Domů

Hardware

HDD 1: Základní informace, jednotlivé díly disku

• Historie - Pro úschovu dat je v prvních počítačích používána děrná páska, problémem bývá oprava chyb, náročnost na vytvoření a mnoho dalších problémů. U modernějších počítačů přichází na řadu magnetické pásky a první diskety nahrazující pevný disk. Některé domácí mikropočítače používaly k úschově dat běžný kazetový magnetofon a kazety (např. ZX Spectrum, Sinclair), problémem zde byla malá rychlost, obtížné a pomalé vyhledávání na pásce.  Rozvoj pevných disků přichází na začátku 90. let s kapacitou jednotek MB, v roce 1995 se kapacita pohybovala už i ve stovkách MB

• Terminologie - Pevný disk (Hard disk),  Pevná disketová mechanika (Fixed hard drive, Winchester disk).

• Použití - Základní paměť počítače pro ukládání často používaných dat (operační systém, programy, dokumenty a běžná data). Na rozdíl od operační paměti po vypnutí počítače data zůstávají na disku. V porovnání s disketovou mechanikou je současná kapacita a rychlost několikanásobně větší.

• Princip - Stejně jako u disket jsou data ukládána na otočný kotouč otáčející se nad čtecí hlavou, ale zbývající elektronika, technologie a pevná plotna jsou odlišné.

• Bezpečnost dat - Je důležité si uvědomit, že disk je pouze elektronika, a ačkoliv jsou disky poměrně spolehlivé, může mít disk poruchu a data mohou být ztracena. Důležitá data je nutné pravidelně zálohovat, ve velkých firmách musejí být zálohy dokonce na dvou různých místech pro případ nějakého neštěstí. Disk přesto opravdu není poruchovou částí počítače a vyniká vysokou spolehlivostí. Záleží na výrobci, typové řadě a různých technologiích. U současných disků jsou moje zkušenosti s poruchovostí disků asi kolem 2% (většinou vadné sektory). Hodně záleží také na montáži a upevnění disku. U přenosných disků a počítačů je šance na poškození disku větší, u přenosných počítačů jsou disky na přenášení uzpůsobeny a maximálně chráněny.

• Rychlý disk - Když nejsou požadovaná data v operační paměti počítače, je nutné je získat z disku. Přístup k disku může být až několikrát pomalejší než přístup k operační paměti. Při rychlém procesoru může pomalý disk tvořit jednu z hlavních součástí počítače brzdící celkový výkon. Pro běžné domácí používání stačí pomalé disky. Pro multimédia, práci s grafikou, zpracování videa, animací, databázové a jiné servery s diskovými poli RAID jsou nutností velmi výkonné disky (a rozhraní).

Mechanické a elektronické díly uvnitř disku

1. Hřídel (Spindle - Vřeteno)

• Otáčející část vyvedená z motoru ke středu diskových ploten a zajištující otáčení ploten vysokou rychlostí.

2. Motor

• Miniaturní motor pro otáčení ploten disku. Přímo z motoru je vyvedeno vřeteno (Spindl) otáčející s plotnami.

• BB Motor (Ball Bearing) - Motor s využitím maziva a železných kuličkových ložisek. Nevýhodou je poměrně velká hlučnost, možné problémy s chvěním a omezená životnost ložisek.

• HD Motor (Hydro Dynamic Motor) nebo FDB Motor (Fluid Dynamic Bearing) - Namísto kuličkových ložisek je použit viskózní olej nebo jiná tekutina. Nedochází k dotyku železných částí a zvyšuje se životnost, přesnost a hustota dat. Nižší hluk a větší odolnost vůči nárazům a vibracím.

3. Plotny

• Magnetický kotouč (médium) otáčející se uvnitř disku a určený pro záznam dat.

• Nové technologie pro výrobu ploten umožnily zvýšení hustoty dat. Vyrábějí se z hliníku nebo nově z různých kombinací plastu, skla a keramiky. Po dokončení výroby je na plotny nanesena jemná vrstva magnetického materiálu tvořeného vrstvou železných oxidů u starších disků a vrstvou magnetického substrátu nazývaný tenký film (Thin-film) u současných disků. 

• Vlastnosti materiálu a nových technologií postupně ovlivňují, kolik dat je možné na jednu plotnu umístit. Je vhodné si uvědomit ukládání dat na oba povrchy plotny, tedy na horní i dolní straně a používání více ploten v jednom disku. V jednom disku lze nalézt od 1 do 4 a někdy i více ploten. Disky stejné typové řady lišící se kapacitou jsou vlastně disky s jiným počtem používaných ploten a hlav.  U disku s 20 GB to je např. jedna plotna zatímco u disku s 40GB jsou používané již plotny dvě. Více ploten znamená větší nároky na výrobu, silnější motor s výsledkem vyšší ceny a hlučnosti v porovnání s disky s jednou plotnou. 

• Průměr ploten se v současné době pohybuje od 1" do 3,5" palce. U starších disků může být velikost větší. Výhodou menších ploten jsou menší nároky na výrobu, menší zahřívání, ale většinou vyšší nároky na elektroniku.

• Na povrchu bývá nanesena jemná ochranná vrstva

• Přesnější  technologie nových ploten, výška mezi hlavou a povrchem, vylepšené druhy kódování a další pokrok ve výrobě disků umožňuje neustálé zvyšování kapacity.

4. Magnetické hlavy

• Čtecí a zapisovací hlavičky pohybující se vysokou rychlostí těsně nad povrchem ploten (v tisícinách mm). Vzduchový polštář vznikající při otáčení ploten způsobuje nadnášení hlav a zabraňuje nechtěnému doteku s povrchem - pokud by k tomu došlo, je zde reálné riziko zničení hlav a poškození disku. Při vypnutí počítače jsou umístěny do polohy chránící plotny i hlavy před poškozením. Kromě rychlosti čtení a zápisu mají obrovský vliv na zvyšující se kapacitu disků. Samotné hlavy jsou umístěny na výsuvném pohyblivém  rameni (actuator arm - závěsu hlav).

• Závěs hlav - pevné pohyblivé rameno, na kterém jsou umístěny všechny hlavy. V jednom okamžiku jsou tak čtena data vždy pomocí jedné hlavy, z jednoho povrchu. Pro nezávislý pohyb hlav by muselo existovat více závěsů pro každou hlavu a další samostatnou elektronikou.

• Základním principem hlav je schopnost data číst, zapisovat nebo mazat. Důležitá je zdevýška nad povrchem a především čtecí a zapisovací schopnosti lišící se možnostmi využití plošné hustoty. V současné době existuje mnoho typů hlav a různých vylepšených technologií.

• Na ftp serveru firmy Seagate je hlavička přirovnávána k letadlu Boeing 747 letící rychlostí Mach 4 ve výšce 2m nad zemí. Skutečnost je mnohem nepředstavitelnější - při spočítání rychlosti hlav a zvětšení v měřítku na údaj 2m nad zemí by jste získali spíše raketoplán, a i tak by jste byli daleko do pravdy. Průměrná rychlost hlav na obvodu disku 3,5" se při 7200otáček pohybuje přes 100 km/h a to ve vzdálenosti několik tisícin mm nad povrchem disku.

• Výška vzdálenosti hlav od povrchu plotny se mění v závislosti na použitém typu hlav a některých dalších aspektech. Čím je výška hlav menší, tím je většinou technologie pokročilejší s větší hustotou dat. U starších typů disků to je tato vzdálenost v rozsahu několika desetin mm, u novějších jsou to už setiny nebo tisíciny mm.

• Čištění hlav zde odpadá! Pokud tedy přijde někdo, že má problémy s diskem a s návrhem, jestli nepomůže vyčištění hlav, rozmluvte mu to.

• Ferrite Heads - První typy disků o velikostech do 40MB

• TFI - ThinFilm Inductive Heads - Disky o velikostech kolem 100 až 1000MB

• AMR - Anisotropic MagnetoResistive Heads - Disky o velikostech 1GB až 20GB

• GMH - Giant MagnetoResistive Heads - Disky o velikostech větších než 20GB

• Základní rozdíl je ve velikosti rozlišení hustoty dat při zápisu nebo čtení. 

5. Servo 

• Mechanismus pro pohyb magnetických hlav nad diskem. Zabezpečuje pohyb závěsu hlav kdekoliv od středu až po okraj ploten.  

• 1. a. U krokového motorku (Stepper) znamená jeden krok (jedno pootočení a jeden elektronický puls) posun o jednu stopu. Nevýhodou tohoto mechanismu je nízká přesnost (nepoužívá rekalibraci a servoinformace), životnost a nutnost parkování hlav.

• 1. b. Indukční cívka (Voice Coil) využívá sílu elektrického proudu k vytvoření různého magnetického pole a podle jeho velikosti se posune na správnou stopu. Výhodou je vysoká přesnost a automatické parkování hlav při odpojení napájení (vypnutí počítače), k tomuto účelu slouží návratový mechanismus s pružinou. Servo s indukční cívkou se dále dělí na dedicated a embeded.

• 2.a Výsečové servo (Wedge servo) - Servoinformace jsou uloženy vždy na konci stopy. Nevýhodou je vyšší čas potřebný k určení polohy hlav.

• 2.b Vyhražené servo (Dedicated servo) - Pro servoinformace určující polohu hlav je vyhrazená jedna plocha plotny obsahující pouze servoinformace. Výhodou je okamžité zjištění polohy hlav a žádné další určování informací na dalších plotnách. Nevýhodou je ztráta celé plochy plotny. 

• 2.c Vložené servo (Embedded servo) - Vylepšené výsečové servo. Informace o možné poloze hlav jsou zaznamenávány před každým sektorem. Velmi používané řešení, velmi rychlé zjištění aktuální pozice hlav.

Stepper	Voice Coil

6. Pouzdro

• Vzduchotěsné a chránící proti prachu. I malá částečka prachu zde znamená možnost střetu s hlavičkou a pravděpodobně poškození disku a dat (malinká částečka prachu je stále několikrát větší než umístění hlav nad povrchem disku)..

• Vakuum - Uvnitř disku se zpravidla udržuje podtlak nebo vakuum, usnadňující otáčení disku a pohyb hlav.  Pokud disk není ve vakuu, obsahuje vzduchové filtry chránící disk před prachem.

7. Elektronika disku (Logic Board) 

• Deska tištěných spojů s elektronickými obvody tvořící řadič disku pro řízení činností disku.

Příbuzné odkazy

Seznam Odkazů»Hardware»Paměťová zařízení (Storage)

Tisk Verze pro tisk | Doporučit Poslat odkaz přes email