Urządzenia techniki komputerowej
DYSK TWARDY
DYSK TWARDY
CKU Gdańsk
1
Budowa dysku twardego
Dysk stały stanowi wirujący talerz lub zespół talerzy o
powierzchni pokrytej nośnikiem magnetycznym oraz
odpowiednio ustawione na tych powierzchniach głowice,
które zapisują i odczytują dane.
Elementy budowy dysku twardego:
- ELEMENTY ELEKTRONICZNE
- NOŚNIK MAGNETYCZNY
- ELEMENTY MECHANICZNE
- OBUDOWA
2
3
Budowa dysku twardego  cd.
głowica zapisująco -odczytująca
ramiona głowic
talerze
pozycjoner
Głowice dysku są zamontowane na konstrukcji obrotowej
4
ELEMENTY ELEKTRONICZNE
Zadaniem elementów elektronicznych jest:
- kontrola ustawienia głowicy nad wybranym
miejscem dysku
- odczyt i zapis danych
- ewentualna korekcja danych
Najnowsze dyski twarde wyposa\
ane są w
specjalizowane układy elektroniczne o mocach
przetwarzania zbli\
onych do procesorów.
Daje to najwy\
szą jakość i bezbłędność zapisu.
5
NOŚNIK MAGNETYCZNY
Nośnik magnetyczny umieszczony jest na
wirujących "talerzach" wykonanych
najczęściej ze stopów aluminium.
Zapewnia to ich niewielką masę, a więc
niewielką bezwładność co umo\
liwia
zastosowanie silników napędowych mniejszej
mocy, a tak\
e szybsze rozpędzanie się
"talerzy" do prędkości roboczej.
6
ELEMENTY MECHANICZNE
Zadaniem elementów mechanicznych jest
szybkie przesuwanie głowicy nad wybrane miejsce
dysku realizowane za pomocą silnika
krokowego.
Wskazane jest stosowanie materiałów lekkich
o du\
ej wytrzymałości co dzięki ich małej
bezwładności zapewnia szybkie i sprawne
wykonywanie postawionych zadań.
7
Rozwiązania mechaniczne
pozycjonerów dysku:
" ruch głowicy po prostej radialnej w stosunku do
talerzy co zapewnia silnik krokowy (stosowane
dawniej)
" ruch głowicy po łuku - silnik liniowy
oś obrotu
Ruch
pozycjonera
8
OBUDOWA
Zadaniem obudowy jest ochrona znajdujących się
w niej elementów przed uszkodzeniami
mechanicznymi a tak\
e przed wszelkimi
cząsteczkami zanieczyszczeń znajdujących się w
powietrzu.
Jest to konieczne, gdy\
nawet najmniejsza cząstka
"kurzu" ma wymiary większe ni\
odległość pomiędzy
głowicą a powierzchnią nośnika, tak więc mogłaby
ona zakłócić odczyt danych, a nawet uszkodzić
powierzchnię dysku
9
PARAMETRY TECHNICZNE
dysku twardego:
(dane aktualne na rok~2007)
" pojemność (od kilkuset MB do ~TB)
" liczba głowic odczytu/zapisu (od 1X do X0)
geometria
" liczba cylindrów (od 615 do kilku tys.)
dysku
" ilość sektorów na jednej ście\
ce (np. 63)
" średni czas dostępu ok. kilka ms (czas umieszczenia
głowicy w wybranym cylindrze +opóz
nienie potrzebne do
umieszczenia głowicy nad danym sektorem)
" prędkość obrotowa dysku (5400,10000,15000 obr/min)
" szybkość transmisji danych (kilkadziesiąt MB/s)
10
Geometria dysku
To sposób podziału dysku na cylindry, sektory,
ście\
ki i głowice (liczba głowic odczytu/zapisu, liczba
cylindrów, ilość sektorów).
Zwykle rzeczywista (fizyczna) geometria napędu
przeliczana jest przez elektronikę napędu w
łatwiejszą do zarządzania geometrię logiczną.
11
Liczba talerzy i liczba głowic
Liczba talerzy  związana jest z liczbą głowic danego
dysku
Liczba głowic odczytu/zapisu - określa czy wszystkie
talerze są wykorzystywane obustronnie.
Parzysta liczba głowic wskazuje na to, \
e dane mogą być
przechowywane na ka\
dej stronie ka\
dego talerza dysku
Nieparzysta liczba głowic  mówi o tym, \
e jedna strona któregoś
z talerzy dysku nie jest w ogóle wykorzystywana.
12
Średni czas dostępu
Określa, w jakim czasie (średnio) od otrzymania przez
dysk \
ądania odczytu/zapisu nastąpi rozpoczęcie
operacji.
Im krótszy jest ten czas, tym dysk mo\
e zapewnić większą płynność
odtwarzania, co mo\
e mieć znaczenie np. podczas nagrywania płyt
CD-R/CD-RW,
Na czas dostępu wpływa zarówno sprawność
mechanizmu pozycjonowania głowic jak i prędkość
obrotowa dysku.
13
Prędkość obrotowa dysku
Liczba obrotów na min  to parametr określający, z jaką
szybkością obracają się talerze magnetyczne danego dysku.
Im prędkość obrotowa wy\
sza, tym krócej trwa wczytanie sektora
przy takiej samej gęstości zapisu, tym więcej danych mo\
e być
odczytywanych przez głowice.
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.
14
Wydajność dysku twardego
Jest bardzo istotna dla szybkości pracy całego systemu,
w praktyce dysk twardy jest  wąskim gardłem w szybkości
przetwarzania danych wewnątrz PC. Dyski twarde mimo wcią\

rozwijanej szybkości transferu danych pozostają jednymi z
najwolniejszych urządzeń komputera (poza dyskietkami i
płytami CD).
Szybkość pracy dysku jest nadal du\
o mniejsza ni\
np. pamięci
RAM.
Podczas wyszukiwania danych na dysku du\
ą rolę odgrywa
kontroler napędu dysku. Kontroler jest to jednostka, słu\
ąca
do sterowania pracą dysku i to właśnie on decyduje, kiedy mają
zostać zapisane lub odczytane dane .
15
Na wydajność dysku ma wpływ:
" prędkość procesora
" wielkość pamięci operacyjnej i cache'u
" prędkość transferu danych z pamięci
" narzut czasowy wprowadzany przez BIOS
" gęstość zapisu
Im więcej bitów daje się upakować na pewnym
obszarze nośnika, tym więcej danych mo\
na
odczytać, przy niezmienionych pozostałych
parametrach (szybkość obrotowa, czas wyszukiwania
ście\
ki itp.)
16
Proces odczytu na dysku twardym
Odbywa się przez indukcję sygnału elektrycznego,
spowodowaną ruchem nośnika magnetycznego w pobli\
u
głowicy. Powstająca w wyniku szybkich obrotów talerzy
poduszka powietrzna utrzymuje głowicę nad
powierzchnią nośnika magnetycznego. Ramię głowicy
musi być ustawione tak, by znalazło się nad
odczytywanym cylindrem.
Cylinder to grupa ście\
ek jednakowo odległych od
środka dysku - czyli o tym samym numerze - na
wszystkich talerzach dysku.
17
Funkcja S.M.A.R.T
Większość współczesnych dysków dysponuje nową
funkcją, tzw. S.M.A.R.T. (ang. Self-Monitoring Analysis
and Reporting Technology) polegającą na tym, \
e
elektronika dysku monitoruje i analizuje oraz
raportuje stan urządzenia (np. wysokość lotu głowicy, czas
uzyskania nominalnej prędkości obrotowej, itd.).
Jeśli występują nieprawidłowości, układy kontroli
wysyłają ostrze\
enie do u\
ytkownika \
e dysk mo\
e ulec
uszkodzeniu.
18
OZNACZENIA DYSKÓW TWARDYCH
Producent: Fujitsu - przykład MPB3021
" Pierwszy znak alfanumeryczny określa rodzaj głowicy odczytująco 
zapisującej:  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 określa generacje twardego dysku. Modele
wyprodukowane po paz
dzierniku 1998 oznaczone są literą  C
" Pierwsza cyfra określa format dysku, gdzie  2 oznacza dysk 2,5
calowy, a  3  dysk 3,5 calowy.
" Następne trzy cyfry tworzą liczbę, która po podzieleniu przez 10
wskazuje na pojemność dysku mierzona w G
19
STRUKTURA LOGICZNA DYSKU
(Struktura fizyczna dysku twardego jest analogiczna do dyskietki.)
Na dysku mo\
na wyró\
nić:
" obszar systemowy, słu\
ący 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
20
Rekord ładujący
zawiera krótki program inicjujący działanie
systemu operacyjnego np. jeden sektor dysku
Tablica alokacji plików FAT
zawiera mapę sektorów wykorzystywanych do
przechowywania informacji;
Obszar danych podzielony jest na tzw.
jednostki alokacji (klastery, posiadające określone
numery) w których umieszcza się zawartość plików.
Je\
eli w danej komórce FAT mamy 0, tzn. \
e odpowiadająca jej
jednostka alokacji jest wolna i mo\
e zostać przydzielona
zapisywanemu plikowi.
21
Katalog główny
Katalog główny znajduje się na dysku
bezpośrednio za tablicami FAT
Pojedynczy element katalogu zawiera informacje
opisujące plik:
- nazwa i rozszerzenie
- rozmiar pliku w bajtach
- datę jego utworzenia
- numer pierwszego klastera
22
Obszar danych
Obszar danych to największy obszar dysku.
Operacje zapisu i odczytu dokonywane są zawsze z
u\
yciem 512 bajtowych sektorów, które łączone są w
jednostki alokacji (klastery). Powoduje to, \
e ostatni
sektor (lub kilka sektorów wchodzących w skład
ostatniego klastera) nie jest wypełniony do końca
u\
yteczną informacją.
23
Obszar danych mo\
na adresować numerem klastera.
CHS Sposoby Nazwa obszaru
adresowania
0 0 1 Tylko adres fizyczny Master Boot Record  główny
(CHS) rekord ładujący
Strona ukryta (hidden) Data Partition Table  tablica partycji
0 1 1 Adres CHS, Boot Record  rekord ładujący
nr sektora logicznego i FAT#1  tablica alokacji plików
nr klastera FAT#2  tablica alokacji plików 
kopia
Root Directory  katalog główny
Adres CHS, Data Area  obszar danych
nr sektora logicznego i
nr klastera
24
Podział dysku na partycje
Partycja - stanowi obszar do którego wyłączne prawa
własności ma dany system operacyjny.
Przestrzeń ka\
dej partycji mo\
e być zorganizowana w
struktury logiczne odpowiadające danemu systemowi.
Formatowanie fizyczne, wyznacza podział dysku na
jednakowe w obrębie wszystkich partycji sektory.
Pierwszy sektor dysku twardego zawiera tzw.
tablicę partycji, która przechowuje informacje opisujące
podział dysku między właścicieli:
- rozmiary dysku
- liczbę partycji, ich wielkość i poło\
enie
25
26