Реферат. Материнская плата, Микропроцессоры, Жесткий диск

Материнская плата

Системной (System Board) или материнской платой (Mother Board, m/b, MB, «мама») называют основную печатную плату ПК, на которой устанавливается другие системные компоненты. Она представляет собой плоский лист фольгированного стеклотекстолита (в последние годы — пластика), на котором размещены основные компоненты. Компоненты подразделяются на:

• Внутренние. Соединение этих элементов выполняется предварительным травлением медной фольги нанесенной на подложку стеклотекстолита. В технологическом цикле несколько листов соединяются в многослойную структуру, покрытую защищенным лаком.
• Внешние. В системную плату устанавливается процессор и память, а также платы таких устройств, как внутренний модем, сетевая плата, видео-плата и т.п.

  У некоторых компьютеров на одной системной плате могут быть все элементы, необходимые для его работы. Это контроллеры дисковых накопителей, видеоадаптер, контроллеры портов и др. Называются All-In-One или «все на борту». Но чаще всего к стандарту добавляют только два компонента — звук и видео. У большинства же плат — только основные узлы. Отсутствующие элементы располагают на отдельных платах, которые вставляются в специальные разъемы расширения на системной плате. Разъемы расширения этих плат связаны друг с другом на m/b рядом параллельных проводников, по которым осуществляется передача данных, адресов и управляющих сигналов. Разъемы бывают разборные и неразборные.

  На платах All-In-One иногда все же имеется только один разъем расширения для так называемой riser-карты. На ней размещаются несколько разъемов расширения и вставляемые в них платы располагаются параллельно материнской.

  От качества m/b зависит надёжность и скорость взаимодействия между различными узлами компьютера. Основные признаки платы: фирменное название, под какой процессор, какие шины и сколько у нее разъемов, сколько и каких разъемов под память, что написано на микросхемах и т.п.

  Cистемные платы выпускает большое количество фирм-производителей. Самые известные торговые марки:

[Abit*] [Acorp] [Albatron] [AOpen*] [Asus*] [BioStar*] [Chaintech*] [DFI*] [ECS /  Elpina / PCChips*] [Epox*] [FIC] [Gigabyte*] [Gainward] [Intel] [Iwill] [Jetway] [Leadtek] [Lucky Star] [MSI*] [NMC] [Octek] [PCPartner] [Soltek] [Soyo*] [Suma] [SuperMicro] [Shuttle*] [Tekram*] [Tyan] [VIA / VPSD] [USI*] [Zida]

  * — тайваньские производители

 

Системная плата содержит множество внутренних компонентов, определяющих архитектуру компьютера. Это:

• Разъём под центральный процессор (1-2 шт., Socket-Slot);
• Cashe (кэш, L1-L2, напр. объёмом 256 Кбайт) и разъём под него;
• Контроллер винчестера (как минимум требуется поддержка и «UltraDMA» и 7200 об\мин) и разъёмы шлейфов к жёстким дискам;
• Слоты (разъёмы) под оперативную память (два, три, четыре);
• Контроллер (коннектор) клавиатуры и мыши;
• Микросхема, обслуживающая floppy-дисковод, последовательные порты и параллельный порт;
• Перезаписываемая Bios (старое название Flash-память);
• Системные преобразователи напряжения;
• Слот (разъёмы) AGP-шины (для видео-карты, карты Internet и др.);
• Гнёзда расширения (слоты, Slot);
• Контроллеры внешних устройств;
• Разъёмы прочих шин (интерфейсные схемы);
• CNR-слот (либо для сетевой карты, либо для модема);
• AMR-слот (либо для звуковой карты — Audio Riser, либо для модема Modem Riser);
• Прочие компоненты;

 

Слот (Slot) представляет собой щелевой разъем, в который устанавливается либо процессор (напр. сокет-Socket) или какая-либо печатная плата (это слот расширения). Другое определение слота расширения (Expansion Slot) — разъем системной шины в совокупности с прорезью в задней стенке компьютера. Обычно это ISA Slot, PCI Slot, AGP Slot. Т.е. это посадочное место для установки карты расширения. Платой расширения, или картой расширения (Expansion Card), называют печатную плату с краевым разъемом, устанавливаемую в слот расширения. Карты расширения, привносящие в PC какой-либо дополнительный интерфейс, называются интерфейсными картами (Interface Card). Поскольку интерфейсная плата представляет собой «приспособление» для подключения какого-либо устройства, к ней применимо и название адаптер (Adapter). Например дисплейный адаптер (Display adapter) служит для подключения дисплея-монитора. Адаптер и интерфейсная карта практически синонимы, и например, NIC (Network Interface Card) часто переводится как адаптер ЛВС (локальной вычислительной сети). Каждая m/b, формально декларируя работа на одной частоте:

[33 МГц] [66 МГц] [100 МГц] [133 МГц] [200 МГц] [266 МГц] [333 МГц] [533МГц]

Важно, что при частоте шине PCI, значительно отличающейся от стандартного значения 33МГц, возможна нестабильная работа устройств, установленных в ее слотах, а также некоторых жестких дисков.

Вид разъема для ЦП или гнездо, в которое устанавливается центральный процессор. Бывает всего два типа гнезда (с множеством модификаций у каждого):

Socket — плоский разъем для установки микросхемы с выводами, перпендикулярными корпусу.

Slot — щелевой разъем для установки платы с контактами по краю.

В прежние годы пользователи PC стройными рядами переходили с Socket 3 на Socket 4, Socket 7. Каждый знал, что какой бы фирмы процессор он не купил, он точно будет работать на материнской плате. Все — эта «лафа» заканчилась. Ныне постоянно появляются новые, чуть-чуть другие разъемы и т.о. фирмы-производители заставляют нас покупать новые платы. Самые распространенные разъемы:

• Socket 1 (PGA-169) — под процессоры 486SX/DX/DX2 (5В);
• Socket 2 (PGA-238) — под процессоры 486SX/DX/DX2/DX4 (5В);
• Socket 3 (PGA-237) — под процессоры 486SX/DX/DX2/DX4 (5В/3,3В);
• Socket 4 (PGA-273) — под процессоры Pentium 60/66 (5В);
• Socket 5 (SPGA-320) — под процессоры Pentium 75-133 (3,3В);
• Socket 6 (PGA-235) — под процессоры 486DX4 (3,3В);
• Socket 7 (SPGA-321) — под процессоры Pentium 60-333 (2,2-3,3В);
• Socket 8 (PGA/SPGA-387) — под процессоры Pentium Pro (P6);
• Socket 370 (PPGA-370) — под процессоры Celeron PPGA;
• Socket 423 — под процессоры Intel Pentium 4;
• Socket 462 (Socket A) — под процессоры AMD Thunderbird/Duron до 1.5 ГГц;
• Socket 478 — под процессоры Intel Pentium 4 для настольных ПК;
• Socket 479 (Willamette-479) — под процессоры Intel для мобильных Pentium 4;
• Socket 603 — под процессоры Intel Intel Xeon (Prestonia);
• Socket 754 — под процессоры AMD ClawHammer (линейка Athlon XP 64);
• Socket 924 — под процессор AMD 1 ГГц Dual-Duron (плата Solo);
• Socket 940 — под процессоры AMD SledgeHammer;
• Slot 1 (SEC-242) — под процессоры Pentium II/Celeron;
• Slot 2 (SEC-330) — под процессоры Pentium II Xeon;
• Slot A — под процессоры AMD Athlon (К7-К75) 500-1000 МГц;
• Slot A — под процессоры AMD Thunderbird (К7-К75) 650-1000 МГц;     Отмечу знаменитый Socket 924 от AMD — это двукратное увеличение мощности системы путем простого арифметического сложения двух процессоров AMD Duron 1000. На основе Intel-а есть двухпроцессорные платы (Socket 603) у ASUS-а, у ABIT-а.

  Для каждого типа разъема, помимо физического расположения и количества контактов, имеется своя схема соответствия контактов электрическим сигналам. Поэтому, несмотря на то, что процессоры 486 физически могут быть установлены в любой из новых разъемов, а процессоры Pentium — в любой из разъемов Socket 5/7, правильная (безопасная и полноценная) работа процессора в «чужом» разъеме возможна лишь в случае совместимости существующей разводки сигналов с типом установленного процессора. Это касается выводов коэффициента умножения, управления внутренним кэшем, автоматического определения напряжения питания и т.п. функций, имеющих различное расположение и назначение в процессорах разных типов и серий.

 

 

                                                                           

 

 

 

      Микропроцессоры

По числу больших интегральных схем (БИС) в микропроцессорном комплекте различают микропроцессоры однокристальные, многокристальные и многокристальные секционные.

Процессоры даже самых простых ЭВМ имеют сложную функциональную структуру, содержат большое количество электронных элементов и множество разветвленных связей. Изменять структуру процессора необходимо так, чтобы полная принципиальная схема или ее части имели количество элементов и связей, совместимое с возможностями БИС. При этом микропроцессоры приобретают внутреннюю магистральную архитектуру, т. е. в них к единой внутренней информационной магистрали подключаются все основные функциональные блоки (арифметико-логический, рабочих регистров, стека, прерываний, интерфейса, управления и синхронизации и др.).

Для обоснования классификации микропроцессоров по числу БИС надо распределить все аппаратные блоки процессора между основными тремя функциональными частями: операционной, управляющей и интерфейсной. Сложность операционной и управляющей частей процессора определяется их разрядностью, системой команд и требованиями к системе прерываний. Сложность интерфейсной части разрядностью и возможностями подключения других устройств ЭВМ (памяти, внешних устройств, датчиков и исполнительных механизмов и др.). Интерфейс процессора содержит несколько десятков информационных шин данных (ШД), адресов (ША) и управления (ШУ).

Операционный процессор служит для обработки данных, управляющий процессор выполняет функции выборки, декодирования и вычисления адресов операндов и также генерирует последовательности микрокоманд. Автономность работы и большое быстродействие БИС УП позволяет выбирать команды из памяти с большей скоростью, чем скорость их исполнения БИС ОП. При этом в УП образуется очередь еще не исполненных команд, а также заранее подготавливаются те данные, которые потребуются ОП в следующих циклах работы. Такая опережающая выборка команд экономит время ОП на ожидание операндов, необходимых для выполнения команд программ. Интерфейсный процессор позволяет подключить память и периферийные средства к микропроцессору. Он, по существу, является сложным контроллером для устройств ввода/вывода информации. БИС ИП выполняет также функции канала прямого доступа к памяти.

Выбираемые из памяти команды распознаются и выполняются каждой частью микропроцессора автономно и поэтому может быть обеспечен режим одновременной работы всех БИС МП, т.е. конвейерный поточный режим исполнения последовательности команд программы (выполнение последовательности с небольшим временным сдвигом). Такой режим работы значительно повышает производительность микропроцессора.

По назначению различают универсальные и специализированные микропроцессоры. Универсальные микропроцессоры могут быть применены для решения широкого круга разнообразных задач. При этом их эффективная производительность слабо зависит от проблемной специфики решаемых задач. Специализация МП, т.е. его проблемная ориентация на ускоренное выполнение определенных функций позволяет резко увеличить эффективную производительность при решении только определенных задач. Среди специализированных микропроцессоров можно выделить различные микроконтроллеры, ориентированные на выполнение сложных последовательностей логических операций, математические МП, предназначенные для повышения производительности при выполнении арифметических операций за счет, например, матричных методов их выполнения, МП для обработки данных в различных областях применений и т. д. С помощью специализированных МП можно эффективно решать новые сложные задачи параллельной обработки данных. Например, конволюция позволяет осуществить более сложную математическую обработку сигналов, чем широко используемые методы корреляции.

По виду обрабатываемых входных сигналов различают цифровые и аналоговые микропроцессоры. Сами микропроцессоры цифровые устройства, однако могут иметь встроенные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Поэтому входные аналоговые сигналы передаются в МП через преобразователь в цифровой форме, обрабатываются и после обратного преобразования в аналоговую форму поступают на выход. С архитектурной точки зрения такие микропроцессоры представляют собой аналоговые функциональные преобразователи сигналов и называются аналоговыми микропроцессорами. Они выполняют функции любой аналоговой схемы (например, производят генерацию колебаний, модуляцию, смещение, фильтрацию, кодирование и декодирование сигналов в реальном масштабе времени и т.д., заменяя сложные схемы, состоящие из операционных усилителей, катушек индуктивности, конденсаторов и т.д.). При этом применение аналогового микропроцессора значительно повышает точность обработки аналоговых сигналов и их воспроизводимость, а также расширяет функциональные возможности за счет программной «настройки» цифровой части микропроцессора на различные алгоритмы обработки сигналов.

По характеру временной организации работы микропроцессоры делят на синхронные и асинхронные. Синхронные микропроцессоры — в которых начало и конец выполнения операций задаются устройством управления (время выполнения операций в этом случае не зависит от вида выполняемых команд и величин операндов). Асинхронные микропроцессоры позволяют начало выполнения каждой следующей операции определить по сигналу фактического окончания выполнения предыдущей операции. Для более эффективного использования каждого устройства микропроцессорной системы в состав асинхронно работающих устройств вводят электронные цепи, обеспечивающие автономное функционирование устройств. Закончив работу над какой-либо операцией, устройство вырабатывает сигнал запроса, означающий его готовность к выполнению следующей операции. При этом роль естественного распределителя работ принимает на себя память, которая в соответствии с заранее установленным приоритетом выполняет запросы остальных устройств по обеспечению их командной информацией и данными.

По организации структуры микропроцессорных систем различают микроЭВМ одно- и многомагистральные. В одномагистральных микроЭВМ все устройства имеют одинаковый интерфейс и подключены к единой информационной магистрали, по которой передаются коды данных, адресов и управляющих сигналов. В многомагистральных микроЭВМ устройства группами подключаются к своей информационной магистрали. Это позволяет осуществить одновременную передачу информационных сигналов по нескольким (или всем) магистралям. Такая организация систем усложняет их конструкцию, однако увеличивает производительность.

По количеству выполняемых программ различают одно- и многопрограммные микропроцессоры. В однопрограммных микропроцессорах выполняется только одна программа. Переход к выполнению другой программы происходит после завершения текущей программы. В много- или мультипрограммных микропроцессорах одновременно выполняется несколько (обычно несколько десятков) программ. Организация мультипрограммной работы микропроцессорных управляющих систем позволяет осуществить контроль за состоянием и управлением большим числом источников или приемников информации.

 

                                     

 

                 Графические ускорители

Графические ускорители (акселераторы и сопроцессоры) — специализированные графические сопроцессоры, увеличивающие эффективность видеосистемы. Их применение освобождает центральный процессор от большого объёма операций с видео-данными, так как акселераторы самостоятельно вычисляют, какие пиксели отображать на экране и каковы их цвета. Различают:

• Графический сопроцессор — специализированный процессор, который подключается к шине компьютера и имеет доступ к его оперативной памяти. В процессе своей работы сопроцессор пользуется оперативной памятью, конкурируя с центральным процессором по доступу и к памяти и к шине.
• Графический акселератор («движок») работает автономно и при решении своей задачи практически не выходит на системную шину.
• 2D-ускоритель. Чтобы не было задержек в выводе графики на экран, в видеокарту встроили спец микросхему — акселератор 2-мерной графики, который отчасти используя CPU (но аппаратно почти самостоятельно) на основании координат и параметров элементарных геометрических фигур (отрезков, дуг и т.п.) рисовал на экране полное изображение этих фигур из которых и формировался рисунок. И изображение строилось уже не из отдельных точек, а из простых геометрических примитивов, что ускоряло (на порядок) вывод изображения на экран. Позднее видеоакселераторы совместили с видеочипом (микросхемой) видеокарты и дополнили реализуемыми аппаратно функциями: масштабирование (пересчет размеров) по определенной оси координат, рисование окна и т.п.
• 3D-ускоритель. На основании параметров элементарных 3-мерных фигур и точки наблюдателя рисовалась их проекция на экране (математически — создавалась 3-мерная модель изображения и рассчитывалась ее проекция на плоский экран). Для помещения фигуры в любую точку экрана использовали искусственное «смещение системы координат». Объекты перекрываемые по дальности (рассчитывалось их удаление до наблюдателя), заслонялись приближенными. В зависимости от расположения источника света просчитывалась освещенность фрагментов поверхности объекта. Объекты представляют в упрощенной геометрической форме, а ее усложнение задается накладываемой на рисунок поверхностью — текстурой. В результате — не поточечное описание всей поверхности, а всего-лишь одна команда головной программы по инициализации ее модуля описания вызываемой текстуры с задаваемыми параметрами ее наложения. Все текстуры, z-буфер и буфера следующего кадра хранятся в видео-памяти. Соответственно видеопамяти для 3D-изображений требуется в 4 раза больше, чем для 2D изображения.
• адаптер с аппаратной геометрией (будущее). На рынке практически не осталось ускорителей, предназначенных для работы с 2D, а только 2D/3D. Но реально 3D-ускоритель является необходимым лишь для тех, кто собирается уделять много времени современным играм и работе с 3D-графикой.
• FPS (frames per second, тест на 3D-игру) — один из основных показателей скорости игры, означает количество выводимых кадров в секунду. FPS является обобщенной характеристикой многих технических параметров видеокарты, таких как частота ядра контроллера, технология изготовления чипсета, разрядность шины и пр. Есть тенденция его абсолютизировать, т.е. попытки представить его главным и единственным скоростным показателем. Но:

1. a) нельзя применять FPS без приведения конкретных обстоятельств его получения. Ести вещи, от программ не зависящие — например, частота смены кадров монитора.
2. b) fps — это интегральный показатель, точнее — это усредненное за определенный период времени значение.

Нельзя мерять (посредством FPS) именно скорость видео-аккселератора. Скорость же данной игры на данном видео-аккселераторе на данной PC с данным ПО — можно и нужно измерять при помощи FPS.  Новое поколение ускорителей берет на себя огромное количество функций (обработкой текстур, теней, многослойных изображений, etc.). Важнейшей характеристикой 3D является аппаратная поддержка ставших стандартами библиотек трехмерного моделирования (API). Сегодня таких стандартов три +:

• Glide – библиотека от 3Dfx. В свое время эта библиотека завоевала популярность благодаря широкому распространению первых 3D-ускорителей 3Dfx Voodoo. Для быстрого Glide было создано множество игр. Однако компания 3Dfx только сейчас сделала библиотеку свободно доступной для других производителей видеокарт, а потому пока Glide поддерживают лишь карты от самого 3Dfx. Эта библиотека позволяет создавать игры с весьма средним качеством графики, но непревзойденной скоростью. На сегодняшний день Glide – вымирающий стандарт.
• Direct3D – библиотека от Microsoft-a. DirectX — это интефейс низкого уровня, он предоставляет программисту прямой доступ к памяти адаптера, где тот создает изображение, хранит графические образы, звуки и т. д. Получила широкое распространение благодаря агрессивной политике. Функциональная часть названа Direct3D. Состоит из:

   o     DirectSound — микширование звука и 3D звук .

   o     DirectInput — для поддержки клавиатуры, мыши, джойстика и так далее

   o     DirectPlay — для обеспечения поддержки играть через сеть

   o     DirectAnimation — для создания анимационных эффектов в WEB-стриницах

   o     DirectShow — для применения мультимедиа в WEB

   o     DirectMusic — новый раздел. Служит для применения музыки в играх

На сегодняшний день поддерживается почти всеми видеокартами. Проверка работы отдельных опций DirectX (в частности -3D) -утиллитой Windows\System\dxdiag.exe.

• ОpenGL – была создана специально для программ трехмерного моделирования, а также для мощных графических станций. В результате быстрого развития видеоиндустрии в последние годы, эта библиотека постепенно стала одним из ведущих стандартов для 3D-игр на платформе PC. Единственный минус – отсутствие ее полных вариантов для некоторых ускорителей (например, для абсолютного большинства видеоадаптеров от 3Dfx). Однако сами производители видеокарт постоянно борются с этим, выпуская все новые и новые драйвера для своих детищ, и порой делают это весьма успешно. OpenGL является самым перспективным стандартом.
• Универсальный драйвер позволяет программисту не нужно думать над стыковкой программы (напр. игрушки) с той или иной платой. Однако при этом реализуются только общие (стандартные) функции графики. Поэтому существует целый ряд библиотек от различных разработчиков видеокарт. Это 3DR (Intel), Rave (Apple), Heidi (Autodesk), RenderGL (Intergraph), Criterion Renderware, Argonaut BRender Все они пока не получили широкого распространения ввиду узкого применения.

  Королем программирования 3D-акселераторов считается John Carmack (Джон Кармак) из idSoftware.

 

 

 

 

Жесткий диск

Винчестер (Hard Disk Drive, HDD, накопитель на жестких магнитных дисках, НЖМД, жесткий диск, «винт», «хард») — это устройство, предназначенное для долговременного хранения операционных систем, программ и данных. По способу записи и чтения информации винчестеры относятся к магнитным накопителям. Все файлы, размещенные на HDD, будут сохраняться без каких-либо потерь независимо от того, включен ПК или нет. Любые файлы могут быть скопированы, а программы проинсталлированы на HDD. Винчестер — самая важная вещь для Вас и вашей информации.

  Постоянно растет объем винчестеров, новые диски каждый год сменяют старые. По данным Dataquest, в 2001 году были заменены 130 миллионов HDD, в 2002 — уже 150 миллионов.

  История: в начале 70-х годов фирмой IBM был разработан первый накопитель на жестких магнитных дисках (14-дюймовый). Диск позволял записать 30 дорожек по 30 секторов в каждой из них (30/30) и мог хранить до 16 Кбайт информации. Вначале ему присвоили название 30/30. Но по аналогии с американскими автоматическими винтовками «Winchester», имеющими калибр 30/30, дисковые устройства с несъемными дисками (жесткие диски) стали называться винчестерами. В 1973 году фирма IBM создала первый HDD с несколькими дисками емкостью 140Мб, который продавался по цене $8600.

  Развитие HDD-технологий можно разбить на пять этапов:

• Первый (до 1979 года) — использование «классических» индуктивных головок записи/воспроизведения;
• Второй этап (1979-1991гг.) — применение тонкопленочных головок;
• Третий (1991-1995гг.) — применение магниторезисторных (MR, Magneto-Resistive) головок;
• Четвертый (1995-2000гг.) — применение супермагниторезистивных головок (GMR, Giant Magneto-Resistive): уменьшение магнитного зазора в записывающей головке и повышение чувствительности головки чтения за счет использования материалов с аномально высоким коэфициэнтом магниточувствительности;
• Пятый (с 2000 года) — появление моделей с новым типом магнитного покрытия — с антиферромагнитной связью (AFC) при сохранении параметров магнитных головок;

 

  Относительно корпуса ПК различают внутренние и внешние винчестеры. Внутренние HDD — дешевле, но их максимальное количество ограничивается числом свободных отсеков корпуса, мощностью и количеством соответствующих разъемов блока питания. Установка и замена внутренних HDD требует выключения ПК. Внутренние HDD с возможностью «горячей» замены (Hot Swap) представляют собой те же винчестеры, но установленные в специальные кассеты с разъемами. Кассеты вставляются в специальные отсеки со стороны лицевой панели корпуса, конструкция позволяет вынимать и вставлять накопители при включенном питании. Для стандартных корпусов существуют недорогие приспособления (Mobile Rack), обеспечивающие оперативную съемность стандартных винчестеров.

  Внешние HDD имеют собственные корпуса и блоки питания, их максимальное количество определяется возможностями интерфейса. Обслуживание внешних накопителей может производиться и при работающем ПК (критично для серверов), хотя и может требовать прекращения доступа к части дисков.

 

  Самые сложные и надежные устройства хранения состоят из множества HDD и называются RAID-массивами.

  Жесткий диск имеет восемь основных параметров:

• Протокол передачи данных. Есть винчестеры со следующими интерфейсами: IDЕ / SCSI / FC-AL / IEEE / USB. Пеpвые винчестеpы в PC XT имели интеpфейс ST412/ST506, так как он оpиентиpован на метод записи MFM, его часто называют MFM-интеpфейсом.
• Среднее время доступа (Average Seek Time) — процесс позиционирования головки записи/чтения на нужное место HDD. Бывает время при чтении и время при записи. Состоит из:

      o  времени перемещения головки с текущего трека на трек с нужным сектором (Track-to-Track Seek Time);

      o  времени ожидания, пока диск повернется так, что нужный сектор окажется под головкой записи/чтения;

Время измеряется в милисекундах (мс) и сегодня составляет 3,6-11,5 мс.

• Скорость вращения (Spindle Speed) шпинделя — это скорость, с которой вращаются диски. Измеряется в оборотах в минуту (rpm). Она влияет:

       o на скорость чтения с поверхности диска. Чем быстрее диск крутится, тем больше информации считывается за единицу времени;

       o на время доступа к нужной информации. Информация в HDD записывается по кольцевым дорожкам, а каждая дорожка разбита на сектора. Время поиска информации определяется временем выбора нужной дорожки (не зависит от скорости вращения диска) и временем, необходимым для того, чтобы диск провернулся так, чтобы под головкой оказался нужный сектор. Чем скорость вращения выше, тем меньше это время. Скорость вращения 3600 — 15000 об/мин;

• Объём. Измеряется в гигабайтах (Gb). Hа самих HDD раньше писали емкость в миллионах байт и указывалась нефоpматиpованная емкость (pеальная — на 10-15% меньше). Бывает, что Bios’ы выдают емкость не в Gb, а Mb или даже в млн.байт. Сегодня в продаже — HDD емкостью 10-80Gb, максимальный объем дисков постоянно растет и пока равен 320Gb (MaXLine от Maxtor). Для обычного пользователя вполне хватает 10-20Gb гигабайт и заполнить остальной объем реально нечем. Исключение — музыка и видео-файлы. Но для mp3 рекомендую все же CD-RW, а для video — RAID-массивы.
• Плотность записи. Измеряется в гигабайтах на пластину. Внутри HDD находится один или несколько дисков. Она влияет:

       o на скорость: чем больше плотность записи, тем больше информации помещается на одну дорожку, и, соответственно, больше скорость считывания этой информации при одинаковой скорости вращения диска

       o на охлаждение: меньшее число пластин уменьшает тепловыделение (диск меньше греется);

• Объем кэша (мультисегментного — Multisegmented Cache, Сache memory). Учитывается, что следующей командой винчестеру потребуется считать данные из секторов, следующих за текущим. Поэтому идет чтение данных из оставшихся секторов на треке, которые записываются во внутреннюю память дисковода («кэш»). Измеряется в килобайтах (мегабайтах). Ранее Cache составлял 128-1.024 Кбайт, сегодня 2-8 Мбайт. Некоторые производители (напр. Quantum), используют часть кэша под свое программное обеспечение. У других (напр. Western Digital) для хранения firmware используются специально отведенные сектора на диске, невидимые для любых операционных систем. По включению питания эта программа загружается в обычную память.
• Потоковая скорость передачи данных (Sustained Transfer Rate). При размере считываемой информации во много раз превышающих размер выделенного для него кэша идет непрерывное Cache-считывание секторов. Измеряется в мегабайтах в секунду и сегодня составляет до 80Мбайт/с.
• MTBF (Mean Time Between Failures, среднее время наработки на отказ). Это надежность винчестера и измеряется в часах работы. MTBF — величина усредненная (по партии), но MBFT=900т.час лучше MBFT=300т.час. Современные HDD имеют от 500,000 до 1,000,000 часов. Т.е. это 20-40 лет (при 8-часовой работе). Лидер пока SCSI-винчестер Cheetah с 1,200,000 часов.

  Кроме основных параметров, важны «Перегрузка от удара в рабочем/нерабочем состоянии (Operating/Nonoperating Shock), G» (параметр, характеризующий устойчивость винчестера к механическим воздействиям), «Рабочая температура (Operating temperature), °C» (параметр, по которому можно судить «жаростойкости» винчестера), потребляемая мощность (Power Management), Вт (насколько винчестер будет нагреваться), срок гарантии (от 6 месяцев до 5 лет) и фирма-производитель:

 

Главные производители:

[ Fujitsu ] [ Hitachi Inc. ] [ IBM ] [ Iomega* ] [ LaCie ] [ Matsushita* ] [ Maxtor Corporation ] [ QArchos* ] [ Quantum Corporation* ] [ Samsung ] [ Seagate Technology, Inc. ] [ SimpleTech ] [ Storage Technology Corporation ] [ Toshiba* ] [ Western Digital Corporation ]

  * — компанией Maxtor куплен винчестерный бизнес у Quantum и Matsushita; Toshiba специализируется на винчестерах для цифровых плееров и 1,8-дюймовых; Iomega разрабатывает только внешние винчестеры; QArchos — карманные винчестеры; SimpleTech — флэш-винчестеры.

  ** — многие фирмы-разработчики винчестеров имеют несколько заводов-изготовителей по выпуску винчестеров разных марок.

 

Разделение винчестера. Винчестер «физический» делится на один или несколько «логических» (т.е. содержит logical область). Вы можете создать любую конфигурацию разделов. Разделы могут быть четырех типов:

1. Master Boot Record (главная загрузочная запись, MBR). Здесь (в первом блоке HDD) хранится информация о разбиении диска и там можно разместить Boot Manager;
2. Primary (основной). Это раздел, в котором всегда устанавливается операционная система. Многие «простые» OS (напр. DOS, Windows) инсталлируются только в primary;
3. Extended (расширенный). Это раздел для программ пользователя, к которому OS имеет доступ. Extended может использоваться целиком (как единый логический диск) или же разбит на несколько логических дисков (см. рис);
4. Other (иной) раздел. Это Extended-раздел, выделяемое для установки другой OS, отличной от установленной в primary;

При разделении HDD всегда получается только один primary-раздел и один или несколько extended-разделов. Размер любого HDD-раздела имеет верхний предел. Максимальное число логических дисков для файловых систем FATxx составляет 26 штук. Пример разделения HDD на три раздела:

 

Миллионы «чайников» потеряли свои данные, делая резервное копирование с «диска C:\» на соседний диск «D:\», ибо часто это один винчестер! Раньше разделение винчестера делали обязательно из-за ограничений фатовой системы и кластеризации, теперь — для удобства (раз), нескольких операционок (два) и той же кластеризации (три). Выделяемый объем зависит от вида операционной системы и количества программ, которые Вы используете.

Анатомия винчестера… HDD состоит из геpмоблока и платы электpоники. В геpмоблоке pазмещены («запечатаны») все механические части и пpедусилитель, на плате — почти вся упpавляющая электpоника. В дальней от pазъемов части геpмоблока установлен шпиндель с одним или несколькими дисками. Магнитные диски представляет собой пластины из алюминия, керамики или стекла, на которые нанесен тонкий слой высококачественного ферромагнетика — на основе окиси хpома (ранее — окиси железа и бариевых ферритов). Количество дисков — одного до трех (как правило), но в некоторых моделях достигает 10. Под дисками находится двигатель, создающий вращающееся магнитное поле. Ближе к pазъемам, с левой или пpавой стоpоны от шпинделя, находится повоpотный позиционеp (head positioner) — с одной стоpоны — несущие магнитных головок, а с дpугой — коpоткий и более массивный хвостовик с обмоткой электpомагнитного пpивода. Встречаются поворотные и линейные позиционеры.

Внутри геpмоблока — обычный воздух (а не вакуум), очищенный при изготовлении с помощью специальных фильтров. Пpи вpащении дисков создается сильный поток воздуха, котоpый циpкулиpует по пеpиметpу геpмоблока и постоянно очищается фильтpом, установленным на одной из его стоpон. Данные с поверхности диска считываются непосредственно магнитной головкой. При записи головка создает магнитное поле, намагничивая тем самым участок диска — при считывании же, наоборот, поле диска возбуждает сигнал в головке. Современные приводы содержат несколько магнитных головок — как правило, по одной на каждую сторону каждого диска.

Т.к. магнитные головки винчестера работают с очень большей скоростью, необходим очень тесный контакт между ними и поверхностью носителя. При вращении дисков внутри корпуса возникает воздушный поток, который и приподнимает головки над поверхностью — головки «посадили» на воздушную подушку. Но эта конструкция требует парковки головок — перемещения их за пределы рабочей области диска (landing zone) во время выключения компьютера. Т.е. когда винчестер выключается, диски останавливаются, исчезает магнитный поток и головки «падают» на поверхность. Поэтому головки нужно отвести в нерабочую область. Управляет всем этим позиционер.

 

Плата электpоники — съемная, подключается к геpмоблоку чеpез один-два pазъема pазличной констpукции. Hа плате pасположены основной пpоцессоp винчестеpа, ПЗУ с пpогpаммой, pабочее ОЗУ, котоpое обычно используется и в качестве дискового буфеpа, цифpовой сигнальный пpоцессоp (DSP) для подготовки записываемых и обpаботки считанных сигналов и интеpфейсная логика. Hа одних винчестеpах пpогpамма пpоцессоpа полностью хpанится в ПЗУ, на дpугих опpеделенная ее часть записана в служебной области диска. Hа диске также записаны паpаметpы HDD (производитель, модель, сеpийный номеp и т.п.). Hекотоpые винчестеpы хpанят эту инфоpмацию в электpически pепpогpаммиpуемом ПЗУ (EEPROM). Многие винчестеpы имеют на плате электpоники специальный технологический интеpфейс с pазъемом, чеpез котоpый пpи помощи стендового обоpудования можно выполнять pазличные сеpвисные опеpации с накопителем — тестиpование, фоpматиpование, пеpеназначение дефектных участков и т.п.

Всю информацию, хранящуюся на диске, условно делят на служебную и пользовательскую. Первая обеспечивает нормальную работу и изначально присутствует в любом HDD — ее записывает завод-изготовитель.

Каждый HDD разделен на зоны (notches), в каждую из которых входит обычно от 20 до 30 цилиндров с одинаковым количеством секторов. Секторов может умещаться от 17 до 150 (как правило) на одной дорожке. Их нумерация начинается с 1, тогда как нумерация головок и цилиндров начинается с 0. Количество секторов на дорожке не равное. Чем дальше дорожка от центра, тем больше число секторов на диске.

Все диски на заводе проходят первичную разметку (низкоуровневую, Low Level Formatting) на специальном высокоточном технологическом стенде. При разметке на диски записываются служебные метки (сервометки), а также формируются дорожки и секторы. Записываются их префиксы и суффиксы. Высокоуровневое форматирование делает пользователь при помощи утилиты FORMAT. В каждый раздел диска записывается VBS (volume boot sector — загрузочный сектор тома), FAT, корневой каталог (root directory), проверяется диск на наличие ошибок.

  Есть система звукоподавления (Sound Barrier Technology), которая обеспечивает низкий уровень шума во время работы диска (напр. разработанная Seagate SBT-технология).

  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). Для пользователя существует много дисковых утилит. Пример — DFT (Drive Fitness Test) и IBM Feature Tool. Обе — freeware. Первая из них диагностирует жесткий диск, позволяет просматривать параметры S.M.A.R.T. а также осуществлять low-level format, вторая — управлять работой кэша, изменять акустические характеристики и режим UDMA.

 

 

          НГМД

Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) называют дисководами для флоппи-дисков или используют аббревиатуру FDD (Floppy Disk Drive) от английского, что означает «дисковод для флоппи-дисков». Размеры Floppy-дисков удобны, цена невысока и они достаточно надежны в эксплуатации. При известной осторожности в обращении дискеты очень редко портятся. В мире насчитывается миллиарды floppy-дискет. Мобильный дисковод нужен для четырех функций:

• для загрузки (запуска) ПК со специально подготовленной дискеты («системной») в случае сбоя (при невозможности загрузки с жесткого диска);
• для загрузки и инсталляции на ПК программного обеспечения;
• для обмена данными с другими ПК (переноса информации на другой компьютер);
• для резервного копирования ценной информации (создания на дискетах Ваших архивов данных — устарело), мало ли что случится с компьютером;

  Некоторые известные торговые марки стандартного внутреннего Floppy-дисковода:

[Samsung] [SONY] [NEC] [Mitsumi] [Panasonic] [Teac] [ALPS]

Емкость 3,5-дюймовых дисководов (1,44 Мб) не такая уж маленькая. Ее вполне достаточно, чтобы перенести 500 страниц обычного текста или хорошую картинку. Вид двух 3,5″ floppy-дисководов для большого (5.25″) и малого (3.5″) отсека корпуса:

 

Принципиально существует всего три типа накопителей на гибких магнитных дисках (8″-5,25″-3,5″). Накопители диаметром 8″ (203 мм) и 5,25″ (133 мм) давно устарели и более не применяются. Но диаметр 3,5 дюйма (89 мм) пока «живет», хотя корпорация Intel неоднократно принимала попытки «убить floppy-дисководы».

Дискета представляет собой круглый кусок гибкого пластика, покрытый магнитным окислом. Популярное название «гибкие» или «флоппи» — диски появилось из-за того, что этот кусок пластика — гибкий. Круглый диск с магнитным покрытием помещен в квадратный предохранительный конверт. Внутренняя поверхность этого конверта покрыта слоем белого фетроподобного материала, помогающим в защите дискеты. Он служит как для смягчения ударов, так и для улавливания пыли. Квадратный предохранительный конверт (имеющий ныне любой цвет, ранее — только черный), имеет четыре отверстия, каждое из которых имеет свое назначение:

1. Отверстие в центре предназначено для захвата дискеты приводом дисковода. Через это отверстие механизм дисковода захватывает гибкий диск, чтобы привести его во вращение;
2. Второе отверстие в предохранительном конверте — продолговатая прорезь, через которую осуществляется доступ к дискете головок чтения/записи. Через эту прорезь осуществляется процесс чтения и записи информации;
3. Третье отверстие представляет собой небольшую дырочку. Это отверстие в конверте позволяет следить за небольшим индексным отверстием в самой дискете. Индексное отверстие используется для указания начала и конца дорожки на дискете. Индексное отверстие служит для определения точки отсчета при чтении или записи информации;
4. Четвертое отверстие — квадратная прорезь на краю предохранительного конверта — служит в качестве признака защиты записи. Если эта прорезь открыта, то запись на эту дискету может выполняться дисководом, если же она закрыта, то дискета защищена от записи.

  Закрытая прорезь говорит только о том, что правильно работающий дисковод не будет пытаться выполнять запись на такую дискету. Неисправный дисковод может делать все что угодно, независимо от наличия или отсутствия признака защиты. Не держите дискеты рядом с источниками магнитного поля (раз). Не держите их на солнце или на батарее отопления (два). Не гните корпус дискеты, а для переноса в сумке используйте специальные коробки — box-ы (три).