55.10.1. МАГНИТНЫЕ НОСИТЕЛИ

 
  THIS SECTION IS UNDER CONSTRUCTION  
 

  
  Жесткие диски и дискеты 
 

  
  Физические основы 
 
при движении проводника в магнитном поле возникает ток:
  


	магнитные домены
	сильным магнитным полем перемагничиваем

	продольный/поперечный формат записи

	Write-precompensation:
	При записи затрагиваются соседние домены
	поэтому делаем общий ток записи такой, что бы иметь нужный
	результат.



Повышение производительности:
	Увеличение плотности записи
		Магнито-резистивные головки
	   ZBR (Zone Block Recording)
	Увеличение частоты вращение диска.
	Interleave (сейчас неактуально, потому что cache).
	Cache  (обычно кэшируется track или больше).
	Pre-fetch
	Tuning logical to physical translation.
	Reording request  (SCSI)
	RAID



  
  Плотность записи 
 

  

  


Average_Seek_Time = Time_to_seek_from_0_track_to_half_of_disk +
		    0.5 * Time_of_disk_one_rotation


  

  

TPI = Tracks per Inch (треков/дюйм)
BPI = Bit per Inch    (битов/дюйм)  Линейная плотность записи.

  


На носитель нужно записывать данные с правильной плотностью - иначе
возникают проблемы (например при увеличении плотности - peak shift)
  





  
  Структура носителя 
 

  


Жесткий диск:
  


  


  


  



  


  

  


  


  


  



  



Так выглядит поверхность:
(справа аллюминивая, слева стекло)
  


Состоит как правило из нескольких блинов (пластин).
На каждой пластине 2 поверхности.

Трек - круглая дорожка на одной поверхности для операций над которой не
       надо двигать головку.

Цилиндр - совокупность треков на всех поверхностях для операций над которыми
	не надо двигать головку.

Сектор - минимальная единица чтения/записи

  


Высота полета головки
  

  


  


  





  
  Запись и чтение 
 
  


  

Это работа магнитной головки, в зависимости от тока протекающего через
головку домены в носителе намагничеваются в ту или иную сторону.

Что происходит при записи?
  

  

  


Что происходит при чтении?
  

  

  




Примеры различных модуляций:
  





  
  FM модуляция 
 
FM - Frequency modulation
FM = RLL 0,1

                Data	Code
		0	10
		1	11

	Data bit at center of bit cell
	Clock bit at leading edge of cell
  





  
  MFM модуляция 
 
MFM - Modified Frequency Modulation
MFM = RLL 1,3

		Data	Code
		0	X0      (X = 1 if this and previous data = 0)
		1	01

	Data bit at center of bit cell
	Clock bit at leading edge if:
		no data in previous bit cell
		no data in current bit cell

  





  
  MMFM модуляция 
 
MMFM = More Modified MFM
		Data	Code
		0	X0
		1	01

		
	Data bit at center of bit cell
	Clock bit at leading edge if:
		no data or clock in previous bit cell
		no data in current bit cell



  
  RLL кодирование 
 
RLL 1,7 (Run Length Limited)
		NRZ Data	Code
		01		X00
		10		010
		11		X00
		0001		X00001
		0010		X00000
		0011		010001
		0000	        010000

RLL 2,7 (Run Length Limited)
		NRZ Data	Code
		000		000100
		10		0100
		010		100100
		0010		00100100
		11		1000
		011		001000
		0011		00001000

RLL 2,7 дерево:
  


Сравнение: MFM и RLL
  

Основная идея:  Время мы можем мерить очень точно.
		А вот короткие магнитные переходы делать трудно.
		Поэтому мы кодируем данные так, что бы было как можно	
		меньше переходов

BPI (Bit per Inch) при одинаковой FCI (Flux Changes per Inch)
	FM		1
	MFM		2
	RLL 1,7		2.54	
	RLL 2,7		3


Еще существует ARLL (Advanced RLL) (RLL 3,9) но от его использования отказались, 
т.к низкая надежность для соответсвующего уровня техники.
 



PRML

(Partial Response, Maximum LikeHood)
Сейчас вовсю используют PRML для распознования доменов.
Вместо того чтобы выбирать пиковые значения для напряженности магнитного
поля c помощью аналоговых схем.
DSP обрабатывает данные с диска и строит наиболее правдоподобные места
для границ доменов по аналоговым данным собранным с головки.
В результате повышается точность, что позволяет уменьшить размеры доменов.


  

  





  
  Многослойная поверхность 
 

Это позволяет локализировать разлет магнитного поля и как следствие
увеличивает плотность записи.
  





  
  Перпендикулярная запись 
 

Один из методов повышения плотности - это перпендикулярная запись.
Дискеты ED 2.88MB 3.5" использовали именно ее.
Кроме того сейчас Toshiba стала ее использовать в HDD.

  


Идея перпендикулярной записи в создания магнитного поля не паралельного
а перпендикулярного плоскости media, и соответсвенно формирование не
горизонтальных, а вертикальных магнитных доменов. (+ надо увеличить
толщину магнитного слоя)
Как результат количество доменов на единицу площади возврастает.

Вообщето имеется два типа перпендикулярной записи.
Тип I содержит еще нижний слой намагничеваеммый паралельно,
Тип II содержит только перпендикулярный слой:
  


  






  
  Магниторезестивные головки 
 

  


MR-головки
магниторезистивные головки (Magneto Resistive) придуманы IBM,
позволили повысить плотность записи.
  

MR-головка является гибридом двух головок:
Для записи используется обычная индуктивная тонкопленочная головка,
для чтения используется магниторезистивный эффект: 
через головку (тоже тонкопленочную) постоянно течет ток, в зависимости 
от намагниченности областей над которыми двигается головка изменяется 
ее сопротивление (совсем немного порядка 5%).
[тонкопленочные головки делают методом фотолитографии как микросхемы]

MR Head:
  


GMR Head:
  


  




  
  Позиционирование 
 
Как находится нужная дорожка?

Жесткие диски:

используются сервокоды для точного наведения на дорожку.
Сервоповерхность (одна сторона одного блина - полностью сервокоды).
Недостаток - очень много места.


Сервокоды в начале трека:
(недостаток - слишком медленно)
  


Сервокоды размазаны по диску.
  


  


  

  

  


  

  

  


  


  

  


  





  
  Wipe 
 

  

  



  





Сокращение накладных расходов

  


GAP занимает место. Увеличиваем размер физического сектора
Общее число места занятое GAP уменьшается

  


То же самое с ID полями для секторов
Все равно читаем track. (NOID)

  





Дискеты:
Малая плотность - позиционирование на дорожку осуществляется
шаговым двигателем. 
Что бы можно было многократно писать головка состоит из трех частей:
собственно пишищая и две стирающих которые стирают по бокам трека:
  




  
  Формат сектора 
 

	Sectoring
	/      \
       Hard    Soft

Hard-sectoring применялся в 8" Floppy-disk
  


  



Синхронизация
Идентификация
Данные
Корректирующие коды
Gap (скорость не стабильна)

  




Сокращение накладных расходов

Увеличение размера физических секторов
NOID сектора



Ток при старте
  





Отказы дисков
  







For more information see:
"Inside Storage and Filesystems" by PHG
[ SSDEV.CHM ]