02-Medii_de_stocare_magnetice

1/21 Sisteme Multimedia Medii de stocare magnetice

Dispozitive magnetice de stocare

1. Istoricul dispozitivelor de stocare magnetice

Înaintea calculatoarelor cu dispozitive de stocare magnetică, metoda principală de stocare erau cartele perforate (bucăŃi de carton/hârtie perforate astfel încât să indice caractere sau date binare), inventată de Henrcich Hollerith pentru utilizarea în maşina de calcul Census din 1890.

Istoricul dispozitivelor de stocare magnetice începe din anul 1949 când un grup de ingineri şi cercetători ai companiei IBM au început să lucreze la un nou dispozitiv de stocare. Aceştia lucrau la primul dispozitiv de stocare magnetică care avea să revoluŃioneze industria calculatoarelor. Pe 21 mai 1952 IBM a anunŃat unitatea de bandă IBM 726 în calculatorul IBM 701, marcând tranziŃia de la calculatoare cu cartele perforate la calculatoare electronice.

Patru ani mai târziu la 12 septembrie 1956 o mica echipa de ingineri de la IBM din San Jose, California, au introdus primul sistem de stocare cu discuri ca parte a calculatorului 305 RAMDAC (Random Access Method of Accounting and Control).

Unitatea 305 RAMDAC putea stoca 5 milioane de caractere (doar 5MB) de date pe fiecare dintre cele 50 de discuri, fiecare având un diametru de 24". Spre deosebire de unităŃile de bandă, la unităŃile RAMDAC capetele de citire puteau fi poziŃionate în orice locaŃie de pe disc fără a trebui să citească informaŃia de pe parcurs. Accesarea aleatorie a avut un efect profund asupra performanŃei calculatoarelor la acea dată, făcând posibil ca stocarea şi preluarea informaŃiilor să se facă semnficativ mai rapid.

De la începuturi industria dispozitivelor de stocare magnetice a evoluat până astăzi când avem unităŃi de stocare de peste 1500 GB pe discuri de 3½" care încap într-un singur „bay”.

ContribuŃiile companiei IBM la istoria şi dezvoltarea dispozitivelor de stocare magnetice sunt uimitoare, de fapt majoritatea tehnologiilor au fost create direct de IBM sau derivate din cercetări făcute de IBM. IBM nu a inventat doar unităŃile de banda şi unităŃile de disc dure (HDD) dar a inventat şi unitatea de disc flexibil (FDD). Unitatea din San Jose unde a fost creat hard-disk-ul (unitatea de disc dur) a introdus pentru prima oară unitatea floppy ce utiliza discuri floppy de cu diametrul de 8" în anul 1971. Echipa care a efectuat cercetările a fost condusa de Alan Shugart, acum o personalitate în lumea unităŃilor de stocare.

De la perioade de pionierat ale companiei IBM în domeniul modelelor avansate de codare a datelor pe suport magnetic, ca Modified Frequency Modulation (MFM) şi Run Length Limited (RLL); modele de capuri precum Thin Film, magneto-rezistive (MR) şi giant magneto-resistive (GMR); tehnologii precum Partial Response Maximum Likelihood (PRML), No-ID Recording şi Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.). La momentul de faŃă IBM şi Hitachi (sub numele de Hitachi Global Storage Technologies) sunt liderii în dezvoltarea şi implementarea de noi tehnologii.


2. Cum sunt folosite câmpurile magnetice pentru a stoca date

Toate dispozitivele de stocare magnetice folosesc electromagnetismul pentru a scrie şi citi date. Legea fizică spune că dacă un curent electric trece printr-un fir conductor, un câmp magnetic este creat în jurul acestuia (vezi figura 1). Electronii circulă de la de la negativ la pozitiv cum este arătat în figură, deşi am crede că fluxul de electroni circulă în direcŃia opusă (sensul convenŃional).

Figura 1. Un câmp magnetic este generat când trece un curent printr-un fir conductor.

Electromagnetismul a fost descoperit în 1819 de fizicianul danez Hans Christian Oersted, când acesta a observat că dacă se apropie un fir prin care trece curent electric de o busola acul deviază de la polul nord magnetic. Când curentul este oprit acul indică din nou polul magnetic al Pământului (polul nord).

Câmpul magnetic creat de către firul conductor poate influenŃa materiale magnetice din câmp. Când direcŃia fluxului electric este inversă curentul sau polaritatea sunt inversate, polaritatea câmpului este la rândul ei inversată. De exemplu un motor electric foloseşte electromagnetismul pentru a exercita forte de tragere sau de împingere asupra magneŃilor de pe axul de rotaŃie.

Un alt efect al electromagnetismului a fost descoperit în 1831 de către Michael Faraday. El a aflat că la trecerea unui conductor printr-un câmp magnetic în mişcare se va genera un curent electric. Odată cu schimbarea polarităŃii câmpului se schimbă şi direcŃia fluxului de electroni (vezi figura 2).

Figura 2. Curentul indus în fir când este trecut printr-un câmp magnetic.


De exemplu alternatorul este un tip de generator electric folosit la automobile care funcŃionează prin rotirea electromagneŃilor pe un ax într-o bobină, fire conductoare ale bobinei generând o cantitate de curent electric. Deoarece electromagnetismul funcŃionează în ambele sensuri un motor poate deveni generator şi viceversa. Aplicate la dispozitivele de stocare magnetice această proprietate a electromagnetismului face posibila scrierea şi citirea datelor. La scriere datelor capul preschimba impulsurile electrice în câmpuri magnetice iar la citire câmpurile magnetice în impulsuri electrice.

Capurile de citire/scriere ale dispozitivelor de stocare sunt în formă de „U” şi sunt făcute dintr-un material conductor, cu extremităŃile „U” deasupra (sau lângă) suprafeŃei mediului propriu-zis de stocare. Capul în formă de U este învelit cu spire de fir conductor prin care poate trece curentul electric. Circuitele de comandă var genera un curent prin spire care va genera un curent magnetic în capul dispozitivului. Inversarea polarităŃii curentului electric face ca polaritatea câmpului generat să se schimbe şi ea. În esenŃă capurile sunt electromagneŃi la care voltajul poate fi schimbat în polaritate foarte repede.

Figura 3. Un cap magnetic de citire/scriere

Discul sau banda care constituie mediul propriu-zis de stocare constă într-un material pentru substrat (Mylar pentru floppy discuri, aluminium sau sticla pentru hard-disk-uri) pe care este depozitat un material magnetizabil. Materialul este de obicei oxid de fier cu diferite elemente adăugate. Fiecare particulă magnetică de pe mediul de stocare are propriul sau câmp magnetic. Când mediul este gol polarităŃile acelor câmpuri sunt într-o stare de dezordine. Deoarece câmpurile fiecărei particule este îndreptat într-o direcŃie oarecare fiecare câmp magnetic este anulat de altul care este îndreptat în direcŃia opusă; efectul total se manifestă prin lipsa unui câmp magnetic. Cu atâtea câmpuri orientate aleatoriu nu se poate observa un câmp sau o polaritate.

Când capul de citire/scriere este parcurs de un curent se va genera un câmp magnetic între capetele electromagnetului in formă de „U”. Deoarece un câmp magnetic trece printr-un conductor mult mai uşor decât prin aer, câmpul se curbează spre exterior din cap şi foloseşte mediul de stocare adiacent drept cale de rezistenŃă mai mica la cealaltă parte a golului. În timp ce câmpul trece prin mediul de sub gol se polarizează particulele magnetice şi se aliniază cu câmpul capului. Polaritatea câmpului sau direcŃia câmpului indus în mediul magnetic este bazat pe direcŃia câmpului electric care trece prin spire. O schimbare în direcŃia fluxului de curent produce o schimbare în direcŃia câmpului magnetic. De la începuturile dezvoltării dispozitivelor de stocare magnetice până azi distanŃa dintre capul de citire/scriere şi mediul de stocare a scăzut foarte mult. Aceasta permite ca golul să fie mai mic şi face ca dimensiunea spaŃiului pe care se face stocarea sa fie mai mic. Cu cât domeniul de stocare este mai mic cu atât creste densitatea de stocare a datelor care pot fi memorate.


Când câmpul magnetic trece prin mediu particulele de sub gol sunt aliniate în aceeaşi direcŃie cu câmpul emanat din golul capului. Când câmpurile magnetice sunt aliniate acestea nu se mai anulează şi astfel generează un câmp magnetic în acea regiune. Acest câmp local este generat de mai multe particule magnetice care acum produc un câmp magnetic detectabil.

Termenul de flux descrie un câmp magnetic care are o direcŃie sau polaritate specifică. În timp ce suprafaŃa mediului se mişcă sub cap, capul poate genera un flux magnetic de o polaritate data pe o regiune a mediului de stocare. Când curentul electric din spirele capului este inversat se schimba polaritatea sau fluxul câmpului magnetic din golul capului. Aceasta inversare de flux din capul de citire/scriere cauzează modificarea polarităŃii particulelor magnetizate de pe mediu.

Inversarea fluxului sau tranziŃia fluxului este o schimbare a polarităŃii particulelor aliniate pe suprafaŃa mediului de stocare. Capul realizează inversări de flux pentru scrierea datelor. Pentru fiecare bit de date scris se creează o alternare de fluxuri pozitiv-negativ şi negativ-pozitiv în arii specifice cunoscute ca bit sau celulele de tranziŃie. Un bit sau o celula de tranziŃie este o arie specifică a mediului controlată de viteza la care mediul se deplasează în care capul creează alternanŃe de flux. Modelul de alternări de flux în cadrul celulei de tranziŃie folosit pentru a stoca date se numeşte metoda de codare (criptare). Controller-ul preia datele care trebuie stocate şi le codează într-o serie de alternanŃe de biŃi pe o perioada de timp în conformitate cu modelul de codare utilizat.

ObservaŃie: cele mai folosite metode de codare pentru mediile magnetice sunt Modified Frequency Modulation (TMT) şi Run Length Limited (RLL). Toate unităŃile floppy şi hard-disk-uri mai vechi folosesc aceasta schemă. Hard-disk-urile actuale folosesc variaŃii ale metodei RLL.

În timpul procesului de scriere capului îi este aplicată o tensiune. La schimbarea polarităŃii tensiunii se schimbă şi polaritatea câmpului magnetic ce urmează a fi scris. TranziŃia fluxului este scrisă exact în punctele unde se schimbă polaritatea. În mod ciudat în timpul citirii nu se generează acelaşi semnal care a fost scris. În schimb capul generează un impuls când întâlneşte o tranziŃie de flux. Când tranziŃia este de la pozitiv la negativ capul detectează o tensiune negativa. Când tranziŃia se schimbă de la negativ la pozitiv atunci generează un impuls pozitiv. Acest efect apare deoarece curentul este generat într-un conductor la trecerea prin linii magnetice cu un anumit unghi. Deoarece capul se mişcă paralel faŃă de câmpul creat pe mediu, capul generează o tensiune la citire doar când traversează o schimbare de polaritate.

În esenŃă citirea este o detecŃie a tranziŃiei fluxului generând impulsuri atunci când întâlneşte o tranziŃie. Zonele fără o tranziŃie nu generează impulsuri. Figura 4 arata relaŃia dintre formele de undă de la citire şi la scriere şi fluxul tranziŃiilor înregistrate pe mediu.


Figura 4. Procesul magnetic de citire şi scriere.

Putem privi modelul de scriere ca fiind un semnal dreptunghiular cu nivele de tensiune negative şi pozitive. Când tensiunea este pozitivă se generează un câmp care polarizează mediul într-o direcŃie, iar când tensiunea se schimbă la negativ câmpul magnetic introduce o schimbare de direcŃie pe mediul magnetic. La tranziŃia de la pozitiv la negativ şi viceversa fluxul magnetic îşi schimbă polaritatea. În timpul citirii capul sesizează aceste tranziŃii şi generează un puls negativ sau pozitiv faŃă de semnalul continuu pozitiv sau negativ folosit la scriere. Cu alte cuvinte semnalul la citire este 0 volŃi dacă capul nu detectează o tranziŃie de flux magnetic, caz în care se generează un impuls negativ sau pozitiv. Impulsurile apar atunci când capul trece peste o tranziŃie pe mediu.

Impulsurile generate de către cap prin trecerea sa pe mediu în modul de citire sunt foarte slabe şi conŃin un zgomot foarte mare. Circuite din cadrul unităŃii şi a controller-ului amplifica acest semnal deasupra nivelului zgomotului şi decodează acele impulsuri în date binare care sunt (teoretic) identice cu cele scrise.

3. Hard-disk-ul

Pentru mulŃi utilizatori hard-disk-ul este cea mai importanta dar şi cea mai misterioasa componentă a calculatorului. Hard-disk-ul este o unitate sigilată pentru stocare de date nevolatile. Sistemele de stocare volatile sau semi-volatile sunt acele sisteme în care datele se reŃin şi după oprirea tensiunii de alimentare. Deoarece hard-disk-ul reŃine datele până la ştergerea sau suprascrierea lor hard-disk-urile sunt utilizate pentru stocarea de date importante. Atunci când un hard-disk se defectează consecinŃele sunt grave. Pentru a menŃine şi îmbunătăŃi un PC trebuie să înŃelegem funcŃiile acestuia.

Un hard-disk conŃine platane solide în forma de disc, de obicei din aluminiu sau sticla (vezi figura 5). Spre deosebire de discurile floppy (discuri flexibile) platanele nu se pot îndoi de aici denumirea de hard-disk (disc dur). La marea majoritate a hard-disk-urilor nu se mai pot adăuga


platane şi din acest motiv se mai numesc şi discuri fixe. Hard-disk-uri cu platane mobile sunt disponibile.

Figura 5. Capurile şi platanele unui hard-disk

ObservaŃie: UnităŃile hard-disk (sau hard-drive) sunt cunoscute şi sub denumirea de unităŃi Winchester. Aceasta denumire datează din anul 1973 când IBM a introdus modelul 3340 care avea 30MB pe platane fixe şi 30 MB pe platane mobile pe axe diferite. Proiectul a fost denumit Winchester de către conducătorul de proiect Ken Houghton deoarece indicatorul de capacitate iniŃial (30-30) semăna cu denumirea cartuşelor (.30-30) folosite de puşca Winchester’94 care a fost creata în 1895. Unitatea 3340 sau Winchester a fost prima care a avut capul şi discurile sigilate şi astfel denumirea a fost data tuturor unităŃilor care folosesc tehnologii similare.

3.1. Moduri de operare ale HDD

ConstrucŃia fizică a hard-disk-ului constă în discuri care se pot învârti şi capuri care se mişcă deasupra discurilor şi stochează date pe piste (track) şi sectoare. Capurile scriu şi citesc în inele concentrice numite şi piste (tracks), care sunt împărŃite în segmente numite sectoare care de obicei stochează 512 octeŃi/bytes fiecare.

Figura 6. Sectoare şi piste pe un disc

Hard-disk-urile au de obicei mai multe discuri numite platane, care sunt dispuse unele peste alte şi se rotesc la unison, fiecare având două feŃe pe care se pot stoca date. Majoritatea hard-disk-urilor au două sau trei platane deci au patru sau sase feŃe, dar unele hard discuri au până la 12 platane deci 24 de feŃe cu 24 de capete pentru citire (Seagate Baracuda 180). În acelaşi fel pistele


sunt aliniate pe fiecare parte a platanelor astfel împreună sa dea un cilindru (vezi figura 7). Un hard- disk de obicei are un cap pe fiecare parte a platanului, toate capurile fiind montate pe un braŃ mobil. Capurile se mişcă radial de-a lungul discului la unison/sincron; ele nu se pot mişca independent deoarece sunt montate pe acelaşi braŃ mobil, numit element de acŃionare sau actuator.

Figura 7. Cilindrii hard-disk-ului

La început, majoritatea hard-disk-urilor se roteau viteze de 3.600 rpm (rotations per minute) aproximativ de 10 ori mai rapid decât o unitate floppy. Viteza de 3600 rpm a fost pentru mulŃi ani viteza folosită la majoritatea hard-disk-urilor. Acum majoritatea had-disk-urilor au viteze mai mari. Deşi vitezele variază, hard-disk-urile moderne au viteze de 4200 rpm, 5400 rpm, 7200 rpm, 10000 rpm sau 15000 rpm. Majoritatea hard-disk-urilor din PC au 7200 rpm, iar modelele de înaltă performanŃă la 10000 rpm. Hard-disk-urile mai mici de 2½" pentru laptop-uri se învârt încă la 5400 rpm datorită consumului redus iar hard-disk-urile care se învârt la 15000 rpm sunt utilizate doar la staŃii de înaltă performanŃă şi la servere datorita preŃului ridicat, căldurii generate şi a nivelului de zgomot foarte ridicat. Vitezele mari de rotaŃie împreună cu vitezele de poziŃionare a capului sunt cele ce fac diferenŃa între vitezele hard-disk-urilor pe ansamblu.

Capurile hard-disk-ului nu (şi nici nu ar trebui!) să atingă platanele în timpul funcŃionării. În orice caz la majoritatea hard-disk-urilor capurile stau pe platane când sunt oprite. La majoritatea hard-disk-urilor când sunt oprite, capurile merg la cilindrul cel mai din interior, unde se aşează pe suprafaŃă. Acesta este cunoscuta sub denumirea de modelul Contact Start Stop (CSS). Când hard-disk-ul este pornit, capurile aluneca pe suprafaŃa platanelor în timp ce se rotesc, până când se creează o pernă de aer între capuri şi suprafaŃa platanelor astfel capurile să se ridice deasupra platanelor. Dacă perna de aer este disturbată de particule de praf sau un şoc mecanic, capul poate atinge platanele care se învârt la viteză maximă. Contactul cu platanele dacă este destul de puternic se numeşte head crash. O prăbuşire a capului poate avea ca efect de la pierderea unor biŃi până la stricarea hard-disk-ului. Majoritatea hard-disk-urilor au lubrifianŃi speciali care întăresc suprafaŃa platanelor şi pot să reziste la „plecările şi aterizările” (takeoffs and landings) zilnice dar şi la abuzuri mai severe.

Hard-disk-urile care nu folosesc modelul CSS folosesc în schimb un mecanism de încărcare/descărcare care nu permite capurilor să aibă contact cu platanele chiar dacă hard-disk-ul


este oprit. Pentru prima data aceste mecanisme au fost utilizate în hard-disk-urile de 2½" pentru laptop-uri unde rezistenŃa la şocuri este mai importanta. Mecanismele tradiŃionale folosesc o rampă de descărcare/încărcare în afara suprafeŃei platanelor iar modele mai noi poziŃionează rampa în apropierea axului. Când este oprit sau în modul de salvare a energiei (power down) capurile sunt puse pe rampa. Când se porneşte hard-disk-ul platanele se aduc la viteza maximă înainte de a elibera capetele astfel încât se creează perna de aer pentru a preveni orice contact între cap şi platan.

Deoarece platanele sunt sigilate şi fixe densitatea de curse pe disc este foarte mare, Hard-disk-urile actuale au densităŃi de 96000 de curse pe inch (TPI) înregistrate pe mediu (Hitachi Travelstar 5K80). Head-Disk Assemblies (HDA) conŃin platanele şi sunt asamblate şi sigilate în camere curate în condiŃii de curăŃenie absolută. Datorită faptului că puŃine companii repară HDA, reparaŃia sau înlocuirea unor componente din interior poate fi foarte costisitoare. Orice hard-disk fabricat vreodată se va strica. Singurele întrebări sunt când se va strica şi dacă datele vor fi salvate.

Atentie! Este recomandat să nu deschideŃi niciodată HDA-ul unui hard-disk dacă nu aveŃi echipamentul necesar pentru a face reparaŃii. Majoritatea producătorilor fac HDA-ul greu de deschis pentru a descuraja reparaŃiile pe cont propriu. Deschiderea unui HDA duce la anularea garanŃiei.

MulŃi utilizatori de PC ştiu că hard-disk-urile sunt fragile şi comparându-le cu altele putem spune ca sunt printre cele mai fragile din PC. În acest caz vine ca o surpriză experienŃa câtorva studenŃi de la seminarile de „PC Hardware and Troubleshooting or Data Recovery” care au scos capacele unor hard-disku-ri în timp ce funcŃionau! Acele hard-disk-uri au continuat să stocheze date cu capacele scoase sau puse. BineînŃeles nu se recomandă lucru pe propriul hard-disk.

3.2. Piste şi sectoare

O pistă reprezintă un inel de date pe o parte a unui disc. O cursă de disc este prea mare pentru a fi administrată de o singura unitate de stocare. Multe piste pot stoca peste 100.000 de octeŃi de date care ar fi foarte ineficiente pentru fişiere de mici dimensiuni. Din acest motiv cursele sunt împărŃite în subdiviziuni numite sectoare. Aceste sectoare sunt arce de pistă.

Diferite tipuri de hard-disk-uri îşi împart pistele de pe discuri în diferite numere de sectoare, acest lucru fiind condiŃionat de densitatea pistelor. De exemplu discurile floppy folosesc 836 de sectoare pe pistă. Sectoarele create prin procesul de formatare pe un PC au dimensiunea de 512 octeŃi, o dimensiune care a rămas constantă de-a lungul istoriei PC. Un fenomen interesant al standardelor de PC este că sunt compatibile cu drivere şi versiuni de BIOS mai vechi, de obicei hard-disk-urile fac o translaŃie interna şi pretinde că are 63 de sectoare pe pistă când este adresat în modul CHS (cylinder, head, sector).

Sectoarele de pe o pistă sunt numerotate de la „1” spre deosebire de cilindri care sunt numerotaŃi de la 0. De exemplu o discheta floppy de 1.44 MB conŃine 80 de cilindri numerotaŃi de 0 la 79 şi 2 capuri numerotate cu 0 şi 1, unde fiecare pistă din fiecare cilindru are 18 sectoare numerotate de la 1 la 18.

Când un disk este formatat programul de formatare creează zone de identificare (ID) la începutul şi sfârşitul fiecărui sector pe care controller-ul de disk le foloseşte pentru numerotare şi identificarea începutului şi sfârşitului fiecărui sector. Aceste zone care preced şi urmează datele fiecărui sector consuma din spaŃiul total de stocare. Acest lucru face diferenŃa dintre spaŃiul


neformatat şi spaŃiul formatat. Dimensiunea neformatată de obicei nu mai este menŃionată. Un alt progres este faptul că multe hard-disk-uri folosesc ceea ce se numeşte formatare No-ID Sector, care înseamnă că sectoarele care sunt înregistrate fără semne înainte şi după fiecare sector. În consecinŃă mai multe date pot fi stocate pe disc.

Fiecare sector de pe disc are de obicei un prefix, sau un antet care identifică începutul sectorului şi conŃine numărul sectorului şi un sufix sau coada care conŃine checksum (suma de control care ajuta la asigurarea integrităŃii datelor). Multe hard-disk-uri omit aceste zone şi au ceea ce se numeşte înregistrare No-ID, care permite mai mult spaŃiu de înregistrare pe pentru datele propriu-zise. În cadrul înregistrării No-ID începutul şi sfârşitul sectoarelor este predeterminat de un timer (semnal de ceas).

3.3. Componentele de baza ale hard-disk-ului

Pe piaŃă exista multe mărci de hard-disk-uri, dar aproape toate au aceleaşi componente fizice. Unele diferenŃe există în implementarea componentelor (şi în calitatea materialelor utilizate pentru acestea), dar caracteristicile de funcŃionare sunt similare. Componentele fundamentale ale unui hard-disk sunt următoarele (vezi figura 8.)

o Platane o Capuri de citire/scriere o Mecanism de acŃionare a capurilor o Motorul axul/platanelor (înăuntrul axului platanelor) o Placa logică (Controller sau Printed Circuit Board/PCB) o Cabluri şi conectoare o Obiecte pentru configurare (jumper-e sau comutatoare)

Figura 8. Componentele tipice ale unui hard-disk


Platanele, motorul axului, capurile şi mecanismul de acŃionare a capurilor sunt de obicei în aceeaşi incintă sigilata numita Head Disk Assembly (HDA). HDA de obicei este considerată ca o singura component şi este rar deschisa. Celelalte componente din exteriorul HDA, cât şi placa logica de exemplu şi alte elemente de configurare sau fixare pot fi demontate.

3.3.1. Mediul de înregistrare

Oricare or fi tipul de substrat folosit, platanele sunt acoperite cu un strat subŃire de substanŃă magnetizabilă, numita mediu pe care se stochează informaŃia. Exista 3 tipuri de medii magnetice des utilizate pentru hard-disk-uri:

• Mediul oxid • Mediul thin-film • Mediu AFC (antiferomagnetically coupled/cuplu anti-feromagnetic)

Mediul oxid

Mediul oxid este alcătuit din diferite elemente, conŃinând ca element de bază oxidul de fier. Stratul magnetic este creat pe disc prin învelirea platanului de aluminiu cu un „sirop” ce conŃine particule de oxid de fier. Acest sirop este împrăştiat pe disc prin rotirea platanului la viteze mari, forŃa centrifuga face ca materialul să curgă dinspre centrul platanului către exterior, creând astfel un înveliş uniform de material pe platan. SuprafaŃa este tratată şi lustruită. În sfârşit este adăugat un strat de material care protejează şi lubrifiază suprafaŃa şi este şlefuită. Stratul de oxid de fier este gros de aproape 30*10-6 inch (a 30-a milionime dintr-un inch). Daca vă veŃi uita în interiorul unui hard-disk cu platane cu mediu oxid veŃi vedea că platanele sunt de culoare maronie sau de culoare chihlimbarului (amber).

Odată cu creşterea densităŃii de informaŃie mediul trebuie să fie mai subŃire şi distribuit cât mai egal. CapacităŃile stratului de oxid de fier au fost depăşite de majoritatea hard-disk-urilor de capacitate mare. Deoarece mediul oxid este foarte moale hard-disk-urile sunt supuse la defecŃiuni de tip head crash dacă hard-disk-ul este zguduit. Majoritatea hard-disk-urilor vechi, în special modelele low-end, foloseau mediu oxid. Mediul oxid care a fost folosit din 1955 rămâne popular datorita costului redus şi uşurinŃa în aplicare. În ziua de azi foarte puŃine hard-disk folosesc mediu oxid.

Mediul thin-film

Mediul thin-film este mai subŃire mai rezistent şi mai uniform distribuit decât mediul oxid. Mediul thin-film a fost dezvoltat/creat ca fiind un mediu de mare performanŃă care a permis unei noi generaŃii de hard-disk-uri să aibă capuri mai apropiate de disc, ceea ce a dus la o creştere a densităŃii de informaŃie.

Mediul thin-film este denunit corespunzător. Stratul este mult mai subŃire decât cel de la mediul oxid. Mediul thin-film este cunoscut ca mediu placat sau „scuipat” datorită diferitelor procese folosite pentru a depozita mediul thin-film pe platane.


Mediul thin-film este produs prin depozitarea mediului magnetic pe disc cu un mecanism electrostatic, acest lucru este asemănător cu placarea cu crom pe bara de protecŃie la autoturisme. Platanul de aluminiu/magneziu sau sticla este scufundat într-o serie de băi chimice care acoperă platanul cu câteva straturi de peliculă metalică. Mediul magnetic este un aliaj de cobalt gros de 1µinch.

Mediul thin-film „scuipat” este creat prin învelirea platanelor cu un strat de fosfat de nichel şi aplicarea aliajului magnetic de cobalt într-un proces continuu de aspirare şi depunere numit sputtering. Acest proces depune straturi subŃiri de 1µ inch sau mai puŃin pe disc într-o manieră asemănătoare cu modul în care pastilele de siliciu sunt învelite într-un strat subŃire de metal în industria semiconductoarelor. Acelaşi proces este folosit pentru a depune un strat protector extrem de dur din carbon gros de 1µinch. Nevoia pentru un proces de aspiraŃie aproape perfect face foarte scump acest proces.

SuprafaŃa unui platan „scuipat” conŃine straturi magnetice groase de 1µinch. Deoarece acestă suprafaŃă este foarte neteda capul poate pluti mai aproape de suprafaŃa discului. Astfel este posibilă plutirea capului la distanŃe de 10nm (aproape 0.4µinch). Când capul este mai aproape de platan densitatea tranziŃiilor fluxului magnetic poate fi mărită pentru a avea o capacitate de stocare mai mare. Pe deasupra intensitatea crescută a fluxului magnetic în timpul unei citiri dă un semnal de o amplitudine mai mare, necesar pentru randament mai bun semnal /zgomot.

Atât procesul de sputtering (scuipare) cât şi cel de placare au ca rezultat o pelicula subŃire de mediu magnetic pe platane. Deoarece mediul thin-film este atât de tare are o şansă mai mare de a supravieŃui impactului cu capurile la viteze mari. De fapt, mediile thin-film actuale sunt aproape indestructibile. Daca ai deschide un hard-disk şi te-ai uita la platane ai vedea ca platanele cu mediu thin-film arată ca nişte oglinzi.

Mediu AFC

Cel mai noi tip de mediu este mediul cuplu anti-feromagnetic (AFC) şi este proiectat pentru a permite densităŃi foarte mari. De fiecare data când densitatea este mărită stratul magnetic de pe platane trebuie sa fie din ce în ce mai subŃire. Densitatea spatială (curse per inch înmulŃit cu numorul de biŃi pee inch) a crescut în hard-disk-uri până la punctul în care granulele din substratul magnetic sunt folosite pentru a stoca datele devin atât de mici astfel încât devin instabile în timp şi fac ca date memorate să fie nesigure. Acest lucru este denumit limita superparamagnetică şi ini Ńial a fost determinata ca fiind între 30GB/sq.in. şi 50GB/sq.in.. În orice caz odată cu avansarea tehnologiei limita aceasta a fost împinsă înainte şi înapoi, iar azi produsele comerciale depăşesc 100GB/sq.in. Hard-disk-urile care depăşesc 200GB/sq.in. sunt aşteptate în viitor împreună cu câteva noi tehnologii în dezvoltare.

Mediul AFC este alcătuit din două straturi magnetice separate de o peliculă de ruteniu foarte subŃire, groasă de 3 atomi (6 angstromi). IBM a creat termenul „pixie dust” pentru a se referi la stratul foarte subŃire de ruteniu. Acesta intercalare produce un cuplu antiferomagnetic pe straturile de deasupra şi dedesubt, care cauzează aparenta grosime a întregii structuri sa fie diferenŃa dintre stratul magnetic de la suprafaŃă şi cel de jos. Acest lucru permite utilizarea unor straturi magnetice


mai groase cu granule mai mari şi mai stabile şi astfel funcŃionează ca un singur strat care ar fi mai subŃire pe ansamblu.

IBM a introdus mediul AFC în câteva din hard-disk-urile sale începând cu seria Travelstar 30GN pentru notebook-uri care a fost introdusa în 2001; ele au fost primele pe piaŃă care au folosit mediu AFC. Pe lângă acestea IBM a introdus mediul AFC în hard-disk-urile pentru PC de 3½" începând cu Deskstar 120 GXP; mediul AFC fiind utilizat şi de Hitachi Global Storage Technologies care deŃine fostele serii de hard-disk-uri ale IBM. Utilizarea mediului AFC va duce la creşterea densităŃii până la 100GB/sq.in şi mai mult. Este de asemenea de notat ca platanele cu substrat thin-film arată precum nişte oglinzi.

3.3.2. Capuri de citire/scriere

Un hard-disk are de obicei câte un cap pentru fiecare suprafaŃă de platan (acest lucru înseamnă ca fiecare platan are un set de 2 capuri de citire/scriere unul pe partea de deasupra şi unul pe partea de dedesubt). Aceste capuri sunt conectate sau grupate pe un singur mecanism de acŃionare. Deci capurile se mişca pe platane la unison.

Din punct de vedere mecanic capurile sunt simple. Fiecare cap este pe braŃul unui motor care este elastic pentru a forŃa contactul cu platanul. Foarte puŃine persoane îşi dau seama că fiecare platan este de fapt „apăsat” de capurile de deasupra şi dedesubt.

Figura 9. Motorul şi capurile unui hard-disk

Când hard-disk-ul este oprit capurile sunt forŃate să între în contact direct cu platane datorită tensiunii braŃelor elastice, dar când se roteşte la viteză maximă se creează o presiune a aerului dedesubt (pernă de aer) care ridica capurile de pe suprafaŃa platanelor. La un hard-disk la viteză maxima distanŃa dintre capuri şi platane poate fi de la 0.5µ inch până la 5µ inch sau mai mult în hard-disk-urile moderne.

La începutul anilor ’60 capurile hard-disk-urilor plutea la înălŃimi de 200µ inch, 300µ inch, iar capurile de la hard-disk-urile actuale plutesc la 10nm/0.4µ inch deasupra suprafeŃei discului. Pentru a suporta densităŃi mai mari distanŃa dintre cap şi platan va scădea şi mai mult astfel încât la unele hard-disk-uri va exista contact cu platanul. La noile modele de medii şi capuri va fi necesar să se facă un contact parŃial sau total.

Atentie! SpaŃiul mic dintre platane şi capuri este motivul pentru care nu ar trebui să deschideŃi niciodată HDA-ul unui hard-disk decăt într-un mediu curat. Orice particula de praf care se depune pe mecanismul capurilor ar putea duce la citiri greşite sau pot duce la atingerea platanelor la viteza maxima. Aceste lucruri ar putea zgâria platanul sau defecta/deteriora permanent.


Pentru a se asigura curăŃenia în interiorul hard-disk-ului, HDA este asamblat într-o cameră curată de cel mult clasă 100. Aceste specificaŃii înseamnă că 1 picior cub (0.02 m3) de aer nu poate să conŃină mai mult de 100 de particule de dimensiune de până în 0.5 microni (19.7 µ inch). O singură persoană care respira stând pe loc expiră 500 de astfel de particule într-un minut. Aceste camere conŃin sisteme de filtrare a aerului care evacuează şi reîmprospătează aerul. HDA-ul unui hard-disk nu trebuie deschis decât înăuntrul unei astfel de încăperi.

Deşi menŃinerea unui mediu curat ar părea costisitore, multe companii produc astfel de camere de dimensiunea unei mese la preturi de câteva mii de dolari. Unele dintre aceste dispozitive funcŃionează ca o cutie cu mănuşi; operatorul introduce mai întâi hard-disk-ul şi uneltele necesare, închide cutia şi porneşte sistemul de filtrare. În interiorul cutiei se menŃine mediu curat şi un tehnician poate lucra cu mănuşile asupra hard-disk-ului.

În alte tipuri de camere curate operatorul stă la o masa de lucru unde o perdea/cortina de aer menŃine mediul curat deasupra mesei, tehnicianul poate intra şi ieşi din camera trecând prin cortina de aer. Această cortină de aer este asemănătoare cu cortina de aer folosita în magazine şi depozite pentru a evita pierderea căldurii când trecerea/uşa este deschisă.

Deoarece un mediu curat este dificil de creat, puŃine companii/firme cu excepŃia celor care produc hard-disk-uri sunt echipate pentru a repara hard-disk-uri.

Modele de capuri de citire/scriere

O data cu evoluŃia tehnologiei hard-disk-urilor a evoluat şi modelul capurilor de citire scriere. Primele capuri erau miezuri de fier bobinate (electromagneŃi). Făcând o comparaŃie cu standardele actuale dimensiunea capurilor de la început era enormă şi acestea funcŃionau la desităŃi foarte mici. De-a lungul anilor modelele au evoluat de la modele cu miez de fier la modele magneto-rezistive şi magneto-rezistive gigant disponibile azi.

3.3.3. Mecanismul de acŃionare al capului

Poate mai important decât capurile este mecanismul care le mişca: motorul capurilor. Acest mecanism mişcă capurile pe suprafaŃa discului şi le poziŃionează exact deasupra cilindrului dorit. Multe variaŃii de mecanisme de acŃionare sunt folosite, dar acestea se pot împarŃi în 2 mari categorii:

- Actuatoare cu motoare pas cu pas - Actuatoare cu motoare voice coil Utilizarea unuia dintre aceste tipuri de actuatoare are consecinŃe asupra performantei şi

siguranŃei. ConsecinŃele nu sunt limitate la viteza, acestea includ precizia, sensibilitatea la temperatura, poziŃia, vibraŃiile şi siguranŃa globală. Actuatorul capului este cea mai importantă specificaŃie a unui hard-disk şi tipul de actuator spune multe despre performanŃa şi caracteristicile de siguranŃă. Tablelul 1 arată cele 2 tipuri de actuatoare de capuri de hard-disk-uri şi caracteristicile lor de performanŃă.


Tabel 1. Caracteristicile motoarealor pas cu pas vs motoarelor voice

Caracteristica Motor pas cu pas Voice Coil

Viteza relativă de acces Încet Rapid

Sensibilitate la temperatură Da (Foarte) Nu

Sensibilitate la poziŃie Da Nu

Parcare automată a capului Nu de obicei Da

ÎntreŃinere preventivă Reformate periodică Nu este necesar

SiguranŃa relativă Slabă Excelentă

Motoarele pas cu pas au fost utilizate la hard-disk-urile produse în anii 1980 şi începuturile anilor 1990, cu capacităŃi de 100MB sau mai puŃin. Toate hard-disk-urile care aveau capacităŃi mai mari foloseau actuatoare voice coil.

UnităŃile floppy îşi poziŃionau capurile cu ajutorul unui motor pas cu pas. Precizia mecanismului pas cu pas se potriveşte unităŃilor floppy deoarece densitatea de obicei nu este nici pe aproape de cea a hard-disk-urilor. Densitatea unei curse a unei dischete floppy de 1.44MB este de 135 de curse per inch, în timp ce hard-disk-urile au densităŃi ce depăşesc 5000 de curse pe inch. Toate hard-disk-urile produse azi folosesc actuatoare voice coil deoarece motoarele pas cu pas nu pot atinge acest grad de precizie.

Actuatoare cu motor pas cu pas

Un motor pas cu pas este un motor electric care poate „face un pas” sau să se mişte de la o poziŃie la alta cu detents (dinŃi) mecanici sau poziŃii click-stop. Dacă ai prinde axul unuia dintre motoare şi l-ai învârti manual ai auzi un click sau bâzâit odată cu trecerea prin poziŃia fiecăruia dinte.

Motoarele pas cu pas nu se pot poziŃiona între 2 paşi ; ele se pot opri doar la poziŃie dinŃată predeterminată. Motoarele sunt mici (între 1" şi 3") şi pot fi pătrate, cilindrice sau plate. Motoarele pas cu pas sunt în afara HDA deşi axul motorului îl penetrează printr-o gaura sigilată.

Mecanismele motoarelor pas cu pas sunt tulburate de o diversitate de probleme, dar cea mai mare problemă o reprezintă temperatura. O data cu încălzirea şi răcirea platanelor acestea se dilata şi se contractă şi cursele de pe platan se mişcă la o poziŃie predeterminată. Mecanismul pas cu pas nu se poate mişca cu mai puŃin de o cursă pentru a corecta erorile induse de temperatură. PoziŃiile capurilor la un anumit cilindru sunt date de un număr predeterminat de paşi de la motorul pas cu pas, fără loc de nunŃe.

Figura 10 ne arată structura unui motor pas cu pas obişnuit, în care este folosită o bandă metalica despicată pentru a transmite mişcarea de la axul motorului la actuatorul capului.


Figura 10. Un actuator cu motor pas cu pas

Voice Coil Actuators.

Elementele de acŃionare voice coil sunt folosite în virtual toate hard-disk-urile din ziua de azi. Spre deosebire de motorul pas cu pas actuatoarele folosesc un semnal de reacŃie de la disc pentru a determina exact poziŃiile capului şi să îl regleze, dacă este necesar. Această aranjare furnizează o performanŃa mai mare, acurateŃe şi siguranŃă faŃă de implementările tradiŃionale cu motor pas cu pas.

Un element voice coil funcŃionează cu forŃă pur electromagnetică. Alcătuirea este asemănătoare cu cea a unui difuzor, de unde şi termenul „voice coil”. Un difuzor audio foloseşte un magnet staŃionar înconjurat cu o bobină, care este conectat la tubul de hârtie/pânză al difuzorului. Alimentarea bobinei face să se mişte magnetul staŃionar, care produce sunet din con. În sistemul de bobine ale unui hard-disk, bobina electromagnetică este legata de extremitatea braŃului capurilor şi este în apropierea un magnet staŃionar. Nu are loc nici un contact fizic între bobină şi magnet, în schimb, bobina se mişcă prin forŃă pur magnetică. Când bobinele electromagnetice sunt alimentate, ele atrag sau resping magnetul staŃionar şi mişcă braŃul cu capurile de citire/scriere. Sistemele sunt extrem de rapide, eficiente şi de obicei mult mai silenŃioase decât sisteme cu motoarele pas cu pas.

Spre deosebire de un motorul pas cu pas, un element de acŃionare voice coil nu are click-stopuri sau o poziŃii de detenŃie; mai degrabă, un sistem de îndrumare special opreşte braŃul capurilor deasupra cilindrului dorit. Deoarece el nu are detenŃe, elementul de acŃionare voice coil poate să alunece înainte şi înapoi fără piedici, la oricare poziŃie doritp. Elementele de acŃionare voice coil folosesc un mecanism de îndrumare numit servomecanism pentru a indica elementului de acŃionare unde sunt capurile faŃă de cilindri şi pentru a aşeza/poziŃiona capurile exact în poziŃia dorită. Acest sistem de poziŃionare adesea este numit mecanism de reacŃie în buclă închisă. El funcŃionează prin trimiterea semnalelor de poziŃie (sau servo) pentru o poziŃionare electronică care va întoarce un semnal de reacŃie care este folosit pentru poziŃionare a capurilor cu exactitate. Sistemul este asemenea numit servo-controlat, cu alte cuvinte se referă la servo informaŃia necesară controlului preciziei poziŃionării.

Un element de acŃionare cu servo control nu este afectat de schimbările de temperatură fată de motorul pas cu pas. Când temperatura face ca platanele să se dilate sau contacte sistemul de bobine compensează automat deoarece nu poziŃionează niciodată capul într-o poziŃie predeterminată


a cursei. Datorita reacŃiei continue a sevo informaŃiei capurile se aşează întotdeauna în poziŃia curentă a pistei. De exemplu odată cu încălzirea hard-disk-ului şi platanele se dilată şi servo- informaŃia permit capurilor să „urmeze” pista. Drept rezultat elementul de acŃionare servo se numeşte şi sistem de urmărire a pistelor.

Principalele 2 categorii de mecanisme de poziŃionare cu servo sunt:

• liniare

• circulare Cele 2 modele diferă doar prin aranjarea magneŃilor şi a bobinelor.

Elemente de acŃionare liniare

Un element de acŃionare liniar mişcă capurile înainte şi înapoi deasupra platanelor într-o linie dreapta (vezi figura 11). Bobina se mişcă înainte şi înapoi, de-a lungul traiectoriei înconjurată de magneŃi staŃionari. Avantajul principal al modelului liniar este că elimină variaŃiile azimutului care apar cu sistemele de poziŃionare circulare. (azimutul se refera la măsurarea unghiului capului relativ la tangenta cilindrului dat). Un element de acŃionare liniar nu roteşte capul în timp ce se mişca de la un cilindru la altul, eliminând această problemă.

Deşi un element de acŃionare liniar pare să fie un model bun are un defect fatal: dispozitivele sunt mult prea grele. Odată cu creştea performantei a apărut şi dorinŃa de a uşura mecanismul de acŃionare. Cu cât mai uşor este mecanismul cu atât mai repede poate accelera/mări viteza sau reduce viteza/frâna de la un cilindru la altul. Deoarece sunt mult mai grei decât elementele de acŃionare circulara, elementele de acŃionare liniare au avut succes o perioadă scurtă de timp; ei sunt practic inexistenŃi pe piaŃa hard-disk-urilor de azi.

Elementele de acŃionare circulare folosesc şi ele magneŃi staŃionari şi bobine mobile, dar bobinele sunt prinse de extremitatea braŃului elementului de acŃionare. O data cu mişcarea bobinei relativ la magnetul staŃionar, acesta acŃionează braŃul capului înainte şi înapoi deasupra suprafeŃei discului. Principalul avantaj a acestui mecanism este faptul ca este uşor, ceea ce înseamnă că acceleraŃia şi frânarea capurilor va creste rapid, rezultând viteze de căutare (seek time) medii foarte mici. Datorita efectului sistemului de pârghii asupra braŃului, capul se mişca mai rapid decât


elementul de acŃionare, care ajuta la creşterea timpului de acces (vezi figura 9 care arăta un element de acŃionare de acest tip).

Dezavantajul unui sistem circular este că odată cu mişcarea capurilor de la cilindrii dinspre exterior spre interior aceste se rotesc uşor respectând tangenta cilindrilor. Acesta rotaŃie reiese din eroarea de azimut şi este un motiv pentru care dimensiunea platanelor în care cilindrii sunt găsiŃi este oarecum limitată. Prin limitarea mişcării elementului de acŃionare, eroarea de azimut este adusă în limitele specificate. Aproape toate hard-disk din ziua de azi folosesc sisteme cu elemente de acŃionare circulare.

3.3.4. Filtre de aer

Aproape toate hard-disk-urile au două filtre de aer. Unul este numit filtru de reciclare/recirculare şi celălalt este ori filtru barometric sau filtru de respirare. Aceste filtre sunt permanent sigilate înăuntru şi sunt proiectate pentru a nu fi schimbate de-a lungul vieŃii hard-disk-ului, spre deosebire de hard-disk-urile mai vechi care aveau filtre care se puteau schimba.

Un hard-disk pe sisteme PC nu schimbă aer din interiorul spre exteriorul HDA şi viceversa/invers. Filtrul de recirculare instalat/pus în interiorul HDA este proiectat să filtreze doar particulele mici care se desprind de pe platane în timpul ridicării şi aterizării (şi posibil orice altă particula mica din interiorul hard-disk-ului). Deoarece hard-disk-urile PC-urilor sunt sigilate şi au schimb de aer cu exteriorul ele pot lucra în medii foarte murdare (vezi figura 12).

Figura 12. CirculaŃia aerului intr-un HDD

HDA este sigilat dar nu este etanş. HDA este ventilat printr-un filtru barometric sau filtru de respirare care permite egalizarea presiunilor (breathing/respiraŃie) între interiorul şi exteriorul hard-disk-ului. Din acest motiv majoritatea hard-disk-urilor sunt cotate de producătorii lor pentru a lucra la clasa de altitudine de obicei de la 1000 de picioare (304m) sub nivelul mării până la 10000 de picioare (3048m) deasupra nivelului mării. De fapt unele hard-disk-uri sunt cotate să nu depăşească înălŃimea de 7000 picioare (2133m) deoarece presiunea aerului ar fi prea joasă şi capurile nu ar pluti corespunzător. O data cu schimbarea mediului înconjurător presiunea aerului se schimba, aerul se scurge înăuntru sau înafara hard-disk-ului astfel presiunea rămâne aceeaşi. Deşi aerul se scurge prin aceasta ieşire, contaminarea de obicei nu este o preocupare a filtrului barometric care este proiectat ca sa filtreze particule mai mari de 0.3 microni (aproape 12µ inch) pentru a corespunde normelor de


puritate a aerului. Putem vedea găurile de ventilaŃie care sunt acoperite intern de către filtrul de respiraŃie. Unele hard-disk-uri folosesc filtre mai fine pentru a nu lăsa să între particule mai fine.

Divizia IBM Adstar care a produs toate hard-disk-urile IBM înaintea creării Hitachi Global Storage Technologies, a dezvoltat o serie de hard-disk-uri rezistente de 3½" care sunt sigilate ermetic (etanşe), deşi există aer în HDA. Deoarece pot lucra cu presiunea lor interna , acestea pot funcŃiona la orice altitudine şi poate suporta şocuri de temperatură extreme. Aceste hard-disk-uri au fost proiectate pentru uz militar şi aplicaŃii industriale ca sistemele de pe avioane şi cele folosite în medii nefavorabile. Desigur sunt mai scumpe decât hard-disk-urile obişnuite care funcŃionează la presiunea ambientală. AlŃi producători ca EDO MBM Rugged Systems Ltd, au introdus şi ei hard-disk-uri sigilate ermetic.

3.3.5. Aclimatizarea hard-disk-urilor la temperatura

Deoarece majoritatea hard-disk-urilor au filtre pentru a circula aerului în interiorul sau în exteriorul HDA , umezeala poate intra în el şi după un timp trebuie să presupunem că umiditatea din interior este asemănătoare cu cea din exterior. Umiditatea poate deveni o problema serioasa dacă i se permite să condenseze în special dacă porniŃi hard-disk-ul în timp ce există condens. Majoritatea producătorilor de hard-disk-uri au diferite proceduri pentru aclimatizarea unui hard-disk la un nou mediu cu temperatură diferită şi game de umiditate şi în special pentru aducerea într-un mediu mai cald decât cel din care provine, astfel putându-se forma condens. Această situaŃie ar trebui să aibă o semnificaŃie speciala pentru utilizatorii de laptop şi sisteme mobile. Dacă lăsăm un sistem portabil iarna în portbagajul maşinii de exemplu ar fi catastrofic dacă ai aduce sistemul înăuntru şi l-am porni fără a-l lăsa să se aclimatizeze la temperatura din interior.

Daca aŃi primit sau aŃi scos un hard-disk dintr-un mediu cu temperatura de sau sub 50°F (10°C) nu deschideŃi recipientul până când nu au fost îndeplinite condiŃiile de aclimatizare, în caz contrar condensul poate avea loc şi va rezulta o posibila defecŃiune a dispozitivului.

4. UnităŃile floppy trecut şi prezent

Alan Shutgart este considerat inventatorul unităŃii floppy în 1967 în timp ce lucra pentru IBM. David Noble este cel care i-a propus mediul flexibil (atunci de 8") şi carcasa protectoare cu o căptuşeală din stofă. Shutgart a părăsit IBM în 1969 iar în 1976 compania sa Shugart Associates a introdus mini-floppy-ul (5¼"). Desigur a devenit un standard folosit de PC înlocuind repede unităŃile de 8". El a ajutat la crearea Shugart Associates System Interface (SASI) care mai târziu a fost redenumită Small Computer System Interface (SCSI) când a fost aprobat de ANSI.

Sony a introdus prima unitate micro-floppy împreună cu disc-urile de 3½" în 1981. Prima companie importantă care a introdus floppy-ul pentru uz general a fost Hewlett-Packard prin sistemele lor HP-150 în 1984. Adoptarea unităŃilor de 3½" în PC a fost întărită când IBM a început să folosească unitatea în 1986 în unele sisteme şi în final în 1987 a trecut la folosirea la întreaga linie de producŃie.


Remarcam ca toate unităŃile floppy pentru PC (şi majoritatea care sunt compatibile) au la baza modelul original a lui Shugart, inclusiv schema electrică şi interfaŃa de comenzi. Comparativ cu alte componente al PC unitatea floppy a trecut prin puŃine schimbări de-a lungul anilor.

În continuare vom discuta standardul unităŃii şi discului floppy de 3 ½" cu capacitarea de 1.44MB, cum funcŃionează şi cum se instalează şi se întreŃine. Modelele mai vechi de unităŃi floppy de 3½" 720KB, 3½" 2.88MB, 5¼" 1.2MB şi 5¼" nu mai sunt folosite.

4.1. Alternative la unităŃile floppy

În 2002 multe companii au început sa vândă sisteme fără unităŃi floppy. Acest lucru a început cu laptop-urile , unde unităŃile floppy interne au fost inlocuite cu unităŃi externe (conectate prin USB). Majoritatea laptop-urilor nu mai conŃin unitatea floppy în sistem, oferind modele externe ca o opŃiune. Începând cu anul 2003 mulŃi producători de sisteme desktop nu mai includ în configuraŃiile standard unităŃile floppy. O unitate floppy poate fi utilizată ca partiŃie de start/boot dacă BIOS-ul o permite ceea ce este cazul pentru multe sisteme noi.

Câteva alternative la unităŃile floppy sunt disponibile deşi atât unitatea ZIP cat şi LS-120/LS-240 (SuperDisk) au eşuat să intre pe piaŃă ca înlocuitorii unităŃilor floppy. Standardul Mt. Rainier (EasyWrite) care a fost introdus în 2002 permite unităŃilor CD-RW şi DVD±RW să fie înlocuitorii unităŃii floppy. Înainte de Mt. Rainier CD/DVD aveau un management prost şi nu aveau suport nativ pentru OS.

Multe persoane folosesc memorii flash de obicei numite humb drives sau keychain drives, pentru a transporta cantităŃi mici de date (pana la 4GB sau mai mult) între sisteme. În orice caz unităŃile floppy rămân utile la recuperarea datelor sau teste pe calculator, pentru recuperarea datelor la care sunt necesare medii mai vechi.

4.2. Unitatea Floppy de 3 ½", 1.44MB

UnităŃile de mare densitate (HD) de 3½", 1.44MB au apărut pentru prima oara la seria PS/2 de la IBM introdusa în 1987. Majoritatea vânzătorilor au început să ofere aceste unităŃi ca opŃiuni în sistemele lor imediat după. Pentru majoritatea sistemelor ce includ unităŃi floppy, modelul de 1.44 MB este pe departe cel mai popular.

Unitatea înregistrează pe 80 de cilindrii alcătuiŃi din 2 piste fiecare cu 18 sectoare pe pistă rezultând o capacitate formatată de 1.44MB. Unii producători de discuri etichetează discurile ca fiind de 2.0MB, dar diferenŃa între capacitatea neformatată şi cea formatată este rezultatul formatării. ObservaŃi ca spaŃiul formatat de 1440KB nu ia în considerare zonele pe care sistemul de fişiere FAT le rezerva pentru zona de organizare a fişierelor, spaŃiul real fiind de 1423.5KB.

Unitate se învârte la o viteza de 300 rpm şi de fapt aceasta este viteza necesară pentru a funcŃiona cu controllerele de densităŃi mici şi mari. Pentru a folosi rata de transfer a datelor de 500KHz (rata maxima pentru controllerele de floppy de densităŃi mici şi mari), aceste unităŃi trebuie sa se rotească la viteza de 300rpm. Daca unitate s-ar învârti la 360rpm (viteza unităŃilor de 5¼) ele ar trebui să reducă numărul de sectoare pe pistă la 15, în caz contrar controller-ul nu ar mai face faŃă. Pe scurt unităŃile 3½ 1.44MB stochează de 1.2 ori mai multe date decât unităŃile 5¼ 1.2MB şi


unităŃile de 1.2MB este învârt de 1.2 ori mai rapid decât cele 1.44MB. Ratele de date folosite de ambele unităŃi HD sunt aceleaşi şi sunt compatibile cu aceleaşi controller-e. Deoarece unităŃile FD 3½ pot funcŃiona la o rată de 500HZ , un controller care poate suporta o unitate de 5¼", 1.2MB poate suporta şi unităŃi de 1.44MB.

Alte tipuri de unităŃi floppy care au fost folosite în trecut: o 2.88MB 3½". A fost folosită la unele modele IBM PS/2 şi ThinkPad la începutul

anilor 1990 o 720KB 3½". Acesta dimensiune a fost utilizată de IBM şi alŃii începând din 1986

înainte de introducerea unităŃii 1.44MB 3½" o 1.2MB 5¼". A fost introdusa de către IBM pentru IBM AT în 1984 şi a fost extrem

de folosită în restul anilor ‘80 o 360KB 5¼". O versiune îmbunătăŃită a unităŃii floppy originale utilizata de IBM PC,

a fost folosită de-a lungul anilor ‘80 în maşinile din clasa XT şi câteva din clasa AT.

4.3. InterfeŃele unităŃilor floppy

UnităŃile floppy sunt interfaŃate cu PC în mai multe moduri. Multe floppy-uri încă includ controller-ul clasic de interfaŃare (chiar dacă unitatea nu este instalată în sistem) dar unele folosesc acum interfaŃa USB. Deoarece controller–ul de floppy clasic funcŃionează doar intern toate unităŃile externe sunt interfaŃate pe USB sau o interfaŃă alternativă. UnităŃile de USB au de obicei unităŃi pentru floppy intr-o cutie exterioara cu un controller de schimbare de interfaŃă USB-to-floppy. Noile sisteme nu includ un controller de floppy clasic şi de obicei folosesc USB ca interfaŃă floppy. În trecut unele unităŃi au fost disponibile pentru FireWire (IEEE 1394) sau chiar pentru interfeŃe paralele.

4.4. Componentele unităŃii FDD

Toate unităŃile floppy indiferent de model au aceleaşi componente de baza. Pentru a instala şi întreŃine o unitate trebuie mai întâi să identificăm aceste componente şi să înŃelegem funcŃ.iile lor (vezi figura 13)


Figura 13. Componentele unei unităŃi floppy 3½".

02-Medii_de_stocare_magnetice

Documents

Transcript of 02-Medii_de_stocare_magnetice