Контроллер HDD МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут” Кафедра обчислювальної техніки та програмування УДК 681.3 Інв № БАГАТОФУНКЦІОНАЛЬНИЙ КОНТРОЛЛЕР ЗОВНІШНЬГО ЗАПАМ’ЯТОВУЮЧОГО ПРИСТРОЮ Альбом документів курсового проекту по дисципліні “Перифирійні пристрої ” АПЗ.38.098424.003 ДКП Харків  2002 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут” Кафедра обчислювальної техніки та програмування   УДК 681.3 Інв № ЗАТВЕРДЖУЮ Завідуючий кафедрою ОТП __________(Домнін Ф.А.) “_____”_________2002 р. БАГАТОФУНКЦІОНАЛЬНИЙ КОНТРОЛЛЕР ЗОВНІШНЬГО ЗАПАМ’ЯТОВУЮЧОГО ПРИСТРОЮ Відомість проекту АПЗ.38.098424.003 ВП Розробники Керівник проекту ______(Скородєлов В.В.) “_____”_________2002 р. Виконавець ______(Борщ С.) “_____”_________2002 р. Харків  2002 Формат Зона Поз. Обозначение Наименование Кол. листов Примечание Документация общая А4 ОАП.58Б.098424.003 ТЗ Техническое задание 2 А4 АПЗ.38.098424.003 ПЗ Пояснительная записка 34 А3 АПЗ.38.098424.003 Э1 Схема электрическая принципмальная 1 А4 АПЗ.38.098424.003 Э3 Схема структкурная 1 АПЗ.38.098424.003 ВП Изм Лит № докум Подпись Дата МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЛЕР ВЗУ Ведомость проекта Лит Лист Листов Разраб Борщ С. К 2 2 Провер Скороделов В НТУ “ХПИ” Кафедра ВТП Утв. Домнин Ф. А. Аннотация             В данном курсовом проекте разработана структурная схема многофункционального контроллера ВЗУ. Для выполнения задания: 1.  Изучены принципы функционирования накопителей на ГМД и накопителей типа “Винчестер”. 2.  Изучены методы контроля передачи информации при обмене ЭВМ с ВЗУ. 3.  Сформулированы требования, предъявляемые к многофункциональному контроллеру ВЗУ. 4.  Разработано дерево функций контроллера. 5.  Построен алгоритм функционирования многофункционального контроллера ВЗУ. 6.  Выделены участки алгоритма, допускающие параллельную или конвейерную обработку. 7.  Распределены операторы алгоритма между функциональными модулями. 8. Разработан адаптер для подключения жесткого диска к параллельному порту PC. The summary           In the given course project the block diagram of multipurpose controller VZU is developed. For performance of the task: 1.  Principles of functioning of stores on HDD and stores of type _Vinchester_ are investigated. 2.  Quality monitoring of transfer of the information are investigated at an exchange of the COMPUTER with VZU. 3.  The requirements showed to multipurpose controller VZU are formulated. 4.  The tree of functions of the controller is developed. 5.  The algorithm of functioning of multipurpose controller VZU is constructed. 6.  The sites of algorithm admitting parallel or conveyor processing are allocated. 7.  Operators of algorithm between functional modules are distributed(allocated). 8. The adapter for connection of a hard disk to parallel port PC is developed.  МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут” Кафедра обчислювальної техніки та програмування   УДК 681.3 Інв № ЗАТВЕРДЖУЮ Завідуючий кафедрою ОТП __________(Домнін Ф.А.) “_____”_________2002 р. БАГАТОФУНКЦІОНАЛЬНИЙ КОНТРОЛЛЕР ЗОВНІШНЬГО ЗАПАМ’ЯТОВУЮЧОГО ПРИСТРОЮ Технічне завдання АПЗ.38.098424.003 ТЗ Розробники Керівник проекту ______(Скородєлов В.В.) “_____”_________2002 р. Виконавець _______(Борщ С.) “_____”_________2002 р. Харків  2002 Техническое  задание   Разработать структурную схему многофункционального контроллера ВЗУ. Разработать функционально-логическую схему одного из модулей структурной схемы. Для выполнения задания следует: Изучить принципы функционирования накопителей на ГМД и накопителей типа “Винчестер”. Изучить методы контроля передачи информации при обмене ЭВМ с ВЗУ. Сформулировать требования, предъявляемые к многофункциональному контроллеру ВЗУ. Построить дерево функций контроллера. Разработать вариант структурной схемы. АПЗ.38.098424.003 ТЗ Изм Лит № докум Подпись Дата МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЛЕР ВЗУ Техническое задание Лит Лист Листов Разраб Борщ С.. К 2 2 Провер Скороделов В. НТУ “ХПИ” Кафедра ВТП Утв. Домнин Ф. А, МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут” Кафедра обчислювальної техніки та програмування   УДК 681.3 Інв № ЗАТВЕРДЖУЮ Завідуючий кафедрою ОТП __________(Домнін Ф.А.) “_____”_________2002 р. БАГАТОФУНКЦІОНАЛЬНИЙ КОНТРОЛЛЕР ЗОВНІШНЬГО ЗАПАМ’ЯТОВУЮЧОГО ПРИСТРОЮ Пояснювальна записка АПЗ.38.098424.003 ПЗ Розробники Керівник проекту ______(Скородєлов В.В.) “_____”_________2002 р. Виконавець _______(Борщ С.) “_____”_________2002 р. Харків  2002 . Данный документ представляет собой пояснительную записку объемом 34 листа. В пояснительной записке представлено 19 таблиц, 7 рисунков, использовано 4 источника литературы и сеть Internet. АПЗ.38.098424.003 ПЗ Изм Лит № докум Подпись Дата МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЛЕР ВЗУ Пояснительная записка Лит Лист Листов Разраб Борщ С. К 2 20 Провер Скороделов В. НТУ “ХПИ” Кафедра ВТП Утв. Домнин Ф. А. Содержание ПРинцип функционирования накопителя на ГМД и накопителя типа “Винчестер”…………………………………………………………………………….. 4 Механизм общения контроллера с диском…………………………………… 8 Контроллер жесткого диска…………………………………………………………………… 8 Методы контроля передачи информации при обмене ЭВМ и ВЗУ……. 9 Циклические коды……………………………………………………………………………….. 11 Дерево функций многофункционального контроллера………………. 15 ОПИСАНИЕ АДАПТЕРА ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ IDE ВИНЧЕСТЕРА К ПАРАЛЛЕЛЬНОМУ ПОРТУ PC……………………………………………………………… 16 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АДАПТЕРА………………………………………………………. 32 СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ……………………………………… 33 Список литературы……………………………………………………………………… 34 АПЗ.38.098424.003 ПЗ Лист 3 Изм Лит № докум Подпись Дата Принцип функционирования накопителя на ГМД и накопителя типа “Винчестер”   Основой любого дискового устройства является магнитный носитель, имеющий форму диска. поверхность д логически разделена на концентрические окружности, отсчет которых у жестких дисков  начинается от центра, а у гибких дисков   - от внешней кромки диска. Каждая такая концентрическая окружность названа дорожкой. Однако так как двусторонние дискеты и фиксированные диски имеют больше одной поверхности, то для определений местоположения байта данных пользуются трехмерными координатами. Понятие дорожка заменяют понятием цилиндр-  группа дорожек в одной и той же позиции магнитной головки на всех дисках (пластинах) в одном дисководе определяется разрешающей способностью позиционера магнитных головок и вертикальной плотностью носителя, которая измеряется числом дорожек на дюйм (track per inch - TPI). Сектор представ­ляет собой зону дорожки, в кото­рой собственно и хранятся разряды данных. количе­ство секторов на дорожке зависит от многих пере­менных, но в основном опреде­ляются суммарной длиной поля дан­ных и служебного поля, образующих сектор (горизонтальная плотность). размер сектора обычно 512К для большинства дискет и некоторых типов жестких дисков. Рис. 1. АПЗ.38.098424.003 ПЗ Лист 4 Изм Лит № докум Подпись Дата Информационная структура всех типов дисков для РС АТ одинакова и определяется базовой операционной системой DOS. С точки зрения операционной системы элементарной единицей размещения данных на диске является кластер. Он представляет собой группу секторов, с точностью до которой происходит размещение файлов на диске. В РС АТ: для гибкого диска один кластер - это два сектора (обычно 1К), для жесткого диска - четыре и более (>2K). Точное значение размера кластера указывается в самом первом секторе диска - загрузочном секторе  -  Boot sector. Дискета (или раздел жесткого диска ) структурирована следующим образом Таблица 1. Область начальной загрузки Boot sector Системная Первая копия FAT область Вторая копия FAT не используется в RAM-дисках диска Корневое оглавление Root directory Область данных,  включая подоглавления data area Область начальной загрузки помещается на дорожке 0, сектор 1, сторона 0 любой дискеты или головка 0 жесткого диска. Область начальной загрузки содержит важную информацию о типе носителя, структуре носителя (для механизма позиционера носителя) и о том, как данные размещены на диске. Помещенная ниже таблица демонстрируем наиболее распространен­ные форматы гибких и жестких дисков.   Таблица 2. Тип дискеты Емкость Мбайт Число цилиндров Число секторов на дорожке Число головок 5 1/4 ” 1,2 80 15 2 3 1/2 ” 0,72 80 9 2 1,44 80 18 2 Тип жесткого диска Емкость Мбайт Число цилиндров Число секторов на дорожке Число головок РС/ХТ 10 306 17 4 Тип 20 на РС АТ 30 733 17 5 Современные типы 128 1024 17 15 накопителей 210 1024 34 12 АПЗ.38.098424.003 ПЗ Лист 5 Изм Лит № докум Подпись Дата Загрузочный сектор диска (или раздела диска) должен иметь следующий формат: Таблица 3. Смещ. Длина Содержимое   +0 3 JMP xx xx NEAR-переход на код загрузки   +3 8 ‘I’ ‘B’ ‘M’ ‘3’ ‘.’ ‘3’ OEM-имя фирмы версия системы +0Bh 2 Sector size Байтов на сектор начало ВРВ   +0Dh 1 Cluster size Кластера размер   +0Eh 2 Reserve sect. Число резервных секторов (перед 1-й FAT)   +10h 1 FatCnt Число таблиц FAT   +11h 2 Root Size Макс. число 32-байтовых элементов корневого оглавления   +13h 2 Tot Sects Общее число секторов на носителе (раздел DOS)   +15h 1 Media Дескриптор носителя (То же, что 1-й байт FAT)   +16h 2 Fat Size Число секторов в одной FAT  конец ВРВ   +18h 2 Trk Sects Секторов на дорожку (цил.)   +1Ah 2 Head Cnt Число головок ЧТ/ЗП (поверхн-тей)   +1Bh 2 Hidn Sec Число скрытых секторов   +1Eh Размер форматированной порции корневого сектора, начало кода и данных загрузки   Таблица размещения файлов (FAT)   Это связный список, который DOS использует для отслеживания физического расположения данных на диске и для поиска свободной памяти для новых файлов. При размещении файла на диске FAT выделяет место на диске с дискретностью с один кластер, поскольку FAT рассматривает все секторы одного кластера как один сектор. Если файл не заполняет выделенные ему секторы в кластере, то они теряются и не могут быть использованы для другого файла. Файл может занимать несмежные кластеры, тогда FAT связывает кластеры в  цепочки. Размер элемента FAT от используемого диска. FAT включает 12-разрядный элемент (1,5 байта) (или 16-разрядный - для жестких дисков емкостью свыше 10 Мбайт) для каждого кластера. Производительность диска определяется четырьмя основными физическими параметрами: 1.  временем доступа (мс) 2.  размером цилиндра (секторов) 3.  скоростью передачи данных (Кбайт/с) 4.  средним временем ожидания (мс) Время доступа - то время, которое требуется для перевода головок чтения-записи на нужные дорожки (цилиндры). После установки над нужными дорожками головки должны перейти из транспортного положения в положение чтения-записи. Все это и составляет обычно время доступа. АПЗ.38.098424.003 ПЗ Лист 6 Изм Лит № докум Подпись Дата Скорость передачи данных (скорость, с которой они выдаются с диска) зависит от скорости вращения диска, плотности записи и секторного интерливинга. (Расслоение. Фактор интерливинга, равный 4 означает, что имеются три сектора, разделяющие смежные сектора. Следование секторов под головкой будет следующим- сектор 1, сектор X, сектор Y, сектор Z, сектор 2 и т.д.). При коэффициенте интерливинга, равного 6, у РС ХТ скорость передачи снижается с 5 М бит/с до 0.83 М бит/с. Среднее время ожидания - время, за которое диск совершит половину оборота и нужный сектор окажется под головкой. АПЗ.38.098424.003 ПЗ Лист 7 Изм Лит № докум Подпись Дата Механизм общения контроллера с диском Контроллер жесткого диска Использование контроллера DMA (Прямого доступа к памяти) в настоящее время не применяется для операций ввода-вывода с жестким диском. Контроллер в жесткого диска в АТ  использует 512-байтный секторный буфер, к  которому МП (i80286) обращается как к 16-разрядному устройству. Когда этот буфер полон или пуст, контроллер  прерывает МП (с помощью INT 14), после чего данные передаются при помощи строковых команд ввода-вывода в память или из памяти со скоростью 2 Мбайта в секунду (у IBM XT, использовавшего подсистему DMA, скорость передачи в два раза ниже). Такая скорость достигается за счет использования трех тактов (включая одно состояние ожидания) для переноса данных (16 бит) в процессор и еще трех тактов (включая еще одно состояние ожидания) для переноса данных в память. Таким образом, для передачи двух байтов данных используется шесть тактов шины. Таблица параметров жесткого диска Она находится по адресу вектора прерывания INT 41h для первого жесткого диска и INT 46h для второго (если он есть): Таблица 4. Смещ. Длина Содержимое +0 2 Максимальное число цилиндров +2 1 Максимальное число головок +3 2