Аппаратные средства персонального компьютера.

6.7.2. Накопители информации на жестких магнитных дисках.

6.7.2.1. Внутренние накопители информации на жестких магнитных дисках.

Накопители информации на жестких магнитных дисках (НЖМД), также как и НГМД, относятся к внешним ЗУ и предназначены для долговременного хранения больших объемов информации. НЖМД относятся к ЗУ с прямым (произвольным) доступом к данным и подразделяются на внутренние, устанавливаемые в системный блок компьютера, и внешние (переносные) по отношению к системному блоку.

В настоящее время пять ведущих фирм в области производства НЖМД, таких как Seagate, Maxtor, Western Digital, Hitachi и Samsung, производят НЖМД разных объемов, от десятков и сотен гигабайт, в соответствии с рядом: 20, 30, 40, 60, 80… 200 Гбайт и т. д. Накопители информации на жестких магнитных дисках (HDD – Hard Disk Drive), которые также называют винчестерами, являются обязательным компонентом ПК. Название «винчестер» применительно к НЖМД было впервые использовано компанией IBM в 1973 г.

Запись и считывание информации в НЖМД реализуется также, как в НГМД, посредством электромагнитного способа, т. е. информация записывается на магнитное покрытие диска и считывается с него.

Конструктивно НЖМД выполнен в виде электронно-механического единого устройства, которое устанавливается в системный блок компьютера. В корпусе этого устройства установлены и объединены такие блоки и элементы, как носители информации (диски), двигатель дисковода, управляющий двигатель, электромагнитные головки записи и считывания информации, устройство позиционирования электромагнитных головок и электронный блок, обеспечивающий обработку данных и управление механическими устройствами НЖМД, а также микросхемы кэш-памяти. Упрощенная конструкция НЖМД представлена на рис. 6.8. Если в НГМД применяется один гибкий диск, то в НЖМД используется несколько дисковых пластин, расположенных одна над другой. Диски изготовлены из жесткого материала, в основном алюминия, который покрыт магнитным слоем. Диски заключены в герметически закрытый корпус, что практически изолирует их от внешней среды и предотвращает попадание пыли или других частиц, которые могут повредить магнитную поверхность дисков или электромагнитные головки. Для доступа к информации в НЖМД один двигатель дисковода вращает пакет дисков, а управляющий устанавливает головки в место считывания или записи информации. У каждого диска имеется своя пара электромагнитных головок, которые приводятся в движение и позиционируются при помощи управляющего (шагового) двигателя. При этом позиционирование одной головки вызывает аналогичное перемещение и всех остальных.

Рис. 6.8. Упрощенная конструкция НЖМД

Все современные НЖМД имеют в своем составе микросхемы кэш-памяти объемом от 2 до 8 Мбайт. Наличие кэш-памяти позволяет повысить производительность НЖМД за счет хранения в ней промежуточных данных, необходимых МП в процессе обработки информации. Обмен информацией между НЖМД и МП компьютера осуществляется через контроллер НЖМД. Контроллер НЖМД представляет собой микрокомпьютер специализированного назначения, который обеспечивает обмен информации между НЖМД и МП по определенным правилам и протоколам, называемых интерфейсом.

Для внутренних НЖМД в настоящее время широко используется интерфейс IDE (Integrated Disk Electronic) и быстродействующий интерфейс SCSI (Small Computer System Interface).

Перечислим основные характеристики НЖМД:

• объем памяти (информационная емкость) десятки и сотни гигабайт;

• время доступа, т. е. интервал времени между моментом, когда микропроцессор запрашивает данные с диска, и моментом их выдачи. Среднее время доступа для современных НЖМД 7–9 мс;

• средняя скорость считывания и записи информации – составляет 60 Мбайт/с;

• скорость вращения шпинделя дисков от 5400 до 7200 об./мин;

• объем кэш-памяти 2–8 Мбайт.

Таким образом, если сравнивать характеристики НГМД и НЖМД, то последние имеют преимущества перед первыми по трем основным характеристикам: объему памяти, скорости обмена информацией (скорости записи и считывания информации) и времени доступа.

Также как и для дискеты, для записи информации на жесткий магнитный диск и ее считывания, диск должен быть отформатирован, т. е. на жестком магнитном диске должна быть создана физическая и логическая структура. Первоначальное физическое форматирование жесткого диска осуществляет фирма – производитель НЖМД.

Формирование физической структуры жесткого магнитного диска, также как и гибкого, состоит в создании на диске концентрических магнитных дорожек (треков), которые в свою очередь делятся на сектора и кластеры (см. рис. 6.6). Для этого в процессе форматирования диска магнитные головки дисковода расставляют в определенных местах магнитного диска соответствующие метки.

Форматирование жесткого диска может быть реализовано и с помощью специальных компьютерных программ. В ОС Windows ХР имеется программа, позволяющая осуществить форматирование жесткого магнитного диска, форматирование производится так же, как для гибкого магнитного диска (см. рис. 6.5).

Логическая структура жесткого диска отличается от логической структуры гибкого диска, поскольку формируется с помощью файловых систем – FAT16, FAT32, NTFS. Для логической структуры жесткого диска характерно то, что минимально адресуемой областью памяти является кластер, который может содержать несколько секторов. Размер кластера определяется типом используемой файловой системы (см. табл. 6.3–6.5) и зависит от объема жесткого диска. Файлам при этом всегда выделяется целое число кластеров.

Для поиска файлов по их имени на жестком диске файловая система автоматически создает каталог и таблицу размещения файлов.

Как уже отмечалось в п. 6.5, в файловых системах FAT16, FAT32, NTFS предусмотрена возможность с помощью специальной системной программы проводить условное разбиение жестких дисков на несколько логических дисков. Полученные при разбиении жесткого диска логические диски не существуют как отдельные физические устройства, а представляют лишь часть одного физического диска. Такое разбиение позволяет более рационально использовать жесткий диск, так как при этом каждый логический диск имеет собственный каталог и таблицу размещения файлов. В результате этого на каждом логическом диске действует своя система адресации и потери из-за размеров кластеров становятся меньше. Кроме того, такое разбиение полезно, если на компьютере работают несколько пользователей и каждому принадлежит свой логический диск.

Логическим дискам присваиваются имена, в качестве которых используются буквы латинского алфавита [С: ], [D: ], [Е: ], [F: ] и т. д.

Процедуры записи информации на жесткий магнитный диск и считывания пользовательской информации аналогичны процедурам, используемым для записи информации на гибкий диск и считывания с гибкого диска.

Удаление ненужных файлов и папок с НЖМД производится так же, как и в НГМД. Однако после подтверждения удаления файлов или папок они не будут удалены в НЖМД (при условии, что не установлена опция уничтожения файлов сразу после удаления, не помещая их в корзину), а только перемещены в папку «Корзина», из которой затем их можно будет восстановить.

6.7.2.2. Внешние накопители информации на жестких магнитных дисках.

Внешние (переносные) накопители информации на жестких магнитных дисках, также как и внутренние НЖМД, предназначены для долговременного хранения больших объемов информации (десятки и сотни гигабайт) и относятся к ЗУ с прямым (произвольным) доступом к данным. Подключаются внешние НЖМД к соответствующим портам системного блока компьютера через специальный кабель. Внешние накопители информации могут подключаться к системному блоку компьютера через соответствующие порты – USB (универсальный последовательный порт) или FireWire (последовательный быстродействующий порт). Их главным отличием друг от друга является скорость обмена информацией, которую они обеспечивают между внешним накопителем и МП.

В настоящее время в качестве основного порта используется чаще всего порт USB (Universal Serial Bus), который подключается к материнской плате компьютера с помощью шины USB. Обмен информации между МП и внешним НЖМД через шину USB реализуется с помощью последовательного интерфейса передачи данных для средне– и низкоскоростных периферийных устройств. Данная шина обеспечивает подключение до 127 периферийных устройств, поддерживает автоматическое определение Hot Plug and Play и подключение внешнего НЖМД к работающему компьютеру без его перезагрузки. В настоящее время широко используется версия последовательного интерфейса USB 2.0, который обеспечивает достаточно высокую скорость обмена информацией порядка 60 Мбайт/с. Повышение скорости обмена информацией связано с использованием последовательной быстродействующей шины FireWire (IEEE 1394).

Запись и считывание информации во внешнем НЖМД реализуется, также как и во внутреннем НЖМД, посредством электромагнитного способа, т. е. информация записывается на магнитное покрытие диска и считывается с него.

Конструктивно внешний НЖМД почти аналогичен внутреннему НЖМД и представляет единое электронно-механическое устройство, которое подключается к соответствующему порту системного блока компьютера через специальный кабель. В корпусе этого устройства также установлены и объединены такие блоки и элементы, как носители информации (диски), двигатель дисковода, управляющий двигатель, электромагнитные головки записи и считывания информации, устройство позиционирования электромагнитных головок и электронный блок, обеспечивающий обработку данных и управление механическими устройствами НЖМД, а также микросхемы кэш-памяти.

Обмен информацией между внешним НЖМД и МП компьютера осуществляется через контроллер внешнего НЖМД с использованием интерфейса USB 2.0.

Основные характеристики (в среднем) внешнего НЖМД приблизительно такие же, как у внутреннего НЖМД.

В качестве примера приведем основные характеристики внешнего НЖМД (HandyDrive Data Edition HDD – FUJITSUMHV2040AT USB Device) производства фирмы FUJITSU.

• тип накопителя – внешний жесткий диск;

• объем памяти (информационная емкость) 40 Гбайт;

• максимальная скорость передачи информации при использовании шины USB 2.0 60 Мбайт/с;

• габаритные размеры: 13,5см х 7,5см х 1,5 см;

• масса 180 г;

• Hot Plug and Play – подключение и использование возможно без перезагрузки компьютера;

• передача электрического напряжения для питания внешнего НЖМД производится через USB-кабель.

Также как и для внутреннего НЖМД, для записи информации на жесткий магнитный диск внешнего накопителя и считывания информации, диск должен быть отформатирован, т. е. на жестком магнитном диске должна быть создана физическая и логическая структура. Первоначальное физическое форматирование внешнего жесткого диска осуществляет фирма – производитель НЖМД.

Формирование физической структуры жесткого магнитного диска состоит в создании на диске концентрических магнитных дорожек (треков), которые в свою очередь делятся на сектора и кластеры. Для этого в процессе форматирования диска магнитные головки дисковода расставляют в определенных местах магнитного диска соответствующие метки.

Форматирование данного жесткого диска также может быть реализовано с помощью специальных компьютерных программ. В ОС Windows ХР имеется программа, позволяющая осуществить форматирование жесткого магнитного диска, форматирование производится так же, как для гибкого магнитного диска (см. рис. 6.5).

Логическая структура такого жесткого диска соответствует логической структуре внутреннего жесткого диска и формируется с помощью файловых систем FAT16, FAT32, NTFS. С помощью специальной программы (см. п. 6.5) есть возможность проводить условное разбиение внешних жестких дисков на несколько логических дисков. Например, приведенный выше жесткий диск разбит на два диска, которым присвоены имена: «Новый том (F:)» и «Новый том (G:)» (рис. 6.9).

Рис. 6.9. Окно программы «Управление компьютером»

При подключении внешнего НЖМД к порту USB компьютера ОС Windows ХР автоматически определяет его и на экране монитора появляется окно, представленное на рис. 6.10. Если в задачу пользователя входит просмотр файлов на внешнем НЖМД, то необходимо в данном окне выполнить действие: «Открыть папку для просмотра файлов, используется проводник». После выполнения этого действия появится окно программы «Проводник» ОС Windows ХР, где в строке «Адрес:» файловая система отобразит логическое имя внешнего НЖМД (например, F:\), а в правой части окна – файлы и папки данного НЖМД.

Рис. 6.10. Окно для просмотра и открытия файлов на внешнем НЖМД

Установив курсор мыши на свободное место в правой части окна «Проводник» и вызвав правой кнопкой контекстное меню, можно выполнить команду [Свойства]. В открывшемся окне «Свойства: HANDYDRIVE (F:)» можно просмотреть свойства внешнего НЖМД (рис. 6.11).

Рис. 6.11. Окно для просмотра свойств внешнего НЖМД

Процедуры записи информации на внешний жесткий магнитный диск и считывания пользовательской информации аналогичны процедурам, используемым для записи информации на внутренний жесткий диск и считывания с него.

Удаление ненужных файлов и папок на внешнем НЖМД производится так же, как и на внутреннем НЖМД. Однако после подтверждения удаления файлов или папок они будут не удалены с внешнего НЖМД, а только перемещены в папку «Корзина», из которой затем их можно будет восстановить.

По окончании работы с внешним жестким диском его нужно отключить. Для этого необходимо обязательно придерживаться определенных правил. В ОС Windows ХР существует специальная программа (драйвер) для безопасного извлечения устройства. Пиктограмма этой программы находится в панели задач рабочего стола ОС Windows ХР. Для ее активизации необходимо установить курсор мыши на эту пиктограмму и произвести щелчок левой кнопкой мыши, на экране монитора появится сообщение: «Безопасное извлечение USB Mass Storage Device – диск (F)». Произведя щелчок мыши на этом сообщении, пользователь может получить два альтернативных сообщения. Вид первого сообщения показан на рис. 6.12. Такое сообщение появляется, если файлы, с которыми работал пользователь, активны. В этом случае файлы, находящиеся на внешнем жестком диске, необходимо закрыть и перейти на другое ЗУ.

Рис. 6.12. Окно «Проблема при извлечении „USB Mass Storage Device“»

Второе сообщение указывает на то, что оборудование может быть удалено (рис. 6.13).

Рис. 6.13. Окно «Оборудование может быть удалено»

После окончания этих действий внешний жесткий диск можно отсоединить от порта USB системного блока компьютера.