Контроллер HDD

Формат

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.

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.

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

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.

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.

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

Таблица размещения файлов (FAT)

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.

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.

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.

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.

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.

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

Таблица 7.

При
сравнении В7Å В8Å В9 =
С3 в строке

                                            В1Å В4Å 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).

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.

а(х)= а0+а1
х+а2 х2+...+ аn-1 хn-1       Для
вектора а(а0, а1, ..., аn-1).
Циклический сдвиг а’(х)= аn-1 +а0x +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 x3Å x2Å 1

 Рис.2. Схема умножения на многочлен.

Таблица 9.

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.  

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.

Таблица 12.

Поз.

обозн.

Обозначение

Наименование

Кол-во

Примечание

РЕЗИСТОРЫ

КОНДЕНСАТОРЫ

МИКРОСХЕМЫ

РАЗЪМЫ

Адаптер IDE-винчестера для
подключения к параллельному порту PC.

Перечень элементов

ХГПУ

каф. ВТП

Адаптер IDE-винчестера для
подключения к параллельному порту PC.

Схема электрическая структурная

ХГПУ

каф. ВТП