Предварительное знакомство.

Мало кому доводилось видеть жесткий диск как таковой. В отличие

от гибких дисков, легкоранимые жесткие диски должны быть постоян-

но заключены в защитную алюминиевую оболочку. Все, что мы видим - это

дисковод жесткого диска - металлический ящик с кое-какой электрони-

кой на нем. Нет простого способа проникнуть внутрь ящика и посмот-

реть на вращающийся диск. Дисководы можно открывать только в гер-

мозонах, где рабочие носят хирургическую одежду и из воздуха отфи-

льтрована вся пыль. Некоторые типы дисков заключены в съемные па-

кеты и вставляются в дисковод, но большинство дисков несъемные. Не-

большие дисководы с несъемными дисками изобретены фирмой IBM и

прозваны винчестерскими дисками (из-за совпадения кодового номера

дисковода с номером модели знаменитого винчестерского ружья).

 

Дорожки, секторы и головки. Несмотря на свои внушительные доспе-

хи, жесткий диск не является чем-то драматически отличающимся от

скромного гибкого диска. Данные запоминаются в виде намагниченных

областей, записываемых на окружностях вокруг центра диска. Каждая

из концентрических окружностей представляет собой дорожку, а каж-

дая дорожка делится на равные сегменты, называемые секторами. Голо-

вка чтения-записи движется от внешнего края диска к центру, оста-

навливаясь над дорожкой, которая содержит информацию, необходимую

компьютеру. Оказавшись в нужном положении, головка ждет, когда нуж-

ный сектор окажется под ней при вращении диска, а потом читает или

пишет данные по мере прохождения сектора.

 

Разница между гибкими и жесткими дисками. Жесткие диски выгодно

отличаются от гибких высокой плотностью записи данных на поверх-

ности диска и высокой скоростью работы. В то время как стандартный

360-Кбайт гибкий диск имеет 40 дорожек, жесткие диски того же диа-

метра могут иметь их более 1000. И они могут упаковывать вчетверо

больше данных на одну дорожку. Для таких высоких плотностей данных

требуется очень маленькая головка чтения-записи, расположенная оч-

ень близко к поверхности диска. Гибкость диска приводила бы к ко-

лебаниям поверхности и ударам по головке чтения-записи. Так что

диски делаются жесткими, из твердых алюминиевых пластин, покрытых

магнитным материалом.

Жесткие диски славятся также своей скоростью. В то время как

гибкий диск в дисководе вращается со скоростью от 300 до 360 об/

мин, скорость большинства жестких дисков равна 3600 об/мин. Кроме

того, дисководы жестких дисков перемещают головку чтения-записи от

дорожки к дорожке в несколько раз быстрее, чем дисководы гибких

дисков.

 

Пластины. Для увеличения емкости большинство дисководов жестких

дисков на самом деле имеют два или более диска. Диски, которые час-

то называют пластинами, смонтированы на оси, называемой шпинделем.

Все пластины вращаются вместе. Мотор, вращающий пластины, может быть

встроен в шпиндель или располагаться под шпинделем.

Обе стороны пластины содержат данные. Поскольку было бы неразу-

мно обслуживать обе стороны пластины одной головкой чтения-записи,

каждая сторона имеет свою головку. Головки смонтированы на каретке

в виде гребешка и двигаются вместе. Точность этого механизма пора-

жает. Пластины и головки должны точно перемежаться на каждой доро-

жке, при этом каждая головка расположена всего в 1/100000 дюйма от

поверхности пластины. Эта точная геометрия выдерживается при быст-

ром сновании легких головок над быстро вращающимися пластинами.

Головки могут находиться так близко к пластинам, не касаясь их,

поскольку они на самом деле парят над поверхностью на воздушной

подушке, образованной вращением диска. Головки медленно набирают

высоту при включении дисковода, и совершают мягкую посадку при отк-

лючении питания и замедлении вращения пластин. При отключенном пи-

тании головки лежат на поверхности диска.

 

Контроллеры дисков. В комплект большинства дисководов входит

плата контроллера, которая вставляется в один из свободных разъе-

мов в компьютере. Когда данные считываются с поверхности диска, они

поступают с головок через электронику дисковода в электронику

платы контроллера. Как мы увидим позже, не всем жестким дискам не-

обходим отдельный контроллер для посредничества между дисководом

и компьютером. Но все дисководы, работающие в IBM PC, AT и некоторых

PS/2, требуют наличия какого-либо адаптера, занимающего место на

системной плате.

Данные, посылаемые с поверхности диска на плату контроллера, по-

падают в буфер - небольшой кусочек памяти, выполняющего роль времен-

ного хранилища данных. Когда данные попадают в буфер, плата конт-

роллера посылает сигнал центральному процессору. Сигнал говорит

ЦП, что можно начинать пересылку данных в микросхемы оперативной

памяти компьютера.

 

ПДП. Данные пересылаются одним из двух способов. В компьютерах

IBM AT и PS/2 всю работу выполняет непосредственно ЦП. Однако в

IBM PC и XT используется прямой доступ к памяти (ПДП). ПДП реализу-

ется специальной микросхемой, которая переносит данные из контрол-

лера в память за один шаг, в отличие от двухступенчатой процедуры

передачи их сначала в ЦП, а затем в память. PC и XT используют ПДП,

поскольку их ЦП не успевает за скоростью передачи данных жестким

диском.

 

Буферы DOS. Данные попадают в специальные области оперативной

памяти (ОП), зарезервированные в качестве буферов DOS. Как мы увидим

позже, число буферов может быть установлено пользователем. В каждом

буфере размещается один дисковый сектор, который в DOS содержит

часть файла размером 512 байт. Как правило, компьютеры, имеющие жес-

ткий диск, работают с 20 буферами. По мере чтения файла его секторы

заполняют буферы; когда все буферы оказываются заполненными, очере-

дной сектор передается в буфер, к которому программа обращалась

раньше всех остальных, переписывая его содержимое. На заключитель-

ном этапе DOS извлекает данные из буферов и раскладывает их по

конкретным адресам памяти, запрошенным прикладной программой.

 

Запись данных. Когда компьютер пишет данные на диск, все проис-

ходит наоборот. Прикладная программа говорит DOS, где в памяти мож-

но найти данные. DOS перемещает их в свои буферы, а затем передает

в буфер контроллера жесткого диска. Затем дисковый контроллер на-

чинает запись, указывая сектор, дорожку и сторону пластины, где дол-

жны быть помещены данные, и посылая дисководу команды, позициониру-

ющие головку чтения-записи. Затем вступает в дело электроника дис-

ковода, которая внимательно следит за дисковой поверхностью в ожи-

дании правильного момента начала записи. В этот момент головка гене-

рирует поток магнитных импульсов, кодирующих данные вдоль линии на

поверхности диска.