Zapis odczyt na nośnikach magnetycznych

Sam zapis sygnału jest bardzo prosty i następuje w wyniku oddziaływania zmiennego pola magnetycznego wytwarzanego w głowicy na nośnik,przesuwający się ruchem jednostajnym po jej czole w bezpośredniej bliskości szczeliny. Cząstki materiału magnetycznego nośnika ulegają lokalnemu namagnesowaniu zależnie od chwilowego natężenia pola magnetycznego.

Odczyt (proces odwrotny do zapisu) polega na tym, że namagnesowany nośnik, przesuwając się z określoną prędkością przed głowicą, powoduje w niej zmiany strumienia magnetycznego proporcjonalne do miejscowych wartości namagnesowania nośnika, powstałych podczas zapisu. W uzwojeniu nawiniętym na rdzeń głowicy indukuje się wówczas napięcie o wartości chwilowej, zależnej od szybkości zmian strumienia magnetycznego, a więc od prędkości przesuwania się nośnika i częstotliwości zapisanego sygnału.

Budowa dysku twardego

Dysk stały składa się z zamkniętego w hermetycznej budowie (o szerokości 3,5"), chroniącej wrażliwe części napędu od pyłu, pary wodnej, i innych źródeł zanieczyszczeń, wirującego sztywnego talerza (stąd nazwa Hard Disk Drive, w odróżnieniu od miękkich krążków stosowanych np. w dyskietkach) lub całego zespołu talerzy, wykonanych najczęściej ze stopów aluminium, o wypolerowanej powierzchni pokrytej nośnikiem magnetycznym (grubości kilku mikrometrów). Tym nośnikiem może być tlenek żelaza, lub inny metal ferromagnetyczny. Na każdym krążku wykorzystuje się do zapisu obydwie jego strony, stąd na każdą jedną powierzchnie dysku przypada osobna głowica zapisu-odczytu. Wszystkie głowice są umieszczone na ramionach poruszających się synchronicznie i dociskanych do powierzchni dysku sprężynami. Podczas pracy nie stykają się one jednak z talerzem, co groziłoby uszkodzeniem powierzchni magnetycznej, dzięki poduszce powietrznej powstałej w wyniku szybkich obrotów talerza, kiedy to głowica unosi się ponad dysk na wysokość ok. 1mikrometra. Przy wyłączonym dysku głowica dotyka powierzchni dysku, ale ma to miejsce w specjalnie do tego przeznaczonym miejscu - ścieżce parkującej. Ramię ma za zadanie umożliwienie głowicom zajęcia odpowiedniej pozycji nad talerzem w celu odczytu lub zapisu danych na odpowiednim miejscu. Początkowe modele wyposażano w silniki krokowe umożliwiające ramionom dostęp do całej powierzchni dysku. Wzrost szybkości dysków wymusił wprowadzenie innych rozwiązań. Najpopularniejszym obecnie jest tzw. voice coil. Umieszczona w silnym polu magnetycznym cewka porusza się zgodnie z przepływającym przez nią prądem, ustawiając ramię w odpowiedniej pozycji. Dzięki temu czas przejścia między kolejnymi ścieżkami jest krótszy niż 1 milisekunda, a na dłuższej drodze nie przekracza kilkudziesięciu milisekund. Ponieważ układ pozycjonowania ze swobodną cewką może przesuwać głowice w sposób całkowicie płynny i musi znać położenie szukanej ścieżki. Zintegrowana elektronika kontroluje ruch zwory odczytująco-zapisującej oraz rotację dysku, oraz przygotowuje odczyty i zapisy na rozkaz od kontrolera dysku.

W dyskach twardych stosuje się dwa rodzaje głowic: głowice z kompozytów żelaza oraz głowice cienkofoliowe. Pierwsze z nich składają się z rdzenia ferromagnetycznego i cewki elektromagnetycznej. Są one ciężkie i wymagają większej wysokości zawieszenia nad powierzchnią wirującego dysku. Nowszym rozwiązaniem są głowice cienkofoliowe, to układy scalone w kształcie litery U, lżejsze od głowic ferromagnetycznych, w związku z czym mogą unosić się nad powierzchnią dysku na znacznie mniejszej wysokości. Dzięki czemu zwiększyła się niezawodność operacji dyskowych (odczytu i zapisu), ponieważ niższe zawieszenie głowic umożliwia transmisję silniejszego sygnału - strumienia elektromagnetycznego. W ten właśnie sposób zapisywana jest na dysku informacja, ponieważ pod wpływem wytworzonego pola magnetycznego ferromagnetyczna powierzchnia dysku zmienia swoją polaryzację wraz ze zmianą strumienia. Informacja może być z powrotem odczytana w odwrotny sposób, gdyż pola magnetyczne powodują zmianę elektryczną w głowicy odczytującej, która przemieszcza się nad nimi.

W celu zwiększenia wydajności dyski wyposażane są w bufor danych (o pojemności 128 KB - 8 MB), zwany też dyskową pamięcią podręczną (Cache), umożliwiający zwiększenie szybkości transmisji. Aby przyspieszyć transmisję w dyskach z pamięcią Cache, stosuje się następującą zasadę: z dysku podczas odczytu wczytuje się do pamięci Cache, oprócz interesujących nas w danej chwili sektorów, również sektory następujące po nich. Jeśli dane te zostaną zażądane później, to nie muszą być odczytywane z dysku, lecz przywołane są z pamięci Cache.

Parametry:

Liczba talerzy - określa liczbę talerzy danego dysku. Uwaga! Liczba talerzy nie oznacza, że dane zapisywane są zawsze po obu stronach talerza dysku. Informację na ten temat otrzymamy porównując liczbę talerzy z liczbą głowic danego dysku.

Liczba głowic - określa, ile głowic zajmuje się odczytem/zapisem danych na talerzach. Liczba ta wskazuje także na to, czy wszystkie talerze są wykorzystywane obustronnie. Parzysta liczba głowic wskazuje na to, że dane mogą być przechowywane na każdej stronie każdego talerza dysku, natomiast nieparzysta - że jedna strona któregoś z talerzy dysku nie jest w ogóle wykorzystywana.

Średni czas dostępu - parametr ten określa, w jakim czasie (średnio) od otrzymania przez dysk żądania odczytu/zapisu konkretnego obszaru nastąpi rozpoczęcie operacji. Im krótszy jest ten czas, tym dysk może zapewnić większą płynność odtwarzania, co może mieć znaczenie np. podczas nagrywania płyt CD-R/CD-RW, gdzie wymagany jest ciągły dopływ danych.

Transfer wewnętrzny - parametr ten określa w praktyce rzeczywisty transfer danego dysku. Im wartość ta jest wyższa, tym dany dysk jest szybszy. Jednak o tym, czy w danym komputerze będzie osiągał optimum swoich możliwości decyduje konfiguracja komputera (włączenie trybu DMA itp.).

Transfer zewnętrzny - właśnie ten parametr często jest używany w marketingowych określeniach i notatkach producentów. Tymczasem nie określa on faktycznej szybkości dysku, lecz przepustowość interfejsu. Oczywiście im ten parametr jest wyższy, tym lepiej - warto jednak pamiętać, że dyski o takim samym transferze zewnętrznym mogą w praktyce pracować z różną szybkością.

Liczba obrotów na min. - parametr określający, z jaką szybkością obracają się talerze danego dysku. Im szybkość obrotowa jest wyższa, tym więcej danych może być odczytywanych przez głowice. Pamiętajmy jednak, że ten parametr należy oceniać biorąc pod uwagę także gęstość zapisu. W praktyce jednak przy porównywaniu dysków o podobnej pojemności te z większą szybkością obrotową są zazwyczaj szybsze.

Cache - pamięć podręczna dysku twardego. Do tej pamięci buforowane są dane odczytywane i zapisywane na dysku. Im tej pamięci jest więcej, tym sprawniejszy jest proces przesyłu danych.

MTBF - akronim od zwrotu Mean Time Between Failure, co można przetłumaczyć jako średni czas międzyuszkodzeniowy. Parametr ten podawany jest w godzinach. Choć wartości, z jakimi spotkamy się w tej tabeli wyglądają na olbrzymie, to należy pamiętać, że czas ten jest wartością średnią ustaloną na podstawie testów dysków danej serii. Warto wiedzieć, że istnieje niezerowe prawdopodobieństwo, że dany dysk ulegnie uszkodzeniu już w pierwszym roku użytkowania.

Pobór mocy - zrozumienie tego parametru nie powinno sprawiać kłopotu, jednak jeżeli w naszym komputerze mamy stosunkowo słaby zasilacz, to może się okazać, że zakup dysku wymagającego stosunkowo dużo mocy może spowodować na komputerze, i tak już solidnie obsadzonym różnego typu sprzętem, przeciążenie zasilacza.

---