Dysk Twardy HDD

Wiadomości ogólne

Pierwsze pamięci masowe zaczęto stosować od połowy dziewiętnastego wieku ? używano wtedy kart perforowanych które wprowadzały dane do mechanicznych maszyn liczących. Pierwsze elektroniczne komputery korzystały z pamięci zbudowanej z lamp elektronowych, potem zaczęły pojawiać się
różnorodne pamięci magnetyczne ? bębnowe, bąbelkowe, taśmowe.

Pierwszy model dysku twardego wyprodukowano w 1957 roku. Producentem byÅ‚ IBM, urzÄ…dzenie nazwano RAMAC 350 ? byÅ‚ on zÅ‚ożony z pięćdziesiÄ™ciu 24-calowych dysków, caÅ‚kowita pojemność 5 MB, koszt jego rocznej dzierżawy wynosiÅ‚ 35 tys. dolarów; czyli ? 7 tys. dolarów za megabajt… W czasach maszyn mainframe ?budowano? dyski z zamkniÄ™tymi w klimatyzowanych pomieszczeniach zestawami talerzy o Å›rednicach 14 czy 8 cali, wartymi dziesiÄ…tki tysiÄ™cy dolarów. Gdy ukazaÅ‚ siÄ™ pierwszy IBM PC w roku 1981 w dziedzinie pamiÄ™ci masowych niewiele siÄ™ zmieniaÅ‚o ? system operacyjny pierwszych ?pecetów? byÅ‚ odczytywany z magnetofonu kasetowego, choć oczywiÅ›cie istniaÅ‚a także możliwość korzystania ze stacji dyskietek. W roku 1983 pojawiÅ‚ siÄ™ w sprzedaży PC/XT firmy IBM, komputer ten mógÅ‚ korzystać już z twardego dysku o pojemnoÅ›ci 5 lub 10 MB. Rok później Western Digital skonstruowaÅ‚ interfejs ST506, zaÅ› w 1986 razem z firmÄ… Compaq opracowano interfejs IDE (Integrated Drive Electronics). Po paru miesiÄ…cach od tej daty w komputerach zaczÄ™to
instalować dyski 3,5″ (o wysokoÅ›ci 1″, czyli ?low profile?).

Od początku rozwoju komputerów PC najwięcej uwagi przykuwał postęp w technologii półprzewodnikowej. Postęp w innych, bezpośrednio z nią związanych dziedzinach technologii był zawsze mniej nagłaśniany ? w ciągu tego samego czasu, gdy dokonywano 100-krotnego przyspieszania zegara procesora, pojemność typowego dysku wzrosła 1000-krotnie. Dysk dopóki działa i do czasu gdy mieszczą się na nim nasze dane, rzadko bywa przedmiotem szczególnego zainteresowania. Najczęściej w momencie zakupu porównujemy pojemność naszej kieszeni (zasoby gotówki) z pojemnością dysku, później dysk wykonuje już tylko swoją pracę. Tymczasem wydajność i wygoda użytkowania komputera w dużym stopniu zależy od jakości dysku, a jego niezawodność to w
wielu przypadkach sprawa najważniejsza.

Najczęściej użytkownicy komputera traktują dysk jako pudełko zdolne do zapamiętania pewnej ilości danych ? im więcej, tym lepiej. Co niektórzy zwracają uwagę również na jego parametry techniczne ? średni czas dostępu do danych oraz szybkość odczytu i zapisu. Parametry eksploatacyjne każdego urządzenia wynikają z jego konstrukcji, dlatego najdociekliwsi użytkownicy chcą wiedzieć, co jest wewnątrz pudełka i jak to działa.

Dysk twardy jest jednym z podstawowych urzÄ…dzeÅ„ spotykanych w komputerach osobistych. Umożliwia on przechowywanie dużych iloÅ›ci danych oraz szybki dostÄ™p do nich. Pierwowzorami współczesnych dysków twardych byÅ‚y dyski stosowane w dużych komputerach u schyÅ‚ku lat 60. Pierwsze seryjnie produkowane dyski twarde do komputerów IBM PC wyprodukowaÅ‚a firma Seagate. MiaÅ‚y one pojemność 10MB i byÅ‚y bardzo drogie. Czasy w peÅ‚ni funkcjonalnych komputerów, którym do poprawnego dziaÅ‚ania wystarczyÅ‚a odpowiednio przygotowana dyskietka systemowa, odeszÅ‚y już w niepamięć. Posiadanie dużego dysku twardego jest w tej chwili niezbÄ™dnym warunkiem uruchomienia współczesnego oprogramowania. DostÄ™pne obecnie na rynku dyski twarde dzielÄ… siÄ™ na dwie grupy: droższe, niemal ekskluzywne modele SCSI oraz taÅ„sze napÄ™dy EIDE, przeznaczone dla masowego, z zaÅ‚ożenia mniej wymagajÄ…cego odbiorcy. UrzÄ…dzenia EIDE, w tym wykorzystywane w nich technologie, ewoluowaÅ‚y. W konsekwencji różnice pomiÄ™dzy oboma kategoriami produktów zdajÄ… siÄ™ powoli zacierać. OczywiÅ›cie, technologia SCSI jest nadal jedynym bezpiecznym rozwiÄ…zaniem w profesjonalnych, wymagajÄ…cych zadaniach (serwery, zaawansowane stacje robocze, montaż cyfrowego obrazu i dźwiÄ™ku), ale i tu zaczynajÄ… powoli wkraczać rozwiÄ…zania “z dolnych półek”.

Budowa i parametry dysku twardego

Dysk twardy to metalowe pudełko o szerokości 3,5 lub 5,25 cala. Od spodu najczęściej widoczna jest płytka z elektroniką, a z boku złącza do podłączenia zasilania i kabla łączącego dysk z kontrolerem,
czyli specjalnym układem sterującym pracą dysku. Mechanizm dysku twardego składa się z
następujących komponentów:
? obudowy
? pozycjonera głowicy
? ramion głowic
? głowic odczytu/zapisu
? wirujących talerzy (dysków)

Talerz to magnetyczna powierzchnia obracająca się ze stałą prędkością umożliwiająca odczyt danych przez głowicę odczytującą-zapisującą. Talerzem może być zatem jedna z 2-8 wirujących z prędkością kilku tysięcy obrotów na minutę części dysku twardego, pokryta materiałem magnetycznym, który może zostać zapisany/odczytany przez, osobną dla każdego talerza, głowicę odczytującą-zapisującą.
Każdemu dyskowi pamięci przyporządkowane są dwie głowice (dla jego dolnej i górnej powierzchni). Głowice utrzymywane są na sprężynujących ramionach, przy czym wszystkie ramiona głowic są ze sobą połączone i poruszają się synchronicznie, napędzane pozycjonerem. W stanie spoczynku głowice znajdują się na ścieżce parkującej dysku. W momencie, gdy dysk zaczyna wirować, poduszka powietrzna wytworzona przy powierzchni, unosi głowice na wysokości około 1 mikrometra.
Zadaniem pozycjonera jest przemieszczenie głowic na wybrany cylinder. Pozycjonery zbudowane zostały w oparciu o silnik liniowy, same parkują głowice po wyłączeniu zasilania, gdyż sprężyna samoczynnie odciąga je do położenia parkowania. Pozycjonery z silnikiem krokowym wymagają zaparkowania głowic za pomocą specjalnego programu
W dyskach twardych stosuje siÄ™ dwa rodzaje gÅ‚owic: gÅ‚owice z kompozytów żelaza oraz gÅ‚owice cienkofoliowe. Pierwsze z nich skÅ‚adajÄ… siÄ™ z rdzenia ferromagnetycznego i cewki elektromagnetycznej. SÄ… one ciężkie i wymagajÄ… wiÄ™kszej wysokoÅ›ci zawieszenia nad powierzchniÄ… wirujÄ…cego dysku. GÅ‚owice cienkofoliowe natomiast to ukÅ‚ady scalone w ksztaÅ‚cie litery U. SÄ… lżejsze od gÅ‚owic ferromagnetycznych, w zwiÄ…zku z czym mogÄ… unosić siÄ™ nad powierzchniÄ… dysku na znacznie mniejszej wysokoÅ›ci. DziÄ™ki czemu niezawodność operacji zapisywania na dysku i odczytywania z niego jest wiÄ™ksza, ponieważ niższe zawieszenie gÅ‚owic umożliwia transmisjÄ™ silniejszego sygnaÅ‚u. UrzÄ…dzenia do pozycjonowania gÅ‚owic nad powierzchniÄ… dysku twardego sÄ… skonstruowane bÄ…dź podobnie jak w stacjach dyskietek z silnikiem krokowym, bÄ…dź z wykorzystaniem swobodnej cewki. W nowoczesnych dyskach twardych jest stosowany praktycznie tylko ten drugi system, ewentualnie nieco zmodyfikowany. Pozycjoner gÅ‚owic ze swobodnÄ… cewkÄ… dziaÅ‚a bardzo podobnie jak zwykÅ‚y gÅ‚oÅ›nik. Cewka jest przymocowana bezpoÅ›rednio do stojaków gÅ‚owic, a jedynym poÅ‚Ä…czeniem miÄ™dzy niÄ… a elektromagnesem sÄ… siÅ‚y pola elektromagnetycznego. Ponieważ ukÅ‚ad pozycjonowania ze swobodnÄ… cewkÄ… może przesuwać gÅ‚owice w sposób caÅ‚kowicie pÅ‚ynny i musi znać poÅ‚ożenie szukanej Å›cieżki. PracÄ… mechanizmu sterujÄ… ukÅ‚ady elektroniki, zawierajÄ…ce: blok zapisu, blok odczytu z detekcjÄ… i korekcjÄ… bÅ‚Ä™dów oraz sterowanie pozycjonera. Współczesne dyski wyposażane sÄ… w bufor danych (o pojemnoÅ›ci 128 KB – 2 MB), zwany też dyskowÄ… pamiÄ™ciÄ… podrÄ™cznÄ… (Cache), umożliwiajÄ…cy zwiÄ™kszenie szybkoÅ›ci transmisji. Aby przyspieszyć transmisjÄ™ w dyskach z pamiÄ™ciÄ… Cache, stosuje siÄ™ nastÄ™pujÄ…cÄ… zasadÄ™: z dysku podczas odczytu wczytuje siÄ™ do pamiÄ™ci Cache, oprócz interesujÄ…cych nas w danej chwili sektorów, również sektory nastÄ™pujÄ…ce po nich. JeÅ›li dane te zostanÄ… zażądane później, to nie muszÄ… być odczytywane z dysku, lecz przywoÅ‚ane sÄ… z pamiÄ™ci Cache. Dysk gotowy jest do pracy dopiero wtedy, gdy zostanie sformatowany przez producenta lub użytkownika. Formatowanie polega na podziale dysku na Å›cieżki i sektory. Jest to tzw. formatowanie niskiego poziomu lub formatowanie fizyczne. Na systematyczny wzrost pojemnoÅ›ci, produkowanych współczeÅ›nie dysków, majÄ… wpÅ‚yw coraz wiÄ™ksze gÄ™stoÅ›ci upakowania informacji na jednostkÄ™ powierzchni, dziÄ™ki coraz doskonalszym noÅ›nikom magnetycznym, gÅ‚owicom zapisu/odczytu oraz ciÄ…gle ulepszanym metodom kodowania zapisywanych danych. Współczesne dyski osiÄ…gajÄ… gÄ™stość upakowania wynoszÄ…cÄ… l gigabit na cal kwadratowy. Å»eby umożliwić osiÄ…gniÄ™cie odpowiedniej gÄ™stoÅ›ci zapisu, warstwa magnetyczna naniesiona na wirujÄ…cy talerz musi być możliwie najcieÅ„sza i dokÅ‚adnie wypolerowana. Precyzja konstrukcji dysku jest wiÄ™c podstawowym warunkiem sprawnej pracy napÄ™du. GÄ™stość tÄ™ równolegle do promienia dysku mierzy siÄ™ liczbÄ… Å›cieżek na cal (TPI), zaÅ› prostopadle (wzdÅ‚uż Å›cieżki) obrazuje jÄ… liczba bitów na cal (BPI). Obie wartoÅ›ci można wydatnie zwiÄ™kszyć stosujÄ…c technologiÄ™ PRML.

Praca z twardym dyskiem jest możliwa dopiero wtedy, gdy zostanie on sformatowany przez producenta lub użytkownika.
Formatowanie polega na podziale dysku na ścieżki i sektory, jest to tzw. Formatowanie niskiego poziomu lub formatowanie fizyczne

Dysk twardy odróżnia się od dysku elastycznego następującymi cechami
? głowica odczytu zapisu, nie dotyka dysku w czasie pracy, jest bowiem utrzymywana automatycznie w czasie ruchu obrotowego
? prędkość dysku twardego jest bardzo duża, dzięki czemu osiąga się duże prędkości transmisji danych(MB/s)
? ponieważ dysk twardy jest nie wymiennym nośnikiem danych, można go dokładnie wycentrować i osiągnąć dużą liczbę ścieżek, czyli dużą pojemność (do kilku GB)

Najważniejsze parametry techniczne dysków twardych
? pojemność od 10MB do kilku GB
? liczba głowic zapisu i odczytu (od 4 do kilkunastu)
? liczba cylindrów (od 615 do kilku tysięcy)
? średni czas dostępu
? prędkość obrotowa dysku (kilka tysięcy obrotów na minutę)
? prędkość transmisji danych
? zasilanie

Sposoby zapisu i odczytu danych na dysku twardym

Wszystkie typy pamięci na warstwach magnetycznych działają na tej samej zasadzie; na poruszającej się warstwie magnetycznej dokonywany jest zapis informacji polegający na odpowiednim
przemagnesowaniu pól nośnika informacji.

Zapis i odczyt dokonywany jest za pomocą głowic. Głowica nazywamy rdzeń z nawiniętą na nią cewka i niewielką szczeliną miedzy biegunami. Zapis informacji sprowadza się do namagnesowania poruszającego się nośnika. Pole magnetyczne wytworzone w szczelinie magnesuje nośnik tak długo, jak długo płynie prąd w cewce głowicy. Namagnesowany odcinek nośnika zachowuje się jak zwykły magnes, wytwarzając własne pole magnetyczne..

Istnieje wiele metod zapisu informacji cyfrowej na nośniku magnetycznym, na przykład:

? Metoda bez powrotu do zera
Polega na tym, że zmiana kierunku prądu w głowicy zapisu następuje w chwili zmiany wartości kolejnych bitów informacji. Zmiana kierunku prądu nie występuje podczas zapisywania ciągu zer lub jedynek. Metoda ta nie posiada możliwości samo synchronizacji, tzn. z informacji odczytanej nie da się wydzielić impulsów określających położenie komórki bitowej

? Metoda modulacji częstotliwości (FM)
Polega na tym, że przy modulacji FM prÄ…d w gÅ‚owicy zapisu zmienia na poczÄ…tku każdej komórki bitowej, oraz w Å›rodku komórki, gdy zapisywany bit ma wartość “jedynki”

? Metoda zmodyfikowanej modulacji częstości (MFM)
Metoda MFM nazywana jest metodÄ… z podwójnÄ… gÄ™stoÅ›ciÄ… i dziÄ™ki niej jest podwojona jest pojemność dysku twardego, stosuje siÄ™ tu reguÅ‚Ä™: bit o wartoÅ›ci “1″ ustawia impuls zapisujÄ…cy poÅ›rodku komórki bitowej, bit o wartoÅ›ci “0″, ustawia impuls na poczÄ…tku komórki bitowej lecz tylko wtedy, gdy poprzedni
bit nie jest równy “1″.
W metodzie tej dla odtwarzania danych, w trakcie odczytu, stosowany jest układ z pętlą synchronizacji fazy PLL, na podstawie impulsów odczytanych z głowicy odczyt o nazwie READ DATA.

? Metoda RRL
Redukuje o 35% iloÅ›ci przemagnasowaÅ„ noÅ›nika – można zatem, przy niezmienionej maksymalnej czÄ™stotliwoÅ›ci pracy, półtorakrotnie zwiÄ™kszyć gÄ™stość zapisu danych Odczyt informacji polega na
przemieszczeniu namagnesowanych odcinków nośnika pod szczeliną.
Pole magnetyczne pochodzące od namagnesowanego odcinka nośnika, przenika rdzeń głowicy i indukuje w cewce siłę elektromotoryczną, która jest następnie wzmacniana i formowana w impuls cyfrowy, taktowany jako impuls zerowy lub jako bit danych, w zależności od metody zapisu informacji.

Instalacja dysku w komputerze

Ustaw kolejność dysku w systemie
Przed zainstalowaniem dysku twardego do obudowy, należy sprawdzić najpierw sprawdzić jego ustawienia. Dysk konfigurujemy za pomocą zworek znajdujących się najczęściej obok gniazda danych lub na spodzie dysku. Jeśli jest to nowy dysk to będzie on ustawiony jako Master lub Single. Jeżeli tak nie jest należy skonfigurować ustawienia . sposób konfiguracji zworek powinien znajdować się w instrukcji obsługi lub na nalepce na dysku twardym.
Mocowanie dysku w obudowie
Twardy dysk instalujemy w koszyku obudowy, pod stacją dyskietek, w szynach 3,5 cala. Można go też instalować w powszechnie dostępnych szufladach przenośnych 5,25 cala. Twardy dysk przykręca się czterema wkrętami z grubym i możliwie krótkim gwintem. Trzeba pamiętać żeby zamontować dysk elektroniką do dołu i w pozycji leżącej zapobiega to przypadkowemu dotknięciu głowic powierzchni dysku.
Podłącz dysk do kontrolera
Do podłączenia dysku twardego używa się taśmy 40-przewodowej. Jeden jej koniec należy umieścić w 40-szpilkowym gnieździe na płycie głównej z oznaczeniem IDE 0 lub HDD 1,natomiast w gnieździe 40-szpilkowym dysku twardego.
Należy pamiętać o zasadzie szpilki 1 (przewód oznaczony kolorem czerwonym), a PIN1 w twardym dysku znajduje się od strony zasilania.
Złe podłączenie taśmy nie spowoduje żadnych uszkodzeń., wystarczy wtedy obrócić taśmę.
Podłącz zasilanie
Jeden z cztero kablowych odczepów zasilania z dużą wtyczką podłączyć do odpowiedniego gniazda twardego dysku.
Zrobić to należy silnie lecz ostrożnie. Specjalne wyprofilowane gniazdo i wtyka pozwala prawidłowo podłączyć zasilanie bez pomyłki

Zostaw komentarz