Глава 1 классификация накопителей информации

ВВЕДЕНИЕ

Носитель информации - это любой материальный объект способный достаточно длительное время сохранять (нести) в своей структуре занесённую на него информацию. Примерами носителей информации могут быть: бумага, жесткий магнитный диск, глиняная табличка или человеческая ДНК.

С появлением компьютеров вначале появилось средство для обработки числовой информации. Однако в дальнейшем, особенно после широкого распространения персональных компьютеров (ПК), они стали использоваться для хранения, обработки, передачи и поиска текстовой, числовой, графической, звуковой и видеоинформации.

Благодаря созданию мощных процессоров стало возможным использовать такие, уже обыденные вещи, как компьютер, цифровые плееры, карманные записные книжки, ноутбуки и т.д. Но опираться на мощность самого процессора уже не стоит. Для ПК немаловажным на сегодняшний день является память, которая определяет объем сохраненного материала.

Развитие компьютерной индустрии и тенденции постоянного роста мощных компьютерных информационных систем неуклонно влекут за собой увеличение объемов обрабатываемой информации. Это обстоятельство все чаще заставляет задумываться над проблемой хранения этой информации. Самым распространенным способом сохранения информации является ее дублирование.

На сегодняшний день потеря информации для предприятий, организаций и частных лиц будет чувствительной утратой. По оценкам экспертов примерно 70% российских предприятий не смогут функционировать в случаи потери информации на компьютерах и серверах. Поэтому использование дублирования информации - выход из ситуации. В случае выхода из строя основной системы организация может восстановить необходимую информацию.

В настоящее время жизнь техникума запечатлевается в виде фотографий. Это не просто память о минувших событиях, но и важный рабочий материал для воспитательной, методической и учебной работой. Поэтому резервное копирование фотографий ИМТ является актуальной и весьма важной задачей.

В случае потери фотографий их можно будет восстановить в короткое время. Но полностью восстановить их все равно не удастся. Новые фотографии сделанные в недавние время все равно будут потеряны, так как они не были скопированы. Это будет всего малая часть фотографий, которая будет утеряна. Тем не менее, резервное копирование фотографий это хороший способ их сохранить от разного рода непредвиденных ситуаций.

Цель работы: Разработать и внедрить систему дублирования фотоархива ИМТ

Задачи:

1. Рассмотреть возможные варианты системы дублирования информации

2. Проанализировать и выбрать наиболее подходящий вариант системы дублирования информации

3. Реализация выбранного варианта системы дублирования фотоархива ИМТ

Существует множество носителей, на которых можно создать копию данных - жесткий диск, внешний жесткий диск, гибкий магнитный диск, магнитная лента, магнитный барабан и д. р. В случае повреждения или разрушения основного носителя можно будет восстановить информацию в оригинальном или новом месте. Резервное копирование необходимо для возможности быстрого и недорогого восстановления информации (документов, программ, настроек и т. д.).

 

Жесткий магнитный диск

Накопитель на жестком диске относится к наиболее совершенным и сложным устройствам современного персонального компьютера. Его диски способны вместить многие мегабайты информации, передаваемой с огромной скоростью. В то время как почти все элементы компьютера работают бесшумно, жесткий диск шумит и поскрипывает, что позволяет отнести его к тем немногим компьютерным устройствам, которые содержат как механические, так и электронные компоненты.

Основные принципы работы жесткого диска мало изменились со дня его создания. Устройство жесткого диска очень похоже на обыкновенный проигрыватель грампластинок. Только под корпусом может быть несколько пластин, насаженных на общую ось, и головки могут считывать информацию сразу с обеих сторон каждой пластины. Скорость вращения пластин (у некоторых моделей она доходит до 15000 оборотов в минуту) постоянна и является одной из основных характеристик. Головка перемещается вдоль пластины на некотором фиксированном расстоянии от поверхности. Чем меньше это расстояние, тем больше точность считывания информации, и тем больше может быть плотность записи информации. Взглянув на накопитель на жестком диске, вы увидите только прочный металлический корпус. Он защищает дисковод от частичек пыли, которые при попадании в узкий зазор между головкой и поверхностью диска могут повредить чувствительный магнитный слой и вывести диск из строя. Кроме того, корпус экранирует накопитель от электромагнитных помех. Внутри корпуса находятся все механизмы и некоторые электронные узлы. Механизмы - это сами диски, на которых хранится информация, головки, которые записывают и считывают информацию с дисков, а также двигатели, приводящие все это в движение. Диск представляет собой круглую пластину с очень ровной поверхностью чаще из алюминия, реже из керамики или стекла, покрытую тонким ферромагнитным слоем. Во многих накопителях используется слой оксида железа (которым покрывается обычная магнитная лента), но новейшие модели жестких дисков работают со слоем кобальта толщиной порядка десяти микрон. Такое покрытие более прочно и, кроме того, позволяет значительно увеличить плотность записи. Технология его нанесения близка к той, которая используется при производстве интегральных микросхем.

Количество дисков может быть различным - от одного до пяти, количество рабочих поверхностей, соответственно, вдвое больше (по две на каждом диске). Последнее определяет емкость жесткого диска. Иногда наружные поверхности крайних дисков (или одного из них) не используются, что позволяет уменьшить высоту накопителя, но при этом количество рабочих поверхностей уменьшается и может оказаться нечетным.

Принцип магнитной записи электрических сигналов на движущийся магнитный носитель основан на явлении остаточного намагничивания магнитных материалов. Запись и хранение информации на магнитном носителе производится путем преобразования электрических сигналов в соответствующие им изменения магнитного поля, воздействия его на магнитный носитель и сохранения следов этих воздействий в магнитном материале длительное время, благодаря явлению остаточного магнетизма. Воспроизведение электрических сигналов производится путем обратного преобразования.

Система магнитной записи состоит из носителя записи и взаимодействующих с ним магнитных головок (рис.10).

Рис. 10. Принцип записи и считывания информации с магнитного носителя

При цифровой магнитной записи в магнитную головку поступает ток, при котором поле записи через определенные промежутки времени изменяет свое направление на противоположное. В результате под действием поля рассеяния магнитной головки происходят намагничивание или перемагничивание отдельных участков движущегося магнитного носителя.

При периодическом изменении направления поля записи в рабочем слое носителя возникает цепочка участков с противоположным направлением намагниченности, которые соприкасаются друг с другом одноименными полюсами. Рассмотренный вид записи, когда участки рабочего слоя носителя перемагничиваются вдоль его движения, называется продольной записью.

Рис. 11. Принцип записи и считывания информации с магнитного носителя

Чередующиеся участки с различным направлением намагниченности, возникшие в магнитном покрытии, являются магнитными доменами (битовыми ячейками). Чем меньше размер ячейки, тем выше плотность записи информации. Однако с уменьшением размера ячейки возрастает взаимное влияние их размагничивающих полей (рис.11), направленных в сторону, противоположную намагниченности в ячейках, что при уменьшении битовой ячейки ниже критического значения приводит к самопроизвольному размагничиванию.

Рис. 12. Размещение дорожек на поверхности диска

Для магнитной записи используются носители в виде магнитных пластин (дисков). Пластины изготавливаются процессом напыления множественных металлических пленок и защитного слоя покрытия на очень плоскую, бездефектную стеклянную или алюминиевую подложку. Информация размещается в виде концентрических окружностей, называемых дорожками (рис.12). В современных НЖМД плотность дорожек достигает значений 4,3*104 дорожек на один сантиметр радиуса пластины.

Устройство диска

Типовой винчестер состоит из гермоблока и платы электроники. В гермоблоке размещены все механические части, на плате вся управляющая электроника, за исключением предусилителя, размещенного внутри гермоблока в непосредственной близости от головок.

Под дисками расположен двигатель - плоский, как во floppy-дисководах, или встроенный в шпиндель дискового пакета. При вращении дисков создается сильный поток воздуха, который циркулирует по периметру гермоблока и постоянно очищается фильтром, установленным на одной из его сторон.

Ближе к разъемам, с левой или правой стороны от шпинделя, находится поворотный позиционер, несколько напоминающий по виду башенный кран: с одной стороны оси, находятся обращенные к дискам тонкие, длинные и легкие несущие магнитных головок, а с другой - короткий и более массивный хвостовик с обмоткой электромагнитного привода. При поворотах коромысла позиционера головки совершают движение по дуге между центром и периферией дисков. Угол между осями позиционера и шпинделя подобран вместе с расстоянием от оси позиционера до головок так, чтобы ось головки при поворотах как можно меньше отклонялась от касательной дорожки.

В более ранних моделях коромысло было закреплено на оси шагового двигателя, и расстояние между дорожками определялось величиной шага. В современных моделях используется так называемый линейный двигатель, который не имеет какой-либо дискретности, а установка на дорожку производится по сигналам, записанным на дисках, что дает значительное увеличение точности привода и плотности записи на дисках.

Обмотку позиционера окружает статор, представляющий собой постоянный магнит. При подаче в обмотку тока определенной величины и полярности коромысло начинает поворачиваться в соответствующую сторону с соответствующим ускорением; динамически изменяя ток в обмотке, можно устанавливать позиционер в любое положение. Такая система привода получила название Voice Coil (звуковая катушка) - по аналогии с диффузором громкоговорителя.

На хвостовике обычно расположена так называемая магнитная защелка - маленький постоянный магнит, который при крайнем внутреннем положении головок (landing zone - посадочная зона) притягивается к поверхности статора и фиксирует коромысло в этом положении. Это так называемое парковочное положение головок, которые при этом лежат на поверхности диска, соприкасаясь с нею. В ряде дорогих моделей (обычно SCSI) для фиксации позиционера предусмотрен специальный электромагнит, якорь которого в свободном положении блокирует движение коромысла. В посадочной зоне дисков информация не записывается.

Многие винчестеры имеют на плате электроники специальный технологический интерфейс с разъемом, через который при помощи стендового оборудования можно выполнять различные сервисные операции с накопителем - тестирование, форматирование, переназначение дефектных участков и т.п. У современных накопителей марки Conner технологический интерфейс выполнен в стандарте последовательного интерфейса, что позволяет подключать его через адаптер к алфавитно-цифровому терминалу или COM-порту компьютера. В ПЗУ записана так называемая тест-мониторная система (ТМОС), которая воспринимает команды, подаваемые с терминала, выполняет их и выводит результаты обратно на терминал. Ранние модели винчестеров, как и гибкие диски, изготовлялись с чистыми магнитными поверхностями. Первоначальная разметка (форматирование) производилась потребителем по его усмотрению, и могла быть выполнена любое количество раз. Для современных моделей разметка производится в процессе изготовления; при этом на диски записывается сервоинформация - специальные метки, необходимые для стабилизации скорости вращения, поиска секторов и слежения за положением головок на поверхностях. Не так давно для записи сервоинформации использовалась отдельная поверхность (dedicated - выделенная), по которой настраивались головки всех остальных поверхностей. Такая система требовала высокой жесткости крепления головок, чтобы между ними не возникало расхождений после начальной разметки. Сервоинформация записывается в промежутках между секторами, что позволяет увеличить полезную емкость пакета и снять ограничение на жесткость подвижной системы. В некоторых современных моделях применяется комбинированная система слежения - встроенная сервоинформация в сочетании с выделенной поверхностью; при этом грубая настройка выполняется по выделенной поверхности, а точная - по встроенным меткам.

При включении питания процессор винчестера выполняет тестирование электроники, после чего выдает команду включения шпиндельного двигателя. При достижении некоторой критической скорости вращения плотность увлекаемого поверхностями дисков воздуха становится достаточной для преодоления силы прижима головок к поверхности и поднятия их на высоту от долей до единиц микрон над поверхностями дисков - головки «всплывают». С этого момента и до снижения скорости ниже критической головки «висят» на воздушной подушке и совершенно не касаются поверхностей дисков.

После достижения дисками скорости вращения, близкой к номинальной (обычно - 3600, 4500, 5400 или 7200 об/мин) головки выводятся из зоны парковки, и начинается поиск сервометок для точной стабилизации скорости вращения. Затем выполняется считывание информации из служебной зоны - в частности, таблицы переназначения дефектных участков.

В завершение инициализации выполняется тестирование позиционера путем перебора заданной последовательности дорожек - если оно проходит успешно, процессор выставляет на интерфейс признак готовности и переходит в режим работы по интерфейсу.

Во время работы постоянно работает система слежения за положением головки на диске: из непрерывно считываемого сигнала выделяется сигнал рассогласования, который подается в схему обратной связи, управляющую током обмотки позиционера. В результате отклонения головки от центра дорожки в обмотке возникает сигнал, стремящийся вернуть ее на место.

Для согласования скоростей потоков данных - на уровне считывания/записи и внешнего интерфейса - винчестеры имеют промежуточный буфер, часто ошибочно называемый кэшем, объемом обычно в несколько десятков или сотен килобайт. В ряде моделей (например, Quantum) буфер размещается в общем рабочем ОЗУ, куда вначале загружается оверлейная часть микропрограммы управления, отчего действительный объем буфера получается меньшим, чем полный объем ОЗУ (80-90 кб при ОЗУ 128 кб у Quantum). У других моделей (Conner, Caviar) ОЗУ буфера и процессора сделаны раздельными.

При отключении питания процессор, используя энергию, оставшуюся в конденсаторах платы либо извлекая ее из обмоток двигателя, который при этом работает как генератор, выдает команду на установку позиционера в парковочное положение, которая успевает выполниться до снижения скорости вращения ниже критической. В некоторых винчестерах (Quantum) этому способствует помещенное между дисками подпружиненное коромысло, постоянно испытывающее давление воздуха. При ослаблении воздушного потока коромысло дополнительно толкает позиционер в парковочное положение, где тот фиксируется защелкой. Движению головок в сторону шпинделя способствует также центростремительная сила, возникающая из-за вращения дисков.

Работа жесткого диска (HDD)

После начальной настройки электроники и механики микрокомпьютер винчестера переходит в режим ожидания команд от контроллера, расположенного на системной плате или интерфейсной карте. Получив команду, он включает нужную головку, по сервоимпульсам отыскивает нужную дорожку, дожидается, пока до головки «доедет» нужный сектор, и выполняет считывание или запись информации. Если контроллер запросил чтение/запись не одного сектора, а нескольких - винчестер может работать в так называемом блочном режиме, используя ОЗУ в качестве буфера и совмещая чтение/запись с передачей информации к контроллеру или от него.

Для оптимального использования поверхности дисков применяется так называемая зоновая запись (Zoned Bit Recording - ZBR). Принцип состоит в том, что на внешних дорожках, информация записывается с большей плотностью. Таких зон с постоянной плотностью записи в пределах всей поверхности образуется до десятка и более. Скорость чтения и записи на внешних зонах выше. Благодаря этому файлы, расположенные ближе к «началу» винчестера, в целом будут обрабатываться быстрее файлов, расположенных ближе к его «концу».

В винчестерах последнего поколения используются технологии PRML (Partial Response, Maximum Likelihood - максимальное правдоподобие при неполном отклике) и S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Report Technology - технология самостоятельного следящего анализа и отчетности). Первая разработана по причине того, что при существующих плотностях записи уже невозможно четко и однозначно считывать сигнал с поверхности диска - уровень помех и искажений очень велик. Вместо прямого преобразования сигнала используется его сравнение с набором образцов, и на основании максимальной похожести делается заключение о приеме того или иного кодового слова - примерно так же мы читаем слова, в которых пропущены или искажены буквы.

Винчестер, в котором реализована технология S.M.A.R.T., ведет статистику своих рабочих параметров (количество старт/стоп и наработанных часов, время разгона шпинделя, обнаруженные/исправленные ошибки и т.п.), которая регулярно сохраняется в перепрограммируемом ПЗУ или в служебных зонах диска. Эта информация накапливается в течение всей жизни винчестера и может быть в любой момент затребована программами анализа. По ней можно судить о состоянии механики, условиях эксплуатации или примерной вероятности выхода из строя.

Объем, скорость и время

Технологически более сложный (и более перспективный) метод увеличения объема - увеличение плотности записи информации. Тут возникает целый ряд технологических проблем. Современные пластины изготовляются из алюминия или даже из стекла (некоторые модели IBM). Магнитное покрытие имеет сложную многослойную структуру и покрыто сверху специальным защитным слоем. Размеры частиц магнитного покрытия уменьшаются, а чувствительность их возрастает. Помимо улучшения параметров самих пластин, существенным усовершенствованиям должна подвергнуться система считывания информации. Необходимо уменьшить зазор между головкой и поверхностью пластины, повысить чувствительность головки. Но и тут законы физики накладывают свои естественные ограничения на предел применения подобных технологий. Ведь размеры магнитных частиц не могут уменьшаться бесконечно.

Самый простой способ увеличить скорость считывания - увеличить скорость вращения пластин. По этому пути и пошли конструкторы. Если пластины вращаются с большей скоростью, то за единицу времени под считывающей головкой проходит больше информации. На увеличение скорости считывания влияет также и рассмотренное выше увеличение плотности записи информации. Именно по этой причине SCSI диски, как правило, обладают большей скоростью вращения. Однако на такой скорости сложнее точно позиционировать головку считывания, поэтому плотность записи там меньше, чем на некоторых IDE дисках, а стоят такие диски больше.

Так как головка при поиске информации перемещается только поперек диска, она вынуждена «ждать», пока диск повернется, и сектор с запрашиваемыми данными окажется доступным для чтения. Это время зависит только от скорости вращения диска и называется временем ожидания информации (latency). Но необходимо понимать, что общее время доступа к информации определяется временем поиска нужной дорожки на диске и временем позиционирования внутри этой дорожки. Увеличение скорости вращения диска уменьшает лишь последнее значение. Для уменьшения времени поиска нужной дорожки совершенствуют привод считывающей головки и уменьшают диаметр пластин диска. Почти все современные винчестеры выпускаются с пластинами диаметром 2,5 дюйма.

Позиционирование головки вообще является отдельной весьма нетривиальной проблемой. Достаточно сказать, что при современной плотности записи приходится учитывать даже тепловое расширение. Таким образом, увеличение скорости вращения диска существенно затрудняет точное позиционирование головки. И в попытках увеличить быстродействие диска иногда приходится жертвовать объемом, используя пластины с меньшей плотностью записи. Неудивительно, что наиболее дорогие и быстрые винчестеры, отличающиеся более высокой скоростью вращения, не используют максимальной технологически доступной на данный момент плотности записи.

При одинаковом объеме большего внимание заслуживают модели с большей плотностью записи, по сравнению с моделями с большим количеством дисков, хотя бы потому, что у них выше линейная скорость чтения/записи (большие файлы читаются быстрее). Скорость доступа к информации напрямую зависит от скорости вращения пластин (быстрее работа с большим количеством мелких файлов). Но увеличение скорости приводит к удорожанию изделий, а иногда приходится жертвовать и плотностью записи.

Интерфейсы жестких дисков

Развитие интерфейсов винчестеров шло двумя параллельными путями: дешевым и дорогим. Дорогое решение заключалось в создании на плате самого винчестера отдельного интеллектуального контроллера, который бы брал на себя значительную часть работы по взаимодействию с винчестером. Результатом этого подхода явился интерфейс SCSI, который быстро завоевал популярность на рынке серверов. Одним из преимуществ этого подхода являлась возможность подключения к компьютеру значительного для того времени количества устройств, требующих для своей работы широкого канала передачи данных.

Простое и дешевое решение переложить значительную часть операций по вводу-выводу на центральный процессор. У этого решения вполне очевидный недостаток: снижение общей вычислительной мощности системы, особенно заметное при многозадачной работе. В те времена, когда процессоры не были такими мощными, это сильно ограничивало возможности, в частности, файловых серверов. Результатом воплощения в жизнь этого подхода явился широко распространенный интерфейс IDE.

Этот интерфейс был сравнительно дешев и, хотя не был самым производительным, полностью вытеснил другие интерфейсы с рынка дешевых и недорогих систем. Он постепенно развивался, и со временем появились стандарты UDMA, существенно ускоряющие работу винчестеров, интерфейсы IDE стали более интеллектуальными. А так как производительность процессоров росла быстрее производительности винчестеров, то ограничения интерфейса IDE играли все меньшую роль.

Пропускная скорость SCSI значительно выше IDE, целых 160 Мб/с. А IDE работает со скоростью 33,66 и 100 Мб/с. Соответствующие стандарты называются ATA/33, ATA/66 и ATA/100.

Форм-фактор

Для установки жёсткого диска в системный блок компьютера, в корпусе системного блока имеются специальные монтажные отсеки (Drive Bay). Размер жёсткого диска должен соответствовать размеру монтажного отсека. Габариты стандартны и характеризуются коэффициентом формы (Form Factor). Form Factor означает ширину жёсткого диска. Стандартные величины коэффициента формы в дюймах: 5,25"; 3,5"; 2,5"; 1,8"; 1,3" (рис.13). Первый из перечисленных форм-факторов, 5,25", это размер устаревших моделей жёстких дисков, имевших объём 10-80 Мб. 3,5"- форм-фактор современных жёстких дисков, устанавливаемых на офисные (desk-top) компьютеры. Форм-факторы - 2,5"; 1,8"; 1,3" жёстких дисков для мобильных компьютеров и электронных устройств.

а	б
Рис. 13. Жесткие диски: а - 2,5 дюйма; б – 3,5 дюйма

 

То есть для настольной системы, пока есть смысл приобретать только 3,5", так как среди преимуществ данного форм-фактора, можно отметить более низкую стоимость за гигабайт пространства, при большем объёме. Это достигается за счет большей, по размеру пластины, которая при одинаковой плотности записи вмещает больший объем данных, нежели 2,5". Традиционно 2,5" всегда позиционировался как форм-фактор для ноутбуков, в большей мере благодаря своим габаритам.

Внешний жесткий диск

На сегодняшний день внешние жесткие диски получили огромную популярность (рис.14). Преимущества подобных устройств очевидны: их можно легко подключить к любому ноутбуку или настольному ПК, нет необходимости в дополнительном программном обеспечении. По сравнению с другими способами хранения и переноса информации (DVD-диски, USB-накопители) внешние винчестеры гораздо более удобны и практичны. При этом не стоит также забывать про их надежность и вместительность. Помимо хранилища данных, жесткий диск можно использовать для организации на нем полноценного рабочего места, которое можно носить с собой.

Рис. 14. Внешний жесткий диск

Внешние винчестеры условно можно разделить на три основных типа в зависимости от того, какой тип диска установлен внутри устройства.

Стандартный форм-фактор винчестера 3,5" обеспечивает пользователя большим объемом свободного места. Но при этом физический размер устройств довольно велик. Подобные модели идеально подходят для использования в домашних условиях в качестве дополнительного дискового пространства. На них удобно хранить фотографии в формате RAW, видеофайлы в HD-качестве или огромные музыкальные коллекции.

Форм-фактор 2,5" удобен для повседневного использования, даже если пользователь ведет мобильный образ жизни. Подобные винчестеры привлекают своей компактностью и небольшим весом. Прибавить к этому отсутствие дополнительного блока питания (которые чаще всего имеют винчестеры фактора 3,5") и выходит, что данный тип винчестера наиболее практичен.

Третий тип винчестеров имеет формат 1,8" (рис.15). Данные модели наиболее компактны, но при этом ограничены с точки зрения объема вмещаемой информации. Максимальный объем подобных винчестеров равняется всего 120 Гб. На сегодняшний день это цифра, конечно, ничтожна. Тем не менее, для тех, кому нужна максимальная компактность винчестеры формата 1,8" будут оптимальным вариантом.

Рис. 15. Внешний жесткий диск на 1,8"

Определившись с основным требованием к винчестеру, его объему и области использования, стоит внимательно присмотреться к другому критерию выбора - скорости передачи данных. Скорость передачи бывает двух видов: скорость передачи интерфейса и скорость передачи носителя.

Скорость передачи по интерфейсу - максимальная теоретически достижимая скорость передачи данных от винчестера, из его буфера, в систему. Скорость передачи носителя показывает, как быстро данные могут быть перемещены на носитель или с него. Скорость помещения на носитель (т.е. записи, Write Speed), как правило, не равна скорости получения с него (чтения, Read Speed), и потому обычно отдельно указывается скорость записи и скорость чтения. Чем больше данные скорости - тем лучше.

Другим не менее важным критерием является размер буфера. В буфере (по-другому его называют кэш-память) хранятся данные, обращение к которым происходит наиболее часто или данные, которые могут понадобиться пользователю в следующий момент времени.

Ввод/вывод информации из буфера происходит очень быстро, данные передаются системе с максимальной для интерфейса скоростью. Таким образом, чем больше объем буфера, тем больший объем необходимой информации хранится в нем, тем быстрее работает сам винчестер.

Не менее важным параметром является скорость вращения шпинделя - количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и скорость передачи данных. Во внешних жестких дисках можно встретить две скорости: 5400 и 7200 об/мин. Чем скорость выше - тем комфортнее и быстрее будет работать с винчестером.

Рис. 16. IDE порт

 

Внешний жесткий диск состоит из контейнера для HDD, внутрь которого помещён винчестер. Контейнер и винчестер соединяются интерфейсом, который называется внутренним. Внешние жёсткие диски с IDE (рис.16) интерфейсом уже практически невозможно встретить в продаже, да в них нет и практической необходимости. Таким образом, большинство внешних жестких дисков имеют внутренний SATA интерфейс.

Что касается внешнего интерфейса, то для подавляющего большинства внешних винчестеров это USB 2.0. Что логично, так как на данный момент это самый популярный интерфейс в современной технике.

Рис. 17. IEEE 1394 порт

Кроме того, встречаются интерфейс старого образца IEEE 1394 (рис.17) и интерфейс нового образца eSATA (рис.18). Средняя практическая скорость данного интерфейса выше, чем у USB 2.0 и IEEE 1394 - это плюс. Также к плюсам стоит отнести то, что в отличие от IEEE 1394, eSATA имеет один вариант разъёма, что делает его таким же универсальным, как и USB 2.0.

Рис. 18. e SATA порт

 

Главный минус на данный момент - это «молодость» стандарта, благодаря чему он недостаточно распространён в подавляющем большинстве компьютеров. Но стоит также отметить, что наличие всех указанных плюсов готовит для eSATA отличное будущее и вполне возможно. На сегодняшний день производители периферии активно начали переходить на стандарт USB 3.0(рис.19). В то же время, стандарт USB 3.0 полностью совместим с USB 2.0, а значит, никаких проблем в работе не возникнет, при этом будет потенциал на будущее. Что касается самого USB 3.0, то он обеспечивает максимальную скорость передачи информации до 4,8 Гбит/с - что на порядок больше 480 Мбит/с, которые может обеспечить USB 2.0.

Также в качестве дополнительных опций имеется кнопка на корпусе HDD, при нажатии на которую, производится резервное копирование информации с внешнего жесткого диска на жесткий диск компьютера.

Рис. 19. USB 3.0 порт

Различается и комплект поставки устройства. Некоторые модели поставляются со специальным чехлом для транспортировки, который будет сохранять внешний вид внешнего жесткого диска, а иногда может и спасти данные при падении. Кроме того, практически все производители комплектуют свои внешние жесткие диски эксклюзивным программным обеспечением, которое призвано облегчить работу с данными. В зависимости от программного обеспечения можно: синхронизировать почтовый ящик, сжимать и зашифровывать данные, создавать разделы жесткого диска, которые будут защищёны паролем и ещё множество различных функций. Диск с этим программным обеспечением обычно идёт в комплекте, в крайнем случае, программное обеспечение можно скачать на сайте производителя.

 

Механика

Дисковод, как правило, имеет две головки для чтения и записи данных, то есть является двусторонним. Для каждой стороны диска предназначено по одной головке, обе головки используются для чтения и записи на соответствующих поверхностях диска. Головки приводятся в движение устройством, которое называется приводом головок. Они могут перемещаться по прямой линии и устанавливаться над различными дорожками. Головки двигаются по касательной к дорожкам, которые они записывают на диск. Строение дисковода подробно показано на рис.21.

Поскольку верхняя и нижняя головки монтируются на одном держателе, они двигаются одновременно и не могут перемещаться независимо друг от друга. Головки представляют собой электромагнитные катушки с сердечниками из мягкого сплава железа. Каждая головка является сложным устройством, в котором головка чтения/записи расположена между двумя стирающими головками в одном физическом устройстве. Метод записи называется туннельной подчисткой. При нанесении дорожек дополнительные головки стирают внешние границы, аккуратно подравнивая их на диске. Эти головки следят, чтобы данные находились только в пределах определенного узкого «туннеля» на каждой дорожке. Это препятствует искажению сигнала одной дорожки сигналами с соседних дорожек. Если сигнал «съедет» в сторону, то могут возникнуть проблемы. Дополнительное выравнивание дорожек исключает такую возможность. Позиционирование - это расположение головок относительно дорожек, которые используются ими для чтения и записи. Позиционирование головок можно проверить, сравнив его с установкой головок эталонного диска, записанного на особо точном дисководе.

Рис. 21. Строение стандартного дисковода

 

Головки снабжены пружинами и прижимаются к диску под небольшим давлением. Это означает, что они находятся в непосредственном контакте с поверхностью диска во время чтения и записи. Поскольку дисководы для гибких дисков в персональных ком­пьютерах имеют скорость вращения всего 300 или 360 об/мин, это давление не вызывает особых проблем, связанных с трением. Новейшие диски покрываются специальными составами для уменьшения трения и повышения скольжения. В результате контакта между головками и диском на головках постепенно образуется налет оксидного материала диска. Этот слой должен периодически счищаться с головок во время профилактического ремонта или обычного обслуживания.

Для того чтобы информация была считана и записана правильно, головки должны находиться в непосредственном контакте с записывающей средой. Очень маленькие частицы отколовшегося оксида, грязь, пыль, дым и отпечатки пальцев могут вызвать проблемы при чтении и записи данных. Исследования производителей дисков и драйверов показали, что зазор величиной 0,000032 дюйма между головками и записывающей средой может вызывать ошибки чтения/записи. Теперь вы знаете, почему с дискетами нужно обращаться аккуратно и избегать загрязнения поверхности диска. Жесткая оболочка и защитная заслонка на окне для доступа головок на дискетах диаметром 3,5 дюйма предотвращают загрязнение поверхности. Дискеты диаметром 5,25 дюйма не имеют таких защитных элементов, поэтому с ними нужно обращаться аккуратнее.

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 5,25" ёмкостью 360 Кбайт, которые выпускались только с плотностью 48 TPI. 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.