5.10. Внешняя шина eSata (External Serial ata)
eSATA является аналогом интерфейса встраиваемых жёстких дисков SATA, но созданным для подключения внешних устройств. Преимущества eSATA:
поддержка режима "горячей замены";
меньшая, по сравнению с USB или IEEE 1394 (FireWire), загрузка центрального процессора;
более высокая скорость передачи данных (до 3 Гбит/с против 480 Мбит/c у USB 2.0 и 800 Мбит/с у FireWire IEEE 1394b).
В отличие от SATA, предназначенного для подключения внутренних жестких дисков, длина сигнального кабеля eSATA увеличена с одного до двух метров. Стандарт шины eSATA - это дополнительные требования, предъявляемые к физическим и электрическим параметрам интерфейса Serial ATA, которые гарантируют надежное подключение внешних винчестеров. Для программного обеспечения и операционной системы жёсткие диски, подключенные по eSATA, не отличаются от винчестеров, установленных внутри системного блока. Поэтому, не нужны специальные драйверы и утилиты. Скорость работы, соответственно, сохраняется на том же уровне: 1.5 Гбит/с (около 150 Мб/с) для первой реализации Serial ATA и 3 Гбит/с (300 Мб/с) - для SATA II.
Стандарт интерфейса eSATA вводит новый тип кабеля и разъёмов. На кабеле добавлен дополнительный слой экранирования, увеличена глубина вилки и розетки, обеспечено их экранирование и надежное зацепление с помощью пружинных защелок. Чтобы не допустить случайного подключения стандартного кабеля в разъем eSATA и наоборот, изменена форма, ширина разъема, добавлен ключ (защита "от дурака"). Новый разъем рассчитан уже на 5 тысяч рассоединений (по сравнению с 50-ю соединениями у обычного SATA-кабеля) и обеспечивает должную защиту от помех и электростатических разрядов. Питание внешних устройств по кабелю eSATA не предусмотрено. Для подключения внешних накопителей с поддержкой eSATA к компьютеру необходима дополнительная карта расширения PCI с соответствующими разъемами. На некоторых материнских платах впаивается дополнительная микросхема- контроллер eSATA. Поддержка каналов eSATA у чипсетов имеется в наборах системной логики компании Intel, имеющих южный мост начиная с ICH8.
6. Жёсткие диски
6.1. Устройство жёсткого диска
Современный компьютер невозможно представить без основного носителя информации - жесткого диска, ставшего одним из основных компонентов системы. Жесткие диски все чаще находят применение и в бытовых устройствах- цифровых видеомагнитофонах, карманных компьютерах, mp3-плеерах, в цифровых фотоаппаратах, поскольку только жесткий диск способен сегодня предоставить ёмкость, измеряемую сотнями гигабайт, при приёмлемой скорости работы, компактности устройства и цены хранения информации.
История жестких дисков началась в 1952 году, когда корпорация IBM предложила одному из своих ведущих инженеров, Рейнольду Джонсону, возглавить новую исследовательскую лабораторию. В те годы приоритетной задачей был поиск альтернативы чрезвычайно медленным перфокартам и магнитным лентам, требовались высокоемкие накопители информации с произвольным доступом. Результатом пятилетнего труда команды Рейнольда стало создание в 1955 году накопителя на жестких дисках IBM 350 Disk File.
Рис.6.1. Первый жёсткий диск - IBM 350 Disk File
Накопитель состоял из 50 дисков диаметром 24 дюйма, вращавшихся со скоростью 1200 об/мин. Среднее время доступа к произвольной ячейке составляло 1 с, плотность записи – 2 Кбит на квадратный дюйм, емкость – 5 Мбайт. Размер накопителя был сравним с двумя современными двухкамерными холодильниками. С тех пор плотность записи на пластины возросла более чем в 60 миллионов раз, достигнув 120 Гбит/дюйм2. Название "жёсткий диск" устойчиво ассоциируется с жаргонным названием "винчестер" у тех, кто имеет отношение к информационным технологиям, с 1973 года, когда компания IBM разработала жёсткий диск модели 3340, имевший неофициальное название "Винчестер". Это был 60-ти мегабайтный жесткий диск, состоявший из четырех 14-ти дюймовых пластин. В техническом задании на разработку диска было указано, что накопитель должен иметь 30 Мбайт стационарно установленных дисков и 30 Мбайт сменного модуля данных, поэтому сначала этому диску дали название 30/30, а затем руководитель проекта, Кен Хофтен (Ken Haughten) назвал его винчестером, поскольку широко известная в Америке магазинная винтовка О.Ф.Винчестера имела калибр 30-30. Эти цифры обозначали 30-й калибр (7,62 мм) с 30 гранами пороха (около 2 граммов). Со временем все жёсткие диски стали называть "винчестерами".
Рис. 6.2. Вид жёсткого диска изнутри.
Жёсткий диск представляет собой жёсткую плотно закрытую (но не герметичную) металлическую коробку, в которой размещены от 1 до 5-ти круглых пластин, которые крепятся на оси – шпинделе, вращающейся с высокой скоростью (5400- 15000 об/мин) с помощью электродвигателя, который расположен внутри той же коробки. Пластины (platters) обычно изготавливаются из алюминия, но некоторые фирмы используют стекло, пластик или керамику, менее подверженные температурным расширениям при сохранении необходимой жёсткости при вращении. На каждую пластину с обеих сторон нанесено специальное магнитное покрытие. Раньше магнитный слой создавали напылением оксида железа, сейчас используют гамма-феррит-оксид, изотропный оксид и феррит бария. Наибольшее распространение получили диски с напылением железа, кобальта или никеля. Это три химических элемента, обладающие магнитными свойствами. Лучшие магнитные свойства можно получить, используя сплавы этих веществ друг с другом и немагнитными веществами- особенно с редкоземельными. Запись/считывание информации на жёстких дисках осуществляется с помощью плавающих магнитных головок, которые имеют очень малую массу и при вращении диска поднимаются над его поверхностью на воздушной подушке, создаваемой аэродинамикой диска и формой магнитной головки. Очевидно, что подъемная сила зависит от давления воздуха на головки. Давление воздуха в диске, в свою очередь, зависит от внешнего атмосферного давления. Поэтому некоторые производители указывают в спецификации на свои устройства предельный потолок эксплуатации над уровнем моря (например, 3000 м). Толщина зазора между головкой и диском (Head Gap) очень мала, на современных жёстких дисках она составляет 10- 15 нм (меньше толщины человеческого волоса и даже меньше частицы сигаретного дыма). Уменьшение зазора позволяет увеличить плотность записи, а следовательно и информационную ёмкость диска.
Принцип записи информации на жёсткий диск в общих чертах схож с тем, как ведётся запись на магнитофоне. Цифровая информация преобразуется в переменный электрический ток, поступающий на магнитную головку, которая индуцирует магнитное поле, воздействующее на диск. Магнитное покрытие диска представляет собой множество мельчайших областей самопроизвольной (спонтанной) намагниченности, которые можно образно представить как много маленьких стрелок от компаса, направленных в разные стороны. Такие магнитные частицы-стрелки называются доменами. Под воздействием внешнего магнитного поля от магнитных головок собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с его направлением. После прекращения действия внешнего поля на поверхности диска образуются зоны остаточной намагниченности. Таким образом сохраняется записанная на диск информация. При чтении данных с диска, участки остаточной намагниченности, оказавшись при вращении диска напротив зазора магнитной головки, наводят в ней электродвижущую силу, изменяющуюся в зависимости от величины намагниченности.
Магнитные головки перемещаются от края вращающейся пластины к её центру с помощью линейного двигателя, устроенного наподобие катушки динамика, что обеспечивает быстроту срабатывания. На поверхности дисков в результате записи информации образуются намагниченные участки в форме концентрических окружностей. Они называются магнитными дорожками. Выполнив запись/чтение на одной дорожке, магнитные головки перемещаются на другую дорожку. Совокупность дорожек, расположенных одна под другой на всех пластинах диска, называют цилиндром.
К корпусу жёсткого диска обычно крепится печатная плата с электронной схемой, обеспечивающей нормальную работу диска. Она расшифровывает команды контроллера и передает их в виде изменяющегоcя напряжения на двигатель, перемещающий магнитные головки к нужному цилиндру диска. Электронная схема также стабилизирует вращение пакета пластин диска, вырабатывает сигналы для головок при записи и усиливает считываемые сигналы. К жёсткому диску обычно прикреплены два кабеля: 4-проводный кабель питания и многопроводный плоский кабель (шлейф) для обмена данными между жёстким диском и его управляющей схемой- контроллером.