Опубликован: 17.06.2013 | Доступ: свободный | Студентов: 4634 / 2587 | Длительность: 17:10:00
Лекция 4:

Контроллеры

< Лекция 3 || Лекция 4: 12345 || Лекция 5 >
Аннотация: В лекции рассказывается о контроллере, - устройстве, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.

Контроллер (калька с англ. controller - регулятор, управляющее устройство) - устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования. Контроллер выполняет интерпритацию команд процессора для отдельных устройств.

Интерфейсы винчестеров

Интерфейс (от англ. interface - поверхность раздела, перегородка) - совокупность средств и методов взаимодействия между элементами системы.

ST506/412

Широкое применение винчестеров в качестве устройств долговременного хранения информации началось после выпуска фирмой Shugart Technology (ныне эта компания именуется Seagate Technology, Inc.) диска ST506 размером 5.25 дюйма. Устройство емкостью 5Мбайт использовало для подключения к компьютеру интерфейсную плату ST506, разработанную в конце 70-х годов компанией Western Digital. Для соединения винчестера с интерфейсной платой использовался 34-проводный плоский кабель, к которому можно было подключить два устройства. Для того, чтобы диски можно было адресовать, часть кабеля перекручивалась (подобно кабелю для подключения дисководов). Кроме того, для обмена данными с каждым из дисков использовался отдельный 20-проводный плоский кабель. Крупным недостатком интерфейса ST506 являлось пошаговое перемещение головок (один шаг на каждую команду перемещения), как это до сих пор происходит в дисководах для работы с гибкими дисками. Более новая модель - ST412 - обеспечивала возможность буферизованного поиска ( buffered seek ), позволяющего одной командой перемещать головки на несколько шагов (например, через весь диск).

Основным преимуществом винчестеров с интерфейсом ST506/ST412 является их низкая стоимость. Почти вся электроника, ответственная за работу диска, располагалась на интерфейсной плате. Управляющие приводом головок сигналы передавались по общему для двух подключаемых к контроллеру устройств 34-проводному кабелю, а 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

RLL/MFM IDC-34
1 GND 2 Head Sel 8 Выбор головки 8
2 GND 4 Head Sel 4 Выбор головки 4
5 GND 6 Write Gate Шлюз записи
7 GND 8 Seek Complete Сканиров. заверш.
9 GND 10 Track 0 Дорожка 0
11 GND 12 Write Fault Отказ при записи
13 GND 14 Head Sel 1 Выбор головки 1
15 GND 16 (reserved) зарезервировано
17 GND 18 Head Sel 2 Выбор головки 2
19 GND 20 Index Индекс
21 GND 22 Ready Готовность
23 GND 24 Step Шаг
25 GND 26 Drive Sel 1 Выбор диска 1
27 GND 28 Drive Sel 2 Выбор диска 2
29 GND 30 Drive Sel 3 Выбор диска 3
31 GND 32 Drive Sel 4 Выбор диска 4
33 GND 34 Direction In Направление
RLL/MFM IDC-20
1 Диск выбран 11 GND
2 GND 12 GND
3 (зарезервирован) 13 Запись данных +
4 GND 14 Запись данных -
5 (зарезервирован) 15 GND
6 GND 16 GND
7 (зарезервирован) 17 Чтение данных +
8 GND 18 NRZ Чтение данных -
9 (зарезервирован) 19 GND
10 (зарезервирован) 20 GND

Небольшой набор команд интерфейса ST506/412 затруднял создание дисков с большой емкостью. Почти все диски с таким интерфейсом имели скорость вращения 3600 оборотов в минуту.

Интерфейс ST506 поддерживает 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

Метод MFM является разновидностью обычной частотной модуляции, широко используемой в радиовещании и связи. Отличие заключается в том, что модифицированная модуляция позволяет обеспечить двухкратное повышение плотности записи данных за счет того, что на диск записываются не все сигналы синхронизации и при записи каждого бита учитывается значение предшествующего бита. За один переход (смену направления) намагниченности можно записать от одного до трех бит данных). Сигналы с головки передаются по кабелю данных в аналоговой форме; данные отделяются от сигналов синхронизации с помощью специального устройства - сепаратора, устанавливаемого на плате контроллера.

Основным преимуществом MFM -модуляции является простая бинарная 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 = 4177920 бит/сек.

Однако реальная скорость обмена в несколько раз меньше, поскольку для таких дисков фактор чередования (Interleave factor) не равен 1. Это было связано с тем, что контроллер не успевал обработать прочитанные данные до того, как головка перемещалась 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 обозначении коэффициента чередования указывает количество оборотов диска, требуемых для полного прочтения или записи одной дорожки. За счет кэширования записи можно было установить для дисков ST506 фактор чередования 1:1.

Модуляция RLL

Другой способ модуляции (2,7 RLL или просто RLL ), предложенный компанией IBM в 1986 году, использует перекодирование исходной информации с введением избыточности. Метод RLL преобразует данные в шестнадцатибитовые слова, позволяющие записывать за один переход состояния намагниченности диска от 2 до 7 бит (эти цифры и включены в название метода). Использование RLL -модуляции предъявляет более высокие требования к качеству поверхности диска и равномерности его вращения. Кроме того, усилители каналов считывания-записи должны иметь несколько иные характеристики, по сравнению с MFM -модуляцией. Винчестеры с интерфейсом S T506/412, использующие метод RLL, как правило, имеют в своем обозначении суффикс R (например, ST157R ). На одну дорожку диска можно записать 26 секторов по 512 байт, что дает теоретическую возможность обмена со скоростью (512*26*8*3600):60=6489760бит/сек.

Метод RLL был развит впоследствии до возможности записи от 3 до 9 бит за один переход намагниченности ( 3,9 RLL, ARLL, ERLL ), что позволило записывать на дорожку 31 сектор и обеспечило теоретический предел скорости обмена с диском 7618560бит/сек.

Диски RLL можно без опаски подключать к контроллерам MFM (правда с потерей емкости), обратная же операция в общем случае некорректна. Многие, наверное, помнят такой метод "увеличения" размера диска, практиковавшийся несколько лет назад, - однако он не позволяет обеспечить достаточную надежность хранения данных.

Сегодня диски с интерфейсом ST506/412 можно встретить только в очень старых компьютерах.

< Лекция 3 || Лекция 4: 12345 || Лекция 5 >
Марат Хабибуллин
Марат Хабибуллин
Валерий Хан
Валерий Хан
Дмитрий Лифенцев
Дмитрий Лифенцев
Россия, с. Курсавка
Иван Севастьянов
Иван Севастьянов
Россия