Особенности хранения информации на жестких дисках
|
|
Лет 10 назад многие люди были поражены винчестерами, имевшими плотность записи порядка 1 Гб на поверхность. |
|
Всего 5 лет назад жесткий диск, имеющий плотность записи 20 Гб на поверхность казался фантастикой. |
|
Сейчас в нашем распоряжении имеются винчестеры, имеющие плотность записи порядка 80Гб, 160Гб, 200Гб, 250Гб, 300Гб, 400Гб и даже 700Гб на пластину. |
|
Естественно, эта тенденция будет и дальше сохраняться, будут выходить новые жесткие диски, вмещающие все больше и больше информации. |
|
Одновременно с этим, происходит развитие в области усовершенствования как самой химической и физической структуры, хранящей данные, так и методов записи и хранения информации. |
|
Цифровая информация - это поток из единиц и нулей. |
|
Жесткие диски хранят информацию в виде магнитных импульсов. |
|
Как следствие этого, информация, сохраняемая на жесткий диск, должна быть переведена в форму магнитных импульсов и, наоборот, при чтении, магнитные импульсы должны быть преобразованы обратно. |
|
Эту работу производит встроенный контроллер жесткого диска совместно с цепями улавливания и усиления слабых сигналов, считываемых с магнитной поверхности накопителя. |
|
Магнитная информация на диске состоит из большого количества очень маленьких магнитных полей. |
|
Магнит имеет два полюса, северный и южный, и магнитный поток течет от северного полюса к южному. |
|
Информация сохраняется на жесткий диск методом кодирования в набор магнитных полей. |
|
Конечно, при поверхностном рассмотрении довольно легко различать 0 и 1 как N-S S-N соответственно, в реальности же все намного сложнее: при таком простом методе, будет невозможно различить две 1 стоящие друг за другом. |
|
Для решения этой и других задач, используются специальные приемы, гарантирующие, что записываемые и считываемые данные будут одинаковы. |
|
Итак, рассмотрим, какие препятствия стоят на пути такого простого кодирования, которое было рассмотрено ранее: |
|
Поля: Головки чтения/записи не могут установить полярность магнитного поля, с |
|
их помощью можно только установить переход магнитного поля между северным и южным, и наоборот. |
|
Дело в том, что именно переходы намного более просто улавливать и измерять. |
|
Когда головка жесткого диска проходит над областью, у которой меняется полярность, возникает небольшой пик напряжения, который и можно улавливать. |
|
В то время как плотность записи растет, величина этого пика уменьшается. |
|
Вот почему при кодировании информации, надо кодировать не полями, а сменами полей. |
|
Синхронизация: другой задачей, стоящей перед разработчиками, является задача синхронизации центра бита и краев бита. |
|
Нужен какой-то механизм, с помощью которого можно было бы четко отделять границы соседних двух битов. |
|
Даже если бы мы смогли, как было написано ранее, четко обозначить 0 как N-S, а 1 как S-N, то, как бы мы записали 1000 нулей? |
|
Было бы очень тяжело сказать, где кончается 655 бит и начинается 656 бит. |
|
Потребовалась бы очень точная механика вместе с очень большим объемом вычислений. |
|
Это все равно, что на машине без приборов и фар нам бы требовалось проехать ровно 1000 километров на дороге без разметки и освещения и без каких-либо опознавательных знаков с точной скоростью в 60 км/ч. |
|
Разделение полей: Даже если бы мы смогли записать 1000 маленьких N-S полей на узенькой дорожке, то при считывании мы бы обнаружили не 1000 маленьких полей, а одно большое поле с силой в примерно 1000 раз большей, чем у одного маленького поля. |
|
В дополнение к предыдущим требованиям, есть еще одно, которое надо принимать к вниманию: предел намагничиваемости поверхности пластины. |
|
Каждый квадратный дюйм поверхности пластины может вмещать конечное количество информации. |
|
Это называется поверхностная плотность записи. |
|
Т.к. нам нужно использовать часть полезных "магнитиков" для предоставления разного рода информации о границах, синхронизации, положении и т.д., не вся поверхность используется для хранения информации, часть ее уходит на разного рода служебную информацию. |
|
Главной задачей кодирования данных является использование как можно меньшего числа магнитиков для несения служебной информации, и, соответственно увеличения количества реальной информации, записываемой на магнитную пластину. |
|
Ранние методы кодирования были довольно примитивны и расходовали довольно много магнитиков для хранения информации синхронизации. |
|
Со временем, были разработаны методы кодирования информации, которые требовали не так много места для служебной информации. |
|
Это позволило более эффективно распределять информацию на одном и том же участке поверхности. |
|
Улучшение поверхностной плотности записи позволяет записать большее количество информации, не зависимо от того, какого рода эта информация: служебная или пользовательская. |
|
Улучшение кодирования информации позволяет при неизменной поверхностной плотности записи, увеличить объем хранимой информации на накопителе. |
