Čtení a zápis informací z pevných disků. Pevný disk (magnetické úložiště, pevný disk, HDD)

Počítač je nepostradatelnou součástí lidské společnosti. Zpracovává obrázky, zvuky, čísla, slova. Naštěstí lze všechny informace uložit, aby se při vypnutí počítače neztratily.

Úkol pevný disk uvnitř počítače - velmi rychle ukládat a vydávat informace. Pevný disk je úžasný vynález počítačového průmyslu. Dokáže uložit astronomické množství informací. Toto miniaturní zařízení zaznamenává téměř neomezené množství informací pomocí fyzikálních zákonů.

Pokud omylem zformátujete pevný disk, bude z něj možné obnovit data, ale bude to dlouhé a drahé.

Jak funguje pevný disk?

Abyste pochopili - musíte se zlomit. Pevný disk se skládá z pěti hlavních částí:

Pokud chceme toto zařízení používat roky, je nutné disk chránit. Jaká by mohla být škoda? Poškození disku není metafora. V takto tenkých vrstvách se váha hlavy rovná váze 747 letadel a váha 747 letadel je srovnatelná s hmotností sta tisíc cestujících letící rychlostí 100 kilometrů za hodinu. Odchylka ve zlomcích milimetru a je to...

Jak důležitou roli hraje síla tření, když vahadlo začíná číst informace, pohybuje se až 60krát za sekundu. Kolébkový motor je neviditelný, protože toto elektromagnetický systém pracuje na interakci dvou přírodních sil – elektřiny a magnetismu. Tato interakce urychlí vahadlo na rychlost světla.

Než jsme si řekli o komponentách, pojďme si nyní povědět něco o datovém úložišti. Data jsou uložena v úzkých stopách na povrchu disku. Během výroby je na disku vytvořeno více než 200 000 těchto skladeb. Každá stopa je rozdělena do sektorů. Mapa stop a sektorů umožňuje hlavě určit, kam psát nebo kde číst informace. Povrch disku je hladký a lesklý, ale při bližším prozkoumání je struktura složitější. Ferimagnetický film na povrchu si pamatuje všechny zaznamenané informace. Hlava magnetizuje mikroskopickou oblast na filmu nastavením magnetického momentu takové buňky do jednoho ze stavů "0" nebo "1", každá taková nula a jedna se nazývá bity. Hodnota bitu odpovídá plus mínus orientaci magnetického pole a není třeba se obávat o bezpečnost dat, protože kvalitní fotografie zabírá asi 29 milionů těchto buněk a je rozptýlena ve 12 různých sektorech. Zní to působivě, ale ve skutečnosti takové neuvěřitelné množství bitů zabírá velmi malou plochu na povrchu disku. Každý čtvereční centimetr povrchu obsahuje 31 miliard bitů. To je to, co myslím pod pojmem paměť.

Pevný disk zaznamenává a vydává informace rychlostí, kterou si lze jen těžko představit. Pomocí zákonů magnetismu si tenký film snadno zapamatuje mnoho různých encyklopedií nebo statisíce fotografií. Pevný disk je ve skutečnosti úžasně malé zařízení, které zaznamenává jakékoli informace v malých kouscích. Toto mistrovské dílo inženýrství posouvá hranice inteligentní fyziky kousek po kousku.

Zdravím všechny čtenáře blogu. Mnoho lidí se zajímá o otázku - jak funguje pevný disk počítače. Proto jsem se rozhodl dnešní článek věnovat právě tomuto.

Pevný disk počítače (HDD nebo pevný disk) je nutný k ukládání informací po vypnutí počítače, na rozdíl od paměti RAM () - která uchovává informace až do vypnutí napájení (do vypnutí počítače).

Pevný disk lze právem nazvat skutečným uměleckým dílem, pouze inženýrstvím. Ano Ano přesně. Je to tak komplikované, že uvnitř je všechno uspořádáno. Pevný disk je v současné době nejoblíbenějším zařízením pro ukládání informací po celém světě, je na stejné úrovni jako zařízení jako: flash paměti (flash disky), SSD. Mnoho lidí slyšelo o složitosti pevného disku a zajímalo by je, kolik informací je na něm umístěno, a proto by rádi věděli, jak je pevný disk počítače uspořádán nebo z čeho se skládá. Dnes taková příležitost bude).

Pevný disk se skládá z pěti hlavních částí. A první z nich - integrovaný obvod , který synchronizuje práci disku s počítačem a řídí všechny procesy.

Druhou částí je elektromotor(vřeteno), způsobí otáčení disku rychlostí přibližně 7200 ot./min a integrovaný obvod udržuje otáčky konstantní.

A teď ten třetí nejdůležitější částí je rocker, který umí zapisovat i číst informace. Konec vahadla bývá rozdělený, abyste mohli pracovat s více kotouči najednou. Vahadlo se však nikdy nedostane do kontaktu s kotouči. Mezi povrchem disku a hlavou je mezera, velikost této mezery je asi pěttisíckrát menší než tloušťka lidského vlasu!

Ještě se ale podívejme, co se stane, když mezera zmizí a vahadlo se dostane do kontaktu s povrchem rotujícího disku. Ještě ze školy si pamatujeme, že F = m * a (podle mě druhý Newtonův zákon), z čehož vyplývá, že předmět s malou hmotností a obrovským zrychlením neuvěřitelně ztěžkne. Vzhledem k obrovské rychlosti otáčení samotného disku je hmotnost hlavy vahadla velmi, velmi patrná. Poškození disku je v tomto případě samozřejmě nevyhnutelné. Mimochodem, toto se stalo disku, ve kterém tato mezera z nějakého důvodu zmizela:

Důležitá je i role třecí síly, tzn. jeho téměř úplná absence, kdy kolébka začne číst informace, přičemž řadí až 60x za vteřinu. Ale počkat, kde je tady motor, který pohání vahadlo a ještě v takové rychlosti? Ve skutečnosti to není vidět, protože jde o elektromagnetický systém, který funguje na interakci 2 přírodních sil: elektřiny a magnetismu. Taková interakce umožňuje zrychlení vahadla na rychlost světla v doslovném smyslu.

Čtvrtá část- samotný pevný disk, to je místo, kde se informace zapisují a čtou, mimochodem, může jich být několik.

No a pátou, poslední částí návrhu pevného disku je samozřejmě pouzdro, ve kterém jsou nainstalovány všechny ostatní komponenty. Použité materiály jsou následující: téměř celé tělo je vyrobeno z plastu, vrchní kryt je však vždy kovový. Smontované pouzdro je často označováno jako "uzavřená zóna". Existuje názor, že uvnitř kontejnmentu není vzduch, nebo spíše, že je tam vakuum. Tento názor je založen na skutečnosti, že při tak vysokých rychlostech otáčení disku může i smítko prachu, které se dostane dovnitř, napáchat spoustu nepěkných věcí. A to je skoro pravda, až na to, že tam není vakuum – ale je tam vyčištěný, vysušený vzduch nebo neutrální plyn – například dusík. I když je to možné v dřívějších verzích pevné disky, místo čištění vzduchu - byl jednoduše odčerpán.

Mluvili jsme o komponentech, tzn. z čeho je pevný disk vyroben. Nyní pojďme mluvit o ukládání dat.

Jak a v jaké formě jsou data ukládána na pevný disk počítače

Data jsou uložena v úzkých stopách na povrchu disku. Během výroby je na disk aplikováno více než 200 000 takových stop. Každá ze stop je rozdělena do sektorů.

Mapy tratí a sektorů vám umožňují určit, kam psát nebo kde číst informace. Všechny informace o sektorech a stopách jsou opět umístěny v paměti integrovaného obvodu, který se na rozdíl od ostatních součástek pevného disku nenachází uvnitř pouzdra, ale vně a obvykle zespodu.

Samotný povrch disku je hladký a lesklý, ale to je jen na první pohled. Při bližším zkoumání se struktura povrchu ukazuje jako složitější. Disk je totiž vyroben z kovové slitiny potažené feromagnetickou vrstvou. Tato vrstva dělá veškerou práci. Feromagnetická vrstva si pamatuje všechny informace, jak? Velmi jednoduché. Kolébková hlava zmagnetizuje mikroskopickou oblast na filmu (feromagnetická vrstva), čímž nastaví magnetický moment takové buňky do jednoho ze stavů: o nebo 1. Každá taková nula a jedna se nazývají bity. Jakákoli informace zaznamenaná na pevném disku je tedy ve skutečnosti určitá sekvence a určitý počet nul a jedniček. Například fotografie dobré kvality zabírá asi 29 milionů těchto buněk a je rozptýlena ve 12 různých sektorech. Ano, zní to působivě, ale ve skutečnosti – tak obrovské množství bitů zabírá velmi malou plochu na povrchu disku. Každý čtvereční centimetr povrchu pevného disku obsahuje několik desítek miliard bitů.

Jak funguje pevný disk

Právě jsme zkontrolovali zařízení tvrdé disk, každá jeho součást samostatně. Nyní navrhuji vše propojit do určitého systému, díky kterému bude jasný samotný princip fungování pevného disku.

Tak, jak funguje pevný disk další: když je pevný disk uveden do provozu, znamená to, že se na něj buď zapisuje, nebo se z něj čtou informace, nebo z něj, elektromotor (vřeteno) začne nabírat na síle a protože pevné disky jsou pevné na vřetenu samotném se spolu s ním také začnou otáčet. A dokud rychlost disku (disků) nedosáhne úrovně, kdy se mezi hlavou vahadla a diskem vytvoří vzduchový polštář, je vahadlo ve speciální "parkovací zóně", aby nedošlo k poškození. Tady je to, jak to vypadá.

Jakmile otáčky dosáhnou požadované úrovně, servopohon (elektromagnetický motor) uvede do pohybu kolébku, která je již umístěna v místě, kam chcete zapisovat nebo číst informace. To právě usnadňuje integrovaný obvod, který ovládá všechny pohyby vahadla.

Je rozšířený názor, jakýsi mýtus, že ve chvílích, kdy je disk „nečinný“, tzn. dočasně se s ním neprovádějí žádné operace čtení/zápisu, pevné disky uvnitř se přestanou otáčet. To je skutečně mýtus, protože ve skutečnosti se pevné disky uvnitř pouzdra neustále otáčejí, i když je pevný disk uvnitř úsporný režim a nic se k tomu nepíše.

Zde jsme s vámi prozkoumali zařízení pevného disku počítače do všech podrobností. Samozřejmě v rámci jednoho článku nelze vyprávět o všem, co souvisí s pevnými disky. Například v tomto článku o tom nebylo řečeno - to je velké téma, rozhodl jsem se o tom napsat samostatný článek.

Našel jsem zajímavé video o tom, jak funguje pevný disk v různých režimech

Děkuji vám všem za pozornost, pokud jste se ještě nepřihlásili k odběru aktualizací tohoto webu - vřele doporučuji tak učinit, abyste nepřišli o zajímavé a užitečné materiály. Uvidíme se na stránkách blogu!

Princip fungování pevného disku je poměrně jednoduchý. Typický pevný disk se skládá z několika hlavních součástí, jako jsou:

tělo ze slitiny odolné proti nárazům,
desky s magnetickým povlakem,
blok hlav se zařízením pro polohování,
elektronická jednotka a
elektrický pohon.

Mnoho uživatelů se domnívá, že pevné disky jsou utěsněné. Není tomu však tak – uvnitř je požadováno udržovat stálý tlak s kolísáním teploty. V tomto ohledu je pevný disk vybaven filtrem, který zachycuje částice o průměru až několika mikrometrů.

Elektronická jednotka obsahuje vlastní paměť a několik podjednotek, které jsou za ni zodpovědné digitální zpracování signálu, ovládání a práce s rozhraním. Samotný chod pevného disku silně připomíná strukturu magnetofonu. Pracovní plocha disku se vůči čtecí hlavě pohybuje určitou rychlostí. Během zápisu nebo čtení se hlavy vznášejí nad povrchem disku na vzduchovém polštáři. Pokud se smítko prachu dostane do mezery mezi kotoučem a hlavou, hlavy mohou narazit na povrch, zničit kotouč a dokonce shořet.

Magnetický disk lze vyrobit nejen z kovu, ale také ze skla, jako tomu bylo u modelů od IBM. Na povrchu disku je magnetická vrstva, která slouží jako základ pro záznam informací. Bity informací jsou zaznamenávány pomocí hlavy, která průchodem po povrchu rotujícího disku zmagnetizuje miliardy horizontálních diskrétních oblastí – domén. Každá z těchto oblastí je logická nula nebo jedna, v závislosti na magnetizaci.

Zpočátku je povrch palačinky absolutně prázdný, to znamená, že magnetické domény nejsou nijak orientovány. Pro orientaci bloku magnetických hlav jsou na magnetický disk aplikovány speciální značky - servoznačky. To se provádí „nativním“ blokem magnetických hlav, který je střídavě ovládán externí zařízení. Po rozdělení je pevný disk sám schopen číst informace a zapisovat na povrch. U velkých objemů pevného disku je v něm instalováno několik magnetických disků, které jsou upevněny na vřetenovém motoru a tvoří stoh palačinek.

Charakteristika

Rozhraní- v obecném případě určuje místo nebo způsob připojení / kontaktu / připojení. Tento termín se používá v různých oblastech vědy a techniky. Moderní disky mohou využívat rozhraní SATA, IDE, USB, IEEE 1394 atd.

Fyzická velikost(form factor) - velikost instalovaného pevného disku. Disky pro osobní počítače a servery jsou 3,5 palce. 2,5palcové pevné disky se častěji používají v přenosných počítačích. Další běžné velikosti jsou 1,8", 1,3" a 0,85".

Rychlost vřetena je počet otáček vřetena za minutu. Doba přístupu a rychlost přenosu dat do značné míry závisí na tomto parametru. V současné době se pevné disky vyrábějí s následujícími standardními rychlostmi otáčení: 4200, 5400 a 7200 (notebooky), 7200 a 10 000 (osobní počítače), 10 000 a 15 000 ot./min (servery a vysoce výkonné pracovní stanice).

Čas náhodného přístupu- Parametr jakéhosi hodnocení rychlosti pevného disku. V anglický jazyk používá se analogový čas náhodného přístupu. Průměrná doba přístupu u moderních modelů se pohybuje od 3 do 15 ms. Čím nižší hodnota, tím lépe. Serverové disky mají zpravidla minimální čas.

Trh HDD

Příběh

název

Pro frázi typu pevný disk Drive (HDD) lingvisté používají retronym, termín vytvořený lingvisty pro již nový název existujícího fenoménu, aby jej odlišili od něčeho novějšího, v tomto případě disket. A zde je zvláštní situace: neexistují žádné diskety, není třeba rozlišovat diskety od pevných disků, ale retronym zůstává, ale nyní slouží k rozlišení HDD od SSD pevné skupenství Jednotka / Disk (SSD), což obecně nejsou disky.

Obrovské magnetofony

Úspěch disků vypadá jako nějaký incident. V mechanickém zařízení, které se stalo nedílnou součástí elektronických systémů, se doba pohybu hlav měří zcela jinými veličinami, než je rychlost elektronických procesů. Nedostatek harmonie ve spojení elektroniky a mechaniky byl zaznamenán již dávno, v padesátých letech, kdy byly vytvořeny první disky. Pak ale neexistovala žádná alternativa k mechanice, protože polovodičové technologie dělaly teprve své první krůčky, bylo nutné záměrně jít do nerovného manželství, aby bylo dosaženo cíle, ale ukázalo se to více než úspěšné. Cílem byl přímý přístup k velkým (podle těchto standardů) objemům dat, což zůstávalo nemožné, pokud byla data čtena v proudu buď z pásky nebo z děrných štítků. Data načtená z média mohla být umístěna buď v malé paměti RAM, nebo vyměněna a čerpána data z bubnu. Některé operační systémy měly nástroje pro čtení souborů z pásek, ale byl to strašně pomalý proces.

V rané fázi vývoje počítačových systémů byly typické pevné disky pouze experimentálními modely. Počítače byly jako obrovské magnetofony. Záznam a čtení informací se v zásadě nijak nelišilo od běžného kazetového magnetofonu – data byla uspořádána lineárně. Ti, kteří si pamatují i PC založené na magnetopáskových médiích, vědí, jaké to je čekat na načtení další úrovně – obvyklé převíjení kazety na správné místo.

První osobní počítače používaly jako paměťové zařízení konvenční kazetový magnetofon. Disková jednotka pro ně představovala nedostupný luxus. Uživatelé, kteří přišli s diskovou jednotkou se svým počítačem, již mohli cítit určité zdání svobody jednání. První počítače IBM byly dodávány s jednou nebo dvěma diskovými jednotkami.

Rabinovovy disky

Myšlenka disku jako zařízení s hlavami pohybujícími se prostorem ležela na povrchu a mnoho společností se ji pokusilo implementovat. Počítačové muzeum v Mountain View má několik verzí disků. Komerční úspěch se IBM dostavil dříve než ostatní, dokázalo utratit za vývoj více než ostatní, proto ve všech kronikách evoluce disků, datum 1956 a disková jednotka, která byla součástí počítače IBM 305 RAMAC (metoda náhodného přístupu účetnictví a řízení) jsou uvedeny jako výchozí bod , jehož název přímo naznačuje jeho unikátní schopnost náhodného přístupu v té době - Random Access Method.

IBM ale nebyla první. První pracovní jízdu provedl v roce 1951 vynálezce nugetů Jakov Rabinov (1910-1999), který celý svůj život zasvětil práci v National Bureau of Standards. Narodil se v Charkově, v originále měl příjmení Rabinovič, po revoluci v roce 1921 se s rodiči přestěhoval přes Čínu do Číny a poté téměř 70 let pracoval ve výzkumném oddělení Národního úřadu pro standardy. Rabinov se sice nestal vědcem, ale byl géniem pro praktické vynálezy, mezi nimi například vylepšenou technologii ražby prodlužující životnost mincí, vynález, který státní pokladně přinesl mnohamiliardové úspory na výrobě drobného kovu. . Pouze jeden z jeho vynálezů – zařízení zvané Notched-Disk Magnetic Memory Device – mu však nepřineslo ani peníze, ani celoživotní uznání. Tvořilo ho deset 18palcových „placky“, jak se později začalo skutečným diskům říkat, s vyříznutým segmentem, aby se daly měnit na nápravě.

Odborníci z IBM Rabinovův vynález studovali a netajili se předností. Po analýze Rabinovova disku vydali v roce 1953 zprávu „Návrhy pro náhodný přístup k datovým souborům“ (Návrh na soubor s rychlým náhodným přístupem), která se stala základem projektu RAMAC.

1956: IBM RAMAC - 975 kg skříň

2000: Kolmý magnetický záznam

Když výrobci pevných disků narazili na kapacitní limity na počátku 21. století, Toshiba a Seagate zefektivnily uspořádání datových bitů na diskové plotně. Změna z podélného na kolmý magnetický záznam zvýšila kapacitu HDD nejméně 10krát.

2012: Hustota disku by se mohla do roku 2016 zdvojnásobit

Maximální hustota úložiště na pevných discích by se mohla do roku 2016 zdvojnásobit, podle nové studie IHS iSuppli zveřejněné v roce 2012. Již dříve s podobnou prognózou jednal výrobce pevných disků Seagate. Podle analytiků to rozšíří použití HDD v systémech s velkým množstvím dat, včetně audio a vizuálních systémů.

Řada technologií, na kterých prodejci v současné době pracují, umožní zvýšit hustotu pevných disků, zejména technologie tepelného magnetického záznamu (HAMR), kterou si Seagate patentovala již v roce 2006. Společnost také uvedla, že by do roku 2016 mohla vydat 60TB 3,5palcový disk. Jednotky pro notebooky by mohly ve stejnou dobu dosáhnout 10-20 TB, uvedla společnost IHS iSuppli v prognóze.

Analytici také poznamenávají, že hustota záznamu vzroste do roku 2016 maximálně na 1800 Gb na čtvereční palec, v roce 2011 to bylo 744 Gb. Podle IHS iSuppli se hustota disku do roku 2016 zvýší na 1800 Gbps ze 744 Gbps v roce 2011. Od roku 2011 do roku 2016 se nárůst hustoty záznamu na HDD zvýší v průměru o 19 % ročně.

K datu vydání studie vydal Seagate HDD s maximální hustotou v září 2011: vejde se do něj 4 TB dat, velikost disku je 3,5 palce. Hustota disku je 625 Gbps na čtvereční palec.

HAMR HDD, který využívá laser na čtecí/zapisovací hlavě pevného disku k těsnějšímu zabalení menších bitů na rotující disk ve srovnání s tradičním magnetickým záznamem.

Moderní myšlenka disků

Disky se vyvíjely v několika hlavních liniích:

Současná vlna veřejného zájmu o SDD by neměla zpochybňovat budoucnost HDD, tyto disky žily a budou žít, neustále se vyvíjejí a zdokonalují. Brzy bude k dispozici 20TB disk a celkový výkon stabilně roste o 1–3 % ročně.

zvýšit rychlost a kapacitu disků; zlepšení přístupu k údajům v nich zaznamenaným; hledání alternativních technologií v pevné fázi;

Vývoj v prvním směru vedl ke vzniku takových HDD, které jsou schopné ukládat terabajtové objemy a udržovat vysoké směnné kurzy.

Za druhé - k vytvoření hardwaru a softwaru, které podporují provoz disků: souborové systémy, schopný podporovat terabajtové disky a abstrahovat od fyziky úložiště, vč. vysokorychlostní rozhraní, pole RAID pro vysoce spolehlivé úložiště, úložné sítě SAN a síťové disky NAS.

Za třetí - ke vzniku velmi nedávno vytvořených solid-state zařízení na podnikové úrovni (Solid State Device, SSD) v kombinaci s rozhraním NVMe zaměřeným na tato zařízení. Nyní se otevřela možnost „smart storage“, tedy automatického cenově výhodného přerozdělování datového úložiště mezi SSD, HDD a pásky v závislosti na poptávce po datech.

Pevné disky

Provádí student
skupiny 40-101B.
Karimov K.R.
Učitel:
Úsov P.A.

1. Princip fungování pevného disku.. 3

2. Diskové zařízení.. 5

3. Provoz pevného disku.. 10

4. Hlasitost, rychlost a doba přístupu.. 12

5. Rozhraní pevného disku .. 14

6. Externí pevné disky .. 16

Jak funguje pevný disk

Pevný disk je jedním z nejpokročilejších a nejsložitějších zařízení moderního osobního počítače. Jeho disky jsou schopny pojmout mnoho megabajtů informací přenášených velkou rychlostí. Zatímco téměř všechny počítačové komponenty jsou tiché, pevný disk vrčí a vrže, což z něj dělá jedno z mála počítačových zařízení, která obsahují mechanické i elektronické součástky.

Základní principy fungování pevného disku se od jeho vzniku změnily jen málo. Zařízení pevného disku je velmi podobné běžnému gramofonu. Pouze pod tělem může být několik desek namontovaných na společné ose a hlavy mohou číst informace z obou stran každé desky najednou. Rychlost otáčení talířů (u některých modelů dosahuje 15 000 otáček za minutu) je konstantní a je jednou z hlavních charakteristik. Hlava se pohybuje podél desky v určité pevné vzdálenosti od povrchu. Čím menší je tato vzdálenost, tím větší je přesnost čtení informací a tím větší může být hustota záznamu informací. Při pohledu na pevný disk vidíte pouze pevné kovové pouzdro. Je zcela utěsněný a chrání mechaniku před prachovými částicemi, které, pokud se dostanou do úzké mezery mezi hlavou a povrchem disku, mohou poškodit citlivou magnetickou vrstvu a disk znefunkčnit. Kromě toho pouzdro chrání disk před elektromagnetické rušení. Uvnitř pouzdra jsou všechny mechanismy a některé elektronické součástky. Mechanismy jsou samotné disky, na kterých jsou informace uloženy, hlavy, které zapisují a čtou informace z disků, a také motory, které to vše uvádějí do pohybu. Disk je kulatá deska s velmi plochým povrchem, často vyrobená z hliníku, méně často z keramiky nebo skla, potažená tenkou feromagnetickou vrstvou. Disky jsou vyrobeny. Mnoho disků používá vrstvu oxidu železa (což je povlak na běžné magnetické pásce), ale nejnovější pevné disky pracují s vrstvou kobaltu silnou asi deset mikronů. Takový povlak je odolnější a navíc dokáže výrazně zvýšit hustotu záznamu. Technologie jeho aplikace se blíží technologii používané při výrobě integrovaných obvodů.

Počet disků může být různý - od jednoho do pěti, počet pracovních ploch je dvakrát větší (dva na každém disku). Ten (stejně jako materiál použitý pro magnetický povlak) určuje kapacitu pevného disku. Někdy se vnější povrchy vnějších disků (nebo jeden z nich) nepoužívají, což umožňuje snížit výšku jednotky, ale počet pracovních ploch je snížen a může se ukázat jako lichý.

Magnetické hlavy čtou a zapisují informace na disky. Princip záznamu je obecně podobný jako u běžného magnetofonu. Digitální informace se přemění na střídavý elektrický proud přiváděný do magnetické hlavy a poté se přenese na magnetický disk, ale již ve formě magnetického pole, které disk dokáže vnímat a „pamatovat si“. Magnetický povlak disku je souborem drobných oblastí spontánní (spontánní) magnetizace. Pro názornost si představte, že disk je pokrytý vrstvou velmi malých šipek kompasu, které ukazují různými směry. Takové částice šípu se nazývají domény. Vlivem vnějšího magnetického pole se vlastní magnetická pole domén orientují v souladu s jeho směrem. Po ukončení působení vnějšího pole se na povrchu disku vytvoří zóny zbytkové magnetizace. Tímto způsobem jsou zachovány informace zapsané na disk. Oblasti zbytkové magnetizace, kdy se kotouč otáčí proti mezeře magnetické hlavy, v něm indukují elektromotorickou sílu, která se mění v závislosti na velikosti magnetizace. Sada disků namontovaná na hřídeli vřetena je poháněna speciálním motorem kompaktně umístěným vespod. Rychlost otáčení kotoučů je typicky 7200 ot./min. Aby se zkrátila doba, za kterou se pohon dostane do provozního stavu, motor po zapnutí nějakou dobu pracuje v nuceném režimu. Napájecí zdroj počítače proto musí mít rezervu na špičkový výkon. Nyní o práci hlav. Pohybují se pomocí přesného krokového motoru a jakoby „plavou“ ve vzdálenosti zlomku mikronu od povrchu disku, aniž by se ho dotýkaly. V důsledku zaznamenávání informací se na povrchu disků vytvářejí zmagnetizované oblasti ve formě soustředných kruhů. Říká se jim magnetické dráhy. Při pohybu se hlavy zastaví nad každou další stopou. Soubor drah umístěných pod sebou na všech površích se nazývá válec. Všechny hnací hlavy se pohybují současně a přistupují k válcům stejného jména se stejnými čísly.

Diskové zařízení

Typický pevný disk se skládá z HDA a desky elektroniky. Všechny mechanické části jsou umístěny v HDA a veškerá řídící elektronika je na desce kromě předzesilovače umístěného uvnitř HDA v těsné blízkosti hlav.

Pod disky je motor - plochý, jako u disketových mechanik, nebo zabudovaný ve vřetenu obalu disku. Při otáčení disků vzniká silný proud vzduchu, který cirkuluje po obvodu HDA a je neustále čištěn filtrem instalovaným na jedné z jeho stran.

Blíže k paticím, na levé nebo pravé straně vřetena, je umístěn otočný polohovač, trochu připomínající věžový jeřáb: na jedné straně osy jsou tenké, dlouhé a lehké ložiskové magnetické hlavy obrácené k kotoučům a na druhé kratší a masivnější stopka s vinutím elektromagnetického pohonu. Při otáčení vahadla polohovadla se hlavy pohybují v oblouku mezi středem a okrajem disků. Úhel mezi osami polohovadla a vřetenem se volí spolu se vzdáleností osy polohovadla k hlavám tak, aby se osa hlavy při zatáčení co nejméně odchylovala od tečné stopy.

V dřívějších modelech byla kolébka upevněna na ose krokového motoru a vzdálenost mezi drahami byla určena velikostí kroku. V moderních modelech se používá takzvaný lineární motor, který nemá žádnou diskrétnost a instalace na trať se provádí podle signálů zaznamenaných na discích, což výrazně zvyšuje přesnost pohonu a hustota záznamu na discích.

Vinutí polohovadla je obklopeno statorem, který je permanentním magnetem. Když je do vinutí přiveden proud o určité velikosti a polaritě, začne se vahadlo otáčet příslušným směrem s odpovídajícím zrychlením; Dynamickou změnou proudu ve vinutí můžete polohovadlo nastavit do libovolné polohy. Takový systém pohonu se nazývá Voice Coil (voice coil) - analogicky s kuželem reproduktoru.

Na dříku bývá umístěna tzv. magnetická západka - malý permanentní magnet, který se při krajní vnitřní poloze hlav (přistávací zóna - přistávací zóna) přitahuje k povrchu statoru a v této poloze fixuje vahadlo. . Jedná se o tzv. parkovací polohu hlav, které zároveň leží na povrchu disku, v kontaktu s ním. U řady drahých modelů (obvykle SCSI) je k upevnění polohovadla k dispozici speciální elektromagnet, jehož kotva blokuje pohyb vahadla ve volné poloze. Informace se nezaznamenávají v přistávací zóně disků.

Ve zbylém volném prostoru je předzesilovač signálu odebraného z hlav a jejich přepínač. Polohovadlo je připojeno k desce předzesilovače flexibilním plochým kabelem, avšak u některých pevných disků (zejména u některých modelů Maxtor AV) je vinutí napájeno samostatnými jednožilovými vodiči, které mají tendenci se při aktivním provozu lámat. HDA je naplněna běžným bezprašným vzduchem pod atmosférickým tlakem. V HDA krytech některých pevných disků jsou speciálně vyrobena malá okénka utěsněná tenkou fólií, která slouží k vyrovnání tlaku uvnitř a vně. U některých modelů je okno uzavřeno filtrem propustným pro vzduch. U některých modelů pevných disků jsou osy vřetena a polohovače upevněny pouze na jednom místě - na skříni pevného disku, u jiných jsou navíc připevněny šrouby ke krytu HDA. Druhé modely jsou citlivější na mikrodeformaci při upevňování – stačí silné utažení upevňovacích šroubů, aby došlo k nepřijatelnému vyosení os. V některých případech se takové zkreslení může stát obtížně zvrátitelným nebo zcela nevratným. Deska elektroniky je odnímatelná, připojená k HDA přes jeden nebo dva konektory různého provedení. Deska obsahuje hlavní procesor pevného disku, ROM s programem, pracovní RAM, která se obvykle používá jako vyrovnávací paměť disku, digitální signálový procesor (DSP) pro přípravu zaznamenaných a zpracování čtených signálů a logiku rozhraní. Na některých pevných discích je program procesoru zcela uložen v ROM, na jiných je jeho určitá část zaznamenána v servisní oblasti disku. Disk může také obsahovat parametry mechaniky (model, sériové číslo a tak dále.). Některé pevné disky ukládají tyto informace do elektricky přeprogramovatelné paměti ROM (EEPROM).

Mnoho pevných disků má speciální technologické rozhraní s konektorem na desce elektroniky, pomocí kterého lze pomocí stolního zařízení provádět s diskem různé servisní operace - testování, formátování, přeřazování vadných oblastí atd. U moderních pohonů značky Conner je technologické rozhraní vyrobeno ve standardu sériového rozhraní, což umožňuje připojení přes adaptér k alfanumerickému terminálu nebo k COM portu počítače. V paměti ROM je zaznamenán tzv. testovací monitorovací systém (TMOS), který vnímá příkazy zadané z terminálu, provádí je a výsledky odesílá zpět do terminálu. Brzy pevné disky, jako diskety, byly vyrobeny s čistými magnetickými povrchy; počáteční označení (formátování) provedl spotřebitel podle svého uvážení a mohl být proveden libovolněkrát. U moderních modelů se značení provádí během výrobního procesu; současně se na disky zapisují servo informace - speciální značky potřebné pro stabilizaci rychlosti otáčení, vyhledávání sektorů a sledování polohy hlav na površích. Není to tak dávno, co se pro záznam informací serva používala samostatná plocha (vyhrazená), podle které se ladily hlavy všech ostatních ploch. Takový systém vyžadoval vysokou tuhost upevnění hlav, aby mezi nimi po prvotním označení nevznikaly nesrovnalosti. Nyní jsou servo informace zaznamenávány v intervalech mezi sektory (vložené), což umožňuje zvýšit užitečnou kapacitu paketu a odstranit omezení tuhosti pohyblivého systému. Některé moderní modely používají kombinovaný systém sledování - vestavěné informace serva kombinované s vyhrazeným povrchem; v tomto případě se na vybraném povrchu provádí hrubé nastavení a jemné nastavení - na vestavěné značky.

Vzhledem k tomu, že informace o servomotoru jsou referenčním označením disku, řadič pevného disku je nedokáže v případě poškození sám obnovit. Při softwarovém formátování takového pevného disku je možné přepsat pouze záhlaví a kontrolní součty datových sektorů.

Při prvotním značení a testování moderního pevného disku v továrně jsou téměř vždy nalezeny vadné sektory, které se zapisují do speciální přemapovací tabulky. Na normální práceřadič pevného disku nahradí tyto sektory náhradními, které jsou pro tento účel speciálně ponechány na každé stopě, skupině stop nebo vyhrazené oblasti disku. Díky tomu nový pevný disk vytváří zdání úplné absence povrchových vad, i když ve skutečnosti jsou téměř vždy přítomny.

Po zapnutí napájení procesor pevného disku otestuje elektroniku a poté vydá příkaz k zapnutí motoru vřetena. Když je dosaženo určité kritické rychlosti otáčení, hustota vzduchu unášeného povrchy disků se stane dostatečnou k překonání síly přitlačování hlav k povrchu a jejich zvednutí do výšky od zlomků po několik mikronů nad povrchy. kotoučů - hlavy "plavou". Od této chvíle, dokud otáčky neklesnou pod kritickou hlavu, „visí“ na vzduchovém polštáři a povrchů disků se vůbec nedotýkají.

Poté, co kotouče dosáhnou rychlosti otáčení blízké nominální (obvykle 3600, 4500, 5400 nebo 7200 otáček za minutu), jsou hlavy odstraněny z parkovací zóny a začíná hledání značek serva přesně stabilizovat rychlost otáčení. Poté jsou načteny informace z oblasti služeb - zejména tabulka přeřazení vadných úseků.

Na konci inicializace je polohovadlo otestováno iterací po zadané sekvenci stop - pokud je úspěšná, procesor nastaví na rozhraní příznak připravenosti a přepne se do provozního režimu rozhraní.

Během provozu systém pro sledování polohy hlavy na disku neustále pracuje: z nepřetržitě čteného signálu je extrahován chybový signál, který je přiváděn do obvodu zpětná vazba, který řídí proud vinutí polohovadla. V důsledku odchylky hlavy od středu stopy vzniká ve vinutí signál, který se snaží vrátit jej na své místo.

Aby odpovídaly rychlostem datových toků - na úrovni čtení / zápisu a externí rozhraní- pevné disky mají mezipaměť, často mylně nazývanou cache, obvykle o velikosti několika desítek nebo stovek kilobajtů. U řady modelů (například Quantum) je vyrovnávací paměť umístěna v obecné pracovní paměti RAM, kde se nejprve načte překryvná část řídicího firmwaru, a proto je skutečná velikost vyrovnávací paměti menší než plné množství paměti RAM ( 80-90 kb se 128 kb RAM pro Quantum). Ostatní modely (Conner, Caviar) mají oddělenou vyrovnávací paměť a procesorovou RAM.

Po vypnutí napájení vydá procesor pomocí energie zbylé v kondenzátorech desky nebo její extrakci z vinutí motoru, který zároveň funguje jako generátor, příkaz k nastavení polohovadla do parkovací polohy, který má čas na provedení, než rychlost otáčení klesne pod kritickou. U některých pevných disků (Quantum) to usnadňuje pružinová kolébka umístěná mezi disky, která neustále podléhá tlaku vzduchu. Při zeslabení proudění vzduchu vahadlo dodatečně zatlačí polohovadlo do parkovací polohy, kde jej zafixuje západkou. Pohyb hlav směrem k vřetenu je také usnadněn dostředivou silou vznikající rotací kotoučů.

Provoz pevného disku

Nyní - vlastně o procesu pevného disku. Po prvotním nastavení elektroniky a mechaniky přejde mikropočítač s pevným diskem do režimu čekání na příkazy z ovladače umístěného na základní desce nebo kartě rozhraní. Po obdržení příkazu zapne požadovanou hlavu, vyhledá požadovanou stopu pomocí servopulsů, počká, dokud požadovaný sektor „dosáhne“ hlavy, a přečte nebo zapíše informace. Pokud řadič požadoval čtení/zápis nejen jednoho, ale několika sektorů, může pevný disk pracovat v takzvaném blokovém režimu s využitím paměti RAM jako vyrovnávací paměti a kombinací čtení/zápisu s přenosem informací do řadiče nebo z něj.

Pro optimální využití povrchu disku se používá tzv. zónový záznam (Zoned Bit Recording - ZBR), jehož princip spočívá v tom, že na externích stopách, které jsou delší (a tedy i informační kapacita), jsou informace zaznamenávány ve vyšší hustotě. než na vnitřních.. Na celém povrchu se vytvoří až tucet nebo více takových zón s konstantní záznamovou hustotou; podle toho je rychlost čtení a zápisu na vnějších zónách vyšší než na vnitřních. Díky tomu budou soubory umístěné blíže „začátku“ pevného disku obecně zpracovány rychleji než soubory umístěné blíže jeho „konci“.

Nyní o tom, odkud se berou neuvěřitelně velké počty hlav udávaných v parametrech pevných disků. Kdysi tato čísla – počet válců, hlav a sektorů na silnici – skutečně znamenala skutečné fyzické parametry (geometrii) pevného disku. Při použití ZBR se však počet sektorů liší stopu od stopy a pro každý pevný disk jsou tato čísla jiná – proto se začala používat tzv. logická geometrie, kdy pevný disk sděluje řadiči nějaké podmíněné parametry, a proto se při použití ZBR mění počet sektorů. a při příjmu příkazů sám převádí logické adresy na fyzické. Současně jsou na pevném disku s logickou geometrií, například 520 válců, 128 hlav a 63 sektorů (celkový objem - 2 GB), s největší pravděpodobností dva disky - a čtyři čtecí / zapisovací hlavy.

Poslední generace pevných disků využívá PRML (Partial Response, Maximum Likelihood) a S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Report Technology - technologie pro selfmonitoring analýzy a reportování). První byl vyvinut z důvodu, že při stávajících záznamových hustotách již není možné jasně a jednoznačně číst signál z povrchu disku - úroveň rušení a zkreslení je velmi vysoká. Místo přímého převedení signálu se porovná se sadou vzorků a na základě maximální podobnosti se udělá závěr o příjmu toho či onoho kódového slova - přibližně stejně jako čteme slova, ve kterých chybí písmena resp. zkreslené.

Pevný disk, který implementuje technologii S.M.A.R.T., si vede statistiku svých provozních parametrů (počet startů/zastavení a odpracovaných hodin, dobu zrychlení vřetena, zjištěné/opravené chyby atd.), která se pravidelně ukládá do flash ROM popř. v servisních oblastech disku. Tyto informace se shromažďují po celou dobu životnosti pevného disku a mohou si je kdykoli vyžádat analytické programy; může být použit k posouzení stavu mechaniky, provozních podmínek nebo přibližné pravděpodobnosti poruchy.

Podobné informace.

Jednotka pevného disku (HDD) \ HDD (jednotka pevného disku) \ pevný disk (nosič) je hmotný objekt schopný ukládat informace.

Informační akumulátory lze klasifikovat podle následujících kritérií:

způsob ukládání informací: magnetoelektrický, optický, magnetooptický;
typ nosiče informací: mechaniky na disketových a pevných magnetických discích, optické a magnetooptické disky, magnetické pásky, polovodičové paměťové prvky;
způsob organizace přístupu k informacím - pohony přímého, sekvenčního a blokového přístupu;
typ zařízení pro ukládání informací - vestavěné (interní), externí, autonomní, mobilní (nositelné) atd.

Významná část v současnosti používaných médií pro ukládání informací je založena na magnetických médiích.

Zařízení s pevným diskem

Pevný disk obsahuje sadu desek, což jsou nejčastěji kovové disky potažené magnetickým materiálem - plotna (gama-ferit oxid, barya ferit, oxid chromu ...) a vzájemně propojené pomocí vřetena (hřídel, osa).
Samotné disky (tloušťka cca 2 mm) jsou vyrobeny z hliníku, mosazi, keramiky nebo skla. (viz obrázek)

Pro záznam se používají oba povrchy disků. Použité 4-9 desky. Hřídel se otáčí vysokou konstantní rychlostí (3600-7200 ot./min.)
Rotace kotoučů a radikální pohyb hlav se provádí pomocí 2 elektromotory.
Data se zapisují nebo čtou pomocí zapisovací/čtecí hlavy jeden pro každý povrch disku. Počet hlav se rovná počtu pracovních ploch všech disků.

Záznam informací na disk se provádí na přesně definovaných místech - soustředných stopy (stopy) . Tratě jsou rozděleny na sektory. Jeden sektor obsahuje 512 bajtů informací.

Výměna dat mezi RAM a NMD probíhá postupně po celém čísle (cluster). shluk- řetězce po sobě jdoucích sektorů (1,2,3,4,…)

Speciální motor pomocí závorky umístí čtecí/zapisovací hlavu nad danou stopu (posune ji v radiálním směru).
Při otáčení disku je hlava umístěna nad požadovaným sektorem. Je zřejmé, že všechny hlavy se pohybují současně a čtecí datové hlavy se pohybují současně a čtou informace ze stejných stop na různých mechanikách ze stejných stop na různých discích.

Volají se stopy pevného disku se stejným pořadovým číslem na různých pevných discích válec .
Čtecí/zapisovací hlavy se pohybují po povrchu plotny. Čím blíže je hlava k povrchu disku, aniž by se ho dotýkala, tím vyšší je přípustná hustota záznamu.

Zařízení pevného disku

Magnetický princip čtení a zápisu informací

princip magnetického záznamu

Fyzikální základy procesů záznamu a reprodukce informací na magnetických médiích byly položeny v dílech fyziků M. Faradaye (1791 - 1867) a D. K. Maxwella (1831 - 1879).

U magnetických paměťových médií se digitální záznam provádí na magneticky citlivý materiál. Mezi takové materiály patří některé druhy oxidů železa, nikl, kobalt a jeho sloučeniny, slitiny, dále magnetoplasty a magnetoelasty s viskózními plasty a pryží, mikropráškové magnetické materiály.

Magnetický povlak má tloušťku několika mikrometrů. Povlak je aplikován na nemagnetický základ, což jsou různé plasty pro magnetické pásky a diskety a hliníkové slitiny a kompozitní substrátové materiály pro pevné disky. Magnetický povlak disku má doménovou strukturu, tzn. se skládá z mnoha zmagnetizovaných drobných částic.

Magnetická doména (z latinského dominium - držení) - jedná se o mikroskopickou, rovnoměrně zmagnetizovanou oblast ve feromagnetických vzorcích, oddělenou od sousedních oblastí tenkými přechodovými vrstvami (doménové stěny).

Vlivem vnějšího magnetického pole jsou vnitřní magnetická pole domén orientována v souladu se směrem siločar magnetického pole. Po ukončení působení vnějšího pole se na povrchu domény vytvoří zóny zbytkové magnetizace. Díky této vlastnosti se na magnetickém nosiči ukládají informace, působící v magnetickém poli.

Při záznamu informací se pomocí magnetické hlavy vytváří vnější magnetické pole. V procesu čtení informace zóny zbytkové magnetizace, které jsou naproti magnetické hlavě, v ní při čtení indukují elektromotorickou sílu (EMF).

Schéma záznamu a čtení z magnetického disku je uvedeno na obr. 3.1 Změna směru EMF za určité časové období je označena binární jednotkou a nepřítomnost této změny je označena nulou. Toto časové období se nazývá bitový prvek.

Povrch magnetického nosiče je považován za sekvenci tečkovaných pozic, z nichž každá je spojena s trochou informace. Vzhledem k tomu, že umístění těchto poloh není přesně určeno, vyžaduje záznam předem aplikované značky, které pomohou lokalizovat požadované záznamové polohy. Chcete-li použít takové synchronizační značky, musí být disk rozdělen na stopy.
a sektory - formátování .

Organizace rychlého přístupu k informacím na disku je důležitým krokem v ukládání dat. Online přístup ke kterékoli části povrchu disku je zajištěn jednak jeho rychlou rotací a jednak pohybem magnetické čtecí/zapisovací hlavy po poloměru disku.
Disketa se otáčí rychlostí 300-360 ot./min a pevný disk - 3600-7200 ot./min.

Logická jednotka pevného disku

Magnetický disk není zpočátku připraven k provozu. Aby to bylo v provozuschopném stavu, musí to být formátovaný, tj. musí být vytvořena struktura disku.

Struktura (označení) disku se vytváří během procesu formátování.

Formátování magnetické disky zahrnují 2 stupně:

fyzické formátování (nízká úroveň)
logické (na vysoké úrovni).

Při fyzickém formátování se pracovní plocha disku rozdělí na samostatné oblasti tzv sektory, které se nacházejí podél soustředných kružnic - cest.

Dále jsou určeny sektory nevhodné pro záznam dat, jsou označeny jako špatný aby se zabránilo jejich použití. Každý sektor je nejmenší jednotkou dat na disku a má svou adresu pro přímý přístup k němu. Adresa sektoru obsahuje číslo strany disku, číslo stopy a číslo sektoru na stopě. Jsou nastaveny fyzické parametry disku.

Uživatel se zpravidla nemusí zabývat fyzickým formátováním, protože pevné disky ve většině případů dorazí zformátované. Obecně řečeno, toto by mělo provádět specializované servisní středisko.

Nízkoúrovňové formátování musí být provedeno v následujících případech:

pokud dojde k poruše v nulté stopě, což způsobí problémy při bootování z pevného disku, ale samotný disk je dostupný při bootování z diskety;
pokud se vrátíte do funkčního stavu starý disk, například přeskupený z rozbitého počítače.
pokud se ukázalo, že disk je naformátován pro práci s jiným operačním systémem;
pokud disk přestal normálně fungovat a všechny metody obnovy nepřinesly pozitivní výsledky.

Mějte na paměti, že fyzické formátování je velmi výkonný provoz.- při jeho spuštění budou data uložená na disku zcela vymazána a bude zcela nemožné je obnovit! Nezačínejte tedy nízkoúrovňové formátování, pokud si nejste jisti, že jste všechna důležitá data uložili z pevného disku!

Po provedení nízkoúrovňového formátování je dalším krokem vytvoření těžké zhroucení disk pro jeden nebo více logické disky - nejlepší způsob vypořádat se se zmatkem adresářů a souborů roztroušených po disku.

Bez přidání jakýchkoli hardwarových prvků do systému získáte možnost pracovat s více částmi jednoho pevného disku, jako s více disky.
Tím se nezvýší kapacita disku, ale můžete výrazně zlepšit jeho organizaci. Navíc různé logické disky lze použít pro různé operační systémy.

Na logické formátování finální příprava média pro uložení dat probíhá logickou organizací diskového prostoru.
Disk se připravuje pro zápis souborů do sektorů vytvořených během nízkoúrovňové formátování.
Po vytvoření tabulky členění disku následuje další krok - logické formátování jednotlivých částí členění, dále jen logické disky.

logický pohon je určitá oblast pevného disku, která funguje stejným způsobem jako samostatná jednotka.

Logické formátování je mnohem jednodušší proces než nízkoúrovňové formátování.
Chcete-li to provést, spusťte systém z diskety obsahující nástroj FORMAT.
Pokud máte více logických jednotek, naformátujte je jednu po druhé.

Během procesu logického formátování je disk přidělen oblast systému který se skládá ze 3 částí:

spouštěcí sektor a tabulka oddílů (spouštěcí záznam)
alokační tabulky souborů (FAT), které zaznamenávají počty stop a sektorů, ve kterých jsou uloženy soubory
kořenový adresář (Root Directory).

Záznam informací se provádí po částech prostřednictvím clusteru. Ve stejném clusteru nemohou být 2 různé soubory.
Navíc v této fázi může být disk pojmenován.

Pevný disk lze rozdělit na několik logických disků a naopak 2 pevné disky lze spojit do jednoho logického disku.

Doporučuje se vytvořit na pevném disku alespoň dva oddíly (dva logické disky): jeden z nich je vyhrazen pro operační systém a software, druhý disk je vyhrazen výhradně pro uživatelská data. Tedy data a systémové soubory jsou uloženy odděleně od sebe a v případě selhání operačního systému je pravděpodobnost uložení uživatelských dat mnohem větší.

Vlastnosti pevného disku

Pevné disky (pevné disky) se od sebe liší v následujících vlastnostech:

kapacita
rychlost - doba přístupu k datům, rychlost čtení a zápisu informací.
rozhraní (způsob připojení) - typ řadiče, ke kterému má být pevný disk připojen (nejčastěji IDE / EIDE a různé možnosti SCSI).
další funkce

1. Kapacita- množství informací, které se vejde na disk (určeno úrovní výrobní technologie).
Dnes je kapacita 500 -2000 a více GB. Místa na pevném disku není nikdy dost.

2. Rychlost práce (výkon) Disk je charakterizován dvěma indikátory: doba přístupu na disk A rychlost čtení/zápisu disku.

Doba přístupu - čas potřebný k přesunutí (umístění) čtecích/zápisových hlav na požadovanou stopu a sektor.
Průměrná charakteristická doba přístupu mezi dvěma náhodně vybranými stopami je přibližně 8-12 ms (milisekundy), rychlejší disky mají čas 5-7 ms.
Doba přechodu na sousední stopu (sousední válec) je menší než 0,5 - 1,5 ms. Otočit se do správného sektoru také nějakou dobu trvá.
Celková doba rotace disku u dnešních pevných disků je 8 - 16 ms, průměrná doba čekání na sektor je 3-8 ms.
Čím kratší je doba přístupu, tím rychleji disk poběží.

Rychlost čtení/zápisu (propustnost I/O) nebo přenosová rychlost (přenos)- doba přenosu sekvenčních dat závisí nejen na disku, ale také na jeho řadiči, typech sběrnic, rychlosti procesoru. Rychlost pomalých disků je 1,5-3 Mb/s, u rychlých 4-5 Mb/s, u nejnovějších 20 Mb/s.
Pevné disky s rozhraním SCSI podporují rychlost otáčení 10 000 ot./min. a průměrná doba vyhledávání 5 ms, rychlost přenosu dat 40-80 Mb/s.

3.Standardní rozhraní pevného disku - tj. typ řadiče, ke kterému má být pevný disk připojen. Nachází se na základní desce.
Existují tři hlavní rozhraní připojení

IDE a jeho různé varianty

IDE (Integrated Disk Electronics) nebo (ATA) Advanced Technology Attachment
Výhody - jednoduchost a nízká cena

Přenosová rychlost: 8,3, 16,7, 33,3, 66,6, 100 Mbps. Jak se data vyvíjejí, rozhraní podporuje rozšiřování seznamu zařízení: pevný disk, superfloppy, magnetooptika,
NML, CD-ROM, CD-R, DVD-ROM, LS-120, ZIP.

Jsou zavedeny některé prvky paralelizace (gneuing a odpojení / opětovné připojení), kontrola integrity dat během přenosu. Hlavní nevýhodou IDE je malý počet připojených zařízení (ne více než 4), což pro high-end PC zjevně nestačí.
Dnes rozhraní IDE přešla na nové výměnné protokoly Ultra ATA. Výrazně zvyšte svou propustnost
Režim 4 a DMA (Direct Memory Access) Režim 2 umožňuje přenášet data rychlostí 16,6 Mb/s, skutečná rychlost přenosu dat by však byla mnohem nižší.
Standardy Ultra DMA/33 a Ultra DMA/66 vyvinuté v únoru 98. od Quantum mají 3 provozní režimy 0,1,2 a 4, v druhém režimu média podporují
přenosová rychlost 33 Mb/s. (Ultra DMA/33 Mode 2) Této vysoké rychlosti lze dosáhnout pouze výměnou s vyrovnávací pamětí. Aby bylo možné využít
Ultra DMA standardy musí splňovat 2 podmínky:

1. hardwarová podpora na základní desce (čipové sadě) a na straně samotného disku.

2. podporovat režim Ultra DMA, jako ostatní DMA (přímý přístup do paměti s přímým přístupem do paměti).

Vyžaduje speciální ovladač pro různé čipové sady. Zpravidla jsou součástí základní desky, v případě potřeby ji lze „stáhnout“
z internetu ze stránek výrobce základní desky.

Standard Ultra DMA je zpětně kompatibilní s předchozími pomalejšími ovladači.
Dnešní verze: Ultra DMA/100 (konec roku 2000) a Ultra DMA/133 (2001).

SATA
Nahrazení IDE (ATA) jinou vysokorychlostní sériovou sběrnicí Fireware (IEEE-1394). Použití nové technologie umožní zvýšit přenosovou rychlost na 100 Mb/s,
zvyšuje spolehlivost systému, to vám umožní instalovat zařízení bez zahrnutí PC, což je v rozhraní ATA absolutně nemožné.

SCSI (Small Computer System Interface)- zařízení jsou 2x dražší než běžná, vyžadují speciální ovladač na základní desce.
Používá se pro servery, publikační systémy, CAD. Poskytují vyšší výkon (rychlost až 160Mb/s), širokou škálu připojených úložných zařízení.
Řadič SCSI je nutné zakoupit s příslušnou jednotkou.

Výhoda SCSI oproti IDE – flexibilita a výkon.
Flexibilita spočívá ve velkém počtu připojených zařízení (7-15) au IDE (maximálně 4) delší délce kabelu.
Výkon – vysoká rychlost přenos a schopnost zpracovávat více transakcí současně.

1. Ultra SCSI 2/3 (Fast-20) až 40 Mb/s

2. Další technologie rozhraní SCSI s názvem Fibre Channel Arbitrated Loop (FC-AL) umožňuje připojení až 100Mbps, délka kabelu je až 30 metrů. Technologie FC-AL umožňuje provádět "horké" připojení, tzn. na cestách, má další linky pro kontrolu a opravu chyb (technologie je dražší než konvenční SCSI).

4. Další vlastnosti moderních pevných disků

Velké množství modelů pevných disků ztěžuje výběr toho správného.
Kromě požadované kapacity je velmi důležitý i výkon, který je dán především jeho fyzickými vlastnostmi.
Takovými charakteristikami jsou průměrná doba vyhledávání, rychlost otáčení, interní a externí přenosová rychlost, velikost vyrovnávací paměti.

4.1 Průměrná doba vyhledávání.

Pevný disk stráví nějaký čas přesunem magnetické hlavy aktuální pozice do nové, což je potřeba k přečtení další informace.
V každé konkrétní situaci je tato doba jiná, v závislosti na vzdálenosti, kterou musí hlava posunout. Obvykle jsou ve specifikacích uvedeny pouze průměrné hodnoty a algoritmy průměrování používané různými společnostmi se obecně liší, takže přímé srovnání je obtížné.

Například Fujitsu, Western Digital procházejí všemi možnými dvojicemi stop, Maxtor a Quantum používají metodu náhodného přístupu. Získaný výsledek lze dále upravit.

Hodnota doby vyhledávání pro zápis je často o něco vyšší než pro čtení. Někteří výrobci uvádějí ve specifikacích pouze nižší hodnotu (pro čtení). V každém případě je užitečné kromě průměrných hodnot zohlednit i maximální (přes celý disk),
a minimální doba vyhledávání (tj. od stopy ke stopě).

4.2 Rychlost otáčení

Z hlediska rychlosti přístupu k požadovanému fragmentu záznamu rychlost rotace ovlivňuje hodnotu tzv. skrytého času, který je nutný k tomu, aby se disk otočil k magnetické hlavě s požadovaným sektorem.

Průměrná hodnota této doby odpovídá polovině otáčky disku a je 8,33 ms při 3600 otáčkách za minutu, 6,67 ms při 4500 otáčkách za minutu, 5,56 ms při 5400 otáčkách za minutu, 4,17 ms při 7200 otáčkách za minutu.

Hodnota skrytého času je srovnatelná s průměrnou dobou vyhledávání, takže v některých režimech může mít stejný, ne-li větší dopad na výkon.

4.3 Interní přenosová rychlost

Rychlost, jakou jsou data zapisována na disk nebo čtena z disku. Kvůli zónovému záznamu má proměnnou hodnotu - vyšší na vnějších stopách a nižší na vnitřních.
Při práci s dlouhými soubory je to v mnoha případech právě tento parametr, který omezuje přenosovou rychlost.

4.4 Externí přenosová rychlost

- rychlost (špička), s jakou jsou data přenášena přes rozhraní.

Závisí na typu rozhraní a nejčastěji má pevné hodnoty: 8.3; 11,1; 16,7 Mb/s pro Enhanced IDE (PIO Mode2, 3, 4); 33,3 66,6 100 pro Ultra DMA; 5, 10, 20, 40, 80, 160 Mb/s pro synchronní SCSI, Fast SCSI-2, FastWide SCSI-2 Ultra SCSI (16 bitů), resp.

4.5 Přítomnost pevného disku jeho Cache paměti a jeho velikost (disk buffer).

Objem a organizace vyrovnávací paměti (vnitřní vyrovnávací paměti) může výrazně ovlivnit výkon pevného disku. Stejně jako u běžné mezipaměti,
nárůst produktivity po dosažení určitého objemu se prudce zpomaluje.

Velká segmentovaná mezipaměť je důležitá pro vysoce výkonné jednotky SCSI používané v prostředích multitaskingu. Čím více mezipaměti, tím rychlejší je pevný disk (128–256 Kb).

Dopad každého z parametrů na celkový výkon je poměrně obtížné izolovat.

Požadavky na pevný disk

Hlavním požadavkem na disky je, aby spolehlivost provozu byla zaručena dlouhou životností komponentů 5-7 let; dobrá statistika, konkrétně:

střední doba mezi poruchami není kratší než 500 tisíc hodin ( vyšší třída 1 milion hodin nebo více.)
vestavěný systém aktivního sledování stavu diskových uzlů Technologie SMART / Self Monitoring Analysis and Report.

Technika CHYTRÝ. (Technologie analýzy a sestavování vlastního monitorování) je otevřený průmyslový standard vyvinutý najednou společnostmi Compaq, IBM a řadou dalších výrobců pevných disků.

Smysl této technologie spočívá v interní autodiagnostike pevného disku, která umožňuje posoudit jeho aktuální stav a informovat o možných budoucích problémech, které by mohly vést ke ztrátě dat nebo selhání disku.

Stav všech životně důležitých prvků disku je neustále monitorován:
hlavy, pracovní plochy, elektromotor s vřetenem, elektronická jednotka. Pokud je například zjištěno zeslabení signálu, pak se informace přepíše a probíhá další pozorování.
Pokud signál opět zeslábne, pak se data přenesou na jiné místo a tento cluster se umístí jako vadný a nepřístupný a místo něj se zpřístupní jiný cluster z diskové rezervy.

Při práci s pevný disk musí být dodržen teplotní režim, ve kterém pohon pracuje. Výrobci zaručují doba provozuschopnosti pevný disk při okolní teplotě v rozsahu od 0 °C do 50 °C, i když v zásadě můžete bez vážných následků změnit hranice nejméně o 10 stupňů v obou směrech.
Při velkých teplotních odchylkách nemusí dojít k vytvoření vzduchové mezery požadované tloušťky, což povede k poškození magnetické vrstvy.

Obecně platí, že výrobci HDD věnují spolehlivosti svých produktů poměrně velkou pozornost.

Hlavním problémem je vnikání cizích částic do disku.

Pro srovnání: částečka tabákového kouře je dvakrát větší než vzdálenost mezi povrchem a hlavou, tloušťka lidského vlasu je 5-10krát větší.
Pro hlavu bude mít setkání s takovými předměty za následek silný úder a v důsledku toho částečné poškození nebo úplné selhání.
Navenek je to patrné jako vzhled velkého množství pravidelně uspořádaných nepoužitelných shluků.

Nebezpečná jsou krátkodobá velká zrychlení (přetížení), ke kterým dochází při otřesech, pádech apod. Například při úderu hlava prudce zasáhne magnetický
vrstvy a způsobí její destrukci v odpovídajícím místě. Nebo se naopak nejprve pohybuje v opačném směru a pak působením pružné síly dopadá na povrch jako pružina.
V důsledku toho se v pouzdře objevují magnetické částice povlaku, které opět mohou poškodit hlavu.

Neměli byste si myslet, že při působení odstředivé síly odletí z disku - magnetické vrstvy
pevně je vtáhne dovnitř. Důsledkem v zásadě není samotný dopad (se ztrátou určitého počtu shluků se dá nějak smířit), ale to, že v tomto případě vznikají částice, které jistě způsobí další poškození disku.

Aby se zabránilo takovým velmi nepříjemným případům, různé firmy se uchylují k nejrůznějším trikům. Kromě pouhého zvýšení mechanické pevnosti diskových komponent se využívá i inteligentní technologie S.M.A.R.T., která hlídá spolehlivost záznamu a bezpečnost dat na médiu (viz výše).

Disk se vlastně vždy nenaformátuje na plnou kapacitu, je tam nějaká rezerva. Je to dáno především tím, že vyrobit nosič je prakticky nemožné
na kterých by byl kvalitní absolutně celý povrch, určitě budou špatné shluky (vadné). Při nízkoúrovňovém formátování disku je jeho elektronika nakonfigurována tak
tak, že obejde tyto neúspěšné oblasti a pro uživatele je zcela neviditelné, že médium má vadu. Pokud jsou však viditelné (například po formátování
nástroj zobrazí jejich číslo jiné než nula), pak je to již velmi špatné.

Pokud záruka nevypršela (a dle mého názoru je nejlepší koupit HDD se zárukou), tak okamžitě vezměte disk prodejci a požadujte výměnu média nebo vrácení peněz.
Prodejce samozřejmě okamžitě začne říkat, že pár špatných sekcí ještě není důvodem k obavám, ale nevěřte mu. Jak již bylo zmíněno, tento pár s největší pravděpodobností způsobí mnohem více dalších a následně je obecně možné úplné selhání pevného disku.

Disk je zvláště citlivý na poškození v provozním stavu, proto byste počítač neměli umisťovat na místo, kde by mohl být vystaven různým otřesům, vibracím a podobně.

Příprava pevného disku na práci

Začněme úplně od začátku. Předpokládejme, že jste zakoupili pevný disk a kabel k němu odděleně od počítače.
(Faktem je, že nákupem sestavený počítač, obdržíte disk připravený k použití).

Pár slov o zacházení s ním. Pevný disk je velmi složitý výrobek obsahující kromě elektroniky i přesnou mechaniku.
Vyžaduje proto opatrné zacházení – otřesy, pády a silné vibrace mohou poškodit jeho mechanickou část. Řídicí deska zpravidla obsahuje mnoho malých prvků a není uzavřena silnými kryty. Z tohoto důvodu byste měli dbát na jeho bezpečnost.
První věc, kterou musíte udělat, když dostanete pevný disk, je přečíst si dokumentaci, která byla s ním dodána – bude jistě obsahovat mnoho užitečných a zajímavých informací. Přitom byste měli věnovat pozornost následujícím bodům:

přítomnost a možnosti nastavení propojek, které určují nastavení (instalaci) disku, například definování takového parametru, jako je fyzický název disku (mohou být, ale nemusí),
počet hlav, cylindrů, sektorů na discích, úroveň předkompenzace a také typ disku. Tato data je nutné zadat jako odpověď na výzvu z programu pro nastavení počítače (nastavení).
Všechny tyto informace budou potřeba při formátování disku a přípravě stroje na práci s ním.
Pokud samotný počítač neurčuje parametry vašeho pevného disku, větší problém bude instalovat jednotku, pro kterou neexistuje žádná dokumentace.
Na většině pevných disků najdete štítky s názvem výrobce, typem (značkou) zařízení a také tabulkou stop, které se nesmí používat.
Kromě toho může pohon obsahovat informace o počtu hlav, válců a sektorů a úrovni předkompenzace.

Pro spravedlnost je třeba říci, že často je na disku napsáno pouze jeho jméno. Ale i v tomto případě můžete požadované informace najít buď v adresáři,
nebo zavoláním zástupce společnosti. Je důležité získat odpovědi na tři otázky:

Jak by měly být nastaveny propojky, aby bylo možné disk používat jako master/slave?
kolik válců, hlav, sektorů na stopu, jaká je hodnota předkompenzace?
jaký typ disku je zaznamenán v ROM BIOS je lepší odpovídá tomuto pohonu?

S těmito informacemi můžete pokračovat v instalaci pevného disku.

Chcete-li nainstalovat pevný disk do počítače, postupujte takto:

Úplně zakázat systémová jednotka od zdroje napájení, sejměte kryt.
Připojte kabel pevného disku k řadiči základní desky. Pokud nainstalujete druhý disk, můžete použít kabel z prvního, pokud má další konektor, ale musíte si uvědomit, že rychlost různých pevných disků se bude porovnávat pomalu.
V případě potřeby přepněte propojky podle metody tvrdý disk.
Nainstalujte disk do volného místa a připojte kabel od ovladače na desce ke konektoru pevného disku s červeným pruhem ke zdroji, napájecímu kabelu.
Pevný disk bezpečně upevněte čtyřmi šrouby na obou stranách, kabely umístěte úhledně/šetrně dovnitř počítače tak, aby při zavírání krytu nedošlo k jejich přeříznutí,
Zavřete systémový blok.
Pokud samotný počítač pevný disk nerozpoznal, změňte konfiguraci počítače pomocí Nastavení, aby počítač věděl, že k němu bylo přidáno nové zařízení.

Výrobci pevných disků

Winchestery stejné kapacity (ale různých výrobců) mají obvykle víceméně podobné vlastnosti a rozdíly jsou vyjádřeny zejména v provedení pouzdra, tvarovém faktoru (jinými slovy rozměry) a záruční době. Kromě toho je třeba zvláště zmínit to druhé: náklady na informace na moderním pevném disku jsou často mnohonásobně vyšší než jeho vlastní cena.

Pokud váš disk selže, pokus o jeho opravu často znamená pouze vystavení vašich dat dalšímu riziku.
Mnohem rozumnějším způsobem je výměna vadného zařízení za nové.
Lví podíl pevných disků na ruském (nejen) trhu tvoří produkty IBM, Maxtor, Fujitsu, Western Digital (WD), Seagate, Quantum.

název výrobce, který vyrábí daný typřídit,

Korporace Quantum (www.quantum.com.), založená v roce 1980, je jedním z veteránů na trhu diskových úložišť. Společnost je známá svou inovativností technická řešení, zaměřené na zlepšení spolehlivosti a výkonu pevných disků, přístupové doby dat na disku a rychlosti čtení/zápisu na disk, možnost informovat o možných budoucích problémech, které by mohly vést ke ztrátě dat nebo selhání disku.

- Jednou z proprietárních technologií Quantum je SPS (Shock Protection System), navržená k ochraně disku před otřesy.

- vestavěný program DPS (Data Protection System) určený k záchraně toho nejdražšího - dat na nich uložených.

Korporace Western Digital (www.wdс.com.) je také jednou z nejstarších společností vyrábějících diskové mechaniky, ve své historii poznala své vzestupy i pády.
Společnost nedávno dokázala zavést do svých pohonů nejnovější technologie. Mezi nimi stojí za zmínku náš vlastní vývoj - technologie Data Lifeguard, která je dalším vývojem S.M.A.R.T. Snaží se logicky dokončit řetězec.

Podle této technologie je povrch disku pravidelně skenován v době, kdy není systémem využíván. Čte data a kontroluje jejich integritu. Pokud jsou v procesu přístupu k sektoru zaznamenány problémy, jsou data přenesena do jiného sektoru.
Informace o nekvalitních sektorech jsou zaznamenány v interním seznamu defektů, což umožňuje vyhnout se budoucímu zápisu do vadných sektorů.

Firma Seagate (www.seagate.com) na našem trhu velmi známá. Mimochodem, pevné disky této konkrétní společnosti doporučuji, jelikož jsou spolehlivé a odolné.

V roce 1998 se znovu vrátila vydáním série disků Medalist Pro.
s rychlostí otáčení 7200 ot./min., k tomu se používají speciální ložiska. Dříve se tato rychlost používala pouze u jednotek rozhraní SCSI, což zvyšovalo výkon. Stejná řada využívá technologii SeaShield System, která má zlepšit ochranu disku a dat na něm uložených před účinky elektrostatického náboje a otřesů. Zároveň se také snižuje účinek elektromagnetického záření.

Všechny vyrobené disky podporují S.M.A.R.T.
V novém Disky Seagate poskytuje použití vylepšené verze svého systému SeaShield s více funkcemi.
Je příznačné, že společnost Seagate prohlásila nejvyšší odolnost proti nárazu v tomto odvětví z aktualizované řady – 300G v neprovozním stavu.

Firma IBM (www.storage.ibm.com) i když donedávna nebyla významným dodavatelem ruský trh pevné disky, ale rychle si získal dobrou pověst pro své rychlé a spolehlivé pevné disky.

Firma Fujitsu (www.fujitsu.com) je velkým a zkušeným výrobcem diskových mechanik nejen magnetických, ale i optických a magnetooptických.
Pravda, společnost není v žádném případě lídrem na trhu pevných disků s rozhraním IDE: ovládá (podle různých studií) asi 4 % tohoto trhu a její hlavní zájmy leží v oblasti SCSI zařízení.

Terminologický slovník

Protože některé prvky pohonu, které hrají důležitou roli v jeho provozu, jsou často vnímány jako abstraktní pojmy, následuje vysvětlení nejdůležitějších pojmů.

Doba přístupu je doba, kterou pevný disk potřebuje k vyhledání a přenosu dat do nebo z paměti.
Výkon pevných disků je často určen dobou přístupu (načítání).

Cluster (Сluster)- nejmenší jednotka prostoru, se kterou OS pracuje v tabulce umístění souboru. Klastr se obvykle skládá z 2-4-8 nebo více sektorů.
Počet sektorů závisí na typu disku. Hledání klastrů místo jednotlivých sektorů snižuje časem režii OS. Velké clustery poskytují rychlejší výkon
disk, protože počet clusterů je v tomto případě menší, ale místo (prostor) na disku se využívá hůře, protože mnoho souborů může být menších než cluster a zbývající bajty clusteru nejsou využity.

Controller (CU) (Controller)- obvody, obvykle umístěné na rozšiřující desce, které řídí činnost jednotky pevného disku, včetně pohybu hlavy a čtení a zápisu dat.

válec (Сylinder)- Stopy umístěné proti sobě na všech stranách všech disků.

Hlava pohonu- mechanismus, který se pohybuje po povrchu pevného disku a zajišťuje elektromagnetický záznam nebo čtení dat.

Tabulka alokace souborů (FAT)- záznam generovaný OS, který sleduje umístění každého souboru na disku a které sektory se používají a které do nich mohou zapisovat nová data.

Mezera hlavy je vzdálenost mezi hlavou jednotky a povrchem disku.

Interleave- vztah mezi rychlostí otáčení disku a organizací sektorů na disku. Rychlost rotace disku obvykle překračuje schopnost počítače přijímat data z disku. V době, kdy řadič čte data, další sériový sektor již prošel hlavou. Data se tedy na disk zapisují přes jeden nebo dva sektory. Pomocí speciálního softwaru můžete při formátování disku změnit pořadí prokládání.

Logický pohon- určité části pracovní plochy pevného disku, které jsou považovány za samostatné jednotky.
Některé logické jednotky lze použít pro jiné operační systémy, jako je UNIX.

Parkoviště- posunutí hlav mechaniky do určitého bodu a jejich upevnění ve stacionárním stavu přes nepoužívané části disku, aby se minimalizovalo poškození, když se mechanika otřese, když hlavy narazí na povrch disku.

Dělení oddílů– operace rozdělení pevného disku na logické disky. Všechny disky jsou rozděleny na oddíly, i když malé disky mohou mít pouze jeden oddíl.

Disk (talíř)- samotný kovový disk, pokrytý magnetickým materiálem, na který se zapisují data. Pevný disk má obvykle více než jeden disk.

RLL (omezená délka běhu)- schéma kódování používané některými ovladači ke zvýšení počtu sektorů na stopu, aby se přizpůsobily více data.

Sektor- rozdělení diskových stop, což je hlavní jednotka velikosti používaná jednotkou. Sektory OS mají obvykle 512 bajtů.

Čas určování polohy (čas vyhledávání)- čas potřebný k tomu, aby se hlava přesunula z dráhy, na které je instalována, na jinou požadovanou dráhu.

Track (Track)- soustředné rozdělení disku. Skladby jsou jako skladby na desce. Na rozdíl od stop na desce, které jsou souvislou spirálou, jsou stopy na disku kruhové. Tratě jsou zase rozděleny do shluků a sektorů.

Čas vyhledávání mezi skladbou- čas potřebný pro přechod hlavy pohonu na sousední kolej.

Přenosová rychlost- množství informací přenesených mezi diskem a počítačem za jednotku času. Zahrnuje také čas vyhledávání stopy.