章 – 2
ハードディスクの紹介
序章
今日のコンピュータの世界では、ハードディスクはコンピュータの最も重要な部分であることが証明されています。今日、ハードディスクは、あらゆる種類のデータを格納するために最も一般的に使用されているメインストレージデバイスであり、コンピューターの最も興味深いコンポーネントの1つでもあります。
今日の私たちのほとんどは数十億バイトの情報をコンピュータに保存しているため、現代のコンピュータユーザーがハードディスクドライブなしでコンピュータの寿命を考えることさえ非常に難しいでしょう。
非常に初期のコンピューターでは、ストレージはまったくありませんでした。プログラムを実行するたびに、プログラムを手動で入力する必要があります。それ以上に、同じデータを何度も繰り返してコンピューターを動作させる簡単な方法がなかったため、今日私たちがコンピューティングであると考えていることのほとんどが不可能になりました。コンピュータが本当に便利なツールになるためには、ある種の永続的なストレージが必要であることがすぐにわかりました。
コンピューターで最初に使用された記憶媒体は、実際には紙でした。プログラムとデータは、紙テープまたはパンチカードに開けられた穴を使用して記録されました。特別なリーダーが光のビームを使用してカードまたはテープをスキャンしました. 穴が見つかった場合は「1」、紙がセンサーをブロックした場合は「0」、またはその逆です。.
それは何よりも大きな改善でしたが、これらのカードはまだ非常に使い勝手が悪かったです。基本的に、プログラム全体を最初から紙に書き、それをカードに入れようとする前に頭の中で機能させる必要がありました。間違えた場合は、多くのカードを再パンチする必要があったからです。何を扱っているのかを視覚化するのは非常に困難でした。
紙に対する次の大きな進歩は、磁気テープの作成でした。オーディオをテープに記録するのと同じ方法で情報を記録するこれらの磁気テープは、紙テープやパンチカードよりもはるかに柔軟性があり、耐久性があり、高速でした。
もちろん、テープは今日でも現代のコンピューターで使用されていますが、オフラインまたはセカンダリストレージの形式として使用されています。ハードディスクが登場する前は、一部のコンピューターのプライマリストレージでした。それらの主な欠点は、線形に読み取る必要があることです。テープの一方の端からもう一方の端に移動するのに数分かかる場合があり、ランダムアクセスは実用的ではありません。
さて、私たちのトピックに戻ります。 IBMは最初のハードディスクを発表しました それは商業開発のために実行可能です。現在使用されているディスクドライブとは異なります。彼らは回転する円筒形のドラムを使用し、その上にデータの磁気パターンが保存されました。ドラムは大きくて扱いにくいものでした。最初の真のハードディスクは、ハードディスクのヘッドがディスクの表面に接触していました。これは、当時の低感度の電子機器がディスクの表面の磁場をよりよく読み取れるようにするために行われましたが、当時の製造技術は現在ほど高度ではなく、そうではありませんでした。ディスクがディスクに接触しているときに、ヘッドがディスクの表面上を高速でスムーズにスライドできるようにするために必要なだけ、ディスクの表面を滑らかにすることができます。時間の経過とともに、ヘッドが摩耗するか、ディスクの表面の磁気コーティングが摩耗します。
ディスクの表面との接触が不要なIBMの新技術の重要な発見として、それが最新のハードディスクの基礎となりました。このタイプの最初のハードディスクは、1956年9月13日に導入されたIBM 305 RAMAC（アカウンティングおよび制御のランダムアクセス方式）でした。このハードディスクは、8,800バイトのデータ転送速度で約5メガバイトの500万文字を格納できました。毎秒。
1962年、IBMはモデル1301 Advanced DiskFileを発表しました。このディスクドライブの主な進歩は、ヘッドからディスクの表面までの距離を800から250マイクロインチに短縮することで、エアベアリング上でディスクの表面上に浮かぶ、または飛ぶヘッドの作成でした。
1973年、IBMはモデル3340ディスクドライブを発表しました。これは、それぞれ30 MBの容量を持つ2つの別々のスピンドル（1つはパーマネント、もう1つはリムーバブル）を備えた最新のハードディスクの父と一般に考えられています。 1979年に導入されたIBMのモデル3370は、薄膜ヘッドを備えた最初のディスクでした。同じ年に、IBMはモデル3310を発表しました。これは、8インチのプラッターを備えた最初のディスクドライブであり、10年以上にわたって標準であった14インチから大幅にサイズが縮小されています。
最初のPCで使用された5.25インチフォームファクタで設計された最初のハードディスクドライブは、SeagateST-506でした。4つのヘッドと5MBの容量を備えていました。IBMはST-506をバイパスし、ST-412--a10を選択しました。同じフォームファクタのMBディスク-IBMPC / XTの場合、PCおよびPC互換の世界で広く使用されている最初のハードディスクドライブになります。
1983年、Rodimeは3.5インチフォームファクタを使用した最初のディスクドライブであるRO352を発表しました。これは、最も重要な業界標準の1つになりました。1985年、Quantumは、ISA拡張カードに搭載された10.5MBのハードディスクであるHardcardを発表しました。もともとハードディスクなしで構築されたPC。
1986年にコナーペリフェラルズはCP340を発表しました。これは、ボイスコイルアクチュエータを使用した最初のディスクドライブでした。 1988年、コナーペリフェラルズはCP3022を発表しました。これは、現在「ロープロファイル」と呼ばれる低身長の1インチを使用した最初の3.5インチドライブであり、最新の3.5インチドライブの標準です。同じ年に、PrairieTekは2.5インチを使用したドライブを発表しました。大皿。 1990年にIBMは、857 MBのドライブであるモデル681（Redwing）を発表しました。 MRヘッドとPRMLを使用したのはこれが初めてでした。
1991年に導入されたIBMの「Pacifica」メインフレームドライブは、プラッター表面で酸化物メディアを薄膜メディアに置き換えた最初のドライブです。同じ年に、Integral Peripheralsの1820は、1.8インチのプラッタを備えた最初のハードディスクであり、後にPCカードディスクドライブに使用されました。1992年に、HewlettPackardは最初の1.3インチドライブであるC3013Aを発表しました。
ハードディスクの歴史の中で、現在の設計、形状性能、および容量を今日のディスクに与えるために行われた多くの開発があります。これらは、この本の中で詳細に数えるのは難しいです。
ハードディスクのコンポーネント
ハードディスクには、次の主要コンポーネントが含まれています。
- ディスクプラッターとメディア
- ヘッドの読み取り/書き込み
- ヘッドスライダー、アーム、アクチュエーター
- ハードディスクスピンドルモーター
- コネクタとジャンパ
- ロジックボード
- キャッシュとキャッシュ回路
ハードディスクのコンポーネント
ディスクプラッタとメディア
すべてのハードディスクは1つ以上（通常は複数）のラウンドを使用しますが、 大皿と呼ばれるフラットディスク, 磁気パターンの形で情報を保存するように設計された特別なメディア素材で両面がコーティングされています。ディスク上の各プラッタの各表面には、数十億ビットのデータを保持できます。
プラッタは、プラッタの大部分を形成して構造と剛性を与える基板材料と、データを表す磁気インパルスを実際に保持する磁気媒体コーティングの2つの主要な物質で構成されています。
プラッターの品質、特にメディアコーティングは重要です。ハードディスク内のプラッタのサイズは、その全体的な物理的寸法の主要な決定要因であり、一般にドライブのフォームファクタとも呼ばれます。ほとんどのドライブは、さまざまな標準ハードディスクフォームファクタの1つで製造されています。
ハードディスクは、サイズ仕様によって参照される場合があります。誰かが3.5インチのハードディスクを持っている場合、それは通常、ディスクのフォームファクターを参照していることを意味し、通常、フォームファクターはプラッターサイズに基づいて名前が付けられます。以前のハードディスクの公称サイズは5.25インチでしたが、現在では最も多くなっています一般的なハードディスクプラッタのサイズは3.5インチです.
ラップトップドライブは、予想される小型で軽量であるため、通常は小型です。これらのドライブのプラッタは通常、直径2.5 "以下です。2.5"が標準のフォームファクタですが、1.8 "、さらには1.0"のプラッタを備えたドライブがモバイル機器でより一般的になりつつあります。
ドライブはプラッタを物理ドライブパッケージの幅のできるだけ多くまで拡張しますが、ドライブにパックできるストレージの量を最大化するために、全体的な傾向はより小さなプラッタに向かっています。デスクトップユニットであっても、企業がより小さなプラッターを使用する主な理由は次のとおりです。
剛性と剛性のあるプラッタは、衝撃や振動に対する耐性が高く、高速スピンドルやその他の高性能ハードウェアとの組み合わせに適しています。ハードディスクプラッタの直径を約2分の1に縮小すると、その剛性は約4倍になります。
プラッタのサイズを小さくすると、ランダムシークを実行するためにヘッドアクチュエータがヘッドを左右に移動する必要がある距離が短くなります。これにより、シーク時間が改善され、ランダムな読み取りと書き込みが高速になります。
最新のハードディスクスピンドルは、速度パフォーマンスの理由で増加しています。プラッターが小さいほど、回転が容易で、必要なモーターの出力が低くなるだけでなく、停止位置から回転する速度も速くなります。
現在入手可能な最小のハードディスクプラッタサイズは直径1インチです。IBMの驚くべきマイクロドライブは単一のプラッタを備えており、デジタルカメラ、パーソナルオーガナイザー、およびその他の小型機器に適合するように設計されています。プラッタのサイズが小さいため、マイクロドライブはバッテリーの電源を切り、スピンダウンして、1秒以内に再びバックアップします。
エンジニアリングの観点からは、プラッタが多いほど質量が大きくなるため、ドライブを開始または停止するコマンドへの応答が遅くなります。より強力なスピンドルモーターで補うことができますが、それは他のトレードオフにつながります。
実際、最近の傾向は、ヘッドアームとプラッターが少ないドライブに向かっています。面密度は増加し続けており、多くのプラッターを使用せずに大きなドライブを作成できます。これにより、メーカーはプラッターの数を減らして、市場に小さすぎるドライブを作成することなくシーク時間を改善できます。
ハードディスクのフォームファクタも、ドライブ内のプラッタの数に大きな影響を与えます。ディスクで使用されるプラッターの数に関連するいくつかの要因があります。多くのプラッタを備えたドライブは、スピンドルユニットの質量が増加し、すべてのドライブを完全に位置合わせする必要があり、騒音と振動を制御することがより困難になるため、設計がより困難になります。
それでも、ハードディスクエンジニアは特定のモデルに多くのプラッターを配置したいと考えていましたが、標準の「スリムな」ハードディスクフォームファクターは高さが1インチに制限されているため、1つのユニットに配置できるプラッターの数が制限されます。もちろん、エンジニアはプラッター間に必要なクリアランスの量を減らすために絶えず取り組んでいるため、特定の高さのドライブのプラッターの数を増やすことができます。
データを構成する磁気パターンは、ハードディスクのプラッタの表面にある非常に薄いメディア層に記録されます。プラッターの材料の大部分は基板と呼ばれ、メディア層をサポートするだけです。適切であるためには、基板材料は、剛性があり、取り扱いが容易で、軽量で、安定しており、磁気的に不活性であり、安価であり、容易に入手可能でなければならない。プラッターを作るために最も一般的に使用される材料は、伝統的にこれらの基準のすべてを満たすアルミニウム合金でした。
読み取り/書き込みヘッドが真上に浮かんでいる状態でプラッタが回転する方法のため、プラッタは非常に滑らかで平らでなければならないため、ガラス、ガラス複合材、マグネシウム合金などのアルミニウムの代替品が提案されています。現在、ガラスおよびガラスで作られた複合材料がプラッター基板の次の標準になる可能性が高まっています。アルミニウムの盛り合わせと比較して、ガラスの盛り合わせにはいくつかの利点があります。
- より良い品質：
- 剛性の向上：
- 薄いプラッター：
- 熱安定性：
アルミニウムと比較したガラスの欠点の1つは、特に非常に薄くした場合の脆弱性です。
プラッタが作られる基板材料は、実際の記録媒体が堆積されるベースを形成します。メディア層は、実際のデータが保存される場所である磁性材料の非常に薄いコーティングです。通常、厚さはわずか数百万分の1インチです。
古いハードディスクは酸化物媒体を使用していました。酸化物媒体は安価に使用できますが、いくつかの重要な欠点もあります。 1つ目は、柔らかい素材であり、読み取り/書き込みヘッドとの接触によって簡単に損傷することです。 2つ目は、比較的低密度のストレージにのみ役立つということです。データ密度が比較的低い古いハードディスクでは問題なく機能しましたが、メーカーが同じスペースにますます多くのデータを詰め込もうとしたため、酸化物は問題になりませんでした。酸化物粒子が大きくなりすぎて、新しい設計の小さな磁場には対応できなくなりました。 。
今日のハードディスクは薄膜メディアを使用しています。薄膜媒体は、プラッタの表面に適用された磁性材料の非常に薄い層で構成されています。メディア素材をプラッターに堆積させるために、特別な製造技術が採用されています。
酸化物媒体と比較して、薄膜媒体ははるかに均一で滑らかです。また、非常に優れた磁気特性を備えているため、同じスペースでより多くのデータを保持できます。磁気媒体を適用した後、各プラッターの表面は通常、カーボン製の薄い保護層で覆われています。この上に極薄の潤滑層が追加されます。これらの材料は、ドライブに侵入する可能性のあるヘッドやその他の異物からの偶発的な接触によって引き起こされる損傷からディスクを保護するために使用されます。
読み取り/書き込みヘッド
ヘッドは、データがハードディスクに保存されている磁気物理メディアへの読み取り/書き込みインターフェイスです。ヘッドは、ビットを磁気パルスに変換してプラッタに保存し、データを読み戻す必要があるときにプロセスを逆にする作業を行います。ヘッドは、面密度とディスクの回転速度を上げることができるハードディスクの最も高価な部品の1つです。
ただし、GMRヘッドは今日のハードディスクで最も人気があり、読み取り/書き込みヘッド用にいくつかのテクノロジーが何度か提案されています。
- フェライトヘッド
- メタルインギャップ（MIG）ヘッド
- 薄膜（TF）ヘッド
- 異方性磁気抵抗（AMR / MR）ヘッド
- 巨大磁気抵抗（GMR）ヘッド
- 巨大な磁気抵抗（CMR）ヘッド
読み取り/書き込みヘッドは、データの保存と取得で非常に重要な役割を果たすため、ハードディスクの全体的なパフォーマンスを決定する上で非常に重要なコンポーネントです。新しいヘッドテクノロジーは、多くの場合、最新のハードディスクの速度とサイズを向上させるきっかけとなります。したがって、読み取り/書き込みヘッドは、ハードディスクの最も洗練された部分であり、それ自体が技術的な驚異です。
保存されるデータの各ビットは、0と1を磁束反転のパターンに変換する特別なエンコード方法を使用してハードディスクに記録されます。各ハードディスクプラッタには、データを一般的に保存するために使用される2つのサーフェスがあり、通常、ドライブで使用されるサーフェスごとに1つのヘッドがあります。ほとんどのハードディスクには1〜4個のプラッタがあるため、ほとんどのハードディスクには2〜8個のヘッドがあります。一部の大型ドライブには、20個以上のヘッドがあります。一度に1つのヘッドだけがハードディスクからの読み取りまたはハードディスクへの書き込みを行うことができます。どのヘッドがいつでもアクティブになるかを制御するために、特別な回路が使用されます。
ヘッドはディスクの表面に浮かび、プラッターに物理的に触れることなくすべての作業を行います。ヘッドとプラッターの間のスペースの量は、フローティングハイトまたはフライングハイトまたはヘッドギャップと呼ばれます。読み取り/書き込みヘッドアセンブリは、ヘッドアームのばね鋼を使用してばね荷重がかけられているため、ディスクが静止しているときにスライダーがプラッターに押し付けられます。
これは、ヘッドがプラッターからずれないようにするために行われます。したがって、正確なフローティング高さを維持することは、正しく動作するために不可欠です。ディスクが動作速度まで回転すると、高速でスライダーの下に空気が流れ、スライダーがディスクの表面から浮き上がります。プラッターからヘッドまでの距離は、メーカーによって厳しく管理されている特定の設計パラメーターです。
最新のハードディスクのフローティングの高さは0.5マイクロインチで、人間の髪の毛の太さも2,000マイクロインチを超えています。そのため、ハードディスクに汚れが入らないようにすることが非常に重要です。頭が触れずに飛ぶディスクの表面にどれだけ近いかは、実際には非常に驚くべきことです。 ほこりの粒子、指紋煙の粒子でさえ、ハードディスクのヘッドにとって大きな問題です。
ハードディスクドライブの読み取り/書き込み構造
ドライブの面密度を上げて容量と性能を向上させると、磁場が小さくなり、弱くなります。これを補うには、ヘッドの感度を上げるか、フローティングの高さを低くする必要があります。
フローティングの高さを下げるたびに、ディスクの機械的側面を調整して、プラッターが平らになり、プラッターアセンブリと読み取り/書き込みヘッドの位置が完全になり、ほこりや汚れがないことを確認する必要があります。プラッターの表面。振動と衝撃もより懸念事項になり、補償する必要があります。
これが、メーカーがガラスプラッター基板の使用だけでなく、より小さなプラッターに目を向けている理由の1つです。 GMRなどの新しいヘッドは、古い、感度の低いヘッドよりも高い飛行高度を可能にし、他のすべてが同等であるため、推奨されます。
ヘッドクラッシュ
ハードディスクの読み取り/書き込みヘッドは、ディスクプラッタ自体の上の空気の微細な層に浮かんでいるため、特定の状況下では、ヘッドがハードディスク上のメディアと接触する可能性があります。通常、ヘッドは、ドライブが起動または停止しているときにのみ表面に接触します。
最新のハードディスクは、1秒間に100回以上回転しています。 動作速度でヘッドがディスクの表面に接触すると、データの損失、ヘッドの損傷、ディスクの表面の損傷、または3つすべてが発生する可能性があります。これは通常、ヘッドクラッシュと呼ばれ、コンピュータユーザーにとって最も恐ろしい言葉の2つです。ヘッドクラッシュの最も一般的な原因は、ヘッドとディスクの間の薄い隙間に汚れが詰まっていることと、動作中にハードディスクに衝撃が加えられることです。
ヘッドパーキング
プラッターが回転していないときは、ヘッドはディスクの表面に載っています。プラッターが回転すると、ヘッドがプラッターの表面に沿ってこすり、十分な速度が得られて浮き上がり、空気のクッションに浮かびます。ドライブがスピンダウンすると、このプロセスが逆に繰り返されます。どちらの場合も、動作中、一定期間、ヘッドがディスクの表面に接触します。
プラッターとヘッドは、この接触が発生することを念頭に置いて設計されていますが、データがあるディスクの領域でこれが発生しないようにすることは依然として理にかなっています。
このため、ほとんどのディスクは、離陸と着陸のためにヘッドが配置される場所として指定された特別なトラックを確保します。この領域は着陸帯と呼ばれ、データは配置されません。この指定されたエリアにヘッドを移動するプロセスは、ヘッドパーキングと呼ばれます。
ほとんどすべての新しいオペレーティングシステムには、必要なときにヘッドを自動的に駐車する機能が組み込まれています。ステッピングモーターを使用した初期のハードドライブのほとんどは、ドライブのヘッドを自動的に停止しませんでした。したがって、安全上の予防措置として、当時のPCをシャットダウンする前にユーザーが実行するという多くの小さなユーティリティが作成されました。ユーティリティは、ヘッドを着陸帯に移動するようにディスクに指示し、その後、PCを安全に遮断することができます。
ハードディスクのBIOSセットアップのパラメータは、どのトラックがハードディスクの特定のモデルのランディングゾーンであったかをシステムに通知します。通常、これは実際にデータに使用された最大のトラックの上の次の連続した番号のトラックでした。最新のボイスコイル作動ハードディスクドライブはすべて自動駐車です。最近のハードディスクのヘッドを手動でパークする必要はありません。
ヘッドスライダー、アーム、アクチュエーター
各プラッターの上面と下面に取り付けられた読み取り/書き込みヘッドを使用して読み取りおよび書き込み操作のためにハードディスクプラッターにアクセスする場合、読み取り/書き込みヘッドは単に空間に浮かぶだけではありません。それらは、読み取っている表面に対して正確な位置に保持する必要があります。また、ディスクの表面全体にアクセスできるように、トラック間を移動する必要があります。
ヘッドは、このプロセスを容易にする構造に取り付けられます。この構造は、ヘッドアセンブリ、アクチュエータアセンブリ、またはヘッドアクチュエータアセンブリと呼ばれることがよくあります。それはいくつかの異なる部分で構成されています。ヘッド自体はヘッドスライダーに取り付けられています。スライダーは、ヘッドアームの端でディスクの表面に吊り下げられています。ヘッドアームはすべて機械的に融合されて単一の構造になり、アクチュエータによってディスクの表面の周りを移動します。
ヘッドスライダー
各ハードディスクヘッドは、ヘッドスライダーまたは略してスライダーと呼ばれる特別なデバイスに取り付けられています。スライダーの機能は、ヘッドを物理的に支え、ヘッドがその表面に浮かぶときにプラッターに対して正しい位置に保持することです。ハードディスクの読み取り/書き込みヘッドは小さすぎて、大きなユニットに取り付けずに使用することはできません。
スライダーは、プラッターの上を正確に乗り越えることができるように特別な形状が与えられています。ハードディスクの読み取り/書き込みヘッドのサイズが縮小しているため、それらを搭載するスライダーも縮小しています。小さなスライダーを使用する主な利点は、プラッターの表面の周りに引っ張らなければならない重量を減らし、位置決め速度と精度の両方を向上させることです。スライダーが小さいほど、ディスクの表面に接触する可能性のある表面積も少なくなります。各スライダーはヘッドアームに取り付けられており、それがかみ合うプラッターの表面上を移動できるようになっています。
頭の腕
ヘッドアームは薄い金属片で、通常は三角形の形状で、読み取り/書き込みヘッドを搭載したヘッドスライダーが取り付けられています。読み取り/書き込みヘッドごとに1つのアームがあり、それらすべてが並んでヘッドアクチュエータに取り付けられ、単一のユニットを形成します。
これは、アクチュエータが動くと、すべてのヘッドが同期して一緒に動くことを意味します。アーム自体は軽量で薄い素材でできているため、ドライブの内側から外側にすばやく移動できます。新しい設計では、軽量化とパフォーマンスの向上のために、ソリッドアームが構造形状に置き換えられています。
新しいドライブは、より高速でよりスマートなアクチュエーターとより軽量でより剛性の高いヘッドアームを使用することにより、シーク時間を短縮し、トラック間の切り替え時間を短縮できるようにします。ハードディスク業界の最近の傾向は、さまざまなドライブファミリのプラッタの数が減少していることです。さまざまな家族の一部のフラッグシップドライブでさえ、現在は3つまたは2つのプラッターしかありませんが、1年ほど前は4つまたは5つが一般的でした。
この傾向の理由の1つは、ヘッドアームの数が多いと、ランダムシークで非常に高速な位置決めを可能にするのに十分な精度でドライブを作成することが困難になるためです。これは、余分なアームによるアクチュエータアセンブリの重量の増加と、すべてのヘッドの位置合わせの問題が原因です。
ヘッドアクチュエータ
トラックからトラックへの変更は、アクティブな動きを必要とするハードディスク上の唯一の操作であるため、アクチュエータはハードディスクの非常に重要な部分です。ヘッドの変更は電子機能であり、セクターの変更には、正しいセクター番号が回転してヘッドの下に来るのを待つことが含まれます。トラックを変更するということは、ヘッドをシフトする必要があることを意味します。したがって、この移動を迅速かつ正確に実行できるようにすることが最も重要です。
アクチュエータは、すべてのヘッドアームが同期ユニットとして移動し、各アームがそれぞれの表面の同じトラック番号に移動するため、プラッタの表面のさまざまなトラックにヘッドアームを配置するために使用されるデバイスです。ヘッドアクチュエータには、2つの一般的な種類があります。
2つの設計の主な違いは、ステッピングモーターが絶対位置決めシステムであるのに対し、ボイスコイルは相対位置決めシステムであるということです。
最新のハードディスクはすべてボイスコイルアクチュエータを使用しています。ボイスコイルアクチュエータは、はるかに適応性が高く、熱の問題に鈍感であるだけではありません。ステッピングモーターよりもはるかに高速で信頼性があります。アクチュエータの位置決めは動的であり、トラックの実際の位置を調べることからのフィードバックに基づいています。この閉ループフィードバックシステムは、サーボモーターまたはサーボポジショニングシステムとも呼ばれ、正確なポジショニングが重要な何千もの異なるアプリケーションで一般的に使用されています。
スピンドルモーター
スピンドルモーターまたはスピンドルシャフトは、ハードディスクプラッターを回転させ、ハードドライブを動作させる役割を果たします。多くのドライブ障害は実際にはデータストレージシステムではなくスピンドルモーターの障害であるため、ハードディスクが適切に機能できるようにするには、スピンドルモーターは、安定した信頼性の高い一貫した回転電力を数千時間の連続使用で提供する必要があります。
ハードディスクのスピンドルモーターは、長持ちし、データを長期間安全に保つために、次の品質を備えている必要があります。
- 高品質である必要があるため、何千時間も実行でき、失敗することなく何千もの開始および停止サイクルに耐えることができます。
- ドライブ内のプラッタとヘッドの公差が厳しいため、スムーズに、振動を最小限に抑えて実行する必要があります。
- 過度の熱やノイズを発生させてはなりません。
- あまり力を入れてはいけません。
- 適切な速度で回転するように速度を管理する必要があります。
これらの要求を満たすために、すべてのPCハードディスクはサーボ制御されたDCスピンドルモーターを使用します。ハードディスクスピンドルモーターは、直接接続するように構成されています。それらをハードディスクプラッタスピンドルに接続するために使用されるベルトやギアはありません。プラッタが取り付けられているスピンドルは、モーターのシャフトに直接取り付けられています。
プラッタはスピンドルの正確なサイズの穴で機械加工され、正しい距離を維持し、ヘッドアームのためのスペースを提供するために、それらの間にセパレータリングを挟んでスピンドルに配置されます。スピンドルモーターがしなければならない仕事の量は、以下の要因に依存します：
プラッタのサイズと数：ドライブ内のプラッタが大きく、プラッタが多いほど、モーターが回転する質量が大きくなるため、より強力なモーターが必要になります。同じことが高速ドライブにも当てはまります。
o電力管理： 今日、ユーザーは、停止位置から動作速度まですばやくスピンアップするハードディスクをますます求めています。これには、より高速またはより強力なモーターも必要です。
新しいハードディスクと同様に、スピンドル速度は重要な問題であると考えられており、スピンドル速度が高いためにハードディスクによって発生するノイズ、熱、および振動の量を制御することもハードディスクの重要なポイントになっています。
一部の新しいドライブ、特に7200および10,000 RPMモデルは、実行中に多くのノイズを発生させる可能性があります。可能であれば、購入する前に動作中のハードディスクをチェックして、そのノイズレベルを評価し、気になるかどうかを確認することをお勧めします。これは個人によって大きく異なります。発生する騒音も、同じ家族でも個々のドライブによってある程度異なります。スピンドルモーターによって生成された熱は、最終的にハードディスクに損傷を与える可能性があります。そのため、新しいドライブの新しいハードディスクは、その冷却により多くの注意を払っています。
コネクタとジャンパ
ハードディスクには、ハードディスクを構成してシステムの残りの部分に接続するために使用される、いくつかの異なるコネクタとジャンパがあります。ハードディスク上のコネクタの数と種類は、システムへの接続に使用するデータインターフェイス、ドライブの製造元、およびドライブが持つ可能性のある特別な機能によって異なります。
一般的なジャンパーの設定手順は、通常、ドライブに直接印刷されています。ハードディスクドライブは、電源装置からの電源コネクタの1つを使用する標準の4ピンオスコネクタプラグを使用します。このリード線の4線式プラスチックコネクタは、ハードディスクに+5および+12の電圧を供給します。
通常、最近のハードディスクドライブがそれらの1つを使用する2つのタイプのインターフェース形式があります。
- あります/あります： 40ピンの長方形のコネクタがあります。
- SCSI：50ピン、68ピン、または80ピンのD字型コネクタ。これらの3つのピン番号はすべて、次のような異なるタイプのSCSIディスクを表しています。
- 50ピンコネクタは、デバイスがナローSCSIであることを意味します。
- 68ピンはワイドSCSIを意味します。
- 80ピンは、シングルコネクタアタッチメント（SCA）を使用するワイドSCSIを意味します。
コネクタとジャンパ
ハードディスクドライブのコネクタは、通常、 ピンの2xN長方形グリッド（Nはインターフェイスに応じて20、25、34、または40）. 現在のSCSIインターフェイスコネクタのほとんどは、D字型であるため、誤った挿入を防ぐためにキーが付けられています。これは、他のインターフェイスでは常に当てはまるとは限りません。
このため、ケーブルを接続する前に、ケーブルの向きが正しいことを確認することが重要です。ケーブルにはワイヤ1を示す赤いストライプがあり、ハードディスクは何らかの形のマーカーを使用して一致するピン1を示します。 。
IDE / ATAハードディスクは、ジャンパーに関してはかなり標準的です。通常、ジャンパー設定はごくわずかであり、ドライブごとに大きく異なることはありません。ハードディスクに通常表示されるジャンパーの設定は次のとおりです。
ドライブ選択： 同じIDEチャネルにマスターとスレーブの2つのドライブが存在する場合があります。ジャンパーは通常、IDEチャネルでマスターまたはスレーブとして機能するかどうかを各ドライブに通知するために使用されます。
チャネル上の単一のドライブの場合、ほとんどのメーカーはドライブをマスターとしてジャンパーするように指示しますが、一部のメーカー、特にWestern Digitalは、スレーブのあるチャネル上のマスターとは対照的に、単一のドライブに対して個別の設定を行っています。ドライブには実際には操作上の関係がないため、マスターとスレーブという用語は誤解を招く恐れがあります。
奴隷の存在： 一部のドライブには、マスターとして構成されたドライブにATAチャネルにもスレーブドライブがあることを通知するために使用される追加のジャンパーがあります。これは、標準のマスター/スレーブIDEチャネルシグナリングをサポートしていない一部の古いドライブにのみ必要です。
ケーブル選択： 一部の構成では、特別なケーブルを使用して、どのドライブがマスターでどちらがスレーブであるかを判別します。このシステムを使用すると、ケーブル選択ジャンパーが通常有効になります。.
サイズ制限ジャンパー： 一部の大容量ハードディスクドライブは、BIOSプログラムがない、または大容量ハードディスクのサポートがそれらを認識しない古いコンピュータでは正しく動作しません。これを回避するために、一部のドライブには特別なジャンパーがあり、設定すると、互換性のためにBIOSに対して実際よりも小さいサイズで表示されます。
例えば, 一部の2.5GBハードディスクにはジャンパーがあり、2.1GBを超えるものをサポートしないシステムでは2.1GBハードディスクとして表示されます。これらは容量制限ジャンパーとも呼ばれ、メーカーによって異なります。
SeagateTechnologyハードディスクモデルのジャンパー設定の例
SCSIハードディスクには、IDE / ATAハードディスクよりも高度なコントローラーが搭載されているため、SCSIには通常、動作を制御するために設定できるジャンパーが多数あります。彼らはまた、彼らが持っているジャンパーの数と種類において、メーカーごとに、そしてモデルごとにはるかに異なる傾向があります。
通常、最も一般的で重要なSCSIドライブのジャンパーは次のとおりです。
SCSIデバイスID： SCSIバス上のすべてのデバイスは、アドレス指定の目的で一意に識別される必要があります。ナローSCSIドライブには、ディスクに0〜7のID番号を割り当てるために使用できる3つのジャンパーのセットがあります。ワイドSCSIドライブには、0〜15のID番号を有効にするための4つのジャンパーがあります。 SCSIデバイスIDを構成します。
SCSIドライブジャンパー
終了アクティベート： SCSIバスの両端にあるデバイスは、バスが正しく機能するためにバスを終端する必要があります。ハードディスクがバスの最後にある場合、このジャンパーを設定すると、正常に動作するようにバスが終了します。すべてのドライブが終了をサポートしているわけではありません。
自動開始を無効にする： I存在する場合、このジャンパーは、電源が投入されたときに自動的にスピンアップしないようにドライブに指示しますが、代わりにSCSIバスを介して開始コマンドを待ちます。これは通常、電源装置の過度の起動負荷を防ぐために行われます。一部のメーカーは、このジャンパーの意味を逆にしています。デフォルトで起動を無効にし、[自動開始を有効にする]ジャンパーを提供します。
自動開始の遅延： このジャンパーは、ドライブに自動的に起動するように指示しますが、電源が投入されてから事前定義された秒数待機します。また、多くのドライブを備えたシステムのモーター起動負荷を相殺するためにも使用されます。
よろめきスピン： 多くのハードドライブを備えたシステムでユニットごとにこのオプションが設定されている場合、ドライブは、ユーザー定義の定数にSCSIデバイスIDを掛けることにより、起動時間をずらします。これにより、同じSCSIチャネル上の2つのドライブが同時に起動することはありません。
狭いまたは広い： 一部のドライブには、ナローモードとワイドモードのどちらで機能するかを制御するためのジャンパーがあります。
強さSE： これにより、Ultra2、Wide Ultra2、Ultra160、Ultra160 +、またはその他のLVD SCSIドライブで、LVD（低電圧差動）の代わりにシングルエンド（SE）動作を強制的に使用できるようになります。
パリティを無効にする： 機能をサポートしないホストアダプタとの互換性のために、SCSIバスのパリティチェックをオフにします。
これがすべてではありません。多くのSCSIドライブには、より多くのジャンパーを介して有効になるいくつかの追加の特別な機能があります。一部のドライブは、ジャンパーの一部をSCSIインターフェイスを介して送信されるソフトウェアコマンドに置き換えています。
ロジックボード
新しいハードディスクドライブは、多くの機能とより高速な機能を備えて導入されており、開発はまだ進行中です。これらすべての機能を制御し、期待される高度な方法でディスクの高性能機能を提供するために、すべての最新のハードディスクは、ハードディスクユニットに統合されたインテリジェント回路基板で作られています。この回路基板はハードディスクロジックボードと呼ばれます。ロジックボードは、次の重要なコンポーネントを使用して、ハードディスクにさまざまな機能を提供します。
- 制御回路
- センス、増幅および変換回路
- インターフェイスハードウェア
- ファームウェア
- 複数のコマンドコントロールと並べ替え
PCハードディスクIDE（Integrated Drive Electronics）とSCSI（Small Computer Systems Interface）で現在普及している2つの最も一般的なインターフェイスは、どちらも統合コントローラを使用しています。. IDEインターフェイスのより正確な名前は、ATAttachmentまたはATA（Advanced TechnologyAttachment）です。最新のハードディスクには、1980年代半ばのPC全体よりも多くのメモリと高速な内部プロセッサを搭載した非常に洗練されたロジックボードが搭載されています。
ロジックボードは、以前はいくつかの重要な機能を実行していました。したがって、ジオメトリ変換、高度な信頼性機能、より複雑なヘッドテクノロジー、より高速なインターフェイス、ディスク自体からのより高い帯域幅のデータストリーミングなどの変更を処理するには、ロジック回路をより強力にする必要があります。
ハードディスクの内部ロジックボードには、マイクロプロセッサと内部メモリ、およびドライブ内で何が起こるかを制御するその他の構造と回路が含まれています。ドライブの制御回路の最も重要な機能のいくつかは次のとおりです。
- スピンドルが正しい速度で動作することを確認することを含む、スピンドルモーターの制御。
- さまざまなトラックへのアクチュエータの動きを制御します。
- すべての読み取りおよび書き込み操作を管理します。
- 電力管理機能の実装。
- ジオメトリ変換の処理。
- 内部キャッシュとプリフェッチなどの最適化機能の管理。
- ハードディスクインターフェイスを介した情報の流れ、複数の要求の最適化、読み取り/書き込みヘッドが必要とする形式との間のデータの変換など、このセクションで説明する他の機能の調整と統合。
- すべての高度なパフォーマンスと信頼性の機能を実装します。
最新のハードディスクにはマイクロプロセッサが内蔵されており、それらのほとんどには、それらを実行する内部ソフトウェアも搭載されています。これらのルーチンは制御ロジックを実行し、ドライブを機能させます。実際、これらの命令は読み取り専用メモリに埋め込まれているため、これは従来の意味でのソフトウェアではありません。このコードは、ROMに埋め込まれたシステムBIOS、低レベルのハードウェアベースの制御ルーチンに類似しています。通常、ファームウェアと呼ばれます。
これが、ファームウェアがハードウェアとソフトウェアのミドルリンクと呼ばれることがある理由です。多くのドライブでは、ファームウェアはソフトウェア制御下で更新できます。
キャッシュとキャッシュ回路
ハードディスクの統合キャッシュ（バッファとも呼ばれる）の機能は、比較的高速なデバイスと比較的低速なデバイスの間のバッファとして機能することです。ハードディスクの場合、キャッシュは、ディスクからの最近の読み取りの結果を保持するために使用されます。また、近い将来に要求される可能性のある情報（たとえば、要求された直後の1つまたは複数のセクター）をプリフェッチするためにも使用されます。 。
したがって、このキャッシュの目的は、通常は通常のPCキャッシュ階層の一部とは見なされていませんが、PCで使用される他のキャッシュと同じです。誰かがディスクキャッシュについて一般的に話すとき、彼らは通常、ハードディスク内のこの小さなメモリ領域ではなく、ディスクシステムへのアクセスをバッファリングするために取っておかれたシステムメモリのキャッシュを指していることを常に覚えておく必要があります。
キャッシュを使用すると、読み取りの繰り返しによるディスクへの物理アクセスの数が減り、バスがビジー状態のときにデータが中断されることなくディスクからストリーミングできるようになるため、ハードディスクのパフォーマンスが向上します。最近のほとんどのハードディスクには、512KBから2MBの内部キャッシュメモリがありますが、一部の高性能SCSIドライブにも16MBものメモリがあります。
ハードディスクとハードディスクインターフェイスの速度には大きな違いがあるため、ハードディスクのキャッシュは重要です。ハードディスク上のデータの一部を見つけるには、ランダムな配置が必要であり、ハードディスクアクチュエータが移動し、ディスクがスピンドル上で回転するため、ミリ秒のペナルティが発生します。そのため、ハードディスクには内部バッファがあります。
単純なキャッシュの操作の背後にある基本原則は簡単です。ハードディスクからのデータの読み取りは、通常、一度に1つの512バイトセクターだけでなく、さまざまなサイズのブロックで行われます。キャッシュはセグメントまたは断片に分割され、各セグメントに1つのデータブロックを含めることができます。
ハードディスクからのデータが要求されると、最初にキャッシュ回路が照会され、データがキャッシュのいずれかのセグメントに存在するかどうかが確認されます。存在する場合は、ハードディスクプラッタにアクセスする必要なしにロジックボードに供給されます。データがキャッシュにない場合は、ハードディスクから読み取られ、コントローラーに提供されてから、再度要求された場合に備えてキャッシュに配置されます。
キャッシュのサイズには制限があるため、セグメントをリサイクルする前に保持できるデータは非常に多くなります。通常、最も古いデータが最新のデータに置き換えられます。 これは、循環、先入れ先出し（FIFO）またはラップアラウンドキャッシングと呼ばれます。
パフォーマンスを向上させるために、今日のほとんどのハードディスクメーカーは、特にハイエンドSCSIドライブで、キャッシュ管理回路の機能強化を実装しています。
アダプティブセグメンテーション： 従来のキャッシュは、同じサイズのセグメントに分割されます。さまざまなサイズのデータブロックに対して要求を行うことができるため、これにより、一部のセグメントのキャッシュのストレージの一部が残り、無駄になる可能性があります。多くの新しいドライブは、各アクセスに必要なスペースに基づいてセグメントのサイズを動的に変更し、使用率を高めます。また、セグメントの数を変更することもできます。これは、固定サイズのセグメントよりも処理が複雑であり、スペースが適切に管理されていないと、それ自体が無駄になる可能性があります。
プレフェッチ： ドライブのキャッシュロジックは、ドライブのアクセスと使用パターンの分析に基づいて、まだ要求されていないがまもなく要求されると予想されるキャッシュデータの一部にロードしようとします。通常、これは、次に要求される可能性が統計的に高いため、ディスクから読み取ったデータ以外の追加データをロードすることを意味します。正しく実行すると、パフォーマンスがある程度向上します。
ユーザーコントロール： ハイエンドドライブは、ユーザーがドライブキャッシュの操作を詳細に制御できるようにする一連のコマンドを実装しています。これには、ユーザーがキャッシュを有効または無効にしたり、セグメントのサイズを設定したり、アダプティブセグメンテーションとプリフェッチをオンまたはオフにしたりできるようにすることが含まれます。
内部バッファは明らかにパフォーマンスを向上させていますが、制限もあります。ディスクのさまざまな部分のデータに多くのランダムアクセスを行っている場合、ディスクが過去にデータをロードしていない場合、そのデータはキャッシュにないため、ほとんど役に立ちません。
バッファは、ディスクから大量のデータを読み取る場合にもほとんど役に立ちません。通常、50MBのファイルをコピーする場合は非常に小さいためです。たとえば、512バイトのバッファを備えた一般的なディスクでは、ファイルのごく一部がバッファに含まれている可能性があり、残りはディスク自体から読み取る必要があります。
これらの制限により、キャッシュはシステム全体のパフォーマンスにそれほど影響を与えません。それがどれだけ役立つかは、そのサイズにある程度依存しますが、少なくともその回路のインテリジェンスに依存します。ハードディスクのロジック全体と同じです。また、ロジック全体と同様に、多くの場合、特定のドライブのキャッシュロジックがどのようなものかを正確に判断することは困難です。ただし、ディスクのキャッシュのサイズは、システムのパフォーマンスを向上させる上での全体的な影響にとって重要です。
ハードディスクからの読み取りのキャッシュとハードディスクへの書き込みのキャッシュは、いくつかの点で類似していますが、他の点では大きく異なります。それらは、高速コンピュータをハードディスクの低速メカニズムから切り離すことであるという全体的な目的において同じです。主な違いは、書き込みにはハードディスクへの変更が含まれますが、読み取りには含まれないことです。
書き込みキャッシュがない場合、システムがハードディスクがハードディスク上の正しい場所にアクセスしてデータを書き込むのを待つ間、ハードディスクへのすべての書き込みにはパフォーマンスの低下が伴います。これは、ほとんどのドライブで少なくとも10ミリ秒かかります。これは、コンピューターの世界では長い時間であり、システムがハードディスクを待機するため、パフォーマンスが大幅に低下します。この動作モードは、ライトスルーキャッシングと呼ばれます。
書き込みキャッシュが有効になっていて、システムが書き込みをハードディスクに送信すると、論理回路は書き込みをはるかに高速なキャッシュに記録し、すぐにオペレーティングシステムに確認応答を返送してプロセスを完了します。その後、システムの残りの部分は、アクチュエータが配置され、ディスクが回転するのを待つことなく、途中で進むことができます。これはライトバックキャッシングと呼ばれます。これは、データがキャッシュに保存され、後でプラッターにのみ書き戻されるためです。もちろん、書き戻し機能によりパフォーマンスが向上します。
キャッシュメモリは揮発性であるため、電源が切れると内容が失われます。まだディスクに書き込まれていない保留中の書き込みがキャッシュにあった場合、それらは永久に失われ、システムの残りの部分は、ハードディスクによって完了として通知されるため、これを知る方法がありません。したがって、一部のデータが失われるだけでなく、システムはどのデータ、またはそれが発生したかさえも知りません。最終的には、ファイルの整合性の問題、オペレーティングシステムの破損などが発生する可能性があります。このリスクのため、状況によっては書き込みキャッシュがまったく使用されない場合があります。
これは、高いデータ整合性が重要なアプリケーションに特に当てはまります。ただし、書き込みキャッシュが提供するパフォーマンスの向上により、リスクにもかかわらずますます使用されるようになり、追加のテクノロジを使用することでリスクが軽減されています。
最も一般的な手法は、単に電源が切れないようにすることです。安心感を高めるために、書き込みキャッシュを採用している優れたドライブには、キャッシュ内の保留中の書き込みをすぐにディスクに書き込むようにドライブに指示する書き込みフラッシュ機能があります。これは、システムによって停電が検出された場合、またはその他の理由でシステムがシャットダウンされる直前に、UPSバッテリーがなくなる前に通常送信されるコマンドです。
低レベルのハードディスクジオメトリ
低レベルのハードディスクジオメトリと言うとき、ディスクの物理回路を知ることはあまり気にしません。ここでは、上記のディスクのトラブルシューティングとデータ回復プログラミングを理解するために、これから扱う用語について説明します。
低レベルのハードディスクジオメトリは通常、次の用語に関係しています。
- 追跡
- シリンダー
- セクタ
- 頭または側面
低レベルのハードディスクジオメトリ
ハードディスクのプラッタには、データを記録するための2つの側面があります。プラッターのすべての表面には、目に見えない同心円があり、ハードディスクのフォーマット中に磁気情報として表面に書き込まれます。これらの円はトラックと呼ばれます。ハードディスクに保存されているすべての情報は、トラックに記録されます。トラックには、0から始まり、プラッターの外側から始まり、入るにつれて増加する番号が付けられます。
トラックとシリンダーの最大数については、次の章で詳しく説明します。ただし、今のところ、最大数のシリンダー、トラック、ヘッド（サイド）、およびセクターの物理的な低レベルのジオメトリに関する知識を得ることができます。
| Name |
Start From |
End Limit |
Total Number |
| Cylinders |
0 |
1023 |
1024 |
| Heads |
0 |
255 |
256 |
| Sectors |
1 |
63 |
63 |
ハードディスクのプラッタの表面では、ディスクの内側から外側にヘッドを移動することでデータにアクセスします。このデータの編成により、ディスクの任意の部分に簡単にアクセスできます。そのため、ディスクはランダムアクセスストレージデバイスと呼ばれます。
低レベルのハードディスクジオメトリトラック
各トラックは数千バイトのデータを保持でき、通常、このストレージは5000バイトを超えます。したがって、トラックをディスク上のストレージの最小単位にすると、ディスクスペースの浪費になります。これを行うと、5000バイト未満のサイズの小さなファイルがスペースの量を浪費し、一般に次のことが可能になるためです。このサイズよりもはるかに小さいファイルの数がディスクにあります。
このようにして、トラックをストレージの最小単位にすることで、小さなファイルが大量のスペースを浪費することになります。したがって、各トラックはセクターと呼ばれる小さな単位に分割されます。各セクターのサイズは512バイトです つまり、セクターは512バイトの情報を保持できます。
したがって、ハードディスク上のデータストレージの基本単位はセクターです。名前セクターは、円の円のパイ型の角のあるセクションを指し、2つの側面が半径で囲まれ、3番目の側面が円の周囲で囲まれています。次に示すトラックのセクターを表す論理図を見ることができます。
したがって、同心の円形トラックを含むハードディスクでは、その形状によって、インターセプトされたプラッタ表面の各トラックのセクターが定義されます。これは、ハードディスクの世界でいわゆるセクターであり、トラックの長さに沿った小さなセグメントです。
標準に従って、ハードディスクの各セクターは512バイトのユーザーデータを保存できます。ただし、実際にはセクターは512バイトをはるかに超える情報を保持しています。ドライブの管理、データの検索、およびその他のサポート機能の実行に必要な制御構造およびその他の情報には、追加のバイトが必要です。
セクターの構造の正確な詳細は、ドライブのモデルとメーカーによって異なります。ただし、セクターのコンテンツには通常、次の一般的な要素が含まれます。
ID情報： 従来、各セクターには、セクターの番号と場所を識別するためのスペースが残されていました。これは、ディスク上のセクターを見つけるために使用され、この領域のセクターに関するステータス情報も含まれます。たとえば、ビットは通常、セクターに欠陥があるとマークされて再マップされているかどうかを示すために使用されます。
同期フィールド： これらは、読み取りプロセスをガイドするためにドライブコントローラによって内部的に使用されます。
データ: セクターの実際のデータ。
エラー訂正コード（ECC）： エラー訂正コードは、データの整合性を確保するために使用されます。
ギャップ: ギャップは基本的に、セクターの他の領域を分離するため、またはコントローラーが読み取ったものを処理してからさらにビットを読み取るために必要に応じて追加される1つ以上のスペーサーです。
記載されている項目を含むセクターに加えて、各トラックのスペースはサーボ情報にも使用されます。この管理に使用されるビットが多いほど、データに使用できる全体的なスペースが少なくなるため、オーバーヘッド項目のために各セクターが占めるスペースの量は重要です。
これが、ハードディスクメーカーがディスクに保存する必要のある非ユーザーデータ情報の量を減らすよう努めている理由です。前述のような他のものとは対照的に、データに使用される各ディスク上のビットのパーセンテージは、フォーマット効率として知られています。したがって、より高いフォーマット効率は、ドライブに期待される機能です。
現在、より高いフォーマット効率を得るための最新のアプローチでは、IDフィールドがセクターフォーマットから削除され、セクターヘッダー内の各セクターにラベルを付ける代わりに、フォーマットマップがメモリに保存され、セクターを特定する必要があるときに参照されます。
このマップには、不良とマークされ、サーボ情報の場所に関連するセクターに再配置されたセクターに関する情報も含まれています。このアプローチにより、フォーマットの効率が向上するだけでなく、各プラッターの表面に最大10％多くのデータを保存できるようになるだけでなく、パフォーマンスも向上します。この重要な測位情報は高速メモリに存在するため、はるかに迅速にアクセスできます。
ハードディスクhdhddは物理回路構造を駆動します
ハードディスクの各プラッタは、2つのヘッド（一部の特殊なケースを除く）を使用してデータを記録および読み取ります。1つはプラッタの上部用、もう1つは下部用です。プラッターにアクセスするヘッドは、ヘッドアームのアセンブリで一緒にロックされているため、すべてのヘッドが一緒に出入りするため、各ヘッドは常に物理的に同じトラック番号に配置されます。
これが、トラック0に1つのヘッドを配置し、トラック1,000に別のヘッドを配置することができない理由です。この配置のために、ヘッドのトラック位置は、トラック番号ではなく、シリンダー番号と呼ばれることがよくあります。
円柱は基本的に、すべてのヘッドが現在配置されているすべてのトラックのセットです。ディスクに4つのプラッターがある場合、通常は8つのヘッドがあります。ここで、シリンダー番号が720であるとします。
ハードディスクドライブシリンダーの物理回路の形状構造
これは、トラック番号720のプラッター表面ごとに1つずつ、8セットのトラックで構成されます。これらのトラックは、空間内で同じサイズの円が積み重ねられているため、骨格の円柱を形成するという事実に由来しています。 、前の図に示すように。
ディスクの要素のアドレス指定は、従来、シリンダー、ヘッド、セクター（CHS）を参照して行われます。
フォーマット
すべてのストレージメディアは、使用する前にフォーマットする必要があります。フォーマットに使用されるユーティリティは、ハードディスクで動作する場合とフロッピーディスクで使用される場合で動作が異なります。ハードディスクのフォーマットには、次の手順が含まれます。
パーティショニング:
このプロセスは、ディスクを論理部分に分割し、異なるハードディスクボリュームまたはドライブ文字を割り当てます。
ハードドライブのパーティション分割は、ハードドライブを整理するために利用できる最も効果的な方法の1つです。パーティションは、ディレクトリやファイルよりも一般的なレベルの編成を提供します。また、オペレーティングシステムやアプリケーションからデータを分離することで、セキュリティを強化します。
パーティションを使用すると、データファイルを分離できます。データファイルは、プログラムファイルやオペレーティングシステムファイルから定期的にバックアップする必要があります。ロードする場合はハードドライブのパーティション分割が必要になります。ロードする場合は、ディスク内に複数のオペレーティングシステムが必要になります。そうしないと、ほとんどの場合、データが失われる可能性があります。
ハードドライブの最初のセクターには、パーティションテーブルが含まれています。このパーティションテーブルには、4つのパーティションを記述できるスペースしかありません。これらはプライマリパーティションと呼ばれます。これらのプライマリパーティションの1つは、追加のパーティションのチェーンを指すことができます。このチェーンの各パーティションは、論理パーティションと呼ばれます。次の章では、パーティションの基本と論理的なアプローチについて詳しく説明します。
高レベルのフォーマット：
パーティションの論理構造を定義し、ディスクの先頭に必要なオペレーティングシステムファイルを配置します。この手順は、オペレーティングシステムレベルのコマンドでもあります。
FORMAT.COMであるDOSのFORMATコマンド, ハードディスクで使用する場合とフロッピーディスクで使用する場合では、動作が異なります。フロッピーディスクは単純な標準ジオメトリであり、パーティション化できないため、FORMATコマンドは、必要に応じてフロッピーディスクを自動的に低レベルと高レベルの両方でフォーマットするようにプログラムされていますが、ハードディスクの場合、FORMATは高レベルのみを実行します。フォーマット。
低レベルのフォーマットが完了すると、トラックとセクターが入ったディスクができますが、何も書き込まれていません。高レベルフォーマットは、プログラムやデータの保存にディスクを使用できるようにするファイルシステム構造をディスクに書き込むプロセスです。
DOSを使用している場合、FORMATコマンド（つまり、FORMAT.COM）は、DOSブートレコードファイルアロケーションテーブルやルートディレクトリなどの構造をディスクに書き込むことによって、この作業を実行します。高レベルのフォーマットは、ハードディスクがパーティション分割された後に実行されます。
フォーマットされたストレージ容量とフォーマットされていないストレージ容量
ハードディスクの合計ストレージは、フォーマット済みまたはフォーマットされていない容量を確認するかどうかによって異なります。ハードディスク上のスペースの一部は、セクターの開始と終了をマークするフォーマット情報、ECC（エラー訂正コード）、およびその他のオーバーヘッド情報によって占められています。このため、違いは非常に大きくなる可能性があります。
通常、ユーザーが低レベルでフォーマットした古いドライブでは、フォーマットされていない容量の観点からサイズがリストされていることがよくあります。
例えば: 1980年代初頭に最初のIBMPC / XTで使用された最初のドライブであるSeagateST-412を取り上げます。 「12」このモデル番号では、12.76MBのドライブのフォーマットされていない容量を示しています。フォーマットすると、実際には10.65MBのドライブです。
ハードディスクのフォーマットされていない容量は、通常、フォーマットされた容量よりも19％（19％）高くなります。フォーマットされていないドライブは誰も使用できないため、重要なのはフォーマットされた容量だけです。したがって、最新のドライブは常にメーカーによって低レベルでフォーマットされています。
ハードディスクの容量は、次の4つの方法で表すことができます。
- 数百万バイト単位のフォーマット済み容量
- メガバイト単位のフォーマット済み容量
- 数百万バイト単位のフォーマットされていない容量
- メガバイト単位のフォーマットされていない容量
ここで、C＆ndash; H＆ndash; S = 1024 * 63 * 63（ディスクのシリンダー数= 1024、ヘッドまたはサイドの数= 63トラックあたりのセクター数= 63）およびすべてのセクターのハードディスクがある場合512バイトあります。ディスクのサイズを計算する式は次のとおりです。
ディスクの合計サイズ（バイト）=（シリンダー）X（ヘッド）X（セクター）X
（セクターあたりのバイト数） |
この式により、特定のハードディスクのサイズをバイト単位で計算すると、次のようになります。
= 1024 X 63 X 63 X 512
= 2080899072 Bytes
ここで、ディスクのサイズを数百万バイトで計算すると、およそ
= 2080.899072
~ 2081 millions of byte
従来、数百万バイト単位のサイズはMで表されます。したがって、数百万バイト単位のディスクのサイズは約2081Mです。
しかし、ハードディスクの容量をメガバイトで表すと、およそ1985年になり、1985Megと表記されます。
このように、ディスクの容量を数百万バイトで計算する一般的な式は次のようになります。
また、ディスクの容量をメガバイトで計算するための一般式は次のようになります。
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