1

CKU Gdańsk

Urządzenia techniki komputerowej

DYSK TWARDY

DYSK TWARDY

2

Elementy budowy dysku twardego:

-

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

- NOŚNIK MAGNETYCZNY

- ELEMENTY MECHANICZNE

- OBUDOWA

Dysk stały stanowi wiruj

ą

cy talerz lub zespół talerzy o

powierzchni pokrytej no

ś

nikiem magnetycznym oraz

odpowiednio ustawione na tych powierzchniach głowice,
które zapisuj

ą

i odczytuj

ą

dane.

Budowa dysku twardego

3

4

Budowa dysku twardego –

cd.

Głowice dysku s

ą

zamontowane na konstrukcji obrotowej

ramiona głowic

głowica zapisująco -odczytująca

pozycjoner

talerze

5

Zadaniem elementów elektronicznych jest:

- kontrola ustawienia głowicy nad wybranym

miejscem dysku

- odczyt i zapis danych
- ewentualna korekcja danych

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Najnowsze dyski twarde wyposa

ż

ane s

ą

w

specjalizowane układy elektroniczne o mocach
przetwarzania zbli

ż

onych do procesorów.

Daje to najwy

ż

sz

ą

jako

ść

i bezbł

ę

dno

ść

zapisu.

6

No

ś

nik magnetyczny umieszczony jest na

wiruj

ą

cych "talerzach" wykonanych

najcz

ęś

ciej ze stopów aluminium.

Zapewnia to ich niewielk

ą

mas

ę

, a wi

ę

c

niewielk

ą

bezwładno

ść

co umo

ż

liwia

zastosowanie silników nap

ę

dowych mniejszej

mocy, a tak

ż

e szybsze rozp

ę

dzanie si

ę

"talerzy" do pr

ę

dko

ś

ci roboczej.

NOŚNIK MAGNETYCZNY

7

Zadaniem elementów mechanicznych jest
szybkie przesuwanie głowicy nad wybrane miejsce
dysku realizowane za pomoc

ą

silnika

krokowego.

Wskazane jest stosowanie materiałów lekkich
o du

ż

ej wytrzymało

ś

ci co dzi

ę

ki ich małej

bezwładno

ś

ci zapewnia szybkie i sprawne

wykonywanie postawionych zada

ń

.

ELEMENTY MECHANICZNE

8

•

ruch głowicy po prostej radialnej w stosunku do

talerzy co zapewnia silnik krokowy (stosowane
dawniej)

•

ruch głowicy po łuku - silnik liniowy

Rozwi

ą

zania mechaniczne

pozycjonerów dysku:



oś obrotu

Ruch

pozycjonera

9

Zadaniem obudowy jest ochrona znajduj

ą

cych si

ę

w niej elementów przed uszkodzeniami
mechanicznymi a tak

ż

e przed wszelkimi

cz

ą

steczkami zanieczyszcze

ń

znajduj

ą

cych si

ę

w

powietrzu.

Jest to konieczne, gdy

ż

nawet najmniejsza cz

ą

stka

"kurzu" ma wymiary wi

ę

ksze ni

ż

odległo

ść

pomi

ę

dzy

głowic

ą

a powierzchni

ą

no

ś

nika, tak wi

ę

c mogłaby

ona zakłóci

ć

odczyt danych, a nawet uszkodzi

ć

powierzchni

ę

dysku

OBUDOWA

10

•pojemno

ść

(od kilkuset MB do ~TB)

•liczba głowic odczytu/zapisu (od 1X do X0)

•liczba cylindrów (od 615 do kilku tys.)

•ilo

ść

sektorów na jednej

ś

cie

ż

ce (np. 63)

•

ś

redni czas dost

ę

pu ok. kilka ms (

czas umieszczenia

głowicy w wybranym cylindrze +opó

ź

nienie potrzebne do

umieszczenia głowicy nad danym sektorem)

•pr

ę

dko

ść

obrotowa dysku (5400,10000,15000

obr/min

)

•szybko

ść

transmisji danych (kilkadziesi

ą

t MB/s)

PARAMETRY TECHNICZNE

dysku twardego:

(dane aktualne na rok~2007)

geometria
dysku

11

To sposób podziału dysku na cylindry, sektory,

ś

cie

ż

ki i głowice (

liczba głowic odczytu/zapisu, liczba

cylindrów, ilo

ść

sektorów).

Zwykle rzeczywista (fizyczna) geometria nap

ę

du

przeliczana jest przez elektronik

ę

nap

ę

du w

łatwiejsz

ą

do zarz

ą

dzania geometri

ę

logiczn

ą

.

Geometria dysku

12

Liczba talerzy

–

zwi

ą

zana jest z liczb

ą

głowic danego

dysku

Liczba głowic

odczytu/zapisu - okre

ś

la czy wszystkie

talerze s

ą

wykorzystywane obustronnie.

Parzysta

liczba głowic wskazuje na to,

ż

e dane mog

ą

by

ć

przechowywane na ka

ż

dej stronie ka

ż

dego talerza dysku

Nieparzysta

liczba głowic – mówi o tym,

ż

e jedna strona którego

ś

z talerzy dysku nie jest w ogóle wykorzystywana

.

Liczba talerzy i liczba głowic

13

Ś

redni czas dost

ę

pu

Na czas dost

ę

pu wpływa zarówno sprawno

ść

mechanizmu pozycjonowania głowic jak i pr

ę

dko

ść

obrotowa dysku.

Okre

ś

la, w jakim czasie (

ś

rednio) od otrzymania przez

dysk

żą

dania odczytu/zapisu nast

ą

pi rozpocz

ę

cie

operacji.

Im krótszy jest ten czas, tym dysk mo

ż

e zapewni

ć

wi

ę

ksz

ą

płynno

ść

odtwarzania, co mo

ż

e mie

ć

znaczenie np. podczas nagrywania płyt

CD-R/CD-RW,

14

Pr

ę

dko

ść

obrotowa dysku

Dyski twarde obracają się ze

stałą prędkością

, osiągając od

3600

do

15000 rpm

(revolutions per minute).

Przykład:

model dysku firmy Seagate, Cheetah ST34501- pierwszy dysk na świecie

wirujący z prędkością 10000 obr/min.

Liczba obrotów na min – to parametr określający, z jaką
szybkością obracają się talerze magnetyczne danego dysku.

Im prędkość obrotowa wyższa, tym krócej trwa wczytanie sektora
przy takiej samej gęstości zapisu, tym więcej danych może być
odczytywanych przez głowice.

15

Jest bardzo istotna dla szybkości pracy całego systemu,
w praktyce dysk twardy jest „wąskim gardłem” w szybkości
przetwarzania danych wewnątrz PC. Dyski twarde mimo wciąż
rozwijanej szybkości transferu danych pozostają jednymi z
najwolniejszych urządzeń komputera (poza dyskietkami i
płytami CD).

Szybkość pracy dysku jest nadal dużo mniejsza niż np. pamięci
RAM.

Podczas wyszukiwania danych na dysku dużą rolę odgrywa
kontroler napędu dysku. Kontroler jest to jednostka, służąca
do sterowania pracą dysku i to właśnie on decyduje, kiedy mają
zostać zapisane lub odczytane dane .

Wydajno

ść

dysku twardego

16

• pr

ę

dko

ść

procesora

• wielko

ść

pami

ę

ci operacyjnej i cache'u

• pr

ę

dko

ść

transferu danych z pami

ę

ci

• narzut czasowy wprowadzany przez BIOS

• g

ę

sto

ść

zapisu

Im wi

ę

cej bitów daje si

ę

upakowa

ć

na pewnym

obszarze no

ś

nika, tym wi

ę

cej danych mo

ż

na

odczyta

ć

, przy niezmienionych pozostałych

parametrach (szybko

ść

obrotowa, czas wyszukiwania

ś

cie

ż

ki itp.)

Na wydajno

ść

dysku ma wpływ:

17

Odbywa si

ę

przez indukcj

ę

sygnału elektrycznego,

spowodowan

ą

ruchem no

ś

nika magnetycznego w pobli

ż

u

głowicy. Powstaj

ą

ca w wyniku szybkich obrotów talerzy

poduszka powietrzna utrzymuje głowic

ę

nad

powierzchni

ą

no

ś

nika magnetycznego. Rami

ę

głowicy

musi by

ć

ustawione tak, by znalazło si

ę

nad

odczytywanym cylindrem.

Proces odczytu na dysku twardym

Cylinder to grupa

ś

cie

ż

ek jednakowo odległych od

ś

rodka dysku - czyli o tym samym numerze - na

wszystkich talerzach dysku.

18

Wi

ę

kszo

ść

współczesnych dysków dysponuje now

ą

funkcj

ą

, tzw.

S.M.A.R.T.

(ang. Self-Monitoring Analysis

and Reporting Technology) polegaj

ą

c

ą

na tym,

ż

e

elektronika dysku monitoruje i analizuje oraz
raportuje stan urz

ą

dzenia (

np. wysoko

ść

lotu głowicy, czas

uzyskania nominalnej pr

ę

dko

ś

ci obrotowej, itd.).

Je

ś

li wyst

ę

puj

ą

nieprawidłowo

ś

ci, układy kontroli

wysyłaj

ą

ostrze

ż

enie do u

ż

ytkownika

ż

e dysk mo

ż

e ulec

uszkodzeniu.

Funkcja

S.M.A.R.T

19

OZNACZENIA DYSKÓW TWARDYCH

• Pierwszy znak alfanumeryczny okre

ś

la

rodzaj głowicy

odczytuj

ą

co –

zapisuj

ą

cej: „M” – oznacza głowice MR (ang. Magnetoresistive) „GM”

oznacza głowice GMR (ang. giant magnetoresistive)

• Litera druga oznacza

rodzaj dysku

: „A” – Allegro (czyli dysk SCSI),

„H” – Hornet (czyli 2,5 calowy dysk do notebooków), „P” – Picobird
(czyli dysk EIDE Ultra-DMA/33)

• Ostatnia z liter okre

ś

la

generacje twardego dysku

. Modele

wyprodukowane po pa

ź

dzierniku 1998 oznaczone s

ą

liter

ą

„C”

• Pierwsza cyfra okre

ś

la

format dysku

, gdzie „2” oznacza dysk 2,5

calowy, a „3” – dysk 3,5 calowy.

• Nast

ę

pne trzy cyfry tworz

ą

liczb

ę

, która po podzieleniu przez 10

wskazuje na

pojemno

ść

dysku

mierzona w G

Producent:

Fujitsu - przykład

MPB3021

20

STRUKTURA LOGICZNA DYSKU

Na dysku można wyróżnić:

• obszar systemowy,

służący do administrowania

zawartością dysku

• obszar danych, który przechowuje właściwą informację

Obszar systemowy dzieli się na 3 części:

rekord ładujący

tablica alokacji plików FAT

katalog główny

(Struktura fizyczna

dysku twardego jest analogiczna do dyskietki.)

21



Tablica alokacji plików FAT

zawiera map

ę

sektorów wykorzystywanych do

przechowywania informacji;



Rekord ładuj

ą

cy

zawiera krótki program inicjuj

ą

cy działanie

systemu operacyjnego np. jeden sektor dysku

Obszar danych

podzielony jest na tzw.

jednostki alokacji (klastery, posiadaj

ą

ce okre

ś

lone

numery) w których umieszcza si

ę

zawarto

ść

plików.

Je

ż

eli w danej komórce FAT mamy 0, tzn.

ż

e odpowiadaj

ą

ca jej

jednostka alokacji jest wolna i mo

ż

e zosta

ć

przydzielona

zapisywanemu plikowi.

22



Katalog główny znajduje si

ę

na dysku

bezpo

ś

rednio za tablicami FAT

Pojedynczy element katalogu zawiera informacje

opisuj

ą

ce plik:

- nazwa i rozszerzenie
- rozmiar pliku w bajtach
- dat

ę

jego utworzenia

- numer pierwszego klastera

Katalog główny

23

Obszar danych to najwi

ę

kszy obszar dysku.

Operacje zapisu i odczytu dokonywane s

ą

zawsze z

u

ż

yciem 512 bajtowych sektorów, które ł

ą

czone s

ą

w

jednostki alokacji (klastery). Powoduje to,

ż

e ostatni

sektor (lub kilka sektorów wchodz

ą

cych w skład

ostatniego klastera) nie jest wypełniony do ko

ń

ca

u

ż

yteczn

ą

informacj

ą

.

Obszar danych

24

Data Area – obszar danych

Adres CHS,
nr sektora logicznego i
nr klastera

Boot Record – rekord

ł

aduj

ą

cy

FAT#1 – tablica alokacji plików
FAT#2 – tablica alokacji plików –

kopia

Root Directory – katalog g

ł

ówny

Adres CHS,
nr sektora logicznego i
nr klastera

0 1 1

Master Boot Record – g

ł

ówny

rekord

ł

aduj

ą

cy

Data Partition Table –

tablica partycji

Tylko adres fizyczny
(CHS)
Strona ukryta (hidden)

0 0 1

Nazwa obszaru

Sposoby

adresowania

CHS

Obszar danych można adresować

numerem klastera

.

25

Partycja

- stanowi obszar do którego wył

ą

czne prawa

własno

ś

ci ma dany system operacyjny.

Przestrze

ń

ka

ż

dej partycji mo

ż

e by

ć

zorganizowana w

struktury logiczne odpowiadaj

ą

ce danemu systemowi.

Formatowanie fizyczne,

wyznacza podział dysku na

jednakowe w obr

ę

bie wszystkich partycji

sektory.

Pierwszy sektor dysku twardego zawiera tzw.

tablic

ę

partycji

, która przechowuje informacje opisuj

ą

ce

podział dysku mi

ę

dzy wła

ś

cicieli:

-

rozmiary dysku

- liczb

ę

partycji, ich wielko

ść

i poło

ż

enie

Podział dysku na partycje

26