Накопители информации
Накопители информации на гибких магнитных дисках
В качестве накопителей информации используются внешние ЗУ, которые реализуются в виде соответствующих технических средств для хранения информации. Все накопители, применяемые в персональном компьютере, по конструктивному исполнению унифицированы. Их типоразмеры стандартизованы: наиболее жестко задается ширина и высота устройств, глубина ограничена только максимально допустимым значением. Такая стандартизация необходима для унификации конструктивных отсеков корпусов персональных компьютеров. Рассмотрим последовательно каждый из этих носителей.
Накопители информации на гибких магнитных дисках (НГМД) относятся к внешним ЗУ и предназначены для долговременного хранения относительно небольших объемов информации. НГМД относятся к ЗУ с прямым (произвольным) доступом к данным, хранящихся на магнитном диске. Конструктивно НГМД состоит из дисковода (Floppy Disk Drive – FDD) и магнитного носителя информации (гибкого магнитного диска, называемого также дискетой). НГМД подразделяются на внутренние, устанавливаемые в системный блок компьютера, и внешние (переносные) по отношению к системному блоку. Внешние НГМД в основном используются для портативных компьютеров и отличаются лишь конструктивным исполнением. Принцип их действия ничем не отличается от внутренних НГМД. Подключаются внешние НГМД к ПК аналогично внешним НЖМД.
Современные дисководы предназначены для записи и считывания информации с дискет размером 3,5" (89 мм) и с заявленным объемом неформатированной дискеты 1,44 Мбайт. Подключается НГМД к системной магистрали ПК через соответствующий контроллер.
Запись и считывание информации в НГМД реализуются электромагнитным способом. В основе этого способа лежит взаимодействие магнитного носителя информации (дискеты) и магнитных головок – миниатюрных электромагнитов, располагаемых у поверхности движущегося магнитного носителя с небольшим зазором при бесконтактном способе записи и считывания информации или без зазора при контактном способе. Магнитные головки входят в состав дисковода. В процессе записи информации на магнитные головки дисковода поступают последовательности электрических импульсов (соответствующих последовательности логических единиц и нулей), которые создают в головках магнитное поле. В результате происходит последовательное намагничивание (логическая единица) или ненамагничивание (логический нуль) участков поверхности диска. При считывании информации намагниченные участки носителя вызывают в магнитных головках дисковода импульсы электрического тока (явление электромагнитной индукции), которые через контроллер дисковода передаются в системную магистраль и далее – в оперативное запоминающее устройство компьютера.
Конструктивно дисковод состоит из большого числа механических и электронных компонентов и включает в себя следующие узлы и блоки:
• электрический двигатель, который автоматически включается при установке дискеты в дисковод. Двигатель обеспечивает постоянную скорость вращения дискеты 300 об./мин;
• шаговые двигатели, предназначенные для перемещения и позиционирования магнитных головок;
• магнитные головки. Обычно их две, так как дискеты двусторонние и одна головка предназначена для верхней, а другая – для нижней поверхности дискеты;
• электронный блок, обеспечивающий преобразование, согласование и передачу электрических сигналов.
В качестве носителя информации в НГМД используется дискета. С помощью дискет можно хранить данные или переносить их с одного компьютера на другой. Дискета представляет собой конструктивный узел, основным элементом которого является круглый полимерный диск. Диск покрыт с обеих сторон магнитным материалом (магнитный окисел) с большой остаточной намагниченностью. Диск помещен в пластиковую упаковку, на внутреннюю поверхность которой нанесено очищающее покрытие. В упаковке с двух сторон сделаны радиальные прорези, через которые магнитные головки дисковода получают доступ к диску. Эти радиальные прорези в нерабочем состоянии дискеты закрыты специальной металлической защелкой, которая отодвигается при установке дискеты в дисковод. При установке в дисковод дискета автоматически в нем фиксируется, после чего раскручивается до частоты вращения 300 об/мин. В дальнейшем, если дискета не удалена из дисковода, дискета вращается только при обращении к ней, о чем свидетельствует загорающийся индикатор на передней панели дисковода. Для удаления дискеты на дисководе имеется специальная кнопка, при нажатии которой дискета выдвигается. На дискете есть специальный переключатель-защелка, разрешающий или запрещающий запись на дискету. Запись на дискету запрещена, если отверстие закрыто, и разрешена, если открыто. Кроме того, на дискеты наносится маркировка, которая включает в себя фирму-изготовителя, формат записи и т. д. Например, если на дискете нанесена маркировка 2HD IBM FORMAT, то это означает, что запись производится с двух сторон дискеты с высокой плотностью записи (2HD – Double Sided/High Density) и дискета отформатирована фирмой-изготовителем в соответствии с форматом фирмы IBM.
Для записи данных на дискету и считывания с нее дискета должна быть предварительно отформатирована, т. е. на магнитном диске дискеты должна быть создана физическая и логическая структура.
Формирование физической структуры магнитного диска состоит в создании на диске концентрических магнитных дорожек (треков), которые в свою очередь делятся на сектора. Для этого в процессе форматирования диска магнитные головки дисковода записывают в определенных местах магнитного диска служебную информацию (информационные метки) о дорожках и секторах. Форматирование диска может быть реализовано с помощью специальных компьютерных программ. В ОС Windows ХР имеется программа, позволяющая осуществить форматирование магнитного диска дискеты. Для этого необходимо открыть папку «Мой компьютер», курсор мыши перевести на раздел устройств со съемными носителями и далее на диск 3,5" (А:). С помощью правой кнопки мыши вызвать контекстное меню и щелчком левой кнопки мыши активизировать команду «Форматировать». На экране монитора компьютера появится диалоговое окно «Формат Диск 3,5 (А:)», представленное на рис. 6.5.
Рис. 6.5. Диалоговое окно «Формат Диск 3,5 (А:)»
С помощью этого окна можно задать параметры форматирования: емкость диска, файловую систему, размер кластера, метку тома, а также способы форматирования (по умолчанию устанавливаются стандартные параметры форматирования). Затем, нажав кнопку «Начать», переходят к процессу форматирования. Существуют два основных способа форматирования гибких дисков: полное и быстрое форматирование. Полное форматирование (по умолчанию) включает в себя физическое и логическое форматирование. При физическом форматировании осуществляется проверка качества магнитного покрытия диска и его разметка на дорожки и сектора. При логическом форматировании создаются каталог и таблица размещения файлов. Однако необходимо помнить, что при полном форматировании диска данные, хранящиеся на нем, будут безвозвратно потеряны. Быстрое форматирование (необходимо установить метку «Быстрое (очистка оглавления)») осуществляет очистку каталога и таблицы размещения файлов. При этом сами данные сохраняются и с помощью специальных компьютерных программ каталог и таблицу размещения файлов можно восстановить.
После стандартного форматирования параметры гибкого диска 3,5" будут следующими:
• количество дорожек на одной стороне – 80;
• количество сторон – 2;
• количество секторов на дорожке – 18;
• информационный объем одного сектора – 512 байт.
На рис. 6.6 представлена условная поверхность магнитного диска после форматирования.
Рис. 6.6. Условная поверхность магнитного диска после форматирования
После форматирования магнитного диска на него могут быть записаны данные. Данные записываются на дорожках, представляющих набор концентрических колец. Каждая дорожка имеет ту же ширину, что и магнитная головка. На поверхности диска при стандартном форматировании диска размещается 80 дорожек. Соседние дорожки на диске разделены промежутками (интервалами). Это значительно уменьшает возникновение ошибок, вызванных некорректным положением головки или простой интерференцией магнитных полей. На каждой дорожке при записи сохраняется одинаковое количество битов. Следовательно, плотность записи в битах на единицу длины возрастает при переходе от внешней дорожки к внутренней. Данные записываются на диск и считываются с него блоками. Информационный объем блока меньше, чем информационный объем дорожки. Соответственно, данные сохраняются в областях, имеющих информационный объем, равный информационному объему блока, которые называются секторами. На одной дорожке при стандартном форматировании располагается 18 секторов фиксированного объема, равного 512 байт. Во избежание ошибок соседние секторы на дорожке также разделены промежутками (интервалами).
Логическая структура гибкого диска определяется файловой системой FAT и представляет собой совокупность секторов объемом 512 байт, при этом информационный объем сектора соответствует информационному объему кластера, т. е. количество секторов равно количеству кластеров на гибком диске. Сектора диска имеют свои порядковые номера от 1 до 2880. Общее количество секторов на диске равно N = 18 80 2 = 2880, и минимально адресуемым элементом диска является сектор. При записи файлов на диск будет занято всегда целое число секторов, т. е. минимальный объем файла будет соответствовать одному сектору (512 байт), а максимальный – общему объему секторов на диске. Файлы при записи будут размещаться в свободных секторах, которые могут выбираться файловой системой на различных дорожках. Таким образом, файл с именем, например, «Файл_1» и объемом 4 Кбайта может занимать любые свободные 8 секторов (например, 34, 36, 37, 41, 43, 44, 53, 67). Для поиска файлов по их имени на гибком диске файловая система автоматически создает каталог, представляющий собой реляционную (табличную) базу данных и таблицу размещения файлов. Приблизительный вид такого каталога представлен в табл. 6.7.
Таблица 6.7
Полная информация о секторах, которые занимают файлы, находится в таблице размещения файлов (FAT). Например, для файла с именем «Файл_1» в FAT будет прописана цепочка его размещения в секторах диска: в начальном секторе 34 хранится адрес следующего сектора 36, в 36 – адрес 37 и т. д. В последнем секторе этой цепочки записывается метка конца файла. Для размещения каталога и таблицы FAT на гибком диске отводятся сектора с 2 по 33. Первый сектор отводится под размещение загрузочной записи ОС. Таким образом, на каждой дискете 33 сектора (объем 16,5 Кбайт) используются для записи служебной информации, остальные 2847 сектора – для записи информации пользователем.
Таким образом, логическая структура гибкого диска, создаваемая файловой системой, выделяет определенное количество секторов для выполнения служебных функций, размещения файлов и каталогов на гибком диске.
Перечислим основные характеристики НГМД:
• объем памяти (заявленная информационная емкость) 1,44 Мбайт;
• время доступа, т. е. интервал времени между моментом, когда микропроцессор запрашивает данные с диска, и моментом их выдачи. Среднее время доступа составляет около 100 мс;
• средняя скорость считывания и записи информации, составляет 55 Кбайт/с;
• скорость вращения дискеты – 300 об./мин.
Для записи или считывания информации с гибкого диска его необходимо правильно установить в прорезь дисковода, для этого на пластиковой упаковке магнитного диска нанесена метка в виде стрелки, показывающая, какой стороной необходимо вставить дискету в прорезь дисковода.
Для считывания информации (открытия файлов), находящейся на дискете, можно воспользоваться двумя способами.
Первый способ основан на использовании специальных (служебных) программ, называемых менеджерами файлов. К таким программам относятся программы «Проводник» в ОС Windows ХР, Total Commander, FAR Manager и т. д. После запуска программы «Проводник» [Кнопка «Пуск» – Программы – Стандартные – Проводник] на экране появляется окно данной программы, где в строке «Адрес:» должна быть произведена запись «А: \», которую можно ввести с клавиатуры или с помощью мыши, произведя щелчок левой кнопкой мыши в папке «Мой компьютер» на диске 3,5 (А:). В правой части окна проводника при этом будут отображены файлы имеющиеся на данном диске (рис. 6.7). Двойной щелчок левой кнопкой мыши по пиктограмме любого из файлов (см. рис. 6.7) приведет к его открытию.
Рис. 6.7. Окно программы «Проводник» при считывании информации с дискеты
Второй способ основан на использовании того приложения (программы), с помощью которого данный файл был создан. Для его реализации необходимо запустить программу (например, MS Word) и выполнить команду [Файл – Открыть…], в появившемся окне приложения «Открытие документа» необходимо выбрать нужный файл, щелкнув на нем левой кнопкой мыши, и нажать кнопку «Открыть» или произвести двойной щелчок левой кнопкой мыши по выбранному файлу.
Для записи информации на гибкий диск ее необходимо предварительно представить в форме электронного документа, т. е. использовать ту или иную компьютерную программу, а затем сохранить ее на гибком диске, выполнив команду [Файл – Сохранить как…]. В появившемся окне приложения «Сохранение документа» задать в строке «Папка:» адрес, где будет сохранен документ – «АД», а затем присвоить ему соответствующее имя.
Если электронная форма документа уже есть на другом внешнем ЗУ и его необходимо записать на гибкий диск, то можно воспользоваться для этого (например) программой «Проводник». В этом случае необходимо выделить нужный для записи на магнитный диск файл, щелкнув по нему левой кнопкой мыши, а затем, щелкнув правой кнопкой мыши, вызвать контекстное меню и выполнить команду [Копировать]. После этого в строке «Адрес:» задать адрес гибкого диска «А: \» и выполнить команды [Правка – Вставить] или [Вставить], воспользовавшись контекстным меню программы «Проводник».
Для удаления ненужных файлов и папок с НГМД их необходимо выделить с помощью левой кнопки мыши, а затем нажать на клавиатуре клавишу Delete или можно с помощью правой кнопки мыши вызвать контекстное меню и выполнить команду [Удалить]. После подтверждения удаления файлов или папок они будут удалены с НГМД и восстановить их будет невозможно.
