Лекции по курсу Периферийные устройства компьютеров

1. Классификация внешних запоминающих устройств.

4. Представление цифровой информации на внешнем носителе.

1. Классификация внешних запоминающих устройств

Для эффективной обработки данных необходимо обеспечить при минимальных затратах хранение больших объемов информации и быстрый доступ к ней. Эти требования противоречивы и при современном уровне технологии компромисс между емкостью, быстродействием памяти и затратами на нее достигается за счет создания иерархической структуры, включающей в себя сверхоперативный, основной, внешний и архивный уровни. Внешний и архивный уровни образуют систему внешней памяти. В ее состав входят разнородные внешние запоминающие устройства (ВЗУ), контроллеры ВЗУ, а также носители информации и хранилища для них.

Контроллеры ВЗУ, как правило, размещаются в системном блоке ПЭВМ и реализуют функции контроля исправности ВЗУ, помехоустойчивого кодирования, обнаружения ошибок при считывании, задания формата данных, формирования сигналов интерфейса в соответствии с протоколом и др.

По типу носителя различают ВЗУ с подвижным и неподвижным носителем. Если поиск, запись и считывание информации сопровождаются механическим перемещением носителя, то такие ВЗУ называют накопителями с подвижным носителем. К этой категории относят накопители на магнитных лентах (НМЛ), магнитных дисках (НМД) и оптических дисках (НОД). Накопители на основе цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) относятся к накопителям второй категории. Реже во ВЗУ используют объемную запись - полупроводниковые ЗУ, приборы с зарядной связью.

По способу доступа к информации все ВЗУ делятся на накопители с последовательным (НМЛ) и прямым (произвольным) доступом (НГМД, НЖМД).

Основными техническими характеристиками ВЗУ являются:

1) информационная емкость определяет наибольшее количество единиц данных, которое может одновременно храниться в ВЗУ. Она зависит от площади и объема носителя, а также от плотности записи;

2) плотность записи - число бит информации, записанных на единице поверхности носителя. Различают продольную плотность (бит/мм), т.е. число бит на единице длины носителя вдоль вектора скорости его перемещения (по дорожке), и поперечную плотность (бит/мм), т.е. число бит на единице длины носителя в направлении, перпендикулярном вектору скорости (число дорожек);

3) время доступа, т.е. интервал времени от момента запроса (чтения или записи) до момента выдачи блока. Это время включает в себя время поиска информации на носителе и время чтения или записи;

4) скорость передачи данных определяет количество данных, считываемых или записываемых в единицу времени и зависит от скорости движения носителя, плотности записи, числа каналов и т.п.

апись и считывание информации происходят в процессе взаимодействия магнитного носителя и магнитной головки (МГ), которая представляет собой электромагнит. Материал магнитного покрытия можно представить множеством хаотически расположенных магнитных доменов, ориентация которых изменяется под действием внешнего магнитного поля (рис. 12.1), создаваемого МГ при подаче в ее обмотку тока записи. Если МГ приводит к ориентации доменов в плоскости носителя (рис. 12.1, б, в), то магнитную запись называют горизонтальной, а если - к ориентации доменов перпендикулярно плоскости носителя (рис. 12.1, г, д), то магнитную запись называют вертикальной. Хотя вертикальная запись потенциально позволяет добиться более высокой плотности записи, наиболее распространена горизонтальная запись.

Для регистрации информации используется переход от одного состояния намагниченности в противоположное. Этот переход является «отпечатком», который может быть обнаружен с помощью МГ чтения.

Для горизонтальной магнитной записи МГ записи имеет небольшой зазор, через который замыкается магнитный поток. Под действием тока в обмотке домены носителя ориентируются в одном направлении. Если изменить направление тока записи I_w, то ориентация доменов будет противоположной (рис. 12.2). Количество переходов, размещаемых на единице площади носителя, называют физической плотностью записи. Этот параметр зависит от метода магнитной записи, величины зазора в МГ и ее конструкции, расстояния между МГ и покрытием носителя и др.

сли плотность записи очень большая, то соседние переходы влияют друг на друга и это должно учитываться при построении схем записи и воспроизведения.

Магнитная головка чтения позволяет определить моменты времени, когда при движении носителя под ней оказываются границы между участками с противоположными состояниями намагниченности. Магнитный поток, создаваемый доменами носителя, частично замыкается через магнитопровод МГ чтения. Для сокращения длительности импульса воспроизведения уменьшают зазор в головке, толщину магнитного покрытия и расстояние между МГ и покрытием.

Если расстояние от МГ до покрытия равно нулю, то реализуется контактная запись (НМЛ, НГМД). Трение между носителем и МГ вызывает их износ и ограничивает скорость движения носителя. При использовании НЖМД реализуют бесконтактную запись, при которой МГ находится на расстоянии 0,2-5 мкм над поверхностью носителя.

Чтобы создать магнитный поток МГ, в ее обмотке должен протекать ток I_wили -I_w в процессе записи, а чтобы предотвратить разрушение записанной информации при хранении и считывании, ток записи должен отсутствовать. Этого можно добиться с помощью следующей схемы (рис. 12.3,а). МГ записи имеет две обмотки W₁ и W₂ , включенные встречно. При наличии разрешающего сигнала записи WR ток от источника через резистор R протекает по обмотке W₁, переводя носитель в одно из состояний намагниченности. Противоположное состояние намагниченности создается при протекании тока 2I_w по обмотке W₂. Этот ток формируется усилителем записи при наличии сигнала разрешения записи и сигнала от схем кодирования.

Использование элементов с тремя состояниями (Кл – ключ, переключатель) позволяет уменьшить энергетические затраты и несколько повысить быстродействие, так как требует коммутации меньших токов (рис. 12.3, б). При считывании необходимо выделять слабые полезные сигналы на фоне помех и амплитудно-частотных искажений.

4
. Представление цифровой информации на внешнем носителе

Способы записи устанавливают соответствие отпечатков на поверхности носителя значениям «0» и «1». Наиболее распространенными являются способы записи без возврата к нулю (БВН), частотной (ЧМ) и фазовой (ФМ) модуляции, группового кодирования (ГК). Трактом или каналом записи-воспроизведения называют совокупность аппаратных средств, позволяющих при операциях записи получать отпечатки и восстанавливать записанную кодовую последовательность при операциях чтения. При магнитной записи основными компонентами тракта являются головка записи и воспроизведения, усилители записи и воспроизведения, детекторы информационных и синхронизирующих сигналов, схемы управления.

Рассмотрим наиболее распространенный способ записи – «без возврата к нулю». Суть этого способа состоит в том, что при записи «1» направление тока изменяется, а при записи «0» - не изменяется и отпечатков на поверхности носителя не остается. Запись и чтение осуществляются при постоянной скорости перемещения носителя. Для воспроизведения «0» и отделения их от «1» используются синхроимпульсы (рис. 12.4), которые при считывании могут воспроизводиться автономным тактовым генератором или считываться как служебная информация со служебной дорожки носителя.

1. Какие характеристики пытаются улучшить при разработке ВЗУ для того чтобы повысить скорость передачи данных? За счет каких технических решений это достигается?

________________________________________________________________________________________________

Курс «Периферийные устройства»

(лекции)

-7-

Лекция 13

1. Структура накопителя на гибких магнитных дисках.

2. Метод записи данных на гибкий магнитный диск.

3. Формат записи информации на гибком магнитном диске.

4. Адаптер накопителей на гибких магнитных дисках.

1. Структура накопителя на гибких магнитных дисках

стройство накопителя на гибких магнитных дисках (НГМД) (рис. 13.1) включает ГМД, пять основных систем (приводной механизм, механизм позиционирования, механизм центрования и крепления, систему управления и контроля, систему записи-считывания) и три специальных датчика (датчик индексного отверстия, датчик запрета записи, датчик дорожки 00).

Полезная поверхность диска представляет собой набор дорожек, расположенных с определенным шагом. Нумерация дорожек начинается с внешней стороны (нулевой дорожки). Позиция дорожки 00 определяется в накопителе с помощью специального фотоэлектрического датчика. Сама дорожка разбивается на отдельные участки записи равной длины - секторы. Начало участков записи-считывания на дорожках определяется имеющимся на диске специальным круглым индексным отверстием. Когда индексное отверстие при вращении диска проходит под соответствующим окном кассеты, другой фотоэлектрический датчик вырабатывает короткий электрический импульс, по которому обнаруживается позиция начала дорожки.

Позиционирующая система служит для установки магнитной головки точно над определенной дорожкой на поверхности диска. Все электрические схемы размещаются на печатной плате, компонуемой в корпусе НГМД. Обычно в профессиональной ПЭВМ к одному адаптеру через интерфейс можно подключать до четырех НГМД. Электронные схемы выборки поэтому имеют четыре входа. Для подключения определенных НГМД применяются микропереключатели.

2. Метод записи данных на гибкий магнитный диск

В НГМД используют два основных метода записи: метод частотной модуляции (ЧМ) (рис. 13.2) и метод модифицированной ЧМ. В контроллере (адаптере) НГМД данные обрабатываются в двоичном коде и передаются в НГМД в последовательном коде.

С
пособ частотной модуляции является двухчастотным. При записи в начале тактового интервала производится переключение тока в МГ и направление намагниченности поверхности изменяется. Переключение тока записи отмечает начало тактов записи и используется при считывании для формирования сигналов синхронизации. Таким образом, этот способ обладает свойством самосинхонизации. Запись «1» и «0» производится в середине тактового интервала, причем при записи «1» в середине тактового интервала производится инвертирование тока, а при записи «0» - нет. При считывании в моменты середины тактового интервала определяют наличие сигнала произвольной полярности. Наличие сигнала в этот момент соответствует «1», а отсутствие - «0».

3. Формат записи информации на гибком магнитном диске

Организация размещения информации на дискете предполагает расположение данных пользователя вместе со служебной информацией, необходимой для нумерации отдельных областей, отделения их друг от друга, для контроля информации и т.д.

НГМД используют стандартные форматы информации для унификации (обобщения) НГМД и их адаптеров. Каждая дорожка на дискете разделена на секторы. Размер сектора является основной характеристикой формата и определяет наименьший объем данных, который может быть записан одной операцией ввода-вывода. Применяемые в НГМД форматы различаются числом секторов на дорожке и объемом одного сектора. Максимальное количество секторов на дорожке определяется операционной системой. Секторы отделяются друг от друга интервалами, в которых информация не записывается. Произведение числа дорожек на количество секторов и количество сторон дискеты определяет ее информационную емкость.

Каждый сектор (рис. 13.3) включает две области: поле служебной информации и поле данных. Служебная информация составляет идентификатор сектора, позволяющий отличить его от других.

Адресный маркер - это специальный код, отличающийся от данных и указывающий на начало сектора или поля данных. Номер головки указывает одну из двух МГ, расположенных на соответствующих сторонах дискеты. Номер сектора - это логический код сектора, который может не совпасть с его физическим номером. Длина сектора указывает размер поля данных. Контрольные байты предназначены для контроля ошибок считывания.

Среднее время доступа к диску в миллисекундах оценивается по следующему выражению:

где N - число дорожек на рабочей поверхности ГМД; t₁ - время перемещения МГ с дорожки на дорожку; t₂ - время успокоения системы позиционирования.

4. Адаптеры накопителей на гибких магнитных дисках

Адаптер НГМД переводит команды, поступающие из ПЗУ BIOS, в электрические сигналы, управляющие НГМД, а также преобразует поток импульсов, считываемых с дискеты МГ, в информацию, воспринимаемую ПЭВМ. Конструктивно электронное оборудование адаптера может быть размещено на системной плате ПЭВМ либо совмещено с оборудованием других адаптеров на отдельной плате модулей расширения. Возможно программирование длины записи данных, скорости перехода с дорожки на дорожку, времени загрузки и разгрузки МГ, а также передача данных в режиме ПДП или прерывания.

Один из вариантов построения структурной схемы адаптера НГМД приведен на рис. 13.4.

Дешифратор адреса распознает базовые адреса программно доступных регистров адаптера. Для ЦП адаптер НГМД доступен программно через регистр управления и два порта контроллера НГМД - регистр состояния и регистр данных. Значения отдельных разрядов регистра управления определяют выбор НГМД, сброс контроллера, включение двигателя, разрешение прерывания и ПДП.

сновным функциональным блоком адаптера НГМД является контроллер НГМД, реализуемый конструктивно обычно в виде БИС (интегральные микросхемы 8272 Intel, 765 NEC и др.). Данный контроллер обеспечивает управление операциями НГМД и определяет условия обмена с центральным процессором. Функционально контроллер подчинен ЦП и программируется им. В контроллере имеется регистр состояния и регистр данных, в котором запоминаются данные, команды и параметры о состоянии НГМД. При записи регистр данных используется как буфер, в который побайтно подаются данные от процессора. Контроллер принимает данные от регистра и преобразует их в последовательный код, используемый при частотном методе записи.

Контроллер НГМД выполняет следующий набор команд: позиционирование, форматирование, считывание, запись, проверка состояния НГМД и др. Каждая команда выполняется в три фазы: подготовительной, исполнения и заключительной. В подготовительной фазе ЦП передает контроллеру байты управления, которые включают код операции и параметры, необходимые для ее исполнения. На основании этой информации в фазе исполнения контроллер выполняет действия, заданные командой. В заключительной фазе через регистр данных считывается содержимое регистров состояния, хранящих информацию о результате выполнения команды и состоянии НГМД. В ЦП передаются условия завершения операции.

Схема формирования сигналов записи работает под управлением контроллера и предназначена для предотвращения искажения информации при записи. Фазовый детектор, генератор, управляемый напряжением (ГУН), фильтр нижних частот (ФНЧ) и узел синхронизации образуют схему отделения синхроимпульсов - сепаратор. При считывании данные из НГМД поступают на схему сепаратора, и принимаются контроллером, который декодирует их и преобразует побайтно в параллельный код. Байты буферизуются в регистре данных и передаются в оперативную память ПЭВМ.

Управление обменом между ЦП и адаптером НГМД осуществляется схемой сопряжения с системной шиной. Двунаправленный формирователь данных согласует электрические параметры шины данных системной и внутренней шины адаптера. Обмен информацией между адаптером и ЦП происходит в двух режимах: ПДП и прерываний. Программная поддержка работы адаптера обеспечивается драйвером, входящим в состав ОС.

Сопряжение интерфейса НГМД с адаптером НГМД осуществляется гибким кабелем. Все сигналы интерфейса НГМД имеют стандартный ТТЛ-уровень (табл. 13.1).

1. Нарисуйте подробную схему взаимодействия программных и аппаратных компонент и блоков ПЭВМ при выполнении операций чтения и записи на НГМД.

2. Запишите любое двоичное число при помощи методов ЧМ и БВН.

________________________________________________________________________________________________

Курс «Периферийные устройства»

(лекции)

-9-

Лекция 14

1. Структура накопителя на жестких магнитных дисках.

2. Метод записи данных на жесткий магнитный диск.

3. Формат записи информации на жестком магнитном диске.

4. Адаптер накопителей на жестких магнитных дисках.

1. Структура накопителя на жестких магнитных дисках

С конструктивной точки зрения НЖМД схожи с НГМД. Однако НЖМД содержат большее число электромеханических узлов и механических деталей, изолированных в герметизированном корпусе, и пакет магнитных дисков. Несколько дисков, объединенных в пакеты, жестко закрепляются на общей оси (рис. 14.1). Магнитные головки, объединенные в блок, приводятся в движение двигателем.

Запись-считывание в НЖМД осуществляется бесконтактным способом, хотя в состоянии покоя МГ находятся на поверхности магнитного покрытия.

Жесткий магнитный диск - это круглая металлическая пластина толщиной 1,5..2мм, покрытая ферромагнитным слоем и специальным защитным слоем. Для записи и чтения используются обе поверхности диска. Поверхность диска, как и для НГМД, разбита на дорожки. Дорожки с одним и тем же радиусом на всех дисках пакета образуют цилиндр. Цилиндр определяет положение всех МГ блока при записи или считывании на той или иной дорожке. Цилиндрам присваиваются номера соответствующих дорожек. Обычно один сектор на дорожке вмещает несколько сотен байт. Полный адрес сектора в дисковом пакете состоит из трех частей: номера цилиндра, номера МГ и номера сектора на дорожке. Обычно используют пакеты с 4, 5, 8 и более дисками, где на каждую поверхность диска приходится по одной МГ.

2. Метод записи данных на жесткий магнитный диск

Для записи на ЖМД используются методы ЧМ, модифицированной частотной модуляции (МЧМ) и RLL-метод, при котором каждый байт данных преобразуется в 16-битовый код.

ри методе МЧМ плотность записи данных возрастает вдвое по сравнению с методом ЧМ. Для этого метода (рис. 14.2), если записываемый бит данных является единицей, то стоящий перед ним бит тактового импульса не записывается. Если записывается «0», а предыдущий бит был «1», то синхросигнал также не записывается, как и бит данных. Но если перед «0» стоит бит «0», то синхросигнал записывается.

3. Формат записи информации на жестком магнитном диске

В НЖМД обычно используются форматы данных с фиксированным числом секторов на дорожке (17, 34 или 52) и с объемом данных в одном секторе 512 или 1024 байта. Секторы маркируются магнитным маркером.

Конкретный формат данных определяется внутренней программной конфигурацией ПЭВМ и техническими характеристиками адаптера накопителя. Структура формата (рис. 14.3) подобна структуре, применяемой в НГМД.

Начало каждого сектора обозначается адресным маркером. В начале идентификатора и поля данных записываются байты синхронизации, служащие для синхронизации схемы выделения данных адаптера НЖМД. Идентификатор сектора содержит адрес диска в пакете, представленный кодами номеров цилиндра, головки и сектора. В отличие от НГМД в НЖМД в идентификатор дополнительно вводят байты сравнения и флага. Байт сравнения представляет одинаковое для каждого сектора число, с помощью которого осуществляется правильность считывания идентификатора. Байт флага содержит флаг - указатель состояния дорожки (основная или запасная, исправная или дефектная).

Контрольные байты записываются в поле идентификатора один раз при записи идентификатора сектора, а в поле данных - каждый раз при каждой новой записи данных. Контрольные байты в НЖМД предназначены не только для определения, но и для коррекции ошибок считывания. Наиболее часто используются полиномные корректирующие коды; использование конкретных кодов зависит от схемной реализации адаптера.

Перед использованием НЖМД производится его начальное форматирование - процедура, выполняемая под управлением специальной программы, при работе которой на дисковый пакет записывается служебная информация и проверяется пригодность полей данных.

Пять различных интервалов в НЖМД используются для синхронизации электронных процессов чтения-записи и управления работы электромеханических узлов накопителя.

В результате начального форматирования определяется расположение секторов, и устанавливаются их логические номера. Поскольку скорость вращения диска очень большая, для обеспечения минимального числа оборотов диска при обращении к последовательным секторам, секторы с последовательными номерами размещаются через N физических секторов друг от друга (рис. 14.4).

ратность расположения секторов задается при форматировании диска. Коэффициенты чередования бывают 6:1, 3:1, и 1:1. Новейшие модели НЖМД используют коэффициенты 1:1, а их контроллеры считывают с диска за одно его обращение информацию с целой дорожки и затем хранят ее в буферной памяти. При запросе из буферной памяти передается информация уже из требуемых секторов.

Каждая дорожка диска разделяется на одинаковое число секторов, поэтому сектора на дорожках, которые находятся ближе к нулевой дорожке, имеют меньший размер. Для записи таких секторов используются магнитные поля большей интенсивности (компенсация записи). Число поверхностей диска (головок), число цилиндров (дорожек) и точка, с которой начинается компенсация записи, являются параметрами для настройки контроллера НЖМД.

Среднее время доступа к информации на НЖМД составляет

где t_n- среднее время позиционирования; F - скорость вращения диска; t_обм - время обмена. Время обмена зависит от технических средств контроллера и типа его интерфейса, наличия встроенное буферной кэш-памяти, алгоритма кодирования дисковых данных и коэффициента чередования.

4. Адаптер накопителей на жестких магнитных дисках

В НЖМД используются два вида электронных схем: один для управления магнитными головками, двигателем и дисками; и другой для управления данными. Конструктивно электронное оборудование адаптера НЖМД, также как и адаптера НГМД, может быть размещено или на системной плате ПЭВМ, или на плате модуля расширения совместно с адаптером НГМД.

Типичный адаптер НЖМД выполняет следующие основные функции по командам ЦП: поддерживает требуемый формат данных, размещаемых на дисках; передает данные в режиме ПДП или программного ввода-вывода; осуществляет поиск и проверку требуемых цилиндров; производит переключение головок; обнаруживает и корректирует ошибки в считанных данных; организует последовательность считываемых секторов в соответствии с коэффициентом чередования; генерирует прерывание. Если адаптер использует RLL-метод кодирования, то требуется специальный накопитель, рассчитанный на данный способ кодирования.

На рис. 14.5 приведена обобщенная структура адаптера НЖМД.

Программы управления микропроцессором записываются в ПЗУ. Различные программы предназначены для различных операций обмена. Адаптер НЖМД имеет собственную локальную оперативную память, которая разделяется на рабочую область для микропроцессора и буфер данных для хранения одного сектора. Регистры ввода-вывода предназначены для ввода-вывода данных, сброса и выбора адаптера, записи состояния и типа накопителя, разрешения ПДП и прерывания. Контроллер ПДП управляет обменом данными между адаптером и НЖМД, между адаптером и ОЗУ ПЭВМ.

Команды ЦП подаются на адаптер в режиме программного ввода-вывода в виде блока, включающего код операции, адрес сектора, номера байтов обмена, номер накопителя и др.

Основными командами являются команды чтения, записи, форматирования и позиционирования. Для проверки состояния НЖМД и адаптера служат диагностические команды. Командный блок записывается в локальную память адаптера.

анные с системной шины при записи в НЖМД поступают в регистры ввода-вывода побайтно и преобразуются в вид для записи в секторный буфер. Под управлением контроллера ПДП или программного режима ввода-вывода данные поступают на сериализатор, преобразующий байты в последовательный код. Кодер кодирует данные по методу МЧМ. Одновременно с преобразованием данные поступают на блок контроля и коррекции. Затем данные и контрольные байты записываются в НЖМД.

При чтении данных сепаратор отделяет синхроимпульсы, данные декодируются и преобразуются десериализатором в параллельный код. Под управлением контроллера ПДП байты данных помещаются в ОЗУ и через регистры ввода-вывода выдаются на системную шину. Адаптер выдает ЦП параметры выполнения команды.

Недостатком такой структуры адаптера является то, что параметры диска записаны в его ПЗУ, поэтому адаптер может работать только с определенной моделью диска. В других конструкциях НЖМД дисковые параметры хранятся на самом диске и загружаются в адаптер при работе.

1. Почему среднее время доступа к НГМД и НЖМД зависит от разных величин?

2. Запишите любое двоичное число при помощи метода МЧМ.

3. Нарисуйте подробную схему взаимодействия программных и аппаратных компонент и блоков ПЭВМ при выполнении операций чтения и записи на НЖМД.

________________________________________________________________________________________________

Курс «Периферийные устройства»

(лекции)

-8-

Лекция 15

2. Формат записи информации на оптическом диске.

3. Обобщенная структура накопителя на оптических дисках.

Методы оптической записи на поверхности подвижного носителя основаны на способности некоторых материалов изменять отражательные свойства на участках, которые подвергались тепловому, магнитному или комбинированному воздействию.

сновой оптического диска служит круглая подложка из полимеров, обладающая механической прочностью. В качестве информационного носителя используются многослойные пленочные структуры. На исходную подложку наносится отражающий слой, затем слой диэлектрика, информационный слой и защитное покрытие.

Первоначально для оптической записи использовалось свойство лазерного луча прожигать отверстия в тонком слое металла (рис. 15.1, а, б). Прожженное отверстие (пит) является оптическим отпечатком, который может быть распознан с помощью лазерного луча считывания меньшей мощности и фотодетектора. В зависимости от интенсивности отраженного луча формируется электрический сигнал, соответствующий наличию или отсутствию отпечатка. Такой способ записи используется для НОД с однократной записью.

Возможность многократной записи обеспечивается при использовании магнитооптических носителей. Под воздействием магнитного поля нагретые участки изменяют состояние намагниченности (рис. 15.1, в, г).Для считывания на поверхность носителя направляется пучок поляризованного света. Намагниченные участки изменяют угол поляризации, по которому и воспринимаются. Стирание информации происходит аналогично записи, однако направление магнитного поля при этом должно быть противоположным.

По способу организации записи-считывания НОД могут быть разделены на три больших класса:

1) постоянные НОД, с которых возможно только считывание информации (CD ROM);

2) НОД с однократной записью и многократным считыванием. Запись на такие НОД может сделать пользователь, но только один раз;

3) НОД, допускающие стирание и многократную перезапись.

Для НОД применяются несколько способов записи: абляционный - путем прожигания отверстий в непрозрачной среде носителя; с помощью локального изменения коэффициента отражения среды; перевод запоминающей среды из кристаллической фазы в аморфную и наоборот; трансформирование магнитного состояния структуры; изменение цвета локальной области. Первые два способа используются при «не стираемой» записи, а остальные - для многократной перезаписи информации на НОД.

Для кодирования информации используются специальные коды, например, Рида - Соломона. Для записи используется метод БВН.

В отличие от НМД оптический диск, имеет всего одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от внутреннего диаметра к наружному. Но физическая дорожка может быть разбита на несколько логических. Если для НМД возможна запись на разные дорожки, то запись на оптические диски происходит последовательно по спирали.

Все магнитные диски вращаются с постоянным числом оборотов в минуту, т.е. с неизменной угловой скоростью. Оптический диск вращается с переменной угловой скоростью, чтобы обеспечить постоянную линейную скорость при чтении. Чтение внутренних секторов осуществляется с увеличенным, а наружных – с уменьшенным числом оборотов. Поэтому у НОД низкая скорость доступа к данным.

Обычно НОД подсоединяются через параллельные интерфейсы SCSI и IDE.

2. Формат записи информации на оптическом диске

Базовый формат для цифровых компакт-дисков во многом схож с форматом НГМД. В НОД также имеется нулевая логическая дорожка, которая начинается со служебной информации, необходимой для синхронизации между приводом и диском. Затем расположена системная область, которая содержит сведения и структуре диска. Существенное различие в структуре CD-ROM и НГМД заключается в том, что на CD-ROM системная область содержит прямой адрес файлов в поддиректориях, а не смещение.

се данные на оптическом диске разбиты на блоки по 2352 байта (рис. 15.2, а).

Каждый блок содержит синхро-коды для контроля скорости вращения диска, заголовок, поле данных и коды, исправляющие ошибки. Данные в заголовке определяют расположение блока на спиральной дорожке и представляют его физический адрес. Формат данных для CD-ROM совместим с форматом компакт-диска, поэтому единицы измерения взяты как для проигрывания звука: это минута и секунда звучания и номер блока в секунде. За секунду должно быть считано 75 блоков данных.

Режим задает тип записанной информации. Режим 1 указывает на то, что в поле данных блока записан цифровой фрагмент звукозаписи; режим 2 – в блоке записаны компьютерные данные; режим CD-ROM-1 указывает на полную запись данных; режим CD-ROM-2 – на запись сжатых звуковых данных и видео изображений.

Если данные в блоке записаны без сжатия, то блок имеет формат, показанный на рисунке 15.2, б. Для восстановления испорченной информации в последние 288 байт блока записываются коды обнаружения ошибок (EDС) и коды исправления ошибок (EСС). Эти данные в ЭВМ не передаются. Для записи сжатых данных используют формат без корректирующих кодов (рис. 15.2, в), что позволяет на 14% увеличить объем записываемых данных.

3. Обобщенная структура накопителя на оптических дисках

Упрощенная структура НОД приведена на рис. 15.3.

При записи луч полупроводникового лазерного диода, управляемого данными записи через коллиматор, зеркало и линзу объектива прожигает отверстие в информационном слое диска. Наличие отверстия соответствует записи «1». При считывании неуправляемый лазерный луч (получаемый из делителя луча) выходит на рабочую поверхность через другой делитель луча, зеркало и объектив. В режиме чтения зеркало перемещается. Отраженный свет через делитель луча попадает на фотодиод, сигнал с которого обрабатывается электронными схемами считывания. Точная установка луча на дорожке обеспечивается сервоблоком дорожки, фокусировка - сервоблоком фокусировки, а постоянное число оборотов - сервоблоком вращения диска.

К существенным недостаткам накопителей на оптических

Лекции по курсу Периферийные устройства компьютеров - реферат

Лекция 12

Лекция 13

Лекция 14

Лекция 15