| ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Московский технический университет связи и информатики
Кафедра: Автоматизация, информационные технологии и сертификация в связи
Реферат
по дисциплине
«ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ»
Выполнил: студент 451 группы Слабоспицкий В.А
Проверил:
Москва 2006
1. Системы охлаждения процессоров персональных компьютеров
На сегодняшний день применение технологии такими фирмами как
AMD и Intel позволило производителям удержать тепловыделение процессоров на уровне 130 Вт. Эта цифра вплотную подошла к условно принятой (Intel) допустимой границе, что, в свою очередь, способствовало применению динамических режимов энергопотребления в центральных и графических процессорах(ЦП и ГП). В режиме простоя процессор отключает неиспользуемые блоки, снижает свою тактовую частоту, тем самым, снижая потребление и выделяемую тепловую мощность. Подобная функция присутствует и в графических процессорах, которые могут отключать блоки обработки 3D графики и динамически снижать тактовые частоты ядра и графической памяти при работе с двухмерной графикой.
Подобные меры призваны снизить среднее потребление электроэнергии ПК, а также понизить средний уровень выделяемой тепловой мощности ЦП и ГП. Однако, при полной вычислительной нагрузке ЦП или ГП выдадут максимальную тепловую мощность, а такие нагрузки, зачастую бывают продолжительными по времени. Здесь без производительной системы охлаждения уже не обойтись.
Какими показателями качества должна характеризоваться современная система охлаждения ЦП и ГП? Прежде всего, производительностью, т.е. способностью рассеивать определенную тепловую мощность от кристалла процессора. Кроме производительности не менее важен уровень акустического шума, возникающего при работе системы охлаждения. Для персональных компьютеров его величина ограничена 50 дБа, а для рабочих станций и серверов - 70 дБа. Чем «тише» система охлаждения, тем комфортнее работа человека за компьютером.
Приведем краткий обзор принципов действия некоторых серийно выпускаемых систем охлаждения компонентов электронных устройств:
- аэрогенные системы охлаждения (пассивное воздушное охлаждение);
- аэрогенные системы охлаждения (активное воздушное охлаждение);
- элементы Пельтье (тепловой насос);
- жидкостное охлаждение;
- криогенное охлаждение (системы с фазовым переходом);
- тепловые трубки.
1.1 Пассивные и активные аэрогенные системы охлаждения.
Это наиболее распространенный способ охлаждения ЦП и ГП. Пассивные теплообменные конструкции – радиаторы, предназначены для увеличения площади теплоотдачи в окружающую среду, благодаря «развитости» поверхности радиатора, вследствие чего улучшается теплообмен между ядром процессора и окружающей средой. Принцип действия пассивного радиатора описывается конвективным теплообменом, использующим естественное движение газа, возникающее вследствие различных плотностей горячего и холодного воздуха. Этот процесс описывается законом Ньютона
и существенно зависит от давления окружающей атмосферы и направления поверхностей (верхняя, боковая или нижняя) стенок радиатора.
Одной из модельных характеристик пассивного воздушного охлаждения является термическое сопротивление
– величина, позволяющая оценить эффективность системы охлаждения.
Термическое сопротивление в системе «ядро процессора–окружающий воздух» (RCA
) выражается простым соотношением:
 , где (1)
 – термическое сопротивление системы «процессор–окружающий воздух»;
 – температура поверхности теплораспределителя процессора;
 – температура окружающего воздуха;
 – тепловая мощность, выделяемая ядром процессора;
В реальной ситуации термическое сопротивление RCA
складывается из двух
термических сопротивлений:
 , где (2)
 – термическое сопротивление теплопроводящей пасты, обусловленное её теплопроводностью, толщиной промежутка «кристалл – радиатор» и площадью их соприкосновения;
 – термическое сопротивление системы «радиатор–окружающий воздух»;
Рис. 1. Схема пассивной системы охлаждения с радиатором
Чем ниже результирующее тепловое сопротивление, тем выше эффективность отвода тепла радиатором от ядра процессора. На практике термическое сопротивление конвективной составляющей RCA
во многом зависит от площади оребренной поверхности радиатора, скорости потока воздуха, технологии изготовления и материалов, применяемых для изготовления радиатора.
Для интенсификации конвективного теплообмена применяют искусственное охлаждение, конструктивно реализуемое в виде системы «радиатор-вентилятор – окружающее пространство». Главным компонентом таких систем активного воздушного охлаждения является вентилятор. На практике применяются осевые (аксиальные) вентиляторы, формирующие воздушный поток в направлении, параллельном оси вращения крыльчатки, а также вентиляторы турбинного типа (бловеры), которые формируют боковой воздушный поток.
1.2 Элементы Пельтье
В первой половине 19-го века французским ученым Пельтье был открыт эффект заключающийся в том, что напряжение, поданное на два противоположных друг другу по проводимости материала вызывает разницу температур. В зоне поглощения тепла (охлаждаемый объект) электроны переходят в более высокое энергетическое состояние, поглощая тепловую энергию. Перетекая в зону с низким энергетическим состоянием, электроны отдают тепло (радиатор). Типовой термоэлектрический модуль, таким образом, состоит из нескольких десятков (сотен), так называемых термопар, образованных полупроводниками различной проводимости p
и n
.
Рис. 2. Схема системы охлаждения на основе эффекта Пельтье
Все термопары герметично запаяны в две керамические пластины. При подаче напряжения одна из сторон охлаждается, вторая нагревается. По сути, элемент Пельтье является тепловым насосом, который увеличивает интенсивность теплообмена между ядром процессора и кулером. Элемент способен поддерживать разность температур до 40¸70 ºС в случае использования одного слоя термопар. Радиатор кулера при этом нагревается более равномерно, чем в случае простого кулера, при этом существенно снижается тепловое сопротивление охлаждающей системы, что повышает ее производительность. Однако в системе с элементом Пельтье существуют три серьезные проблемы:
· Первая – это конденсация влаги на компонентах охлаждающей системы ЦП и ГП до температур близких к 0о
С или ниже. При попадании на незащищенные электрические проводники это может вывести из строя всё устройство.
· Если на элемент Пельтье установлен массивный радиатор, то при выключении системы, он может «испечь»
процессор, на который установлен.
· Элемент Пельтье необходимо подбирать по мощности процессора, т.к. для заметного эффекта теплового насоса мощность элемента должна превосходить мощность процессора в 1,5¸2 раза (с учетом КПД модуля). Так мощность элемента на процессор Pentium 4 3.2 ГГц должна быть не ниже 120-180 Вт (чем мощнее элемент, тем ниже температура ядра процессора).
1.3 Жидкостное охлаждение.
Жидкостные системы охлаждения изначально применялась для охлаждения особо теплонагруженных деталей, например мощные лампы выходных каскадов передатчиков. Главным преимуществом жидкостной, по сравнению с аэрогенной системой охлаждения, является существенно большая производительность и низкий уровень производимого шума. Высокая производительность жидкостной системы охлаждения объясняется тем, что теплопроводность жидкости, в пять - семь раз выше, чем у воздуха, соответственно меньше её тепловое сопротивление, а тепловой поток выше. Еще одной особенностью жидкостной системы охлаждения является то, что температура охлаждаемого объекта изменяется сравнительно медленно, за счёт тепловой инерции жидкости.
В общем случае водяная система охлаждения состоит из насоса (помпы), ватерблока (теплообменника), радиатора, резервуара с жидкостью.
Жидкостные системы охлаждения на рынке представлены достаточно широко. Модельный ряд покрывает все необходимые комплектующие, которым требуется активное охлаждение – процессоры, северные мосты, графические карты.
1.4 Криогенное охлаждение (системы с фазовым переходом)
По сути, криогенная система охлаждения превращает компьютер в натуральный холодильник. Хладагентом здесь является фреон или другой подходящий хладагент. Система обеспечивает заморозку ЦП, чипсета и ГП до -50 °С. Хотя по материальным затратам - это самая дорогая система охлаждения для персональных компьютеров на сегодняшний день. Однако, в отличие от аэрогенных кулеров и систем жидкостного охлаждения, криогенные системы обеспечивают нормальный температурный режим при низком уровне шума для самых последних процессоров при их экстремальном разгоне (повышение тактовой частоты более чем на 30%).
В криосистемах происходит работа не только с состояниями хладагента, но и с его давлением. Как известно, температура кипения и давление связаны.
Чем выше давление, тем выше температура кипения и, наоборот чем ниже давление, тем ниже температура кипения. Хладагент (фреон), циркулируя в системе,
Рис. 3. Схема криогенной системы охлаждения
в компрессоре превращается в газ высокого давления. Далее он двигается в первый радиатор, где под высоким давлением и охлаждающим действием радиатора газ превращается в жидкость, которая стекает в теплообменник "испаритель", который соприкасается с охлаждаемым объектом. Так как теплообменник находится на процессоре, фреон тут же начинает кипеть и испаряться. Испаряясь, он попадает в капиллярные трубки. Капиллярные трубки и клапан позволяют создать на входе высокое давление, а на выходе – низкое, для того чтобы фреон успевал докипать и не попал обратно в компрессор в жидком состоянии (если это случится, компрессор мгновенно откажет). В схеме находится ещё один радиатор. Он предназначен для охлаждения отработанного газообразного фреона с низким давлением для того, чтобы в компрессор он попадал уже в готовом к следующему циклу виде.
Вся охлаждающая система контролируется специальным процессором, который следит за всеми параметрами охлаждающей системы и может изменять характеристики (например, требуемую температуру охлаждаемого объекта) в реальном времени. В криогенной системе компрессор работает постоянно, в отличие от обычного холодильника.
1.5 Тепловые трубки.
В глобальной борьбе с шумом при работе различных систем охлаждения тепловые трубки (ТТ) могут стать панацеей от многих бед. Тепловые трубки широко используются в военнокосмической отрасли из-за их высокой надежности и КПД. Они бесшумны, не требуют обслуживания и питания, не имеют изнашивающихся частей. Тепловая трубка представляет собой канал передачи тепловой энергии с высоким КПД, запаянный с обеих сторон, в котором находится определенное количество теплоносителя (рис. 4). Материал стенок трубки и жидкость выбирают исходя из условий эксплуатации. Условно трубку можно разбить на несколько зон: испарительная, несущая
и зона конденсации
. К зоне испарения подводится тепло, жидкость, находящаяся в трубке начинает кипеть и интенсивно испаряться. Крайне важно, чтобы кипение было без пузырьков. Горячие пары жидкости поднимаются в зону конденсации, где остывают, и превращается обратно в жидкость, которая возвращается обратно в зону испарения по специальной капиллярной структуре. Капиллярная структура представляет собой кривые прецизионные канавки в меди глубиной 60 мкм.
Рис. 4. Схематическое изображение тепловой трубки
Такая структура работает по капиллярному принципу, аналогично фитилю керосинки. Испарительный процесс происходит всегда, когда есть разница температур между зонами испарения и конденсации.
На рынке систем охлаждения персональных компьютеров тепловые трубки появились недавно, поэтому ассортимент кулеров на тепловых трубках пока еще невелик, но есть стабильная тенденция к широкому переходу на тепловые трубки.
Как видно способов отвода тепла от теплонагруженных полупроводниковых устройств достаточно много, при этом каждый из них имеет свои преимущества и недостатки и представлен на рынке широким ассортиментом изделий с различными параметрами и ценами.
И, несмотря на постоянное развитие «экзотических» систем охлаждения ГП и ЦП, аэрогенные кулеры сегодня имеют наибольшее распространение.
1.6 Материалы деталей кулеров
Как уже было сказано ранее аэрогенные системы подразделяются на активные и пассивные.
В чистом виде такие системы устанавливались на довольно старые модели ЦП и ГП у которых тепловыделение было сравнительно небольшим. Для охлаждения таких ЦП и ГП хватало того воздушного потока(или того тепла), который создавался лопастями вентилятора(отводился от процессора). Собственно кулер и состоял из этого вентилятора(радиатора), соответственно материал из которого был сделан вентилятор – пластик(металл с большой теплопроводностью).
Для охлаждения современных ЦП и ГП уже недостаточно просто воздушного потока или просто установки радиатора, а необходима система эффективного рассеивания тепла и охлаждения, которая реализуется в виде радиатора и вентилятора.
Как известно чем больше площадь поверхности и чем выше теплопроводность материала радиатора, тем эффективнее будет теплообмен с окружающей средой. Это и обуславливает конструкцию радиаторов. В корпусе радиатора делают множество щелей, и чем их больше, тем больше площадь поверхности.
Основными материалами для конструкции радиаторов кулеров являются: медь, алюминий, комбинированный(медь и алюминий).
Алюминиевые радиаторы являются наиболее распространенными. Алюминий легкий, легко поддающийся обработке материал, обладающий хорошими теплопроводными свойствами. Широкая распространенность радиаторов из алюминия обусловлена их сравнительно небольшой стоимостью и хорошими теплопроводными свойствами.
Медь является более теплопроводным материалом и ее использование в радиаторах предпочтительнее, однако изготовленные из меди радиаторы дороже алюминиевых.
Компромиссом между ценой и хорошей теплопроводностью являются радиаторы из комбинированных материалов меди и алюминия. В таких радиаторах подложку или нижнюю часть радиатора делают из меди, что улучшает теплообмен с процессором, а верхнюю часть изготавливают из алюминия, что снижает стоимость радиатора.
2.
Винчестеры
2.1 История создания.
В 1973 году фирмой IBM по новой технологии был разработан жесткий диск, который мог хранить до 16 Кбайт информации. Поскольку этот диск имел 30 цилиндров (дорожек), каждая из которых была разбита на 30 секторов, то ему присвоили название — 30/30. По аналогии с автоматическими винтовками, имеющими калибр 30/30, такие жесткие диски стали называться «винчестерами». Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией и дисками первоначально были заключены в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных. При установке этого модуля на сам дисковод он автоматически соединялся с системой, подающей очищенный воздух.
Применение в качестве носителя данных диска обеспечивает несоизмеримо большую плотность записи, чем на магнитную ленту, благодаря прочности поверхности. Для поиска информации достаточно переместить головку на нужную дорожку, тогда как на ленте необходимо ее всю перемотать. Надежность хранения данных - тоже немаловажный параметр: жесткий диск легче защитить от повреждений, нежели ленту. Наконец, скорость чтения/записи данных легко увеличить за счет увеличения скорости вращения двигателя и плотности записи. Типовой винчестер состоит из геpмоблока и платы электроники. В геpмоблоке размещены все механические части: шпиндель с одним или несколькими дисками; двигатель; блок магнитных головок (БМГ) с коммутатором и позиционером; предусилитель сигнала, от которого к позиционеру идет ленточный кабель или набор обычных одножильных проводов. На плате - вся управляющая электроника. Геpмоблок заполнен обычным обеспыленным воздухом под атмосферным давлением.
2.2 Магнитные диски.
Информация на винчестере, хранится на магнитных дисках (пластинах). Диск - представляет собой пластину с напылением высококачественного ферромагнетика. В качестве материала для самой пластины применяют алюминий, керамику или стекло, а в качестве магнитного слоя наносят окись хрома или тонкопленочное металлическое покрытие. Внутри жесткого диска может быть установлено несколько пластин, посаженных на вал шпиндельного двигателя.
2.3 Шпиндельный двигатель.
Шпиндельный двигатель НЖМД как правило трехфазный, это обеспечивает более стабильную скорость вращения, что особенно важно при большой плотности записи. Запуск двигателя производиться после инициализации HDD и иногда после полной внутренней диагностики накопителя. После запуска, для обеспечения стабильной скорости вращения, применяют обратную связь между схемой управления двигателем и самим шпиндельным двигателем. Для этого на каждую дорожку, при изготовлении накопителя, записывается определенное количество сервометок. При работе НЖМД, специальная схема, выделяет импульсы-сервометки из общего потока данных, которые подаются на микросхему управления шпиндельным двигателем, по этим импульсам и происходит дальнейшая стабилизация скорости вращения. Обычно современные жесткие диски имеют скорость вращения от 4200 об./м.(в винчестерах установленных на портативные ПК) и 5400 (в дешевых решениях) до 7200, 10000 и даже 15000 об/м в дорогих серверных системах хранения данных. Чем выше скорость вращения, тем выше скорость обмена данными, но при этом увеличивается тепловыделение. Диски со скоростью 7200 об/мин и выше требуют либо применения корпуса с продуманной для целей отвода тепла конструкцией, либо дополнительного охлаждения внешним вентилятором.
Особые требования предъявляются к механической части двигателя. В 1997 году компания Seagate выпустила новые жесткие диски семейства Medalist Pro, ориентированные на использование в настольных высокопроизводительных персональных компьютерах и мультимедийных системах. Это первые, на тот момент, диски с интерфейсом АТА, в которых скорость вращения пластин была повышена до 7,200 оборотов в минуту. До этого такая скорость была прерогативой дорогих SCSI-накопителей для рабочих станций и серверов. Не последнюю роль тут сыграли новые жидкостные приводы шпинделя, обеспечившие высокую надежность, устойчивость к ударным нагрузкам и вибрации, снизившие шум и трение. В настоящее время уже большинство фирм производителей HDD применяют в своих изделиях жидкостные подшипники.
2.4 Жидкостный подшипник.
В жидкостных подшипниках, предназначенных для моторов привода пластин винчестера, используется вязкое масло или просто воздух, а не металлические шарики. Благодаря этому такие приводы значительно превосходят по ряду характеристик традиционные шарикоподшипниковые. Число шариков в обычных подшипниках шпиндельного двигателя обычно составляет от 8 до 12. Любые малейшие неточности их формы или формы направляющей канавки, по которой они катятся, при вращении мотора могут послужить причиной неповторяющихся вибраций. Это накладывает некоторые ограничения на допустимую удельную плотность записи треков на дюйм рабочей поверхности пластины, заметно снижая, таким образом, общую емкость винчестера. К тому же подшипники качения отличаются от подшипников скольжения тем, что при больших частотах вращения у них снижается долговечность и весьма ограничена способность воспринимать ударные нагрузки. В жидкостных динамических подшипниках вращающиеся части мотора отделены друг от друга пленкой масла, которая действует как поглотитель ударных нагрузок и предупреждает повреждение рабочих поверхностей подшипника. Если обычные шарикоподшипниковые приводы винчестеров способны выдержать ударные нагрузки до 150g (в нерабочем состоянии, разумеется), то жидкостные гидравлические подшипники спокойно переносят таковые до 1,200g, что подтвердили проведенные Seagate испытания. Динамический жидкостный подшипник способен быстро гасить любые вибрации как внутреннего, так и внешнего происхождения. Эта способность также чрезвычайно важна для обеспечения правильной записи и чтения данных с дисковых пластин при высокой их удельной плотности. Отсутствие контакта обеспечивает и теоретически бесконечный срок службы приводов с жидкостными подшипниками. Ресурс обычных приводов рассчитывается в часах работы мотора, по истечении которых в металле накопляются усталостные напряжения от постоянного качения шариков по направляющим канавкам подшипника. После этого резко возрастает вероятность заклинивания привода. Естественно, срок службы сокращается и за счет физического износа поверхностей шариков и канавок, что приводит к нарушению их формы, снижению точностных характеристик привода и учащающимся ошибкам при чтении/записи данных с заданной плотностью треков.
2.5 Магнитные головки.
Для записи/считывания информации с поверхности диска используются магнитные головки. При записи головка создает магнитное поле, намагничивая тем самым участок диска - при считывании намагниченный участок диска возбуждает сигнал в головке. Первоначально использовались индуктивные головки. Основной недостаток которых был в сильной зависимости амплитуды сигнала от скорости перемещения магнитного покрытия и высокого уpовеня шумов. MRH (Magneto-Resistive Heads) и GMR (Giant Magneto-Resistive) - магниторезистивная головка считывания представляет собой pезистоp, сопротивление которого изменяется в зависимости от напряженности магнитного поля, причем амплитуда уже практически не зависит от скорости изменения поля. Это позволяет намного более надежно считывать информацию с диска и, как следствие, значительно повысить предельную плотность записи. MR-головки используются только для считывания; запись по-прежнему выполняется индуктивными головками. Чем ближе головки к поверхности диска, тем выше плотность записи. Для того чтобы головки не "упала" на поверхность диска им придают специальную аэродинамическую форму, наподобие крыла самолета. При вращении дисков внутри корпуса возникает воздушный поток, который собственно, и приподнимает головки над поверхность. При остановке двигателя, исчезает воздушный поток и головки "падают" на поверхность. Чтобы это предотвратить головки паркуют за пределы рабочей области диска (landing zone).
2.6 Позиционирование.
Головки крепятся к поворотному позиционеру, напоминающего по виду башенный кран. В непосредственной близости к головкам, в гермоблоке, находиться микросхема коммутатора и предусилитель сигнала. Позиционер посажен на ось, с одной столоны которой, находятся обращенные к дискам тонкие, длинные и легкие несущие магнитных головок, а с другой - короткий и более массивный хвостовик с обмоткой электромагнитного привода. При поворотах коромысла позиционеpа головки совеpшают движение по дуге между центром и периферией дисков. Обмотку позиционеpа окружает статор, представляющий собой постоянный магнит. При подаче в обмотку тока определенной величины и полярности коромысло начинает поворачиваться в соответствующую сторону с соответствующим ускорением, изменяя ток в обмотке, можно устанавливать позиционер в любое положение. Такая система привода получила название Voice Coil (звуковая катушка) - по аналогии с диффузором громкоговорителя.
В накопителях с соленоидным двигателем (звуковой катушкой), для размещения сервисной информации, необходимой для позиционирования магнитных головок, используется служебная информация (СИ) встроенная в формат. При этом количество сервометок на всех дорожках одинаково и отличается от модели к модели. В таких накопителях формат не привязан к сервометкам и дорожку можно отформатировать на различное количество секторов. Причем когда встречается сервометка, физический формат прерывается (даже если встречается поле данных) и продолжается только после ее идентификации.
Магнитные головки, постоянно считывает сервисную информацию. СИ усиленная и отфильтрованная поступает в серводемодулятор, где расшифровывается и затем определяется действительное положение блока магнитных головок. На основании полученной информации подается воздействие на устройство управления соленоидным двигателем. Таким образом осуществляется слежение с помощью устройства тонкой регулировки. Для перехода на другую дорожку, управляющий микропроцессор подает команду сервоконтроллеру, в которой указывается номер необходимой дорожки. На основании этого сервоконтроллер передает код необходимого токового импульса в схему управления позиционированием. После перемещения включается система тонкого регулирования, для точной подстройки на дорожку. При выполнении операций записи/чтения, для того чтобы не была затерта сервометка, сигнал записи в канал поступает от сервоконтроллера только после того, как полностью считана и идентифицирована сервометка.
2.7 Канал считывания/записи.
Вся поверхность на дисках разделена на дорожки, те в свою очередь, на сектора. Запись и чтение осуществляется посекторно. На емкость диска оказывает влияние применяемый способ записи. В старых дисках применяется метод модифицированной частотной модуляции MFM (Modified Frequency Modulation), в более новых моделях — метод RLL (Run Length Limited) и ARLL (Advanced RLL - улучшенный RLL) .
Метод MFM (Modified Frequency Modulation - модифицированная частотная модуляция) используется для записи на гибкие диски, а также - в ранних винчестерах для PC XT. При использовании этого метода на одну дорожку винчестера записывается 17 секторов по 512 байт каждый.
Метод RLL (Run Length Limited - ограниченная длина серии) использует более плотную упаковку данных при записи, повышая объем информации на дорожке примерно на 50%. Кодирование производится таким образом, чтобы длина серии нулей не выходила за пределы заданных параметров; обычно минимум равен двум, а максимум - семи. Соответственно, метод часто обозначается как RLL (2,7). На дорожку записывается до 27 секторов. Суть RLL состоит в следующем: каждый входящий байт, состоящий из 8 бит, разделяется на две 4-х битные части, затем каждая из частей преобразуется в специальный 5-битный код. Особенность этого кода в том, что каждое число в нем содержит минимум одно изменение направления потока. Использование такого метода дает возможность отказаться от синхроимпульсов и тем самым повысить плотность записи и скорость считывания.
Метод ARLL (Advanced RLL - улучшенный RLL) - дальнейшее развитие RLL в сторону повышения плотности упаковки. Обычно применяется с параметрами (1,7) и (3,9). На дорожку записывается 34 и более сектора.
Также, в современных винчестерах, применяется эффективный, хотя и сложный в реализации метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood), что можно перевести как метод максимального правдоподобия при частично перекрывающемся отклике от соседних дорожек. Дорожки расположены так близко, что головка считывает сигналы от нескольких соседних дорожек сразу, а затем на основе методов теории вероятностей выделяется сигнал от нужной дорожки по критерию максимума функции правдоподобия, которая на лету вычисляется специализированным процессором цифровой обработки сигналов, установленным на плате управления диском. При этом плотность записи повышается еще на 40-50%.
Важной особенностью современных HDD является применение зонно-секционной записи, при которой все дисковое пространство разбивается на зоны и в каждой зоне записывается определенное количество секторов на дорожку. Количество зон может достигать 20, а количество секторов в зонах, в зависимости от емкости, колеблется от 90 - 140 в самой первой зоне и плавно уменьшается до последней, где может достигать 40 - 70. Такой метод еще называют методом с постоянной плотностью записи. Естественно, что канал считывания/записи такого накопителя должен работать на различных частотах, при этом первая зона работает на самой высокой частоте и обеспечивает наибольшую скорость считывания данных.
2.8 Электронные компоненты винчестера.
Плата электроники, подключается к геpмоблоку через один или два разъема. На плате расположены основной процессор винчестера, ПЗУ с программой, рабочее ОЗУ, которое обычно используется и в качестве дискового буфера, цифровой сигнальный процессор для подготовки записываемых и обработки считанных сигналов, и интерфейсная логика. Программа процессора состоит из модулей и может полностью быть записана в отдельную микросхему ПЗУ или в масочное ПЗУ процессора. Определенная часть кода может быть записана в служебной области диска. Параметры накопителя (модель, серийный номер, адаптивы, таблица сбойных секторов и т.п.) хранятся также в виде модулей на дисках, в служебной области или в электрически репрограммируемом ПЗУ. Многие винчестеры имеют на плате электроники специальный технологический интерфейс с разъемом, через который при помощи стендового оборудования можно выполнять различные сервисные операции с накопителем - тестирование, форматирование, переназначение дефектных участков и т.п.
3.
Flash-
накопители
3.1 Средняя скорость чтения и записи
Flash-накопители являются компактными, быстрыми, относительно дешевыми и емкими устройствами для хранения информации. В настоящее время существует множество различных типов flash-накопителей производимых как для мобильных устройств(карты памяти форматов MMC, SD и т.д.), так и для повседневного хранения и переноса информации(накопители с интерфейсом USB 2.0(1.1)).
Скорость чтения и записи у различных типов накопителей(и у различных производителей) отличается. Это можно объяснить различными принципами работы flash-накопителей(NOR и NAND) и технологиями производства самих микросхем памяти.
Причиной ухудшения показателей скорости чтения и записи может быть как появление и рост дефектов кристаллической решетки кристалла микросхемы, так и диффузия ионов, ускоряющаяся при повышении температуры из-за локальных перегревов в областях повышенного тока. Эти процессы приводят к появлению «ловушек» для заряда, и в результате появляется так называемый «ток утечки, вызванный перегрузкой», который вносит вклад как в надежность хранения информации ячейкой (время сохранения заряда на плавающем затворе), так и в скорость программирования и стирания.
Однако проводимые тесты скоростных характеристик flash-накопителей могут дать некую усредненную картину. По результатам тестов можно увидеть что средняя скорость чтения flash-накопителей с интерфейсом USB 2.0 составляет примерно 4000 Кбайт/с. Однако скорость может колебаться от 3800 Кбайт/с до 8000 Кбайт/с в зависимости от фирмы производителя накопителя. Однако в настоящее время появляются накопители со скоростью чтения превысившим психологический барьер в 10000 Кбайт/с.
Скорость записи так же довольно сильно отличается у различных фирм производителей. Причем если у накопителя была большая скорость чтения данных то это не означает большую скорость перепрограммирования. Разброс в скоростных характеристиках при перепрограммировании гораздо более велик, чем при чтении. Так средняя скорость записи составляет примерно 2200 Кбайт/с. При этом минимальная скорость едва превышает 700 Кбайт/с, а максимальная составляет 5500 Кбайт/с. Однако появляются модели накопителей со скорость перепрограммирования приближающейся к 8000 Кбайт/с.
3.2 Энергопотребление
Так же основным показателем качества flash-накопителя является энергопотребление в различных режимах работы. Режимы работы накопителя следующие:
- состояние покоя(накопитель просто подключен к порту USB 2.0);
- режим доступа к данным;
- режим чтения;
- режим записи.
Рассмотрим энергопотребление в каждом режиме.
При работе в состоянии покоя измеряется ток потребляемый самим накопителем и светодиодом на нем(если он предусмотрен). В этом случае энергопотребление будет составлять в среднем 75 мА, при напряжении на интерфейсе USB 2.0 равным 5.12 В. Однако ситуация вновь не однозначна, как и в случае со скоростными характеристиками. Энергопотребление может колебаться от 44 мА до 125 мА. Режим покоя является режимом с наименьшим энергопотреблением.
При осуществлении доступа к данным энергопотребление возрастает и составляет в среднем 65 мА. Значения потребляемого тока колеблются от 54 мА до 125 мА в зависимости от фирмы производителя.
При чтении данных с накопителя энергопотребление будет составлять в среднем 80 мА. При этом значения колеблются в интервале от 52 мА до 129 мА.
Режим записи или перепрограммирования является самым энергоемким. Так в среднем flash-накопитель будет потреблять при записи около 95 мА. При этом значения могут колебаться от 60 мА до 138 мА.
При этом совсем необязательно что накопитель который имеет самое низкое энергопотребление в состоянии покоя будет потреблять меньше и при других режимах работы(или наоборот).
Из приведенных выше данных необходимо сделать вывод о том, что на сегодняшний день существует большое разнообразие flash-накопителей различных типов и с различными качественными показателями. Flash-накопители постоянно совершенствуются в сторону уменьшения размеров, увеличения скоростных характеристик, уменьшения энергопотребления и увеличения объемов вмещаемой информации. В настоящее время flash-накопители составляют очень серьезную конкуренцию другим запоминающим устройствам, и прежде всего переносным жестким дискам.
Список литературы
1. Виталий Криницин. Ликбез по системам охлаждения. Занятие второе: вентиляторы, технические нюансы. 2002 г. www.ix
bt.com
2. Николай Воронов. Классика охлаждения. Трилогия. 2005.
www
.
overclockers
.
ru
3.
Laik
Newmark. Правильное охлаждение. www.modlabs.net
4. Роткоп Л.Л., Спокойный Ю.Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании радиоэлектронной аппаратуры. М., "Сов. радио", 1976, 236 с.
5. Лазаренко Д. Конфигурация воздушных потоков внутри корпуса форм-фактора ATX.
www.overclockers.ru
6.
|