

Уредот за позиционирање на главата се состои од стационарен пар на силни неодимиумски постојани магнети или електромагнети и калем на подвижна главна единица.

Спротивно на популарното верување, нема вакуум во зоната на задржување. Некои производители го прават запечатен (оттука и името) и го полнат со прочистен и исушен воздух или неутрални гасови, особено азот; а за изедначување на притисокот се поставува тенка метална или пластична мембрана. (Во овој случај, внатре во куќиштето на хард дискот има мал џеб за пакет силика гел, кој ја апсорбира водената пареа што останува во куќиштето откако ќе се запечати). Други производители го изедначуваат притисокот низ мала дупка со филтер способен да зароби многу мали (неколку микрометри) честички. Меѓутоа, во овој случај, влажноста е исто така изедначена, а може да навлезат и штетни гасови. Неопходно е изедначување на притисокот за да се спречи деформација на телото на зоната за задржување поради промени атмосферски притисоки температура, како и кога уредот се загрева за време на работата.

Честичките од прашина кои се наоѓаат во херметичката зона за време на склопувањето и паѓаат на површината на дискот се носат за време на ротацијата до друг филтер - колектор за прашина.

Единица за електроника

Во раните хард дискови, контролната логика беше поставена на контролерот MFM или RLL на компјутерот, а електронската табла содржеше само аналогни модули за обработка и контрола на моторот на вретеното, позиционерот и прекинувачот за глава. Зголемувањето на стапките на пренос на податоци ги принуди програмерите да ја намалат должината на аналогната патека до границата, а кај современите хард дискови единицата за електроника обично содржи: контролна единица, меморија само за читање (ROM), тампон меморија, единица за интерфејс и единица за обработка на дигитален сигнал.

Единицата за интерфејс ја поврзува електрониката на хард дискот со остатокот од системот.

Контролната единица е контролен систем кој прима електрични сигнали за позиционирање на главата и генерира контролни дејства со погон на гласовна калем, префрлување на протокот на информации од различни глави, контролирање на работата на сите други компоненти (на пример, контрола на брзината на вретеното), примање и обработка сигнали од сензорите на уредот (системот со сензори може да вклучува акцелерометар со една оска што се користи како сензор за удар, триаксијален акцелерометар што се користи како сензор слободен пад, сензор за притисок, сензор за аголно забрзување, сензор за температура).

Блокот ROM складира контролни програми за контролни единици и обработка на дигитален сигнал, како и сервисни информации на хард дискот.

Баферската меморија ја измазнува разликата во брзината помеѓу делот за интерфејс и погонот (се користи статичка меморија со голема брзина). Зголемувањето на големината на тампон меморијата во некои случаи ви овозможува да ја зголемите брзината на погонот.

Единицата за обработка на дигитален сигнал го чисти прочитаниот аналоген сигнал и го декодира (извлекува дигитални информации). За дигитална обработка се користат различни методи, на пример, методот PRML (Partial Response Maximum Likelihood - максимална веројатност со нецелосен одговор). Примениот сигнал се споредува со примероците. Во овој случај, се избира примерок кој е најсличен по обликот и временските карактеристики на сигналот што се декодира.

Форматирање на ниско ниво

Во последната фаза на склопување на уредот, површините на плочите се форматираат - на нив се формираат патеки и сектори. Точниот метод го одредува производителот и/или стандардот, но минимум, секоја песна е означена со магнетна ознака за да покаже каде започнува.

Постојат алатки кои можат да ги тестираат физичките сектори на дискот и да ги прегледуваат и уредуваат податоците за услугите во ограничен обем. Специфичните можности на таквите алатки силно зависат од моделот на дискот и техничките информации што му се познати на авторот за соодветното семејство на модели.

Јачина на звук, брзина и време на пристап

Главните цели на производителите отсекогаш биле да го зголемат обемот на информации зачувани на дисковите и брзината на работа со овие информации. Како да го зголемите просторот на дискот? Најочигледното решение е да се зголеми бројот на послужавници во куќиштето на хард дискот. На сличен начин, моделите обично се разликуваат во рамките на истиот опсег на модели. Овој метод е наједноставен и ви овозможува да добиете дискови со различни капацитети користејќи иста база на елементи. Но, овој метод има природни ограничувања: бројот на дискови не може да биде бесконечен. Оптоварувањето на моторот се зголемува, карактеристиките на температурата и бучавата на дискот се влошуваат, веројатноста за дефекти се зголемува пропорционално со бројот на плочи, што значи дека е потешко да се обезбеди сигурност. Меѓу индустриски произведените дискови наи голема сумачиниите има SCSI погон Seagate Barracuda 180 - овој хард диск има дури 12 плочи! Исто така, постојат шампиони во областа на поедноставување на дизајнот на дискот - ова се, на пример, Maxtor 513DX и 541DX, кои ги разгледавме подолу, кои имаат еден диск што се користи само на едната страна.

Технолошки покомплексен (и поперспективен) метод за зголемување на волуменот е зголемување на густината на снимањето на информациите. Тука се јавуваат голем број технолошки проблеми. Модерните плочи се направени од алуминиум или дури и стакло (некои модели на IBM). Магнетната обвивка има сложена повеќеслојна структура и е покриена со посебен заштитен слој одозгора. Големините на честичките на магнетната обвивка се намалуваат, а нивната чувствителност се зголемува. Покрај подобрувањето на параметрите на самите плочи, системот за читање информации треба да претрпи значителни подобрувања. Неопходно е да се намали јазот помеѓу главата и површината на плочата и да се зголеми чувствителноста на главата. Но, дури и овде, законите на физиката ги наметнуваат своите природни ограничувања на границите на употребата на таквите технологии. На крајот на краиштата, големината на магнетните честички не може да се намалува на неодредено време.

Најлесен начин да се зголеми брзината на читање е да се зголеми брзината на ротација на послужавникот. Дизајнерите го следеа овој пат. Ако плочите ротираат со поголема брзина, тогаш повеќе информации поминуваат под главата за читање по единица време. Зголемувањето на брзината на читање е исто така под влијание на зголемувањето на густината на запишување информации што беше дискутирано погоре. Поради оваа причина, погоните SCSI имаат тенденција да имаат повисоки брзини на ротација. Меѓутоа, при оваа брзина е потешко точно да се постави главата за читање, така што густината на снимање таму е помала отколку кај некои IDE-дискови, а таквите дискови чинат повеќе. Бидејќи главата, при пребарување на информации, се движи само низ дискот, таа е принудена да „чека“ додека дискот не се ротира и секторот со бараните податоци е достапен за читање. Ова време зависи само од брзината на ротација на дискот и се нарекува време на чекање на информации (латентност). Но, неопходно е да се разбере дека вкупното време за пристап до информациите се одредува според времето на пребарување на саканата песна на дискот и времето на позиционирање во рамките на оваа патека. Зголемувањето на брзината на ротација на дискот ја намалува само последната вредност. За да се намали времето за пребарување за саканата песна, погонот за читање на главата е подобрен и... се намалува дијаметарот на плочите на дискот. Речиси сите модерни хард дискови се достапни со послужавници со дијаметар од 2,5 инчи.

Позиционирањето на главата воопшто е посебен, многу нетривијален проблем. Доволно е да се каже дека со модерни густини на снимање, дури и термичката експанзија мора да се земе предвид! Така, зголемувањето на брзината на ротација на дискот го отежнува прецизното поставување на главата. И во обидите да ги зголемите перформансите на дискот, понекогаш треба да ја жртвувате јачината на звукот со користење на плочи со помала густина на снимање. Не е изненадувачки што најскапите и најбрзите хард дискови, кои се карактеризираат со поголема брзина на ротација, не ја користат максималната моментално технолошки достапна густина на снимање. Треба да платите за брзина.

Значи, кој диск треба да го изберете? Со оглед на истиот волумен, моделите со поголема густина на снимање заслужуваат повеќе внимание во споредба со моделите со голем број дискови, само затоа што имаат поголема линеарна брзина на читање/запишување (големите датотеки се читаат побрзо). Брзината на пристап до информации директно зависи од брзината на ротација на плочите (работи побрзо со голем број мали датотеки). Но, зголемувањето на брзината води до повисоки цени на производите, а понекогаш треба да ја жртвувате густината на снимање.

Здраво пријатели! Што е хард дискили HDD? Хард диск е хард магнетен диск. Скратено како HDD или хард (магнетен) диск - HDD или MHDD. Првиот хард диск беше издаден од IBM во 1956 година и имаше димензии од околу еден кубен метар и можеше да складира до 3,5 MB информации (видете ја сликата лево од Википедија). Се состоеше од 50 магнетни дискови со дијаметар од 610 mm. Површината на дисковите беше покриена со чисто железо, што овозможи да се магнетизираат областите и да се складираат податоци. Овој хард диск тежи 971 кг и беше дел од првиот сериски компјутер IBM 305 RAMAC. Дополнителна технологија се разви и го достигна она што го гледате на вашите десктоп компјутери и лаптопи. Хард дискот се нарекува и хард диск, хард диск или, накратко, завртка. Името Винчестер потекнува од 70-тите години. Во тоа време, IBM објави нов компјутер со помодерен хард диск, кој се состоеше од два кабинети, од кои секоја складираше до 30 MB информации. Направена е аналогија со пушката Винчестер, која го користела патронот 30-30. Веројатно, после ова, хард дисковите, најверојатно засекогаш (барем кај населението што зборува руски), го добија името - хард диск, или накратко - завртка.

Современиот хард диск се состои од:

домување
единица за електроника
единица за позиционирање на активаторот
блок со магнетни плочи

Ајде да го разгледаме секој подетално

Рамка. Тоа е како каросерија на автомобил. Сè почива на него. Главната задача е да се обезбеди потребната ригидност и затегнатост. Неопходна е цврстина за да се заштити дискот од надворешно оштетување. Затегнатост - за да се спречи влез на туѓи честички во дискот. Куќиштето е направено од легура што спроведува топлина, бидејќи топлината се создава за време на работата на уредот и мора некако да се исфрли. Можете да прочитате повеќе за ладењето на HDD. За да се изедначат притисоците надвор и внатре во куќиштето, се прави мал прозорец со флексибилна метална плоча.

Единица за електроника

Содржи:

интерфејс блок
бафер или кеш
контролна единица

Единицата за интерфејс е одговорна за поврзување на тврдиот диск со компјутерот. ROM, постојан уред за складирање, ги снима информациите за услугата и фирмверот на дискот. Баферот е кеш меморија слична на RAM меморијата. Во него се сместени често користените информации, со што се зголемуваат перформансите на HDD. Брзината на читање на кешот се приближува до максималната брзина за интерфејсот на дискот. Во моментов, најчест интерфејс е SATA III со максимум пропусната моќна 6 Gbit/s. Контролната единица е одговорна за функционирањето на целиот уред. Ја следи брзината на ротација на блокот со магнетни плочи и положбата на блокот со актуатори.

Се состои од актуатор (уред за пишување и читање информации), држач (на кој сето тоа функционира) и погон. Погонот добива команди за тоа каде да чита и каде да пишува информации од контролната единица. (Сликата подолу е преземена од страницата http://www.3dnews.ru/editorial/640707)

Блок со мемориски плочи. Се состои од погон, дискови или плочи и сепаратори. Вторите се користат за поставување на одредено растојание помеѓу плочите. На погонот се монтираат дискови со сепаратори. Вториот одржува постојана брзина на ротација.

2. Како работи хард дискот?

Кога ќе го вклучите компјутерот, контролната единица го напојува уредот со магнетни дискови и чека додека вториот не ја достигне одредената брзина на ротација. Штом тоа се случи, компјутерот добива сигнал дека HDD е подготвен. Следува барање за информации. Единицата за позиционирање влегува во игра, која ја поставува саканата положба на погонот. Податоците се читаат и одат во блокот за интерфејс, а од таму во RAM меморијата.

Претходно, актуаторите допираа магнетни дискови. Како што се зголемуваше брзината на вториот, потребна беше различна технологија. Во овој случај, актуаторот лебдеше над магнетната површина и го допре дискот на одредено место. Технологијата продолжи, брзините на ротација на плочите се зголемија и блокот со активатори почна да се паркира надвор од плочите. Тоа е, актуаторите се наоѓаат веднаш до плочите додека не се достигне потребната брзина на ротација на магнетните дискови.

Поради големата брзина на вртење на дисковите, се создава проток на воздух што ја крева главата на погонот над површината. Истиот проток на воздух ги издува честичките прашина заробени внатре од површината на посебен филтер во куќиштето. Во куќиштето има и адсорбент за отстранување на преостанатата влага.

Во современите хард дискови, растојанието помеѓу главата за читање и површината на магнетната платина< 10 нм. Благодаря тому, что считывающие головки никогда не касаются магнитных пластин отсутствует трение и продлевается срок жизни HDD.

Секоја магнетна плоча е поделена на прстенести патеки широки приближно 60 nm. Вторите, пак, се поделени на кластери. Обично кластерот е 4 KB. Секој дел од информацијата претставува подлога на патеката што може да биде магнетизирана -1 или не -0. Овие сајтови се нарекуваат и домени. Како помала големинаоваа област, толку повеќе информации ќе се вклопат на патеката и попространиот хард дискот ќе биде. На почетокот на развојот се користеше надолжно снимање. Локалитетот се наоѓал покрај патеката. Подоцна, оваа технологија беше заменета со нормално снимање, што овозможи да се зголеми густината на податоците и, пак, да се зголеми капацитетот на HDD.

Множеството на патеки на еднакво растојание од центарот на ротација на моторот се нарекува цилиндар.

Пред хард дисковите да го надминат ограничувањето на капацитетот од 500 MB, системот за позиционирање CHS (сектор на глава на цилиндар) беше доволен. Со растот на обемот во 1994 година беше усвоен линеарен системПозиционирање LBA (линеарно адресирање на блокови). Во случајот со CHS, хард дискот беше проѕирен оперативни системи, Со употреба на линеарно адресирање, системот се обраќа до саканиот сектор на тврдиот диск, а контролната единица на HDD разбира каде е физички лоциран овој сектор.

Единица за позиционирање на активаторот. Управуван од електромагнетниот мотор. Вториот се состои од статор и калем. Статорот се состои од еден или два постојани, силни неодимиумски магнети. Прецизното позиционирање на држачот со главите се случува со примена на напон од одредена сила на серпентина (слика преземена од http://www.3dnews.ru/editorial/640707)

Брзината на позиционирање на главата и, следствено, времето на пристап до информации зависи од јачината на магнетите. Вториот во хард дисковите варира од 3 до 12 ms. Колку е пократко времето, толку е побрз и поскап хард дискот. WD има три серии хард дискови: зелена, сина и црна. Зелената користи еден неодимиумски магнет и брзина на вретеното од 5400 вртежи во минута. Ова резултира со прилично скромни перформанси, но пристојна ефикасност и мала потрошувачка на енергија. Сините дискови користат ист магнет и брзината на ротација се зголемува до 7200 вртежи во минута. Во однос на карактеристиките на брзината, тој зазема средна позиција помеѓу зелените и црните HDD. Црните користат два магнети и брзина од 7200 вртежи во минута. Ова ви овозможува да постигнете максимални перформанси. Можете да ги зголемите перформансите уште повеќе со зголемување на брзината на ротација на моторот со магнетни плочи на 10.000 или 15.000 вртежи во минута. Овие дискови имаат минимално време за пристап до информации и главно се користат во серверите. Погони со цврста состојба со брзина на пристап< 1 мс пока остаются вне конкуренции.

Хард дисковите произведуваат два типа на шум кога работат. Од брзо ротирачки магнетни дискови и од ударот на блокот со глави на ограничувачот. Последново се случува кога блокот со глави се враќа на паркинг позиција. За да се намали ова влијание, производителите поставуваат гумени облоги, но понекогаш тоа не помага, особено на брзите тркала. Постојат два начини да се намали шумот од HDD. Првиот е да се направат држачи за апсорпција на удари во куќиштето за компјутер. Можете да прочитате повеќе за ова. Вториот начин е да се користи AAM технологијата, за која пишував подетално.

3. Производство и производители на хард диск

На почетокот имаше околу 70 производители на HDD. Благодарение на конкуренцијата, останаа само три од нив. Тоа се Toshiba, Seagate и WD. На дијаграмот подолу можете да видите во кои години се случиле аквизициите

Производство. Во машинска продавница од алуминиумска палка цилиндриченработните парчиња се сечат. Потоа на работните парчиња им се дава посакуваната форма, можеби дури и на стругови. По работните парчиња одете во продавницата за полирање каде што површините се полираат до потребното ниво. Потоа се врши контрола и работните парчиња се испраќаат до работилницата за магнетна облога. Потоа повторно се јавува контрола. Потоа хард дискот се составува и се форматира на ниско ниво. Во овој процес, магнетните плочи се поделени на патеки и се проверуваат дали има скршени или нечитливи сектори. Последните веднаш се означени за да се спречи снимање на информации во нив. Секоја песна има одредена резерва на сектори. Токму од овој резерват се заменуваат неисправните области откриени за време на работата.

Одделно, неопходно е да се каже за производство на глави за читање и пишување информации. Во современите хард дискови, секој погон се состои од две глави, една за читање и една за пишување. Комплексноста на производството на глави е споредлива со сложеноста на производството на процесори, исто така, се користи. Дизајнот на главите е производна тајна.

Заклучок

Во написот допревме мала историја обезбедувајќи слика од првиот хард диск објавен во 1956 година. Рекоа можна причинаименување на магнетни хард дискови со краток збор - завртка. Потоа го разгледавме составот на хард дискот, што се крие во неговото куќиште. Се обидовме да обрнеме внимание на секој блок посебно. Ја испитавме работата на хард дискот. На крајот, ги сфативме производителите и самото производство на HDD. Се надевам дека напредувавте со мене во темата за HDD.

HDD

Дијаграм на хард диск.

Уред за хард диск, HDD, HDD, Винчестер(Англиски) Хард (магнетен) диск, HDD, HMDD ; во вообичаениот јазик завртка, тешко, хард диск) е неиспарлив уред за складирање на компјутер кој може да се препишува. Тој е главниот уред за складирање податоци во речиси сите современи компјутери.

За разлика од „флопи“ диск (флопи диск), информациите во хард дискот се снимаат на тврди (алуминиумски или стаклени) плочи обложени со слој од феромагнетен материјал, најчесто хром диоксид. HDD-овите користат од една до неколку плочи на една оска. Во режим на работа, главите за читање не ја допираат површината на плочите поради слојот на дојдовен проток на воздух формиран во близина на површината при брзо ротирање. Растојанието помеѓу главата и дискот е неколку нанометри (5-10 nm кај современите дискови), а отсуството на механички контакт обезбедува долг работен век на уредот. Кога дисковите не се ротираат, главите се наоѓаат на вретеното или надвор од дискот во безбедно место, каде што е исклучен нивниот абнормален контакт со површината на дисковите.

Наслов „Винчестер“

Според една верзија, уредот го добил името „хард диск“ благодарение на компанијата која во 1973 година го објавила хард дискот модел 3340, кој за прв пат комбинирал плочи за дискови и глави за читање во едноделно куќиште. При развивањето, инженерите го користеа краткото внатрешно име „30-30“, што значеше два модула (во максимална конфигурација) од по 30 MB. Кенет Хаутон, раководителот на проектот, во согласност со ознаката на популарната ловечка пушка „Винчестер 30-30“, предложи овој диск да се нарече „Винчестер“.

Физичка големина (фактор на форма)(Англиски) димензија) - речиси сите модерни (-2008) дискови за персонални компјутери и сервери се со големина од 3,5 или 2,5 инчи. Вторите почесто се користат во лаптопите. Следниве формати исто така станаа широко распространети: 1,8 инчи, 1,3 инчи, 1 инч и 0,85 инчи. Производството на погони во 8 и 5,25 инчни фактори е прекинато.

Време на случаен пристап(Англиски) време за случаен пристап) - времето во кое хард дискот е загарантиран да изврши операција за читање или запишување на кој било дел од магнетниот диск. Опсегот на овој параметар е мал од 2,5 до 16 ms, како по правило, серверските дискови имаат минимално време (на пример, Hitachi Ultrastar 15K147 - 3,7 ms), најдолгите од сегашните се погони за преносливи уреди (Seagate Momentus 5400.3; - 12, 5).

Брзина на вретеното(Англиски) брзина на вретеното) - бројот на вртежи на вретеното во минута. Времето на пристап и брзината на пренос на податоци во голема мера зависат од овој параметар. Во моментов, хард дисковите се произведуваат со следните стандардни брзини на ротација: 4200, 5400 и 7200 (лаптопи), 7200 и 10.000 (лични компјутери), 10.000 и 15.000 вртежи во минута (сервери и работни станици со високи перформанси).

Дисковите се цврсто фиксирани на вретеното. За време на работата, вретеното ротира со брзина од неколку илјади вртежи во минута (4200, 5400, 7200, 10.000, 15.000). Со оваа брзина, во близина на површината на плочата се создава моќен проток на воздух, кој ги крева главите и ги прави да лебдат над површината на плочата. Обликот на главите се пресметува така што ќе се обезбеди оптимално растојание од плочата за време на работата. Сè додека дисковите не се забрзаат до брзината потребна за главите да „полетаат“, уредот за паркирање ги задржува главите во зоната за паркирање. Ова го спречува оштетувањето на главите и работната површина на плочите.

Уредот за позиционирање на главата се состои од стационарен пар силни, обично неодимиумски, постојани магнети и калем на подвижна блока за глава.

Спротивно на популарното верување, нема вакуум во зоната на задржување. Некои производители го прават запечатен (оттука и името) и го полнат со прочистен и исушен воздух или неутрални гасови, особено азот; а за изедначување на притисокот се поставува тенка метална или пластична мембрана. (Во овој случај, внатре во куќиштето на хард дискот има мал џеб за пакет силика гел, кој ја апсорбира водената пареа што останува во куќиштето откако ќе се запечати). Други производители го изедначуваат притисокот низ мала дупка со филтер способен да зароби многу мали (неколку микрометри) честички. Меѓутоа, во овој случај, влажноста е исто така изедначена, а може да навлезат и штетни гасови. Изедначувањето на притисокот е неопходно за да се спречи деформација на телото на зоната за задржување поради промени во атмосферскиот притисок и температурата, како и кога уредот се загрева за време на работата.

Форматирање на ниско ниво

Во последната фаза на склопување на уредот, површините на плочите се форматираат - на нив се формираат патеки и сектори.

Раните „хард дискови“ (како флопи дискови) содржеа ист број на сектори на сите песни. На плочите на современите хард дискови, патеките се групирани во неколку зони. Сите траки од една зона имаат ист број на сектори. Сепак, има повеќе сектори на секоја патека од надворешната зона, и колку е зоната поблиску до центарот, толку помалку сектори има на секоја патека од зоната. Ова овозможува да се постигне порамномерна густина на снимање и, како резултат на тоа, да се зголеми капацитетот на послужавникот без промена на технологијата на производство.

Границите на зоната и бројот на сектори по патека за секоја зона се зачувани во ROM-от на единицата за електроника.

Покрај тоа, во реалноста има дополнителни резервни сектори на секоја патека. Ако се појави грешка која не може да се поправи во кој било сектор, тогаш овој сектор може да се замени со резервен. повторно мапирање). Се разбира, податоците складирани во него најверојатно ќе бидат изгубени, но капацитетот на дискот нема да се намали. Постојат две табели за пренамена: едната се пополнува во фабриката, другата за време на работата.

Во ROM-от на единицата за електроника се чуваат и табели за премапирање на сектори.

За време на операциите за пристап до хард дискот, единицата за електроника независно одредува до кој физички сектор треба да се пристапи и каде се наоѓа (земајќи ги предвид зоните и пренаменувањата). Затоа, од надворешниот интерфејс, хард дискот изгледа хомогено.

Во врска со горенаведеното, постои многу упорна легенда дека прилагодувањето на табелите и зоните за повторно мапирање може да го зголеми капацитетот на хард дискот. Има многу комунални услуги за ова, но во пракса излегува дека ако може да се постигне зголемување, тоа е незначително. Современите дискови се толку евтини што таквите прилагодувања не вредат за трудот или времето потрошено на нив.

Единица за електроника

Единицата за интерфејс ја поврзува електрониката на хард дискот со остатокот од системот.

Контролната единица е контролен систем кој прима електрични сигнали за позиционирање на главата и генерира контролни дејства со погон од типот на гласовна калем, менување на тековите на информации од различни глави и контролирање на работата на сите други компоненти (на пример, контрола на брзината на вретеното).

Единицата за обработка на дигитален сигнал го чисти прочитаниот аналоген сигнал и го декодира (извлекува дигитални информации). За дигитална обработка се користат различни методи, на пример методот PRML (Partial Response Maximum Likelihood - максимална веројатност со нецелосен одговор). Примениот сигнал се споредува со примероци. Во овој случај, се избира примерок кој е најсличен по обликот и временските карактеристики на сигналот што се декодира.

Технологии за снимање податоци

Принципот на работа на хард дискови е сличен на работата на магнетофоните. Работната површина на дискот се движи во однос на главата за читање (на пример, во форма на индуктор со празнина во магнетното коло). Кога се испорачува наизменична електрична струја (за време на снимањето) на главата намотка, добиеното наизменично магнетно поле од јазот на главата влијае на феромагнетот на површината на дискот и ја менува насоката на векторот на магнетизација на доменот во зависност од јачината на сигналот. За време на читањето, движењето на домените на јазот на главата доведува до промена на магнетниот флукс во магнетното коло на главата, што доведува до појава на наизменичен електричен сигнал во серпентина поради ефектот на електромагнетната индукција.

ВО Во последно времеЗа читање се користи магнеторезистивниот ефект и магнеторезистивните глави се користат во дисковите. Кај нив, промената на магнетното поле доведува до промена на отпорот, во зависност од промената на јачината на магнетното поле. Таквите глави овозможуваат да се зголеми веројатноста за веродостојно читање на информации (особено при висока густина на снимање на информации).

Метод на паралелно снимање

Во моментов, ова е сè уште најчестата технологија за снимање информации на HDD. Битови од информации се снимаат со помош на мала глава, која, поминувајќи преку површината на ротирачкиот диск, магнетизира милијарди хоризонтални дискретни области - домени. Секој од овие региони е логичка нула или еден, во зависност од магнетизацијата.

Максималната густина на снимање со овој метод е околу 23 Gbit/cm². Во моментов, овој метод постепено се заменува со методот на перпендикуларно снимање.

Перпендикуларен метод на снимање

Перпендикуларен метод на снимање е технологија во која делови од информации се складираат во вертикални домени. Ова овозможува користење на посилни магнетни полиња и ја намалува површината на материјалот потребен за пишување 1 бит. Густина на снимање модерни дизајни- 15-23 Gbit/cm², во иднина се планира зголемување на густината на 60-75 Gbit/cm².

Хард дискови за нормално снимање се достапни на пазарот од 2005 година.

Метод на термичко магнетно снимање

Метод на термичко магнетно снимање Магнетно снимање со помош на топлина, HAMR ) во моментов е најперспективна од постојните, во моментов активно се развива. Овој метод користи место за загревање на дискот, што овозможува главата да магнетизира многу мали области од неговата површина. Откако дискот ќе се излади, магнетизацијата е „фиксна“. Овој тип на железница сè уште не е претставен на пазарот (од 2009 година), има само експериментални примероци, но нивната густина веќе надминува 150 Gbit/cm². Развојот на HAMR технологиите трае веќе подолго време, но експертите се уште се разликуваат во проценките за максималната густина на снимање. Така, Hitachi ја именува границата од 2,3-3,1 Tbit/cm², а претставниците на Seagate Technology сугерираат дека ќе можат да ја зголемат густината на снимање на медиумот HAMR на 7,75 Tbit/cm². Широката употреба на оваа технологија треба да се очекува по 2010 година.

Споредба на интерфејс

	Пропусен опсег, Mbit/s	Максимална должина на кабел, m	Дали е потребен кабел за напојување?	Број на дискови по канал	Број на проводници во кабелот	Други карактеристики
Ултра	2	40/80	Контролер + 2 Slave, топла замена не е можна

FireWire/400	400		Да/Не (во зависност од интерфејсот и типот на уредот)	63	4/6
FireWire/800	800	4,5 (на сериска врскадо 72 m)	Бр	63	4/6	уредите се еднакви, можна е топла замена
USB 2.0	480	5 (со сериско поврзување, преку хабови, до 72 m)	Да/Не (во зависност од типот на погонот)	127	4
Ултра-320
САС	3000	8	Да	Над 16384 г		топла размена; можно поврзување
eSATA	2400	2	Да	1 (со множител на порти до 15)	4	Домаќин/Slave, жешка заменлива

Многумина од вас знаат дека сите информации на компјутерот, претставени во форма на датотеки и папки, се зачувани на хард дискот. И тука, што е хард диска за што е наменет, нема многумина точно да одговорат. Многу е тешко за луѓето далеку од програмирање да замислат како информациите можат да се складираат на некој хардвер. Ова не е кутија или парче хартија на која може да се запишат токму овие информации и да се сокријат во кутијата. Да, хард дискот не е кутија со буква.

Хард диск (HDD, HMDD - од англискиот хард (магнетен) диск) е магнетен медиум за складирање. Во компјутерскиот сленг се нарекува „Винчестер“. Тој е дизајниран да складира информации во форма на фотографии, слики, писма, книги од различни формати, музика, филмови итн. Однадвор, овој уред воопшто не личи на диск. Наместо тоа, изгледа како мала правоаголна железна кутија.

Внатрешноста на хард дискот е слична на стар винилен плеер.

Внатре во оваа метална кутија има тркалезни алуминиумски или стаклени дискови лоцирани на истата оска, по кои се движи главата за читање. За разлика од плеерот, главата на тврдиот диск не ја допира површината на плочите за време на работата.

За полесно користење, хард дискот е поделен на неколку делови. Оваа поделба е условена. Ова се прави со помош на оперативниот систем или специјални програми. Новите партиции се нарекуваат логички дискови. Ним им се доделуваат буквите C, D, E или F. Обично се инсталираат на уредот C, а датотеките и папките се зачувуваат на други дискови така што ако системот падне, вашите датотеки и папки нема да бидат оштетени.

Погледнете видео за тоа што е хард диск:

Основни карактеристики на хард дисковите

Форма факторе ширината на хард дискот во инчи. Стандардна големиназа десктоп компјутери 3,5 инчи, а за лаптопи 2,5 инчи;
Интерфејс- В модерни компјутериСе користат врски со SATA матични плочи од различни верзии. SATA, SATA II, SATA III. Постарите компјутери користат интерфејс IDE.
Капацитет– ова е максималната количина на информации што може да ги складира хард дискот, измерена во гигабајти;
Брзина на вретенотое бројот на вртежи на вретеното во минута. Како поголема брзинаротација на дискот, толку подобро. За оперативни системи, треба да инсталирате дискови од 7.200 вртежи во минута и повисоки, а за складирање датотеки можете да инсталирате дискови со помали брзини.
MTBF– ова е просечното време помеѓу дефектите пресметано од производителот. Колку е поголем, толку подобро;
Време на случаен пристапе просечното време потребно за главата да се постави на произволен дел од нафората. Вредноста не е константна.
Отпорност на ударе способноста на хард дискот да ги издржи промените на притисокот и ударите.
Ниво на бучава,кои дискот ги испушта при работа се мери во децибели. Колку е помал, толку подобро.

Сега веќе има SSD-дискови (диск со цврста состојба во едноставен превод - погон со цврста состојба), кои немаат ниту вретено, ниту тацни. Тоа е уред за складирање базиран на мемориски чипови.

Можеби ќе ве интересираат следните материјали