Pevné disky

Pevný disk

V dnešných počítačoch sa na uchovávanie dát zväčša používajú pevné disky. Je to preto, lebo v sebe spájajú niekoľko výhod a sú určitým kompromisom medzi kapacitou a rýchlosťou.
Fyzická charakteristika

Základné pojmy
platňa - kovový alebo sklenný kotúč s nanesenou magnetickou vrstvou. Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže byť jedno, alebo obojstranný. hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.
radič - zariadenie umožňujúce komunikáciu disku a matičnej dosky.
IDE - (Integrated Drive and Electronics) - Rozhranie (typ radiča ) umožňujúce pripojiť do systému dva pevné disky. Niekedy sa používa termín ATA.
EIDE - (Enhanced IDE) - Rozšírená verzia IDE dovoľujúca pripojenie 4 diskov.
Ultra DMA - odvodené od EIDE s prenosovou rýchlosťou 33 alebo 66 MB/s.
SCSI - rýchlejšie rozhranie

Konštrukcia
Pevný disk sa skladá z platní uložených nad sebou a hláv, ktorých počet zodpovedá počtu platní. Všetko je to vákuovo uložené kôli nižšiemu treniu.

Charakteristiky určujúce výkon disku

Kapacita - Kapacity sa pohybujú od 6 GB až do 60 GB. - Závisí od počtu platní a hustoty záznamu. Táto v poslednom čase dosahujú vysoké čísla (nad 20GB na palec), čo má za následok závratné znižovanie ceny za 1MB.

Rýchlosť - otáčky (bežne okolo 5 400 – 7 200 otáčok/min, pri SCSI aj 15 000)
vysoké – väčší výkon (menšia prístupová doba) ale aj hlučnosť
- prístupová doba – čas potrebný na presunutie hlavičky od stredu disku k jeho okraju
- vyrovnávacia (cache) pamäť – eliminuje pomalosť mechaniky (512 – 2048 KB)
- typ radiča – komunikácia s doskou - UDMA/33 – 33MB/s – bežne používaný
- ATA/66 – potrebný 80 žilový kábel (prenos údajov aj na druhej hrane impulzu
- ATA/100 – zvýšená rýchlosť ATA/66
- Vnútorná prenosová rýchlosť sa pohybuje okolo 300 – 500 MB/s. Logická charakteristika

Členenie

Disk sa logicky člení na cylindre stopy a sektory. Cilinder tvoria 2 stopy z oboch strán platne. Stopy sú kružnicové časti disku široké ako hlava. Sektory sú časti stôp. Je to najmenšia jednotka, na ktorú sa dá na disk zapisovať. Ich počet je pre každú stopu rovnaký (takže pri okraji disku sú najväčšie). Toto členenie sa uskutoční pri takzvanom formátovaní low-level. Pri formátovaní high-level sa zriadia Boot sektor, FAT tabuľka a štruktúra adresaárov.

Na to sa vyhradia prvé sektory disku. Toto formátovanie tiež umožňuje vytvoriť niekoľo logických jednotiek (chronicky známe označena C: , D: , ...). Fat16 a Fat32

Tabuľka Fat je časť disku, kde sú uložené údaje o obsahoch jednotlivých sektorov. Výhoda Fat32 je v tom, že možno vytvoriť 2x viac sektorov tj. pri menších súboroch sa efektívnejšie využije kapacita disku. Systém zápisu

Pri zápise aj čítaní sa vzhľadom k vysokým otáčkam disku údaje zapisujú striedavo, preskakujúc určité sektory. Kôli tomu je výhodná defragmentácia disku, čo znamená, že dáta sa uložia v poradí, v akom sa predpokladá čítanie. To má za následkom zrýchlenie čítania z disku.


Samoopraviteľné disky

Nedávne tendencie výrobcov diskov boli zamerané nielen na zvyšovanie kapacity a rýchlosti, ale aj na zvýšenie spoľahlivosti. Dôkazom sú technológie - S.M.A.R.T. (Self monitoring Analysis and Reporting Technology) umožňujúca monitorovanie parametrov disku a ich odovzdávanie systému
- DFT (Drive Fitness Test) – test vyvinutý firmou IBM, kontrolujúci funkčnosť disku
- SeaSield – systém zisťujúci integritu údajov na diskoch značky Seagate
- DPS (Data Protection System) – systém testujúci funkčnosť disku od firmy Quantum
- Data Lifeguard – súbor funkcií používaných v diskoch Western Digital. Ich úlohou je zistenie izolácia a oprava problémových oblastí disku. Spúšťa sa po 8 hodinách prevádzky, ale beží iba vtedy, ak sa s diskom nepracuje, takže nezaťažuje systém. Tento systém umožňuje opraviť chybu ešte predtým, ako bude používateľ požadovať prečítanie dát.

Fyzická štruktúra disku
Väčšina počítačov má minimálne 2 diskové pamäti: pevný disk (HD - hard disk) a pružný disk (disketu - FD - floppy disk). Aby bolo možné na disku lokalizovať dáta je povrch disku rozdelený na stopy a sektory. Na začiatku každej stopy a každého sektora sa nachádza identifikačná značka a tá je očíslovaná. Takéto usporiadanie sa nazýva fyzická organizácia dát. Tento druh formátovania (low format) média robí výhradne výrobca. Posudzujúc štruktúru diskiet a diskov z hľadiska geometrie a fyzickej štruktúry rozlišujeme:
· Povrch (side - strana) - charakterizujúci jednostranné alebo obojstranné ukladanie dát a s tým súvisiaci počet snímacích hláv v mechanike. · Stopa (track)- charakterizuje rozdelenie povrchu do koncentrických kružníc, v ktorých je s určitou hustotou (napríklad u FD 48 tpi - stôp na palec) zaznamenaná a uložená informácia. Disketa má obvykle 40 - 80 stôp.

· Sektor - výseč alebo klin na ktoré sa (podobne ako koláč) delí stopa. Sektor obsahuje 512 bajtov informácie. · Cluster- najmenšia adresovateľná časť –2 sektory
Pevné disky sú zostavené z kovových diskov, uložených jeden nad druhým. Každá strana je rozdelená do sústredných stôp (Na rozdiel od 40 stôp u FD sú u pevného disku stopy nahustenejšie a ich počet býva väčší ako 306.Tým sú aj záznamy na HD zraniteľnejšie.)
Nad každým povrchom sa vznáša jedna hlava(u diskety sa pohybuje priamo po jej magnetickom povrchu => opotrebenie povrchu), pomocou ktorej sa zapisujú a čítajú dáta. Dve hlavy u FD a 16 a viac hláv HD jednotiek sú pripevnené na držiak - rameno vystavovacieho mechanizmu. Diskové hlavy teda nemôžu byť vystavené nezávisle.
· Cylinder - súhrn všetkých stôp daného čísla na všetkých povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stôp udávajú počet cylindrov (válcov). Kompaktné disky (CD - Compact Disk)
CD-ROM využíva technológiu zápisu laserovým lúčom. Na rozdiel od HD, ktoré majú sústredné kruhové stopy rozdelené do sektorov, má CD-ROM jedinú špirálovú stopu, ktorá začína uprostred disku a odvíja sa smerom von. Takmer 5 km dlhá stopa je rozkúskovaná na rovnako dlhé sektory alebo bloky. Informácia je v blokoch, stopy v tvare malých priehlbní nerovnakej dĺžky, zvaných pity. Tieto sú preložené rovnakými oblastiam - poliami. Polia a priehlbne na diskoch nepredstavujú nuly a jednotky ale jednotka je vyvolaná prechodom medzi pitom a priehlbňou, žiadna zmena reprezentuje nulu. Kódovanie dát zodpovedá formáru RLL. Dátový sektor (2352 bajt) CD-ROM je tvorený:
· synchronizačným záhlavím;
· záhlavím s adresou sektoru;
· jedrom sektoru tvoreným dátovou časťou;
· segmentom opravného kódu EDC/ECC (Error detection codes/ Error correction codes). Dátové bity disku musia prebehnúť pod čítacou hlavou konštantnou rýchlosťou. To vyžaduje meniť rýchlosť otáčania disku v závislosti na polohe hlavy - ak sníma oblasť z vonkajšieho okraja disku musí sa rýchlosť rotácie znížiť. Táto metóda sa označuje ako CLU (Constant Linear Velocity)

CD - R (Compact Disk Recordable) umožňuje vykonávať užívateľský jednorázový zápis dát. Mechanika je podobná CD-ROM len laser je výkonnejší, aby mohol vypaľovať. (Pri čítaní sa používa menej aktívny režim.)

Záver

Vývoj diskov ide veľmi rýchlo dopredu, takže o rok už budú informácie v tomto referáte zastaralé a nedostatočné. Vo vývojárskych týmoch spoločností vyrábajúcich pevné disky vidieť veľkú snahu.

Podľa môjho názoru magnetické pevné disky ostanú ešte dlho súčasťami počítačov ale aj iných zariadení, kde je potrebné dostupne a prepisovateľne ukladať dáta..