Количество головок чтения записи

Каждая пластина жесткого диска имеет две поверхности. Чаще всего для хранения информации используются обе поверхности пластины, но в старых накопителях, использующих принцип выделенной сервоинформации, одна из поверхностей использовалась для хранения только сервоинформации и не принимала участия в хранении пользовательской информации. Большинство современных накопителей имеют от одной до трех пластин, и, как следствие, от одной до шести головок. Накопители с нечетным количеством головок, как правило, изготавливаются по маркетинговым соображениям. Во-первых, в пределах одного семейства накопителей, удается заполнить все емкостные ниши, присутствующие на рынке в данный момент. А во-вторых, в таких накопителях могут использоваться отбраковки пластин. Ведь, не всегда получается создать пластину с удовлетворяющими характеристиками у обеих поверхностей.

В течение одного промежутка времени, только одна головка может принимать участие в чтении/записи. Для выбора головки, принимающей участие в обмене в данный момент, используется специальная электрическая цепь.

Все современные винчестеры производятся с некоторыми конфигурационными параметрами, требуемыми программой BIOS материнских плат. Не следует обращать внимание на эти параметры - они сделаны для совместимости. И правда, трудно поверить, что современный накопитель имеет 16 головок. Для логической адресации пользовательской информации в современных компьютерах используется иная техника, чем в старых компьютерах, которые для адресации использовали такие координаты, как цилиндр-головка-сектор.

На приведенном рисунке можно проследить эволюцию магнитных головок.

Кодирование информации в локальных сетях

Кодирование передаваемой по сети информации имеет самое непосредственное отношение к соотношению максимально допустимой скорости передачи и пропускной способности используемой среды передачи. Например, при разных кодах предельная скорость передачи по одному и тому же кабелю может отличаться в два раза. От выбранного кода прямо зависят также сложность сетевой аппаратуры и надежность передачи информации.

Рис. 2.10. Наиболее распространенные коды передачи информации

Некоторые коды, используемые в локальных сетях, показаны на рис. 2.10. Рассмотрим их преимущества и недостатки.

Код NRZ (Non Return to Zero - без возврата к нулю) - это простейший код, представляющий собой практически обычный цифровой сигнал (правда, возможно преобразование на обратную полярность или изменение уровней, соответствующих нулю и единице). К несомненным достоинствам кода NRZ относятся его очень простая реализация (исходный сигнал не надо ни кодировать на передающем конце, ни декодировать на приемном конце), а также минимальная среди других кодов пропускная способность линии связи, требуемая при данной скорости передачи. Пример: наиболее частое изменение сигнала в сети будет при непрерывном чередовании единиц и нулей, то есть при последовательности 10101010] 0..., поэтому при скорости передачи, равной 10 Мбит/с (длительность одного бита 100 не), частота изменения сигнала и соответственно.требуемая пропускная способность линии составит 1 / 200нс = 5 МГц (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Скорость передачи и требуемая пропускная способность при коде NRZ

Самый большой недостаток кода NRZ - это возможность потери синхронизации приемником при приеме слишком длинных блоков (пакетов) информации. Приемник может привязывать момент начала приема только к первому (стартовому) биту пакета, а в течение приема пакета он вынужден пользоваться только собственным внутренним тактовым генератором. Если часы приемника расходятся с часами передатчика в ту или другую сторону, то временной сдвиг к концу приема пакета может превысить длительность одного бита или даже нескольких бит. В результате произойдет потеря переданных данных. Так, при длине пакета в 10000 бит допустимое расхождение часов составит не более 0,01% даже при идеальной передаче формы сигнала по кабелю.

Чтобы избежать потери синхронизации, можно было бы ввести вторую линию связи для синхросигнала (рис. 2.12). Но при этом требуемое количество кабеля увеличивается в два раза, количество приемников и передатчиков также увеличивается в два раза. При большой длине сети и большом количестве абонентов это оказывается невыгодным.

Рис. 2.12. Передача в коде NRZ с синхросигналом

Поэтому код NRZ используется только для передачи короткими пакетами (обычно до 1 Кбита). Для синхронизации начала приема пакета используется стартовый служебный бит, чей уровень отличается от пассивного состояния линии связи (например, пассивное состояние линии при отсутствии передачи - 0, стартовый бит - 1). Наиболее известное применение кода NRZ - стандарт RS232-C, последовательный порт персонального компьютера. Передача информации в нем ведется байтами (8 бит), сопровождаемыми стартовым и стоповым битами.

Код RZ (Return to Zero - с возвратом к нулю) - этот трехуровневый код получил такое название потому, что после значащего уровня сигнала в первой половине передаваемого бита информации следует возврат к некоему «нулевому» уровню (например, к нулевому потенциалу). Переход к нему происходит в середине каждого бита. Логическому нулю, таким образом, соответствует положительный импульс, логической единице -отрицательный (или наоборот) в первой половине битового интервала.

Особенностью кода RZ является то, что в центре бита всегда есть переход (положительный или отрицательный), следовательно, из этого кода приемник может выделить синхроимпульс (строб). В данном случае возможна временная привязка не только к началу пакета, как в случае кода NRZ, но и к каждому отдельному биту, поэтому потери синхронизации не произойдет при любой длине пакета. Такие коды, несущие в себе строб, получили название самосинхронизирующихся.

Недостаток кода RZ состоит в том, что для него требуется вдвое большая полоса пропускания канала при той же скорости передачи по сравнению с NRZ (так как здесь на один бит приходится два изменения уровня напряжения). Например, для скорости передачи информации 10 Мбит/с требуется пропускная способность линии связи 10 МГц, а не 5 МГц, как при коде NRZ.

Рис. 2.13. Использование кода RZ в оптоволоконных сетях

Код RZ применяется не только в сетях на основе электрического кабеля, но и в оптоволоконных сетях. Поскольку в них не существует положительных и отрицательных уровней сигнала, используется три уровня: отсутствие света, «средний» свет, «сильный» свет. Это очень удобно: даже когда нет передачи информации, свет все равно присутствует, что позволяет легко определить целостность оптоволоконной линии связи без дополнительных мер (рис. 2.13).

Код Манчестер-П, или манчестерский код, получил наибольшее распространение в локальных сетях. Он также относится к самосинхронизирующимся кодам, но в отличие от кода RZ имеет не три, а всего только два уровня, что способствует его лучшей помехозащищенности. Логическому нулю соответствует положительный переход в центре бита (то есть первая половина битового интервала - низкий уровень, вторая половина — высокий), а логической единице соответствует отрицательный переход в центре бита (или наоборот).

Обязательное наличие перехода в центре бита позволяет приемнику кода Манчестер-П легко выделить из пришедшего сигнала синхросигнал, что дает возможность передавать информацию сколь угодно большими пакетами без потерь из-за рассинхронизации. Допустимое расхождение часов приемника и передатчика может достигать величины 25%. Как и в случае кода RZ, пропускная способность линии требуется в два раза выше, чем при использовании простейшего кода NRZ. Например, для скорости передачи 10 Мбит/с требуется полоса пропускания 10 МГц. Код Манчес-тер-П используется как в электрических кабелях, так и в оптоволоконных кабелях (в последнем случае один уровень соответствует отсутствию света, а другой - наличию света).

Большое достоинство манчестерского кода — отсутствие постоянной составляющей в сигнале (половину времени сигнал положительный, другую половину - отрицательный). Это дает возможность применять для гальванической развязки импульсные трансформаторы. При этом не требуется дополнительного источника питания для линии связи (как в случае использования оптронной развязки), резко уменьшается влияние низкочастотных помех, которые не проходят через трансформатор, легко решается проблема согласования. Если же один из уровней сигнала в манчестерском коде нулевой (как, например, в сети Ethernet), то величина постоянной составляющей в течение передачи будет равна примерно половине амплитуды сигнала. Это позволяет легко фиксировать столкновения пакетов в сети (конфликт, коллизию) по отклонению величины постоянной составляющей за установленные пределы.

Частотный спектр сигнала при манчестерском кодировании включает в себя только две частоты: при скорости передачи 10 Мбит/с это 10 МГц (соответствует передаваемой цепочке из одних нулей или из одних единиц) и 5 МГц (соответствует последовательности из чередующихся нулей и единиц: 1010101010 ...), поэтому с помощью простейших полосовых фильтров можно легко отфильтровать все другие частоты (помехи, наводки, шумы).

Так же как и в случае кода RZ, при манчестерском кодировании очень просто определить, идет передача или нет, то есть детектировать занятость сети или, как еще говорят, обнаруживать несущую частоту. Для этого достаточно контролировать, происходит ли изменение сигнала в течение битового интервала. Обнаружение несущей частоты необходимо, например, для определения момента начала и конца принимаемого пакета, а также для предотвращения начала передачи в случае занятости сети (когда передает какой-то другой абонент).

Стандартный манчестерский код имеет несколько вариантов, один из которых показан на рис. 2.10. Данный код, в отличие от классического, не зависит от перемены мест двух проводов кабеля. Особенно это удобно в случае, когда для связи используется витая пара, провода которой легко перепутать. Именно этот код используется в одной из самых известных сетей Token-Ring фирмы IBM.

Принцип данного кода прост: в начале каждого битового интервала сигнал меняет уровень на противоположный предыдущему, а в середине единичных (и только единичных) битовых интервалов уровень изменяется еще раз. Таким образом, в начале битового интервала всегда есть переход, который используется для самосинхронизации. Как и в случае классического кода Манчестер-П, в частотном спектре при этом присутствует две частоты. При скорости 10 Мбит/с это частоты 10 МГц (при последовательности одних единиц: 11111111...) и 5 МГц (при последовательности одних нулей: 00000000...).

Здесь же стоит упомянуть о том, что часто совершенно неправомерно считается, что скорость передачи в бодах равняется скорости передачи в битах в секунду. Это верно только в случае кода NRZ. Скорость в бодах характеризует не количество передаваемых бит в секунду, а количество изменений уровня сигнала в секунду. При использовании кодов RZ или Манчестер-П требуемая скорость в бодах оказывается вдвое выше, чем при коде NRZ, поэтому логичнее измерять скорость передачи по сети не в бодах, а в битах в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с).

Все разрабатываемые в последнее время коды призваны найти компромисс между требуемой при заданной скорости передачи полосой пропускания кабеля и возможностью самосинхронизации. Разработчики стремятся сохранить самосинхронизацию, но не ценой двукратного увеличения полосы пропускания.

Чаще всего для этого в поток передаваемых битов добавляют биты синхронизации, например, один бит синхронизации на 4, 5 или 6 информационных битов или два бита синхронизации на 8 информационных битов. Правда, в действительности все обстоит несколько сложнее: кодирование не сводится к простой вставке в передаваемые данные дополнительных битов. Группы информационных битов преобразуются в передаваемые по сети группы с количеством битов на один или два больше. Приемник, естественно, осуществляет обратное преобразование, восстанавливает исходные информационные биты. Довольно просто осуществляется в этом случае и обнаружение несущей частоты (то есть детектирование передачи).

Так, в сети FDDI (скорость передачи 100 Мбит/с) применяется код 4В/5В, который 4 информационных бита преобразует в 5 передаваемых битов. При этом синхронизация приемника осуществляется один раз на 4 бита, а не в каждом бите, как в случае кода Манчестер-П. Требуемая полоса пропускания увеличивается по сравнению с кодом NRZ не в два раза, а только в 1,25 раза (то есть составляет не 100 МГц, а всего лишь 62,5 МГц). По тому же принципу строятся и другие коды, например 5В/6В, исполь зуемый в стандартной сети lOOVG-AnyLAN, или 8В/10В, используемый в сети Gigabit Ethernet.

В сегменте 100BASE-T4 сети Fast Ethernet применен несколько иной подход. Там используется код 8В/6Т, предусматривающий параллельную передачу трех трехуровневых сигналов по трем витым парам. Это позволяет достичь скорости передачи 100 Мбит/с на дешевых кабелях с витыми парами категории 3, имеющих полосу пропускания всего лишь!6 МГц (см. табл. 2.1). Правда, это требует большего расхода кабеля и увеличения количества приемников и передатчиков. К тому же принципиально важно, чтобы все провода были одной длины, чтобы задержки сигнала в них не различались на заметную величину.

Подробнее эти коды будут рассмотрены в разделах книги, посвященных конкретным типам существующих сетей.

Все упомянутые коды предусматривают непосредственную передачу в сеть цифровых двух- или трехуровневых прямоугольных импульсов. Однако иногда в сетях используется и другой путь - модуляция информационными импульсами высокочастотного аналогового сигнала. Такое аналоговое кодирование позволяет при переходе на широкополосную передачу существенно увеличить пропускную способность канала связи. К тому же, как уже отмечалось, при прохождении по каналу связи аналогового сигнала (синусоидального) не искажается форма сигнала, а только уменьшается его амплитуда, а в случае цифрового сигнала еще и искажается форма сигнала (см. рис. 2.5).

Рис. 2.14. Аналоговое кодирование цифровой информации

• К самым простым видам аналогового кодирования относятся следующие (рис. 2.14): амплитудная модуляция (AM), при которой логической единице соответствует наличие сигнала, а логическому нулю -его отсутствие (или сигнал меньшей амплитуды). Частота сигнала остается постоянной;

• частотная модуляция (ЧМ), при которой логической единице соответствует сигнал более высокой частоты, а логическому нулю - сигнал более низкой частоты (или наоборот). Амплитуда сигнала остается постоянной;

• фазовая модуляция (ФМ), при которой смене логического нуля на логическую единицу и логической единицы на логический нуль соответствует резкое изменение фазы синусоидального сигнала одной и той же частоты и амплитуды.

Чаще всего аналоговое кодирование используется при передаче информации по каналу с узкой полосой пропускания, например по телефонным линиям в глобальных сетях. В локальных сетях оно применяется редко из-за высокой сложности и стоимости как кодирующего, так и декодирующего оборудования.

Стандарт IEEE 1284

Избранные переводы текстов из Internet

http://www.fapo.com/1284int.htm

Переведено Д.С.Иоффе (dsioffe@softhome.net, ICQ 14450981) с другом Stylusом исключительно для расширения собственного понятия. Никакие претензии не принимаются. Советы принимаются с удовольствием.

Введение в Стандарт IEEE 1284 - 1994

(Из файла 1284INT. HTM)

Недавно выпущенный стандарт, "IEEE Std. 1284 - 1994 Стандартный Метод Передачи сигналов для Двунаправленного Параллельного Периферийного Интерфейса для Персональных компьютеров ", является для параллельного порта тем же, что Pentium процессор для 286. Стандарт обеспечивает высокую скорость двунаправленной связи между PC и внешней периферией, которая может быть в 50 - 100 раз больше, чем у оригинального параллельного порта. При этом сохраняется полная обратная совместимость со всеми существующими периферийными устройствами параллельного порта и принтерами.

1284 стандарт определяет 5 режимов передачи данных. Каждый режим обеспечивает метод передачи данных в прямом направлении (от PC к периферии), обратном направлении (от периферии к PC) или двунаправленную передачу данных (полудуплекс). Определены следующие режимы:

• Направление только вперёд

Режим Совместимости

"Centronics" или стандартный режим

• Только обратное направление

Режим Тетрады

4 бита, одновременно использующие линии состояния для чтения данных.

Hewlett Packard Bi-tronics

Режим Байта

8 битов, одновременно использующие линии данных, иногда рассматриваемый как "двунаправленный" порт.

• Двунаправленные

EPP

Расширенный Параллельный Порт - используется прежде всего не принтерами: CD-ROM, ленточными накопителями, жёсткими дисками, сетевыми адаптерами, и т.д.

ECP

Порт с Расширенными Способностями - используется прежде всего новым поколением принтеров и сканеров.

Все параллельные порты могут осуществлять двунаправленную связь, используя режимы Совместимый и Тетрады для передачи данных. Режим Байта может использоваться примерно для 25 % установленных параллельных портов. Весь три этих режима используют только программное управление передачей данных. Драйвер должен устанавливать данные, проверять линии рукопожатия (BUSY), устанавливать соответствующие сигналы управления (STROBE) и затем переходить к следующему байту. Это выполняется только программно и ограничивает эффективную скорость передачи данных на уровне от 50 до 100 килобайтов в секунду.

В дополнение к предыдущим трём режимам, EPP и ECP реализуются в самых последних контроллерах ввода - вывода большинством изготовителей чипов ввода - вывода высшего качества. В этих режимах для передачи данных используются аппаратные средства. Например, в режиме EPP байт данных может быть передан периферии простой инструкцией OUT. Контроллер ввода - вывода самостоятельно выполняет операции подтверждения связи и передачи данных на периферию

В целом, 1284 стандарт обеспечивает следующее:

1.Пять режимов передачи данных

2.Метод определения поддерживаемых режимов для ведущего и периферийного устройств и проведение подготовки к передаче в требуемом режиме.

3.Определяет физический интерфейс

• Кабели

• Соединители

4.Определяет электрический интерфейс

• Драйверы / приемники

• Окончание линии

• Импеданс

Таким образом, 1284 параллельный порт обеспечивает удобный, высокопроизводительный интерфейс для портативных изделий и принтеров.

Режим совместимости

(Из файла CENMODE.HTM)

Этот режим определяет протокол, используемый большинством PC, для передачи данных на принтер. Он обычно называется "Centronics" режимом и является методом, используемым со стандартным параллельным портом. В этом режиме данные помещаются на линии данных порта, состояние принтера не проверяется ни на какие ошибки и на занятость (сигнал Busy), и затем программно формируется строб данных (Strobe) для тактирования принтера. Рисунок 1 описывает эту передачу.

Рисунок 1. Цикл передачи данных в режиме совместимости

Фазовые Переходы Режима Совместимости:

1.Запись данных в регистр данных

2.Программа читает регистр состояния, чтобы проверить принтер на занятость (BUSY)

3.Если принтер не занят, то производится запись в Регистр Управления, чтобы установить линию STROBE

4.Производится запись в Регистр Управления, чтобы сбросить линию STROBE

Как может быть замечено, для вывода одного байта данных требуется четыре I /O инструкции и много дополнительных инструкций. В результате полоса пропускания порта ограничена величиной примерно 150КБ в секунду.

Эта полоса пропускания достаточна для связи с матричными и наиболее старыми лазерными принтерами, но ее недостаточно для связи с LAN адаптерами, сменными приводами дисков и лазерными принтерами нового поколения. Конечно, этот режим допускает передачу только в прямом направлении и должен быть объединен с обратным режимом, чтобы иметь полный двунаправленный канал

Этот режим был включен в стандарт как способ обеспечить обратную совместимость с огромной массой установленных принтеров и периферийных устройств. Другие режимы используются для обеспечения обратной передачи и высокопроизводительной связи.

Многие объединенные 1284 I/O контроллеры осуществляют режим, который использует FIFO буфер, чтобы передать данные по протоколу режима Совместимости. Этот режим называют "Быстрый Centronics" или "Режим FIFO Параллельного Порта". Когда установлен этот режим, данные, записываемые в FIFO порт, будут переданы принтеру с использованием аппаратных средств формирования стробов для подтверждения связи. Так как имеются очень небольшие времена ожидания между передачами и программное обеспечение не должно делать никакого стробирования или проверки рукопожатия, скорости передачи в некоторых системах достигают 500КБ в секунду. Этот режим, однако, не входит в стандарт IEEE 1284.

Режим Тетрады

(Из файла nibble.htm)

Режим Тетрады - наиболее общий способ получить данные из принтера или периферийного устройства. Этот режим обычно объединяется с режимом Совместимости или собственно прямым режимом канала, чтобы получить полный двунаправленный канал.

Все стандартные параллельные порты поддерживают 5 линий от периферийного устройства к PC, предназначенных для индикации состояния. При использовании этих линий периферийное устройство может посылать байт данных (8-bits), отправляя 2 тетрады (4-bits) информации на PC в двух циклах передачи данных. К сожалению, так как линия nACK обычно используется для периферийного прерывания, биты, используемые для передачи тетрады, удобно не упакованы в байт, определенный регистром Состояния. Поэтому программное обеспечение должно читать байт состояния и затем манипулировать битами, чтобы получить правильный байт.

В Таблице 1 приведены имена сигналов для режима Тетрады. Рисунок 1 показывает базисное квитирование данных для передачи в режиме тетрады от периферийного устройства к главному компьютеру.

Таблица 1. Сигналы в режиме тетрады

Рисунок 1. Цикл передачи в режиме тетрады.

Фазы передачи в режиме тетрады по стандарту 1284:

1. Компьютер сообщает о готовности к приёму данных, устанавливая на HostBusy низкий уровень

2. Периферийное устройство отвечает, помещая первую тетраду на линиях состояния

3. Периферия сигнализирует о готовности тетрады, устанавливая на PtrClk низкий уровень

4. Компьютер устанавливает на HostBusy высокий уровень, указывая, что он получил тетраду и еще не готов для приема другой тетрады.

5. Периферия устанавливает на PtrClk высокий уровень для подтверждения компьютеру

Состояния от 1 до 5 повторяются для второй тетрады

Режим Тетрады, подобно Совместимому режиму, требует, чтобы программное обеспечение управляло протоколом, устанавливая и читая сигналы на линиях параллельного порта. Режим Тетрады требует наиболее интенсивной работы программного обеспечения для обратной передачи. По этой причине, имеется серьезное ограничение приблизительно 50КБ в секунду для этого типа передачи данных. Главное преимущество этого режима - способность функционировать на всех PC, которые имеют параллельный порт. Ограничения производительности, имеющие место в режиме Тетрады, не имеют большого значение для периферийных устройств с небольшими требованиями к пропускной способности канала в обратном направлении, типа принтеров, но могут быть почти невыносимы для адаптеров локальной вычислительной сети, дисководов или CD-ROM.

Режим EPP

(Из файла eppmode.htm)

Протокол Расширенного параллельного порта был первоначально разработан Intel, Xircom и Zenith Data Systems как средство для обеспечения высокопроизводительной связи через параллельный порт, которая будет все еще совместима со стандартным параллельным портом. Реализация этого протокола была осуществлена Intel в наборе 386SL (82360 I/O чип). Это было до учреждения комитета IEEE 1284 и совместных работ по стандарту.

В протоколе EPP было предложено много преимуществ для производителей периферийных устройств параллельного порта, и он был быстро принят многими как необязательный метод передачи данных. Была сформирована свободная ассоциация вокруг 80 заинтересованных изготовителей, чтобы развивать и продвигать протокол EPP. Эта ассоциация стала EPP Комитетом и разработала этот протокол, принятый как один из продвинутых режимов IEEE 1284.

С тех пор EPP совместимые параллельные порты были доступны. Это было до выпуска 1284 стандарта, и имеется маленькое отклонение между до-1284 EPP портами и 1284 EPP протоколом. Это будет подробнее описано позже.

EPP протокол обеспечивает четыре типа циклов передачи данных:

1.Цикл записи данных

2.Цикл чтения данных

3.Цикл записи адреса

4.Цикл чтения адреса

Циклы Данных предназначены для передачи данных между ведущим и периферией. Циклы Адреса могут использоваться для передачи адреса, канала, или команды и управляющей информации. Эти циклы могут рассматриваться просто как два различных цикла данных. Разработчик может использовать и интерпретировать информацию адреса / данных любым способом, который имеет смысл для конкретного проекта. Таблица 1 описывает EPP сигналы и связанные с ними SPP сигналы.

Таблица 1 - Определения Сигналов EPP

Рисунок 1 - пример Data_Write цикла. CPU сигнал nIOW показан только для того, чтобы подчеркнуть, что это полное рукопожатие происходит в пределах единственного I/O цикла.

Рисунок 1 - EPP Data_Write Цикл