Budowa dysku twardego
Dysk twardy składa się z następujących części:
- obudowy, której zadaniem jest ochrona znajdujących się w niej elementów przed uszkodzeniami mechanicznymi a także przed wszelkimi cząsteczkami zanieczyszczeń znajdujących się w powietrzu. Jest to konieczne, gdyż nawet najmniejsza cząstka "kurzu" ma wymiary większe niż odległość pomiędzy głowicą a powierzchnią nośnika, tak więc mogłaby ona zakłócić odczyt danych, a nawet uszkodzić powierzchnię dysku.
- elementów elektronicznych, których celem jest kontrola ustalenia głowicy nad wybranym miejscem dysku, odczyt i zapis danych oraz ich ewentualna korekcja. Jest to w zasadzie osobny komputer, którego zadaniem jest "jedynie" obsługa dysku.
- nośnika magnetycznego, umieszczonego na wielu wirujących "talerzach" wykonanych najczęściej ze stopów aluminium. Zapewnia to ich niewielką masę, a więc niewielką bezwładność co umożliwia zastosowanie silników napędowych mniejszej mocy, a także szybsze rozpędzanie się "talerzy" do prędkości roboczej.
- elementów mechanicznych, których to zadaniem jest szybkie przesuwanie głowicy nad wybrane miejsce dysku realizowane za pomocą silnika krokowego. Wskazane jest stosowanie materiałów lekkich o dużej wytrzymałości co dzięki małej ich bezwładności zapewnia szybkie i sprawne wykonywanie postawionych zadań.
Opisane elementy można zobaczyć na rysunku poniżej:
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 - 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 pochodzącego z głowicy odczytującej. Sygnał jest poddawany cyfrowej filtracji za pomocą wyspecjalizowanego procesora sygnałów. Umożliwia to zwiększenie kanału odczytu i zwiększenie upakowania informacji na powierzchni dysku.
Dysk stały naszego PC to wirujący talerz lub zespół talerzy o powierzchni pokrytej nośnikiem magnetycznym, a odpowiednio ustawiane na tych powierzchniach głowice zapisują i odczytują dane. Głowice umieszczone są na przypominającym ramię gramofonu ramieniu pozycjonującym i dociskane do powierzchni dysku sprężynami, ale podczas obrotów dysku nie stykają się z nią - powstająca w wyniku szybkich obrotów talerzy "poduszka powietrzna" utrzymuje głowice nad powierzchnią. Rozwiązanie takie nazywane jest "pływającymi głowicami" i jak na razie jest bezkonkurencyjne i stosowane powszechnie, chociaż są już w toku prace nad innymi sposobami prowadzenia głowic.
Jak już wspomniałem, głowice dysku są zamontowane na konstrukcji obrotowej, budzącej skojarzenie z ramieniem gramofonu. Słuszne optycznie skojarzenie nie jest jednak prawdziwe. Podczas gdy ramię gramofonu było prowadzone przez ścieżkę zapisu na płycie, to z ramieniem głowic dysku jest zupełnie inaczej - musi ono być ustawione tak, by głowice znalazły się nad odczytywaną właśnie ścieżką (czy raczej - na odczytywanym "cylindrze"):
W pierwszych konstrukcjach dysków sztywnych pozycjonowanie głowic było realizowane przez mechanizm napędzany silnikiem krokowym (rozwiązanie takie jest do dziś stosowane w napędach dyskietek). W miarę wzrostu wymagań szybkościowych stosowano inne rozwiązania, spośród których optymalnym jak na razie okazało się voice coil, czyli układ magnetodynamiczny, wzorowany na stosowanym w głośnikach (stąd nazwa) - umieszczona w polu silnego magnesu stałego cewka porusza się zgodnie z przepływającym przez nią prądem, ustawiając w odpowiedniej pozycji związane z nią mechanicznie ramię głowic dysku. Technika ta pozwoliła na zmniejszenie czasu pozycjonowania głowic na zadanej ścieżce z kilkudziesięciu do kilku milisekund, a przy przejściach pomiędzy kolejnymi ścieżkami nawet poniżej jednej milisekundy.
Tradycyjnie w komputerze PC AT adresowanie dysku przez przerwanie 13 BIOS-u (INT 13) odbywało się za pomocą trzech parametrów: cylindra, głowicy i sektora (tzw. adresowanie CHS od słów Cylinder, Head, Sector). Konwencjonalne funkcje INT 13 używały 24 bitów do reprezentacji adresów, zatem możliwe było jedynie zaadresowanie obszaru o pojemności 8,4 GB (224×512 bajtów/sektor = 8,4 GB). W celu przekroczenia tej granicznej wartości producenci wprowadzili dwa nowsze sposoby (stosowane właśnie w dzisiejszych dyskach) adresowania.
Pierwszy polegał na rozszerzeniu reprezentacji adresu w konwencji CHS do 32 bitów, drugi - częściej stosowany - używał zupełnie odmiennej metody noszącej nazwę LBA. W metodzie LBA (Logical Block Addressing) stosowane jest adresowanie 28-bitowe, co pozwala na zaadresowanie obszaru do granicznej (znowu!) pojemności wynoszącej: 228×512 bajtów/sektor = 137,4 GB. Jest to wartość jak na razie nieosiągalna dla przeciętnego posiadacza komputera (dla producentów - owszem; nie tak dawno Quantum poinformowało o wyprodukowaniu dysku o pojemności ponad 200 GB!). Ten właśnie tryb adresowania jest zalecany i zaimplementowany w BIOS-ach większości dzisiejszych PC-tów.
A oto na zdjęciach jak na codzień gołym okiem wyglądają dyski:
początek
Wracamy do głównej :)