σελ 231-246
Μάθημα 4.9: Μαγνητικά Αποθηκευτικά Μέσα
Όταν ολοκληρώσεις το κεφάλαιο θα μπορείς:
• Να εξηγείς τις αρχές λειτουργίας των μαγνητικών αποθηκευτικών μέσων
• Να αξιoλογείς τις επιδόσεις των αποθηκευτικών μέσων
• Να αναγνωρίζεις τους βασικοτέρους τύπους δισκέτας και να εξηγείς τη λειτουργία των επιμέρους τμημάτων της
• Να περιγράφεις το μηχανισμό ανάγνωσης και εγγραφής του οδηγού δισκέτας και του σκληρού δίσκου
• Να εξηγείς την εσωτερική οργάνωση των δεδομένων στις δισκέτες και τους σκληρούς δίσκους.
4.9.1. Εισαγωγή
Το μεγαλύτερο μειονέκτημα της μνήμης RAM είναι ότι χάνει τα δεδομένα της μόλις διακόψουμε την τροφοδοσία του υπολογιστή. Από την άλλη η μνήμη ROM αν και κρατά τα δεδομένα της δεν είναι επανεγράψιμη και η χωρητικότητα της, όπως και της μνήμης RAM, περιορίζεται σε λίγες δεκάδες MB.
Τη λύση στα παραπάνω προβλήματα έδωσαν από πολύ νωρίς τα αποθηκευτικά μέσα.
Τα πρώτα μέσα που χρησιμοποιήθηκαν για μόνιμη αποθήκευση δεδομένων ήταν οι μαγνητικές ταινίες.
Οι μαγνητικές ταινίες κυριάρχησαν στον χώρο των υπολογιστών τις δεκατίες 1960-1970 και αποτελούσαν το μοναδικό τρόπο για μόνιμη αποθήκευση μεγάλου όγκου δεδομένων. Οι μαγνητικές ταινίες αν και χωρούσαν πολλά δεδομένα, είχαν δύο βασικά μειονεκτήματα, ήταν ογκώδεις και η ανάγνωση τους ήταν αρκετά αργή.
Στη συνέχεια εμφανίστηκε η δισκέτα. Η δισκέτα ήταν μικρή σε όγκο και πολύ πιο γρήγορη από τη μαγνητική ταινία. Επιπλέον, η δισκέτα, όπως και η μαγνητική ταινία, ανήκει στην κατηγορία των μέσων που μπορούμε να απομακρύνουμε από τη συσκευή ανάγνωσης / εγγραφής και να την ξαναχρησιμοποιήσουμε είτε αργότερα είτε σε κάποιο άλλο υπολογιστή (removable data volume). Είναι φανερό ότι με αυτό τον τρόπο έχουμε τη δυνατότητα, μεταφοράς των δεδομένων μας από έναν υπολογιστή σε άλλον, καθώς και αυξημένη ικανότητα αποθήκευσης δεδομένων απλά αλλάζοντας δισκέτες.
Η δισκέτα, όπως και η μαγνητική ταινία, έχει κάποια μειονεκτήματα. Η δισκέτα έχει μικρή ικανότητα αποθήκευσης δεδομένων. Το σημαντικότερο όμως μειονέκτημα της είναι η χαμηλή αξιοπιστία της, αφού υπάρχει η πιθανότητα η δισκέτα να χαλάσει και ο χρήστης να χάσει τα δεδομένα του.
Πολύ γρήγορα εμφανίστηκαν και οι πρώτοι σκληροί δίσκοι. Οι σκληροί δίσκοι δεν μπορούν να μεταφερθούν όπως οι δισκέτες, όμως έχουν σημαντικά μεγαλύτερη ικανότητα αποθήκευσης δεδομένων. Οι σκληροί δίσκοι είναι επίσης αρκετά πιο γρήγοροι και πολύ πιο αξιόπιστοι.
Τα τελευταία χρόνια έκαναν την εμφάνιση τους και τα οπτικά αποθηκευτικά μέσα (CD). Τα μέσα αυτά έχουν πολύ μεγάλη αποθηκευτική ικανότητα, είναι εξαιρετικά αξιόπιστα και αρκετά φθηνά. Μοναδικό μειονέκτημα τους είναι ότι μπορούν να εγγραφούν μονάχα μια φορά.
Στο υπόλοιπο του μαθήματος που ακολουθεί θα ασχοληθούμε με τις αρχές λειτουργίες των μαγνητικών μέσων και θα εξετάσουμε με λεπτομέρεια τη δισκέτα, το σκληρό δίσκο και τις άλλα μαγνητικά μέσα. Σε επόμενο κεφάλαιο θα εξετάσουμε τα οπτικά μέσα.
4.9.2. Χαρακτηριστικά Αποθηκευτικών Μέσων
Πρίν προχωρήσουμε στην περιγραφή των μαγνητικών αποθηκευτικών μέσων θα αναφερθούμε στα μεγέθη που χαρακτηρίζουν τα διάφορα αποθηκευτικά μέσα:
• Η χωρητικότητα (capacity), όπως και στην περίπτωση των μνημών, μας πληροφορεί για το μέγιστο πλήθος δεδομένων που μπορούμε να αποθηκεύσουμε σε ένα αποθηκευτικό μέσο. Η χωρητικότητα μετριέται σε bytes και στα πολλαπλάσια του 1 ΚB = 1024 bytes, 1 MB= 1024 ΚB και 1GB = 1024 MB.
• Ο χρόνος προσπέλασης (access time) αποτελεί μια ένδειξη της ταχύτητας με την οποία ανταποκρίνεται η αποθηκευτική μονάδα στις εντολές της KME. Ο χρόνος αυτός, είναι ο χρόνος που χρειάζεται η αποθηκευτική μονάδα από τη στιγμή που θα πάρει μια εντολή ανάγνωσης / εγγραφής από την ΚΜΕ μέχρι την ανάγνωση / εγγραφή του πρώτου bit. Ο χρόνος αυτός περιλαμβάνει όλες τις καθυστερήσεις της συσκευής που διαβάζει από ή γράφει πάνω στο αποθηκευτικό μέσο μέχρι:
• να επεξεργαστεί την εντολή ανάγνωσης / εγγραφής
• να πάει στο σημείο που βρίσκονται τα δεδομένα πάνω στο αποθηκευτικό μέσο και
• να ξεκινήσει την ανάγνωση/εγγραφή τους.
Συγκεκριμένα ο χρόνος που χρειάζεται η συσκευή για να εντοπίσει το σωστό σημείο από όπου θα διαβάσει (ή αντίστοιχα που θα γράψει) τα δεδομένα ονομάζεται και χρόνος αναζήτησης των δεδομένων (seek time).
Ο χρόνος προσπέλασης δεν είναι ο ίδιος κάθε φορά που δίνουμε μια εντολή αλλά εξαρτάται, όπως θα δούμε, από την «θέση» των δεδομένων πάνω στο αποθηκευτικό μέσο. Για το λόγο αυτό οι κατασκευαστές δίνουν είτε μία μέση τιμή του χρόνου αυτού είτε σπανιότερα τη μέγιστη τιμή του.
• Ο ρυθμός μεταφοράς των δεδομένων (data transfer rate) αποτελεί ένα μέτρο της ταχύτητας μιας αποθηκευτικής μονάδας. Ο ρυθμός είναι ίσος με τον αριθμό των δεδομένων (bytes) που διαβάζουμε / γράφουμε από μία αποθηκευτική μονάδα σε ένα δευτερόλεπτο. Ο ρυθμός αυτός δεν περιέχει την καθυστέρηση που οφείλεται στο χρόνο προσπέλασης του μέσου, αλλά μετρά τα bytes που μπορούμε να διαβάσουμε ή να γράψουμε σε κάθε δευτερόλεπτο (bytes/s) από τη στιγμή που η συσκευή έχει τεθεί σε λειτουργία και έχει προσεγγίσει τη θέση που βρίσκονται τα δεδομένα πάνω στο αποθηκευτικό μέσο.
Έστω για παράδειγμα ότι μια αποθηκευτική μονάδα έχει χρόνο προσπέλασης 40 ms και πετυχαίνει ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων 2 KB/s. Ο χρόνος, για να διαβάσει 200 bytes μια KME από τη συγκεκριμένη αποθηκευτική μονάδα, θα είναι ίσος με το άθροισμα του χρόνου προσπέλασης συν το χρόνο που χρειάζεται η μεταφορά των 200 bytes από την αποθηκευτική μονάδα. Με άλλα λόγια ο χρόνος θα είναι 40 ms + 200 Bytes/ 2 (KB/s)= 40 ms + 200/(2 x 1024) sec140 ms.
4.9.3. Μαγνητικά υλικά
Όπως γνωρίζουμε, ένας μαγνήτης έχει την ικανότητα να έλκει ορισμένα υλικά που βρίσκονται γύρω του, όπως άλλους μαγνήτες ή κομμάτια σίδηρου. Σε ένα μαγνήτη διακρίνουμε δύο πόλους. Το βόρειο πόλο (Ν) και το νότιο πόλο (S). ¨Ένα πηνίο, όταν διαρρέεται από ρεύμα συμπεριφέρεται και αυτό ως μαγνήτης. Η φορά του ρεύματος καθορίζει από ποια μεριά θα εμφανίζονται οι πόλοι πάνω στο πηνίο.
Ας εξετάσουμε τώρα τη συμπεριφορά των διαφόρων υλικών όταν αυτά βρίσκονται κοντά σε ένα μαγνήτη ή ένα πηνίο. Τα υλικά τα διακρίνουμε σε δύο κυρίως κατηγορίες ανάλογα με τη συμπεριφορά τους στο μαγνητικό πεδίο. Από τη μία έχουμε τα παραμαγνητικά και διαμαγνητικά υλικά όπως για παράδειγμα το ξύλο και από την άλλη τα σιδηρομαγνητικά υλικά όπως ο σίδηρος.
Τα υλικά όπως ο σίδηρος έχουν την ιδιότητα να μετατρέπονται τα ίδια σε μαγνήτες όταν βρεθούν μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο και ονομάζονται μαγνητικά ή σιδηρομαγνητικά υλικά. Η μαγνήτιση στα υλικά αυτά παραμένει και μετά την απομάκρυνση του μαγνήτη.
Την ιδιότητα αυτή, της μόνιμης μαγνήτησης των σιδηρομαγνητικών υλικών εκμεταλλευόμαστε κατά την εγγραφή στα μαγνητικά αποθηκευτικά μέσα. Με τη βοήθεια ενός πηνίου, που ονομάζουμε κεφαλή μαγνητίζουμε μικρές περιοχές πάνω σε ένα σιδηρομαγνητικό μέσο, που αντιστοιχούν στα bit της πληροφορίας.
Η ανάγνωση των μαγνητικών αποθηκευτικών μέσων στηρίζεται στο φαινόμενο της επαγωγής.
Κατά το φαινόμενο της επαγωγής, εάν μετακινήσουμε ένα μαγνήτη, στην περιοχή ενός πηνίου τότε στα άκρα του πηνίου εμφανίζεται ηλεκτρική τάση. Αυτή την ιδιότητα χρησιμοποιούμε κατά την ανάγνωση των μαγνητικών αποθηκευτικών μέσων. Καθώς το μέσο (ταινία ή δίσκος από μαγνητικό υλικό) που έχουμε περνά κάτω από το πηνίο, που αποτελεί την κεφαλή ανάγνωσης, στα άκρα του πηνίου εμφανίζονται μικροί ηλεκτρικοί παλμοί, που αντιστοιχούν στα bit της πληροφορίας.
4.9.4. Η εύκαμπτη δισκέτα
Στο χώρο των προσωπικών υπολογιστών χρησιμοποιήθηκαν δύο τύποι δισκέτας:
• Οι 51/4’’ με χωρητικότητες 360 KB και 1.2 MB και
• Οι 3 1/2 ‘’ με χωρητικότητες 720 KB και 1.44 ΜΒ
Σχήμα 4.9.1 Η δισκέτα 5 ¼’’ και 3 ½’’
Και οι δύο τύποι δισκετών αποτελούνται από ένα εύκαμπτο κυκλικό δίσκο με επίστρωση κατάλληλου μαγνητικού υλικού πάνω στον οποίο γράφονται τα δεδομένα. Ένα πλαστικό κάλυμμα προστατεύει το δίσκο από τη σκόνη και από το περιβάλλον. Η επικάθηση σκόνης ή λίπους, πάνω στην επιφάνεια του δίσκου μπορεί να κάνει αδύνατη την εγγραφή του ή την ανάγνωση του με αποτέλεσμα ο χρήστης να χάσει τα δεδομένα του.
Για να διαβάσουμε ή να γράψουμε δεδομένα στη δισκέτα χρησιμοποιούμε τον οδηγό δισκέτας (disc drive). Η συσκευή αυτή γυρίζει τον εύκαμπτο δίσκο με τη βοήθεια ενός μικρού κινητήρα και μπορεί να γράφει ή να διαβάζει δεδομένα πάνω στον εύκαμπτο δίσκο.
Οι δισκέτες 5 ¼’’ ονομάζονται έτσι γιατί έχουν πλάτος 5 ¼’’ ίντσες που είναι ίσο με 13.3 cm. Στις δισκέτες αυτές, διακρίνουμε:
1. Το άνοιγμα (1) του άξονα στο κέντρο της δισκέτας από όπου ο οδηγός της δισκέτας περιστρέφει τον εύκαμπτο δίσκο.
2. Το άνοιγμα (2) στο κάλυμμα από όπου ο οδηγός της δισκέτας γράφει και διαβάζει τα δεδομένα πάνω στο μαγνητικό μέσο
3. Το άνοιγμα (3) χρησιμοποιείται από τον οδηγό δισκέτας ως σημείο αναφοράς πάνω στον εύκαμπτο δίσκο. Σε κάποιο σημείο του εύκαμπτου δίσκου υπάρχει ένα αντίστοιχο άνοιγμα. Όταν ο δίσκος περιστρέφεται, το άνοιγμα του εύκαμπτου δίσκου περνά από το αντίστοιχο άνοιγμα του καλύμματος της δισκέτας ενεργοποιώντας ένα οπτικό διακόπτη. Με τον τρόπο αυτό ο οδήγος της δισκέτας σε κάθε περιστροφή ξέρει πότε περνά το συγκεκριμένο σημείο από τον οπτικό διακόπτη. Την πληροφορία αυτή τη χρησιμοποιεί ο οδηγός της δισκέτας ως σημείο αναφοράς, για να βρει τις πληροφορίες που θέλει πάνω στο δίσκο.
4. Τέλος πάνω στη δισκέτα διακρίνουμε την εγκοπή προστασίας από εγγραφές (4). Η εγκοπή αυτή προστατεύει το μέσο από ακούσιες εγγραφές. Όταν η εγκοπή αυτή είναι κλειστή, ένας οπτικός διακόπτης απαγορεύει οποιαδήποτε εγγραφή πάνω στο μαγνητικό μέσο. Για να επιτραπεί η εγγραφή θα πρέπει η εγκοπή αυτή να είναι ανοιχτή, ώστε να μην ενεργοποιείται ο εσωτερικός διακόπτης του οδηγού δισκέτας.
Οι δισκέτες 3 ½’’ ονομάζονται έτσι γιατί έχουν πλάτος 3 ½’’ ίντσες που είναι ίσο με 8,9 cm. Οι δισκέτες αυτές εκτός από μεγαλύτερη χωρητικότητα έχουν μεγαλύτερη αξιοπιστία λόγω του προσεκτικότερου και βελτιωμένου σχεδιασμού τους. Το περίβλημα τους είναι σκληρό και άκαμπτο προστατεύοντας καλύτερα τον εύκαμπτο δίσκο στο εσωτερικό τους. Δεν υπάρχουν ανοίγματα από όπου μπορεί η σκόνη να διεισδύσει εύκολα στο μέσο.
1. Το άνοιγμα στο κέντρο από όπου περιστρέφεται η δισκέτα έχει αντικατασταθεί με ένα μεταλλικό κυκλικό δίσκο (1) πάνω στο οποίο εφαρμόζει ο άξονας περιστροφής του οδηγού δισκέτας. Πάνω στο μεταλλικό στέλεχος υπάρχουν δύο εγκοπές. Η μία, που βρίσκεται στο κέντρο του δίσκου, χρησιμοποιείται για να περιστρέφει ο κινητήρας τον εύκαμπτο δίσκο, ενώ
2. η άλλη σηματοδοτεί ένα σημείο αναφοράς (2) πάνω στον εύκαμπτο δίσκο.
3. Το άνοιγμα από όπου γράφει και διαβάζει η κεφαλή έχει καλυφθεί και αυτό από ένα μεταλλικό κάλυμμα (3) που ανοίγει με τη βοήθεια ενός μηχανισμού, όταν η δισκέτα βρίσκεται μέσα στον οδηγό της δισκέτας. Το κάλυμμα αυτό επανέρχεται, όταν η δισκέτα βγαίνει από τον οδηγό.
4. Όμοια η εγκοπή προστασίας διαθέτει και ένα πλαστικό τμήμα (4) που επιτρέπει να έχουμε είτε κατάσταση προστασίας από εγγραφές (Write protect) είτε κατάσταση επίτρεψης εγγραφών. Όταν το πλαστικό τμήμα επιτρέπει την ενεργοποίηση του διακόπτη, δηλαδή η εγκοπή είναι ανοιχτή τότε η δισκέτα προστατεύεται από εγγραφές, στην αντίθετη περίπτωση όπου η εγκοπή είναι κλειστή, επιτρέπονται οι εγγραφές.
5. Τέλος οι δισκέτες 3 ½’’ έχουν μια επιπλέον εγκοπή (5) που δείχνει εάν η δισκέτα έχει χωρητικότητα 1.44 ΜB (όταν υπάρχει εγκοπή) ή 720 ΚΒ (όταν δεν υπάρχει εγκοπή).
4.9.5. Οδηγός δισκέτας
Ο οδηγός της δισκέτας είναι η συσκευή που χρησιμοποιούμε για να γράψουμε και να διαβάσουμε μια εύκαμπτη δισκέτα.
Η συσκευή αυτή περιλαμβάνει ένα κινητήρα που περιστρέφει τον εύκαμπτο δίσκο με γωνιακή ταχύτητα 360 στροφών το λεπτό ή ισοδύναμα 6 πλήρεις στροφές το δευτερόλεπτο.
Η εγγραφή και η ανάγνωση των δεδομένων γίνεται με τη βοήθεια της κεφαλής ανάγνωσης/εγγραφής. Υπάρχουν δύο κεφαλές μία για κάθε πλευρά του εύκαμπτου δίσκου που στηρίζονται πάνω σε ένα βραχίονα που μπορεί να μετακινείται εμπρός – πίσω, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.9.2
Σχήμα 4.9.2 Ο οδηγός δισκέτας
Με τη μετακίνηση του βραχίονα μπρος – πίσω και την περιστροφή του εύκαμπτου δίσκου μπορούν οι κεφαλές να βρίσκονται σε οποιαδήποτε θέση πάνω στον εύκαμπτο δίσκο. Η κίνηση του βραχίονα από την εσωτερική στην εξωτερική διάμετρο διαρκεί το πολύ 200 ms ενώ μια πλήρης περιστροφή του εύκαμπτου δίσκου γίνεται σε 1/6 s =167 ms. Συμπεραίνουμε λοιπόν, δεδομένου ότι και οι δύο κινήσεις μπορούν να γίνουν ταυτόχρονα, ότι για να βρεθεί η κεφαλή πάνω από κάποιο σημείο του δίσκου χρειάζονται το πολύ 200 ms. Αυτή είναι η περίπτωση όπου η κεφαλή θα πρέπει να μετακινηθεί από την εξωτερική διάμετρο του δίσκου στην εσωτερική ή αντίστροφα. Ο χρόνος αυτός είναι ο μέγιστος χρόνος αναζήτησης των δεδομένων και για τον οδηγό των εύκαμπτων δισκετών είναι περίπου 200 ms.
Αντιπροσωπευτικότερο μέγεθος της ταχύτητας του οδηγού είναι ο μέσος χρόνος αναζήτησης των δεδομένων. Για τις εύκαμπτες δισκέτες είναι περίπου 85 ms.
Σχήμα 4.9.3: Η κεφαλή του οδηγού δισκέτας
Στην κεφαλή υπάρχει ένα μικρό πηνίο με το οποίο μπορούμε να γράφουμε δεδομένα πάνω στον εύκαμπτο δίσκο. Το ίδιο πηνίο χρησιμοποιείται και κατά την ανάγνωση των δεδομένων.
Όταν θέλουμε να γράψουμε κάποιο bit σε κάποιο σημείο πάνω στη δισκέτα, τότε μεταφέρεται η κεφαλή πάνω από το σημείο αυτό και εφαρμόζεται ένας παλμός ρεύματος στο πηνίο της κεφαλής. Το μαγνητικό πεδίο, που δημιουργείται, μαγνητίζει μια μικρή περιοχή του εύκαμπτου δίσκου ακριβώς κάτω από το πηνίο. Έτσι δημιουργείται στο σημείο αυτό ένας μικρός μαγνήτης. Η φορά του μαγνήτη εξαρτάται από τη φορά του ρεύματος στο πηνίο τη στιγμή της εγγραφής. Ανάλογα με τη φορά του ρεύματος μπορούμε να έχουμε λοιπόν δύο στοιχειώδεις μαγνήτες που αντιστοιχούν στα δύο διαφορετικά δυαδικά ψηφία. Με το τρόπο αυτό μπορούμε και γράφουμε δεδομένα πάνω στο δίσκο.
Όταν τώρα θέλουμε να διαβάσουμε τα δεδομένα που είναι γραμμένα σε μία περιοχή πάνω στον εύκαμπτο δίσκο, αρκεί να περάσει το πηνίο της κεφαλής πάνω από αυτή την περιοχή. Τότε οι στοιχειώδεις μαγνήτες του εύκαμπτου δίσκου επάγουν μία μικρή τάση στο πηνίο. Εάν η τάση αυτή ενισχυθεί αρκετά ανακτώνται τα δεδομένα που έχουν γραφτεί στο δίσκο.
4.9.6. Οργάνωση των δεδομένων πάνω στον εύκαμπτο δίσκο
Τα δεδομένα δεν γράφονται σε οποιοδήποτε σημείο του εύκαμπτου δίσκου αλλά είναι οργανωμένα σε ομάδες.
Σχήμα 4.9.4: Οργάνωση δισκέτας σε μονοπάτια και τομείς
Στους εύκαμπτους μαγνητικούς δίσκους ακολουθείται η οργάνωση που φαίνεται στο σχήμα 4.9.4. Τα δεδομένα τοποθετούνται πάνω σε ομόκεντρους κύκλους που ονομάζονται μονοπάτια (tracks). Τα μονοπάτια αριθμούνται. Το μονοπάτι που βρίσκεται στην εξωτερική διάμετρο του δίσκου και καλύπτει ένα ολόκληρο κύκλο είναι το πρώτο μονοπάτι (Track 0), ενώ το μονοπάτι με τη μικρότερη διάμετρο είναι το μεγαλύτερο σε αριθμό μονοπάτι του δίσκου. Το πλήθος των μονοπατιών πάνω στο δίσκο είναι διαφορετικό ανάλογα με το είδος της δισκέτας. Όσο περισσότερα μονοπάτια περιέχει ένας εύκαμπτος δίσκος τόσο μεγαλύτερη είναι κατά κανόνα η χωρητικότητα του.
Κάθε μονοπάτι χωρίζεται επιπλέον σε τομείς (sectors). Οι τομείς είναι τόξα συγκεκριμένης γωνίας. Ο χωρισμός των μονοπατιών σε τομείς δε γίνεται με μοναδικό τρόπο για όλους τους τύπους δισκέτας. Στον πίνακα 4.9.1 βλέπουμε την οργάνωση των δισκετών που χρησιμοποιούνται στους προσωπικούς υπολογιστές.
Μέγεθος δισκέτας Χωρητικότητα Αρ. Μονοπατιών Αριθμός τομέων ανά μονοπάτι
5 ¼’ 360 KB 40 9
5 ¼’ 1.2 MB 80 15
3 ½’ 720 KB 80 9
3 ½’ 1.44 MB 80 18
Πίνακας 4.9.1 Οργάνωση δισκετών
Όπως τα μονοπάτια έτσι και οι τομείς αριθμούνται (σχήμα 4.9.4). Ο τομέας με τον αριθμό 1 (sector 1) , δηλαδή ο πρώτος τομέας σε κάθε μονοπάτι, είναι αυτός που ξεκινάει από την εγκοπή που χρησιμεύει ως σημείο αναφοράς πάνω στο δίσκο.
4.9.7. Σύνδεση του οδηγού δισκέττας σε προσωπικό υπολογιστή
Ο προσωπικός υπολογιστής υποστηρίζει τουλάχιστον δύο οδηγούς εύκαμπτου δίσκου. Οι οδηγοί εύκαμπτων δίσκων συνδέονται στην μητρική με τη βοήθεια μιας ειδικής κάρτας επέκτασης που ονομάζουμε ελεγκτή οδηγού εύκαμπτης δισκέτας (Floppy Disc Controller). Ο ελεγκτής αυτός σήμερα, έχει ενσωματωθεί στα ολοκληρώμενα υποστήριξης της μητρικής (chipset).
Η σύνδεση των οδηγών γίνεται με ένα ειδικό καλώδιο.
(σχήμα κορδέλα floppy)
Στο καλώδιο διακρίνουμε δύο ζευγάρια βυσμάτων. Κάθε ζευγάρι βυσμάτων διαθέτει ένα βύσμα για οδηγούς δισκέτας 3 ½’ και ένα για οδηγό δισκέτας 5 ¼’. Σε κάθε ζευγάρι μπορούμε να συνδέσουμε μόνο ένα οδηγό δισκέτας.
4.9.8. Σκληρός δίσκος
Ο σκληρός δίσκος έχει επικρατήσει στο χώρο των υπολογιστών ως η βασικότερη μονάδα μόνιμης αποθήκευσης δεδομένων και προγραμμάτων. Η χωρητικότητα τους και η ταχύτητα ανάγνωσης των δεδομένων συνεχώς αυξάνεται ενώ το κόστος τους συνεχώς μειώνεται.
Σχήμα 4.9.5 Σκληρός Δίσκος
Ο σκληρός δίσκος περιέχει, όπως ακριβώς και η δισκέτα, δίσκους με επικάλυψη από μαγνητικό υλικό για την αποθήκευση των δεδομένων. Σε αντίθεση όμως με τη δισκέτα, οι δίσκοι είναι σκληροί και άκαμπτοι ενώ σε κάθε συσκευή σκληρού δίσκου περιέχονται παρά πάνω από ένας. Ο αριθμός των δίσκων κυμαίνεται από 2 ως και 16.
Η διάμετρος των δίσκων είναι διαφορετική για κάθε σκληρό δίσκο. Η διάμετρος παίζει σημαντικό ρόλο στην επίδοση του σκληρού. Όσο πιο μικρή είναι η διάμετρο του δίσκου, τόσο πιο γρήγορα τοποθετούνται οι κεφαλές πάνω από μία συγκεκριμένη περιοχή του. Παράλληλα όμως η μικρότερη διάμετρο έχει ως αποτέλεσμα και μικρότερη επιφάνεια δίσκων άρα και μικρότερη χωρητικότητα.
Για κάθε δίσκο υπάρχουν δύο κεφαλές μία για κάθε πλευρά. Όλες οι κεφαλές είναι στερεωμένες πάνω σε ένα βραχίονα και α μετακινούνται όλες μαζί και όχι ανεξάρτητα ή μια από την άλλη. Όταν οι δίσκοι περιστρέφονται, οι κεφαλές αιωρούνται σε πολύ μικρή απόσταση από τους δίσκους (0.0003mm) πάνω σε ένα λεπτό στρώμα αέρα. Εάν οι δίσκοι δεν περιστρέφονται με τη πλήρη ταχύτητα τους, τότε το στρώμα αέρα δεν είναι αρκετό και οι κεφαλές ακουμπούν πάνω στο μαγνητικό μέσο καταστρέφοντάς το. Για το λόγο αυτό, όταν οι δίσκοι δεν περιστρέφονται, οι κεφαλές τοποθετούνται σε ένα σημείο (LANDZ) των δίσκων, όπου δεν υπάρχουν δεδομένα. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται park και γίνεται αυτόματα από τους σύγχρονους ελεγκτές των σκληρών δίσκων.
Οι επιδόσεις των σκληρών δίσκων είναι πραγματικά αξιοζήλευτες. Οι χρόνοι προσπέλασης των δεδομένων είναι ελάχιστα χιλιοστά του δευτερολέπτου (msec), ενώ οι ρυθμοί μεταφοράς των δεδομένων ξεκινούν από λίγα MB ανά δευτερόλεπτο μέχρι και δεκάδες MB ανά δευτερόλεπτο. Τυπικές τιμές για το χρόνο προσπέλασης των δεδομένων (access time) είναι 5 ms και για το ρυθμό μεταφοράς δεδομένων (transfer rate) 5 ΜΒ/sec. Οι επιδόσεις των σκληρών δίσκων διαφέρουν ανάλογα με το μοντέλλο και τον κατασκευαστή της συσκευής.
4.9.9. Οργάνωση Σκληρών Δίσκων
Όπως και στην περίπτωση των δισκετών, οι σκληροί δίσκοι, οργανώνουν τα δεδομένα σε μονοπάτια και τομείς. Στην περίπτωση των σκληρών δίσκων δεν υπάρχει καμία μορφή τυποποίησης ως προς τον αριθμό των μονοπατιών και των τομέων, με αποτέλεσμα οι αριθμοί αυτοί να διαφέρουν ακόμα και για δίσκους ίδιας χωρητικότητας. Η οργάνωση εξαρτάται αποκλειστικά από τον κατασκευαστή.
Στους σκληρούς δίσκους αντί των μονοπατιών χρησιμοποιείται εναλλακτικά η έννοια των κυλίνδρων. Ως κύλινδρο ορίζουμε όλα τα μονοπάτια που βρίσκονται στην ίδια διάμετρο αλλά σε διαφορετικούς δίσκους. Προφανώς όσα μονοπάτια έχουμε στην επιφάνεια ενός σκληρού δίσκου τόσους κυλίνδρους διαθέτει και ο δίσκος.
Μια τελευταία παράμετρο που χρησιμοποιείται για την περιγραφή της γεωμετρίας των σκληρών δίσκων είναι οι κεφαλές που περιέχει ο σκληρός δίσκος. Ο αριθμός των κεφαλών δεν είναι απαραίτητα ίσος με το διπλάσιο του αριθμού των σκληρών μαγνητικών δίσκων που περιέχει η συσκευή, αφού ο κατασκευαστής μπορεί να μην έχει τοποθετήσει δύο κεφαλές σε κάθε μαγνητικό δίσκο.
Ενδεικτικά αναφέρουμε τιμές για τα παραπάνω μεγέθη για ένα σκληρό δίσκο χωρητικότητας 3.1 GB. Ο δίσκος αυτός έχει 16 κεφαλές, 6136 κυλίνδρους και 63 τομείς ανά μονοπάτι.
4.9.10. Σύνδεση του σκληρού δίσκου σε προσωπικό υπολογιστή
Ο προσωπικός υπολογιστής υποστηρίζει τουλάχιστον τέσσερις σκληρούς δίσκους. Ο ελέγκτης σκληρού δίσκου είναι ενσωματωμένος στο δίσκο. Έτσι οι σκληροί δίσκοι συνδέονται απευθείας στην μητρική κάρτα στις υποδοχές IDE ή SCSI, ανάλογα με τον τύπο τους.
Κάθε κανάλι IDE υποστηρίζει δύο σκληρούς, από τους οποίους ο ένας είναι ο κύριος του καναλιού (master) και ο άλλος ο δευτερεύων (slave).
4.9.11. Το LS-120.
Πρόκειται για πολλούς, για το διάδοχο της δισκέτας. Η συσκευή αυτή δέχεται ειδικές δισκέτες 3 ½’’ με χωρητικότητα 120 MB. Βασικό πλεονέκτημα της συσκευής είναι ότι μπορεί να διαβάζει και τις απλές δισκέτες 3 ½’’ με χωρητικότητα 1,44 ΜΒ ή ακόμα και τις παλαιότερες με χωρητικότητα 720 ΚΒ.
Η αυξημένη χωρητικότητα οφείλεται σε ένα έξυπνο μηχανισμό τοποθέτησης της κεφαλής πάνω στον εύκαμπτο δίσκο. Κατά την κατασκευή της δισκέτας σηματοδοτούνται τα μονοπάτια πάνω στο μέσο. Η πληροφορία αυτή χρησιμεύει στην ακριβή τοποθέτηση των κεφαλών. Με τον τρόπο αυτό μπορούμε να έχουμε πολύ πυκνότερη τοποθέτηση μονοπατιών πάνω στο μέσο, άρα αυξημένη χωρητικότητα.
Το LS-120 συνδέεται είτε μέσω ενός καναλιού IDE είτε μέσω παράλληλης θύρας με τον προσωπικό υπολογιστή. Οι επιδόσεις του LS-120 είναι αρκετά βελτιωμένες σε σχέση με τον πρόγονό του τον οδηγό δισκέτας 3 ½’’. Ο μέσος χρόνος αναζήτησης των δεδομένων (seek time) είναι 70 ms έναντι 85 ms στην περίπτωση της δισκέτας, ενώ οι ρυθμοί μεταφοράς των δεδομένων φτάνουν τα 485 KB/sec.
4.9.12. Zip-Drives
Πρόκειται για μια συσκευή που μοιάζει πολύ με το LS-120. Το Zip drive δέχεται ειδικές δισκέτες μεγέθους 3 ½’’ και χωρητικότητας 100 MB.
Οι επιδόσεις του Zip drive είναι πολύ καλύτερες από αυτές του LS-120. Ο μέσος χρόνος αναζήτησης των δεδομένων είναι μόλις 29 ms ενώ η ταχύτητα μεταφοράς των δεδομένων φτάνει και τα 1,4 MB/sec.
4.9.13. Jaz-Drives
Οι συσκευές Jaz χρησιμοποιούν σκληρούς δίσκους αντί εύκαμπτες δισκέτες. Η χωρητικότητα των δίσκων αυτών είναι είτε 1GB είτε 2G.
Με μέσo χρόνο προσπέλασης των δεδομένων ίσο με 16 ms και μέσους ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων ίσους με 7 MB/sec, τα Jaz drives δεν υστερούν καθόλου σε σχέση με ένα σκληρό δίσκο με επιπλέον πλεονέκτημα το γεγονός ότι μπορούμε να αλλάξουμε τους δίσκους, που περιέχουν τα δεδομένα. Το μεγάλο μειονέκτημα των συσκευών αυτών είναι το πολύ μεγάλο κόστος των ανταλλακτικών σκληρών δίσκων καθώς και το γεγονός ότι οι δίσκοι αυτοί είναι αρκετά ευαίσθητοι στις συνθήκες του περιβάλλοντος.
Τι έμαθες:
• Η χωρητικότητα ενός αποθηκευτικού μέσου είναι ίση με το πλήθος των bytes που μπορούμε να αποθηκεύσουμε σε αυτό.
• Ο ρυθμός μεταφοράς δεδομένων μίας συσκευής ανάγνωσης / εγγραφής ενός αποθηκευτικού μέσου είναι ίσος με τον αριθμό των δεδομένων σε bytes που μπορεί να γράψει ή να διαβάσει η συσκευή αυτή στη μονάδα του χρόνου.
• Ο χρόνος προσπέλασης των δεδομένων είναι ίσος με το χρόνο που χρειάζεται η συσκευή ανάγνωσης / εγγραφής από τη στιγμή που θα δεχθεί μια εντολή ανάγνωσης / εγγραφής μέχρι να διαβάσει / γράψει το πρώτο bit.
• Οι δισκέτες 5 ¼’’ υπάρχουν σε δύο εκδόσεις με χωρητικότητες 360ΚΒ και 1.2ΜΒ αντίστοιχα.
• Οι δισκέτες 3 ½’’ υπάρχουν σε δύο εκδόσεις με χωρητικότητες 720ΚΒ και 1.44ΜΒ αντίστοιχα.
• Οι δισκέτες εσωτερικά διαθέτουν ένα εύκαμπτο μαγνητικό δίσκο πάνω στον οποίο γράφονται τα δεδομένα.
• Ο οδηγός δισκέτας διαθέτει δύο κεφαλές μία για κάθε πλευρά.
• Η οργάνωση των δεδομένων πάνω στη δισκέτα γίνεται σε μονοπάτια και τομείς.
• Οι σκληροί δίσκοι διαθέτουν πολλούς άκαμπτους δίσκους με επίστρωση μαγνητικού υλικού πάνω στον οποίο γράφονται τα δεδομένα.
• Συνήθως για κάθε δίσκο υπάρχουν δύο κεφαλές μία για κάθε πλευρά.
• Η οργάνωση των δεδομένων του σκληρού δίσκου γίνεται σε μονοπάτια και τομείς.
• Ως κύλινδρο ορίζουμε το σύνολο των μονοπατιών με την ίδια διάμετρο που βρίσκονται στους διαφορετικούς δίσκους ενώ σκληρού δίσκου. Προφανώς ο αριθμός των κυλίνδρων είναι ίσος με τον αριθμό των μονοπατιών.
• Οι κύλινδροι, οι κεφαλές και ο αριθμός των τομέων ανά μονοπάτι ορίζουν την εσωτερική δομή ενός σκληρού δίσκου.
Ορολογία
• Κεφαλή
• Ρυθμός μεταφοράς δεδομένων
• Χρόνος προσπέλασης δεδομένων
• Χρόνος αναζήτησης δεδομένων
• Μονοπάτι
• Τομέας
• Κύλινδρος
Έλεγχος γνώσεων
1. Όταν πλησιάσουμε ένα μαγνήτη σε ένα _______________ υλικό τότε αυτό μετατρέπεται σε μαγνήτη.
2. Εάν μετακινήσουμε ένα μαγνήτη κοντά σε ένα πηνίο, τότε στις άκρες του πηνίου εμφανίζεται _________ _________.
3. Οι δισκέτες 3 ½’’ έχουν χωρητικότητα ______ ή _______.
4. Για να γράψουμε δεδομένα σε μια δισκέτα πρέπει η εγκοπή προστασίας από εγγραφές να είναι __________.
5. Ο ________ _________ είναι η συσκευή που διαβάζει ή γράφει δεδομένα σε μια δισκέτα.
6. Ο χρόνος που χρειάζεται ο σκληρός δίσκος από τη στιγμή που του δίνουμε εντολή να διαβάσει ένα αρχείο μέχρι να διαβάσει το πρώτο bit είναι ίσος με το χρόνο ________ του συγκεκριμένου σκληρού.
7. Εάν ένας σκληρός δίσκος διαβάζει 1024 Bytes σε 1ms τότε ο ________ _________ των δεδομένων του συγκεκριμένου σκληρού είναι ίσος με 1000 ΚB/sec.
8. To LS-120 δέχεται ειδικές δισκέτες ______ με ________ 120 ΜΒ αλλά μπορεί να διαβάζει και τις απλές δισκέτες με χωρητικότητα _______ ή _____.
9. To ZIP δέχεται ειδικές δισκέτες ______ με _________ 100 ΜΒ και δεν μπορεί να διαβάζει τις απλές δισκέτες.
Πρόβλημα:
1. Με ένα ειδικό πρόγραμμα δίνουμε την εντολή στο σκληρό δίσκο να διαβάσει ένα αρχείο των 120 KB και να το μεταφέρει στη μνήμη. Μετά από χρόνο 60 ms το αρχείο βρίσκεται στη μνήμη. Εάν ο χρόνος προσπέλασης των δεδομένων για το συγκεκριμένο σκληρό είναι 4 ms, να υπολογιστεί ο ρυθμός μεταφοράς των δεδομένων.
