Реферат: Моделювання задач масового обслуговування ЕОМ

--PAGE_BREAK--<img width=«372» height=«47» src=«ref-1_1835289790-744.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145">

Використовуючи рівність:
<img width=«161» height=«47» src=«ref-1_1835290534-600.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146">
можна отримати вираз для <img width=«19» height=«24» src=«ref-1_1835280473-99.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147">.

Ймовірність простою каналу обслуговування <img width=«19» height=«24» src=«ref-1_1835280473-99.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148">буде дорівнювати:
<img width=«148» height=«53» src=«ref-1_1835291332-591.coolpic» v:shapes="_x0000_i1149">
Середнє число вимог, що знаходяться в черзі, дорівнює:

<img width=«388» height=«51» src=«ref-1_1835291923-1087.coolpic» v:shapes="_x0000_i1150">
Середній час очікування вимоги в черзі:
<img width=«259» height=«51» src=«ref-1_1835293010-651.coolpic» v:shapes="_x0000_i1151">
Середній час очікування вимоги в черзі:
<img width=«243» height=«51» src=«ref-1_1835293661-632.coolpic» v:shapes="_x0000_i1152">.
Як можна помітити, визначення основних характеристик одноканальних систем масового обслуговування вимагає великої обчислювальної роботи, в зв’язку з чим всі розрахунки робляться на комп’ютері.
1.2 Побудова моделей задач масового обслуговування (на прикладі роботи обчислювального центру (ОЦ))
1.2.1 Модель для імітації виробничої діяльності ОЦ
1.2.1.1 Завдання

Розробити модель для імітації виробничої діяльності ОЦ при планово-запобіжному обслуговуванні експлуатованого парку ЕОМ. По отриманій моделі оцінити розподіл випадковою змінною «число машин знаходяться на позаплановому ремонті».

ОЦ має в своєму складі парк ЕОМ, що забезпечує середню продуктивність і що базується на ЕОМ IBM PC з ЦП типу 386SX і 386DX. Окрім: цього на ОЦ використовуються як мережні сервери машини типу 486DX і Pentium, підтримуючі локальні сіті, в яких здійснюється складна цифрова обробка великих цифрових масивів інформації, окрім цього, розв'язуються задачі розробки кольорових зображень.

На ОЦ прийнято планово-профілактичне обслуговування. ОЦ з невеликим парком ЕОМ і тому ремонтом ЕОМ займається всього один радіо механік ( в термінах СМО — ремонтник). Це означає: що одночасно можна виконувати обслуговування тільки однієї ЕОМ. Всі ЕОМ повинні регулярно проходити профілактичний огляду. Число ЕОМ що піддається щоденному огляду згідно графіка, розподілено рівномірно і складає від 2 до 6. Час, необхідний для огляду і обслуговування кожної ЕОМ приблизно розподілено в інтервалі від 1, 5 до 2, 5 ч. За цей час необхідно перевірити саму ЕОМ, а також такі зовнішні пристрої як кольорові струменеві принтери, потребуючі в зміні або заправці картриджів фарбником. Декілька ЕОМ мають як зовнішні пристрої кольорові плоттери (графічні пристрої), у яких достатньо складний профілактичний огляд.

Робочий день ремонтника триває 8 ч, але можлива і багатозмінна робота.

В деяких випадках профілактичний огляд уривається для усунення раптових відмов мережних серверів, що працюють у три зміни, т. е 24 ч в доба. В цьому випадку поточна профілактична робота припиняється, і ремонтник починає без затримки ремонту серверу. Проте, машина-сервер, потребуюча в ремонті, не може витіснити іншу машину-сервер, вже що стоїть на позаплановому ремонті.

Розподіл часу між надходженнями машин-серверів є пуассоновським з середнім інтервалом рівним 48 ч. Якщо ремонтник відсутній у момент надходження ЕОМ ці ЕОМ повинні чекати до 8ч ранку. Час їх обслуговування розподілено по експоненті з середнім значення в 25 ч. Необхідно побудувати GPSS-модель для імітації виробничої діяльності ОЦ. По отриманій моделі необхідно оцінити розподіл випадкової змінної «число машин-серверів, що знаходяться на позаплановому ремонті». Виконати прогін моделі, що імітує роботу ОЦ в течії 25 днів, враховуючи проміжну інформацію після закінчення кожних п'яти днів. Для спрощення можна вважати, що ремонтник працює 8 ч в день без перерви, і не враховувати вихідні. Це аналогічно тому, що ОЦ працює 7 днів в тиждень.
1.2.1.2 Метод побудови моделі

Розглянемо сегмент планового огляду ЕОМ (рисунок 1.5). Транзакти, підлягаючі плановому огляду, є користувачами обслуговуючого приладу (ремонтник), яким не дозволено його захоплення. Ці ЕВМ-транзакти проходять через перший сегмент моделі щодня з 8 ч ранку. ЕОМ-транзакт входить в цей сегмент. Після цього транзакт поступає в блок SPLIT, породжувати необхідне число транзактов, ЕОМ, що є, заплановані на цей день для огляду. Ці ЕВМ-транзакти проходять потім через послідовність блоків SEIZE-ADVANCE-RELEASE і покидають модель.
<img width=«459» height=«309» src=«ref-1_1835294293-7557.coolpic» v:shapes="_x0000_i1153">

Рисунок 1.5 — Перший сегмент
Сегмент «позапланового ремонту» ЕОМ — сервери, потребуючий в позаплановому ремонті, рухаються в модель в своєму власному сегменті. Використовування ними приладу імітується простою послідовністю блоків PREEMPT-ADVANCE- RETURN. Блок PREEMPT підтверджує пріоритет обслуговування ЕОМ — серверу (в блоці в полі В не потрібен PR) (рисунок 1.6 )
<img width=«340» height=«336» src=«ref-1_1835301850-4169.coolpic» v:shapes="_x0000_i1154">

Рисунок 1.6 – Другий сегмент
Сегмент «почало і закінчення» робочого дня ОЦ. Для того, щоб організувати завершення поточного дня роботи ОЦ після закінчення кожного 8-ми ч дня і його початку в 8 ч ранки, використовується спеціальний сегмент. Транзакти — диспетчер входить в цей сегмент кожні 24 ч (починаючи з кінцем першого робочого дня), Цей транзакт, має в моделі вищий пріоритет, потім негайно поступає в PREEMPT, має в полі В символу PR. Диспетчеру, таким чином, дозволено захоплювати прилад-ремонтник незалежно від того, ким є поточний користувач (якщо він є). Далі, через 16 ч, диспетчер звільняє прилад-ремонтник, дозволяючи закінчити раніше перервану роботу (за наявності такої). (рисунок 1.7).


<img width=«370» height=«250» src=«ref-1_1835306019-3436.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155">

Рисунок 1.7 — Третій сегмент
Сегмент «збір даних для непрацюючих ЕОМ — серверів. Для збору даних, що дозволяють оцінити розподіл числа непрацюючих ЕОМ — приладів, використовується цей окремий сегмент. (рисунок 1.8)
<img width=»420" height=«318» src=«ref-1_1835309455-4045.coolpic» v:shapes="_x0000_i1156">

Рисунок 1.8 — Четвертий сегмент
Для цієї мети використовується зважені таблиці, які дозволяють вводити в них в один і той же момент часу спостережувані випадкові величини. Для цієї мети включаються два блоки — TABULATE, але якщо введення в таблицю випадкове (значення величин ³2), то цей підхід не годний. В цьому випадку використовується необов'язковий елемент операнд, званий ваговим чинником, означаючий число раз, яке величина, що підлягає табуляції, повинна вводиться в таблицю. Це дозволяє призначати різну вагу різним спостережуваним величинам.

Сегмент «проміжна видача» і закінчення моделювання в кінці дня використовується послідовність GENERATE-TERMINATE (рисунок 1.9).
<img width=«211» height=«77» src=«ref-1_1835313500-566.coolpic» v:shapes="_x0000_i1157">

Рисунок 1.9 -Сегмент таймеру
Розглянемо таблицю розподілу (Таблиця 1.1.)
Таблиця 1.1

Оператори GPSS

Призначення

Транзакти:



 1-ий сегмент

ЕОМ, призначена для планового профілактичного огляду

 2-ий сегмент

ЕОМ-сервер, потребуюча в позаплановому ремонті

 3-ий сегмент

Диспетчер, що відкриває в 8 ранку ОЦ и закриваючий його через 8 ч

 4-ий сегмент

Спостерігач, що стежить за вмістом черги для оцінки розподілу числа несправних ЕОМ -серверів: Р1 — параметр, в який заносяться відмітки часу Р2 — параметр, в який заноситься довжину черги

 5-ий сегмент

Транзакт, забезпечуючий проміжну видачу результатів

Прилади:



 BAY R

Ремонтник

Функції:



 JQBS

Описує рівномірне розподіл от 1 до 3; одержану величину можна інтерпретувати як число, на 1 менше числа ЕОМ, що прибувають щодня на плановий огляд

 XPDIS

Експоненціальна функція розподіли

Черги:



 TRUBIL

ЕОМ — сервери яких коштують несправні

Таблиці:



 LENTH

Таблиця, в яку заносять число несправних ЕОМ — серверів


В таблиці 1.1 за одиницю часу вибрано 1 хвилину.

Розглянемо програму моделі, складену на мові GPSS.

XPDIS FUNCTION RN1, C24

 0, 0/. 1. 104/. 2. 222/. 3. 355/. 4. 509/. 5. 69/. 6. 915/. 7, 1. 2

, 75, 1. 38/. 8, 1. 6/. 84, 1. 85/. 88, 2. 12/. 9, 2. 3/. 92, 2. 52/. 94, 2. 81

 . 95, 2. 99/. 96, 3. 2/. 97, 3. 5/. 98, 3. 9/. 99, 4. 6/. 995, 5. 3/. 998, 6. 2

 . 999, 7/. 9998, 8

 JOBS FUNCTION RN1, C2

0, 1/1, 4

 LENTH TABLE P2. 0, 1, W6

* MODEL SEGMENT 1

1 GENERATE 1440, 1, 2

2 SPLIT FN$JOBS, NEXT1

3 NEXT1 SEIZE BAY

4 ADVANCE 120, 30

5 RELEASE BAY

6 TERMINATE

 * MODEL SEGMENT 2

7 GENERATE 2880, FN$XPDIS, 2

8 QUEUE TRUBL

9 PREEMPT BAY

10 ADVANCE 150, FN$XPDIS

11 RETURN BAY

12 DEPART TRUBL

13 TERMINATE

 * MODEL SEGMENT 3

14 GENERATE 1400, 481, 3

15 PREEMPT BAY, PR

16 ADVANCE 960

17 RETURN BAY

18 TERMINATE

 * MODEL SEGMENT 4

19 TRANSFER, 1, 1, 2, F

20 WATCH MARK 1

21 ASSIGN 2, 0$TRUBL

22 TEST NE MP1, 0

23 TERMINATE LENTH, MP1

24 TRANSFER, WATCH

 * MODEL SEGMENT 5

25 TRANSFER 7200… 6241

26 TERMINATE 1

 * CONTROL

 START 5, 1, 1

 END
1.2.1.3 Логіка роботи моделі

В моделі передбачається, що якийсь час, рівне одиниці, відповідає 8 ч ранки першого дня моделювання. Потім, перша (по рахунку) ЕОМ виділена диспетчером для планового огляду, входить в модель, вийшовши з GENERANE. Далі, кожна наступна перша ЕОМ, поступатиме в модель через 24 ч. ( блок 1, де операнд А=1440 ед. брешемо., т. е числу хвилин в 24 ч. Перша поява 5 диспетчера на ОЦ відбудеться у момент часу, рівний 481(блок 14). Це відповідає закінченню восьмої години. Другий раз диспетчер з'явиться через 24 години.

Транзакт забезпечуючи проміжну видачу: вперше з'явиться в час, рівний 6241, виходячи з блоку 25. Це число відповідає кінцю 8-ої години п'ятого дня моделювання. ( 24 х 4 = 96 ч, 96 + 8 = 104. 104 х 60 =6240, 6240 + 1 = 6241 ч). Наступний транзакт з'явиться через п'ять днів.

Блок 19 дозволяє вести моделювання до часу в 35041, що відповідає 25 дням плюс 8 ч, виражених в хвилинах.

Пріоритетна схема представлена в таблиці 1.2.
Таблиця 1.2



1.2.1.4 Результати моделювання

Отримана статистика черги Еом-серверів на ремонт показує, що на кінець 25 дня середнє очікування складає 595 одиниць часу, або близько 19 ч. В середньому 0,221 ЕОМ-сервер чекають обслуговування, і одночасно більш найбільший час 4 машини знаходяться в очікуванні. За 25 днів на позаплановий ремонт поступило 13 машин… Таблична інформація указує, що 83% часу це були ЕОМ -сервери, чекаючі позапланового ремонту, 12% часу в очікуванні знаходилася одна машина, 4% — дві машини, і лише 0,52% і 0,05% часу одночасно чекали три і чотири машини. Для зручності результати зведені в таблиці 1.3.
Таблиця 1.3




2. Обслуговування жорстких дисків
2.1 Загальна частина
2.1.1 Огляд сучасних типів жорстких дисків

В сучасних обчислювальних комплексах все частіше і частіше надають найбільшу увагу засобам накопичення інформації, а саме — накопичувачам на жорстких магнітних дисках (або як їх ще називають „Вінчестери”).

Стандартний BIOS підтримує 2 накопичувачі на жорстких дисках (HDD), що підключаються до одного контролера (HDC). В XT типи дисків визначає BIOS контролера, в AT типи задаються в Setup і зберігаються в CMOS. Відповідність типів фізичним параметрам залежить від версії BIOS. Тип 47 (User type) дозволяє задати нестандартні параметри. При використовуванні дисків ESDI або SCSI в полі типу указується None.

Стандартна адресація даних на диску – тривимірна: циліндр — головка – сектор (CHS).

Обмеження стандартного BIOS (Normal disk) — 504 Мбайт: 1024 циліндри *16 головок * 63 сектори * 512 байт.

Обмеження розширеного BIOS (Lange disk) – 7,88 Гбайт: 1024 циліндри * 256 головок * 63 сектори * 512 байт.

Для IDE – дисків місткістю до 7,88 Гбайт може використовуватися лінійна адресація інформації на диску через логічну адресу блоку LBA (Logical Block Addressing) Mode, підтримувана новими версіями BIOS. Режим LBA підтримується не всіма моделями великих IDE – дисків. Деякі IDE – диски великої місткості допускають їх конфігурування у вигляді 2-х фізичних пристроїв (Master і Slave) половиною місткості для забезпечення сумісності із старими версіями BIOS. При цьому на їх IDE – шлейф другий фізичний пристрій підключати не можна.

SCSI – диски використовує LBA як внутрішню систему адресації, 32-бітова адреса логічного блоку (сектор в 512 байт) допускає місткість диска до 2 терабайт. SCSI-BIOS звичайно емулює тривимірну адресацію для сумісності із стандартними Ос.

Вибір режиму адресації великого диска в BIOS Setup повинен здійснюється з обліком з урахуванням можливостей вживаних ОС. Через специфікації LBA і Large Disk Mode, що не встояли, можлива несумісність дисків, розмічених на різних версіях BIOS.

За 14 років, що пройшли після появи перших жорстких дисків в персональних комп'ютерах, їх параметри зрадилися самі радикальним чином. Нижче перераховані самі вражаючі приклади.

 Максимальна місткість збільшилася з 10 Мбайт для накопичувачів 5,25" повної висоти в 1982г. До 10 Гбайт і більш для накопичувачів навіть меншого розміру (формату 3,5" половинної висоти).

Швидкість передачі даних зросла з 85- 102 кбит/с в комп'ютері IBM XT в 1983г. До більш ніж 10 Мбіт/с в самих швидкодійних сучасних системах.

Середній час пошуку (average seek time) зменшився з 85 мс (накопичувач комп'ютера IBM XT, 1983г.) до менш ніж 8 мс в самих швидкодійних накопичувачах.

В 1982г. Накопичувач місткістю <metricconverter productid=«10 М» w:st=«on»>10 М коштував близько 1500 доларів (150 доларів за мегабайт), а зараз "питома вартість" дисків складає менше 25 центів за мегабайт.

Сьогодні, коли на комп'ютерному ринку з'явилася така безліч фірм-виробників дуже складно зробити вибір. Продукція наступних фірм займає провідне місце на ринку.

Seagate. Вінчестери Seagate в даний час багато кого лякають своєю низькою надійністю. Проте, Seagate — перший виробник, хто став використовувати рідинні підшипники в своїх IDE-моделях, довівши швидкість обертання шпинделя до 7200 оборотів в хвилину. Тобто, як і якийсь час тому назад при випуску Seagate Medalist Pro, — це одні з найшвидших дисків.

Western Digital. Фірма Western Digital, не так давно підірвавши свою репутацію випуском великої кількості дисків з помилками в Firmware, що приводило до їх передчасної загибелі, в даний час випускає цілком добротні і середні в доброму значенні цього слова вінчестери. І хоча нові моделі вже давно не випускалися, фірма продовжує розвивати свою лінійку. Головне, через що в даний час диски WD користуються попитом — це їх біс проблемна робота при частоті шини 83/133 Мгц.

Quantum.Компанія Quantum за останній час випустила декілька серій жорстких дисків (Fireball ST, SE і EL), безперервно збільшуючи густину запису. Це приводить до неухильного зростання продуктивності і тому, що на ринку присутній по декілька моделей жорстких дисків цієї фірми. Причому, останні моделі серії EL, хоча і мають швидкість обертання шпинделя 5400, по швидкості наближаються до лідерів з 7200 оборотами шпинделя в хвилину завдяки дуже високій густині запису. В цій новій серії фірма Quantum також переробила дизайн корпусу, який став значно акуратнішим.

Maxtor.Якийсь час тому назад, жорсткі диски фірми Maxtor були одними з найпопулярніших і одними з найшвидших. Правда, потім вони практично зникли з нашого ринку, проте тепер знову почали на нього повертатися «швидкими і безшумними», як було сказане в рекламі Maxtor на Комтеке. Дійсно, нові моделі цих вінчестерів, наприклад, Maxtor 90840D6, показують непогані результати.

IBM.Придбаваючи все велику популярність жорсткі диски фірми IBM, що проводяться одним з підрозділів голубого гіганта, з моменту їх появи на нашому ринку весь час знаходяться на «передньому краю». Високі швидкісні показники як і старої лінії DHEA (Hercules+), так і нових DTTA (Titan), забезпечуються застосуванням в них нових технологій. В останніх вінчестерах від IBM встановлюються GMR-головки (наступне покоління магниторезистивных головок) і деякі з них володіють швидкістю обертання шпинделя 7200 оборотів в хвилину. Не дивлячись на те, що серія DHEA (Deskstar 5, 8) проводиться в Угорщині, вінчестери від IBM вважаються також одними з найнадійніших. До речі, нові диски серії Titan (Deskstar 14, 16) почали виготовлятися безпосередньо в Японії. Єдина неприємність, яка може зустрітися при використовуванні IBM DTTA-371440 — 14-гігабайтного монстра, першого IDE-диска з такими тактико-технічними показниками, це нерозуміння його операційною системою. Річ у тому, що існуючими версіями DOS і Windows не підтримуються жорсткі диски більше 8,4 Гбайт. Тому, для його використовування треба ставити або Disk Manager, або Windows 98. Втім, це не так і жахливо.

Fujitsu    продолжение
--PAGE_BREAK--. Представлені на ринку моделі вінчестерів IDE фірми Fujitsu не відрізняються особливою новизною, а отже і швидкістю, але заслужено зарекомендували себе достатньо стабільною і надійною роботою. Останнім часом цей виробник зосередився на магнітооптичних накопичувачах, тому модельний ряд IDE-жорстких дисків давно не обновляється. Проте, дуже багато хто використовує диски Fujitsu через низький відсоток браку і щодо високої надійності.
2.1.2 Призначення і область застосування

Під накопичувачем інформації розуміється сам пристрій запису, зберігання і відтворення інформації, а носій інформації – це предмет, на який проводиться запис інформації. Накопичувач на жорстких магнітних дисках призначений для тривалого зберігання, читання, записи даних. Жорсткий диск є одним з важливих частин персонального комп'ютера. Існування сучасних персональних ЕОМ без вінчестера неможливо представити. Область застосування накопичувача надзвичайно широка.
2.1.3 Технічні характеристики

Особливість конструкції у винчестерных НМД є нероздільне конструктивне виконання основних взаємодіючих вузлів: блоку магнітних головок з механізмом позиціонування і магнітного диска. Така конструкція забезпечує високу точність позиціонування і малі (0,5 мкм) зазори між поверхнею циліндра і головкою. Весь блок розміщується в корпусі, що герметизується, з фільтрацією повітря до частинок не більше 0,3 мкм.

Що випускаються в даний час винчестерні НМД мають малі габарити, широкий діапазон об'єму, швидкість обміну і вартість, можуть практично задовольнити запити будь-якої системи.

Розроблені спочатку для крупних ЕОМ, останніми роками ці НМД сталі популярними як ВЗП для міні — ЕОМ. Цьому неабиякою мірою сприяло зменшення габаритних розмірів пристроїв при збереженні високих технологічних параметрів.

Розглянемо параметри, яки характеризують накопичувачі на жорстких магнітних дисках. Швидкодію накопичувачів можна оцінити по декількох параметрах.

Середній час пошуку. Під середнім часом пошуку (вимірюється в мілісекундах) розуміється середньостатистичний час, протягом якого магнітні головки (конкретного типу носіїв) переміщаються з одного циліндра на іншій. Як середній час пошуку в паспортних даних накопичувача часто указують часовий інтервал, необхідний для переміщення магнітних головок на відстань, рівну одній третині ширини зони запису даних на диску. Середній час пошуку залежить, головним чином, від конструкції механізму приводу головок.

Середній час доступу. Відмінність від середнього часу пошуку полягає в тому, що враховується запізнювання (середній час) при переміщенні магнітної головки до шуканого сектора на доріжці. Величина запізнювання рівна половині періоду обертання диска. Таким чином, середній час доступу рівно сумі середнього часу пошуку і часу запізнювання. Із зростанням швидкості обертання дисків не тільки зменшується запізнювання, але і зростає швидкість передачі даних.

Швидкість передачі даних.Швидкість передачі даних є інтегральною характеристикою при оцінці загальної продуктивності комп'ютера і залежить від характеристик елементів конструкції термоблоку накопичувача і параметрів контролера.

Час безвідмовної роботи.В описах накопичувачів указується такий параметр, як середньостатистичний час між збоями, характеризуюче надійність

пристрої. Значення цього параметра звичайно коливається від 20 000 до 50000 ч., але може складати і 1млн ч. Ці значення є розрахунковими з відомою вірогідністю, а для отримання статистично достовірних даних про надійність пристрою необхідно протестувати групу однакових накопичувачів і підрахувати кількість відмов за час, як мінімум в два рази перевищуюче очікуване значення середньостатистичного часу між збоями. Цей показник далеко не завжди відповідає реальній надійності пристрою.

Місткість накопичувача.В даний час більшість фірм виробників IDE- і SCSI- накопичувачів указує в паспортних даних форматовану місткість, оскільки жорсткі магнітні диски випускаються тими, що вже відформатували. Ця величина відрізняється від неформатованої місткості накопичувача. Як правило, об'єм пам'яті вимірюється в двійкових одиницях, а місткість накопичувача – в десяткових або в двійкових одиницях.

Вартість накопичувачів.Відношення місткість/вартість накопичувачів продовжує знижуватися у міру розвитку технології створення магнітних дисків.
2.1.4 Опис структурної схеми
2.1.4.1 Фізичний принцип роботи пристрою

Робота накопичувачів на жорстких і гнучких магнітних дисках ґрунтується на тому загальновідомому факті, що при пропусканні через провідник електричного струму навкруги нього утворюється магнітне поле. Це поле впливає на що опинилося в ньому феромагнітну речовину (носій). При зміні напрямі струму полярність магнітного поля також змінюється. Справедливо і зворотне твердження: при дії на провідник змінного магнітного поля в ньому виникає електричний струм. При зміні полярності магнітного поля змінюється і напрям електричного струму. Завдяки такій взаємній "симетрії" електричного струму і магнітного поля з'являється можливість записувати дані на магнітні носії, потім їх прочитувати.

Головка запису/відтворення в будь-якому дисковому накопичувачі складається з U – образного сердечника з феромагнітного матеріалу і намотаної на ньому обмотки, по якій може протікати електричний струм. При пропусканні струму через обмотку в сердечнику (магнітопроводі) головці створюється магнітне поле. При перемиканні напряму протікаючого струму полярність поля також змінюється.

Магнітне поле, наведене в сердечнику, частково розповсюджується в оточуюче простір дякуючи наявності зазора "пропиляного" в підставі букви U. Якщо поблизу зазора розташовується інший феромагнетик (робочий шар носія), те магнітне поле локалізується в ньому, оскільки подібні речовини володіють меншим магнітним опором, ніж повітря. Магнітний потік, перетинаючий зазор, замикається через носій, що приводить до поляризации його магнітних частинок (доменів) у напрямі дії поля. Напрям поля і, отже, залишкова намагніченість носія залежить від полярність електричного струму в обмотці головки. Жорсткі магнітні диски звичайно робляться на алюмінієвій або скляній підкладці, на який наноситься шар феромагнітного матеріалу. Робочий шар, в основному, складається з окислу заліза з різними добавками. Магнітні поля, створювані окремими доменами на чистому диску орієнтовані випадковим чином і взаємно компенсуються на будь-кому скільки-небудь протяжній (макроскопічному) ділянці поверхні диска, тому його залишкова намагніченість рівна нулю. Якщо ділянка поверхні диска при проходженні поблизу зазора головки піддається дія, домени шикуються в певному напрямі, і їх магнітні поля більше не компенсують один одного.

В результаті у цієї ділянки диска з'являється залишкова намагніченість, яку можна згодом знайти. Виражаючись науковою мовою, залишковий магнітний потік, формований даною ділянкою поверхні диска, стає відмінним від нуля.

Зі всього вищесказаного можна зробити висновок: в результаті протікання змінного струму імпульсної форми в обмотці головки запису/відтворення на диску, що обертається, утворюється послідовність ділянок з різної по знаку (напряму) залишкової намагніченості. Найважливішими з погляду подальшого відтворення записаної інформації виявляються ті зони, в яких відбувається зміна напряму залишкового магнітного поля, або просто зони зміни знака (flux transition). При записі кожного біта на диску формується послідовність ділянок з різною намагніченістю, і, відповідно, певним розташуванням зон зміни знака. Ділянка доріжки запису, на якій може бути записаний одна зона зміни знака називається осередком переходів (transition сеll) або просто бітовим осередком. Геометричні розміри такого осередку залежать від тактової частоти сигналу запису і швидкості, з якою переміщаються один щодо одного головка і поверхня диска. При записі окремих бітів даних або груп в осередках формується характерний "узор" із зон зміни знака, залежний від способу зберігання інформації. Це зв'язано з тим, що в процесі перенесення даних на магнітний носій кожний біт (або група бітів) за допомогою спеціального кодуючого пристрою перетвориться в серію електричних сигналів, що не є точною копією послідовності імпульсів.

При відтворенні записаних даних мають значення зони переходу між ділянками поверхні диска з різною залишковою намагніченістю. Зв'язаний це з тим, що по законах електромагнітної індукції ЕДС в контурі (в даному випадку — в обмотці головки) виникає тільки при зміні магнітного потоку, що перетинає контур. Це означає, що при русі головки уздовж ділянки з постійною намагніченістю напруги на її виходах не буде. Оскільки сигнал запису представляє з себе прямокутні імпульси, та напруга на виході головки запису/відтворення матиме вид коротких різнополярних викидів, що виникають в ті моменти, коли вона перетинає зону зміни знака. Полярність цих викидів залежить від того, в якому напрямі міняється намагніченість — від умовно позитивного рівня до негативного або навпаки. Амплітуда сигналу, що поступає з головки пі прочитуванні, дуже мала, тому питання про шуми і перешкоди стоїть вельми гостро. Для його посилення використовуються високочутливі пристрої, що входять до складу дисководів. Після посилення сигнал поступає на декодуючі схема, які призначені для відновлення даних, ідентичного тому, що поступав на накопичувач при проведенні запису.
2.1.4.2 Огляд фізичних методів зберігання інформації на магнітних носіях

На сьогоднішній день застосовують досить широкий спектр методів зберігання інформації на магнітних дисках, деякі методи морально застаріли, але дотепер використовуються в сполучи з IBM PC XT.

Метод MFM (Modified Frequency Modulation — модифікована частотна модуляція) використовується для запису на гнучкі диски, а також — в ранніх вінчестерах для PC XT. при використовуванні цього методу на одну доріжку вінчестера записується 17 секторів по 512 байт кожний.

Метод RLL (Run Length Limited — обмежена довжина серії) використовує більш щільну упаковку даних при записі, підвищуючи об'єм інформації на доріжці приблизно на 50%. Кодування проводиться так, щоб довжина серії нулів не виходила за межі заданих параметрів; звичайно мінімум рівний двом, а максимум — семи. Відповідно, метод часто позначається як RLL (2,7), а доріжку записується до 27 секторів.

Метод ARLL (Advanced RLL — поліпшений RLL) — подальший розвиток RLL у бік підвищення густини упаковки. Звичайно застосовується з параметрами (1,7) і (3,9), а доріжку записується 34 і більш сектори. Більшість сучасних вінчестерів використовує методи RLL або ARLL.

Метод ZBR (Zoned Bit Recording — зоновий запис бітів) — метод упаковки даних на доріжках диска. На відміну від перерахованих вище методів фізичного запису, ZBR є більш високорівневим методом і використовується в комбінації з одним з них, завдяки тому, що лінійна швидкість поверхні щодо головки на зовнішніх циліндрах вище, ніж на внутрішніх, біти на зовнішніх циліндрах записуються з більшою частотою (отже — густиною), ніж всередині. Звичайно на поверхні організовується до десятка і більш зон, усередині яких густина запису однакова.

При використовуванні ZBR геометрія диска стає неоднорідною зовнішні циліндри містять більше секторів, ніж внутрішні; по цьому на таких дисках використовується так звана умовна, або логічна геометрія, коли адреси логічних секторів перетворяться у фізичні внутрішнім контролером диска за допомогою спеціальних таблиць.

Перемикання режиму накопичувача здійснюється перемичкою, причому першим логічним диском є MASTER. Інтерфейс IDE AT підтримує тільки програмне уведення-виведення з використанням апаратного переривання IRQ14. Фізично інтерфейс реалізований у вигляді плоского 40-контактного кабелю, довжини, що рекомендується, <metricconverter productid=«50 см» w:st=«on»>50 см.
2.1.4.3 Структурна схема пристрою

Призначення складових частин. Принцип роботи

жорсткий диск інформація пристрій


<img width=«518» height=«435» src=«ref-1_1835314066-9206.coolpic» v:shapes="_x0000_i1158">

Рисунок 2.1 — Структурна схема НЖМД IDE AT.
INDEX — сигнал виробляється схемою управління двигуна шпінделя за один оборот диска;

START — дозвіл на запуск двигуна шпінделя;

HD0-HDn — двійковий код вибору головки прочитування/запису;

RDDATARLL — дані читання RLL;

WRDATARLL — дані записи RLL;

WF — сигнал виробляється схемою запису при помилці;

WCLK — синхроімпульси записуваних даних;

WRDATA — дані записи в коді NRZ;

LATE, EARLY — сигнали управління режимом предкомпенсации;

DRUN — вихід детектора поля синхронізації;

RCLK — синхроімпульси прочитуваних даних;

RDDATA — прочитувані дані в коді NRZ:

RDGATE — строб читання;

WRGATE — строб запису;

MALE-строб адреси управляючого мікропроцесора;

MRE — стоб читання управляючого мікропроцесора:

MWE — стоб записи управляючого мікропроцесора;

DO-D7 — внутрішня шина даних накопичувача;

MCINT — сигнал переривання від однокристального мікроконтролера;

/ОЄ — строб читання для буферного ОЗУ;

/WE — строб запису для буферного ОЗУ;

HDO-HD15, НАО-НА2 /CS0 /CSI /HIOW /HIOR /IOCS16, IRQ14, RESET — інтерфейсні сигнали.

Схема управління двигуном шпинделя.Двигун шпинделя НЖМД IDE AT як правило трифазний, це забезпечує більш стабільну швидкість обертання, що особливо важливо при підвищеній густині запису. З цієї ж причини у таких двигунів, як правило, три датчики Холу, що дозволяє мікросхемі управління двигуном шпінделя точніше підстроювати швидкість обертання диска. Більш високі вимоги до схеми управління двигуном шпінделя зв'язані не тільки з підвищеною густиною запису НЖМД IDE AT, але і з тим, що такі НЖМД мають малі габарити, в них застосовують 3-х дюймові диски, через це механічна система шпиндель-магнитні диски має невелику інерційність, що з одного боку, дозволяє більш швидше розкручувати і зупиняти магнітні диски, але з іншою така механічна система сильніше схильна детонації. В більшості накопичувачів, з соленойдным приводом магнітних головок, для забезпечення зворотного зв'язку мікросхеми управління двигуном шпінделя і самим двигуном шпінделя замість датчиків Холу використовується вбудована сервісна інформація вона використовується не тільки для позиціонування магнітних головок, але і для стабілізації швидкості обертання двигуна шпінделя. В таких НЖМД при подачі живлячої напруги двигун шпінделя розкручується у форсованому режимі без аналізу швидкості обертання магнітних дисків. Після цього спеціальна схема, з формату сервісної інформації, виділяє импульсы-сервометки, які подаються на мікросхему управління двигуном шпінделя, по цих імпульсах і відбувається подальша стабілізація швидкості обертання. Відмітною особливістю таких накопичувачів є наявність всього трьох провідників (фаз управління), що йдуть до двигуна шпінделя. В перших моделях НЖМД IDE AT швидкість обертання магнітних дисків складала, як правило 16,6 мс в сучасних моделях НЖМД, при застосуванні високопродуктивних однокристальних контролерів, для підвищення швидкості обміну, швидкість обертання значно збільшена і досягає 8 мс в 1 Гбайтних моделях.

Практично у всіх моделях НЖМД IDE AT дозвіл на запуск двигуна подається з управляючого мікропроцесора, після його ініціалізації, тому двигун шпінделя може зупинятися при появі інтерфейсного сигналу RESET, більш в деяких накопичувачах фірми Seagate запуск двигуна шпінделя проводиться тільки після повної внутрішньої діагностики накопичувача.

Схема управління позиціонуванням. В НЖМД IDE AT застосовують систему позиціонування, як з кроковим двигуном, так і з соленоидным приводом (звуковою котушкою), причому останнім часом система позиціонування з соленоидным приводом практично повністю витіснила систему позиціонування з кроковим двигуном. Це зв'язаний, перш за все, з такою характеристикою НЖМД, як середній час доступу. Другою причиною є все густина запису, що збільшується, за рахунок збільшення кількості циліндрів на робочій поверхні і як наслідок зменшення відстані між двома сусідніми доріжками. В сучасних НЖМД застосовують системи збалансованого ротаційного позиціонування, які більш надійні і займають значно менше місця в порівнянні з лінійними, що використовуються на перших моделях НЖМД. В накопичувачах з соленоидным двигуном, для розміщення сервісної інформації (необхідної для позиціонування магнітних головок) використовується два типи СІ:

СІ на окремій (виділеної) поверхні (dedicated surfase);

Вбудована СІ (embedded).

Остання у свою чергу підрозділяється на СІ розташовану між секторами і СІ вбудовану у формат. До першої відносяться такі моделі, в яких кількість сервометок на доріжці точно відповідає кількості секторів накопичувача і розташовані вони строго між секторами. Причому кількість сервоміток на доріжці міняється відповідно до зонного розподілу. В більш сучасних накопичувачах використовується СІ вбудована у формат. При цьому кількість сервометок на всіх доріжках однаково і рівно. В таких накопичувачах формат не прив'язаний до сервометкам і доріжку можна відформатувати на різну кількість секторів. Причому коли зустрічається сервометка, фізичний формат уривається (навіть якщо зустрічається поле даних) і продовжується тільки після її ідентифікації.

По-перше НЖМД IDЕ АТ з кроковим двигуном використовувалося звичайне фазове управління кроковим двигуном яке полягає в тому, що для переміщення на задану доріжку до фаз крокового двигуна необхідно прикласти послідовно дискретні напруги, при цьому вал двигуна провернеться на заданим кут. Ніякого зворотного зв'язку про положення головок така система не мала і місткості накопичувачів які використовували такий принцип позиціонування не перевищувала 40 Мбайт.

В більш пізніх НЖМД з кроковим двигуном сталі використовувати широтно-імпульсне фазове управління. В таких накопичувачах застосовується вбудований сервоформат і тому вони займають проміжне положення між накопичувачами з кроковим двигуном і накопичувачами з соленоидным приводом. Ідея широтно-імпульсного фазового управління полягає в наступному: після переміщення магнітних головок на задану доріжку відбувається підстроювання крокового двигуна на максимальну амплітуду ліченої сервісної інформації і лише після цього відбувається прочитування або запис даних. Для переміщення магнітних головок на один циліндр управляючий мікропроцесор подає на контролер ШИФУ код m, що приводить до переміщення МГ приблизно на один циліндр, після цього мікропроцесор прочитує код n з схеми виділення сервометок і порівнює цей код з еталонним значенням. При неспівпаданні коду (унаслідок зсуву з доріжки) проводиться коректування коду m і процес повторюється.

Системи управління з соленоидным двигуном (звуковою катушкою) є найскладнішими, але завдяки появі однокристальних сервомодуляторов стало можливим використовування соленоидного приводу в недорогих, масових моделях НЖМД. В даний час практично всі виробники накопичувачів сталі використовувати саме соленоидный двигун для систем позиціонування.

Принцип побудови системи з виділеною сервоповерхностью полягає в наступному: При виготовленні гермоблока накопичувача на одну з поверхонь (звичайно це сама нижня поверхня пакету дисків) записується спеціальна сервісна інформація. Магнітна головка, яка працює тільки на читання, постійно прочитує сервісну інформацію. СІ посилена і відфільтрована поступає в серводемодулятор, де розшифровується і потім визначається дійсне положення блоку магнітних головок. На підставі отриманої інформації подається дія на пристрій управління соленоидным двигуном. Таким чином здійснюється стеження за допомогою пристрою тонкого регулювання. Інша задача системи позиціонування полягає в створенні струмового імпульсу, у кожному конкретному випадку при переході за межі доріжки. Ініціатором такого імпульсу є управляючий мікропроцесор, який указує сервоконтроллеру номер необхідної доріжки. На підставі цього сервоконтроллер передає код необхідного струмового імпульсу в схему управління позиціонуванням, де за допомогою ЦАП формується його точна величина.

Для переміщення на задану доріжку схема управління позиціонуванням повинна сформувати струмовий імпульс. Після переміщення включається система тонкого регулювання, для точного підстроювання на доріжку.

 В залежності від довгі переміщення вводиться поняття класу позиціонування по яких формуються струмові імпульси переміщення. Чим більше класів позиціонування у накопичувача тим швидше накопичувач знаходить потрібну доріжку. В сучасних накопичувачах кількість класів позиціонування рівно кількості серводорожек накопичувача — при цьому кожній довжині переміщення відповідає свій певний струмовий імпульс.

Абсолютно іншим способом розміщується сервоинформация при використовуванні принципу «Embedded servo». При виготовленні гермоблока сервісна інформація записується на кожній робочій поверхні — мітками. Як стандартне виконання широко застосовується формат «микро-магнум».

Сервосистема працює подібно системі з виділеною сервоповерхностью. Відмінності полягають в тому. що сервісна інформація, що знаходиться між секторами, виділяється з потоку даних накопичувача і поступає порціями. Тому після переміщення на необхідний циліндр ( навіть при перемиканні головки) необхідно пропустити декілька секторів для точного підстроювання на доріжку. При виконанні операції запису/читання, для того, щоб не була затерта сервометка. сигнал запису в канал поступає від сервоконтроллера тільки після того. як повністю лічена і ідентифікована сервометка. При її читанні сервоконтроллер формує секторні імпульси SEC/DR UN які поступають на однокристальний мікроконтролер.

Канал прочитування/запису. Важливою особливістю сучасних HDD є застосування зонно-секційного запису (ZBR), при якому весь дисковий простір розбивається на зони і в кожній зоні записується певна кількість секторів на доріжку. Кількість зон на 3-х дюймових магнітних дисках може досягати 20, а кількість секторів в зонах, залежно від місткості, коливається від 90- 140 в найпершій зоні і плавно зменшується до останньої, де може досягати 40 — 70. Такий метод ще називають методом з постійною густиною запису. Природно що канал прочитування/запису такого накопичувача повинен працювати: на різних частотах, при цьому перша зона працює на найвищій частоті і забезпечує найбільшу швидкість прочитування даних. Для корекції частотної характеристики каналу в таких накопичувачах використовують перебудовувані цифрові фільтри. В НЖМД IDE AT застосовують процесори читання даних з АРУ, підтримуючі кодування RI.L. Як комутатори попередніх підсилювачів читання/запису для феритових МГ застосовують добре що зарекомендували себе мікросхеми 32R117, 32R510, 32R4610, для тонкопленочных МГ — 32R520, 32R522, 32R2020 і ін.

Сепаратор даних і предкомпенсация запису. Сепаратора даних і схему предкомпенсации записи дуже часто роблять на одному кристалі, хоча між собою вони практично не зв'язані і функционнруют абсолютно роздільно. Основне призначення сепаратора даних полягає в очищенні цифрового сигналу від шумів при читанні і виділенні сигналів синхронізації RCLK.

Однокристальний мікроконтролер. Однокристальний мікроконтролер є найскладнішим елементом НЖМД IDE AT і є визначаючим в швидкості обміну даними між НЖМД і HOST.

Мікроконтролер має чотири порти, за допомогою яких він підключається до HOST, локальному мікропроцесору, RAM буферу і каналу обміну даними з НЖМД. Мікроконтролер є кінцевим автоматом керованим з боку локального мікропроцесора, з боку HOST доступні тільки стандартні регістри файлу завдання. Програмування однокристального мікроконтролера проводитися на етапі ініціалізації з боку локального мікропроцесора при цьому відбувається настройка на один з трьох методів кодування MFM, RLL або NRZ. вибирається режим CRC або ЕСС, встановлюється режим гнучкого або жорсткого розбиття на сектори (гнучким режим використовується в НЖМД IDE AT із зонно-секційним записом).

Контролер управління НЖМД є найскладнішою частиною однокристального мікроконтролера і є кінцевим автоматом, що виконує функції: — пошук адресного маркера: — читання сектора: — читання всіх секторів на доріжці: — запис сектора: — запис всіх секторів на доріжці: — запис ідентифікатора: — форматування одного сектора; — форматування доріжки. Управління контролером НЖМД здійснюється за допомогою регістрів управління, доступних з боку локального мікропроцесора.

Інтерфейс IDE AT. Організація інтерфейсу IDE AT.

Термін IDE (Imbedded Drive Electronics) — визначає будь-який інтерфейс системного рівня, абревіатура AT означає, що системою є комп'ютер IBM AT або сумісний з ним. Інтерфейс IDE був прекладен в 1988 р. для користувачів комп'ютерів IBM PC/XT і AT. Відмітною особливістю цього інтерфейсу є реалізація функцій контролера на платні НЖМД. Не дивлячись на широке використовування цього інтерфейсу в комп'ютерах IBM AT, стандартизован він тільки в 1990 р. під назвою АТА (ANSI ХЗТ9.2/90-143). В даному додатку описуються основні команди інтерфейсу АТА, окрім них стандарт АТА містить ряд додаткових команд використовуються не всіма HDD: — мультисекторные команди передачі даних Read Multiple, Write Multiple, Set Multiple: — команди передачі даних в режимі DMA Read DMA, Write DMA: — енергозберігаючі команди (Power Mode) — Sleep, Idle, Standby, Idle lmnaediate. Standby Immediate: — команди настройки режимів роботи накопичувача (Set Features). Платня, яка включається між системною шиною комп'ютера і НЖМД, виконує функції дешифратора базових адрес контролера і формувача інтерфейсних сигналів. В стандарті IDE AT можуть бути підключений два НЖМД, MASTER і SLAVE.
2.2 Спеціальна частина
Для підвищення надійності роботи електронно-обчислювальної апаратури і запобігання розповсюдження помилки в обчислювальному процесі системи забезпечуються системами контролю і діагностики.
2.2.1 Схема контролю призначена для виявлення факту помилки і місця помилки.

Схема контролю діагностики – для з'ясування причини помилки і виправлення помилки.

В сучасних ЕОМ існують комплексні системи контролю і діагностики, які виконують вказані функції. Для огляду цих систем контролю відрекомендуємо їх виді чотирьох рівнів: логічного, функціонального, системного і призначеного для користувача. Кожному рівню відповідають свої методи і засоби контролю.

На логічному рівні використовуються наступні методи контролю:

-                          З використанням надмірних кодів.

-                          Контроль по паритету (контроль з перевіркою парності).

-                          Контроль за кодом Хеммінга.

-                          Циклічний контроль.

-                          Контроль з використанням схемної (апаратної) надмірності.

-                          Контроль по збігу

-                          Контроль дублюванням

-                          Контроль з використанням мажоритарної логіки.

-                          Контроль з використанням особливостей вихідного коду.

Контроль на логічному рівні виконується апаратним способом.

Достоїнства:

-                          Безперервно стежить за обчислювальним процесом не знижуючи швидкодії.

-                          Не займає машинний час.

-                          Не зменшує область пам'яті для користувача.

Недолік:

-                          Витрати на реалізацію, тобто надмірність ваги, габаритів і вартості.

На функціональному рівні використовуються програмні методи контролю. Це або контрольні команди в робочій програмі, або контрольні програми в робочій Ос, або спеціальні тест мониторние Ос. Програмні методи контролю не вимагають витрат устаткування, але займають пам'ять для зберігання контрольних програм і приводять до витрат машинного часу.

На системному рівні використовуються контроль за допомогою можливостей Ос:

-                          системи резервування дисків;

-                          системи захисту пам'яті від несанкціонованого доступу;

-                          контроль звернення до неіснуючого елемента пам'яті.

Для МПУ на системному рівні використовуються охоронні таймери або охоронні процесори.

На призначеному для користувача рівні використовуються наступні методи контролю:

-                          Метод подвійного рахунку з порівнянням результатів.

-                          Реверсивний контроль. Полягає в тому, що за наслідками роботи програми визначаються початкові дані, які порівнюються з даними.

-                          Контроль за допомогою усіченого алгоритму.
2.2.2 Опис структурної схеми контролю. Принцип роботи

Для контролю шини даних вінчестера використовується схема контролю за кодом Хеммінга.

Код Хеммінга — це надмірний корегуючий код, що має наступні особливості:

1) застосовується при паралельній передачі інформації (наприклад між ОЗУ (пристрій, що оперативне запам'ятовує) і мікропроцесором, ОЗУ і накопичувачем на жорстких магнітних дисках);

2) не тільки знаходить, але і виправляє помилку (код Хеммінга виправляє тільки одиночну помилку, а у разі багатократної помилки дозволяє лише зафіксувати її);

3) має здатність, що високу знаходить;

4) має декілька контрольних розрядів на одне слово інформації (на 8 біт – 4 контрольні розряди, на 16 біт – і вони упроваджуються в інформаційне слово.

Алгоритм кодування    продолжение
--PAGE_BREAK--