Dysk Twardy - HDD - referat

Historia i wiadomosci
Pierwsze pamięci masowe zaczęto stosować od połowy dziewiętnastego wieku – używano wtedy kart perforowanych które wprowadzały dane do mechanicznych maszyn liczących. Pierwsze elektroniczne komputery korzystały z pamięci zbudowanej z lamp elektronowych, potem zaczęły pojawiać się
różnorodne pamięci magnetyczne – bębnowe, bąbelkowe, taśmowe.
Pierwszy model dysku twardego wyprodukowano w 1957 roku. Producentem był IBM, urządzenie nazwano RAMAC 350 – był on złożony z pięćdziesięciu 24-calowych dysków, całkowita pojemność 5 MB, koszt jego rocznej dzierżawy wynosił 35 tys. dolarów; czyli – 7 tys. dolarów za megabajt... W czasach maszyn mainframe „budowano” dyski z zamkniętymi w klimatyzowanych pomieszczeniach zestawami talerzy o średnicach 14 czy 8 cali, wartymi dziesiątki tysięcy dolarów. Gdy ukazał się pierwszy IBM PC w roku 1981 w dziedzinie pamięci masowych niewiele się zmieniało – system operacyjny pierwszych „pecetów” był odczytywany z magnetofonu kasetowego, choć oczywiście istniała także możliwość korzystania ze stacji dyskietek. W roku 1983 pojawił się w sprzedaży PC/XT firmy IBM, komputer ten mógł korzystać już z twardego dysku o pojemności 5 lub 10 MB. Rok później Western Digital skonstruował interfejs ST506, zaś w 1986 razem z firmą Compaq opracowano interfejs IDE (Integrated Drive Electronics). Po paru miesiącach od tej daty w komputerach zaczęto
instalować dyski 3,5" (o wysokości 1", czyli „low profile”).
Od początku rozwoju komputerów PC najwięcej uwagi przykuwał postęp w technologii półprzewodnikowej. Postęp w innych, bezpośrednio z nią związanych dziedzinach technologii był zawsze mniej nagłaśniany – w ciągu tego samego czasu, gdy dokonywano 100-krotnego przyspieszania zegara procesora, pojemność typowego dysku wzrosła 1000-krotnie. Dysk dopóki działa i do czasu gdy mieszczą się na nim nasze dane, rzadko bywa przedmiotem szczególnego zainteresowania. Najczęściej w momencie zakupu porównujemy pojemność naszej kieszeni (zasoby gotówki) z pojemnością dysku, później dysk wykonuje już tylko swoją pracę. Tymczasem wydajność i wygoda użytkowania komputera w dużym stopniu zależy od jakości dysku, a jego niezawodność to w
wielu przypadkach sprawa najważniejsza.
Najczęściej użytkownicy komputera traktują dysk jako pudełko zdolne do zapamiętania pewnej ilości danych – im więcej, tym lepiej. Co niektórzy zwracają uwagę również na jego parametry techniczne – średni czas dostępu do danych oraz szybkość odczytu i zapisu. Parametry eksploatacyjne każdego urządzenia wynikają z jego konstrukcji, dlatego najdociekliwsi użytkownicy chcą wiedzieć, co jest wewnątrz pudełka i jak to działa.

Dysk twardy jest jednym z podstawowych urządzeń spotykanych w komputerach osobistych. Umożliwia on przechowywanie dużych ilości danych oraz szybki dostęp do nich. Pierwowzorami współczesnych dysków twardych były dyski stosowane w dużych komputerach u schyłku lat 60. Pierwsze seryjnie produkowane dyski twarde do komputerów IBM PC wyprodukowała firma Seagate. Miały one pojemność 10MB i były bardzo drogie. Czasy w pełni funkcjonalnych komputerów, którym do poprawnego działania wystarczyła odpowiednio przygotowana dyskietka systemowa, odeszły już w niepamięć. Posiadanie dużego dysku twardego jest w tej chwili niezbędnym warunkiem uruchomienia współczesnego oprogramowania. Dostępne obecnie na rynku dyski twarde dzielą się na dwie grupy: droższe, niemal ekskluzywne modele SCSI oraz tańsze napędy EIDE, przeznaczone dla masowego, z założenia mniej wymagającego odbiorcy. Urządzenia EIDE, w tym wykorzystywane w nich technologie, ewoluowały. W konsekwencji różnice pomiędzy oboma kategoriami produktów zdają się powoli zacierać. Oczywiście, technologia SCSI jest nadal jedynym bezpiecznym rozwiązaniem w profesjonalnych, wymagających zadaniach (serwery, zaawansowane stacje robocze, montaż cyfrowego obrazu i dźwięku), ale i tu zaczynają powoli wkraczać rozwiązania "z dolnych półek".
Budowa i parametry dysku twardego
Dysk stały składa się z zamkniętego w hermetycznej obudowie, wirującego talerza (dysku) lub zespołu talerzy, wykonanych najczęściej ze stopów aluminium, o wypolerowanej powierzchni pokrytej nośnikiem magnetycznym (grubości kilku mikrometrów) oraz z głowic elektromagnetycznych umożliwiających zapis i odczyt danych. Na każdą powierzchnię talerza dysku przypada po jednej głowicy odczytu i zapisu. Głowice są umieszczone na elastycznych ramionach i nie stykają się one z talerzem, a ich odległość nad talerzem jest stabilizowana dzięki sile aerodynamicznej (głowica jest przyciągana do talerza podobnie jak skrzydło samolotu unosi samolot) powstałej w wyniku szybkich obrotów talerza. Jest to najpopularniejsze obecnie rozwiązanie (są też inne sposoby prowadzenia głowic nad talerzami).

Ramię głowicy dysku ustawia głowice w odpowiedniej odległości od osi obrotu talerza w celu odczytu lub zapisu danych na odpowiednim cylindrze. Pierwsze konstrukcje były wyposażone w silnik krokowy, stosowane również w stacjach dysków i stacjach dyskietek. Wzrost liczby cylindrów na dysku oraz konieczność zwiększenia szybkości dysków wymusił wprowadzenie innych rozwiązań. Najpopularniejszym obecnie jest tzw. voice coil czyli cewka, wzorowana na układzie magnetodynamicznym stosowanym w głośnikach. Umieszczona w silnym polu magnetycznym cewka porusza się i zajmuje położenie zgodnie z przepływającym przez nią prądem, ustawiając ramię w odpowiedniej pozycji. Dzięki temu czas przejścia między kolejnymi ścieżkami jest nawet krótszy niż 1 milisekunda a przy większych odległościach nie przekracza kilkudziesięciu milisekund. Układ regulujący prądem zmienia natężenie prądu, tak by głowica ustabilizowała jak najszybciej swe położenia w zadanej odległości od środka talerza (nad wyznaczonym cylindrem).

Informacja jest zapisywana na dysk przez przesyłanie strumienia elektromagnetycznego przez antenę albo głowicę zapisującą, która jest bardzo blisko magnetycznie polaryzowalnego materiału, zmieniającego swoją polaryzację (kierunek namagnesowania) wraz ze strumieniem magnetycznym. Informacja może być z powrotem odczytana w odwrotny sposób, gdyż zmienne pole magnetyczne powoduje indukowanie napięcia elektrycznego w cewce głowicy lub zmianę oporu w głowicy magnetyczno oporowej.

Ramiona połączone są zworą i poruszają się razem. Zwora kieruje głowicami promieniowo po talerzach a w miarę rotacji talerzy, daje każdej głowicy dostęp do całości jej talerza.

Zintegrowana elektronika kontroluje ruch zwory, obroty dysku, oraz przygotowuje odczyty i zapisy na rozkaz od kontrolera dysku. Niektóre nowoczesne układy elektroniczne są zdolne do skutecznego szeregowania odczytów i zapisów na przestrzeni dysku oraz do remapowania sektorów dysku, które zawiodły.

Szczelna obudowa chroni części napędu od pyłu, pary wodnej, i innych źródeł zanieczyszczenia. Jakiekolwiek zanieczyszczenie głowic lub talerzy może doprowadzić do uszkodzenia głowicy (head crash), awarii dysku, w której głowica uszkadza talerz, ścierając cienką warstwę magnetyczną. Awarie głowicy mogą również być spowodowane przez błąd elektroniczny, zużycie i zniszczenie, błędy produkcyjne dysku.

]

Sposoby adresowania danych na dysku

·         CHS (cylinder, head, sector)

·         LBA (Logical Block Adressing)

·         MZR (Multiple Zone Recording)

Znani producenci

·         Fujitsu

·         Hitachi

·         IBM

·         Maxtor

·         Quantum

·         Samsung

·         Seagate

·         Western Digital

Praca z twardym dyskiem jest możliwa dopiero wtedy, gdy zostanie on sformatowany przez producenta lub użytkownika.
Formatowanie polega na podziale dysku na ścieżki i sektory, jest to tzw. Formatowanie niskiego poziomu lub formatowanie fizyczne

Dysk twardy odróżnia się od dysku elastycznego następującymi cechami
ü głowica odczytu zapisu, nie dotyka dysku w czasie pracy, jest bowiem utrzymywana automatycznie w czasie ruchu obrotowego
ü prędkość dysku twardego jest bardzo duża, dzięki czemu osiąga się duże prędkości transmisji danych(MB/s)
ponieważ dysk twardy jest nie wymiennym nośnikiem danych, można goü dokładnie wycentrować i osiągnąć dużą liczbę ścieżek, czyli dużą pojemność (do kilku GB)

Najważniejsze parametry techniczne dysków twardych
ü pojemność od 10MB do kilku GB
ü liczba głowic zapisu i odczytu (od 4 do kilkunastu)
ü liczba cylindrów (od 615 do kilku tysięcy)
ü średni czas dostępu
ü prędkość obrotowa dysku (kilka tysięcy obrotów na minutę)
ü prędkość transmisji danych
ü zasilanie
Sposoby zapisu i odczytu danych na dysku twardym
Wszystkie typy pamięci na warstwach magnetycznych działają na tej samej zasadzie; na poruszającej się warstwie magnetycznej dokonywany jest zapis informacji polegający na odpowiednim
przemagnesowaniu pól nośnika informacji.
Zapis i odczyt dokonywany jest za pomocą głowic. Głowica nazywamy rdzeń z nawiniętą na nią cewka i niewielką szczeliną miedzy biegunami. Zapis informacji sprowadza się do namagnesowania poruszającego się nośnika. Pole magnetyczne wytworzone w szczelinie magnesuje nośnik tak długo, jak długo płynie prąd w cewce głowicy. Namagnesowany odcinek nośnika zachowuje się jak zwykły magnes, wytwarzając własne pole magnetyczne..

Istnieje wiele metod zapisu informacji cyfrowej na nośniku magnetycznym, na przykład:
Metoda bez powrotu do zera
Polega na tym, że zmiana kierunku prądu w głowicy zapisu następuje w chwili zmiany wartości kolejnych bitów informacji. Zmiana kierunku prądu nie występuje podczas zapisywania ciągu zer lub jedynek. Metoda ta nie posiada możliwości samo synchronizacji, tzn. z informacji odczytanej nie da się wydzielić impulsów określających położenie komórki bitowej
ü Metoda modulacji częstotliwości (FM)
Polega na tym, że przy modulacji FM prąd w głowicy zapisu zmienia na początku każdej komórki bitowej, oraz w środku komórki, gdy zapisywany bit ma wartość "jedynki"
ü Metoda zmodyfikowanej modulacji częstości (MFM)
Metoda MFM nazywana jest metodą z podwójną gęstością i dzięki niej jest podwojona jest pojemność dysku twardego, stosuje się tu regułę: bit o wartości "1" ustawia impuls zapisujący pośrodku komórki bitowej, bit o wartości "0", ustawia impuls na początku komórki bitowej lecz tylko wtedy, gdy poprzedni
bit nie jest równy "1".
W metodzie tej dla odtwarzania danych, w trakcie odczytu, stosowany jest układ z pętlą synchronizacji fazy PLL, na podstawie impulsów odczytanych z głowicy odczyt o nazwie READ DATA.
ü Metoda RRL
Redukuje o 35% ilości przemagnasowań nośnika - można zatem, przy niezmienionej maksymalnej częstotliwości pracy, półtorakrotnie zwiększyć gęstość zapisu danych Odczyt informacji polega na
przemieszczeniu namagnesowanych odcinków nośnika pod szczeliną.
Pole magnetyczne pochodzące od namagnesowanego odcinka nośnika, przenika rdzeń głowicy i indukuje w cewce siłę elektromotoryczną, która jest następnie wzmacniana i formowana w impuls cyfrowy, taktowany jako impuls zerowy lub jako bit danych, w zależności od metody zapisu informacji.

Instalacja dysku w komputerze

Ustaw kolejność dysku w systemie
Przed zainstalowaniem dysku twardego do obudowy, należy sprawdzić najpierw sprawdzić jego ustawienia. Dysk konfigurujemy za pomocą zworek znajdujących się najczęściej obok gniazda danych lub na spodzie dysku. Jeśli jest to nowy dysk to będzie on ustawiony jako Master lub Single. Jeżeli tak nie jest należy skonfigurować ustawienia . sposób konfiguracji zworek powinien znajdować się w instrukcji obsługi lub na nalepce na dysku twardym.
Mocowanie dysku w obudowie
Twardy dysk instalujemy w koszyku obudowy, pod stacją dyskietek, w szynach 3,5 cala. Można go też instalować w powszechnie dostępnych szufladach przenośnych 5,25 cala. Twardy dysk przykręca się czterema wkrętami z grubym i możliwie krótkim gwintem. Trzeba pamiętać żeby zamontować dysk elektroniką do dołu i w pozycji leżącej zapobiega to przypadkowemu dotknięciu głowic powierzchni dysku.
Podłącz dysk do kontrolera
Do podłączenia dysku twardego używa się taśmy 40-przewodowej. Jeden jej koniec należy umieścić w 40-szpilkowym gnieździe na płycie głównej z oznaczeniem IDE 0 lub HDD 1,natomiast w gnieździe 40-szpilkowym dysku twardego.
Należy pamiętać o zasadzie szpilki 1 (przewód oznaczony kolorem czerwonym), a PIN1 w twardym dysku znajduje się od strony zasilania.
Złe podłączenie taśmy nie spowoduje żadnych uszkodzeń., wystarczy wtedy obrócić taśmę.
Podłącz zasilanie
Jeden z cztero kablowych odczepów zasilania z dużą wtyczką podłączyć do odpowiedniego gniazda twardego dysku.
Zrobić to należy silnie lecz ostrożnie. Specjalne wyprofilowane gniazdo i wtyka pozwala prawidłowo podłączyć zasilanie bez pomyłki

2