Интерфейсы винчестеров

Интерфейсы жестких дисков

ST506/412

Жесткие диски (винчестеры) стали широко применяться в качестве устройств долговременного хранения информации после выпуска фирмой Shugart Technology (ныне Seagate Technology, Inc.) диска ST506 размером 5.25 дюйма.

Это устройство имело емкость 5 Мбайт и подключалось к компьютеру через интерфейсную платой ST506, разработанной в конце 70-х годов компанией Western Digital. Для соединения между собой диска и платы использовали плоский 34-проводный кабель. Чтобы диски можно было адресовать, часть кабеля перекручивалась (подобно кабелю для подключения дисководов). Для обмена данными с каждым из дисков существовал отдельный 20-проводный кабель. Основным недостатком интерфейса ST506 было пошаговое перемещение головок — один шаг на каждую команду перемещения — подобно тому как это до сих пор делается в дисководах для чтения гибких дисков.

У другой, более современной модели (ST412) была предусмотрена возможность буферизованного поиска (buffered seek), позволяющего одной командой перемещать головки на несколько шагов (например, через весь диск).

Главным преимуществом винчестеров с интерфейсом ST506/ST412 была их низкая стоимость. Большая часть электроники, ответственной за работу диска, располагалась на интерфейсной плате. Сигналы, управляющие приводом головок, передавались по общему для двух подключаемых к контроллеру устройств 34-проводному кабелю. Обмен данными с контроллером осуществлялся по 20-проводным плоским кабелям прямо в виде последовательности импульсов, считанных с диска или записываемых на него. Разъемы, используемые для подключения, описаны в Приложении 3.

Небольшой набор команд интерфейса ST506/412 затруднял создание дисков с большой емкостью. Большая часть (почти все) дисков с таким интерфейсом имела скорость вращения 3600 оборотов в минуту.

Интерфейсом ST506 поддерживались два способа модуляции при записи-воспроизведении данных: MFM (Modified Frequency Modulation — модифицированная частотная модуляция) и RLL (Run Length Limited — кодирование с ограничением длины поля записи).

Модуляция MFM

Этот метод есть ни что иное, как разновидность обычной частотной модуляции, которая широко используется в радиовещании и связи. Отличие модифицированной модуляции в том, что она позволяет обеспечить двукратное повышение плотности записи данных. Это стало возможным за счет того, что на диск записывались не все сигналы синхронизации и при записи каждого бита учитывалось значение предшествующего бита. За одну смену направления намагниченности можно записать 1−3 бита данных. С головки сигналы передаются по кабелю данных в аналоговой форме. От сигналов синхронизации данные отделяются с помощью специального устройства — разделителя (сепаратора), установленного на плате контроллера.

Главное достоинство MFM-модуляции — простая двоичная форма записываемого на диск сигнала. При записи на дорожку использовались 17 секторов по 512 байт каждый. Теоретический предел скорости обмена с дисками, использующими MFM, составляет около 4Мбит/сек

(17секторов*512байт/сектор*8бит*3600об/мин):60сек = 4 177 920 бит/сек.

Реальная же скорость обмена была в несколько раз меньше, так как для таких дисков фактор чередования (Interleave factor) не равен 1. Так происходило потому, что контроллер не успевал обработать прочитанные данные до перемещения головки к следующему сектору. При факторе чередования 1:1 порядок следования секторов на дорожке естественный: 1, 2, 3,…16, 17. При факторе чередования 3:1 секторы на диске имеют следующий порядок: 1, 7, 13, 2,…, 11, 17. Первое число в коэффициенте чередования — это количество оборотов диска, требуемых для полного прочтения или записи одной дорожки. За счет кэширования записи для дисков ST506 можно было установить фактор чередования 1:1.

Например, существовала программа Calibrate из комплекта Norton Utilities, оптимизировавшая работу дисков путем подбора фактора чередования, наиболее соответствующего скорости вашего диска и контроллера.