Najczęściej stosowane napędy w komputerach.

SPIS TREŚCI

1. Wstęp
2. Dysk twardy
3. Napęd CD-ROM
4. Napęd DVD
5. Stacja dysków elastycznych FDD
6. Podsumowanie
7. Literatura


1. Wstęp

Komputer określany mianem PC , czyli osobisty zdobył największą popularność, zarówno w różnych dziedzinach działalności zawodowej, jak i w domach . Komputer jest to zestaw urządzeń elektronicznych, realizujący przetworzenie informacji (danych). Jedne z bardzo ważnych urządzeń w komputerze to napędy nośników informacji. Poniżej chciałabym przedstawić jedne z bardzo ważnych i najczęściej montowanych w komputerach.

2. Dysk twardy - HDD

Programy komputerowe stają się coraz nowocześniejsze, a tym samym potrzebują więcej miejsca na dysku twardym. Praktycznie każdy program przeznaczony do poważniejszych zastosowań wymaga instalacji na dysku twardym. Modele dysków twardych są o wymiarach 5,25” lub 3,5” (częściej spotykane), a więc niewielkie wymiarowo, co pozwala umieścić je w małym pudełku zwanym wraz z zespołem głowic odczytująco - zapisujących „napędem”. Tradycyjnie, dysk twardy montuje się przy przedniej ściance wewnątrz obudowy komputera. Obecnie, dzięki małym gabarytom, można go umieszczać w specjalnej obudowie, która umożliwia szybkie przenoszenie z jednego komputera do innego. Taki dysk jest bardzo łatwy w montażu, gdyż wsuwa się go w odpowiednie miejsce w przedniej ściance komputera zwane „kieszenią”. Na przedniej ściance komputera znajduje się dioda sygnalizująca prace dysku.
Dyski twarde składają się z kilku tarcz magnetycznych o dwóch powierzchniach każda. Każdej powierzchni odpowiada jedna głowica zapisująco-odczytująca z mechanizmem umożliwiającym precyzyjne wyszukiwanie na powierzchni dysku potrzebnych sektorów. Powierzchnie tarcz podzielone są na ścieżki, które składają się z sektorów popularnie zwanych cylindrami. Powierzchnie tarcz posiadają delikatną warstwę magnetyczną. Silnik liniowy po-rusza tarcze z dużą prędkością, a precyzyjny serwomechanizm reguluje ustawienie ramion głowic, wstrzymując głowice w odległości zaledwie kilku mikronów od powierzchni nośnika danych. Głowice nie mogą dotykać powierzchni nośnika, gdyż przy tych prędkościach mogły by porysować delikatną warstwę magnetyczną. Każdy twardy dysk posiada płytkę z układami elektronicznymi i odpowiednimi interfejsami, a kontroler steruje napędem dysku. Pracując w oparciu o technikę „dedicated servo”, czyli jedna płaszczyzna dysku poświęcona jest całkowicie do przechowywania oznaczeń indeksowych sterujących płynnym pozycjonowaniem głowic napędu i dlatego dysk posiada nieparzystą liczbę głowic zapisującoodczytujących. Miniaturowy system operacyjny „Firmware” zapisany w pamięci ROM, koduje i dekoduje poszczególne dane a za-warte w nim procedury korygują błędy powstałe przy odczycie danych z dysku. Po wyłączeniu zasilania, automatyczny mechanizm za pomocą specjalnej sprężyny odciąga głowice na bezpieczną ścieżkę tarczy magnetycznej, gdzie zostają zaparkowane co zapobiega przypadkowemu uszkodzeniu zapisanej powierzchni dysku. Dyski twarde posiadające standardowy interfejs IDE (Intergrated Drive Electronics – scalony sterownik elektroniczny) są kompatybilne w stosunku do starszych wersji, posiadają zwiększone możliwości transmisji danych oraz możliwość dołączenia dodatkowego urządzenia np. CD-ROMu z mechanizmem P I/O (Program In-put/Output). Transmisja danych odbywa się z szybkością nawet 10 MB/s. Local Block Adressing (LBA) dzieli dysk na bloki logiczne i w ten sposób adresuje dane, co umożliwia osiągnąć nawet 7,8 GB pojemności. Taki dysk musi być wspomagany przez hardware i BIOS, który zamienia bloki logiczne na tradycyjne parametry, czyli na ścieżki, cylindry, sektory.

3. Napęd CD-ROM


Dysk kompaktowy to krążek służący do odtwarzania cyfrowo zapisanego dźwięku lub informacji za pomocą promienia laserowego. Dane na takim dysku zapisane są w postaci drobnych wyżłobień w warstwie telluru. Technikę zapisu i odczytu danych cyfrowych opracowała firma Philips w latach siedemdziesiątych i do tej pory jest to najbardziej rozpowszechniony standard. W technice Philipsa średnica krążka wynosi 5 cali (ok. 12 cm), a jego pojemność pozwala na zapisanie ok. 1 godziny ścieżki lub 650 MB informacji. Podstawowymi elementami odtwarzacza płyt CD-ROM są: mikroprocesor wytwarzający wszystkie napięcia potrzebne do sterowania urządzeniem .laserowa głowica odczytująca wraz z mechanizmem skupiania strumienia światła lasera i mechanizmem ścieżkowania, silnik prądu stałego ( do obracania płyt) wraz z układem automatycznej regulacji obrotów talerza oraz układ elektroniczny do przetwarzania sygnałów cyfrowych na sygnały analogowe. Pierwszy odtwarzacz płyt CD-ROM został skonstruowany pod koniec lat 70 - tych przez holenderską firmę Philips.
Płyta CD-ROM czyli nośnik informacji to jest przeźroczysta warstwa poliwęglanowa, w której wytłoczone są wgłębienia. Warstwa ta pokryta jest napyloną warstwą aluminium odbijającą światło. Całość zabezpieczona jest od góry lakierem, na którym są wykonane ewentualne nadruki.
Wiązka światła laserowego padając na płytę odbija się od warstwy aluminium. Jeżeli odbija się ona od obszaru zwanego landem (brak wgłębienia), jej natężenie jest znacznie większe niż w przypadku, gdy odbija się od pitu (wgłębienie). Stąd przy przejściach między pitami i landami występują skoki natężenia światła i w konsekwencji skokowe zmiany sygnału elektrycznego z elementów światłoczułych. Informacja zapisywana na CD-ROM-ie kodowana jest tak zwaną metodą EFM. Urządzeniami przystosowanymi do zapisu danych na płytach CD są nagrywarki -CD-R i CD-RW. Od strony elektronicznej, sposobu kodowania i formatu zapisu danych, nagrywarki niczym nie różnią się od klasycznych napędów CD. Różnice związane są z technologią i materiałami zastosowanymi do produkcji płyt. W płytach CD-R warstwa poliwęglanowa pokryta jest specjalną substancją (cyjaniną), która mętnieje pod wpływem promieniowania laserowego o określonej mocy. Na warstwę tą napylona jest warstwa aluminium. W trakcie nagrywania płyty promień lasera o zwiększonej mocy powoduje zmętnienie warstwy cyjaniny, co odpowiada obszarowi pitu na zwykłej płycie, gdyż powoduje zmniejszenie natężenia wiązki odbitej.
Kolejnym krokiem było zastosowanie substancji, która w zależności od długości światła laserowego na nią padającego, mętnieje bądź staje się na powrót przeźroczysta. Zastosowanie
takiej substancji w miejsce cyjaniny umożliwia wielokrotną zmianę informacji zapisywanej na płycie. Stąd wzięły się płyty wielokrotnego zapisu CD-RW.


3. Napęd DVD

Napędy DVD - wyglądają identycznie jak czytniki CD-ROM. Budowa i działanie jest całkiem podobna do napędów CD-ROM , którą przedstawiłem powyżej . Ich największą zaletą jest uniwersalność. Mogą służyć zarówno do korzystania z aplikacji multimedialnych czy baz danych, jak i do odtwarzania filmów. Niewątpliwą zaletą odtwarzaczy jest również cena, niewiele przewyższająca wartość typowego czytnika CD-ROM. Nawet po dodaniu karty sprzętowego dekodera MPEG-2 cena pozostaje znacząco niższa niż cena odtwarzacza stacjonarnego. Jeżeli jednak chcemy wykorzystywać DVD-ROM do odtwarzania filmów, musimy się przygotować na nieco więcej pracy niż przy odtwarzaczu stacjonarnym. Zakładając, że chcemy oglądać filmy na ekranie telewizora, niezbędne staje się dokupienie dekodera sprzętowego MPEG-2. Dekodery programowe mogą wystarczyć przy oglądaniu filmów na monitorze, lecz do telewizora raczej nie są odpowiednie. Konieczność zainstalowania karty oznacza zaś instalowanie sterowników, poszukiwanie ich najnowszej wersji itp.
Także wyprowadzenie dźwięku do zewnętrznego wzmacniacza
przestaje być oczywiste. Jeżeli wystarczy monitor komputera i dołączone do niego głośniki, pracy będziemy mieli nieco mniej. Możemy bowiem wykorzystać dekoder programowy, nie wymagający dodatkowej karty. Warunkiem jest jednak posiadanie odpowiednio wydajnego komputera - za niezbędne minimum przyjmuje się Pentium II 300 MHz, praktyka zaś dowodzi, że do płynnego odtwarzania filmów i dźwięku potrzebny jest sprzęt nieco szybszy. W przypadku procesorów innych producentów niż Intel, np. AMD, minimalna częstotliwość pracy procesora powinna być większa i wynosić co najmniej 400 MHz.
Przy opisach odtwarzaczy DVD często określa się, do której generacji sprzętu należy danych model. Wyjaśnijmy więc, jakie są kryteria decydujące o przynależności do poszczególnych kategorii.
Do pierwszej generacji sprzętu zaliczano napędy o jednokrotnej prędkości odczytu. Przy czasie dostępu mieszczącym się w granicach 100-250 milisekund, osiągały one przeciętny transfer na poziomie 1,32 MB/s, co odpowiada w przybliżeniu napędowi CD-ROM x9. Przy odczytywaniu płyt CD-ROM zamiast DVD-ROM napędy te zwiększają szybkość, dorównując czytnikom CD-ROM x12.
Napędy DVD-ROM drugiej generacji, oznaczane jako x2, osiągają przeciętny transfer na poziomie 2,6 MB/s (CD-ROM x18), przy odczytywaniu płyt CD-ROM natomiast zwiększają szybkość, dorównując napędom CD-ROM x24.
Najnowsze napędy DVD-ROM są oznaczane jako, x8, x16. Prędkość odczytu nie ma znaczenia w przeglądaniu filmów na DVD . Jedyna różnica, to nieco szybciej działające funkcje wyszukiwania, płynność odtwarzania zaś nie zmienia się. Prędkość napędu nabiera natomiast znaczenia przy korzystaniu z aplikacji multimedialnych czy baz danych.
Nie ulega natomiast wątpliwości, że DVD w niedalekiej przyszłości stanie się obowiązującym standardem i chcąc pozostać w zgodzie z nowoczesną technologią, będziemy musieli zaopatrzyć się w niezbędny sprzęt. Producenci zaangażowani w rozwój DVD zapewne zrobią wszystko, aby przekonać nas, iż jest to jedyny słuszny krok.


5. Stacja dysków elastycznych – FDD

Napędem dysków elastycznych lub stacją dysków oznaczoną w skrócie FDD(ang. Floppy Disk Drive), nazywa się urządzenie zawierające cześć mechaniczną oraz układy elektroniczne niezbędne do sterowania pracą mechanizmów i realizacji operacji odczytu i zapisu. Stacja dyskietek współpracuje z układem wejścia/wyjścia zwanym sterownikiem napędu dysków elastycznych, oznaczanym skrótem FDC(ang. Floppy Disc Controller).
Napęd dysków elastycznych zawiera dwa silniki. Pierwszy z nich napędza krążek pokryty ferromagnetykiem, będącym nośnikiem informacji. Szybkość obrotowa tego silnika dla dyskietek 3.5” wynosi 360 obr./min.
Drugi z silników, zwany silnikiem krokowym zapewnia liniowy ruch głowicy zapisująco-odczytującej, przesuwającej się drobnymi skokami wzdłuż promienia krążka magnetycznego. Zadaniem tego silnika jest precyzyjne ustawienie głowicy nad określonym obszarem krążka. Informacja zapisywana jest na dyskietce w postaci koncentrycznych okręgów zwanych ścieżkami (ang.track), gdyż w trakcie zapisu jednej ścieżki głowica pozostaje nieruchoma.
Po zapełnieniu całej ścieżki, głowicę należy przesunąć o pewien odcinek i zacząć zapisywać na następnej ścieżce. Najbardziej zewnętrzną ścieżkę nazywa się ścieżką zerową (ang. track zero). Ponieważ pełni ona pewne wyróżnione role, istnieje w napędzie czujnik sygnalizujący ustawienie głowicy nad ścieżką zerową.
Najstarszymi, aczkolwiek wykorzystywanymi do dzisiaj, masowymi pamięciami zewnętrznymi są pamięci dyskietkowe. Pod-stawową zaletą pamięci dyskietkowych jest ciągle prostota wymienialności nośnika (dyskietki). Należy zauważyć, że obecnie dyskietka jest coraz rzadziej używana ponieważ ma bardzo małą pojemność. Z tego powodu obecnie stosuje się pamięci dyskietkowe prawie wyłącznie do przenoszenia plików o małej pojemności (np. tekstowych) pomiędzy komputerami. Dyskietka jest praktycznie niezbędna jeżeli np. sformatowaliśmy dysk twardy i nie ma na nim systemu. Wtedy system uruchamiamy z dyskietki. Obecnie w powszechnym zastosowaniu znajdują się dyskietki 3,5”. Dyskietka 5,25” wyszła już całkowicie z użytku.

Dyskietki zbudowane są z krążka, na którego powierzchnię naniesiony jest materiał ferromagnetyczny. W dyskietce 5,25” krążek ten posiada centryczny otwór i opakowany jest w kopertę z sztucznego wyściełaną po stronie wewnętrznej miękkim materiałem. W kopercie wykonane jest kilka obustronnych wycięć. Pod-stawowe – centryczne umożliwia zaciśnięcie sprzęgła napędu dyskietki na krążku z nośnikiem. Nie mniej ważne – podłużne, wykonane promieniowo, umożliwia dostęp głowic stacji do zapisu / odczytu danych. Ponadto w pewnej odległości od osi obrotu znajduje się pojedynczy otwór (taki sam jest na krążku z nośnikiem) służący do synchronizacji prędkości obrotowej krążka. Na prawej krawędzi koperty znajduje się prostokątne wycięcie (w obszarze poza krążkiem z nośnikiem) służące do zabezpieczenia dyskietki przed zapisem poprzez zaklejenie tego wycięcia.

6. Podsumowanie

Jak widać z przedstawionego opisu części służących do napędu nośników są to urządzenie niezwykle skomplikowane. Przeciętny człowiek, który nawet na co dzień zasiada przy komputerze i go używa nie ma zazwyczaj pojęcia o zasadach pracy i sposobie działania urządzeń znajdujących się w środku. To sprawia, że specjaliści naprawiający podzespoły komputerowe, są obecnie bardzo cenieni i myślę, że ta dziedzina będzie się w przyszłości nadal dynamicznie rozwijać co doprowadzi do powszechnej znajomości zasad działania części komputera.

KATARZYNA JOŃCA


LITERATURA


1. KRZYSZTOF WOJTUSZKIEWICZ „URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ WYD. MIKOM W-WA 2002
2. INTERNET
3. KOMPUTER ŚWIAT NR 22/00
4. KOMPUTER SWIAT NR NR 11/00
PC WORD KOMPUTER NR 2/00