Абзац
:: Поиск
:: ПоддерЖка ПрОекта
Webmoney:
  • Z610389805629
  • R427996570517
  • E023541002978
  • :: №21 (14.10.2004) ПрОсмотрОв: 6923

    Автор: Евгений Илясов.

    Рубрика: Читатель читателю.

    Номер: №21 (14.10.2004).



    IDE HDD на Sinclair. Часть 2. Теория, без которой практика мертва

    Если ничто другое не помогает, прочтите, наконец, инструкцию!

    (аксиома Кана)

    Теперь можно заняться тем, из-за чего все, собственно говоря, и затевалось, - непосредственно винчестером. Но прежде - небольшое отступление.

    Первое серийное устройство хранения данных с произвольным доступом, названное жестким диском, или винчестером, было выпущено компанией International Business Machines Corporation (IBM). Оставив в стороне домыслы и фантазии относительно подробностей происхождения и названия винчестерской технологии, обратимся к специальной литературе для профессионального использования [1]: Это название было дано способу конструирования дисководов, который использовался при создании вычислительных машин IBM 3340 и был впервые применен в 1973 году. Изобретенный способ позволил увеличить плотность записи до 300 дорожек на дюйм и 5600 бит на дюйм соответственно (у флоппи-дисководов - не более 96 дорожек на дюйм [2]). Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией и дисками заключены в герметический закрытый корпус. В винчестерской технологии применена особая конструкция головок, которые обладают весьма малой массой и в рабочем режиме прижимаются к поверхностям дисков (не касаясь их) с усилием всего лишь около 0,1 Н. Поверхности дисков имеют магниточувствительное оксидное покрытие (в современных разработках - металлическое тонкопленочное) толщиной около микрометра. При вращении дисков с номинальной частотой над их поверхностями образуется тонкий воздушный слой, который обеспечивает «воздушную подушку» для зависания магнитных головок на высоте долей микрометра над поверхостями дисков. Для предотвращения повреждения данных при повторяющихся подъемах и опусканиях головок эти операции обычно выполняются в специальной зоне дисков.

    Винчестерская технология была принята многими фирмами - изготовителями вычислительной техники и за прошедшее время технические и технологические параметры накопителей были значительно усовершенствованы. В 1980 году компания Seagate выпустила первую серийную модель жесткого диска с пластинами диаметром 5,25 дюйма. Этот накопитель был предназначен для использования в персональных компьютерах и имел информационную емкость 5 Мб.

    В заключение этого исторического экскурса приведем краткие сведения об устройстве и некоторых принципах работы винчестеров.

    Накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД, HDD) состоит из механической и электронной частей. Механическая составляющая винчестера - это диски с магнитным напылением, собранные в пакет и установленные на оси шпиндельного двигателя (как правило, - от одного до четырех дисков) и блок головок чтения-записи, заключенных вместе с дисками в пыленепроницаемый корпус (см. илл. 1). С начала 90-х годов все выпускаемые накопители имеют привод блока головок, который перемещает головки на нужные треки под действием магнитного поля (более ранние разработки поворачивают блок магнитных головок вокруг оси с помощью шаговых двигателей, - наподобие таких, какие применяются в накопителях на гибких магнитных дисках - НГМД, FDD). Такая конструктивная особенность позволяет достичь более высокой скорости позиционирования, но требует наличия следящей сервосистемы (то есть, - сервосистемы с обратной связью) для точного определения фактического угла поворота. Поэтому позиционирование блока головок относительно вращающегося диска (или пакета дисков) производится по записанной на нем же самом сервоинформации. Таким образом, подготовленная к работе поверхность диска содержит специальные сервометки - это так называемый низкоуровневый формат, включающий разметку секторов с их адресами и идентификаторами. В общем случае, уточнение насчет низкоуровневой разметки во многом справедливо также и для моделей винчестеров ранних выпусков, без следящих сервосистем. К этой теме еще предстоит вернуться, когда пойдет речь о высокоуровневой разметке винчестеров для обеспечения их функционирования под операционной системой iS-DOS.

    Электронная часть жестких дисков (контроллер), расположенная в основном на плате управления, несравнимо более сложная, чем в тех же флоппи-дисководах. В особенности это касается накопителей с современными «интеллектуальными» интерфейсами, в частности - IDE (Integrated Drive Electronics), о которых только и будет далее идти речь. Если в нескольких словах, то IDE - это реализация дисковых устройств с интегрированным контроллером, что позволяет уменьшить стоимость дисковых устройств и облегчить разработку их микропрограмм. Интерфейс ATA (AT Attachment) для подключения IDE-устройств, принятый в 90-х годах, оказался настолько удобным и экономичным, что его стандарты для работы с портами и по сей день используются для управления самым многочисленным семейством жестких дисков. По целому ряду причин винчестеры именно с интерфейсом IDE (ATA) оказались более других предпочтительны для совместной работы с Sinclair-совместимыми компьютерами (см., например, [3]).

    Встроенный контроллер представляет собой специализированный микрокомпьютер, состоящий из управляющего процессора с памятью, микросхем для управления двигателем и средствами кодирования и декодирования данных для сопряжения с внешним интерфейсом. Такой микрокомпьютер работает под управлением специального программного обеспечения, состоящего из нескольких модулей и образующего специализированную операционную систему. Рабочие программы контроллера частично хранятся в ПЗУ, а частично и на самих дисках, в специально отведенной для этого служебной области, недоступной для пользователя. Работа накопителя без загрузки этих программ в память контроллера невозможна. На служебных цилиндрах хранится и другая необходимая для работы винчестера информация. Считывание информации из служебной зоны производится при начальной инициализации накопителя, после подачи на него напряжения питания (рекалибровка), а также по мере необходимости, в процессе работы.

    При выключении питания контроллер накопителей (кроме ранних разработок) производит автоматическую парковку головок - перемещает их в специальную парковочную зону, не используемую для записи информации, где головки плавно опускаются на поверхность дисков. Автоматическая парковка осуществляется за счет энергии вращения пакета дисков, при этом шпиндельный двигатель используется в качестве электрического генератора.

    Дополнительную разнообразную информацию об устройстве и функционировании винчестеров, применительно к их использованию на Sinclair-совместимых компьютерах (хотя и сильно популяризированную), можно найти также в [4], [5].

    От правильного выбора винчестера может зависеть очень многое. Здесь следует обратить внимание на ряд взаимозависимых (а иногда и взаимоисключающих) характеристик, могущих в конечном итоге повлиять на состояние нервной системы пользователя и содержимое его кошелька. Это - цена устройства, его информационная емкость, энергопотребление, габариты и надежность. Попробуем рассмотреть их в комплексе.

    Накопители с интерфейсом IDE выпускаются уже достаточно давно и самые ранние модели, по причине своей относительно небольшой емкости, могут выглядеть очень привлекательными из-за сверхнизких цен на них. Но не советуем делать ставок на подобную «темную лошадку» - очень велика вероятность того, что она обернется «троянским конем». Эти винчестеры, помимо своего морального устаревания, имеют еще и близкий к предельному физический износ. Здесь речь идет об устройствах так называемой «половинной» (или, Боже упаси, «полной») высоты, с размерами, близкими к габаритам 5,25’’ дисководов. Надежность таких агрегатов невелика, а почти поголовное отсутствие автоматической парковки магнитных головок чтения-записи ставит под сомнение саму возможность более или менее продолжительного и надежного использования их на Sinclair. Хотя, по слухам, некоторые из таких экземпляров могут работать вполне надежно, но проверять это на собственной аппаратуре, пожалуй, вряд ли стоит. Как правило, большие габариты подобных «консервных банок» зачастую требуют перекомпоновки всей системы, что без острой на то необходимости крайне нежелательно. Значительный ток, потребляемый такими «утюгами» может потребовать умощнения или смены блока питания (опять перекомпоновка!). Так, например, «полноформатный» винчестер Seagate Technology ST4096, своими габаритами, массой и дизайном напоминающий британский дредноут конца XIX века, потребляет по линии 5 В ток в 1,5 А, а по линии 12 В - 4,0 А (!), что может «потянуть» даже не всякий «писюшный» блок питания. В любом случае, снижается помехоустойчивость и ухудшается температурный режим внутри корпуса. Известны случаи «самоликвидации» таких «древних» устройств, сопровождавшиеся пиротехническими эффектами при первом же подключении к синклеровскому блоку питания.

    Таким образом, будет разумнее избегать подобных приобретений, иначе запросто может получиться так, что за свои же деньги будет куплена постоянная головная боль: что теперь делать с этим «чудом техники»?

    При прочих равных условиях, если есть возможность выбора, лучше отдать предпочтение относительно новым винчестерам - с габаритами, близкими к 3,5’’ дисководам (так называемой, «дюймовой» высоты). Кроме скромных размеров, они, как правило, имеют наименьшие потребляемые токи - примерно на уровне тех же 3,5’’ дисководов (0,4...0,8 А). А широкий диапазон их емкостей с лихвой перекрывает любые пользовательские потребности в хранении значительных массивов данных и быстром доступе к ним (от 20 до 200 и более Мб).

    Требуемую информационную емкость винчестера можно попытаться оценить эмпирически, окинув взглядом свою коллекцию iS-DOS’ных дискет и удвоив или утроив их суммарный объем. Более точную прикидку можно сделать, если принять во внимание тот класс и объем задач, которые предполагается решать с помощью компьютера с винчестером. Для повседневной работы с необходимыми прикладными пакетами и хранения текстового и ассемблерного архива средних размеров достаточно использовать винчестер емкостью 20 Мб - по объему это аналог двадцати пяти стандартных дискет формата iS-DOS. Накопитель в 40 Мб позволит дублировать системное устройство на аварийный случай, вести солидного объема картотеки и значительный архив текстов и графики. 80-мегабайтный «винт», помимо вышеперечисленных применений, способен позволить пользователю быть достаточно независимым от коллекции дисков в формате TR-DOS: храня на жестком диске набор образов дисков TR-DOS в виде файлoв-«болванок» (*.trd), можно в любой момент «сгружать» нужные из них на несколько заранее подготовленных (отформатированных в стандарте TR-DOS) дискет для дальнейшего обычного использования на дисководах в среде TR-DOS. Винчестерам еще большей емкости, вероятно, тоже можно найти применение, но в этом случае несколько усложняется доступ ко всему объему накопителя - приходится использовать принцип, отдаленно напоминающий страничную адресацию на машинах с памятью свыше 48 Кб. То есть, одновременно на винчестере в системе iS-DOS могут быть доступны не более восьми устройств максимальным объемом до 16 Мб каждый, но самих этих логических устройств может быть сколько угодно и располагаться они могут на «винте» тоже где угодно, давая возможность по мере необходимости «цеплять» на один и тот же логический адрес совершенно разные, произвольные физические пространства винчестера.

    Марка накопителя также имеет значение. Тонкие схемотехнические особенности контроллера винчестера IDE-DRIVE разработки фирмы (c) Nemo обеспечивают практически полную совместимость с накопителями марки Conner Peripherals. Не случайно комплекты «контроллер-винчестер», поставляемые от (c) Nemo, включают в себя устройства преимущественно фирмы Conner. С накопителями же других марок совместимость контроллера где-то на уровне примерно пятьдесят на пятьдесят. То есть, винчестер может с одинаковой вероятностью как «пойти» без проблем, так и отказаться нормально работать. Среди пользователей-«писишников» заслуженным уважением пользуются винчестеры фирмы Quantum, за их повышенную стойкость к различным механическим воздействиям (это может быть немаловажным в домашних условиях). Но вот контроллеры IDE-DRIVE, по отзывам, менее с ними совместимы, чем с моделями других производителей. В общем же случае, на этом уровне решение проблемы выбора перестает быть более или менее просчитываемым и переходит в область прикладной статистики. Попробуем пояснить, что же это означает на практике.

    «Подходят с половинной вероятностью» - это вовсе не значит, что купив по дешевке с рук парочку б/у’шных винчестеров, можно быть уверенным в том, что один из них наверняка заработает с контроллером IDE-DRIVE. Теория вероятности - дама со своеобразным чувством юмора и всецело полагаться на нее по меньшей мере неразумно. Если выборка статистических величин достаточно велика, тогда и вероятностные цифры можно считать более или менее достоверными. К примеру, статистика по винчестерам, накопленная в фирме (c) IskraSoft, насчитывает около шести десятков винчестеров, из них около половины - марки Conner, а для остальных, действительно, подключение было успешным примерно в половине случаев. Если же проверить отдельно два, три или четыре «винта», то вполне может быть, что подойдут все. Или не подойдет ни один, - это уж как «карта ляжет». Именно с последним, наихудшим вариантом и пришлось столкнуться автору этих строк. После безуспешных в течение нескольких месяцев попыток подобрать работоспособный экземпляр накопителя, оптимальным решением оказалась покупка этого девайса у производителя контроллера IDE-DRIVE - фирмы (c) Nemo.

    Такой вариант будет, видимо, самым рациональным в том случае, если конкретному пользователю на месте требуется максимально просто и оперативно организовать работу с винчестером, не тратя лишние нервы и время на подбор накопителя, его тестирование и инсталляцию, - все это уже сделано и вместе с гарантией и лицензионными отчислениями немало «весит» в цене комплекта контроллера.

    Но, учитывая, что тяга к самодеятельному вмешательству в работоспособную аппаратуру, к самостоятельному поиску (и нахождению!) проблем заложена в ментальности соотечественников очень глубоко, - где-то на генном уровне, - видимо, будет целесообразным поделиться важными, на взгляд автора, технологическими моментами подключения IDE HDD. Может быть, приведенные сведения смогут помочь кому-то из особо настойчивых синклеристов избежать хотя бы некоторых «подводных камней», сэкономить несколько километров нервов и человеко-месяцев (в идеале - избежать уничтожения своего компьютера своими собственными руками). Фраза, вынесенная в эпиграф - именно для них.

    Для начала следует решить вопрос размещения винчестера в корпусе компьютера. Рекомендуемые к применению накопители дюймовой высоты достаточно компактны, (около 362,5 куб. см или 25x100x145 мм) и если в корпусе есть хотя бы одно незанятое габаритное место под дисковод, то проблему размещения можно будет считать практически решенной. Особенно если учесть, что в отличие от тех же дисководов, винчестер не требует присутствия какой-либо из своих частей на передней панели компьютера. Следует только отметить, что опять-таки в отличие от уже упомянутых дисководов, которые по техническим условиям, свободно допускают как горизонтальный, так и вертикальный («стоя» на боковом ребре) монтаж и дальнейшую эксплуатацию, винчестеры желательно монтировать именно в горизонтальном положении («плашмя»). Не то, чтобы где-то удалось вычитать запрет на вертикальную установку, но и упоминания о том, что это также штатный режим работы для «винтов», нигде найти не удалось. Это ограничение может быть актуальным для малогабаритных корпусов типа MicroTower («башенка»), в которых производились Sinclair-совместимые компьютеры, к примеру, фирмами GRM (машины серии Grandtower) и Солон (Пентагон-128 3+). Каждый подобный случай требует индивидуального подхода к решению проблемы размещения винчестера.

    «Крепежная» проблема, как правило, не доставляет больших хлопот, - особенно для тех пользователей, кто уже имеет некоторый опыт монтажных работ. Например, в ходе самостоятельной установки и подключения второго флоппи-дисковода. В зависимости от типа примененного корпуса, в котором размещен Sinclair-совместимый компьютер, для крепления винчестера можно использовать уже существующие монтажные элементы, либо комбинировать подручные материалы. Это могут быть, к примеру, планки и уголки от детского конструктора и жесткие пластиковые втулки разной длины, вырезанные из отработанных гелевых стержней или толстостенных корпусов шариковых ручек. Особенно внимательно следует отнестись к выбору крепежной фурнитуры, потому что крепежные резьбовые отверстия в корпусе винчестера могут быть выполнены как по метрическому, так и по дюймовому стандарту, - причем, по принципу «или-или». Среди 5,25'’ флоппи-дисководов нам встречались экземпляры, «несущие на борту» двойной комплект резьбовых отверстий, - метрических и дюймовых. Но вот среди накопителей на жестких магнитных дисках такой универсальности не наблюдалось ни разу.

    К монтажным вопросам следует также отнести индикацию обращения к винчестеру. В фирменном контроллере эту функцию выполняет светодиод, жестко впаянный непосредственно в плату. Не совсем понятно, правда, кому это он там должен сигнализировать об операциях ввода/вывода, находясь внутри корпуса компьютера? Вероятно, это сделано для того, чтобы иметь возможность использовать «голую» плату компьютера с винчестером в бескорпусном варианте, например, - в качестве технологического контроллера, или в игровом автомате. Для домашнего использования представляется более удобным смонтировать вместо сигнального светодиода двухконтактный разъемчик (некоторые модели винчестеров уже имеют на плате управления контактную фишку подобного назначения), от которого можно было бы затем вывести тот же светодиод двухпроводным шлейфом необходимой длины в нужное место на лицевой панели компьютера. Но здесь есть два «но»:

    Во-первых, появляется риск перепутать полярность светодиода. Совсем без него контроллер вполне работоспособен, а вот с «перевернутым» светодиодом включить его, насколько нам известно, никто пока еще «не догадался».

    Во-вторых и главных, - любые самостоятельные перепайки на плате, по условиям фирмы-изготовителя, лишают пользователя гарантии на контроллер IDE-DRIVE фирменного производства.

    Следующая задача, которую необходимо решить при подключении винчестера, -»питательная». Она может быть тесно связана с первой - с установкой устройства - если потребуется сменить блок питания на более мощный. Такая ситуация может возникнуть, когда запас по мощности источника питания компа использован полностью, то есть в компьютере установлены два или более дисковода, подключены еще какие-либо периферийные устройства с питанием от основного источника, и в дополнение к этому предполагается использовать малоэкономичный экземпляр винчестера. В этом случае разумнее будет пойти на некоторый компромисс, принеся в жертву, скажем, количество дисководов. Или, к примеру, если есть возможность выбора, использовать более экономичную модель винчестера, хотя бы даже в ущерб его информационной емкости.

    Среди синклеристов пользуется заслуженной популярностью за свою надежность импульсный модуль питания МС9022.02. Его недостатками можно считать весьма солидные массогабаритные характеристики и относительно небольшую нагрузочную способность 12-вольтового канала. Зная этот нюанс, можно посоветовать тем синклеристам, в чьих машинах используется такой модуль питания, по возможности подобрать винчестер с наименьшим энергопотреблением по линии +12 В - это повысит шансы на надежную работу совместно с данным модулем питания.

    Наибольшие токи винчестеры потребляют от блока питания в момент включения, во время раскрутки «блинов» и рекалибровки магнитых головок. У разных моделей по времени эти процессы могут занимать от 5...7 до 15...20 секунд. И в течение этого времени нагрузка на источник питания может превышать рабочие значения в 1,5...3, (а у старых моделей, возможно и более) раз. Если на компьютере с подключенным винчестером во время рекалибровки, то есть сразу после включения, активизирована система TR-DOS (например, загружается программа с дискеты) и в это время поле изображения на экране не изменяется в размерах, отсутствуют полосы и рябь на изображении в такт включениям шагового двигателя дисковода, то при отсутствии измерительных приборов это может служить своеобразным косвенным экспресс-тестом, свидетельствующим о достаточном запасе по мощности блока питания для надежной работы с винчестером.

    Если «столовая для компьютера» выполнена по традиционной схеме - трансформатор, выпрямитель и интегральные стабилизаторы на КРЕН5А и КРЕН8Б или их зарубежных аналогах (токи нагрузки до 2 А с применением теплоотводящих радиаторов), то вполне возможно, потребуется принять дополнительные меры для повышения эффективности охлаждения КРЕН’ов. Имеется в виду банальный вентилятор, который давно и прочно прописался, к примеру, в PC’шной архитектуре. Здесь тоже вполне подойдет вентилятор от блока питания PC, который часто можно приобрести отдельно за сумму, примерно равную 2-3 $USD. Его размеры - около 80x80x25 мм, а питается такой «ветродуй» напряжением +12 В при токе потребления около 0,15 А, что также следует учесть при планировании нагрузки на «питательный» блок. Можно еще добавить, что PC’шный подход подразумевает вытяжную вентиляцию «родного» блока питания, обеспечивающую более равномерный температурный режим внутри корпуса. Но в некоторых случаях может оказаться более предпочтительным приточное охлаждение, обладающее заметно лучшей эффективностью (турбулентный теплообмен) непосредственно в зоне действия вентилятора (например, поток воздуха, направленный на теплорассеивающий радиатор блока питания). В любом случае, тепловой режим внутри корпуса компьютера может значительно ухудшиться, особенно если учесть, что винчестеры при своей длительной работе также солидно нагреваются.

    В отличие от «нагрузочной» части «питательной» проблемы, чисто механическое соединение винчестера с блоком питания трудностей, обычно, не вызывает. Разъем питания НЖМД один к одному совпадает конструктивно и поконтактно с разъемом питания для 5,25’’ флоппи-дисководов (см. илл. 2). И если не прилагать шварценеггеровских сверхусилий при соединении разъемов, то предохранительные скосы в колодке питания винчестера достаточно надежно защитят накопитель от переполюсованного подключения питания.

    Следующий этап, очевидно, будет иметь смысл, если найдены способы успешного решения предыдущих, «выборно»-монтажно-«питательных» задач. Здесь имеется в виду аппаратно-программная «привязка» винчестера к конкретной модели Sinclair-совместимого компьютера. Об этом пойдет разговор в следующей статье цикла.


    Продолжение следует.


    Литература.

    1. В. Иллингуорт, Э.Л. Глейзер, И.К. Пайл. Толковый словарь по вычислительным системам. Перевод с английского под ред. канд. техн. наук Е.К. Масловского. - «Машиностроение», Москва, 1990 г.

    2. ОСТ 11.305.918-83. Микропроцессорные средства вычислительной техники. Общие технические условия.

    3. В.Г. Скутин. Информационное пространство Sp-платформы. - «Радиолюбитель» N2/2002 г., Минск.

    4. Накопители на жестких магнитных дисках. - «Солон», Москва, 1994.

    5. Фирма Scorpion & MOA. SMUC (Scorpion & MOA universal controller) Универсальный Контроллер HDD, CMOS, NVRAM, IBM периферии. Инструкция по подключению и работе v1.3, - С.-Петербург, 1996,97.


    Ссылки по теме:

    IDE HDD на Sinclair. Часть 1. Итоги большого пути. [№20]
    IDE HDD на Sinclair. Часть 3. От простого к сложному [№22]


    © 2004-2013 Perspective group