echipamente periferice

1. INTRODUCERE

Lucrarea de fa?? ?i propune s? prezinte o serie de aspecte teoretice ?ipractice legate de perifericele de baz? utilizate n conexiune cu un calculator.

Se poate considera c? echipamentele periferice reprezint?, n accep?iageneral? a no?iunii, totalitatea dispozitivelor electronice care se pot cupla la unsistem de calcul ?i care pot efectua schimburi de date supervizate demicroprocesor sau gestionate de procesoare specializate. Cu alte cuvinte, naceast? categorie intr? nu numai dispozitivele care se conecteaz? extern lacalculator, ci ?i acelea care fac parte din structura sa intern???i care se afl? ndialog cu sistemul de calcul sau efectueaz? transferuri de informa?ie, att prinintermediul unit??ii centrale, ct ?i prin pl?cile cu func?ii specifice din componen?acalculatorului. Aceast? l?rgire a ariei de cuprindere a termenului de perifericimplic? tratarea tuturor acelor unit??i care prezint? conectivitate prin sistemelede interfa?? de orice tip ale calculatorului.

Iat? motivul pentru care n structura acestei lucr?ri sunt incluse descrieriale urm?toarelor dispozitive:

memorii secundare pe suport magnetic (discuri fixe, flexibile ?iportabile);

dispozitive de intrare (mouse, tastatur???i alte echipamente senzitivepentru introducere de date ?i de comenzi);

dispozitive de achizi?ie numeric? (digitizoare); dispozitive de tip?rire (imprimante); dispozitive de trasare (plotter-e); echipamente de intrare-ie?ire pentru coduri de bare (cititoare ?i

imprimante pentru etichete n coduri de bare); dispozitive de afi?are (ecrane conven?ionale, plate, tactile ?i 3D); echipamente de comunica?ie (modemuri ?i protocoale seriale).Nu au fost incluse n aceast? lucrare, n mod inten?ionat, acele categorii

de echipamente ?i dispozitive care fac parte din configura?iile de tip multimediaale sistemelor de calcul. Acestora le este rezervat? o tratare separat?, care vaface obiectul unui viitor proiect editorial.

Echipamente periferice

14

De asemenea, nu fac parte din planul lucr?rii sistemele de leg?tur? cucalculatorul la nivel fizic: interfe?e (pl?ci, circuite, controlere, cipuri) ?i driver-e.

Pentru fiecare tip de echipament, sunt tratate principiile fizice defunc?ionare, tehnologiile de realizare, structura ?i organizarea intern?, regulile deproiectare ?i modul de func?ionare. De asemenea, sunt incluse numeroaseexemple ?i ilustra?ii grafice (cartea con?ine 137 figuri ?i 25 tabele), precum ?i oserie de aplica?ii ale echipamentelor periferice n diverse domenii ale ?tiin?eloringinere?ti, inclusiv modalit??i de identificare, configurare ?i conectare cucalculatorul.

Buna n?elegere a acestor no?iuni presupune o serie de cuno?tin?eanterioare, referitoare att la prelucrarea digital? a semnalelor, ct ?i laarhitectura sistemelor de calcul ?i la re?elele de calculatoare. Materialul este,ns?, astfel conceput, structurat ?i prezentat, nct s? devin? accesibil uneicategorii ct mai largi de cititori, adresndu-se nu numai speciali?tilor cuexperien?? n practica tehnicii de calcul, ci ?i utilizatorilor aviza?i ai computerelor(sau celor n curs de devenire), din ce n ce mai numero?i n prezent.

Datorit? dinamicii deosebit de puternice a dezvolt?rii domeniului IT&C,lucrarea de fa?? nu ?i propune nici s? se constituie ntr-un compendiu exhaustival categoriilor de echipamente existente la ora actual? (diversitatea lor fiindinepuizabil?), nici s? abordeze maniera de expunere a nout??ilor tehnologice ?icomerciale, specific? revistelor de specialitate. n schimb, cititorul interesatpoate g?si n materialul c???ii o perspectiv? unitar?? ?i sistematic?, organizat?att dup? criteriul cronologic, ct ?i dup? cel logic-asociativ, asupra evolu?ieiprincipalelor periferice din ultimul deceniu.

2. ECHIPAMENTE DE STOCARE PE SUPORT MAGNETIC I SEMICONDUCTOR

2.1. GENERALITI

2.1.1. Introducere

Apariia unitilor de discuri magnetice a fost precedat de apariia echipamentelor cu tambur magnetic. Ca exemplu se poate da apariia n anul 1948 a tamburului magnetic acoperit cu nichel, avnd 47 de piste, 2.560 bii pe pist i timp mediu de acces de 15,6 ms. Tamburul magnetic este preferat datorit timpului de acces convenabil. Apar limitri datorit utilizrii numai a suprafeei exterioare, realizarea discurilor acoperite pe ambele pri implicnd dificulti tehnologice. Problema esenial este meninerea unei distane de separare suficient de mici, dar stabile, ntre suprafaa discului i capul magnetic. n 1956, IBM comercializeaz prima unitate de disc magnetic cu capete plutitoare. Se folosete principiul pernei de aer, care const n introducerea de aer sub presiune printr-un orificiu al capului. Distanele de separare sunt de ordinul micronilor sau chiar submicronice. Structura unei uniti de disc magnetic este prezentat n figura 2.1.

Fig. 2.1. Structura unei uniti de discuri magnetice.


16

Componentele unei uniti de disc magnetic sunt: unul sau mai multe discuri;

ansamblul capetelor i circuitelor de scriere/citire; ansamblul de fixare i antrenare al suportului; sistemul de poziionare a capetelor (n cazul capetelor mobile); blocul logic de comand i circuitele de interfa; panoul de comand i vizualizare al unitii. Unitile de discuri magnetice sunt conectate la sistem prin intermediul

unitii de legtur. O unitate de legtur poate controla mai multe uniti de discuri, realiznd transmiterea informaiei ntre procesor i unitatea de discuri. n interfa, se face controlul structurii nregistrrii, precum i conversia adreselor logice n adrese specifice sistemului concret de acces (pist, sector etc.).

2.1.2. Suportul i organizarea informaiei

Suportul este alctuit dintr-un disc cu rol de substrat, acoperit cu un strat cu proprieti magnetice.

Substratul este realizat din Al, plastic sau, mai nou, din sticl. Pentru aceste materiale i pentru prelucrare se impun condiii de rugozitate i planeitate deosebite, precum i o bun stabilitate termic. Substratul este de dou feluri:

rigid (aluminiu sau aliaje);

flexibil (mylar, plastic etc.). Stratul magnetic a fost realizat la nceput din Fe2O3, n amestec cu

rini epoxidice, grosimea stratului fiind de la 1 la 5 microni. Apoi s-a trecut la utilizarea tehnologiei peliculelor subiri, care a permis obinerea unor densiti de informaie mult mai mari. Suportul este alctuit din unul sau mai multe discuri plasate pe acelai ax, acestea putnd sau neputnd fi demontabile. Din acest punct de vedere, se deosebesc:

discuri fixe, care au suportul permanent montat;

discuri amovibile, care au suport demontabil i, n consecin, capacitatea de memorare este off-line.

n figura 2.2 este prezentat structura general a unei nregistrri pe disc, n care:

SI sincronizare nregistrare; CA control adres; CD control date.

Echipamente de stocare pe suport magnetic

17

GAP SI Adres

nregistrare CA Zon de date CD GAP

Fig. 2.2. Structura general a unei nregistrri pe disc.

Cerinele structurii de nregistrare sunt: s aib un reper de nceput de nregistrare care s poat fi utilizat de

sistemul de acces (GAP);

s conin informaii necesare identificrii i verificrii adresei; s indice corect nceputul i sfritul zonei efective de date; s conin informaii de control pentru detectarea erorilor de

scriere/citire.

2.1.3. Dificulti la scriere i citire

Dificultile principale la reconstrucia unui semnal din nregistrarea magnetic de densitate ridicat provin din:

distorsiunile semnalului datorate interfeei tranziiilor adiacente; micorarea raportului semnal-zgomot (RSZ) odat cu creterea

densitii de nregistrare. La citire, semnalul are ntre 1 i 5 mV. Nu apar probleme la densiti

mici, ns la densiti mari apar distorsiuni de faz i de amplitudine. Pentru caracterizarea sistemelor de citire/scriere, s-a definit o mrime numit indicele de rezoluie al capului (IR):

IR = amplitudinea semnalului de citire la frecvena ce mai nalt

(2.1) amplitudinea semnalului de citire la frecvena ce mai joas

Este clar faptul c ntotdeauna IR < 1. Un sistem cap-disc cu o valoare

sczut a lui IR presupune existena unui sistem mai sofisticat de citire pentru compensarea distorsiunilor.

Un exemplu de structur de adresare (subsistem cu 8 uniti de discuri) este prezentat n tabelul 2.1.


18

Tabelul 2.1. Structura de adresare

0 1 2 3 4

O unitate de legtur

8 uniti de discuri

magnetice

400 cilindri

20 capete

6 sectoare

2.1.4. Parametrii i modul de organizare al discului

Capacitatea unitii de disc este cantitatea de informaii care se poate memora pe discurile instalate la un moment dat n unitate:

C = dl dr S Nf , (2.2)

unde: dl = densitatea liniar de nregistrare pe pist (bpi sau bpc); dr = densitatea radial de nregistrare a pistelor (tpi sau tpc); S = suprafaa coroanei circulare cuprinse ntre pista 0 de raz R0 i pista maxim N de raz RN ; Nf = numrul de fee active.

Pe lng capacitatea total, se poate indica i capacitatea formatat, care este mai mic dect capacitatea total, deoarece se obine n urma formatrii tuturor pistelor unui disc, ceea ce presupune alocarea anumitor zone pentru organizarea informaiei pe disc.

Densitatea liniar de nregistrare (dl) este raportul ntre numrul de date nregistrate i lungimea fizic a nregistrrii. Se msoar n bii pe inci (bpi) sau bii pe cm (bpc).

Densitatea radial de nregistrare (dr) este numrul pistelor msurate pe unitatea de lungime de-a lungul unei raze a discului. Se msoar n piste (tracks) pe inci sau pe cm (tpi sau tpc).

Densitatea de nregistrare a tranziiilor (dt) este raportul ntre numrul de tranziii n magnetizarea nregistrrii i lungimea fizic a nregistrrii. Se msoar n inversiuni de flux de inci (flux reversals per inci) sau pe cm (frpi sau frpc).

Timpul de poziionare pe pist (tp) este intervalul de timp necesar poziionrii capului magnetic de pe pista curent pe o alt pist dorit.


19

Timpul maxim de poziionare (tpmax) este timpul de poziionare pe ultima pist, pornind de la prima pist, sau invers.

Timpul mediu de poziionare (tpm) este timpul calculat pentru accesul la o pist oarecare, pornind de la o alt pist oarecare:

2

1

0

1

0

N

t

t

N

jij

N

i

pm

, (2.3)

unde: tij = timpul de poziionare de la pista i la pista j.

Timpul de acces la date dup poziionare sau timpul de cutare pe pist (tc) este durata necesar pentru ca datele utile de pe discul n rotaie s ajung n dreptul capului poziionat. Valoarea medie a timpului de cutare pe pist este jumtate din perioada de rotaie a discului.

Timpul de acces (ta) este suma timpului de poziionare pe pist (tp) i a timpului de cutare pe pist (tc):

ta = tp + tc . (2.4)

Timpul mediu de acces statistic este timpul mediu de acces calculat pentru o operaie complex cu discul, caracterizat prin raportul ntre timpul total de lucru i numrul total de accese, din care se scade timpul n care nu se lucreaz cu discul.

Indexul este un semnal care precizeaz un punct de referin pe circumferina pistei.

Pista este spaiul de nregistrare accesibil capului magnetic la o rotaie complet a discului.

Sectorul este unitatea de nregistrare cu un numr standard de octei. Decalajul de vrf (peak shift) este variaia poziiei vrfului impulsului citit,

n raport cu poziia sa normal. Viteza de transfer rezult din frecvena semnalului la capetele de

citire/scriere i este condiionat de densitatea liniar i de viteza de rotaie a discurilor.

Elementele formatului informaiei pe disc sunt: gaura de index;

marca de index IM (index mark);

marca de identificare/adres sector AM (address mark); marca de date DM (data mark);


20

cmpul de identificare/adres sector AF (address field); cmpul de date al sectorului DF (data field);

intervale GAP. Marca reprezint un octet cu configuraii unice ale biilor de ceas, care

ajut la regsirea acestora pe disc. Programatorul are acces doar la cmpul de date. Formatarea pistei reprezint scrierea intervalelor, a mrcilor i a cmpurilor de identificare/adres de pe o pist. Formatarea discului const n formatarea tuturor pistelor sale. Intervalele, mrcile i cmpurile de identificare/adres nu pot fi citite de programator.

Intervalele GAP sunt necesare pentru actualizarea informaiei. Fiecare sector conine mai multe intervale, pentru a putea actualiza un cmp fr a le afecta pe celelalte. Pentru a identifica n mod unic cmpurile i pentru a sincroniza circuitele de deserializare, se apeleaz la o structur de 8 bii, definit anterior, marca. Mrcile se spune c violeaz codul de nregistrare, ceea ce presupune lipsa unuia sau a mai multor impulsuri de ceas.

Fiecare cmp are n plus doi octei de control al redundanei ciclice CRC (cyclic redundancy check). De exemplu, pentru discul flexibil, polinomul generator al octeilor CRC este:

g(x) = x16 + x12 + x5 + 1. (2.5)

Acesta se aplic ansamblului marc + date, rezultnd n felul acesta cei doi octei CRC. Ansamblul marc + date + CRC trebuie s fie multiplu al polinomului generator g(x), aadar, octeii CRC reprezint restul mpririi ansamblului marc + date la polinomul generator g(x). Se poate verifica astfel corectitudinea citirii datelor.

2.2. METODE DE CODARE A INFORMAIEI PE SUPORT MAGNETIC

2.2.1. Coduri de adaptare la canal

Constrngerile impuse de mediul magnetic sunt de tipul codurilor RLL (Run Length Limited), care pot fi privite, de asemenea, i ca tehnici de modulaie. Cerinele eseniale ale codurilor de adaptare sunt cele ale canalului de nregistrare-redare pe suport magnetic, adic, fiabilitatea nregistrrii i eficiena utilizrii mediului magnetic.


21

Corespondena ntre codul de adaptare i realizarea fizic a nregistrrii este:

1 = exist tranziie n magnetizare; 0 = nu exist tranziie n magnetizare. Noiuni specifice: limitele intervalului fr sincronizare, corespunztoare codurilor de

adaptare (RLL): precizeaz valoarea maxim i minim pe care o poate lua distana ntre dou simboluri de nregistrare 1, pentru a evita interferena intersimbol (limita minim) i a permite (re)sincronizarea (limita maxim);

raportul de densitate DR (density rate): reprezint eficiena unei proceduri de codare, care exprim coninutul informatic al fiecrei tranziii din magnetizarea mediului magnetic.

pentru canalele discrete, staionare i fr memorie, exist dou tipuri de coduri: o coduri de translaie a datelor, pentru canalele cu constrngeri; o coduri de transmitere a datelor, pentru canalele cu zgomot.

Codurile de translaie a datelor transform secvena de date de la intrare ntr-o nou secven, care satisface constrngerile impuse la intrarea n canal, rezultnd astfel coduri de adaptare la canal.

Codurile de transmitere a datelor previn apariia erorilor n secvena de date, rezultnd detecia i corecia erorilor.

2.2.2. Coduri binare

Codurile binare studiate sunt: NRZI, FM, MFM, M2FM i PE.

2.2.2.1. Codul NRZI Non Return to Zero Inverted

Se reprezint fiecare simbol 1 printr-o celul de tranziie n magnetizare; celulele fr tranziie corespund simbolului 0 (vezi figura 2.3).

Fig. 2.3. Codul NRZI (Non Return to Zero Inverted).


22

Avantajul acestui cod este o valoare foarte bun a raportului de densitate (DR = 1).

Dezavantajul codului este c acesta nu permite iruri lungi de simboluri nule, din cauza pierderii autosincronizrii.

2.2.2.2. Codul FM Frequency Modulation Codeaz un simbol de date n dou simboluri de cod (vezi figura 2.4).

Primul simbol este ntotdeauna o tranziie, asigurnd autosincronizarea, iar ultimul corespunde informaiei codate (tranziie pentru 1 i lips de tranziie pentru 0). Corespunde formatului de nregistrare simpl densitate (SD).

Fig. 2.4. Codul FM (Frequency Modulation).

Avantajul codului FM const n faptul c se obine eliminarea componentei de curent continuu.

Dezavantajele acestui cod sunt:

se dubleaz banda semnalului; se reduce raportul de densitate (DR = 0,5).

2.2.2.3. Codul MFM Modified Frequency Modulation

Numele su provine din procedeul de micorare a redundanei codului FM, prin eliminarea tranziiilor de sincronizare alturate unei tranziii de date (vezi figura 2.5). Corespunde formatului de nregistrare dubl densitate (DD).

Avantajul acestui cod este raportul de densitate mai bun dect cel de la predecesorul su: DR = 1.

Fig. 2.5. Codul MFM (Modified Frequency Modulation).


23

2.2.2.4. Codul M2FM Double Modified Frequency Modulation

Este o variant a codului MFM, obinut n ideea creterii n continuare a raportului de densitate (vezi figura 2.6). Redundana se micoreaz fa de MFM, prin suprimarea tranziiei de sincronizare, dac aceasta exist n celula precedent. Se obine astfel un cod RLL la care procedura de codare/decodare se aseamn celei de la MFM. Corespunde formatului de nregistrare nalt densitate (HD).

Fig. 2.6. Codul M2FM (Double Modified Frequency Modulation).

Avantajele acestui cod:

raportul de densitate se mbuntete fa de MFM; permite o interferen intersimbol ceva mai redus; Dezavantaj: distana maxim ntre tranziiile succesive crete.

2.2.2.5. Codul PE Phase Encoding sau cod Manchester

Un simbol de informaie se codeaz printr-o tranziie de un anumit sens ntre strile de magnetizare de pe suport, iar la juxtapunerea celulelor corespunztoare simbolurilor de date de acelai fel apar tranziii de ajustare nesemnificative (vezi figura 2.7). Traductorul de lectur evideniaz simbolurile de sincronizare la mijlocul fiecrei celule, iar datele se identific analiznd schimbrile de polaritate ale tranziiilor nesemnificative.

Fig. 2.7. Codul PE (Phase Encoding).

Avantajele i dezavantajele codului PE sunt aceleai cu cele de la codul FM.


24

2.2.2.6. Codul RLL Run Length Limited

Aceast metod permite ca pe disc s fie nregistrate cu 50 % mai multe informaii dect prin metoda MFM i de trei ori mai multe informaii dect prin metoda FM. A fost utilizat pentru prima dat de firma IBM pentru discurile instalate n sistemele de tip mainframe. La sfritul anilor 1980, metoda a nceput s fie utilizat i de productorii discurilor pentru calculatoarele personale. Azi, practic toate unitile de disc utilizeaz una din formele metodei RLL.

Prin metoda RLL nu se codific un singur bit, ci un grup de bii n acelai timp. Aceast metod reprezint, de fapt, o familie de tehnici de codificare, deoarece exist doi parametri care definesc modul de codificare i, prin urmare, exist mai multe variante posibile. Numele metodei, Run Length Limited (run = ir de simboluri identice succesive) sau RLL (d,k), provine de la parametrii d i k, reprezentnd numrul minim i, respectiv, numrul maxim de celule de tranziii permise ntre dou tranziii de flux reale. Limita minim (d), care indic gradul de apropiere ntre dou tranziii de flux consecutive, este necesar din cauza densitii de nregistrare limitate a suportului magnetic. Limita maxim (k) este necesar pentru pstrarea sincronizrii ntre unitate i controler. Dintre variantele posibile, numai dou sunt mai rspndite: RLL (2,7) i RLL (1,7).

Metodele FM i MFM pot fi considerate ca variante ale metodei RLL. Metoda FM mai poate fi numit RLL (0,1) deoarece folosete cel puin zero i cel mult o celul de tranziii ntre dou tranziii de flux. Metoda MFM poate fi numit RLL (1,3), pentru c folosete cel puin una i cel mult trei celule de tranziii ntre dou tranziii de flux. Varianta RLL (2,7) a fost, la nceput, cea mai rspndit form a metodei RLL, deoarece densitatea informaiei nscrise ntr-o zon egal cu cea folosit de metoda MFM este mai mare de aproximativ 1,5 ori fa de metoda MFM. Totui, metoda RLL (2,7) nu este suficient de fiabil pentru unitile de mare capacitate. Multe din unitile de mare capacitate utilizate n prezent folosesc varianta RLL (1,7), care ofer o densitate de 1,27 ori mai mare dect metoda MFM, ntr-o zon de detecie a tranziiilor mai mare dect cea de la MFM. Fa de varianta RLL (2,7), densitatea este mai mic, dar fiabilitatea este mult mai mare, deoarece zona n care poate fi detectat o tranziie este mai mare.

Exemplu. Pentru fiecare variant a metodei RLL se pot construi numeroase tabele de codare. Pentru varianta RLL (2,7), numit i cod Franaszek, s-a ales tabela utilizat de IBM, fiind cea mai rspndit. Conform acestei tabele, grupuri specifice de 2, 3 sau 4 bii sunt codate n tranziii de flux avnd 4, 6, respectiv, 8 celule de tranziii. Tranziiile utilizate pentru codificarea unei secvene de bii sunt alese astfel nct tranziiile de flux s nu fie nici prea apropiate, nici prea deprtate unele fa de altele (vezi tabelul 2.2).


25

Tabelul 2.2. Codarea RLL (2,7) IBM Endec (Franaszek)

bii de informaie codare n tranziii de flux

10 0100

11 1000

000 000100

010 100100

011 001000

0010 00100100

0011 00001000

Se observ c rezult, astfel, un cod de lungime variabil, dar cu rat

(numrul biilor de informaie raportat la numrul biilor de cod) constant, egal cu .

2.2.3. Coduri ternare

Cele trei coduri ternare studiate sunt codurile: TB, DUO i BIP. Avantaje: reducerea redundanei prin considerarea informaiei de faz

coninute n impulsul transmis. Impulsurile sunt bipolare, al treilea simbol fiind considerat componenta continu rezultat, a crei valoare trebuie s fie ct mai mic (apropiat de valoarea zero).

2.2.3.1. Codul TB Twinned Binary

Nu are component de curent continuu, prin alternarea polaritii impulsurilor (vezi figura 2.8).

Fig. 2.8. Codul TB (Twinned Binary).


26

Reguli de generare a simbolurilor de cod:

simbolurile +1 i 1 alterneaz, indiferent cte simboluri de 0 sunt intercalate ntre dou simboluri nenule succesive;

un simbol de cod nenul se genereaz la orice schimbare a naturii simbolului de date.

Dac b0, b1 sunt simbolurile de informaie, atunci simbolul de cod an se calculeaz astfel:

an = (1/2)b0 (1/2)b1 . (2.6)

2.2.3.2. Codul DUO Duobinary

Are o component de curent continuu important, ns nu posed tranziii la simbolurile +1 i 1 adiacente (vezi figura 2.9).

Este complementar codului TB, avnd legea:

an = (1/2)b0 + (1/2)b1 . (2.7)

Fig. 2.9. Codul DUO (Duobinary).

Reguli de generare:

simbolurile +1 i 1 nu alterneaz adiacent; ntre simboluri de informaie de acelai fel se genereaz simboluri de

cod de acelai fel, ceea ce nseamn c se atribuie un impuls de un anumit semn tranziiei ntre dou celule de 1 i un impuls de semn opus tranziiei ntre dou celule de 0.

2.2.3.3. Codul BIP Bipolar

Se mai numete i cod TB modificat. Limiteaz propagarea erorilor, genernd simbolurile de cod conform regulilor (vezi figura 2.10):

0 se genereaz ca lips de impuls;


27

1 se genereaz ca impuls; impulsurile de cod pozitive, +1, i negative, 1, alterneaz, indiferent

de celulele fr impulsuri dintre ele.

Fig. 2.10. Codul BIP (Bipolar).

Datorit alternrii impulsurilor pozitive i negative, componenta continu tinde la zero pentru lungimi mari ale nregistrrii.

Decodarea semnalului bipolar se face prin redresare i detecie la 1/2 din amplitudine.

2.3. DISCURI MAGNETICE

2.3.1. Sistemul hard disk

2.3.1.1. Introducere

Oficial aprute n anul 1956, hard disk-urile sunt de fapt una din inveniile care vin ca rezultat al unui lung lan de inovaii. Fr ndoial c una din cele mai mari frne pentru majoritatea sistemelor de calcul de azi este partea mecanic, iar hard disk-urile sunt n mare parte nite dispozitive mecanice.

Hard disk-ul este singura component mecanic, esenial pentru funcionare, care, la ora actual, mai face parte dintr-un calculator modern. Chiar dac nu este o component electronic 100%, totui nivelul tehnologic la care a ajuns este remarcabil. Hard disk-ul este principalul dispozitiv de stocare masiv pentru PC-urile actuale. Niciun alt echipament periferic nu poate ajunge la combinaia util de vitez, capacitate i comoditate de instalare oferit de discuri. Hard disk-ul PC-ului stocheaz fiierele i extinde capacitatea memoriei RAM prin memoria virtual. Hard disk-urile ofer sute i, posibil, nu peste mult vreme, chiar mii de gigaoctei. ntr-o secund, hard disk-ul poate s identifice i s furnizeze sistemului informaii echivalente cu ntregul coninut al unui roman.


28

Probabil cea mai uimitoare proprietate a hard disk-urilor este capacitatea acestora de a ine pasul cu programele contemporane. Primele PC-uri nu aveau hard disk-uri. Primele hard disk-uri erau ct jumtate de cutie de pantofi i puteau stoca 10 megaoctei, adic mai puin dect este nevoie pentru un singur program Windows. Hard disk-urile actuale ocup un spaiu de zece ori mai mic i pstreaz de peste 1000 de ori mai multe date. De fapt, unitatea de msur standard pentru capacitatea hard disk-urilor a crescut de 100.000 de ori, de la megaoctei la sute de gigaoctei. n acelai timp, costul hard disk-urilor a sczut nu numai costul pe megaoctet/gigaoctet, ci i preul de baz al unei uniti de disc standard.

De fapt, hard disk-urile actuale au foarte puine lucruri n comun cu discurile produse cu 1520 ani n urm. Hard disk-urile moderne ocup mai puin spaiu, rspund mai rapid, au capaciti mult mai mari, rezist de cteva ori mai mult timp i sunt mai puin expuse defectelor dect discurile mai vechi. Un disc modern nici nu se conecteaz la PC la fel ca unul dintre primele discuri. Noile interfee, ntr-o evoluie constant, promit creterea vitezei i simplific instalarea.

2.3.1.2. Tehnologia hard disk-urilor

Hard disk-ul este un dispozitiv combinat, avnd o parte electronic i o parte mecanic. Din punct de vedere electric, hard disk-ul are misiunea de a transforma impulsurile temporare ale datelor digitale n cmpuri magnetice permanente. La fel ca alte dispozitive magnetice de nregistrare, hard disk-ul folosete un electromagnet, numit cap de citire/scriere, ca s alinieze polaritile particulelor magnetice de pe discuri.

Toat tehnologia hard disk-urilor se sprijin pe un principiu de baz al fizicii. Curentul electric care trece printr-un conductor creeaz n jurul acestuia un cmp magnetic, iar ntr-un conductor aflat sub influena unui cmp magnetic variabil se induce curent electric. Discurile componente ale unitii sunt fabricate din aluminiu, peste care este aplicat un strat subire de material paramagnetic (uor magnetizabil), acesta avnd la baz gama-trioxidul de fier. Fiecreia dintre cele dou suprafee ale fiecrui disc i corespunde cte un cap de citire, care, n timpul rotaiei platanelor, plutete pe o pern de aer deasupra lor. Cnd un curent, pozitiv sau negativ, strbate bobina aflat n componena capului de citire, particulele magnetice aflate dedesubt, pe suprafaa discului, se aliniaz n sensul curentului electric, crendu-se astfel dou stri, corespunztoare pentru 0 i 1. Cnd se dorete citirea informaiei stocate pe


29

disc, procesul se inverseaz, n capul de citire inducndu-se curent electric la trecerea peste zonele polarizate magnetic de pe suprafaa discului.

n cazul n care unitatea are n compunere mai multe platane, acestea sunt aezate unul peste altul, fiecare avnd unul sau dou capete separate de citire, dar legate de celelalte, fcnd imposibil micarea independent a unui singur cap de pe o suprafa. Ansamblul capetelor se numete actuator (vezi figura 2.11).

Fig. 2.11. Ansamblul platanelor. Sgeile indic rotaia platanelor, respectiv, a actuatorului.

Alte circuite electronice ale sistemului de hard disk controleaz partea mecanic a unitii i contribuie la organizarea corespunztoare a informaiilor stocate i la localizarea datelor stocate pe disc. Toate discurile se rotesc unitar pe un singur ax, numit dispozitiv de antrenare (spindle). De obicei, axul este conectat la un motor care rotete ntregul ansamblu.

Rotaia. Aproape invariabil, hard disk-urile se rotesc cu o singur vitez, msurat n rotaii pe minut sau rpm. Aceast vitez nu se modific n timpul funcionrii hard disk-ului, dei unele discuri se pot opri pentru economisirea energiei. Rotaia constant este numit tehnic nregistrare la vitez unghiular constant (constant angular velocity recording). Aceast tehnologie stabilete viteza de rotaie a discului la o anumit valoare constant, astfel nct, ntr-o perioad dat de timp, pe o anumit pist, capul de citire/scriere parcurge un arc de aceeai mrime (msurat n grade). Lungimea real a arcului msurat liniar (n inci sau centimetri) depinde de poziia radial a capului. Dei arcul de cerc folosit pentru nregistrarea unui bit are aceeai lungime unghiular (n grade), atunci cnd capul de citire/scriere se afl mai departe de centrul discului, lungimea liniar este mai mare. n ciuda lungimii mai mari a arcurilor ctre marginea exterioar a discului, la fiecare rotaie a discului se nregistreaz acelai numr de bii, deci aceeai cantitate de informaie. Un cerc complet la


30

marginea exterioar a discului conine acelai numr de bii ca un cerc complet de la marginea interioar a discului.

O tehnologie mai eficient, numit nregistrare cu vitez liniar constant (constant liniar velocity recording), modific viteza de rotaie a discului n funcie de distana capului de citire/scriere fa de centrul discului, astfel nct, ntr-o perioad dat de timp, pe sub cap trece un arc de aceeai lungime. Atunci cnd capul de citire/scriere se afl mai aproape de marginea exterioar a discului, unde circumferina este mai mare, viteza de rotaie mai mic permite nregistrarea unui numr mai mare de bii la fiecare rotaie. Folosind aceast tehnologie, un disc de o dimensiune dat poate stoca o cantitate mai mare de informaii.

Figura 2.12 ilustreaz diferena dintre cele dou metode de nregistrare. Lungimea sectoarelor variaz n cazul vitezei unghiulare constante (CAV), dar rmne aceeai n cazul vitezei liniare constante (CLV). Numrul de sectoare este acelai pentru toate pistele n cazul vitezei unghiulare constante, dar se modific n cazul vitezei liniare constante.

Fig. 2.12. Comparaie ntre metodele de nregistrare cu vitez unghiular constant (CAV) i cu vitez liniar constant (CLV).

Hard disk-urile moderne folosesc un compromis ntre nregistrarea cu vitez unghiular constant i nregistrarea cu vitez liniar constant. Dei pstreaz o vitez de rotaie constant, aceste discuri modific temporizarea biilor individuali n funcie de distana la care sunt scrii fa de centrul discului. Prin scurtarea duratei biilor (msurat n microsecunde), pe pistele mai lungi ale discului se poate obine o mrime liniar constant pentru fiecare bit. Aceast tehnic de compromis st la baza tehnologiei de nregistrare pe zone multiple, MZR (multiple zone recording).

Capetele de citire/scriere. n afara discurilor, singura component aflat n micare n interiorul celor mai multe uniti de hard disk este sistemul de capete. n majoritatea unitilor, pentru fiecare fa a discurilor este folosit un cap de citire/scriere care se deplaseaz foarte aproape de suprafaa lui. Fiecare dintre aceste capete de citire/scriere este conectat flexibil la un bra mai rigid.


31

De obicei, mai multe brae sunt legate laolalt pentru a forma o singur unitate mobil (de obicei, pivotant).

Proiectarea fizic. Capul de citire/scriere este conectat la mecanismul de acionare printr-o articulaie flexibil, care permite coborrea sau ridicarea instantanee a capului. Atunci cnd hard disk-ul este oprit sau trece n modul ateptare i discurile nu se mai rotesc, capul se aeaz uor pe disc, fiind mpins de un resort foarte slab. Modelul fizic al capului de citire/scriere l face s semene cu o arip de avion. Atunci cnd se rotesc, discurile antreneaz i aerul din jurul acestora. Deplasarea aerului creeaz un curent care, la fel ca aerul care trece pe lng aripile unui avion n zbor, provoac ridicarea capului de citire/scriere de pe disc. Att timp ct discurile se rotesc, capetele zboar la o distan de cteva milionimi de centimetru (108 m) fa de suprafaa discului (vezi figura 2.13).

Fig. 2.13. Modelul fizic al capului de citire/scriere.

De-a lungul dezvoltrii tehnologiei n domeniul capetelor de citire/scriere, acestea au avut ase variante constructive:

capete cu ferit; capete de tip Metal-In-Gap;

capete Thin Film;

capete Anisotropic Magnetoresistive;

capete Giant Magnetoresistive;

capete Colossal Magnetoresistive. Capetele cu ferit sunt cele mai vechi din punct de vedere tehnologic

(vezi figura 2.14). Acestea constau, de fapt, dintr-un miez de fier n form de U, nvelit cu conductor electric (crendu-se astfel o bobin) pentru a crea un electromagnet, capetele formei U reprezentnd cei doi poli ai magnetului. La citire, se induce un cmp magnetic n spaiul dintre poli, care este tradus n tensiune electric. La scriere, se injecteaz un curent n bobin, generndu-se un cmp magnetic care magnetizeaz platanul n zona n care se dorete scrierea.


32

Fig. 2.14. Exemplu de construcie folosind un cap de citire de ferit.

Dezavantajele majore ale capetelor cu ferit sunt masivitatea construciei, tradus ntr-o distan relativ mare ntre capul de citire i platane. Astfel, cmpurile magnetice dezvoltate de capetele cu ferit nu sunt foarte puternice i nu pot fi folosite la hard disk-uri cu densiti nalte. Capetele cu ferit au fost folosite la primele generaii de hard disk-uri, cu capaciti de pn la 50 MB.

Capetele de tip Metal-In-Gap au reprezentat urmtorul pas tehnologic n evoluia capetelor de citire. Acestea sunt identice constructiv cu capetele cu ferit, dar adaug un aliaj metalic special inserat n capul de citire, ceea ce permite dezvoltarea de cmpuri magnetice mai puternice i, astfel, sunt pretabile la hard disk-uri cu densiti mai nalte ale platanelor. Acest tip de capete a fost folosit pentru hard disk-uri cu dimensiuni ntre 50 MB i 100 MB.

Capetele de tip Thin Film se disting prin dimensiunile mult mai mici fa de capetele de citire cu tehnologii mai vechi (vezi figura 2.15). Acestea sunt fabricate prin depunere fotolitografic de aliaj metalic pe un substrat de dimensiuni reduse. Astfel, capul de citire masiv este complet eliminat, iar distana dintre capul de citire i platan este mult micorat, fiind astfel posibil folosirea de platane de densiti mult mai mari. Capetele realizate n tehnologia Thin Film au fost folosite pentru hard disk-uri cu capaciti cuprinse ntre 100 MB i 1.000 MB.

Fig. 2.15. Imagine a unui cap de citire n tehnologie Thin Film.


33

Capetele de tip magnetorezistiv reprezint o abordare total diferit asupra construciei capetelor de citire. Este operat o modificare fundamental asupra modului n care este realizat citirea prin intermediul capului de citire i nu se aseamn deloc cu tehnologiile anterioare (vezi figura 2.16).

Fig. 2.16. Cap de citire n tehnologie magnetorezistiv.

Capetele magnetorezistive sunt compuse dintr-un material conductor special, care are proprietatea de a-i modifica rezistena electric n prezena unui cmp magnetic. Un senzor traduce aceste modificri de rezisten n semnal electric i apoi n bii, realiznd, astfel, citirea. Aceste capete au o sensibilitate mult mai mare, deoarece nu genereaz curent electric, ceea ce permite scrierea prin cmpuri magnetice mult mai slabe i, astfel, crete dramatic densitatea maxim a unui platan.

De reinut este faptul c aceste capete de tip magnetorezistiv sunt folosite doar la citire, pentru scriere folosindu-se n continuare capete de tip Thin Film, ceea ce nseamn o vitez mult mai mare pentru fiecare dintre operaiuni, deoarece exist capete dedicate pentru fiecare operaiune.

Capetele de citire de tip Giant Magnetoresistive (GMR) reprezint standardul n industria de azi i sunt asemntoare n construcie cu cele magnetorezistive, cu deosebirea c rezistena electric a materialului conductor este mult mai sensibil la ntlnirea unui cmp magnetic, ceea ce permite densiti foarte mari ale platanelor (de pn la 100 GB).

Capetele de citire de tip Colossal Magnetoresistive (CMR) sunt varianta mai avansat a capetelor GMR i reprezint viitorul apropiat n materie de capete de citire. Acestea permit densiti de aproximativ 150200 GB/platan, ceea ce se traduce n hard disk-uri de 300450 GB sau mai mult.

Efectele de altitudine. nlimea la care se deplaseaz capetele de citire/scriere ale hard disk-urilor este unul dintre factorii care determin capacitatea de stocare a unei uniti. Cmpurile magnetice sunt divergente, aa c odat cu distana dintre cap i disc crete i dimensiunea aparent a


34

cmpului generat de o tranziie de flux de pe disc. Micorarea distanei dintre cap i disc reduce dimensiunea aparent a tranziiilor de flux magnetic, permind stocarea mai strns a acestora pe suprafaa discului i creterea capacitii discului.

Pentru prima generaie de hard disk-uri, capetele se deplasau la o distan de aproximativ 1012 microinci (milionimi de inci) de suprafaa discului. Capetele de citire/scriere ale hard disk-urilor moderne zboar la o altitudine mai mic, de aproximativ 5 microinci. Reducerea altitudinii a fost posibil datorit folosirii unor discuri avnd o rugozitate mai mic i a mediilor magnetice bazate pe tehnica peliculelor subiri.

2.3.1.3. Geometria discului

Pistele. Indiferent de tipul mediului magnetic sau al mecanismului de acionare folosit de un disc, capul de citire/scriere trebuie s i opreasc micarea lateral pe disc de fiecare dat cnd scrie sau citete. Ct timp capul staioneaz, discul se rotete. De fiecare dat cnd discul efectueaz o rotaie complet, capul traseaz un cerc complet pe suprafaa acestuia. Acest cerc se numete pist.

Pe fiecare pist, biii de date sunt stocai secvenial, ca i cum aceasta ar fi o bucat de band lipit cap la cap. La fiecare rotire a discului, aceleai date trec pe sub capul de citire/scriere, ct timp acesta este meninut n aceeai poziie. Circuitele electronice ale unitii de disc stabilesc ce poriune a pistei este citit (sau scris) pentru un bloc aleatoriu de date. O pist are limea de numai civa microni (la tehnologia actual, sub 5 microni). Acest lucru permite o densitate de peste 2.000 de piste pe centimetru. Pe aceste piste sunt nregistrate datele.

Cilindrii. Fiecare cap de citire/scriere traseaz o pist pe discul asociat. Mecanismul de acionare blocheaz toate capetele n aceeai poziie fa de centrul discului, de-a lungul unei raze date. Deoarece combinarea tuturor pistelor trasate de capetele de citire/scriere pentru o anumit poziie a mecanismului de acionare formeaz scheletul unui cilindru, o stiv vertical de piste este deseori numit chiar cilindru (cylinder).

Apare noiunea de cilindru, datorit faptului c exist mai multe discuri paralele. Cilindrul se definete ca totalitatea pistelor de pe toate feele discurilor care au aceeai distan fa de centru. Toi cilindrii formeaz volumul (vezi figura 2.17).


35

Fig. 2.17. Sectoare, piste, platane, cilindri, volum, capete i brae (n dreapta: poriune dintr-o pist).

Numrul de cilindri al unei uniti de hard disk este egal cu numrul pistelor de pe fiecare disc. Cu ct un disc are mai muli cilindri, cu att poate stoca mai multe date. Numrul maxim de cilindri este limitat de factori fizici inereni n tehnologia folosit de unitatea de disc. Pistele sunt concentrice pe suprafaa platanelor.

Sectoarele. Majoritatea sistemelor de discuri mpart fiecare pist n arce mai scurte, numite sectoare. Sectorul este unitatea de baz pentru cantitatea de informaii stocate pe un disc. Sectoarele au lungimea fix i sunt compuse dintr-o secven de date, precedat de un preambul (header), care are rolul de a spune capului de citire unde ncep datele utile.

Dup secvena de date de pe disc, pentru a asigura integritatea datelor, este nregistrat o alt poriune care conine un cod de corecie a erorilor, ECC (error-correction code), numit cod Reed-Solomon. ntre dou sectoare consecutive, exist un interval GAP (intersector gap), care are rol de delimitare. Unele sisteme de operare folosesc sectorul ca unitate de msur de baz (aa cum se ntmpl n cazul sistemului de fiiere High Performance File System de sub OS/2).

Sistemul de operare DOS folosete ca unitate de msur pentru fiierele stocate pe disc cluster-ul, care este format din mai multe sectoare. Sectoarele pot fi logice (sectoare soft), fiind marcate prin combinaii de bii nregistrate mpreun cu datele de pe fiecare pist, sau fizice (sectoare hard), fiind stabilite de mecanismul discului.

Cele mai multe hard disk-uri moderne folosesc tehnica numit nregistrarea pe zone multiple (multiple zone recording sau MZR), care permite stocarea unui numr diferit de sectoare pe fiecare pist. Aceast tehnic permite folosirea mai eficient a capacitii de stocare oferite de mediul magnetic.

Performanele drive-ului. Performanele unui HDD sunt influenate de mai muli factori. Pentru a citi o informaie de pe hard disk, trebuie mai nti


36

identificat sectorul sau sectoarele pe care aceasta se afl, dup care capul de citire/scriere trebuie deplasat deasupra pistei pe care se gsete respectivul sector. Timpul consumat cu aceast operaie se numete timp de poziionare pe pist (seek time), cu valori medii cuprinse ntre 5 i 25 ms. Dup ce capul a fost poziionat deasupra pistei dorite, se mai introduce nc o ntrziere, numit timp de cutare pe pist sau timp de laten (rotation latency), pn cnd sectorul cutat se va roti pn sub capul de citire.

Cu vitezele actuale de 5.400, 7.200 rotaii pe minut sau chiar mai mari, transferul unui anumit sector se realizeaz ntr-un timp foarte scurt, adevrata ntrziere fiind generat de cei doi factori amintii: seek time i rotation latency. Rata susinut de transfer a unui disc este diferit de rata intern de transfer a drive-ului i este foarte important pentru aplicaii multimedia i Internet, unde este necesar un flux continuu, iar aceasta se calculeaz incluznd ntrzierile aprute.

Optimizarea discului este una dintre cele mai simple metode de a crete performanele ratei de transfer, pentru c ntre dou piste consecutive timpul de acces poate scdea sub 1 ms.

La vitezele de peste 90 de rotaii/secund, pe care discurile le ating, temperatura platanelor crete, cauznd o dilatare a acestora, lucru care poate duce la scrierea i citirea de date eronate, n acest caz fiind nevoie de o recalibrare.

Chiar dac procesul de recalibrare se ntmpl destul de rar, de obicei doar de 23 ori de la pornirea discului pn cnd acesta ajunge la temperatura sa medie de funcionare, pentru o aplicaie care necesit flux continuu de date ntreruperea cauzat de recalibrare poate fi un lucru fatal. Dar se ajunge rar la ntreruperea fluxului, n special datorit faptului c productorii au nceput s implementeze memorii cache de dimensiuni din ce n ce mai mari n partea electronic a discurilor.

Exemplu. Structura logic a discului n sistemul de operare MS-DOS. DOS formateaz logic n acelai mod att hard disk-ul, ct i floppy disk-ul. Feele, pistele i sectoarele sunt identificate cu aceeai notaie. Unele sectoare sunt speciale i se folosesc n operaiile cu discul. Structura logic a discului este vzut diferit de DOS i de BIOS. BIOS numeroteaz cilindrii ncepnd cu 0 de la exteriorul discului, iar sectoarele, cu 1 dup index. Orice locaie de pe disc se poate accesa printr-o combinaie numeric unic cilindru/fa/sector.

DOS nu recunoate cilindrii, feele i sectoarele. Secvena sectoarelor logice ncepe cu primul sector de pe disc. Astfel, sectorul 1, cilindrul 0, faa 0 devine sectorul logic 0. Se noteaz toate pistele dintr-un cilindru, apoi se trece la cilindrul urmtor. Cnd DOS formateaz o dischet, terge i verific fiecare


37

sector. Dac formateaz un disc fix, verific integritatea fiecrui sector, fr a terge datele din acesta. n ambele cazuri, se pstreaz pe o parte din spaiul discului informaia de control i tabelele necesare organizrii informaiei memorate.

Pentru fiecare dischet sau partiie DOS de pe discul fix, exist 4 zone: zona sistem sau aria rezervat; tabela de alocare a fiierelor, FAT (file allocation table); directorul rdcin (root); aria sau zona fiierelor. Zona sistem sau aria rezervat poate ocupa un sector sau mai multe.

Primul sector este ntotdeauna sectorul de autoncrcare (chiar dac nu este disc sistem), cuprinznd i sectorul parametrilor BIOS (dimensiunea zonei sistem, dimensiunea FAT-ului, versiunea DOS, date despre organizarea discului, informaii dac discul este sistem etc.).

Tabela de alocare a fiierelor (FAT) cuprinde o hart a zonei fiierelor, incluznd starea fiecrui cluster (liber, alocat, rezervat, defect). Pentru fiecare fiier, se aloc un cluster dintre cele libere. Primul cluster alocat se numete cluster de nceput, urmtoarele formnd o list nlnuit, care se scrie n FAT. Numrul cluster-ului de nceput pentru un fiier oarecare este scris ntr-un cmp din director. n FAT, intrarea corespunztoare acestui cluster conine numrul celui de-al doilea cluster etc. La ultimul cluster, intrarea n FAT conine un cod special, care semnific sfritul fiierului. Prin aceast metod de organizare, se poate gsi cluster-ul urmtor, dar niciodat cel anterior.

Directorul rdcin cuprinde o structur arborescent de grupare a fiierelor. Directorul de baz se numete rdcin (root) i este prezent la toate discurile. Directorul este folosit ca un cuprins, identificnd fiecare fiier sau subdirector printr-o intrare n director, care conine o serie de informaii (nume, extensie, dimensiune, localizare, momentul ultimei modificri, atribute etc.).

2.3.1.4. Interfeele discului

Hard disk-urile IDE moderne au evoluat din discurile care dotau primele calculatoare IBM PC/XT. Interfaa IDE (Integrated Drive Electronics) a nceput s fie folosit pe scar larg n sistemele personale pe la nceputul anilor '90. Aceasta oferea o interfa ntre disc, BIOS i sistemul de operare prin intermediul a trei parametri, CHS: Heads (capete), Sectors (sectoare) i Cylinders (cilindri). Pe atunci, o capacitate de 528 MB prea de neatins, capacitate care era de fapt produsul valorilor maxime pe care cei trei parametri


38

puteau s le aib (16 Heads, 63 Sectors i 1024 Cylinders, la o capacitate standard de 512 octei pe sector).

Odat cu apariia capacitilor peste 528 MB, problemele, cum era de ateptat, au aprut i ele. Primele drive-uri de peste 528 MB nu puteau fi folosite la ntreaga capacitate, pentru c, pur i simplu, nu exista o metod de a accesa datele care depeau aceast limit. Ca un rezultat la aceast situaie, controlerele de disc au nceput s ofere BIOS-ului informaii fizic incorecte, dar acceptate de acesta, despre geometria discului, ca mai apoi BIOS-ul s converteasc aceste date n informaiile reale pentru a accesa ntreaga capacitate.

Soluia gsit a fost dezvoltarea standardului, care a evoluat n EIDE (Extended IDE), i care avea o nou metod de a adresa discul, numit LBA (Logical Block Addressing), adic, fiecrui sector distribuindu-se cte un numr ntre 0 i 224, lsnd controlerul s converteasc aceast adres n formatul CHS. Pe lng alte mbuntiri, aceast interfa suport i alte uniti (CD-ROM, DVD etc.), iar interfaa a fost redenumit ATAPI.

Ajungndu-se la momentul n care aceast interfa a devenit prea nceat pentru ratele de transfer de care era nevoie, i s-au adus noi modificri. Astfel, au aprut UDMA33, UDMA66 i UDMA100. Se folosesc, de asemenea, SerialATA, SerialATA II, UltraATA i ParallelATA, n loc de UDMA sau UltraDMA, cu ratele de transfer de maxim 33, 66, 133 i 166 MB/s, precum i interfeele rapide SCSI (cu versiunile SCSI-1, SCSI-2, SCSI-3 i Serial-SCSI).

2.3.1.5. Dimensiunile discurilor

n privina dimensiunii, hard disk-urile au fost fabricate n trei variante constructive: 5,25, 3,5 i 2,5.

Hard disk-urile de 5,25 au fost folosite pe scar larg pn n 1990, dar au continuat s fie folosite i dup 1990 pentru servere sau staii de lucru cu necesiti de stocare mari, deoarece dimensiunea mai mare a platanelor permitea atingerea unor capaciti mai mari.

Hard disk-urile de 3,5 reprezint standardul n industria de azi i sunt folosite n toate calculatoarele de tip desktop, inclusiv n servere. Pe msur ce tehnologia s-a dezvoltat, disk-urile de 3,5 au devenit mult mai eficiente, deoarece permiteau atingerea unor densiti ale platanelor mult mai mari i, astfel, se atingeau capaciti comparabile sau chiar mai mari dect cele ale disk-urilor de 5,25.

A treia variant constructiv, hard disk-ul de 2,5 (vezi figura 2.18), este folosit ca standard pentru notebook-uri, deoarece ofer patru mari avantaje:


39

Fig. 2.18. Un hard disk de 2,5.

mrime redus: aceasta se traduce n faptul c un hard disk de 2,5 ocup mult mai puin loc n carcasa aglomerat a unui notebook;

necesar mai mic de energie: hard disk-urile de 2,5 consum mult mai puin energie, ceea ce este foarte important, deoarece notebook-urile funcioneaz pe baterii;

nclzire redus: hard disk-urile de 2,5 degaj mult mai puin energie termic, deoarece au o suprafa redus i o turaie mai mic a platanelor fa de hard disk-urile de 3,5 (4.2005.400 rpm fa de 5.400-10.000 rpm);

rigiditate mrit: datorit faptului c platanele sunt mult mai mici, hard disk-urile de 2,5 sunt mai puin sensibile la ocuri mecanice, care ar putea defecta hard disk-ul, fiind, astfel, recomandate pentru notebook-uri, al cror mare avantaj este portabilitatea.

2.3.2. Sistemul floppy disk

2.3.2.1. Discuri flexibile

Conceptul de disc flexibil a aprut cu mult naintea PC-urilor. Atunci cnd au aprut primele dischete, calculatoarele personale nu existau nc i nimeni nu prea a avea nevoie de un mijloc pentru schimburile de date. n general, IBM este considerat a fi creatorul dischetei, dar modelele create de IBM nici nu semnau cu dischetele actuale, nici nu funcionau ca acestea. Cea mai evident diferen dintre primele dischete i cele actuale este dimensiunea, primele modele avnd un diametru de 8, fiind nchise n plicuri din mylar doar cu puin mai mari.

Discheta asigur un mediu de nregistrare cu cteva caliti. Suprafaa plan a dischetei permite accesul aproximativ aleatoriu. Ca i n cazul hard disk-urilor, datele sunt aranjate pe piste i sectoare. Micarea de rotaie a discului


40

face ca sectoarele s treac pe sub un cap de citire/scriere, care se deplaseaz radial de la o pist la alta. Mai important, discheta este un mediu amovibil.

Termenul de dischet (floppy disk disc flexibil) este unul dintre acei termeni uimitor de descriptivi ntr-o er a generalizrilor. n interiorul carcasei protectoare, mediul folosit este flexibil i are forma unui disc. Discurile sunt tiate felii din role mari de material magnetic. Mediul de stocare tradiional pentru dischete este discul subire, flexibil, nchis ntr-o carcas protectoare. Discul este, de fapt, un sandvi format din trei straturi, partea din mijloc fiind un substrat de poliester cu grosimea de aproximativ 3,5 miimi de inci, respectiv 80 microni. Straturile exterioare reprezint mediul de stocare propriu-zis, avnd o grosime de o miime de inci pe fiecare parte a substratului de poliester. Grosimea stratului magnetic de pe substratul discului depinde de tipul dischetei i de densitatea de stocare. Pentru tipurile de dischete uzuale, stratul magnetic msoar de la 0,035 miimi de inci la 0,1 miimi de inci (adic, de la 0,9 microni la 2,5 microni). n general, cu ct este mai mare densitatea de stocare, cu att este mai subire stratul magnetic. De asemenea, particulele individuale sunt mai mici.

Pentru PC-uri, au fost folosite, n principal, dou tipuri de dischete. nainte ca dischetele actuale de 3,5 s fie acceptate ca standard, piaa a fost dominat de dischetele de 5,25. Noile PC-uri sunt echipate n exclusivitate cu uniti de dischete de 3,5. Dischetele mai mari au supravieuit numai n arhive, pentru fiierele i programele mai vechi, care sunt citite doar ocazional.

Tabelul 2.3 prezint grosimea straturilor magnetice pentru tipurile uzuale de dischete.

Tabelul 2.3. Caracteristicile mediilor magnetice folosite pentru dischete

tipul dischetei grosimea stratului magnetic

(microni) coercitivitate

(Oe)

5,25 densitate dubl DD (double density)

2,5 290

5,25 densitate nalt HD (high density)

1,3 660

3,5 densitate dubl DD (double density)

1,3 650

3,5 densitate nalt HD (high density)

0,9 720


41

Tabelul 2.4 prezint formatele convenionale de dischete i versiunea de sistem DOS corespunztoare fiecrui format.

Tabelul 2.4. Formate convenionale de dischete

diametru (inci)

densitate sau format

sectoare pe pist

piste pe fa

fee capacitate

(octei) versiune

DOS

5,25 dubl

(double) 8 40 1 160 KB 1.0

5,25 dubl

(double) 8 40 1 180 KB 2.0

5,25 dubl

(double) 8 40 2 320 KB 1.1

5,25 dubl

(double) 9 40 2 360 KB 2.0

5,25 nalt (high)

15 80 2 1,2 MB 3.0

3,5 dubl

(double) 9 80 2 720 KB 3.2

3,5 nalt (high)

18 80 2 1,44 MB 3.3

3,5 foarte mare

(extra) 18 160 2 2,88 MB 5.0

3,5 DMF 21 80 2 1,68 MB 3.3

Pentru creterea cantitii de informaii stocate pe fiecare dischet i reducerea numrului de dischete folosite pentru distribuirea aplicaiilor, muli furnizori de software au nceput s foloseasc formatul DMF (Distribution Media Format) al firmei Microsoft. Aceast variant a modelului de nregistrare cu densitate nalt (high density) permite stocarea a 1.720.320 octei (1,68 MB) pe o dischet standard de 3,5 cu densitate nalt, n loc de 1.474.560 octei (1,44 MB). Formatul DMF este diferit fa de standardul DOS prin faptul c folosete 21 de sectoare pe pist, n loc de 18. Formatul DMF face s ncap mai multe sectoare pe fiecare pist, prin reducerea spaiului dintre sectoare la 9 octei.

Totui, diferenele sunt mai profunde. Fiecare pist folosete un factor de ntreesere de 2:1, astfel nct sectoarele nu sunt stocate n ordinea normal. Aceast ntreesere are ca rezultat citirea mai lent, deoarece discul trebuie s se roteasc de dou ori pentru citirea fiecrei piste. De asemenea, formatul


42

DMF deplaseaz sectoarele de pe pistele adiacente cu 3 sectoare, astfel nct sectorul 1 de pe pista 4 este aliniat cu sectorul 1 de pe pista 2.

Spaiul mai mic dintre sectoare face dificil scrierea dischetelor DMF n unitile de dischete obinuite. De fapt, Microsoft consider DMF un format numai pentru citire. Nu se poate scrie pe discurile DMF folosind componentele software obinuite. Exist o serie de utilitare disponibile pentru copierea i chiar pentru crearea dischetelor DMF. n momentul adoptrii dischetelor de 3,5 ca standard pentru calculatoarele desktop, au fost folosite numai dischetele cu densitate nalt, cu o capacitate de 1,44 MB.

Carcasa. Principalele mbuntiri aduse de Sony dischetelor de 3,5 au fost mecanice. Din punct de vedere magnetic i logic, acestea funcioneaz la fel cu discurile flexibile de 8. Unitile de dischete au acelai mod de operare, dar sunt miniaturizate pentru PC-urile moderne. Cea mai remarcabil inovaie adus de Sony dischetelor de 3,5 a fost carcasa dur din plastic rezistent la impact (vezi figura 2.19).

Fig. 2.19. Organizarea extern a unei dischete de 3,5.

Carcasa dischetei de 3,5 msoar 3,7 (94 milimetri) n lungime i doar puin peste 3,5 (90 milimetri) n lime. Discurile au o grosime cu puin mai mare de o optime de inci (3,3 milimetri) i o greutate aproximativ de 22 grame. n contradicie cu numele, discul magnetic din interior nu msoar dect 3,4 (86 milimetri) n diametru. n ciuda rolului protector al carcasei, mediul magnetic trebuie protejat de atingerea cu aceasta. O folie subire de material textil neesut, asemntor prosoapelor de hrtie, cptuete carcasa, protejnd discul magnetic. Firele acestui material textil au rolul de suport i colecteaz praful. Contactul uor cu stratul de cptueal permite alunecarea mediului aproape fr frecare. n acelai timp, materialul textil adun praful i alte particule de pe suprafaa mediului, astfel nct s nu zgrie capetele de citire/scriere ale unitii de dischete.


43

Butucul discului. O poriune a dischetelor mai vechi predispus la deteriorri este orificiul butucului. La fiecare introducere a dischetei n unitate, butucul unitii intr n acest orificiu i antreneaz discul. Intrarea butucului n orificiu foreaz poziionarea corect a ntregului disc pentru citire i scriere. Uneori, butucul poate s deterioreze marginile orificiului. Dac discul este deteriorat ntr-o msur prea mare, poate deveni inutilizabil.

Singura protecie pe care o ofereau dischetele mai vechi mpotriva acestui tip de deteriorri era un inel opional de ntrire, pe care productorii l adugau pe marginile orificiului de antrenare. Dischetele de 3,5 elimin aceste probleme prin folosirea unui butuc metalic solid, cu un orificiu central ptrat de antrenare, care se potrivete cu axul unitii de dischete. Butucul de oel este mai rezistent la deteriorri. Tietura dreptunghiular din butuc permite mecanismului unitii de dischete s determine fr ambiguiti alinierea radial a discului. Aceast tietur servete ca referin mecanic pentru poziia datelor pe disc. Butucul mecanic este lipit de discul magnetic.

Cheia de inserare. O dischet de 3,5 are patru laturi i dou fee, adic opt moduri n care se poate ncerca introducerea acesteia n unitatea de dischete, dintre care unul singur este corect. Dac forma dreptunghiular a carcasei nu permite introducerea lateral a dischetei, se poate ncerca introducerea acesteia cu partea din spate sau rsturnat. Pentru a mpiedica deteriorarea unitii prin introducerea necorespunztoare a dischetei, carcasa are o teitur la unul dintre coluri. O cheie din interiorul unitii blocheaz acest col dac teitura nu este prezent, astfel nct nu se poate introduce discheta n unitate n orice poziie. Dup ce discheta ptrunde complet n unitate, oblonul metalic se deschide i capetele de citire/scriere se poziioneaz pe disc. Colul teit nu permite capetelor de citire/scriere s ating carcasa de protecie n loc de zona de acces a discului. Pe plasticul carcasei este desenat o mic sgeat, cu rolul de indicator vizual. Aceasta indic latura dischetei care trebuie s se introduc n unitate, dac oblonul metalic nu este suficient.

Protecia la scriere. Discheta este proiectat, n principal, ca un mediu de citire/scriere, astfel nct se poate folosi pentru stocarea informaiilor i pentru citirea ulterioar a acestora. Totui, uneori se dorete protejarea datelor de pe dischete mpotriva modificrilor. De exemplu, atunci cnd se salveaz pe dischete fiierele de arhiv. De asemenea, productorii software protejeaz la scriere dischetele de distribuie, astfel nct s mpiedice tergerea accidental a codului, ceea ce ar cauza probleme birourilor de asisten tehnic.

Discheta de 3,5 include o clapet de protecie la scriere, care permite transformarea oricrei dischete ntr-un mediu cu acces numai pentru citire. Atunci cnd clapeta acoper orificiul, se poate scrie, se poate citi i se poate


44

formata discheta. Dac se schimb poziia clapetei astfel nct orificiul s fie deschis, un dispozitiv din interiorul unitii mpiedic scrierea pe dischet. Se poate deplasa oricnd clapeta napoi, astfel nct discheta s poat fi folosit din nou pentru scriere.

Deseori, productorii elimin complet clapeta. n lipsa acesteia, orificiul nu mai poate fi acoperit i discheta este protejat permanent la scriere. Totui, se poate ocoli aceast form permanent de protecie, blocnd orificiul de protecie la scriere. Cea mai simpl metod este acoperirea orificiului pe ambele pri cu o band opac, fcnd astfel discheta de distribuie accesibil pentru scriere. Totui, aceast metod ascunde un pericol potenial. Dac banda nu este bine lipit pe disc, se poate ncurca n mecanismul unitii de dischete, cu posibilitatea de a mpiedica scoaterea dischetei din unitate.

Cheia de determinare a densitii. Pentru ca unitatea de dischete s poat determina tipul mediului magnetic folosit de dischet, astfel nct circuitele electronice ale unitii s fie ajustate n funcie de coercitivitatea discului, dischetele de 3,5 includ o cheie de densitate. Cheia const, de fapt, n prezena sau absena unui orificiu dintr-un col al carcasei. Dischetele cu densitate dubl nu au acest orificiu, care este prezent pe dischetele cu densitate nalt. Dischetele cu densitate foarte mare (extra high density) au nc un orificiu, indicnd valoarea de 2,88 MB. n plus, densitile mai mari sunt marcate i prin ali identificatori vizuali de exemplu, marcajul stilizat HD din apropierea oblonului dischetelor cu densitate nalt.

Deseori, conexiunea dintre unitatea de dischete i calculatorul gazd nu retransmite corect informaiile legate de cheia de densitate ctre PC i sistemul de operare al acestuia. Dac informaiile legate de cheia de densitate nu sunt disponibile, se poate formata o dischet cu densitate dubl ca i cum ar avea densitate nalt (high density). Cu ctva timp n urm, unii productori ofereau dischete pe care era marcat poziia orificiului de determinare a densitii, astfel nct se putea perfora carcasa i formata discheta cu densitate nalt. Dei diferena de coercitivitate ntre dischetele cu densitate dubl i densitate nalt este modest, alte diferene ale mediului fac ca dischetele cu densitate dubl s fie nefiabile la capaciti mai mari. n plus, perforarea carcasei las deseori reziduuri sub forma unor mici particule de plastic care contamineaz discul (n fabric, cheia de densitate este creat prin turnare, nu prin perforare). Aceti ageni contaminani pot reduce durata de via a discului sau pot deteriora unitatea de dischete. Costul sczut al dischetelor actuale cu densitate nalt face ca aceste operaii s fie evitate.

Pentru dischetele de 3,5 sunt folosite 4 formate, dintre care 3 sunt acceptate de PC-uri (PC-urile nu suport dischetele de 3,5 cu o singur fa).


45

n tabelul 2.5 sunt prezentate caracteristicile de baz ale celor patru formate pentru dischetele de 3,5.

Tabelul 2.5. Caracteristicile dischetelor de 3,5

capacitate unitate de msur

360 KB 720 KB 1,44 MB 2,88 MB

fee numr 1 2 2 2

piste numr 80 80 80 80

sectoare pe pist numr 9 9 18 36

dimensiunea sectoarelor bii 512 512 512 512

viteza de rotaie rpm 300 300 300 300

rata de transfer a datelor kbps 500 500 500 1.000

densitatea biilor (max.) bpi 8.717 8.717 17.434 1.434

densitatea pistelor tpi 135 135 135 135

coercitivitate Oe 650 650 720 1.200

2.3.2.2. Uniti de disc flexibil

Interfaa de disc flexibil permite cuplarea a maximum 4 uniti de disc: dou n cutia echipamentului nucleu i dou n exterior. Pentru fiecare din aceste dou perechi exist un conector separat. Exist amplificatoare i terminatori de cablu pentru fiecare conector. Suportul magnetic ncorporat n dischet are nevoie de un dispozitiv electromecanic pentru crearea condiiilor ca interfaa mediu-cap magnetic s faciliteze transferul de date ntre mediul magnetic i o interfa electric stabilit, de regul cu niveluri logice 0 (0 V sau 0,8 V) i 1 (2,4 V sau 5 V). Acest dispozitiv, prezentat n figura 2.20, este denumit unitate de disc flexibil (UDF), fiind un echipament periferic de sine stttor. mpreun cu blocul de cuplare la magistrala microcalculatorului, una sau mai multe UDF formeaz un subsistem de disc flexibil (SSDF). Adaptarea interfeei UDF la magistrala microcalculatorului este realizat ntr-un modul care organizeaz datele de pe suport, conform unui format standardizat sau specializat al pistei. Aceast parte se numete formator. Formatorul, mpreun cu circuitele de dialog cu magistrala, se constituie ntr-o unitate numit cuplor de disc flexibil.


46

Fig. 2.20. Unitate de disc flexibil (UDF).

Interfaa mediu-cap magnetic. Interfaa mediu-cap magnetic, prin care se efectueaz transferul de informaie, se realizeaz prin contact direct. Discheta, antrenat de un motor electric de curent alternativ sau de curent continuu, se afl n micare de rotaie cu vitez constant. Capul magnetic este transportat pe un car, a crui poziie fa de o pist de referin corespunde pistei cu care se face transferul.

Capul se aeaz pe pist prin apsarea dischetei ntre cap, pe de o parte, i un tampon cu psl, pe de alt parte, acesta din urm fixat pe un bra acionat de un electromagnet. Odat ajuns la pista aleas, capul magnetic rmne fixat n timpul ncrcrii, iar tamponul de psl aduce suprafaa de nregistrare n apropierea ntrefierului de nregistrare-redare.

Capul magnetic creeaz o mic adncitur pe suprafaa dischetei, deformare care dispare dup ndeprtarea de zona prins ntre cap i tampon. Suportul i capul magnetic sunt proiectate s reziste la frecarea intens din zona transferului. Variaiile poziiei capului, ale parametrilor micrii carului i ale poziiei dispozitivului de prindere a dischetei stabilesc acurateea poziionrii pe pist i excentricitatea parcurgerii ei la diferite treceri, limitnd n bun msur performanele UDF.

Protecie scriere

Comand scriere

Date scriere

Detecie pist 43

nfurare scriere/citire

El. magnet

s. u

index

Acionare motor pas cu pas

step

pista 0 Circuite de comand /scriere

Circuite scriere

Circuite citire

selecie

ready

index sector

direcie ncrcare cap

Date citire

Detecie pist zero

LED dischet instalat

Senzor protecie scriere

Motor asincron

Band elastic de antrenare


47

2.4. MEMORII PORTABILE

2.4.1. ZIP

Un ZIP este o soluie de stocare magnetic portabil. Iomega ZIP Drive a fost lansat n 1995. Este o tehnologie dezvoltat pe baza principiului aerodinamic al lui Bernoulli, care afirm c, la un lichid n curgere, creterea vitezei are loc simultan cu scderea presiunii (vezi figura 2.21).

Fig. 2.21. Principiul aerodinamic al lui Bernoulli (stnga) i discul ZIP Iomega (dreapta).

Cu ajutorul acestui principiu, Iomega a creat o unitate n care discul flexibil plutete ntre capete de citire i scriere. Discul este moale i flexibil ca la dischete, ceea ce l face ieftin de produs i mult mai puin sensibil la ocuri fa de hard disk-uri. Discul ZIP este de o calitate mult mai bun dect la dischete, fapt care permite folosirea unor capete de citire-scriere mult mai mici (aproximativ de 10 ori) i un mecanism de poziionare al capetelor de citire similar cu al hard disk-urilor. Un disc ZIP are mult mai multe piste dect o dischet, rezultnd un volum superior de date pe un disc cu aceeai suprafa. Iomega a lansat versiuni de 100, 250 i 750 MB, n uniti cu 3.000 de rpm.

Cel mai mare dezavantaj al discurilor ZIP este faptul c nu se pstreaz compatibilitatea cu dischetele de 3,5 inci, mpiedicnd ca aceast tehnologie s se impun ca nlocuitoare a dischetelor. Popularitatea ei a nceput s scad n jurul anului 2000, din mai multe motive: costul relativ mare al dischetelor (tehnologie proprietar Iomega), apariia pe pia a discurilor optice (re)nregistrabile i a altor memorii portabile, precum i sensibilitatea ridicat la praf i murdrie (problem de fiabilitate cunoscut sub numele de click of death).

Un ZIP poate fi unitate extern sau intern. Unitile externe folosesc interfeele: paralel, SCSI, Plus i USB, iar cele interne, SCSI, IDE i ATAPI.


48

2.4.2. Pocket Hard Disk (PHD)

Aprute iniial ca un concurent pentru formatul CompactFlash pe piaa fotografiei digitale profesioniste, hard disk-urile de 1 i, mai nou, de 0,85 devin o component tot mai folosit n dispozitivele electronice multimedia actuale. Pionier n domeniu a fost firma IBM, care a lansat primul hard disk de 1, de 340 MB, numit Microdrive. Acesta a fost primul dintr-o serie de produse similare dezvoltate de Hitachi, Seagate i Western Digital, modelele recente ajungnd la 6 GB. Cel mai mic hard disk al momentului este cel de 0,85, produs de Toshiba. Se estimeaz c n viitorul apropiat acest disc va fi capabil s stocheze pn la 4 GB de date.

Aceste hard disk-uri miniaturale vor fi incluse n urmtoarea generaie de telefoane mobile i PDA-uri, fcnd din aceste dispozitive instrumente foarte puternice i cu un grad nalt de portabilitate. Momentan, hard disk-urile de 1,8 i 1 i gsesc locul n MP3player-e portabile, carduri compatibile CompactFlash Type II i dispozitive de stocare portabile n adevratul sens al cuvntului. Hard disk-urile de 1,8 le vor nlocui n cel mai scurt timp pe cele de 2.5 n notebook-urile de format mic, avnd avantajul unei performane suficiente i al unui consum de energie n operare mult diminuat.

Un dispozitiv miniatural de actualitate este In.Coder PJ-28, care conine un hard disk de 1, de 2,2 GB, i are o grosime de numai 0,8 mm. Acest produs este o alternativ la pendrive-urile cu memorie flash, care au devenit mediul portabil cel mai utilizat de stocare a datelor.

Fig. 2.22. In.Coder PJ-28.

Ali productori, precum Archos, ofer modele similare. Aceste dispozitive, ct i cele cu memorie flash, sunt preferate de utilizatori n detrimentul CD-urilor reinscriptibile i, cu att mai mult, al dischetelor (care, n situaia actual, nu mai reprezint o soluie pentru nici o categorie de utilizatori), datorita portabilitii, fiabilitii, uurinei n utilizare, capacitii de stocare i vitezei net superioare.


49

2.4.3. Solid State Drive (SSD)

Disks made from nonvolatile flash memory, often called solid-state disks (SSDs), are growing in popularity as a high-speed alternative to traditional magnetic disk technologies. The invention of the SSD is a classic tale of When they give you lemons, make lemonade. While modern electronics may seem totally reliable, the reality is that transistors slowly wear out as they are used. Every time they switch, they wear out a little bit more and get closer to no longer working.

One likely way that a transistor will fail is due to hot carrier injection, a failure mechanism in which an electron charge gets embedded inside a once-working transistor, leaving it in a state where it is permanently stuck on or off. While generally thought of as a death sentence for a (likely) innocent transistor, Fujio Masuoka while working for Toshiba discovered a way to harness this failure mechanism to create a new nonvolatile memory. In the early 1980s, he invented the first flash memory. Flash disks are made of many solid-state flash memory cells. The flash memory cells are made from a single special flash transistor. A flash memory cell is shown in Fig. 2.23.

Fig. 2.23. A flash memory cell.


50

Embedded inside the transistor is a floating gate that can be charged and discharged using high voltages. Before being programmed, the floating gate does not affect the operation of the transistor, essentially acting as an extra insulator between the control gate and the transistor channel. If the flash cell is tested, it will act like a simple transistor.

To program the flash bit cell, a high voltage (in the computer world 12 V is a high voltage) is applied to the control gate, which accelerates the process of hot carrier injection into the floating gate. Electrons become embedded into the floating gate, which places a negative charge internal to the flash transistor. The embedded negative charge increases the voltage necessary to turn on the flash transistor, and by testing whether or not the channel turns on with a high or low voltage, it is possible to determine whether the floating gate is charged or not, resulting in a 0 or 1 value for the flash cell. The embedded charge remains in the transistor, even if power is removed from the system, making the flash memory cell nonvolatile.

Because SSDs are essentially memory, they have superior performance to spinning disks and have zero seek time. While a typical magnetic disk can access data up to 100 MB/sec, a SSD can operate two to three times faster. And because the device has no moving parts, it is particularly suited for use in notebook computers, where jarring and movement will not affect its ability to access data. The downside of SSDs, compared to magnetic disks, is their cost. While magnetic disks cost pennies/gigabyte, a typical SSD will cost one to three dollars/gigabyte, making their use appropriate only for smaller drive applications or situations that are not cost sensitive. The cost of SSDs is dropping, but they still have a long way to go to catch up to cheap magnetic disks. So while SSDs are replacing magnetic disks in many computers, it will likely be a long time before the magnetic disk goes the way of the dinosaur (unless another big meteorite strikes the earth, in which cases the SSDs are probably not going to survive either).

Another disadvantage of SSDs compared with magnetic disks is their failure rate. A typical flash cell can be written only about 100,000 times before it will no longer function. The process of injecting electrons into the floating gate slowly damages it and the surrounding insulators, until it can no longer function. To increase the lifetime of SSDs, a technique called wear leveling is used to spread writes out to all flash cells in the disk. Every time a new disk block is written, the destination block is reassigned to a new SSD block that has not been recently written. This requires the use of a logical block map inside the flash drive, which is one of the reasons that flash drives have high internal storage overheads.


51

Using wear leveling, a flash drive can support a number of writes equal to the number of writes a cell can sustain times the number of blocks on the disk.

Some SSDs are able to encode multiple bits per byte using multilevel flash cells. The technology carefully controls the amount of charge placed into the floating gate. An increasing sequence of voltages is then applied to the control gate to determine how much charge is stored in the floating gate. Typical multilevel cells will support four charge levels, yielding two bits per flash cell.

3. ECHIPAMENTE DE TIP?RIRE.IMPRIMANTE

3.1. INTRODUCERE

Imprimantele pot fi mp???ite n dou? mari categorii, n func?ie de contactulfizic dintre mecanismul de tip?rire ?i hrtie: imprimantele cu impact (impactprinters), la care acest contact fizic se realizeaz?, ?i imprimantele f??? impact(non-impact printers), la care contactul fizic ntre mecanism ?i hrtie nu serealizeaz?.

Clasificarea imprimantelor dup? acest criteriu se poate face, deci, n felulurm?tor:

q imprimante cu impact:o imprimante alfanumerice:

rapide; cu cap margaret? (daisy wheel); cu cap sferic;

o imprimantele matriceale;q imprimante non-impact:

o imprimante cu jet de cerneal? (inkjet): cu jet continuu; cu bule (bubble jet); piezo-electrice;

o imprimante laser;o imprimante cu cerneal? solid?;o imprimante cu cear? termic?;o imprimante cu sublimarea culorii;o imprimante termice autocrome.

Chiar dac? pia?a este dominat? de imprimantele laser ?i cu cerneal?,exist?? ?i alte tehnologii de tip?rire. Tehnologia cernelii solide are o prezen??important?, fiind capabil? s? realizeze documente de o calitate superioar? pe olarg? gam? de materiale, n timp ce tehnologiile cu transfer termic de cear?


50

(thermal wax transfer) sau sublimarea culorii (dye sublimation) joac? un rolimportant n domeniile mai specializate ale imprim?rii.

Imprimantele matriceale (dot matrix) r?mn utile n situa?iile n care estenevoie de o imprimant? rapid? cu impact, dar dezavantajul major al acesteitehnologii este c? nu se poate tip?ri color. Singurele imprimante de tipalfanumeric r?mase n uz sunt cele rapide, care tip?resc cte un rnd odat?.

3.1.1. Mecanismul de tip?rire ?i traseul hrtiei

Mecanismul de trasare este partea care execut? efectiv semnele graficepe hrtie. De exemplu:

capul de imprimare dintr-o imprimant? matriceal?; jetul de cerneal? dintr-o imprimant? inkjet; fuzibilul dintr-o imprimant? laser.Astfel, prin mecanismul de trasare se n?elege elementul din imprimant?

care a?eaz? n mod fizic cerneala pe hrtie, la locul potrivit.Exemplu: la imprimanta matriceal?, capul de tip?rire mobil con?ine acele

care lovesc banda tu?at? pentru a forma semnele grafice.Toate imprimantele deplaseaz? hrtia peste mecanismul de trasare.

Produc?torii acord? o mare aten?ie traseului hrtiei, deoarece trebuie asigurat?func?ionarea imprimantei n mod fiabil, cu un num?r minim de blocaje (numitepaper jam).

3.1.2. Corpurile de liter?

Toate imprimantele dispun de cel pu?in un set ini?ial de corpuri de liter?.Cele mai moderne de?in seturi de corpuri de litere a c?ror m?rime poate fimodificat? (numite uneori fonturi scalabile), ceea ce nseamn? c? tip?rirea sepoate face la orice dimensiune, deoarece aceasta se poate schimba oricum sedore?te. Dac? exist? fonturi scalabile, va fi necesar un singur fi?ier de corpuri delitere pentru orice dimensiune de corp de liter?.

Prin corpuri de liter? (fonturi) se n?elege un set de numere, litere ?icaractere speciale cu o anumit? form???i m?rime.

Exemplu: cele mai multe dintre imprimante, nc? de acum 10-15 ani, auincluse de c?tre fabricant corpurile de liter? Courier de 12 puncte. Un punct

Echipamente de tip?rire. Imprimante

51

(point) este o unitate de m?sur? folosit? n tipografie: ntr-un inci exist? 72 depuncte.

3.1.3. Rezolu?ia

Rezolu?ia se refer? la calitatea tip?ririi ?i reprezint? o m?sur? a apropieriicu care imprimanta este capabil? s? tip?reasc? dou? puncte al?turate, sau,altfel spus, cte puncte poate plasa o imprimant? pe o lungime dat?. Legat derezolu?ie, mai trebuie specificat?? ?i unitatea de m?sur?: dpi, care se refer? lanum?rul de puncte pe inci care poate fi produs de o imprimant? (dots per inch).

Algoritmul halftoning mparte rezolu?ia de baz? de puncte a imprimanteintr-o gril? de celule halftone? ?i apoi activeaz? unele puncte din aceste celulepentru a simula un punct de m?rime variabil?. Printr-o combina?ie precis? decelule con?innd propor?ii diferite de puncte, tehnica halftoning poate p???liochiul uman crend senza?ia unei palete de milioane de culori.

3.1.4. Emularea ?i driver-ele

Problemele care se pun n ceea ce prive?te diversitatea de imprimantecare se afl? pe pia?? este cea a compatibilit??ii. n general, fiecare program careruleaz? pe un calculator are un limbaj unic ?i are nevoie de un driver prin care?? comunice cu imprimanta. Programele care ruleaz? ntr-un mediustandardizat, cum este Microsoft Windows, sunt o excep?ie, toate putnd folosidriver-ele de imprimant? standardizate. Din aceste motive (n specialeconomice, deoarece men?inerea driver-elor la zi poate fi destul de costisitoarepentru o companie), foarte multe imprimante pot emula (vorbi) acela?i limbaj caimprimantele mai cunoscute. n acest fel, firmele produc?toare de soft potfurniza driver-e numai pentru imprimantele cele mai bine vndute, iar cele maipu?in cunoscute ?i pot asigura compatibilitatea cu un set mai larg de programesoft. Cteva din imprimantele cu care sunt adesea compatibile celelalte tipurisunt: Epson, Hewlett-Packard, IBM, Canon ?i Toshiba.

Imprimantele au nevoie de programe driver pentru a putea lucra cu softulde pe calculatorul gazd?. Un program driver este un fi?ier nmagazinat ncalculatorul gazd?? ?i care ajut? softul acestuia s? comunice cerin?ele saleimprimantei. Prin urmare, un driver este un utilitar care transform? cererea deimprimare de la o aplica?ie n instruc?iuni pe care imprimanta le poate n?elege.


52

Exist? dou? variante n ceea ce prive?te driver-ele de imprimant?: fiecare aplica?ie vine cu programe driver pentru diferite tipuri de

imprimante, iar utilizatorul trebuie s? caute un driver compatibil cupropria imprimant?;

fiecare imprimant? vine de la produc?tor cu propriul driver, instalat deobicei pe o dischet? sau, mai nou, pe un CD, unde, pe lng? driver-e,se mai pot g?si ?i programe de test, moduri de utilizare corect?? ?isfaturi practice n cazuri de func?ionare incorect?.

3.1.5. Controlerul ?i interfa?a

Controlerul unei imprimante este punctul central al tuturor activit??ilor eimecanice ?i electronice, sincroniznd evenimentele n a?a fel nct caracterele?? fie realizate exact a?a cum apar pe ecran. Unele controlere pot chiar s?monitorizeze informa?ia care este trimis? prin interfa????i pot descifra n ce limbaja fost aceasta trimis?. Controlerul este un microcip (sau, mai modern, un set demicrocipuri) care furnizeaz? instruc?iuni imprimantei, coordonnd datele caresosesc ?i transformarea acestora n semne tip?rite. Controlerul ac?ioneaz? ntandem cu driver-ul de imprimant? pentru a asigura o func?ionare corect?.

Imprimanta este conectat? la calculator printr-o interfa??. Exist? diversetipuri de interfa??, fiecare cu avantaje ?i dezavantaje. De obicei, no?iunea deinterfa?? include att conectorul imprimantei ?i al calculatorului, ct ?i cablul careleag? cele dou? conectoare.

3.1.5.1. Interfa?a paralel?

Comunica?ia paralel? ntre calculator ?i imprimant? este cea mai desntlnit?. Datele sunt stocate n calculator sub forma de octe?i. n cadrulcomunica?iei paralele, exist? mai multe conexiuni individuale, fiecare dintreacestea transportnd cte un bit. Uzual, sunt 8 conexiuni de date, permi?ndunui octet s? fie transferat tot odat?, dar, uneori, exist???i 16 conexiuni de date,pentru transferul simultan a doi octe?i. Pe lng? date, trebuie transmise ?isemnalele protocolului de comunica?ie dintre calculator ?i imprimant?, pentruanun?a calculatorul cnd s? nceap???i cnd s? nceteze transmisia datelor. Laaceste semnale, sunt folosite conexiuni suplimentare pentru a nu interfera cu


53

transmiterea datelor. Comunica?iile de tip paralel nu se preteaz? transferului dedate pe distan?e mari, fiind eficiente pentru cabluri de c?iva metri lungime.

Interfa?a paralel? Centronics, inventat? de compania omonim?produc?toare de imprimante, este cea mai utilizat? metod? de conectare aimprimantei la calculator. Aceasta folose?te o conexiune paralel? de 8 bi?i ?i esteunidirec?ional?. Protocolul de transmisie are loc pe fire separate.

3.1.5.2. Interfa?a serial?

Leg?turile care utilizeaz? comunica?ia serial? sunt mult mai lente dectcele paralele, dar pot fi utilizate pe distan?e mai mari. n cazul unei leg?turiseriale simple, sunt utilizate doar dou? fire: unul pentru transmiterea datelor, iarcel?lalt pentru recep?ie. Majoritatea leg?turilor seriale au cel pu?in nc? un fir nplus, dar acesta nu are niciun efect asupra vitezei de transfer. Firelesuplimentare au rolul de a asigura protocolul handshaking, dar acestea suntop?ionale, deoarece se pot trimite prin celelalte fire semnale software pentruhandshaking, amestecate cu datele.

Fiecare bit este trimis separat, deci un octet necesit? n mod normal 8transferuri individuale. n plus, majoritatea sistemelor de comunica?ie serial?necesit? transmiterea unor bi?i de control la nceputul ?i sfr?itul unui octet, deci,uzual, pentru a transfera un octet sunt transmi?i 1011 bi?i. Viteza standard amajorit??ii leg?turilor seriale este de 19.200 bi?i pe secund?, dar exist? unelesisteme care pot lucra la viteze de cteva ori mai mari.

Comunica?ia serial? poate fi convertit? pentru a transfera date prin liniatelefonic?, deci calculatorul ?i imprimanta se pot afla la distan?e mari unul decel?lalt, acest tip de comunica?ie numindu-se conectare la distan?? (remoteconnection). De?i rata de transfer n cazul comunic?rii seriale este adecvat?pentru tip?rirea de text, n cazul graficii bitmap, aceasta nu permite imprimantei?? func?ioneze la ntreaga vitez?.

3.1.5.3. Interfa?a de re?ea

Re?elele cu arie local? LAN ofer? posibilitatea de folosire n comun aunor imprimante mai performante. Exist? servere n re?ea dedicate procesuluide tip?rire, dar imprimantele trebuie s? dispun? interfe?e de re?ea pentru a puteafi plasate aproape de utilizatori, ?i nu lng? servere. Mai recent, se folosescconect?rile prin USB, infraro?u, bluetooth ?i card-uri de memorie.


54

3.1.5.4. Comutarea porturilor

Unele imprimante care au mai mult de un port de comunicare permitcomutarea porturilor, astfel nct imprimanta poate comuta automat ntre diferiteporturi pentru a primi date de la mai multe calculatoare. Cnd imprimanta se afl?n modul a?teptare, portul pe care prime?te date devine port activ pn? cndjob-ul respectiv este terminat. Dac? un alt calculator legat la un port diferitncearc? s? trimit? date n timp ce imprimanta proceseaz? un job de tip?rire,acesta va fi avertizat s? a?tepte, printr-un semnal de tip handshaking. Sistemulde comutare a porturilor func?ioneaz?, n general, foarte bine, dar, uneori, poatefi dificil pentru imprimant? s? decid? dac? s-a terminat un job de tip?rire. n acestcaz, imprimanta poate a?tepta cteva secunde pentru a stabili dac? calculatorulmai trimite date (aceast? perioad? poate fi setat? folosind panoul de control alimprimantei ?i are valoarea tipic? de 1020 secunde), iar dac? nu mai prime?tedate, presupune c? job-ul este complet ?i l tip?re?te.

Dac? calculatorul este foarte lent sau preg?te?te pentru tip?rire o pagin?deosebit de complex?, se poate ntmpla ca pauza s? fie mai lung? dectperioada de a?teptare, caz n care job-ul va fi divizat n dou? p???i, iar comenzilede formatare de la nceputul job-ului vor fi pierdute, deci a doua parte va fitip?rit? necorespunz?tor. Majoritatea imprimantelor permit dezactivarea func?ieide comutare a porturilor sau setarea unui timp de a?teptare foarte lung pentru adep??i aceast? problem?.

3.2. IMPRIMANTE ALFANUMERICE

Imprimantele alfanumerice au o importan?? mai mult istoric?, acum fiindfolosite doar cele de vitez? foarte mare, care nu au putut fi nlocuite. Sunt de maimulte tipuri, dup? cum urmeaz?.

3.2.1. Imprimante cu cap sferic

Se poate vedea un astfel de exemplu n genericele unor emisiuni TV,fiind un model vechi, dar foarte sugestiv pentru tehnologia anilor 70. Viteza deimprimare este foarte redus?, datorit? greut??ii mari a capului de imprimare.


55

3.2.2. Imprimante cap margaret? (daisy wheel)

Principiul este asem???tor celui de la ma?ina de scris. n fa?a foii dehrtie se afl? o rozet?, fiecare bra? al rozetei avnd cte una sau dou? litere,care, dup? ce sunt pozi?ionate, sunt imprimate prin lovirea cu un cioc?nel careeste ac?ionat cu un electromagnet.

Evident, aceast? pozi?ionare ?i ac?ionare a cioc?nelului duce la vitezesc?zute de imprimare.

Fig. 3.1. Rozeta imprimantelor cu cap margaret?.

3.2.3. Imprimate rapide

Sunt singurele care au mai r?mas n uz, datorit? vitezei ridicate deimprimare, fiind capabile s? tip?reasc? un rnd odat?. Dispun de cte o rozet?cu toate literele pentru fiecare coloan?, rozetele fiind pozi?ionate simultan, iarfoaia este lovit? o singur? dat? pentru fiecare rnd.

3.3. IMPRIMANTE MATRICEALE

Au ap?rut n anii 70, mai nti cele cu 8-9 ace, iar apoi cele cu 24 de ace.La imprimantele matriceale cu 8-9 ace, acele sunt dispuse pe un rnd vertical.La cele cu 24 de ace, de obicei, sunt dispuse pe dou? rnduri de cte 12 ace(ntre?esut).

n figura 3.2 sunt prezenta?i conectorii cu 9, respectiv, cu 24 de ace.


56

Fig. 3.2. Conectori cu 9, respectiv, 24 ace.

Imprimantele matriceale au posibilitatea de a func?iona n dou?

echipamente periferice

Documents