Обробка помилок

При розробці стандарту компакт-дисків основна увага була приділена обробці помилок. Для зменшення впливу можливих помилок в компакт-дисках використовуються методи контролю парності і чергування, що отримали|одержали| назву перемежаючого коду Ріда-Соломона (CIRC). Ця технологія працює на рівні блоків (фрей|мів|). При збереженні|зберігання| інформації 24 байт даних кожного блоку спочатку обробляються шифратором Ріда-Соломона, що створює 4-байтовий код контролю парності (так званий Q-контроль парності), який додається|добавляється| до результуючих|вихід| 24 байт даних. Отримані|одержані| в результаті|унаслідок, внаслідок| цієї операції 28 байт передаються другому шифратору, що використовує іншу схему, який, у свою чергу|своєю чергою|, створює додатковий 4-байтовий код контролю парності (Р-контроль парності). Цей код додається|добавляється| до 28 байт, отриманих|одержаних| в попередньому кодуванні, що складає 32 байти (24 результуючих|вихід| байта даних плюс байти Q- і P-контролю парності). Потім вводиться|запроваджується| додатковий підкодовий байт даних (інформація про доріжку), внаслідок чого виходить 33 байти для кожного блоку. Байти P- і Q-контролю парності не мають ніякого|жоден| відношення до раніше згаданих підкодів P і Q.

Для того, щоб мінімізувати вплив подряпин або фізичних дефектів, які можуть привести до пошкодження|ушкодження| суміжних блоків, безпосередньо перед записом блоків проводиться декілька операцій чергування. За допомогою ліній затримки здійснюється перехресне чергування 109 блоків, тобто ці блоки розташовуються в різних фреймах і секторах. Такий підхід зменшує вірогідність|ймовірність| дії подряпин і дефектів на суміжні дані, оскільки|тому що| запис даних здійснюється, по суті, непослідовно.

Схема CIRC, використовувана в музичних компакт-дисках і дисках даних CD-ROM, дозволяє виправляти|справляти| помилки завдовжки до 3874 біт, що складає 2, 6 мм довжини доріжки. Крім того, використання методу інтерполяції дає можливість|спроможність| виправляти|справляти| помилки завдовжки до 13282 біт (або 8, 9 мм по довжині доріжки). Інтерполяція є процесом приблизного обчислення|підрахунок| або усереднювання даних, що дозволяє відновити втрачені | дані. Цей метод, звичайно, не годиться для комп'ютерних дисків CD-ROM, тому він застосовується тільки|лише| в музичних компакт-дисках. Стандарт компакт-дисків Red Book визначає частоту блоків з|із| помилками (Block Error Rate — BLER) як відношення|ставлення| кількості блоків з|із| якими-небудь помилками (98 блоків в кожному секторі) до часу їх читання, вираженого|виказаного, висловленого| в секундах. Необхідно, щоб отримане значення не перевищувало 220. Якщо ця умова дотримується, то компакт-диск, що містить|утримувати| до 3% блоків з|із| помилками, все ще буде працездатний.

Наявність додаткового рівня виявлення помилок і схеми корекції є|з'являтися, являтися| характерною|вдача| відміною музичних програвачів компакт-дисків і накопичувачів CD-ROM. Музичні програвачі перетворюють цифрові дані, що зберігаються на компакт-диску, в аналогові сигнали, що обробляються стереофонічним підсилювачем. При використанні цієї схеми деяка неточність відтворення даних цілком|сповна| припустима, оскільки|тому що| людське вухо просто не в змозі це почути. У свою чергу|своєю чергою|, накопичувачі CD-ROM не можуть допустити|припуститися| яку-небудь помилку, оскільки|тому що| кожен біт даних повинен прочитуватися гранично точно. Тому компакт-диски CD-ROM, разом з|поряд з, поряд із| основними даними, містять|утримувати| великий об'єм|обсяг| додаткової інформації|. Код корекції помилок (ЕСС|) дозволяє виявляти і виправляти|справляти| більшість дрібних|мілкий| помилок, підвищуючи тим самим надійність і точність обробки даних до рівня, прийнятного|допустимий| для зберігання даних.

При відтворенні музичного компакт-диска втрачені| дані можуть бути інтерпольовані, тобто існує певний шаблон даних, що дозволяє " вгадати" втрачене| значення. Наприклад, якщо три значення даних музичного компакт-диска виражено|виказано, висловлено| серією послідовних чисел 10, 13 і 20, а середнє значення із-за пошкодження|ушкодження| або забруднення поверхні диска пропущене, то його можна з|із| достатнім ступенем|міра| точності визначити як 15, тобто середнє арифметичне чисел 10 і 20.

Хоча значення відновлене неточно, слухач не помітить цієї погрішності при відтворенні звукового запису. Якщо ж аналогічні значення будуть на компакт-диску CD-ROM у виконуваній програмі, то визначити правильне значення середньої вибірки не вийде. Метод інтерполяції тут не працює, оскільки|тому що| команди або дані виконуваної програми повинні бути безпомилкові; інакше відбудеться пошкодження|ушкодження| програми або невірне читання даних, необхідних для виконання обчислень|підрахунок|. Використання раніше описаного методу при читанні виконуваної програми з диска CD-ROM практично неможливе.

Диск CD-ROM, разом з основними даними, містить додаткову інформацію, введенe в кожен сектор і вживану для виявлення і виправлення помилок, а також для точнішого визначення секторів даних. Для цього з 2352 байт кожного сектора, використовуваних спочатку для зберігання звукових даних, 304 байти застосовуються для синхронізації (синхронізуючі біти), ідентифікації (біти ідентифікації), коду корекції помилок (ЕСС), виявлення і виправлення помилок (EDC). Фактично в кожному секторі залишається 2048 байта призначених для користувача даних. За одну секунду прочитується 75 секторів, тому базова швидкість читання даних з компакт-дисків CD-ROM досягає 2048 х 75 = 153600 байт в секунду, що складає 153, 6 Кбайт/с.

3.7. Накопичувачі на гнучких дисках (FDD)

3.7.1. Компоненти дисководу

Всі дисководи для гнучких дисків, незалежно від їхнього типу, складаються з декількох основних частин:

· Головки читання/запису

Дисковід, як правило, має дві головки для читання й запису даних, тобто є двостороннім. Для кожної сторони диска призначено по одній головці; обидві головки використаються для читання й запису на відповідних поверхнях диска. Колись у персональних комп'ютерах встановлювалися однобічні дисководи (наприклад, у перших комп'ютерах), але сьогодні вони вийшли із вжитку.

Головки приводяться в рух пристроєм, що називається приводом головок. Вони можуть переміщатися по прямої лінії й встановлюватися над різними доріжками. Головки рухаються по дотичній до доріжок, які вони записують на диск. Оскільки верхня й нижня головки монтуються на одному тримачі (або механізмі), вони рухаються одночасно й не можуть переміщатися незалежно один від одного. Головки являють собою електромагнітні котушки із сердечниками з м'якого сплаву заліза. Кожна головка є складним пристроєм, у якому головка читання/запису розташована між двома стираючими головками в одному фізичному пристрої.

Метод запису називається тунельним підчищенням. При нанесенні доріжок додаткові головки стирають зовнішні границі, акуратно підрівнюючи їх на диску. Ці головки стежать, щоб дані знаходились тільки в межах певного вузького " тунелю" на кожній доріжці. Це перешкоджає перекручуванню сигналу однієї доріжки сигналами із сусідніх доріжок. Якщо сигнал " з'їде" убік, то можуть виникнути проблеми. Додаткове вирівнювання доріжок виключає таку можливість. Позиціонування — це розташування головок щодо доріжок, які використовуються ними для читання й запису.

Головки укомплектовані пружинами й притискаються до диска під невеликим тиском. Це означає, що вони перебувають у безпосередньому контактіз поверхнею диска під час читання й запису. Оскільки дисководи для гнучких дисків у персональних комп'ютерах мають швидкість обертання всього 300 або 360 об/хв, цей тиск не викликає особливих проблем, пов'язаних з тертям. Новіші диски покриваються спеціальними сполуками для зменшення тертя й підвищення ковзання. У результаті контакту між головками й диском на головках поступово утвориться наліт оксидного матеріалу диска. Цей шар повинен періодично зчищатися з головок під час профілактичного ремонту або звичайного обслуговування.

Для того щоб інформація була зчитана й записана правильно, головки повинні перебувати в безпосередньому контакті із записуючим середовищем. Дуже маленькі частки оксиду, що відпав, бруд, пил, дим і відбитки пальців можуть викликати проблеми при читанні й записі даних. Дослідження виробників дисків і драйверів показали, що зазор величиною 0, 000032 дюйма між головками й записуючим середовищем може викликати помилки читання /запису.

· Привід головок

Це пристрій з механічним двигуном, що змушує головки переміщуватися поверхнею диска. У таких пристроях звичайно використається кроковий двигун, що здійснює переміщення у двох напрямках з певним приростом, або кроком. Вісьцього двигуна повертається на точно визначений кут і зупиняється. Кроковий двигун виконує переміщення між фіксованими обмежувачами і повинен зупинятися при певному положенні обмежувача. Кожен крок переміщення визначає доріжку на диску. Двигуном керує контролер диска, за допомогою якого він може встановлюватися відповідно до будь-якого відносного збільшення в межах границь його переміщення. Наприклад, для позиціонування головок на доріжці 25 двигун повинен отримати команду перейти на позицію 25 крокового стопора з нульового циліндра.

Рис.5 Стандартний дисковід

Звичайно кроковий двигун з'єднаний із тримачем головок згорнутою в спіраль сталевою стрічкою. Стрічка намотується на вісь крокового двигуна, що робить обертовий рух поступальним. У деяких дисководах замість стрічки використовується черв'ячна передача. У пристроях цього типу головки монтуються на черв'ячній передачі, що приводиться в рух безпосередньо валом крокового двигуна. Оскільки цей пристрій більш компактний, привод із черв'ячною передачею встановлюється на мініатюрних дисководах на 3, 5 дюйми. Кроковий двигун повертається з одного крайнього положення в інше приблизно за 0, 2 с (200 мс). У середньому половина ходу двигуна займає 100 мс, а одна третина ходу - 66 мс.

Час половини й третини ходу пристрою привода головок часто використається для визначення середнього часу доступу до дисководу, тобто середнього часу переміщення головок з однієї доріжки на іншу.

· Двигун привода диска

Цей двигун обертає диск. Швидкість обертання становить 300 або 360 об/хв, залежно від типу дисководу. Тільки дисковід для гнучких дисків діаметром 5, 25 дюйма високої щільності (HD) має швидкість обертання 360 об/хв, всі інші дисководи, включаючи дисководи гнучких дисків діаметром 5, 25 дюйма подвійної щільності (DD), 3, 5 дюйми DD, 3, 5 дюйми HD й 3, 5 дюйми надвисокої щільності (ED), обертаються зі швидкістю 300 об/хв. У старих дисководах двигун обертав вісь диска за допомогою пасової передачі, але у всіх сучасних дисководах використається система прямого приводу. Старі дисководи з пасовою передачею мали більший обертаючий момент для повороту диска завдяки посилюючому множнику пасової передачі. У більшості сучасних систем із прямим приводом використається автоматична компенсація обертаючого моменту, що встановлює швидкість обертання диска на фіксовану величину 300 або 360 об/хв і створює надлишковий обертаючий момент для дисків або зменшує обертаючий момент для змінних дисків. Цей тип дисководу не вимагає настроювання швидкості обертання.

· Контролер

У перших моделях комп'ютерів накопичувачі на гнучких дисках підключалися до плати розширення, встановленої в роз’ємах ISA системної плати. Пізніше ці плати були вдосконалені: крім підтримки накопичувача на гнучких дисках, була додана підтримка послідовного й паралельного портів, інтерфейсу IDE/ATA. У наш час всі ці пристрої інтегровані в системну плату. Поза залежністю від типу (зовнішній або інтегрований) контролер використовує наступні ресурси:

1) запит на переривання - 6;

2) канал DMA - 2;

3) діапазон вводу-виводу - 3F2-3F5. - Ці ресурси стандартизовані й змінювати їх не можна.

Практично всі контролери підтримують швидкість передачі даних 1 Мбіт/с, і ця швидкість підтримується всіма сучасними накопичувачами на гнучких дисках. Контролер зі швидкістю передачі даних 500 Кбіт/с підтримує всі накопичувачі на гнучких дисках, за винятком 2, 88 Мбайт.

3.8. Фізичні характеристики й принципи роботи дисководів

У більшості сучасних комп'ютерах використається дисковід 3, 5 дюйми для гнучких дисків обсягом 1, 44 Мбайт.

Дисковід працює досить просто. Диск обертається зі швидкістю 300 або 360 про/хв. При обертанні диска головки можуть переміщатися вперед та назад на відстань приблизно в один дюйм і записувати 40 або 80 доріжок. Доріжки наносяться на обидві сторони диска й тому іноді називаються циліндрами. В окремий циліндр входять доріжки на верхній і нижній сторонах дискети. При записі використається метод тунельного підчищення, при якому спочатку записуються доріжки певної ширини, а потім краю доріжок стираються, щоб запобігти взаємному впливу сусідніх доріжок.

3.9. Кластери, або комірки розміщення даних

Кластер називають коміркою розміщення даних, тому що окремий кластер являє собою найменшу область диска, що DOS може використати при записі файлу. Кластер займає один або кілька секторів (звичайно два й більше). Якщо в кластері більше одного сектора, то зменшується розмір таблиці розміщення файлів (FAT) і прискорюється робота DOS, тому що їй доводиться працювати з меншою кількістю комірок. Але при цьому губиться деякий простір диска. Оскільки DOS може розподіляти простір тільки кластерами, кожен файл поглинає простір на диску із кроком в один кластер.

3.10. Дисковід формату 3, 5 дюйми на 1, 44 Мбайт

Дисководи формату 3, 5 дюйми на 1, 44 Мбайт високої щільності (High Density- HD) уперше з'явилися в комп'ютерах IBM типу PS/2 в 1987 році. Незважаючи на те що IBM не пропонувала дисководи цього типу для старих комп'ютерів, багато продавців ІВМ-сумісних комп'ютерів почали встановлювати їх за бажанням покупця відразу після появи в PS/2.

Ці дисководи записують 80 циліндрів із двох доріжок з 18 секторами на доріжці, створюючи в результаті ємність 1, 44 Мбайт. Багато виробників дискет вказують на них ємність 2, 0 Мбайт (різниця між ємностями з'являється після форматування). Загальна ємність відформатованого диска не враховує площі, що виділяється операційною системою для керування файлами, залишаючи для зберігання файлів тільки 1423, 5 Кбайт. Ці дисководи мають швидкість обертання 300 об/хв, тому вони правильно взаємодіють із існуючими контролерами високої й низької щільності. Для того щоб використати швидкість передачі даних 500000 біт/с, що є максимальною для більшості стандартних контролерів дисководів високої й низької щільності, ці дисководи повинні мати швидкість 300 об/хв. Якщо дисковід буде обертати дискету зі швидкістю 360 об/хв, як дисковід формату 5, 25 дюйма, число секторів на доріжку повинне бути зменшено до 15, інакше контролер не буде встигати обробляти сигнали. Інакше кажучи, дисководи формату 3, 5 дюйми на 1, 44 Мбайт записують в 1, 2 рази більше даних, ніж дисководи формату 5, 25 дюйма на 1, 2 Мбайт, а дисководи на 1, 2 Мбайт обертають диск в 1, 2 рази швидше, ніж дисководи на 1, 44 Мбайт. Швидкість передачі даних однакова в цих дисководах високої щільності, і вони сумісні з тими самими контролерами. Оскільки дисководи формату 3, 5 дюйми високої щільності можуть працювати зі швидкістю передачі даних 500000 біт/с, контролер, що підтримує дисковід формату 5, 25 дюйма на 1, 2 Мбайт, може підтримувати й дисковід на 1, 44 Мбайт.

3.11. Конструкції дискет

Дискети діаметром 5, 25 й 3, 5 дюйми розрізняються конструкціями й фізичними властивостями. Гнучкий диск перебуває усередині пластикового футляра. Диск діаметром 3, 5 дюйми має більш жорсткий футляр, чим диск діаметром 5, 25 дюйма. Самі ж диски, по суті, однакові, за винятком, звичайно, їхніх розмірів. У конструкції дискет цих двох типів є й розходження й подібності. Оскільки дискети діаметром 3, 5 дюйми (Рис.6) знаходяться у набагато більше твердому пластиковому корпусі, що дозволяє стабілізувати диск, запис на них може виконуватися при набагато більшій щільності доріжок і даних, чим на дискетах діаметром 5, 25 дюйма. Отвір для доступу головок закрито металевою заслінкою. Заслінка відкривається дисководом. Це захищає поверхню диска від впливу навколишнього середовища і дотику пальців. Заслінка також усуває необхідність у додатковому чохлі для диска.

В дискетах діаметром 3, 5 дюйми використається металева втулка з настановним отвором, що знаходиться в центрі дискети. Дисковід захоплює металеву втулку, а отвір у ній дозволяє правильно встановити дискету. У нижній лівій частині дискети розташований отвір із пластиковою заслінкою, призначений для захисту від запису. Якщо заслінка розташована так, що отвір відкритий, диск захищений від запису. Коли заслінка закриває отвір, запис дозволена. Для більше надійного захисту від запису деякі комерційні програми поставляються на дискетах без заслінки, тому здійснити запис на диск далеко не просто.

Рис.6 Конструкція дискети діаметром 3, 5 дюйми

На протилежні щодо отвору захисту від запису стороні дискети (праворуч) у футлярі може бути ще один отвір, що називається отвором для датчика типу дискети. Його наявність означає, що диск має особливе покриття і є диском високої або надвисокої щільності. Якщо отвір для датчика типу дискети знаходиться точно напроти отвору захисту, - ємність дискети 1, 44 Мбайт. Якщо воно зміщено до верхньої частини дискети (металева заслінка в цьому випадку знаходиться у верхній частині дискети), - це дискета надвисокої щільності. Відсутність отворів на правій половині означає, що дискета має низьку щільність. У більшості дисководів формату 3, 5 дюйми є датчик типу дискети, що управляє записом залежно від розташування й наявності цих отворів.

Дискети діаметром 3, 5 й 5, 25 дюйми зроблені з однакових основних матеріалів. У них використається пластикова основа, покрита магнітним матеріалом.

3.12. Щільність запису та коерцитивна сила

3.12.1. Щільність запису

Щільність запису (density) — це кількість інформації, що може бути надійно розміщене на певній площі записуючої поверхні. Диски мають два типи щільності— радіальну й лінійну. Радіальна щільність указує, скільки доріжок може бути записане на диску, і виражається в кількості доріжок на дюйм (Track Per Inch — ТРІ). Лінійна щільність — це здатність окремої доріжки накопичувати дані; часто виражається в кількості бітів на дюйм (Bits Per Inch — ВРІ).

3.12.2. Коерцитивна сила п товщина магнітного шару

Коерцитивна сила позначає напруженість магнітного поля, необхідну для правильного запису даних на диск. Коерцитивна сила, як і напруженість магнітного поля, виміряється в ерстедах. Для диска з високою коерцитивною силою потрібно більше сильне магнітне поле для виконання запису. Диски з низькою коерцитивною силою можуть записуватися слабкими магнітними полями. Ще одним фактором є товщина магнітного шару диска. Ніж тонше магнітний шар, тим менше впливає одна область диска на іншу - сусідню. Тому диски з тонким магнітним покриттям можуть накопичувати набагато більше даних на дюйм без погіршення якості.

4. Зміст роботи.

4.1. Ознайомитися з інструкцією до даної лабораторної роботи.

4.2. Приступити до виконання лабораторної роботи

4.3. Розібратися із взаємодією основних елементів конструкції дисковода 3, 5”:

· робочий двигун

· покроковий двигун

· робочі головки (кількість)

· привід головок

· крокові двигуни

· роз’єм контролера

· роз’єм живлення

· сенсор захисту записів

· керуюча електроніка

4.4. Визначити призначення кожного з них

4.5. Проаналізувати маркування даного FDD

4.6. Вказати тип даного дисковода (3.5” чи 5, 25”)

4.7. Розібратися із будовою CD-привода, та основними елементами його конструкції:

· Напівпровідниковий лазер

· Двигун

· Лінза

· Розділова лінза

· Фокусуючи лінза

· Фотодатчик

· Мікропроцесор

4.8. Визначити призначення кожного з них

4.9. Написати висновок

4.10. Оформити і здати звіт

5. Контрольні запитання.

5.1. Призначення компакт-дисків

5.2. Фізична будова компакт-диска

5.3. Який діаметр має звичайний компакт-диск?

5.4. Назвіть основні етапи виготовлення компакт-дисків в виробничих умовах

5.5. Призначення мастер-диска

5.6. Для чого наносять захисне покриття і з якої сторони?

5.7. Як відбувається зчитування інформації з компакт-диска?

5.8. Що таке доріжки на компакт-диску?

5.9. Що таке площадки та западини?

5.10. Якій логічній одиниці відповідає площадка на компакт-диску?

5.11. Якій логічній одиниці відповідає западина на компакт-диску?

5.12. Основні елементи конструкції накопичувачів на оптичних дисках

5.13. Назвіть призначення робочого двигуна

5.14. Назвіть призначення лінзи

5.15. Назвіть призначення розділової лінзи

5.16. Назвіть призначення фокусюючої лінзи

5.17. Назвіть призначення фотодатчика

5.18. Назвіть призначення мікропроцесора

5.19. Логічна організація пам’яті оптичних дисків

5.20. Вкажіть призначення області фіксації диска

5.21. Яке призначення області калібрування потужності?

5.22. Яке призначення програмованої області пам'яті?

5.23. Яке призначення нульової доріжки?

5.24. Яке призначення програмної області?

5.25. Яке призначення кінцевої зони?

5.26. Як відбувається корекція помилок в пристрої СD-ROM?

5.27. Що таке ЕСС?

5.28. Для чого призначений гнучкий дисковід?

5.29. Перелічіть основні елементи конструкції приводів FDD

5.30. Назвіть призначення головок читання/запису

5.31. Що таке позиціонування?

5.32. Яка швидкість обертання дискети у дисководі?

5.33. Призначення контролера дисковода?

5.34. Яка система форматування використовується в FDD?

5.35. Перелічіть основні елементи конструкції дискети 3, 5’’

5.36. Що таке щільність запису дискети. Які типи щільності запису ви знаєте?

5.37. Що таке коерцитивна сила?

6. Література.

6.1. Бигелоу Стивен Устройство и ремонт персонального компьютера Книга 1 «Бином» Москва 2003

6.2. Гуржій А.М., Коряк С.Ф., Самсонов В.В., Скляров О.Я. Архітектура, принципи функціонування та керування ресурсами IBM PC. „Компанія СМІТ”, 2003.

6.3. Колесниченко О., Шишкин И. Аппаратные средства PC 4-е издание «БХВ- Петербург» Санкт-Петербург 2003

6.4. Мюллер Скотт. Модернизация и ремонт ПК. „Вильямс”, 2002.