Организация и функционирование компьютеров

Для чтения или записи информации используется специальная магнитная головка, которая может перемещаться по радиальной оси к центру или от центра диска, останавливаясь над любой дорожкой диска. В НГМД магнитные головки касаются поверхности флоппи-дисков. Данные на дорожке просматриваются компьютером последовательно по мере вращения диска. Конструктивно НГМД выполнен таким образом, что установленные в нем магнитные диски можно менять. Сменные магнитные диски называются гибкими магнитными дисками или флоппи-дисками (их также называют дискетами). Гибкие дискеты позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, хранить информацию, не используемую постоянно на компьютере, делать архивные копии информации, содержащейся на жёстком диске.

Жесткий диск (винчестер) состоит на самом деле из нескольких (4-9) дисков с магнитным покрытием, вращающихся на общем валу. Для записи данных используются обе поверхности дисков. Вал постоянно вращается с высокой скоростью (обычно 3600 – 7200 оборотов в минуту). Данные записываются или считываются с помощью головок записи/считывания, по одной на каждую поверхность каждого диска. Специальный двигатель на каретке позиционирует головку над заданной дорожкой. Накопитель на магнитных дисках (НМД) представляет собой набор дисков, магнитных головок, кареток, линейных двигателей плюс воздухонепроницаемый корпус. Дисковым устройством называется НМД с относящимися к нему электронными схемами.

Производительность диска включает в себя три основных характеристики: время доступа, время ожидания и время передачи данных. Время доступа – это время, необходимое для позиционирования головок на соответствующую дорожку, содержащую искомые данные. Оно зависит от начального ускорения головки (порядка 6 мс) и числа дорожек, которые необходимо пересечь на пути к искомой дорожке. Среднее время перемещения головки между двумя случайно выбранными дорожками лежат в диапазоне 10-20 мс. Время перехода с дорожки на дорожку меньше 10 мс и обычно составляет 2 мс.

Временем ожидания называется среднее время оборота диска до появления под головкой диска нужного сектора. После этого данные могут быть записаны или считаны. Для современных дисков время полного оборота лежит в диапазоне 8-16 мс, а среднее время ожидания составляет 4-8 мс.

Время передачи данных, т.е. время, необходимое для физической передачи байтов, зависит от числа передаваемых байтов (размера блока), скорости вращения, плотности записи на дорожке и скорости электроники. Типичная скорость передачи равна 1-4 Мбайт/с.

Рассмотрим типичную подсистему ввода-вывода. Такая подсистема включает в себя четыре основных компонента: основной компьютер, главный адаптер, встроенный в дисковое устройство контроллер и собственно накопитель на магнитных дисках. Когда операционная система получает запрос от пользователя на выполнение операции ввода/вывода, она превращает этот запрос в набор команд главного адаптера. Эти команды пересылаются по системе шин в главный адаптер, после чего процессор отключается от дальнейших операций.

Главный адаптер запрашивает дисковый контроллер о его готовности. Если тот готов, то главный адаптер пересылает ему соответствующую команду. Если контроллер может выполнить команду немедленно, то он пересылает в главный адаптер запрошенные данные (при вводе) или свое состояние (при выводе). Команда ввода может быть обслужена немедленно, только если данные уже находятся в кэш-памяти контроллера. Если это не так, то нужные данные переписываются с диска в кэш-память контроллера. При записи подтверждение записи не поступает в контроллер до тех пор, пока данные действительно не перепишутся из кэш-памяти контроллера на поверхность диска.