Dysk Twardy: funkcja i zasada działania

Dysk Twardy:funkcja i zasada działania

Element komputera służący do trwałego przechowywania danych - zostają one na nim zachowane także po wyłączeniu komputera. We wnętrzu dysku twardego znajdują się talerze (w większości dysków od dwóch do ośmiu), pokryte materiałem magnetycznym, nad którymi umieszczone są głowice odczytujące i zapisujące dane. Talerze wirują z prędkością tysięcy obrotów na minutę, dzięki czemu czas dostępu do informacji jest krótki, a szybkość transferu danych wysoka. Dyski twarde cechuje duża pojemność (rzędu gigabajtów) za relatywnie niskš cenę. Charakteryzują się one także dużą niezawodnością (znacznieą większą niż popularne dyskietki magnetyczne). Ze względu na liczne elementy mechaniczne znajdujące się we wnętrzu twardego dysku możliwe jest tworzenie się bad sectorów na jego talerzach.

Budowa dysku twardego

Zasadniczą częścią twardego dysku jest sztywny krążek (talerz) wykonany najczęściej ze stopu aluminium, obustronnie pokryty warstwą magnetycznego nośnika o bardzo wysokiej jakości. Nośnik jest często dodatkowo pokryty cieniutką warstewką ochronną. Krążki te wirują ze stałą prędkością rzędu 5400 do 7200 obrotów na minutę. Informacja zapisana jest na koncentrycznych ścieżkach w postaci ciągów zakodowanych bitów - dane użytkowe wzbogacone są o informacje o charakterze porządkowym i kontrolnym, umożliwiające działanie mechanizmów wyszukiwania oraz detekcję i korekcję błędów. Nad każdą z powierzchni talerzy unosi się umieszczona na końcu delikatnego ramienia głowica zapisująco-odczytująca. Uderzeniu głowicy o powierzchnię nośnika zapobiega poduszka powietrzna, wytworzona dzięki wirowaniu talerza. Odległość głowicy od nośnika wynosi ok. 2 milionowych części cala! Aby umożliwić dostęp do poszczególnych ścieżek, zawieszone obrotowo ramię wychyla się jak wskazówka miernika, poruszane polem cewki magnetycznej. Każda ze ścieżek podzielona jest na sektory. Ponieważ wraz ze wzrostem odległości od osi obrotu długość ścieżek jest coraz większa, można na nich upakować coraz więcej informacji w coraz większej liczbie sektorów. Zastosowanie głowic magnetorezystywnych i nowych nośników to dopiero część sukcesu w walce o większe pojemności. Drugą część zawdzięczamy elektronice, a konkretnie obróbce analogowego sygnału pochodzšcego z głowicy odczytują cej. Sygnał jest poddawany cyfrowej filtracji za pomocą wyspecjalizowanego procesora sygnałów. Umożliwia to zwiększenie kanału odczytu i zwiększenie upakowania informacji na powierzchni dysku.

Wydajność

Na wydajność dysku twardego składają się dwa główne parametry: szybkość transmisji danych oraz czas dostępu do danych. Z kolei szybkość odczytu i zapisu uzależniona jest od szybkości obrotowej dysków, gęstości upakowania informacji, liczby talerzy, przepustowości wewnętrznych interfejsów napędu oraz przepustowości interfejsu łączącego dysk z komputerem. Wewnętrzna szybkość transmisji ogranicza szybkość odczytu i zapisu dużych plików. Przy mniejszych ilościach danych swoją rolę zaczyna odgrywać wewnętrzna pamięć napędu (cache). Niweluje ona opźónienia spowodowane przyczynami mechanicznymi. Opóźnienia te wynikają z dość długiego czasu przesunięcia głowicy ze ścieżki na ścieżkę oraz oczekiwania, aż żądany sektor odnalezionej ścieżki 'dojdzie' do głowicy.

Interfejsłączącydyskz komputerem

Granicę wydajności stanowi interfejs komunikacyjny czyli łącze przesyłające dane pomiędzy twardym dyskiem a pamięcią operacyjną komputera.

IDE/ATA

Opracowany na poczĄtku lat osiemdziesiątych interfejs IDE/ATA miał na celu zapewnienie standardowego sposobu komunikacji komputera z dyskami twardymi. Umożliwiał podłączenie maksymalnie dwóch urządzeń i był związany bezpośrednio z magistralą ISA co ograniczało jego przepustowość do 8,3Mb/s.

ATA-2/ATA-3

Specyfikacja ATA 2 wprowadziła metodę synchronicznego przesyłania danych. ATA-2 zapewniał maksymalną przepustowość 16MB/s. Wprowadzono rozkazy transmisji blokowych, upowszechnił się także mechanizm DMA, odciążający CPU komputera z zadań związanych z transmisją danych i w konsekwencji decydujący o wydajniejszej pracy. Nowością był również wprowadzony tryb adresowania danych przechowywanych na dysku LBA umożliwiający przekroczenie dotychczasowej bariery pojemności 504MB. ATA 3 był uzupełniony technikami zwiększania bezpieczeństwa przesyłanych po kablu i przechowywanych na dysku danych (S.M.A.R.T)

ATA/ATAPI-4 (Ultra ATA/33)

W 1997 roku wprowadzono kolejną odmianę interfejsu znaną pod nazwą Ultra ATA/33. Maksymalny transfer zwiększył się do 33MB/s. Ultra ATA/33 balansuje na granicy możliwości przesyłowych standardowego 40-żyłowego kabla. Opracowane komunikację z czytnikami CD i DVD (ATAPI). Oficjalnie określono nazwę EIDE, która oznacza że mogš ze sobą pracować cztery urzĄdzenia (po dwa na każdym kanale IDE). W celu zwiększenia bezpieczeństwa przesyłanych danych wprowadzono metodę wykrywania i korekcji błędów transmisji znaną jako suma kontrolna CRC. Suma ta obliczana jest dla każdego pakietu przesyłanych danych, zarówno przez napęd, jak i kontroler na płycie głównej. Po zakończeniu transmisji następuje porównanie obu obliczonych wartości. W razie wystąpienia błędu proces przesyłania danych realizowany jest ponownie.

ATA/ATAPI-5 (Ultra ATA/66/100)

Już dwa lata po wprowadzeniu standardu Ultra ATA/33 okazało się, że prędkość transmisji można jeszcze bardziej zwiększyć. Teoretyczną maksymalną przepustowość 100MB/s osią gnięto, zwiększajšc dwukrotnie prędkość przesyłania danych oraz redukują c czas realizacji komend sterują cych. Aby skorzystać z większej szybkości, należało zastosować specjalny kabel, którego konstrukcja zapobiega powstaniu zakłóceń elektromagnetycznych pojawiają cych się podczas pracy z tak dużą prędkości. W porównaniu z dotychczas stosowanš taśmš połšczeniową dwukrotnie zwiększyła się liczba żył z 40 do 80, nie zmienił się typ wtyczki. Nowe żyły pełniš rolę uziemienia i wplecione są pomiędzy standardowe żyły sygnałowe.

ATA/ATAPI-6 (Ultra ATA 133)

Maksymalny transfer wzrósł do 133MB/s.