Autor : Marek Kobus
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
. Ma również krótszy czas dostępu do danych i w efekcie szybszy transfer.
4 września
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
(Integrated Drive Electronics).
W 1987 rozpoczęła się era dysków 3.5 cala
dysk twardy w typowym stanowisku pracy mógł zgromadzić od 60 do
500
danych, obracać się z prędkością 5400 do 10 000 obrotów na minutę (taka
prędkość obrotowa jest możliwa dzięki zastosowaniu łożyskowania
). W wydajnych
serwerach i HI-
Endowych stacjach roboczych stosowane były dyski
o prędkościach
obrotowych na poziomie 15.000 obrotów na minutę.
możliwe jest przetrzymywanie na dysku
danych. Standardem staje się złącze
. Stacje dyskietek zaczęły przegrywać z
do
których złącza montuje się z przodu obudowy.
. Na początku technologia ta była bagatelizowana przez
). 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.
wyprodukowane zostały dyski o pojemność 2
. Pojawiły się wersje
dysków Green, czyli ekologicznych o dynamicznej zmianie prędkości obrotowych.
W październiku
Western Digital wyprodukowała dysk twardy Caviar Green o
Hitachi wyprodukowała dysk twardy o pojemności 4
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/