Dysk twardy

Z Wikipedii

Dysk twardy 3,5" widziany z góry (lewa strona) i od dołu (prawa strona)

Dysk twardy 3,5" (lewa strona) i 2,5" (prawa strona)

Jeden z pierwszych modeli twardych dysków IBM

film przedstawiający pracę dysku twardego

Dysk twardy – jeden z typów urządzeń pamięci masowej, wykorzystujących nośnik magnetyczny do przechowywania danych. Nazwa "dysk twardy" (hard disk drive) powstała w celu odróżnienia tego typu urządzeń od tzw. "dysków miękkich", czyli dyskietek (floppy disk), w których nośnik magnetyczny naniesiono na elastyczne podłoże, a nie jak w dysku twardym na sztywne. Dysk twardy można rozdzielić na partycje.

Pierwowzorem twardego dysku jest pamięć bębnowa. Pierwsze dyski twarde takie, jak dzisiaj znamy, wyprodukowała w 1980 r. firma Seagate. Dysk przeznaczony do mikrokomputerów miał pojemność 5 MB, 5 razy więcej niż standardowa dyskietka.

Pojemność dysków wynosi od 5 MB (przez 10MB, 20MB i 40MB - dyski MFM w komputerach klasy XT 808x i 286, współcześnie zaś dyski kilkusetmegabajtowe w komputerach osobistych należą do rzadkości) do 1 TB, najczęściej posiadają rozmiar nawet kilkuset (powyżej 400 GB) GB, (w laptopach 20-300 GB). Małe dyski, o pojemnościach od kilkuset MB do kilku GB stosuje się współcześnie w kartach dla slotu Compact Flash (Microdrive) do cyfrowych aparatów fotograficznych, a także w innych urządzeniach przenośnych.

Dla porównania, gdyby zapisać w notesie (A5, 100 kartek po obydwu stronach) 1 MB (1 bit na kratkę), potrzeba by na to 35 takich notesów.

Dla dysków twardych najważniejsze są parametry: pojemność, szybkość transmisji danych, czas dostępu, prędkość obrotowa talerzy (obr/min.) oraz MTBF.

Kilka dysków twardych można łączyć w macierz dyskową, dzięki czemu można zwiększyć niezawodność przechowywania danych, dostępną przestrzeń na dane, zmniejszyć czas dostępu.

[edytuj] Dysk twardy a dysk miękki

Użycie sztywnych talerzy i uszczelnienie jednostki umożliwia większą precyzję zapisu niż na dyskietce, w wyniku czego dysk twardy może zgromadzić o wiele więcej danych niż dyskietka. Ma również krótszy czas dostępu do danych i w efekcie szybszy transfer. W 2003 r. dysk twardy w typowym stanowisku pracy mógł zgromadzić od 60 do 500 GB danych, obracać się z prędkością 5400 do 10 000 obrotów na minutę (taka prędkość obrotowa jest możliwa dzięki zastosowaniu specjalnych łożysk FDB) i mieć średnią prędkość przesyłu danych na zewnątrz na poziomie 30 MB/s, a w roku 2006 dzięki technologii pionowych bitów możliwe jest przetrzymywanie na dysku ponad 1 TB danych.

[edytuj] Budowa

Dysk twardy po zdjęciu hermetycznej pokrywy

Talerz dysku z bliska

Ruch głowicy

Głowica z bliska

Schemat budowy dysku twardego

Dysk stały składa się z zamkniętego w obudowie, wirującego talerza (dysku) lub zespołu talerzy, wykonanych najczęściej ze stopów aluminium, o wypolerowanej powierzchni pokrytej nośnikiem magnetycznym (grubości kilku mikrometrów) oraz z głowic elektromagnetycznych umożliwiających zapis i odczyt danych. Na każdą powierzchnię talerza dysku przypada po jednej głowicy odczytu i zapisu. Głowice są umieszczone na elastycznych ramionach i w stanie spoczynku stykają się z talerzem blisko osi, w czasie pracy unoszą się, a ich odległość nad talerzem jest stabilizowana dzięki sile aerodynamicznej (głowica jest odpychana od talerza podobnie jak skrzydło samolotu unosi maszynę) powstałej w wyniku szybkich obrotów talerza. Jest to najpopularniejsze obecnie rozwiązanie (są też inne sposoby prowadzenia głowic nad talerzami).

Ramię głowicy dysku ustawia głowice w odpowiedniej odległości od osi obrotu talerza w celu odczytu lub zapisu danych na odpowiednim cylindrze. Pierwsze konstrukcje (do ok. 200MB) były wyposażone w silnik krokowy, stosowane również w stacjach dysków i stacjach dyskietek. Wzrost liczby cylindrów na dysku oraz konieczność zwiększenia szybkości dysków wymusił wprowadzenie innych rozwiązań. Najpopularniejszym obecnie jest tzw. voice coil czyli cewka, wzorowana na układzie magnetodynamicznym stosowanym w głośnikach. Umieszczona w silnym polu magnetycznym cewka porusza się i zajmuje położenie zgodnie z przepływającym przez nią prądem, ustawiając ramię w odpowiedniej pozycji. Dzięki temu czas przejścia między kolejnymi ścieżkami jest nawet krótszy niż 1 milisekunda a przy większych odległościach nie przekracza kilkudziesięciu milisekund. Układ regulujący prądem zmienia natężenie prądu, tak by głowica ustabilizowała jak najszybciej swe położenia w zadanej odległości od środka talerza (nad wyznaczonym cylindrem).

Informacja jest zapisywana na dysk przez przesyłanie strumienia elektromagnetycznego przez antenę albo głowicę zapisującą, która jest bardzo blisko magnetycznie polaryzowalnego materiału, zmieniającego swoją polaryzację (kierunek namagnesowania) wraz ze strumieniem magnetycznym. Informacja może być z powrotem odczytana w odwrotny sposób, gdyż zmienne pole magnetyczne powoduje indukowanie napięcia elektrycznego w cewce głowicy lub zmianę oporu w głowicy magnetyczno oporowej.

Ramiona połączone są zworą i poruszają się razem. Zwora kieruje głowicami promieniowo po talerzach a w miarę rotacji talerzy, daje każdej głowicy dostęp do całości jej talerza.

Zintegrowana elektronika kontroluje ruch zwory, obroty dysku, oraz przygotowuje odczyty i zapisy na rozkaz od kontrolera dysku. Niektóre nowoczesne układy elektroniczne są zdolne do skutecznego szeregowania odczytów i zapisów na przestrzeni dysku oraz do remapowania sektorów dysku, które zawiodły.

Obudowa chroni części napędu od pyłu, pary wodnej, i innych źródeł zanieczyszczenia. Jakiekolwiek zanieczyszczenie głowic lub talerzy może doprowadzić do uszkodzenia głowicy (head crash), awarii dysku, w której głowica uszkadza talerz, ścierając cienką warstwę magnetyczną. Awarie głowicy mogą również być spowodowane przez błąd elektroniczny, zużycie i zniszczenie, błędy produkcyjne dysku.

[edytuj] Dysk RAM

Dyski RAM to dyski, w których do zapisu danych stosuje się rozwiązania wykorzystujące popularne pamięci RAM, dzięki którym osiąga się krótki czas dostępu i bardzo szybki transfer danych, którego wartości przekraczają przepustowość oferowaną przez typowe interfejsy dla dysków twardych, takie jak Ultra ATA czy Serial ATA. Zasadniczą wadą takich dysków jest utrata zapisanych danych przy zaniku napięcia (np. przy wyłączeniu komputera) dlatego też stosuje się pomocnicze źródła prądu podtrzymujące pracę dysków: wbudowane akumulatory i zewnętrzne zasilacze.
Dotychczas zaproponowane rozwiązania to:
- dysk zabudowany na karcie PCI (dysk iRAM)
- dysk w standardowej obudowie 5.25"