Autor : Marek Kobus

Historia



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.



4 września

1956

firma

IBM

skonstruowała pierwszy 24-calowy dysk twardy o nazwie

RAMAC 350. Miał on pojemność 5 MB.



W 1983 pojawiły się komputery IBM PC/XT z dyskami 5 i 10 MB



W 1984 firma Seagate wypuściła na rynek pierwszy dysk 5.25", ST-506 o pojemności 5

MB.



W 1986 został opracowany kontroler

IDE

(Integrated Drive Electronics).



W 1987 rozpoczęła się era dysków 3.5 cala



W

2003

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 łożyskowania

FDB

). W wydajnych

serwerach i HI-

Endowych stacjach roboczych stosowane były dyski

SCSI

o prędkościach

obrotowych na poziomie 15.000 obrotów na minutę.



W

2006

dzięki technologii

zapisu prostopadłego

możliwe jest przetrzymywanie na dysku

ponad 1

TB

danych. Standardem staje się złącze

SATA

i

SAS

oraz technologia

optymalizacji odczytu

NCQ

. Stacje dyskietek zaczęły przegrywać z

pamięciami USB

do

których złącza montuje się z przodu obudowy.



W

2008

pojawiły się dyski

SSD

. Na początku technologia ta była bagatelizowana przez

dużych graczy (np.

Western Digital

). Jednak stosunkowo duże zainteresowanie rynku

mimo bardzo wysokiej ceny, duża wydajność dzięki minimalnemu czasowi dostępu do

danych oraz malejąca cena za MB szybko zmieniła ich nastawienie.



Na początku

2009

wyprodukowane zostały dyski o pojemność 2

TB

. Pojawiły się wersje

dysków Green, czyli ekologicznych o dynamicznej zmianie prędkości obrotowych.

Rozwijany jest standard

SATA

3 na potrzeby dysków SSD.



W październiku

2010

Western Digital wyprodukowała dysk twardy Caviar Green o

pojemności 3

TB



Pod koniec

2011

Hitachi wyprodukowała dysk twardy o pojemności 4

TB



W środku napędu dysku twardego można

znaleźć sztywne, płaskie talerze (dyski),

zwykle wykonane z aluminium lub szkła. Są

one pokryte nośnikiem magnetycznym, a

odpowiednio ustawiane na nich głowice

zapisują i odczytują dane. Talerze dysków

twardych nie dają się ani wyginać ani

odkształcać, stąd ich nazwa - dyski twarde.

W większości dysków twardych talerzy tych

nie można wyjmować ani wymieniać,

dlatego IBM wprowadził nazwę napędu

dysku stałego.



Głowice umieszczone są na przypominającym

ramię gramofonu ramieniu pozycjonującym i

dociskane do powierzchni dysku sprężynami, ale

podczas obrotów dysku nie stykają się z nią.

Powstająca w wyniku szybkich obrotów talerzy

poduszka powietrzna utrzymuje głowice nad

powierzchnią. Rozwiązanie takie nazywane jest

pływającymi głowicami.



Jeśli poduszka powietrzna zostanie naruszona przez

cząsteczkę kurzu lub wstrząs, głowice mogą

zetknąć się z talerzami wirującymi z pełną

prędkością. Gdy zetknięcie to jest na tyle silne, aby

spowodować

uszkodzenie,

zdarzenie

takie

nazywane jest zderzeniem głowic. Uderzenie

głowic o powierzchnię dysku może spowodować

różne skutki - od utraty kilku bajtów danych, do

całkowitego zniszczenia dysku. Dlatego też

podczas pracy nie należy dysków twardych ruszać

i przestawiać



Wykorzystywane

jest

zjawisko

powstawania

pola

magnetycznego wokół przewodnika przez który płynie prąd

oraz właściwości materiałów magnetycznie twardych.

Materiały te pod wpływem pola magnetycznego ulegają

trwałemu

namagnesowaniu

i

„zapamiętują”

pole

magnetyczne.



Magnetowid (głowica) jest wykonany z materiału

magnetycznie miękkiego. Prowadzi on w swoim wnętrzu linie

sił pola magnetycznego wytworzone przez przewodnik przez

który płynie prąd. Szczelina w magnetowidzie powoduje

powstawanie „bąbelka” linii sił magnetycznych, które wnika

w znajdujący się pod spodem nośnik magnetyczny (materiał

magnetycznie

twardy),

powodując

jego

trwałe

namagnesowanie. Zmiana kierunku prądu w przewodniku

powoduje magnesowanie nośnika w kierunku przeciwnym.



Wykorzystywane

jest

zjawisko

powstawania

siły

elektromotorycznej w przewodniku znajdującym się w

zmiennym polu magnetycznym. Nośnik przesuwający się pod

głowicą został namagnesowany prądem zmieniającym

kierunek w trakcie zapisu. W momencie zmiany kierunku

prądu także pole magnetyczne zmieniało kierunek. Jeżeli

pod głowicą przesuwa się fragment nośnika, na którym

nastąpiła zmiana pola, przewodnik nawinięty na

magnetowid znajduje się w zmiennym polu magnetycznym.

Linie sił pola magnetycznego z nośnika wzbudzają w nim

impuls prądu. Impulsy te są wytwarzane przy każdej zmianie

pola, przy czym kierunek impulsów zależy od kierunku pola.



Ścieżka - Koncentryczny okręg na

talerzu dysku zawierający informacje, jest

on podzielony na pojedyncze sektory po

512 bajtów każdy. W każdym sektorze

znajduje się również dodatkowe pole na

informacje o położeniu sektora na dysku.

Sektory numerowane są od zewnętrznej

części do środka każdego z talerzy.

Ścieżki wielu dysków zapisane są z

gęstością przekraczającą 3000 TPI

(ścieżek na cal).



Cylinder - Układ dwóch lub więcej

ścieżek w tym samym położeniu, ale po

przeciwnej stronie talerza, lub na innym

talerzu.



Geometria dysku - zbiorcze zestawienie

informacji o liczbie cylindrów, ścieżek i

głowic na danym dysku twardym. Pełen

opis geometrii dysku znajduje się

zazwyczaj na obudowie dysku.



Wydajność (szybkość) dysku – opisują ją dwa parametry:

średni czas wyszukiwania ścieżek oraz szybkość transferu

danych.



Średni czas wyszukiwania - jest mierzony w milisekundach i

określa czas potrzebny na przesunięcie głowic z bieżącego

cylindra na inny, przypadkowo wybrany cylinder.



Średni czas dostępu - obejmuje dodatkowy element zwany

czasem oczekiwania (czasem zwłoki), który jest średnim

czasem potrzebnym na uzyskanie dostępu do sektora po

osiągnięciu ścieżki przez głowice.



Szybkość transferu danych - określa ona szybkość, z jaką dysk

i kontroler mogą wysyłać dane do komputera. Szybkość

transferu zależy przede wszystkim od mechanizmu dysku.

Szybkość transferu danych jest największa podczas odczytu

ze ścieżek zewnętrznych, które mają najwięcej sektorów.



Do obliczenia maksymalnego transferu danych,

mierzonego

w

megabitach

na

sekundę

wykorzystuje się następujący wzór:



Max transfer = Liczba sektorów na ścieżce x

pojemność sektora x obroty na minutę / 60 sekund

/1000000 bitów



Pojemność dysku – obecnie dochodzi do ok. 3TB



Liczba głowic



Liczba cylindrów



Liczba obrotów na minutę – standardem jest 7200

obr./min.



Pozornie instalacja dysku jest prosta, gdyż w zasadzie polega

tylko na połączeniu zamontowaniu dysku w obudowie,

połączeniu go z kontrolerem (zależnie od interfejsu kablem

lub taśmą) i podłączeniu go do zasilania. W przypadku

dysków IDE należy pamiętać o generalnej zasadzie, by

najszybszy dysk podłączyć zawsze do pierwszego kanału oraz

by (w przypadku, gdy w komputerze zainstalowany jest

jeszcze jakiś dysk lub inne urządzenie EIDE) był on

urządzeniem nadrzędnym „master”.



Macierz dyskowa polega na współpracy dwóch lub więcej

dysków twardych w taki sposób, aby zapewnić dodatkowe

możliwości. Istnieje wiele typów macierzy dyskowych.

Najlepszym rozwiązaniem do domowego peceta jest

konfiguracja znana pod nazwą RAID0, inaczej striping

zaprojektowana do uzyskania dużej pojemności i wydajności,

wykorzystująca przynajmniej dwa dyski twarde.



Działanie RAID0 polega na tym, że dane podczas

zapisu na dysk są dzielone na mniejsze porcje,

zapisywane równolegle na kilku dyskach. Jeśli

zatem jeden dysk ma ograniczoną szybkość, na

przykład 50 MB/s, równoległy zapis danych na

dwóch dyskach spowoduje, że szybkość ta będzie

wynosiła nawet 100 MB/s. Podobnie jest podczas

odczytu – komputer sięga po dane z dwukrotnie

większą szybkością niż w przypadku odczytywania

ich z pojedynczego dysku.



Macierz RAID0 wymaga kilku elementów. Przede wszystkim

kontrolera zdolnego do podzielenia danych między kilka

dysków, tak jak jest to określone w specyfikacji RAID0. Na

szczęście kontrolery takie wchodzą obecnie w skład każdego

chipsetu płyty głównej i mogą współpracować z dyskami

SATA. Drugi, równie ważny składnik RAID to same dyski

twarde. Dla współczesnych kontrolerów nie ma żadnego

znaczenia, czy będą to dyski o jednakowej, czy różnej

pojemności. Należy jednak pamiętać, że RAID0 dzieli dane

na dwie równe części. Jeżeli więc mniejszy dysk ma 80 GB, z

drugiego również zostanie wykorzystana tylko taka

pojemność, a reszta miejsca zmarnuje się.

Strategie szeregowania zadań



FIFO –

(ang. first in, first out) żądania są przetwarzane sekwencyjnie wg kolejki. Pierwsze

żądanie w kolejce jest obsługiwane jako pierwsze. Sprawiedliwa strategia nieprowadząca

do zagłodzenia, ruchy głowicy losowe przy wielu procesach, mała wydajność.



Priorytet –

mniejsze zadania uzyskują wyższy priorytet i są wykonywane szybciej, dobry

czas reakcji. Nie optymalizuje wykorzystania dysku, lecz wykonanie zadań.



LIFO –

(ang. last in, first out) ostatni na wejściu i pierwszy na wyjściu. Ryzyko zagłodzenia

przy dużym obciążeniu, poprawia przepustowość i zmniejsza kolejki.



SSTF –

(ang. shortest service time first) najpierw obsługiwane jest żądanie, przy którym

są najmniejsze ruchy głowicy; dobra wydajność, ryzyko zagłodzenia.



SCAN –

ramię „skanuje” dysk, realizując napotkane na swojej drodze żądania, a gdy

dotrze do ostatniej ścieżki, wówczas zaczyna skanować dysk w drugą stronę.



C-SCAN –

skanowanie tylko w jednym kierunku. Po osiągnięciu końca ścieżki ramię

wraca na przeciwny koniec dysku i zaczyna skanowanie w tym samym kierunku.



N-step-SCAN –

żądania są ustawiane w podkolejkach od długości N. Każda podkolejka

jest przetwarzana zgodnie ze strategią SCAN. Dla dużego N zbliża się do SCAN, dla N=1

jest to FIFO.



FSCAN –

dwie podkolejki. Gdy skanowanie się rozpoczyna, żądania są umieszczone w

pierwszej podkolejce. Żądania pojawiające się w czasie skanowania są ustawiane do

drugiej podkolejki i przetwarzane po zakończeniu skanowania zadań z pierwszej

podkolejki.



Zarządzanie dyskami to narzędzie systemowe służące do

zarządzania dyskami twardymi i utworzonymi na nich

woluminami lub partycjami.

Wolumin jest to obszar magazynowania danych na dysku

twardym, sformatowany za pomocą systemu plików (takiego

jak FAT lub NTFS). Wolumin oznaczany jest literą dysku. Jeden

dysk twardy może składać się z kilku woluminów, a woluminy

mogą obejmować kilka dysków.

Partycja to część dysku fizycznego, która funkcjonuje tak, jak

oddzielny dysk fizyczny. Aby możliwe było zapisywanie

danych, po utworzeniu partycji należy ją sformatować i

przypisać jej literę dysku.



Zródła:



Wikipedia.pl



http://www.dyski.wirt.pl/