Capitolo – 2
Introduzione dei dischi rigidi
Introduzione
Nel mondo dei computer di oggi, i dischi rigidi si sono rivelati la parte più importante di un computer. Oggi il disco rigido è il principale dispositivo di archiviazione più comunemente utilizzato per archiviare tutti i tipi di dati, nonché uno dei componenti più interessanti del computer.
Sarà molto difficile per gli utenti di computer moderni anche solo considerare quale sarebbe la vita del computer senza unità disco rigido, poiché la maggior parte di noi oggi archivia miliardi di byte di informazioni nei propri computer.
Nei primi computer non c'era spazio di archiviazione. Ogni volta che si desidera eseguire un programma, è necessario inserirlo manualmente. Inoltre, ha reso impossibile la maggior parte di ciò che oggi consideriamo essere l'informatica, dal momento che non esisteva un modo semplice per far funzionare un computer con gli stessi dati più e più volte. Ci siamo subito resi conto che era necessaria una sorta di archiviazione permanente se i computer volevano diventare strumenti veramente utili.
Il primo supporto di archiviazione utilizzato sui computer era in realtà la carta. I programmi ei dati sono stati registrati utilizzando fori praticati su nastro di carta o schede perforate. Un lettore speciale utilizzava un raggio di luce per scansionare le carte o il nastro. Dove è stato trovato un buco leggeva un "1", e dove la carta ha bloccato il sensore, uno "0" o viceversa.
Anche se è stato un grande miglioramento rispetto al nulla, queste carte erano comunque molto scomode da usare. Fondamentalmente dovevi scrivere l'intero programma da zero su carta e farlo funzionare nella tua mente prima di iniziare a provare a metterlo sulle carte, perché se commettevi un errore dovevi ripuntare molte delle carte. È stato molto difficile visualizzare con cosa stavi lavorando.
Il successivo grande progresso rispetto alla carta è stata la creazione del nastro magnetico. Registrando le informazioni in modo simile a come viene registrato l'audio su un nastro, questi nastri magnetici erano molto più flessibili, durevoli e più veloci dei nastri di carta o delle schede perforate.
Naturalmente, il nastro viene utilizzato ancora oggi sui computer moderni, ma come forma di archiviazione offline o secondaria. Prima dei dischi rigidi, erano la memoria principale per alcuni computer. Il loro principale svantaggio è che devono essere letti in modo lineare; il passaggio da un'estremità all'altra del nastro può richiedere minuti, rendendo impraticabile l'accesso casuale.
Tornando al nostro argomento. IBM ha introdotto il primo disco rigido che sarebbe stato fattibile per lo sviluppo commerciale. Non era come le unità disco che vengono utilizzate oggigiorno. Hanno usato tamburi cilindrici rotanti, su cui sono stati memorizzati i modelli magnetici dei dati. I tamburi erano grandi e difficili da lavorare. I primi veri dischi rigidi avevano le testine del disco rigido a contatto con la superficie del disco. Ciò è stato fatto per consentire all'elettronica a bassa sensibilità del giorno di essere in grado di leggere meglio i campi magnetici sulla superficie del disco, ma le tecniche di produzione in quella fase del tempo non erano così sofisticate come lo sono ora, e non lo era possibile ottenere la superficie del disco tanto liscia quanto necessario per consentire alla testina di scorrere dolcemente sulla superficie del disco ad alta velocità mentre era a contatto con esso. Con il tempo le testine si consumerebbero, o consumerebbero il rivestimento magnetico sulla superficie del disco.
Come scoperta critica della nuova tecnologia di IBM in cui non era necessario il contatto con la superficie del disco, è diventata la base dei moderni dischi rigidi. Il primo disco rigido di questo tipo è stato l'IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) introdotto il 13 settembre 1956. Questo disco rigido poteva memorizzare cinque milioni di caratteri che erano circa cinque megabyte con una velocità di trasferimento dati di 8.800 byte al secondo.
Nel 1962, IBM ha introdotto il modello 1301 Advanced Disk File. Il progresso chiave di questa unità disco è stata la creazione di testine che galleggiavano, o volavano, sopra la superficie del disco su un cuscinetto d'aria riducendo la distanza dalle testine alla superficie dei dischi da 800 a 250 micro pollici.
Nel 1973, IBM ha introdotto l'unità disco modello 3340, comunemente considerata il padre del moderno disco rigido che aveva due perni separati, uno permanente e l'altro rimovibile, ciascuno con una capacità di 30 MB. Il modello 3370 di IBM introdotto nel 1979 è stato il primo disco con testine a film sottile. Nello stesso anno IBM ha introdotto il modello 3310 che è la prima unità disco con piatti da 8 pollici, di dimensioni notevolmente ridotte rispetto ai 14 pollici che erano stati lo standard per oltre un decennio.
Il primo disco rigido progettato con il fattore di forma da 5,25" utilizzato nei primi PC è stato il Seagate ST-506. Presentava quattro testine e una capacità di 5 MB. IBM ha bypassato l'ST-506 e ha scelto l'ST-412- -un disco da 10 MB con lo stesso fattore di forma--per IBM PC/XT, che lo rende il primo disco rigido ampiamente utilizzato nel mondo PC e compatibile con PC.
Nell'anno 1983, Rodime ha introdotto RO352, il primo disco rigido a utilizzare il fattore di forma da 3,5", che è diventato uno dei più importanti standard del settore. Nel 1985 Quantum ha introdotto l'Hardcard, un disco rigido da 10,5 MB montato su un ISA scheda di espansione per PC originariamente costruiti senza disco rigido.
Nel 1986 Conner Peripherals ha introdotto il CP340. È stata la prima unità disco a utilizzare un attuatore a bobina mobile. Nell'anno 1988 Conner Peripherals ha introdotto il CP3022, che è stato il primo drive da 3,5" a utilizzare l'altezza ridotta di 1" ora chiamata "basso profilo" e lo standard per i moderni drive da 3,5". Nello stesso anno PrairieTek ha introdotto un drive che utilizza 2,5" piatti. Nel 1990 IBM ha introdotto il modello 681 (Redwing), un'unità da 857 MB. È stato il primo a utilizzare testine MR e PRML.
L'unità mainframe "Pacifica" di IBM, introdotta nel 1991, è la prima a sostituire i supporti di ossido con supporti a film sottile sulla superficie del piatto. Nello stesso anno 1820 di Integral Peripherals è il primo disco rigido con piatti da 1,8 pollici, successivamente utilizzato per unità disco PC-Card. Nell'anno 1992 Hewlett Packard ha introdotto C3013A, che è la prima unità da 1,3 pollici.
Ci sono una serie di sviluppi che hanno avuto luogo nella storia dei dischi rigidi per conferire il design attuale, le prestazioni di forma e le capacità ai dischi di oggi. Questi sono difficili da contare in dettaglio all'interno di questo libro.
Componenti del disco rigido
Un disco rigido contiene i seguenti componenti principali:
- Dischi e supporti
- Teste di lettura/scrittura
- Slitte testa, bracci e attuatore
- Motore mandrino per disco rigido
- Connettori e ponticelli
- Scheda logica
- Cache e circuiti della cache
Componenti del disco rigido
Dischi e supporti
Ogni disco rigido utilizza uno o più (generalmente più di uno) round, dischi piatti chiamati piatti, rivestiti su entrambi i lati con uno speciale materiale multimediale progettato per memorizzare informazioni sotto forma di motivi magnetici. Ogni superficie di ogni piatto del disco può contenere miliardi di bit di dati.
I piatti sono composti da due sostanze principali, un materiale di supporto che costituisce la maggior parte del piatto e gli conferisce struttura e rigidità, e un rivestimento magnetico che trattiene effettivamente gli impulsi magnetici che rappresentano i dati.
La qualità dei piatti e, in particolare, il rivestimento dei supporti è fondamentale. La dimensione dei piatti nel disco rigido è il fattore determinante principale delle sue dimensioni fisiche complessive, generalmente chiamate anche fattore di forma dell'unità; la maggior parte delle unità sono prodotte in uno dei vari fattori di forma del disco rigido standard.
A volte i dischi rigidi sono indicati da una specifica di dimensione. Se qualcuno ha un disco rigido da 3,5 pollici significa che di solito si riferisce al fattore di forma del disco e, normalmente, il fattore di forma viene chiamato in base alle dimensioni del piatto. I precedenti dischi rigidi avevano una dimensione nominale di 5,25", ma oggigiorno la dimensione del piatto del disco rigido più comune è 3,5".
Le unità per laptop sono generalmente più piccole, a causa delle ridotte dimensioni previste e del minor peso. I piatti su queste unità hanno solitamente un diametro di 2,5" o meno; 2,5" è il fattore di forma standard, ma le unità con piatti da 1,8" e persino 1,0" stanno diventando più comuni nelle apparecchiature mobili.
Sebbene le unità estendano i piatti alla massima larghezza possibile del pacchetto di unità fisiche, per massimizzare la quantità di spazio di archiviazione che possono contenere nell'unità, tuttavia, la tendenza generale è verso piatti più piccoli. Ci sono i motivi principali per cui le aziende scelgono piatti più piccoli anche per le unità desktop:
I piatti rigidi e rigidi sono più resistenti agli urti e alle vibrazioni e sono più adatti per essere accoppiati con mandrini ad alta velocità e altro hardware ad alte prestazioni. Riducendo il diametro del piatto del disco rigido di un fattore due, si quadruplica circa la sua rigidità.
Le dimensioni ridotte dei piatti riducono la distanza che l'attuatore della testa deve spostare le teste da un lato all'altro per eseguire ricerche casuali. Ciò migliora il tempo di ricerca e rende più veloci le letture e le scritture casuali.
Gli ultimi mandrini del disco rigido stanno aumentando per motivi di prestazioni di velocità. I piatti più piccoli sono più facili da girare e richiedono motori meno potenti, nonché più veloci per aumentare la velocità da una posizione ferma.
La dimensione più piccola del piatto del disco rigido oggi disponibile ha un diametro di 1". L'incredibile unità Micro di IBM ha un unico piatto ed è progettata per adattarsi a fotocamere digitali, organizer personali e altre piccole apparecchiature. Le dimensioni ridotte dei piatti consentono di Micro drive per scaricare la batteria, rallentare e riavviare in meno di un secondo.
Da un punto di vista ingegneristico più piatti significano anche più massa e quindi una risposta più lenta ai comandi di avvio o arresto dell'azionamento. Può essere compensato con un motore mandrino più potente, ma ciò porta ad altri compromessi.
In effetti, la tendenza di recente è stata quella di guidare con meno braccia e piatti, non di più. La densità dell'area continua ad aumentare, consentendo la creazione di dischi di grandi dimensioni senza utilizzare molti piatti. Ciò consente ai produttori di ridurre il numero di piatti per migliorare il tempo di ricerca senza creare unità troppo piccole per il mercato.
Anche il fattore di forma del disco rigido ha una grande influenza sul numero di piatti in un'unità. Esistono diversi fattori correlati al numero di piatti utilizzati nel disco. Gli azionamenti con molti piatti sono più difficili da progettare a causa della massa maggiore dell'unità mandrino, della necessità di allineare perfettamente tutti gli azionamenti e della maggiore difficoltà nel tenere sotto controllo rumore e vibrazioni.
Anche allora, sebbene gli ingegneri del disco rigido volessero inserire molti piatti in un modello particolare, il fattore di forma standard del disco rigido "sottile" è limitato a 1 pollice di altezza, il che limita il numero di piatti che possono essere inseriti in un unità singola. Naturalmente, gli ingegneri lavorano costantemente per ridurre la quantità di spazio necessaria tra i piatti, in modo da poter aumentare il numero di piatti nelle unità di una determinata altezza.
I modelli magnetici che compongono i tuoi dati sono registrati in uno strato di supporto molto sottile sulle superfici dei piatti del disco rigido; la maggior parte del materiale del piatto è chiamato substrato e non fa altro che supportare lo strato del supporto. Per essere idoneo, un materiale di supporto deve essere rigido, facile da lavorare, leggero, stabile, magneticamente inerte, poco costoso e facilmente reperibile. Il materiale più comunemente usato per realizzare i piatti è tradizionalmente una lega di alluminio, che soddisfa tutti questi criteri.
A causa del modo in cui i piatti ruotano con le testine di lettura/scrittura che fluttuano appena sopra di essi, i piatti devono essere estremamente lisci e piatti, pertanto sono state proposte alternative all'alluminio, come vetro, compositi di vetro e leghe di magnesio. Ora sembra sempre più probabile che il vetro e i compositi realizzati con il vetro saranno il prossimo standard per il substrato del piatto. Rispetto ai piatti in alluminio, i piatti in vetro presentano diversi vantaggi:
- Migliore qualità:
- Rigidità migliorata:
- Piatti più sottili:
- Stabilità termica:
Uno svantaggio del vetro rispetto all'alluminio è la fragilità, in particolare quando è molto sottile.
Il materiale del substrato di cui sono fatti i piatti costituisce la base su cui viene depositato il supporto di registrazione vero e proprio. Lo strato del supporto è un rivestimento molto sottile di materiale magnetico che è il luogo in cui vengono archiviati i dati effettivi. In genere ha uno spessore di pochi milionesimi di pollice.
I dischi rigidi meno recenti utilizzavano supporti ossido. Il mezzo di ossido è poco costoso da usare, ma presenta anche diverse importanti carenze. Il primo è che è un materiale morbido e facilmente danneggiato dal contatto con una testina di lettura/scrittura. Il secondo è che è utile solo per l'archiviazione a densità relativamente bassa. Funzionava bene per i dischi rigidi più vecchi con una densità di dati relativamente bassa, ma poiché i produttori cercavano di comprimere sempre più dati nello stesso spazio, l'ossido non era all'altezza del compito: le particelle di ossido diventavano troppo grandi per i piccoli campi magnetici dei modelli più recenti .
I dischi rigidi di oggi utilizzano supporti a film sottile. Il supporto a film sottile è costituito da uno strato molto sottile di materiale magnetico applicato sulla superficie dei piatti. Vengono utilizzate tecniche di produzione speciali per depositare il materiale dei supporti sui piatti.
Rispetto ai supporti a base di ossido, i supporti a film sottile sono molto più uniformi e lisci. Ha anche proprietà magnetiche di gran lunga superiori, che gli consentono di contenere molti più dati nella stessa quantità di spazio. Dopo aver applicato il supporto magnetico, la superficie di ogni piatto è solitamente ricoperta da uno strato sottile e protettivo di carbonio. In cima a questo viene aggiunto uno strato lubrificante super sottile. Questi materiali vengono utilizzati per proteggere il disco dai danni causati dal contatto accidentale delle testine o da altri corpi estranei che potrebbero entrare nell'unità.
Teste di lettura/scrittura
Le testine sono l'interfaccia di lettura/scrittura per il supporto fisico magnetico su cui i dati sono archiviati in un disco rigido. Le testine fanno il lavoro di convertire i bit in impulsi magnetici e di memorizzarli sui piatti, quindi di invertire il processo quando i dati devono essere riletti. Le testine sono una delle parti più costose del disco rigido per consentire l'aumento della densità areale e della velocità di rotazione del disco.
Nonostante le testine GMR siano più popolari negli hard disk odierni, sono state proposte diverse tecnologie più volte per le testine di lettura/scrittura:
- Teste di ferrite
- Teste Metal-In-Gap (MIG)
- Teste a film sottile (TF)
- Teste magnetoresistive anisotropiche (AMR/MR)
- Teste Magnetoresistive Giganti (GMR)
- Teste Magnetoresistive Colossali (CMR)
Le testine di lettura/scrittura sono un componente estremamente critico nel determinare le prestazioni complessive del disco rigido, poiché svolgono un ruolo così importante nella memorizzazione e nel recupero dei dati. Le nuove tecnologie delle testine sono spesso il punto di partenza per aumentare la velocità e le dimensioni dei moderni dischi rigidi, quindi le testine di lettura/scrittura sono la parte più sofisticata del disco rigido, che è esso stesso una meraviglia tecnologica.
Ogni bit di dati da archiviare viene registrato sul disco rigido utilizzando uno speciale metodo di codifica che traduce gli zeri e gli uno in schemi di inversione del flusso magnetico. Ogni piatto del disco rigido ha due superfici utilizzate per memorizzare i dati in generale e normalmente c'è una testina per ogni superficie utilizzata sull'unità. Poiché la maggior parte dei dischi rigidi ha da uno a quattro piatti, la maggior parte dei dischi rigidi ha da due a otto testine. Alcune unità più grandi possono avere 20 testine o più. Solo una testina può leggere o scrivere sul disco rigido alla volta. Un circuito speciale viene utilizzato per controllare quale testa è attiva in un dato momento.
La testina fluttua sulla superficie del disco e fa tutto il suo lavoro senza mai toccare fisicamente i piatti. La quantità di spazio tra le teste e i piatti è chiamata altezza fluttuante o altezza di volo o distanza della testa. I gruppi testine di lettura/scrittura sono caricati a molla utilizzando l'acciaio elastico dei bracci della testina che fa premere i cursori contro i piatti quando il disco è fermo.
Questo viene fatto per garantire che le teste non si allontanino dai piatti, quindi mantenere un'esatta altezza di galleggiamento è essenziale per il corretto funzionamento. Quando il disco raggiunge la velocità operativa, l'alta velocità fa fluire l'aria sotto i cursori e li solleva dalla superficie del disco. La distanza dai piatti alle teste è un parametro di progettazione specifico che è strettamente controllato dai produttori.
Un disco rigido moderno ha un'altezza fluttuante di 0,5 micro pollici e persino i capelli umani hanno uno spessore di oltre 2.000 micro pollici, ecco perché è così importante tenere lontano lo sporco dal disco rigido. In realtà è abbastanza sorprendente quanto vicino alla superficie dei dischi le teste volino senza toccarsi. Particella di polvere, impronte digitali anche una particella di fumo è un grosso problema per la testina di un disco rigido.
Struttura di lettura e scrittura dell'unità disco rigido
Quando la densità dell'area di un'unità viene aumentata per migliorare la capacità e le prestazioni, i campi magnetici diventano più piccoli e più deboli. Per compensare, o le testine devono essere rese più sensibili, oppure l'altezza flottante deve essere ridotta.
Ogni volta che l'altezza mobile viene ridotta, gli aspetti meccanici del disco devono essere regolati per assicurarsi che i piatti siano più piatti, l'allineamento del gruppo piatti e delle testine di lettura/scrittura sia perfetto e non ci sia polvere o sporco sulla superficie dei piatti. Anche le vibrazioni e gli urti diventano più preoccupanti e devono essere compensati.
Questo è uno dei motivi per cui i produttori si rivolgono a piatti più piccoli e all'uso di substrati per piatti in vetro. Le teste più recenti come GMR sono preferite perché consentono un'altezza di volo maggiore rispetto alle teste più vecchie e meno sensibili, a parità di condizioni.
Crash alla testa
Poiché le testine di lettura/scrittura di un disco rigido galleggiano su uno strato microscopico d'aria sopra i piatti del disco stesso, è possibile che le testine entrino in contatto con il supporto sul disco rigido in determinate circostanze. Normalmente, le testine entrano in contatto con la superficie solo durante l'avvio o l'arresto dell'unità.
Un moderno disco rigido gira 100 volte al secondo. Se le testine entrano in contatto con la superficie del disco mentre è a velocità operativa, il risultato può essere la perdita di dati, danni alle testine, danni alla superficie di il disco o tutti e tre. Questo di solito è chiamato crash della testa, due delle parole più spaventose per qualsiasi utente di computer. Le cause più comuni di crash della testina sono la contaminazione che si blocca nel sottile spazio tra la testina e il disco e lo shock applicato al disco rigido mentre è in funzione.
Parcheggio di testa
Quando i piatti non girano, le teste poggiano sulla superficie del disco. Quando i piatti girano, le teste strofinano lungo la superficie dei piatti fino a quando non si ottiene una velocità sufficiente per sollevarli e galleggiare sul cuscino d'aria. Quando l'unità viene arrestata, il processo viene ripetuto al contrario. In entrambi i casi, per un certo periodo di tempo le testine entrano in contatto con la superficie del disco durante il movimento.
Sebbene i piatti e le testine siano progettati tenendo presente che questo contatto avverrà, ha comunque senso evitare che ciò avvenga su un'area del disco in cui sono presenti dati.
Per questo motivo, la maggior parte dei dischi mette da parte una pista speciale che è designata per essere il punto in cui verranno posizionate le teste per i decolli e gli atterraggi. Quest'area è chiamata zona di atterraggio e non vi sono inseriti dati. Il processo di spostamento delle teste in quest'area designata è chiamato parcheggio della testa.
Quasi tutti i nuovi sistemi operativi hanno una funzione integrata per parcheggiare la testa automaticamente quando è necessario. La maggior parte dei primi dischi rigidi che utilizzavano motori passo-passo non parcheggiavano automaticamente le testine dell'unità, quindi come precauzione di sicurezza venivano scritte molte piccole utility che l'utente avrebbe eseguito prima di spegnere il PC a quei tempi. L'utilità indicherebbe al disco di spostare le testine nella zona di atterraggio, quindi il PC potrebbe essere spento in sicurezza.
Un parametro nella configurazione del BIOS per il disco rigido indica al sistema quale traccia era la zona di destinazione per il particolare modello di disco rigido. Di solito, era la successiva traccia con numero consecutivo sopra quella con il numero più grande effettivamente utilizzata per i dati. Le moderne unità disco rigido azionate da bobina vocale sono tutte dotate di parcheggio automatico. Non è necessario ora parcheggiare manualmente le testine dei moderni dischi rigidi.
Cursori testa, bracci e attuatore
Quando si accede ai piatti del disco rigido per operazioni di lettura e scrittura utilizzando le testine di lettura/scrittura montate sulla superficie superiore e inferiore di ciascun piatto, è ovvio che le testine di lettura/scrittura non fluttuano nello spazio. Devono essere mantenuti in una posizione esatta rispetto alle superfici che stanno leggendo e inoltre devono essere spostati da un binario all'altro per consentire l'accesso all'intera superficie del disco.
Le teste sono montate su una struttura che facilita questo processo, spesso chiamato gruppo testa o gruppo attuatore o gruppo testa-attuatore. È composto da diverse parti. Le teste stesse sono montate su cursori per la testa. I cursori sono sospesi sulla superficie del disco alle estremità dei bracci della testa. I bracci della testa sono tutti fusi meccanicamente in un'unica struttura che viene spostata sulla superficie del disco dall'attuatore.
Cursori testa
Ogni testina del disco rigido è montata su un dispositivo speciale chiamato slider della testina o semplicemente slider in breve. La funzione del cursore è di sostenere fisicamente la testa e tenerla nella posizione corretta rispetto al piatto mentre la testa galleggia sulla sua superficie. Le testine di lettura/scrittura del disco rigido sono troppo piccole per essere utilizzate senza collegarle a un'unità più grande.
I cursori hanno una forma speciale per consentire loro di scorrere con precisione sul piatto. Poiché le testine di lettura/scrittura del disco rigido si sono ridotte di dimensioni, anche i cursori che le trasportano. Il principale vantaggio dell'utilizzo di piccoli cursori è che riduce il peso che deve essere tirato sulla superficie dei piatti, migliorando sia la velocità di posizionamento che la precisione. I cursori più piccoli hanno anche meno superficie per contattare potenzialmente la superficie del disco. Ogni cursore è montato su un braccio per la testa per consentirne lo spostamento sulla superficie del piatto a cui è abbinato.
Braccia per la testa
I bracci della testina sono sottili pezzi di metallo, generalmente di forma triangolare su cui sono montati i cursori della testina che portano le testine di lettura/scrittura. C'è un braccio per testina di lettura/scrittura e tutti sono allineati e montati sull'attuatore della testina per formare un'unica unità.
Ciò significa che quando l'attuatore si muove, tutte le teste si muovono insieme in modo sincronizzato. I bracci stessi sono realizzati in un materiale leggero e sottile, per consentire loro di essere spostati rapidamente dalla parte interna a quella esterna dell'unità. I design più recenti hanno sostituito le braccia solide con forme strutturali al fine di ridurre il peso e migliorare le prestazioni.
Le unità più recenti ottengono tempi di ricerca più rapidi, in parte utilizzando attuatori più veloci e intelligenti e bracci della testa più leggeri e rigidi, consentendo di ridurre il tempo per passare da un brano all'altro. Una tendenza recente nel settore dei dischi rigidi è stata la riduzione del numero di piatti in varie famiglie di unità. Anche alcune unità di punta di varie famiglie ora hanno solo tre o addirittura due piatti, mentre quattro o cinque erano all'ordine del giorno circa un anno fa.
Uno dei motivi di questa tendenza è che avere un numero elevato di bracci per la testa rende difficile eseguire l'unità con una precisione sufficientemente elevata da consentire un posizionamento molto rapido su ricerche casuali. Ciò è dovuto all'aumento del peso nel gruppo dell'attuatore dovuto ai bracci aggiuntivi e anche ai problemi di allineamento di tutte le teste.
Testa attuatore
L'attuatore è una parte molto importante dell'hard disk, perché il passaggio da una traccia all'altra è l'unica operazione sull'hard disk che richiede un movimento attivo. Il cambio delle testine è una funzione elettronica e il cambio dei settori implica l'attesa che il numero del settore giusto giri e arrivi sotto la testa. Cambiare traccia significa che le testine devono essere spostate, quindi assicurarsi che questo movimento possa essere eseguito in modo rapido e preciso è di fondamentale importanza.
L'attuatore è il dispositivo utilizzato per posizionare i bracci della testa su diverse tracce sulla superficie del piatto su cilindri diversi, poiché tutti i bracci della testa vengono spostati come un'unità sincrona, quindi ogni braccio si sposta sullo stesso numero di traccia del rispettivo superficie. Gli attuatori della testa sono disponibili in due varietà generali:
- Motori passo-passo
- Bobine vocali
La principale differenza tra i due modelli è che il motore passo-passo è un sistema di posizionamento assoluto, mentre la bobina mobile è un sistema di posizionamento relativo.
Tutti i moderni dischi rigidi utilizzano attuatori voice coil. L'attuatore della bobina mobile non è solo molto più adattabile e insensibile ai problemi termici. È molto più veloce e affidabile di un motore passo-passo. Il posizionamento dell'attuatore è dinamico e si basa sul feedback dell'esame della posizione effettiva dei binari. Questo sistema di feedback ad anello chiuso è talvolta chiamato anche servomotore o servosistema di posizionamento ed è comunemente utilizzato in migliaia di applicazioni diverse in cui è importante un posizionamento preciso.
Motore mandrino
Il motore del mandrino o l'albero del mandrino è responsabile della rotazione dei piatti del disco rigido, consentendo il funzionamento del disco rigido. Un motore del mandrino deve fornire una potenza di rotazione stabile, affidabile e costante per migliaia di ore di utilizzo spesso continuo, per consentire al disco rigido di funzionare correttamente perché molti guasti dell'unità sono in realtà guasti del motore del mandrino, non dei sistemi di archiviazione dati.
Il motore del mandrino di un disco rigido deve avere la seguente qualità per vivere a lungo e per mantenere i tuoi dati al sicuro a lungo:
- Deve essere di alta qualità, quindi può funzionare per migliaia di ore e tollerare migliaia di cicli di avvio e arresto, senza fallire.
- Deve funzionare senza intoppi e con vibrazioni minime, a causa delle strette tolleranze dei piatti e delle teste all'interno del drive.
- Non deve generare quantità eccessive di calore o rumore.
- Non dovrebbe assorbire troppa energia.
- Deve avere la sua velocità gestita in modo che giri alla velocità corretta.
Per soddisfare queste esigenze, tutti i dischi rigidi dei PC utilizzano motori a mandrino CC servocontrollati. I motori del mandrino del disco rigido sono configurati per il collegamento diretto. Non ci sono cinghie o ingranaggi che vengono utilizzati per collegarli al mandrino del piatto del disco rigido. Il mandrino su cui sono montati i piatti è fissato direttamente all'albero del motore.
I piatti sono lavorati con un foro delle dimensioni esatte del mandrino e sono posizionati sul mandrino con anelli separatori tra loro per mantenere la corretta distanza e fornire spazio per i bracci della testa. La quantità di lavoro che il motore del mandrino deve fare dipende dai seguenti fattori:
Le dimensioni e il numero dei piatti: piatti più grandi e più piatti in un'unità significano più massa per far girare il motore, quindi sono necessari motori più potenti. Lo stesso vale per le unità a velocità più elevata.
o Gestione dell'alimentazione: oggi, gli utenti desiderano sempre più dischi rigidi che ruotino rapidamente da una posizione di arresto alla velocità operativa, il che richiede anche motori più veloci o più potenti.
Come nei dischi rigidi più recenti, la velocità del mandrino dovrebbe essere una questione importante, è diventata anche un punto importante nei dischi rigidi per controllare la quantità di rumore, calore e vibrazioni generate dai dischi rigidi a causa dell'elevata velocità del mandrino.
Alcune unità più recenti, in particolare i modelli da 7200 e 10.000 giri/min, possono fare molto rumore quando sono in funzione. Se possibile, è una buona idea controllare un disco rigido in funzione prima di acquistarlo, valutarne il livello di rumore e vedere se ti dà fastidio; questo varia notevolmente da individuo a individuo. Il rumore prodotto varia anche in una certa misura a seconda dell'unità individuale anche nella stessa famiglia. Il calore creato dal motore del mandrino può eventualmente causare danni al disco rigido, motivo per cui le unità più recenti i dischi rigidi più recenti prestano maggiore attenzione al loro raffreddamento.
Connettori e ponticelli
Ci sono diversi connettori e ponticelli in un disco rigido che vengono utilizzati per configurare il disco rigido e collegarlo al resto del sistema. Il numero e i tipi di connettori sul disco rigido dipendono dall'interfaccia dati utilizzata per la connessione al sistema, dal produttore dell'unità e da eventuali funzioni speciali che l'unità potrebbe possedere.
Le istruzioni per l'impostazione dei ponticelli comuni sono generalmente stampate direttamente sull'unità. Le unità disco rigido utilizzano un connettore maschio standard a 4 pin che prende uno dei connettori di alimentazione provenienti dall'alimentatore.Questo connettore in plastica a 4 fili fornisce una tensione di +5 e +12 al disco rigido.
Ci sono due tipi di interfacce che solitamente i moderni dischi rigidi utilizzano uno di loro:
- IDE/ATA: Ha un connettore rettangolare a 40 pin.
- SCSI: un connettore a forma di D a 50 pin, 68 pin o 80 pin. Tutti questi tre numeri di pin rappresentano un diverso tipo di disco SCSI come:
- Un connettore a 50 pin indica che il dispositivo è SCSI stretto.
- 68 pin significa ampio SCSI.
- 80 pin significano SCSI ampio con attacco a connettore singolo (SCA).
Connettori e ponticelli
I connettori sulle unità disco fisso sono generalmente sotto forma di una 2xN griglia rettangolare di pin (dove N è 20, 25, 34 o 40 a seconda dell'interfaccia). La maggior parte degli attuali connettori di interfaccia SCSI sono codificati per impedire un inserimento errato poiché sono a forma di D, questo non è sempre il caso per altre interfacce.
Per questo motivo, è importante assicurarsi che il cavo sia orientato nel modo corretto prima di collegarlo. Il cavo ha una striscia rossa per indicare il filo 1 e il disco rigido utilizza contrassegni di una forma o dell'altra per indicare il pin corrispondente 1.
I dischi rigidi IDE/ATA sono abbastanza standard in termini di ponticelli. Di solito ci sono solo poche impostazioni dei ponticelli e non variano molto da un'unità all'altra. Ecco le impostazioni del jumper che troverai normalmente in un disco rigido:
Drive Select: Potrebbero esserci due unità, master e slave sullo stesso canale IDE. Normalmente viene utilizzato un ponticello per dire a ciascuna unità se deve funzionare come master o slave sul canale IDE.
Per una singola unità su un canale, la maggior parte dei produttori indica che l'unità deve essere ponticellata come master, mentre alcuni produttori, in particolare Western Digital, hanno un'impostazione separata per una singola unità rispetto a un master su un canale con uno slave. I termini master e slave sono fuorvianti poiché gli azionamenti in realtà non hanno alcuna relazione operativa.
Slave Present: alcune unità hanno un ponticello aggiuntivo che viene utilizzato per dire a un'unità configurata come master che c'è anche un'unità slave sul canale ATA. Questo è richiesto solo per alcune unità meno recenti che non supportano la segnalazione del canale IDE master/slave standard.
Cable Select: alcune configurazioni utilizzano un cavo speciale per determinare quale drive è master e quale slave, e quando si utilizza questo sistema è normalmente abilitato un jumper di selezione del cavo.
Jumper di restrizione delle dimensioni: alcune unità disco rigido più grandi non funzionano correttamente nei computer meno recenti che non dispongono di un programma BIOS o di un disco rigido di grandi dimensioni il supporto del disco li riconosce. Per ovviare a questo problema, alcune unità hanno ponticelli speciali che, una volta impostati, le faranno apparire come una dimensione più piccola di quanto non siano realmente nel BIOS per la compatibilità.
Ad esempio, alcuni dischi rigidi da 2,5 GB hanno un ponticello che li farà apparire come dischi rigidi da 2,1 GB su un sistema che non supporterà nulla di più di 2,1 GB. Questi sono anche chiamati ponticelli di limitazione della capacità e variano da produttore a produttore.
Esempio di impostazione del ponticello di un modello di disco rigido Seagate Technology
I dischi rigidi SCSI hanno controller più sofisticati rispetto a quelli dei dischi rigidi IDE/ATA, quindi SCSI in genere hanno molti più ponticelli che possono essere impostati per controllarne il funzionamento. Inoltre tendono a variare molto di più da produttore a produttore e da modello a modello nel numero e nei tipi di maglioni che hanno.
In genere i seguenti sono i ponticelli delle unità SCSI più comuni e importanti:
ID dispositivo SCSI: ogni dispositivo su un bus SCSI deve essere identificato in modo univoco ai fini dell'indirizzamento. Le unità SCSI strette avranno un set di tre ponticelli che possono essere utilizzati per assegnare al disco un numero ID da 0 a 7. Le unità SCSI larghe avranno quattro ponticelli per abilitare i numeri ID da 0 a 15. Alcuni sistemi non utilizzano i ponticelli per configurare gli ID dispositivo SCSI.
SCSI guida i ponticelli
Attivazione terminazione: I dispositivi alle estremità del bus SCSI devono terminare il bus affinché funzioni correttamente. Se l'hard disk si trova alla fine del bus, l'impostazione di questo ponticello farà terminare il bus per il corretto funzionamento. Non tutte le unità supportano la terminazione.
Disattiva avvio automatico: Se presente, questo jumper indicherà all'unità di non avviarsi automaticamente quando viene applicata l'alimentazione, ma di attendere invece un comando di avvio sul bus SCSI. Questo di solito viene fatto per evitare un carico di avvio eccessivo sull'alimentatore. Alcuni produttori invertono il senso di questo ponticello; disabilitano l'avvio per impostazione predefinita e forniscono un ponticello Abilita avvio automatico.
Delay Auto Start: questo jumper indica all'unità di avviarsi automaticamente, ma di attendere un numero predefinito di secondi da quando viene applicata l'alimentazione. Viene anche utilizzato per compensare il carico di avvio del motore su sistemi con molti azionamenti.
Rotazione sfalsata: Quando un sistema con molti dischi rigidi ha questa opzione impostata per ciascuna unità, le unità scaglionano il tempo di avvio moltiplicando una costante definita dall'utente per l'ID dispositivo SCSI. Ciò garantisce che non si avviino contemporaneamente due unità sullo stesso canale SCSI.
Stretto o Ampio: alcune unità hanno un ponticello per controllare se funzioneranno in modalità stretta o ampia.
Force SE: consente a Ultra2, Wide Ultra2, Ultra160, Ultra160+ o altre unità SCSI LVD di essere forzate a utilizzare il funzionamento single-ended (SE) anziché LVD (differenziale a bassa tensione).
Disable Parity: Disattiva il controllo della parità sul bus SCSI, per la compatibilità con gli adattatori host che non supportano le funzionalità.
Questo non è tutto. Molte unità SCSI hanno alcune funzioni speciali aggiuntive che sono abilitate tramite più ponticelli. Alcune unità hanno sostituito alcuni dei loro ponticelli con comandi software inviati tramite l'interfaccia SCSI.
Scheda Logica
Le unità disco rigido più recenti sono state introdotte con molte funzionalità e velocità più elevate e lo sviluppo è ancora in corso. Per controllare tutte queste funzioni e fornire le caratteristiche ad alte prestazioni del disco in modo avanzato come dovrebbero essere, tutti i moderni dischi rigidi sono realizzati con una scheda a circuiti intelligenti integrata nell'unità disco rigido. Questo circuito è chiamato Hard Disk Logic Board. Una scheda logica utilizza i seguenti componenti importanti per fornire una varietà di funzioni e caratteristiche a un disco rigido:
- Circuito di controllo
- Circuiti di rilevamento, amplificazione e conversione
- Hardware di interfaccia
- Firmware
- Controllo e riordino di più comandi
Entrambe le due interfacce più comuni oggi popolari per i dischi rigidi dei PC IDE (Integrated Drive Electronics) e SCSI (Small Computer Systems Interface) utilizzano controller integrati. Il nome più corretto per l'interfaccia IDE è AT Attachment o ATA (Advanced Technology Attachment). I moderni dischi rigidi hanno una scheda logica molto sofisticata che contiene più memoria e processori interni più veloci di un intero PC anche della metà degli anni '80.
La scheda logica svolge diverse funzioni importanti rispetto a prima. Pertanto i circuiti logici devono essere più potenti, per gestire modifiche come la traduzione della geometria, funzionalità di affidabilità avanzate, tecnologie della testina più complicate, interfacce più veloci e streaming di dati a larghezza di banda maggiore dal disco stesso.
La scheda logica interna di un disco rigido contiene un microprocessore e una memoria interna e altre strutture e circuiti che controllano ciò che accade all'interno dell'unità. Alcune delle funzioni più importanti dei circuiti di controllo dell'azionamento sono le seguenti:
- Controllo del motore del mandrino, incluso assicurarsi che il mandrino funzioni alla velocità corretta.
- Controllo del movimento dell'attuatore su vari binari.
- Gestione di tutte le operazioni di lettura e scrittura.
- Implementazione delle funzionalità di gestione dell'alimentazione.
- Gestione della traduzione della geometria.
- Gestione della cache interna e funzionalità di ottimizzazione come il pre-lettura.
- Coordinare e integrare le altre funzioni menzionate in questa sezione, come il flusso di informazioni sull'interfaccia del disco rigido, l'ottimizzazione di richieste multiple, la conversione dei dati da e verso la forma richiesta dalle testine di lettura/scrittura, ecc.
- Implementazione di tutte le funzionalità avanzate di prestazioni e affidabilità.
I moderni dischi rigidi hanno microprocessori interni e la maggior parte di essi dispone anche di un software interno che li esegue. Queste routine eseguono la logica di controllo e fanno funzionare l'azionamento. In realtà questo non è realmente un software nel senso convenzionale, perché queste istruzioni sono incorporate nella memoria di sola lettura. Questo codice è analogo al BIOS di sistema, alle routine di controllo basate su hardware di basso livello, integrate nella ROM. Di solito si chiama firmware.
Questo è il motivo per cui a volte il firmware è chiamato il collegamento intermedio tra hardware e software. In molti drive il firmware può essere aggiornato sotto il controllo del software.
Cache e circuiti della cache
La funzione della cache integrata (spesso chiamata anche buffer) di un disco rigido è quella di fungere da buffer tra un dispositivo relativamente veloce e uno relativamente lento. Per i dischi rigidi, la cache viene utilizzata per conservare i risultati delle letture recenti dal disco e anche per precaricare le informazioni che potrebbero essere richieste nel prossimo futuro, ad esempio il settore o i settori immediatamente successivi a quello appena richiesto .
Quindi lo scopo di questa cache non è dissimile da altre cache utilizzate nel PC, anche se normalmente non è considerata come parte della normale gerarchia della cache del PC. Dovresti sempre tenere a mente che quando qualcuno parla genericamente di una cache del disco, di solito non si riferisce a questa piccola area di memoria all'interno del disco rigido, ma piuttosto a una cache di memoria di sistema riservata al buffer degli accessi al sistema del disco.
L'uso della cache migliora le prestazioni di qualsiasi disco rigido, riducendo il numero di accessi fisici al disco in letture ripetute e consentendo lo streaming dei dati dal disco senza interruzioni quando il bus è occupato. La maggior parte dei dischi rigidi moderni ha tra 512 KB e 2 MB di memoria cache interna, anche alcune unità SCSI ad alte prestazioni hanno fino a 16 MB.
La cache di un disco rigido è importante a causa dell'assoluta differenza tra le velocità del disco rigido e l'interfaccia del disco rigido. La ricerca di un dato sul disco rigido comporta un posizionamento casuale e comporta una penalità di millisecondi poiché l'attuatore del disco rigido viene spostato e il disco ruota sul mandrino. Ecco perché i dischi rigidi hanno dei buffer interni.
Il principio di base dietro il funzionamento di una semplice cache è semplice. La lettura dei dati dal disco rigido viene generalmente eseguita in blocchi di varie dimensioni, non solo un settore da 512 byte alla volta. La cache è suddivisa in segmenti o pezzi ciascuno dei quali può contenere un blocco di dati.
Quando viene effettuata una richiesta di dati dal disco rigido, il circuito della cache viene prima interrogato per vedere se i dati sono presenti in uno qualsiasi dei segmenti della cache. Se presente, viene fornito alla scheda logica senza che sia necessario l'accesso ai piatti dell'hard disk. Se i dati non sono nella cache, vengono letti dal disco rigido, forniti al controller e quindi inseriti nella cache nel caso in cui vengano richiesti nuovamente.
Dato che la cache ha dimensioni limitate, ci sono solo così tanti dati che possono essere conservati prima che i segmenti debbano essere riciclati. In genere il dato più vecchio viene sostituito con quello più recente.Questo è chiamato cache circolare, first-in, first-out (FIFO) o wrap-around.
Nel tentativo di migliorare le prestazioni, la maggior parte dei produttori di dischi rigidi oggi ha implementato miglioramenti ai circuiti di gestione della cache, in particolare sulle unità SCSI di fascia alta:
Segmentazione adattiva: le cache convenzionali sono suddivise in un numero di segmenti di uguali dimensioni. Poiché è possibile effettuare richieste per blocchi di dati di dimensioni diverse, ciò può comportare che parte dello spazio di archiviazione della cache in alcuni segmenti venga lasciato e quindi sprecato. Molte unità più recenti ridimensionano dinamicamente i segmenti in base alla quantità di spazio necessaria per ciascun accesso, per garantire un maggiore utilizzo. Può anche modificare il numero di segmenti. Questo è più complesso da gestire rispetto ai segmenti di dimensioni fisse e può comportare uno spreco se lo spazio non viene gestito correttamente.
Pre-Fetch: la logica della cache di un'unità, basata sull'analisi dei modelli di accesso e utilizzo dell'unità, tenta di caricare in una parte della cache i dati che non sono stati ancora richiesti ma che prevede verranno richiesti a breve. Di solito, questo significa caricare dati aggiuntivi oltre a quelli appena letti dal disco, poiché è statisticamente più probabile che vengano richiesti successivamente. Se eseguito correttamente, ciò migliorerà in una certa misura le prestazioni.
Controllo utente: le unità di fascia alta hanno implementato una serie di comandi che consentono all'utente un controllo dettagliato del funzionamento della cache dell'unità. Ciò include consentire all'utente di abilitare o disabilitare la memorizzazione nella cache, impostare le dimensioni dei segmenti, attivare o disattivare la segmentazione adattiva e il pre-lettura, ecc.
Sebbene il buffer interno stia ovviamente migliorando le prestazioni, ha anche dei limiti. Aiuta molto poco se stai eseguendo molti accessi casuali ai dati in diverse parti del disco, perché se il disco non ha caricato un dato di recente in passato, non sarà nella cache.
Il buffer è anche di scarso aiuto se stai leggendo una grande quantità di dati dal disco perché normalmente sarà molto piccolo se stai copiando un file da 50 MB. Ad esempio, su un disco tipico con un buffer da 512 Byte una parte molto piccola del file potrebbe trovarsi nel buffer e il resto deve essere letto dal disco stesso.
A causa di queste limitazioni, la cache non ha tanto impatto sulle prestazioni complessive del sistema come potresti pensare. Quanto aiuta dipende in una certa misura dalle sue dimensioni, ma almeno altrettanto dall'intelligenza dei suoi circuiti; proprio come la logica generale del disco rigido. E proprio come la logica in generale, in molti casi è difficile determinare esattamente com'è la logica della cache su una determinata unità. Tuttavia, la dimensione della cache del disco è importante per il suo impatto complessivo nel miglioramento delle prestazioni del sistema.
Le letture memorizzate nella cache dal disco rigido e le scritture memorizzate nella cache sul disco rigido sono simili in alcuni modi, ma molto diverse in altri. Sono gli stessi nel loro obiettivo generale che è quello di disaccoppiare il computer veloce dalla meccanica lenta del disco rigido. La differenza fondamentale è che una scrittura comporta una modifica al disco rigido mentre una lettura no.
Senza memorizzazione nella cache di scrittura, ogni scrittura sul disco rigido comporta un calo delle prestazioni mentre il sistema attende che il disco rigido acceda alla posizione corretta sul disco rigido e scriva i dati. Questo richiede almeno 10 millisecondi sulla maggior parte delle unità, che è molto tempo nel mondo dei computer e rallenta davvero le prestazioni mentre il sistema attende il disco rigido. Questa modalità operativa è chiamata cache write-through.
Quando la memorizzazione nella cache di scrittura è abilitata e il sistema invia una scrittura sul disco rigido, il circuito logico registra la scrittura nella sua cache molto più veloce e quindi invia immediatamente un riconoscimento al sistema operativo per il completamento del processo. Il resto del sistema può quindi procedere senza doversi sedere in attesa che l'attuatore si posizioni e il disco ruoti, e così via. Questo è chiamato cache write-back, perché i dati vengono archiviati nella cache e solo successivamente riscritti sui piatti. La funzionalità di writeback ovviamente migliora le prestazioni.
Poiché la memoria cache è volatile, se si interrompe l'alimentazione, il suo contenuto va perso. Se ci sono state scritture in sospeso nella cache che non sono state ancora scritte sul disco, sono sparite per sempre e il resto del sistema non ha modo di saperlo perché quando viene detto dal disco rigido come completamento. Pertanto, non solo alcuni dati vengono persi, ma anche il sistema non sa nemmeno quali dati, o addirittura che siano accaduti. Il risultato finale può essere problemi di coerenza dei file, danneggiamento del sistema operativo e così via. A causa di questo rischio, in alcune situazioni la cache di scrittura non viene utilizzata affatto.
Questo è particolarmente vero per le applicazioni in cui l'elevata integrità dei dati è fondamentale. A causa del miglioramento delle prestazioni che scrivono offerte di memorizzazione nella cache, tuttavia, viene sempre più utilizzato nonostante il rischio e il rischio viene mitigato attraverso l'uso di tecnologia aggiuntiva.
La tecnica più comune è semplicemente assicurarsi che l'alimentazione non si spenga. Per una maggiore tranquillità, le unità migliori che utilizzano la memorizzazione nella cache di scrittura hanno una funzione di svuotamento della scrittura che dice all'unità di scrivere immediatamente su disco tutte le scritture in sospeso nella sua cache. Questo è un comando che verrebbe generalmente inviato prima che le batterie dell'UPS si esauriscano se il sistema rileva un'interruzione di corrente o appena prima che il sistema venga spento per qualsiasi altro motivo.
Geometria del disco rigido di basso livello
Quando diciamo geometria del disco rigido di basso livello, non siamo molto interessati a conoscere i circuiti fisici del disco. Qui discuteremo i termini con cui ci occuperemo ora per comprendere la risoluzione dei problemi del disco e la programmazione del ripristino dei dati sopra dopo.
La geometria del disco rigido di basso livello riguarda solitamente i seguenti termini:
- Traccia
- Cilindro
- Settore
- Testa o lato
Geometria del disco rigido di basso livello
I piatti di un disco rigido hanno due lati per la registrazione dei dati. Ogni superficie del piatto presenta cerchi concentrici invisibili, che vengono scritti sulla superficie come informazioni magnetiche durante la formattazione del disco rigido. Questi cerchi sono chiamati tracce. Tutte le informazioni memorizzate su un disco rigido vengono registrate in tracce. Le tracce sono numerate, partendo da 0, partendo dall'esterno del piatto e aumentando man mano che si entra.
Riguardo al numero massimo di cingoli e cilindri, ne parleremo in dettaglio nei prossimi capitoli. Tuttavia per ora possiamo acquisire la conoscenza della geometria fisica di basso livello del numero massimo di Cilindri, Binari, Teste (fianchi) e settori.
| Name |
Start From |
End Limit |
Total Number |
| Cylinders |
0 |
1023 |
1024 |
| Heads |
0 |
255 |
256 |
| Sectors |
1 |
63 |
63 |
Nella superficie del piatto di un disco rigido, si accede ai dati spostando le testine dalla parte interna a quella esterna del disco. Questa organizzazione dei dati consente un facile accesso a qualsiasi parte del disco, motivo per cui i dischi sono chiamati dispositivi di archiviazione ad accesso casuale.
Traccia della geometria del disco rigido di basso livello
Ogni traccia può contenere migliaia di byte di dati e generalmente questa memoria è superiore a 5000 byte. Quindi se facciamo una traccia della più piccola unità di archiviazione sul disco sarà lo spreco di spazio su disco, perché così facendo i piccoli file con dimensioni inferiori a 5000 byte sprecheranno la quantità di spazio e in genere è del tutto possibile avere un numero di file nel disco molto più piccolo di questa dimensione.
In questo modo, fare di una traccia l'unità di archiviazione più piccola farà sì che i file di piccole dimensioni sprechino una grande quantità di spazio. Pertanto, ogni traccia è suddivisa in unità più piccole chiamate settori. La dimensione di ogni settore è 512 bytecioè un settore può contenere 512 byte di informazioni.
Quindi l'unità di base della memorizzazione dei dati su un disco rigido è il settore. Il nome settore si riferisce a una sezione angolare a forma di torta di un cerchio, delimitata su due lati da raggi e il terzo dal perimetro del cerchio. Puoi vedere una figura logica che rappresenta i settori su una traccia indicata di seguito.
Quindi su un disco rigido contenente tracce circolari concentriche che sagomano definirebbe un settore di ciascuna traccia della superficie del piatto che ha intercettato. Questo è ciò che viene chiamato un settore nel mondo del disco rigido è un piccolo segmento lungo la lunghezza di una traccia.
Come da standard, ogni settore di un disco rigido può memorizzare 512 byte di dati utente. Tuttavia, in realtà il settore contiene molto più di 512 byte di informazioni. Sono necessari byte aggiuntivi per le strutture di controllo e altre informazioni necessarie per gestire l'unità, individuare i dati ed eseguire altre funzioni di supporto.
I dettagli esatti di come è strutturato un settore dipendono dal modello di unità e dal produttore. Tuttavia, i contenuti di un settore di solito includono i seguenti elementi generali:
Informazioni sull'ID: convenzionalmente, viene lasciato spazio in ogni settore per identificare il numero e la posizione del settore. Viene utilizzato per individuare il settore sul disco e include anche informazioni sullo stato del settore in quest'area. Ad esempio, un bit è comunemente usato per indicare se il settore è stato contrassegnato come difettoso e rimappato.
Campi di sincronizzazione: vengono utilizzati internamente dal controller dell'azionamento per guidare il processo di lettura.
Dati: i dati effettivi nel settore.
Codici di correzione degli errori (ECC): I codici di correzione degli errori vengono utilizzati per garantire l'integrità dei dati.
Lacune: le lacune sono fondamentalmente uno o più distanziatori aggiunti secondo necessità per separare altre aree del settore o per fornire tempo al controller per elaborare ciò che ha letto prima di leggere più bit.
Oltre ai settori, ciascuno contenente gli elementi descritti, lo spazio su ogni traccia viene utilizzato anche per le informazioni sui servo. La quantità di spazio occupata da ciascun settore per le spese generali è importante, perché più bit vengono utilizzati per questa gestione, meno complessivamente possono essere utilizzati per i dati.
Questo è il motivo per cui i produttori di dischi rigidi si sforzano di ridurre la quantità di informazioni sui dati non utente che devono essere archiviate sul disco. La percentuale di bit su ciascun disco utilizzati per i dati, a differenza di altre cose descritte in precedenza, è nota come efficienza del formato. Pertanto, la maggiore efficienza di formattazione è una caratteristica prevista di un'unità.
Nell'ultimo approccio per ottenere una maggiore efficienza del formato al giorno d'oggi, i campi ID vengono rimossi dal formato del settore e invece di etichettare ogni settore all'interno dell'intestazione del settore, una mappa del formato viene archiviata in memoria e referenziata quando è necessario individuare un settore .
Questa mappa contiene anche informazioni sui settori che sono stati contrassegnati come non validi e riposizionati dove i settori sono relativi alla posizione delle informazioni sui servo e così via. Questo approccio non solo migliora l'efficienza del formato consentendo di archiviare fino al 10% in più di dati sulla superficie di ciascun piatto, ma migliora anche le prestazioni. Poiché queste informazioni di posizionamento critiche sono presenti nella memoria ad alta velocità, è possibile accedervi molto più rapidamente.
Hard disk hd hdd guida la struttura dei circuiti fisici
Ogni piatto del disco rigido utilizza due testine (tranne alcuni casi speciali) per registrare e leggere i dati, una per la parte superiore del piatto e una per la parte inferiore. Le teste che accedono ai piatti sono bloccate insieme su un gruppo di bracci per la testa, quindi tutte le teste si muovono dentro e fuori insieme, quindi ogni testa si trova fisicamente sempre allo stesso numero di traccia.
Questo è il motivo per cui non è possibile avere una testa in pista 0 e un'altra in pista 1.000. A causa di questa disposizione, spesso la posizione della traccia delle testine non viene indicata come numero di traccia ma piuttosto come numero di cilindro.
Un cilindro è fondamentalmente l'insieme di tutte le tracce in cui si trovano attualmente tutte le testine. Se un disco ha quattro piatti, in genere avrebbe otto teste. Supponiamo ora che abbia i cilindri numero 720.
Struttura della geometria dei circuiti fisici del cilindro delle unità disco rigido
Sarebbe composto da otto set di binari, uno per superficie del piatto con i binari numero 720. Il nome deriva dal fatto che questi binari formano un cilindro scheletrico perché sono cerchi di uguali dimensioni impilati uno sopra il altro nello spazio, come mostrato nella figura precedente.
L'indirizzamento dei fattori del disco avviene tradizionalmente facendo riferimento a cilindri, testine e settori (CHS).
Formattazione
Ogni supporto di archiviazione deve essere formattato prima di poter essere utilizzato. Le utilità utilizzate per la formattazione si comportano in modo diverso quando agiscono sui dischi rigidi rispetto a quando vengono utilizzate per i dischi floppy. La formattazione di un disco rigido prevede i seguenti passaggi:
Partizionamento:
Questo processo divide il disco in parti logiche che assegnano diversi volumi del disco rigido o lettere di unità.
Il partizionamento del disco rigido è uno dei metodi più efficaci disponibili per organizzare i dischi rigidi. Le partizioni forniscono un livello di organizzazione più generale rispetto a directory e file. Offrono inoltre una maggiore sicurezza separando i dati dai sistemi operativi e dalle applicazioni.
Le partizioni consentono di separare i file di dati, di cui è necessario eseguire regolarmente il backup dai file del programma e del sistema operativo. Il partizionamento diventa una necessità per il disco rigido se sei disposto a caricare più di un sistema operativo nel disco, altrimenti nella maggior parte dei casi è possibile che tu possa perdere i tuoi dati.
Il primo settore di qualsiasi disco rigido contiene una tabella delle partizioni. Questa tabella delle partizioni ha spazio solo per descrivere quattro partizioni. Queste sono chiamate partizioni primarie. Una di queste partizioni primarie può puntare a una catena di partizioni aggiuntive. Ogni partizione in questa catena è chiamata partizione logica. Discuteremo le basi della partizione con un approccio logico in dettaglio, nei prossimi capitoli.
Formattazione di alto livello:
Definisce le strutture logiche sulla partizione e inserisce all'inizio del disco tutti i file del sistema operativo necessari. Questo passaggio è anche un comando a livello di sistema operativo.
Il comando FORMAT di DOS che è FORMAT.COM, si comporta in modo diverso quando viene utilizzato su un disco rigido rispetto a quando viene utilizzato su un disco floppy. I floppy disk hanno una geometria semplice e standard e non possono essere partizionati, quindi il comando FORMAT è programmato per formattare automaticamente un floppy disk sia di basso che di alto livello, se necessario ma in caso di dischi rigidi, FORMAT eseguirà solo un formato.
Quando abbiamo completato la formattazione di basso livello, abbiamo un disco con tracce e settori ma non c'è scritto nulla su di essi. La formattazione di alto livello è il processo di scrittura delle strutture del file system sul disco che consentono al disco di essere utilizzato per la memorizzazione di programmi e dati.
Se stai usando DOS, il comando FORMAT (che è FORMAT.COM), esegue questo lavoro scrivendo strutture come le tabelle di allocazione dei file dei record di avvio del DOS e le directory root sul disco. La formattazione di alto livello viene eseguita dopo che il disco rigido è stato partizionato.
Capacità di archiviazione formattata e non formattata
La memoria totale di un disco rigido dipende dalla capacità formattata o non formattata. Una parte dello spazio su un disco rigido viene occupata dalle informazioni di formattazione che contrassegnano l'inizio e la fine dei settori, ECC (Error Correction Codes) e altre informazioni sull'overhead. Per questo motivo, la differenza può essere abbastanza significativa.
Le unità meno recenti, generalmente formattate di basso livello dall'utente, avevano spesso le loro dimensioni elencate in termini di capacità non formattata.
Ad esempio: prendi il Seagate ST-412, il primo drive utilizzato sul PC/XT IBM originale all'inizio degli anni '80. Il "12" in questo numero di modello si riferisce alla capacità non formattata dell'unità di 12,76 MB. Formattato, è in realtà un'unità da 10,65 MB.
La capacità non formattata di un disco rigido è generalmente superiore del 19% (19%) rispetto alla capacità formattata. Poiché nessuno può utilizzare un'unità non formattata, l'unica cosa che conta è la capacità formattata e quindi le unità moderne sono sempre formattate di basso livello dai produttori.
La capacità di un disco rigido può essere espressa nei seguenti quattro modi:
- Capacità formattata in milioni di byte
- Capacità formattata in megabyte
- Capacità non formattata in milioni di byte
- Capacità non formattata in megabyte
Ora se ho un hard disk con C–H–S = 1024*63*63 (Significa che il disco ha numero di cilindri = 1024, numero di testine o lati = 63 numero di settori per traccia = 63) e ogni settore con 512 byte. La formula che calcolerà la dimensione del disco è la seguente:
Total Size of the Disk (Bytes) = (Cylinders) X (Heads) X (Sectors) X
(Bytes per Sector) |
Con questa formula, quando calcoliamo la dimensione del disco rigido in byte, sarà
= 1024 X 63 X 63 X 512
= 2080899072 Bytes
Ora se calcolo la Dimensione del mio disco in milioni di byte, sarà approssimativamente
= 2080.899072
~ 2081 millions of byte
Tradizionalmente la dimensione in milioni di byte è rappresentata da M. Pertanto la dimensione del mio disco in milioni di byte è di circa 2081 M.
Ma quando dico la capacità del mio disco rigido in Megabyte, sarà circa il 1985 e verrà scritto come 1985 Mega.
In questo modo la formula generale per calcolare la capacità del disco in Milioni di byte sarà la seguente:
E la formula generale per calcolare la capacità del disco in Megabyte sarà data come segue:
Pagina modificata il: 10/03/2022
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