Материалы сайта
Это интересно
Эксплуатация накопителя на жестких магнитных дисках
1(4(3( Структурная схема устройства( Назначение составных частей( Принцип работы [pic] Рис. 1. Структурная схема НЖМД IDE AT. INDEX - сигнал вырабатываемый схемой управления шпиндельного двигателя за один оборот диска; START - разрешение на запуск шпиндельного двигателя; HD0-HDn - двоичный код выбора головки считывания/записи; RDDATARLL - данные чтения RLL; WRDATARLL - данные записи RLL; WF - сигнал вырабатываемый схемой записи при ошибке; WCLK - синхроимпульсы записываемых данных; WRDATA - данные записи в коде NRZ; LATE, EARLY - сигналы управления режимом предкомпенсации; DRUN - выход детектора поля синхронизации; RCLK - синхроимпульсы считываемых данных; RDDATA - считываемые данные в коде NRZ: RDGATE - строб чтения; WRGATE - строб записи; MALE - строб адреса управляющего микропроцессора; MRE - стоб чтения управляющего микропроцессора: MWE - стоб записи управляющего микропроцессора; DO-D7 - внутренняя шина данных накопителя; MCINT - сигнал прерывания от однокристального микроконтроллера; /ОЕ - строб чтения для буферного ОЗУ; /WE - строб записи для буферного ОЗУ; HDO-HD15, НАО-НА2, /CS0, /CSI, /HIOW, /HIOR, /IOCS16, IRQ14, RESET - интерфейсные сигналы. Схема управления шпиндельным двигателем. Шпиндельный двигатель НЖМД IDE AT как правило трехфазный, это обеспечивает более стабильную скорость вращения, что особенно важно при повышенной плотности записи. По этой же причине у таких двигателей, как правило, три датчика Холла, что позволяет микросхеме управления шпиндельным двигателем точнее подстраивать скорость вращения диска. Более высокие требования к схеме управления шпиндельным двигателем связаны не только с повышенной плотностью записи НЖМД IDE AT, но и с тем, что такие НЖМД имеют малые габариты, в них применяют 3-х дюймовые диски, из-за этого механическая система шпиндель-магнитные диски имеет небольшую инерционность, что с одной стороны, позволяет более быстрее раскручивать и останавливать магнитные диски, но с другой такая механическая система сильнее подвержена детонации. В большинстве накопителей, с соленойдным приводом магнитных головок, для обеспечения обратной связи микросхемы управления шпиндельным двигателем и самим шпиндельным двигателем вместо датчиков Холла используется встроенная сервисная информация она используется не только для позиционирования магнитных головок, но и для стабилизации скорости вращения шпиндельного двигателя. В таких НЖМД при подаче питающего напряжения шпиндельный двигатель раскручивается в форсированном режиме без анализа скорости вращения магнитных дисков. После этого специальная схема, из формата сервисной информации, выделяет импульсы-сервометки, которые подаются на микросхему управления шпиндельным двигателем, по этим импульсам и происходит дальнейшая стабилизация скорости вращения. Отличительной особенностью таких накопителей является наличие всего трех проводников (фаз управления), идущих к шпиндельному двигателю. В первых моделях НЖМД IDE AT скорость вращения магнитных дисков составляла, как правило 16,6 мс в современных моделях НЖМД, при применении высокопроизводительных однокристальных контроллеров, для повышения скорости обмена, скорость вращения значительно увеличена и достигает 8 мс в 1 Гбайтных моделях. Практически во всех моделях НЖМД IDE AT разрешение на запуск двигателя подается с управляющего микропроцессора, после его инициализации, поэтому шпиндельный двигатель может останавливаться при появлении интерфейсного сигнала RESET, более в некоторых накопителях фирмы Seagate запуск шпиндельного двигателя производится только после полной внутренней диагностики накопителя. Схема управления позиционированием. В НЖМД IDE AT применяют систему позиционирования, как с шаговым двигателем, так и с соленоидным приводом (звуковой катушкой), причем в последнее время система позиционирования с соленоидным приводом практически полностью вытеснила систему позиционирования с шаговым двигателем. Это связанно, прежде всего, с такой характеристикой НЖМД, как среднее время доступа. Второй причиной является все увеличивающаяся плотность записи, за счет увеличения количества цилиндров на рабочей поверхности и как следствие уменьшение расстояния между двумя соседними дорожками. В современных НЖМД применяют системы сбалансированного ротационного позиционирования, которые более надежны и занимают значительно меньше места по сравнению с линейными, используемыми на первых моделях НЖМД. В накопителях с соленоидным двигателем, для размещения сервисной информации (необходимой для позиционирования магнитных головок) используется два типа СИ: 1. СИ на отдельной (выделенной) поверхности (dedicated surfase); 2. Встроенная СИ (embedded). Последняя в свою очередь подразделяется на СИ расположенную между секторами и СИ встроенную в формат. К первой относятся такие модели, в которых количество сервометок на дорожке точно соответствует количеству секторов накопителя и расположены они строго между секторами. Причем количество сервометок на дорожке меняется в соответствии с зонным распределением. В более современных накопителях используется СИ встроенная в формат. При этом количество сервометок на всех дорожках одинаково и равно. В таких накопителях формат не привязан к сервометкам и дорожку можно отформатировать на различное количество секторов. Причем когда встречается сервометка, физический формат прерывается (даже если встречается поле данных) и продолжается только после ее идентификации. В первых НЖМД IDЕ АТ с шаговым двигателем использовалось обычное фазовое управление шаговым двигателем которое заключается в том, что для перемещения на заданную дорожку к фазам шагового двигателя необходимо приложить последовательно дискретные напряжения, при этом вал двигателя провернется на заданным угол. Никакой обратной связи о положении головок такая система не имела и емкость накопителей которые использовали такой принцип позиционирования не превышала 40 Мбайт. В более поздних НЖМД с шаговым двигателем стали использовать широтно- импульсное фазовое управление. В таких накопителях применяется встроенный сервоформат и поэтому они занимают промежуточное положение между накопителями с шаговым двигателем и накопителями с соленоидным приводом. Идея широтно-импульсного фазового управления заключается в следующем: после перемещения магнитных головок на заданную дорожку происходит подстройку шагового двигателя на максимальную амплитуду считанной сервисной информации и только после этого происходит считывание или запись данных. Для перемещения магнитных головок на один цилиндр управляющий микропроцессор подает на контроллер ШИФУ код m, что приводит к перемещению МГ приблизительно на один цилиндр, после этого микропроцессор считывает код n со схемы выделения сервометок и сравнивает этот код с эталонным значением. При несовпадении кода (вследствие смещения с дорожки) производится корректировка кода m и процесс повторяется. Системы управления с соленоидным двигателем (звуковой катушкой) являются самыми сложными, но благодаря появлению однокристальных сервомодуляторов стало возможным использование соленоидного привода в недорогих, массовых моделях НЖМД. В настоящее время практически все производители накопителей стали использовать именно соленоидный двигатель для систем позиционирования. Принцип построения системы с выделенной сервоповерхностью заключается в следующем: При изготовлении гермоблока накопителя на одну из поверхностей (обычно это самая нижняя поверхность пакета дисков) записывается специальная сервисная информация. Магнитная головка, которая работает только на чтение, постоянно считывает сервисную информацию. СИ усиленная и отфильтрованная поступает в серводемодулятор, где расшифровывается и затем определяется действительное положение блока магнитных головок. На основании полученной информации подается воздействие на устройство управления соленоидным двигателем. Таким образом осуществляется слежение с помощью устройства тонкой регулировки. Другая задача системы позиционирования заключается в создании токового импульса, в каждом конкретном случае при переходе за пределы дорожки. Инициатором такого импульса является управляющий микропроцессор, который указывает сервоконтроллеру номер необходимой дорожки. На основании этого сервоконтроллер передает код необходимого токового импульса в схему управления позиционированием, где с помощью ЦАП формируется его точная величина. Для перемещения на заданную дорожку схема управления позиционированием должна сформировать токовый импульс. После перемещения включается система тонкого регулирования, для точной подстройки на дорожку. В зависимости от длинны перемещения вводится понятие класса позиционирования по которым формируются токовые импульсы перемещения. Чем больше классов позиционирования у накопителя тем быстрее накопитель находит нужную дорожку. В современных накопителях количество классов позиционирования равно количеству серводорожек накопителя - при этом каждой длине перемещения соответствует свой определенный токовый импульс. Совершенно иным способом размещается сервоинформация при использовании принципа «Embedded servo». При изготовлении гермоблока сервисная информация записывается на каждой рабочей поверхности - метками. В качестве стандартного исполнения широко применяется формат «микро- магнум». Сервосистема работает подобно системе с выделенной сервоповерхностью. Отличия заключаются в том. что сервисная информация, находящаяся между секторами, выделяется из потока данных накопителя и поступает порциями. Поэтому после перемещения на требуемый цилиндр ( даже при переключении головки) необходимо пропустить несколько секторов для точной подстройки на дорожку. При выполнении операции записи/чтения, для того чтобы не была затерта сервометка. сигнал записи в канал поступает от сервоконтроллера только после того. как полностью считана и идентифицирована сервометка. При ее чтении сервоконтроллер формирует секторные импульсы SEC/DR UN которые поступают на однокристальный микроконтроллер. Канал считывания/записи. Важной особенностью современных HDD является применение зонно-секционной записи (ZBR), при которой все дисковое пространство разбивается на зоны и в каждой зоне записывается определенное количество секторов на дорожку. Количество зон на 3-х дюймовых магнитных дисках может достигать 20, а количество секторов в зонах, в зависимости от емкости, колеблется от 90- 140 в самой первой зоне и плавно уменьшается до последней, где может достигать 40 - 70. Такой метод еще называют методом с постоянной плотностью записи. Естественно что канал считывания/записи такого накопителя должен работать : на различных частотах, при этом первая зона работает на самой высокой частоте и обеспечивает наибольшую скорость считывания данных. Для коррекции частотной характеристики канала в таких накопителях используют перестраиваемые цифровые фильтры. В НЖМД IDE AT применяют процессоры чтения данных с АРУ, поддерживающие кодирование RI.L. В качестве коммутаторов предварительныx усилителей чтения/записи для ферритовых МГ применяют хорошо зарекомендовавшие себя микросхемы 32R117, 32R510, 32R4610, для тонкопленочных МГ - 32R520, 32R522, 32R2020 и др. Сепаратор данных и предкомпенсация записи. Сепаратор данных и схему предкомпенсации записи очень часто делают на одном кристалле, хотя между собой они практически не связаны и функционнруют совершенно раздельно. Основное назначение сепаратора данных состоит в очистке цифрового сигнала от шумов при чтении и выделении сигналов синхронизации RCLK. Однокристальный микроконтроллер. Однокристальный микроконтроллер является наиболее сложным элементом НЖМД IDE AT и является определяющим в скорости обмена данными между НЖМД и HOST. Микроконтроллер имеет четыре порта, с помощью которых он подключается к HOST, локальному микропроцессору, RAM буферу и каналу обмена данными с НЖМД. Микроконтроллер представляет собой конечный автомат управляемый со стороны локального микропроцессора, со стороны HOST доступны только стандартные регистры файла задания. Программирование однокристального микроконтроллера производиться на этапе инициализации со стороны локального микропроцессора при этом происходит настройка на один из трех методов кодирования MFM, RLL или NRZ. выбирается режим CRC или ЕСС, устанавливается режим гибкого или жесткого разбиения на сектора (гибким режим используется в НЖМД IDE AT с зонно-секционной записью). Контроллер управления НЖМД является самой сложной частью однокристального микроконтроллера и представляет собой конечный автомат, выполняющий функции: - поиск адресного маркера: - чтение сектора: - чтение всех секторов на дорожке: - запись сектора: - запись всех секторов на дорожке: - запись идентификатора: - форматирование одного сектора; - форматирование дорожки. Управление контроллером НЖМД осуществляется с помощью регистров управления, доступных со стороны локального микропроцессора. Интерфейс IDE AT. Организация интерфейса IDE AT. Термин IDE (Imbedded Drive Electronics) - определяет любой интерфейс системного уровня, аббревиатура AT означает, что системой является компьютер IBM AT или совместимый с ним. Интерфейс IDE был преложен в 1988 г. для пользователей компьютеров IBM PC/XT и AT. Отличительной особенностью этого интерфейса является реализация функций контроллера на плате НЖМД. Несмотря на широкое использование этого интерфейса в компьютерах IBM AT, стандартизован он только в 1990 г. под названием АТА (ANSI ХЗТ9.2/90-143). В данном приложении описываются основные команды интерфейса АТА, кроме них стандарт АТА содержит ряд дополнительных команд используемых не всеми HDD: - мультисекторные команды передачи данных Read Multiple, Write Multiple, Set Multiple: - команды передачи данных в режиме DMA Read DMA, Write DMA: - энергосберегающие команды (Power Mode) - Sleep, Idle, Standby, Idle lmnaediate. Standby Immediate: - команды настройки режимов работы накопителя (Set Features). Плата, которая включается между системной шиной компьютера и НЖМД, выполняет функции дешифратора базовых адресов контроллера и формирователя интерфейсных сигналов. В стандарте IDE AT могут быть подключены два НЖМД, MASTER и SLAVE. ----------------------- КП 2202.512.19 ПЗ Лист Дата Подпись №докум. Лист Изм. Лист Дата Подпись №докум. Лист Изм. КП 2202.512.19 ПЗ Лист КП 2202.512.19 ПЗ Дата Подпись №докум. Лист Изм. КП 2202.512.19 ПЗ Лист Дата Подпись №докум. Лист Изм. КП 2202.512.19 ПЗ Лист Дата Подпись №докум. Лист Изм. КП 2202.512.19 ПЗ Лист Дата Подпись №докум. Лист Изм. КП 2202.512.19 ПЗ Лист Дата Подпись №докум. Лист Изм.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33