Hard-disk-ul

GENERALITĂŢI

Aproape orice calculator personal şi server din ziua de azi conţine unul

sau mai multe dispozitive hard-disk. Fiecare supercalculator este conectat la

chiar sute de hard-diskuri. Mai nou se găsesc chiar şi Video Recordere sau

camere video care folosesc hard-diskul ca mediu de stocare în locul benzii

magnetice. Miliardele de hard-diskuri fac un singur lucru, însă foarte bine. Ele

depozitează informaţia digitală într-o formă relativ permanentă, astfel

calculatorul are capabilitatea de a deţine în memorie informaţia chiar şi

nealimentat la o sursă de curent.

Hardiscul ("hard disk" - disc dur - HD) este componenta pe care sînt

stocate datele cu care lucreaza calculatorul, incepind cu sistemul de operare şi

terminind cu fisierele instalate de programe sau create de noi. El reprezintă

deci memoria durabila ("nevolatila") a calculatorului, pentru că datele sînt

pastrate şi după intreruperea alimentarii cu curent electric.

Un HD este caracterizat de capacitatea de stocare de date masurata în

Giga Bytes (GB) şi de viteza de rotatie a platanelor (5.400, 7.200 sau 10.000

de rotatii pe minut). Cu cît platanele se rotesc mai repede cu atît citirea şi

scrierea datelor este mai rapidă, deci şi calculatorul este mai rapid.

Capacitatea unui HD prezentata de companiile producatoare (cea pe care o

vedem în ofertele de vinzare) este diferita de capacitatea raportata de sistemul

de operare, pentru că toti producatorii considera că 1 MB = 1.000.000 bytes,

cînd de fapt echivalenta corecta este 1 MB = 1.048.576 bytes. Sistemul de

operare raporteaza deci în mod corect o capacitate ceva mai mică a HD,

indiferent de numele producatorului acestuia.

Hardiscul se conecteaza la restul sistemului cu ajutorul unui cablu

care se fixeaza cu un capat într-o priza (conector) de pe HD şi cu celalalt

capat într-o priza (conector) de pe placa de bază. Pentru majoritatea

hardiscurilor aflate în sistemele actuale transferul de date între HD şi sistem se

realizeaza în conformitate cu un standard numit "Parallel ATA" (Advanced

Technology Attachment), scris de obicei PATA sau doar ATA. Există mai

multe versiuni ale acestui standard create de-a lungul timpului, numite ATA-

33, ATA-66, ATA-100 şi ATA-133, fiecare versiune reprezentind o

îmbunătăţire (uneori considerabila) a versiunii precedente. Acest standard va

fi abandonat treptat de catre producatori dar inca se mai gasesc pe piata

hardiscuri conforme cu standardele Ultra-ATA 100 sau Ultra-ATA 133.

Hardiscurile cele mai moderne folosesc standardul "Serial ATA"

(scris prescurtat SATA) în locul standardului ATA (PATA). Standardul

SATA este compatibil cu standardul PATA, lucru care permite folosirea în

acelaşi calculator atît a hardiscurilor SATA cît şi a celor PATA. Actualmente

standardul se afla la versiunea a 2-a, fiind deci scris SATA II. Pentru a putea

folosi un hardisc SATA trebuie să avem o PB care să detina un controler

SATA integrat în cipsetul (SouthBridge) plăcii de bază sau aflat pe un cip

separat. Practic toate placile de baza moderne au un astfel de controler.

Standardul SATA aduce unele îmbunătăţiri faţă de standardul ATA,

dintre care merita mentionate posibilitatea unei cresteri importante a ratei de

transfer a datelor între HD şi sistem, ca şi o pastrare mai bună a integritatii

datelor pe timpul transferului lor. Din punctul de vedere al instalarii HD apare

posibilitatea de "instalare la cald" ("hot plugging"), ceea ce inseamna că un

HD poate fi instalat şi apoi utilizat fără a opri sistemul, lucru extrem de

convenabil atunci cînd lucram cu HD externe, folosite de exemplu pentru a

transfera cantitati mari de date între două calculatoare. Un alt avantaj adus de

SATA este conectarea HD la PB prin intermediul unui cablu cilindric de

diametru redus şi cu o lungime de pînă la 1 m, cablu care permite o mai bună

circulatie a aerului în carcasa comparativ cu cablul de tip panglica folosit

anterior. În sfirsit, odata cu aparitia standardului SATA a disparut necesitatea

configurarii hardiscurilor ca "stapin" (master) sau "sclav" (slave), pentru că în

conformitate cu noul standard fiecare HD este configurat automat exclusiv ca

"stapin", ceea ce îi permite să funcţioneze la parametrii maximi.

Hard-discurile folosite în servere folosesc de obicei standardul SCSI

("Small Computer System Inteface"), care permite atasarea la sistem a opt

dispozitive (hardiscuri, unitati optice de stocare, scanere, etc.), spre deosebire

de standardul ATA care permite atasarea a doar patru dispozitive (hardiscuri

şi unitati optice de stocare). Standardul SCSI permite o rata de transfer de date

considerabil mai mare decît cea oferita de standardul "Parallel ATA" (cu care

de altfel nu este compatibil) şi de aceea HD care folosesc acest standard sînt

utilizate în servere chiar dacă preţul lor este mult mai ridicat comparativ cu al

HD obişnuite. Standardul SAS ("Serial Attached SCSI") va inlocui standardul

SCSI şi va avea printre alte avantaje şi pe acela că va fi compatibil cu

standardul SATA.

Componentele de bază ale unităţilor de hard disc

Pa piaţă se găsesc diferite tipuri de hard disc, dar aproape toate

unităţile conţin aceleaşi componente fizice de bază. S-ar putea să existe

unele diferenţe în ceea ce priveşte realizarea efectivă a acestor componente

(ca şi în privinţa calităţii materialelor folosite pentru a le fabrica), dar

caracteristicile funcţionale ale majorităţii unităţilor sunt similare. Iată care

sunt componentele unei unităţi de hard disc reprezentative (vezi fig. 14.3):

-Pachetul de discuri.

-Capetele de scriere/citire.

-Mecanismul de antrenare a capetelor.

-Motorul pentru antrenarea pachetului de discuri.

-Placa logică.

-Cabluri şi conectoare.

-Elemente folosite pentru configurare (cum sunt jumperele şi

comutatoarele)

-Masca frontală (opţională).

Pachetul de discuri, motorul pentru antrenarea pachetului de discuri,

capetele şi mseanismul de antrenare a capetelor sunt de obicei introduse într-

o incintă închisă etanş Head Disk Assembli (HDA). Incinta HDA,

considerată de obicei ca fiind o singură eomponentă, este rareori deschisă.

Alte piese aflate în afara HDA, cum ar fi masca frontală, plăcile logice şi alte

componente hard folosite pentru asamblare sau configurare, pot fi

dezasambate şi scoase din unitate.Incintă închisă etanş

Cap de citire/scriere Suport amortizor

Pachetul de discuriUn hard disc reprezentativ are unul sau mai multe

discuri (caz în care ele sunt montate într-un pachet de

discuri). Hard discurile pentru calculatoarele personale au

apărut pe piaţă de-a lungul anilor, având diferiţi factori de

formă. în mod normal, dimensiunea fizică acestei unităţi

este exprimată ca fiind dimensiunea discurilor. Iată care sunt

cele mai obişnuite dimensiuni de discuri, folosite astăzi în

unităţile de hard disc din calculatoarele personale.

- 5,25 inci (de fapt, 130 mm sau 5,12 inci);

- 3,5 inci (de fapt, 95 mm sau 3,74 inci);

-

2,

5

in

ci

;

-

Pachetul de discuriBraţul pentru mişcarea capetelor

Mecanismul de antrenare a capetelor

Masca frontală

Placa logică a unităţii

Logica pentru selecţia capetelor

Carcasa

1,

8

in

ci

;

-

1,

3

in

ci

;

Pe piaţă există şi unităţi mai mari, care au discuri de 8

inci, 14 inci sau chiar mai mari, acestea nu au fost în mod

curent asociate cu calculatoarele personale. De obicei, unita

de 3,5 inci sunt cele mai folosite pentru sistemele desktop

(„care se aşează pe masa de lucru") şi unele sisteme

portabile, pe când unităţile de 2,5 inci, sau mai mici, sunt

foarte răspândite în sistemele portabile. Unităţile de 1,3 inci

au intrat foarte recent pe piaţă fi sunt o adevărată minune.

Aceste unităţi, care sunt de mărimea unui ceas de mână ceva

mai mare, pot înmagazina la ora actuală 400 Mocteţi şi

chiar mai mult.

Unităţile de 1,3 inci au ajuns la o capacitate de 1

Goctet şi sunt în creştere. Din cauza dimensiunilor lor mici

aceste unităţi sunt foarte robuste; pot suporta, in timpul

funcţionării, şocuri echivalente cu cele provocate de

acceleraţii de 100 de ori mai mari decât acceleraţia

gravitaţională, şi chiar de două sute de ori mai mari atunci

când nu sunt sub tensiune.

Cele mai multe unităţi de hard disc au două sau mai

multe discuri, deşi unele dintre unităţile mai mici (şi mai

vechi) au numai câte unul. Numărul de discuri pe care îl

poate avea o unitate este limitat de înălţimea unităţii. Până

acum, în toate unităţile de 5,25 inci, de înălţime standard,

am văzut maximum 11 discuri; unele unităţi de 3,5 inci pot

avea nu mai puţin de 10 discuri.

Discurile erau fabricate în mod tradiţional dintr-un

aliaj de aluminiu, acesta fiind dur şi uşor. Dorinţa

producătorilor de a obţine densităţi de înregistrare tot mai

mari şi unităţi din ce în ce mai mici a dus la utilizarea

discurilor fabricate din sticlă (de fapt, tehnic vorbind, dintr-

un amestec format din sticlă şi ceramică). Unul dintre

aceste materiale este cel numit MemCor şi este produs de

firma de produse din sticlă „Dow-Corning". MemCor este

compus din sticla şi are inserţii de ceramică, care este mai

puţin casantă decât sticla pură.

Discurile din sticlă sunt mai rezistente (rigide) decât

cele din aluminiu, de aceea ele se pot fabrica la grosimi de

două ori mai mici decât cele ale discurilor din aluminiu.

Discurile din sticlă sunt mult mai stabile din punct de

vedere termic, decât cele din aluminiu, adică nu îşi schimbă

prea mult dimensiunile (nu se dilata sau nu se contractă) la

orice schimbare a temperaturii. Câteva dintre hard discurile

produse de firme cum ar fi Seagate, Toshiba, Areal

Technology, Maxtor, Hewlett Packard, folosesc la ora

actuală discuri din sticlă sau din ceramică şi sticlă. Cei mai

mulţi dintre producători vor înlocui, în anii care urmează,

suportul standard din aluminiu cu discuri din sticlă, mai ales

în unităţile foarte performante, cum sunt ceie de 2,5 şi 3,5

inci.

Indiferent de materialul din care sunt fabricate,

discurile sunt toate acoperite cu un strat subţire dintr-o

substanţă cu proprietăţi magnetice, numită suport, sau

suport magnetic, în care se păstrează informaţiile magnetice.

Cele mai răspândite tipuri de suport magnetic sunt: suport

magnetic pe bază de oxizi, şi suport de tip film subţire.

Capetele de scriere/citireUnitatea de hard disc are de obicei câte un cap pentru

fiecare faţă a fiecărui disc; aceste capete sunt prinse toate

împreună pe acelaşi mecanism de mişcare. Din acest motiv,

ele nu se pot mişca decât împreună, către pachetul de

discuri. Din punct de vedere mecanic, capetele de

scriere/citire sunt simple. Fiecare cap este montat pe un braţ

acţionat de un arc, astfel încât capul să fie împins spre

suprafaţa discului. Puţini îşi dau seama că de fapt fiecare

disc este „strâns" de cele două capete aflate unul deasupra,

iar celălalt dedesubtul lui. Dacă aţi putea deschide o unitate

de disc în condiţii de siguranţă şi aţi ridica puţin cu degetul

capul de deasupra, după ce i-aţi da drumul, acesta ar reveni

spre disc lovindu-l. Dacă aţi putea trage în jos unul dintre

capetele care stau sub un disc, după ce l-aţi elibera,

tensiunea arcuiui l-ar împinge înapoi în sus.

În figura următoare se arată un ansamblu reprezentativ de

antrenare a capetelor dintr-o unitate de hard disc cu

mecanism de antrenare cu magnet permanent şi bobină.

Magnetul

.

Fig. 14.4Capetele de scriere/citire şi mecanismul rotativ de antrenare a capetelor, cu magnet permanent şi bobină

Axul mecanismului de antrenare

Capete de citire/scriereBobina

Carcasa magnetului

Atâta timp cât pachetul de discuri nu se mişcă, capetele ating feţele

discurilor, fiind împinse de tensiunea arcurilor; atunci când pachetul se

roteşte cu viteza maximă, presiunea aerului creşte sub capete şi le face să se

ridice. Distanţa dintre un cap şi suprafaţa discului poate fi între 0,05 şi 0,5

microni sau mai mare.

La începutul anilor '60 capetele funcţionau având înălţimi de plutire

de 5 până la 7,6 microni; în unităţiile actuale înălţime a scăzut între 0,076 şi

0,13 microni. Pentru a face faţă în viitor, unor densităţi şi mai mari,

înălţimea de plutire a capetelor va trebui să scadă la 0,013 microni, sau

chiar mai mult.

În general, cu cât o unitate este mai veche şi capacitatea ei mai mică,

cu atât înălţimea de plutire a capetelor este mai mare. Dimensiunea foarte

mică a acestei distanţe impune ca incinta HDA să nu fie deschisă decât într-

un mediu foarte curat: orice particulă de praf sau murdărie care ar intra aici

ar face capetele să citească eronat sau chiar să lovească discurile în timp ce

acestea se rotesc cu viteza maximă, ceea ce ar putea duce la zgârierea

discurilor sau a capetelor.

Cea mai bună metodă de a înţelege cum un hard-disk funcţionează este

de a privi în interiorul acestuia. Atenţie! Deschiderea unui hard-disk duce la

distrugerea definitivă a acestuia!

Aceasta este imaginiea unui hard-disk obişnuit.

Hard-disk-ul este alcătuit dintr-o cutie paralelipipedică de aluminiu, pe o

parte având “controlorii” electronici. Aceştia controlează mecanismul de

citire/scriere şi motorul care învârte platanul. Partea electronică asamblează

domeniile magnetice în biţi (citire) şi transformă biţii în domenii magnetice

(scriere). Partea electronică se găseşte pe o mică placă ce se poate desprinde de

pe unitate.

Sub placa de circuite electronice se găsesc legăturile pentru motorul ce

învârte platanul, precum şi o gaură foarte bine filtrată ce lasă presiunea aerului

interior şi exterior să se echilibreze.

Alungând capacul hard-disk-ului se va observa un interior alcătuit din

nişte componente pe cât de simple pe atât de precise:

În această figură se pot vedea:

Platanele, care de obicei se învârt la 3600 sau 7200 rpm,

când discul este pornit. Aceste platane sunt fabricate cu toleranţe

uimitoare şi au suprafaţa atât de bine finisată încât oglindesc mediul

exterior.

Braţul care susţine capul de citire/scriere şi care este

controlat de mecanismul din colţul stânga, sus şi este capabil să se mişte

de la centrul discului până în capătul acestuia. Braţul şi mecanismul de

mişcare sunt extrem de uşoare şi rapide. Braţul unui hard-disk obişnuit

se poate deplasa de la centru spre exterior şi înapoi de aproximativ 50 de

ori pe secundă!

Interiorul: Platanele şi capetele de citire

Pentru a mări capacitatea discurilor, adesea hard-disk-urile conţin mai

multe platane. (2-4). Acest disc are tei platane şi şase capete de citire/scriere:

Mecanismul care mişcă braţul hard-disk-ului trebuie să fie incredibil de

rapid şi precis. Poate fi construit folosind un motor linear de viteză mare.

Stocarea datelor

Datele sunt stocate pe suprafaţa platanului în sectoare şi în piste. Pistele

sunt cercuri concentrice, iar sectoarele sunt arcuri de cerc (subdiviziuni ale

pistelor):

În această figură, pista este

colorată cu galben, iar sectorul cu

albastru. Un sector conţine un număr

fix de bytes, de exemplu 256 sau 512.

Procesul de formatare de

nivel jos presupune trasarea pistelor

şi sectoarelor, stabilirea punctului de

start şi punctului final al platanelor.

Acest proces pregăteşte platanul

pentru stocarea blocurilor de biţi.

Formatarea de nivel înalt scrie apoi structura sistemului de fişiere

(FAT – File Allocation Table), care poate diferi de la un sistem de operare la

altul. Ex: FAT, FAT32, NTFS, REISERFS, XFS, etc.

După aceste procese, discul este pregătit pentru utilizare.