Контроллер HDD

Формат

Зона

Поз.

Обозначение

Наименование

Кол. листов

Примечание

Документация

общая

А4

ОАП.58Б.098424.003 ТЗ

Техническое

задание

2

А4

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Пояснительная

записка

34

А3

АПЗ.38.098424.003 Э1

Схема

электрическая

принципмальная

1

А4

АПЗ.38.098424.003 Э3

Схема

структкурная

1

АПЗ.38.098424.003 ВП

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЛЕР ВЗУ

Ведомость проекта

Лит

Лист

Листов

Разраб

Борщ С.

К

2

2

Провер

Скороделов В

НТУ “ХПИ”

Кафедра ВТП

Утв.

Домнин Ф. А.

Техническое задание

Разработать структурную схему многофункционального контроллера ВЗУ. Разработать функционально-логическую схему одного из модулей структурной схемы.

Для выполнения задания следует:

Изучить принципы функционирования накопителей на ГМД и накопителей типа “Винчестер”.

Изучить методы контроля передачи информации при обмене ЭВМ с ВЗУ.

Сформулировать требования, предъявляемые к многофункциональному контроллеру ВЗУ.

Построить дерево функций контроллера.

Разработать вариант структурной схемы.

АПЗ.38.098424.003 ТЗ

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЛЕР ВЗУ

Техническое задание

Лит

Лист

Листов

Разраб

Борщ С..

К

2

2

Провер

Скороделов В.

НТУ “ХПИ”

Кафедра ВТП

Утв.

Домнин Ф. А,

Реферат.

Данный документ представляет собой пояснительную записку объемом 34 листа. В пояснительной записке представлено 19 таблиц, 7 рисунков, использовано 4 источника литературы и сеть Internet.

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЛЕР ВЗУ

Пояснительная записка

Лит

Лист

Листов

Разраб

Борщ С.

К

2

20

Провер

Скороделов В.

НТУ “ХПИ”

Кафедра ВТП

Утв.

Домнин Ф. А.

ПРинцип функционирования накопителя на ГМД и накопителя типа “Винчестер”…………………………………………………………………………….. 4

Механизм общения контроллера с диском…………………………………… 8

Контроллер жесткого диска…………………………………………………………………… 8

Методы контроля передачи информации при обмене ЭВМ и ВЗУ……. 9

Циклические коды……………………………………………………………………………….. 11

Дерево функций многофункционального контроллера………………. 15

ОПИСАНИЕ АДАПТЕРА ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ
IDE
ВИНЧЕСТЕРА К ПАРАЛЛЕЛЬНОМУ ПОРТУ
PC
……………………………………………………………… 16

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АДАПТЕРА………………………………………………………. 32

СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ……………………………………… 33

Список литературы……………………………………………………………………… 34

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

3

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

Принцип функционирования накопителя на ГМД и накопителя типа “Винчестер”

Основой любого дискового устройства является магнитный носитель, имеющий форму диска. поверхность д логически разделена на концентрические окружности, отсчет которых у жестких дисков начинается от центра
, а у гибких дисков - от внешней кромки
диска. Каждая такая концентрическая окружность названа дорожкой
.

Однако так как двусторонние дискеты и фиксированные диски имеют больше одной поверхности, то для определений местоположения байта данных пользуются трехмерными координатами. Понятие дорожка заменяют понятием цилиндр- группа дорожек в одной и той же позиции магнитной головки на всех дисках (пластинах) в одном дисководе определяется разрешающей способностью позиционера магнитных головок и вертикальной плотностью носителя, которая измеряется числом дорожек на дюйм (track per inch - TPI).

Сектор

представ­ляет собой зону дорожки, в кото­рой собственно и хранятся разряды данных. количе­ство секторов на дорожке зависит от многих пере­менных, но в основном опреде­ляются суммарной длиной поля дан­ных и служебного поля, образующих сектор (горизонтальная плотность). размер сектора обычно 512К для большинства дискет и некоторых типов жестких дисков.

Рис. 1.

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

4

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

Информационная структура всех типов дисков для РС АТ одинакова и определяется базовой операционной системой DOS. С точки зрения операционной системы элементарной единицей размещения данных на диске является кластер.
Он представляет собой группу секторов, с точностью до которой происходит размещение файлов на диске. В РС АТ: для гибкого диска один кластер - это два сектора (обычно 1К), для жесткого диска - четыре и более (>2K). Точное значение размера кластера указывается в самом первом секторе диска - загрузочном секторе
- Boot sector.

Дискета (или раздел жесткого диска ) структурирована следующим образом

Таблица 1.

Область начальной загрузки помещается на дорожке 0, сектор 1, сторона 0 любой дискеты или головка 0 жесткого диска. Область начальной загрузки содержит важную информацию о типе носителя, структуре носителя (для механизма позиционера носителя) и о том, как данные размещены на диске.

Помещенная ниже таблица демонстрируем наиболее распространен­ные форматы гибких и жестких дисков.

Таблица 2.

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

5

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

Загрузочный сектор диска (или раздела диска) должен иметь следующий формат:

Таблица 3.

Таблица размещения файлов (FAT)

Это связный список, который DOS использует для отслеживания физического расположения данных на диске и для поиска свободной памяти для новых файлов. При размещении файла на диске FAT выделяет место на диске с дискретностью с один кластер, поскольку FAT рассматривает все секторы одного кластера как один сектор. Если файл не заполняет выделенные ему секторы в кластере, то они теряются и не могут быть использованы для другого файла. Файл может занимать несмежные кластеры, тогда FAT связывает кластеры в цепочки. Размер элемента FAT от используемого диска. FAT включает 12-разрядный элемент (1,5 байта) (или 16-разрядный - для жестких дисков емкостью свыше 10 Мбайт) для каждого кластера.

Производительность
диска определяется четырьмя основными физическими параметрами:

1. временем доступа (мс)

2. размером цилиндра (секторов)

3. скоростью передачи данных (Кбайт/с)

4. средним временем ожидания (мс)

Время доступа
- то время, которое требуется для перевода головок чтения-записи на нужные дорожки (цилиндры). После установки над нужными дорожками головки должны перейти из транспортного положения в положение чтения-записи. Все это и составляет обычно время доступа.

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

6

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

Скорость передачи данных
(скорость, с которой они выдаются с диска) зависит от скорости вращения диска, плотности записи и секторного интерливинга
. (Расслоение. Фактор интерливинга, равный 4 означает, что имеются три сектора, разделяющие смежные сектора. Следование секторов под головкой будет следующим- сектор 1, сектор X, сектор Y, сектор Z, сектор 2 и т.д.). При коэффициенте интерливинга, равного 6, у РС ХТ скорость передачи снижается с 5 М бит/с до 0.83 М бит/с.

Среднее время ожидания
- время, за которое диск совершит половину оборота и нужный сектор окажется под головкой.

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

7

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

Механизм общения контроллера с диском

Контроллер жесткого диска

Использование контроллера DMA (Прямого доступа к памяти) в настоящее время не применяется для операций ввода-вывода с жестким диском. Контроллер в жесткого диска в АТ использует 512-байтный секторный буфер, к которому МП (i80286) обращается как к 16-разрядному устройству. Когда этот буфер полон или пуст, контроллер прерывает МП (с помощью INT 14), после чего данные передаются при помощи строковых команд ввода-вывода в память или из памяти со скоростью 2 Мбайта в секунду (у IBM XT, использовавшего подсистему DMA, скорость передачи в два раза ниже). Такая скорость достигается за счет использования трех тактов (включая одно состояние ожидания) для переноса данных (16 бит) в процессор и еще трех тактов (включая еще одно состояние ожидания) для переноса данных в память. Таким образом, для передачи двух байтов данных используется шесть тактов шины.

Таблица параметров жесткого диска

Она находится по адресу вектора прерывания INT 41h для первого жесткого диска и INT 46h для второго (если он есть):

Таблица 4.

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

8

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

Дефекты информации, хранимой на магнитном носителе можно подразделить на две основные группы:

1. Временные
(обратимые) - это пыль, частицы отслоившегося лакового покрытия.

2. Постоянные
(необратимые) - это различные царапины, трещины в покрытии, прилипшая грязь и т. п.

Для обнаружения и коррекции ошибок были разработаны системы кодирования информации с избыточностью (внедрение контрольных разрядов, образуемых с помощью выполнения определенных арифметических операций над всеми информационными разрядами).

Но следует учитывать при разработке и применении конкретной системы кодирования, что возможность обнаружения и коррекции ошибок возрастает с избыточностью кода, но одновременно усложняется алгоритм кодирования и декодирования и, как следствие, возрастает объем буферной памяти, и снижается скорость передачи информации , усложняется аппаратура кодирования и декодирования и, следовательно, система становится менее надежной.

Для двоичного кода М сообщений, каждое из которых имеет дину n, можно закодировать, если выполняется условие: 2n
>=M
или n>=log2
M
.

Приведем примеры различных методов кодирования: Пусть имеются четыре события:

А1, А2, А3, А4, причем вероятности их появления различны: Р(А1)=0,5; Р(А2)=0,25; Р(А3)= Р(А1)=0,125.
Равномерное кодирование
- без учета вероятности появления того или иного события. Метод Фанно -
А1=02
; А2=102
; А3=1102
; А4=1112
. Это пример неравномерного кодирования с учетом вероятности появления события. Система Фанно однозначно декодируема, поскольку ни одно А не является префиксом следующего. Такие системы кодирования называют префиксными.

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

9

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

Основные характеристики кодов:

Таблица 5.

Имея один избыточных символ, можно обнаружить только нечетное количество ошибок. Поэтому используют другой метод. Объясним на примере:

Пусть должно прийти 9-разрядное число. Расположим приходящие разряды следующим образом:

Таблица 6.

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

10

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

Пусть приходит число 011010001. Пусть произошла ошибка в 7-ом разряде

Таблица 7.

При сравнении В7
Å В8
Å В9
= С3
в строке

В1
Å В4
Å В7
= С4
в столбце

Следовательно, ошибочный разряд локализован можно исправить.

Но это был случай единичной ошибки, а с двойной ошибкой этот метод не справляется, то есть определить может, но исправить - нет.

Таблица 8.

На рисунке видно, что, используя этот метод, нельзя понять, где произошла ошибка (В2
, В3
, В8
, В9
).

Для дальнейшего объяснения d(x,y) между двумя кодовыми словами х и у называется число несовпадающих позиций. Пример: х=01101, у=00111 d(x,y)=2. Это расстояние называется кодовым расстояние Хемминга.

Итак, код способен исправить любые комбинации из q или меньшего числа ошибок тогда и только тогда, когда его кодовое расстояние > 2q. В настоящее время только для кодов с dmin
получено такое соотношение между числом проверочных символов r и длиной кода n:

r>= log2
(n+1).

Циклические коды

Циклическими кодами называются такие коды, которые с любым своим вектором содержит также его циклический сдвиг. Циклические коды основаны на представлении передаваемых данных в виде полинома (многочлена) и используются при последовательной передаче информации между Процессором и ВЗУ.

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

11

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

а(х)= а0
+а1
х+а2
х2
+...+ аn-1
хn-1
Для вектора а(а0
, а1
, ..., аn-1
). Циклический сдвиг а’(х)= аn-1
+а0
x +а1
х2
+...+ аn-2
хn-1
.

С помощью этих кодов можно обнаруживать:

· Ошибки в 1 бите, если порождающий многочлен содержит > 1 члена,

· Ошибки в 2 битах, если порождающий многочлен содержит 3 члена,

· Ошибки в нечетном количестве битов, если порождающий многочлен содержит множитель (х+1),

· Пакеты ошибок длиной менее к+1 бит, если порождающий многочлен содержит множитель (х+1), и один множитель с 3мя членами и более (к+1 - число бит порождающего многочлена).

Принцип построения циклических кодов

Каждая кодовая комбинация Q(x) умножается на одночлен xr
, а затем делится на многочлен. Степень каждого одночлена, входящего в Q(x), повышается на r. При делении получается С(х) такой же степени, что и Q(x), и остаток Р(х) степени не более r-1, наибольшее число разрядов которого <=r.

Q(x) xr
/ g(x) = C(x)+ P(x)/g(x) ..............................(1)

В ЭВМ используется метод умножения кодовой комбинации Q(x) на одночлен xr
и прибавлением к этому произведению остатка Р(х) на порождающий многочлен g(x).

Реально умножается на фиксированный многочлен типа x3
Å x2
Å 1

Рис.2. Схема умножения на многочлен.

Таблица 9.

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

12

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

Таблица 10.

Рис. 3. Схема деления на многочлен

На вход со старших степеней коэффициенты, а на выход - коэффициенты частного. По окончании деления в регистре сдвига слева направо оказываются записанными коэффициенты остатка, начиная с младших степеней.

Пример - разделить x5
Å x4
Å x3
Å x2
Å1 на x3
Å x2
Å1.

Таблица 11.

Рассмотрим процесс обнаружения и исправления ошибок. Пусть n=7 и необходимо исправить q=1. Из формул n=2c
-1 c кодовым расстоянием dmin
>=2q+1 и r<=cq Þ c=3 и r=3. Так как 3 делится без остатка на 1 и 3, то сомножителями двучлена будут все неприводимые многочлены степени 1 и 3. Пусть имеется кодовое слово x3
Å x2
Å1.

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

13

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

Рис. 4.

Запись

Первые 4 такта Клапан 1 закрыт и информационные символы кодового слова поступают через комбинационную схему на выход и одновременно на схему, которая в соответствии с формулой 1 умножает кодовое слово на х3
и делит на g(x). В регистре получается остаток от деления. Далее клапан 1 открывается, производит 3 сдвига и остаток в виде контрольных символов выводится из регистра. В результате формируется кодовое слово с контрольными символами

х6
+х4
+х3
+х2
-> 1011100

Чтение

После приема всей информации проверяется содержимое всех разрядов регистра, и если все нули, то ошибок нет.

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

14

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

Таблица 12.

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

15

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

16

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

17

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

18

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

19

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

20

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

21

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

22

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

23

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

24

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

25

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

26

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

27

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

28

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

29

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

30

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

АПЗ.38.098424.003 ПЗ

Лист

31

Изм

Лит

№ докум

Подпись

Дата

Поз.

обозн.

Обозначение

Наименование

Кол-во

Примечание

РЕЗИСТОРЫ

R1

МЛТ-0,25- 10 кОм

1

R2-R4

МЛТ-0,25- 470 Ом

3

R5

МЛТ-0,25- 1 кОм

8

R13, R14

МЛТ-0,25- 22 кОм

2

R15

МЛТ-0,25- 470 Ом

1

КОНДЕНСАТОРЫ

С1-С16

220pF

16

С17

47mkF х 6.3v K53-14

1

С18-С25

0.1mkF КМ-5а

8

МИКРОСХЕМЫ

DD1

555ТЛ2

1

DD2, DD3

1533ИР22

2

DD4

555ИД7

1

DD5

1533ИР22

1

DD6

1533ЛА3

1

DD7, DD8

1533ИР34

2

РАЗЪМЫ

X1

СНП231-25ВП12

1

X2

ОНП-КГ-56-40-Р

1

АПЗ.38.098424.003 ПЭ

изм

лист

№ докум

подпись

дата

Разраб.

Борщ

Адаптер IDE-винчестера для подключения к параллельному порту PC.

Перечень элементов

лист

Лист

Листов

Пров.

Скороделов

т

ХГПУ

каф. ВТП

Н. Контр.

Утв.

АПЗ.38.098424.003 Э1

изм

лист

№ докум

подпись

дата

Разраб.

Борщ

Адаптер IDE-винчестера для подключения к параллельному порту PC.

Схема электрическая структурная

лист

Лист

Листов

Пров.

Скороделов

т

ХГПУ

каф. ВТП

Н. Контр.

Утв.