Budowa dysku i zasady działania
Budowa dysku i zasady działania
Dysk twardy, dysk sztywny (ang. hard disk, hard disk drive) lub żargonowo "twardziel" - hermetycznie zamknięty, składający się z od 2 do 8 wirujących talerzy pokrytych bardzo cienką warstwą magnetyczną, każdy posiada osobną głowicę odczytującą-zapisującą, która unosi się nad nim na cienkiej poduszce powietrznej. Dysk twardy jest zwykle na stałe włączony do komputera i przechowuje dane, które powinny być zawsze dostępne, takie jak system operacyjny. Nowoczesne dyski twarde posiadają bardzo dużą przepustowość danych, niski czas dostępu do danych, obracają się z prędkością kilku tysięcy obrotów na minutę, a ich pojemność wynosi kilkanaście gigabajtów.
Dysk twardy został tak nazwany, z powodu swej sztywnej konstrukcji, są one umieszczone w odpowiednio skonstruowanym pyłoszczelnym zespole napędowym, zwierającym ponadto układy sterowania silnikiem napędu dysków, silnikiem przesuwu głowic (pozycjonerem), układu sterownia zapisu, układu odczytu oraz inne układy sterujące i kontrolne zespołu napędowego.
Większość dysków twardych składa się z następujących komponentów: obudowy, pozycjonera głowicy, ram głowic, głowic zapisu i odczytu, wirujących talerzy, układów sterowania.
Talerz (ang. plate) to magnetyczna powierzchnia obracająca się ze stałą prędkością umożliwiająca odczyt danych przez głowice odczytująco-zapisującą . Talerzem może być zatem jedna z 2-8 wirujących z prędkością kilku tysięcy obrotów na minutę części dysku twardego, pokryta materiałem magnetycznym, który może zostać zapisany/odczytany przez, osobną dla każdego talerza, głowicę odczytująco-zapisującą.
* Każdemu dyskowi pamięci przyporządkowane są dwie głowice (dla jego dolnej i górnej powierzchni). Głowice utrzymywane są na sprężynujących ramionach, przy czym wszystkie ramiona głowic są ze sobą połączone i poruszają się synchronicznie, napędzane pozycjonerem. W stanie spoczynku głowice znajdują się na ścieżce parkującej dysku. W momencie, gdy dysk zaczyna wirować, poduszka powietrzna wytworzona przy powierzchni, unosi głowice na wysokości około 1 mikrometra (jedna dwudziesta włosa ludzkiego).
Zadaniem pozycjonera jest przemieszczenie głowic na wybrany cylinder. Pozycjonery zbudowane zostały w oparciu o silnik liniowy, same parkują głowice po wyłączeniu zasilania, gdyż sprężyna samoczynnie odciąga je do położenia parkowania. Pozycjonery z silnikiem krokowym wymagają zaparkowania głowic za pomocą specjalnego programu.
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.
Pracą mechanizmu sterują układy elektroniki, zawierające: blok zapisu, blok odczytu z detekcją i korekcją błędów oraz sterowanie pozycjonera. Współczesne dyski wyposażane są w bufor danych (o pojemności 128 KB - 2 MB), zwany też dyskową pamięcią podręczną (Cache), umożliwiający zwiększenie szybkości transmisji. Aby przyspieszyć transmisję w dyskach z pamięcią Cache, stosuje się następującą zasadę: z dysku podczas odczytu wczytuje się do pamięci Cache, oprócz interesujących nas w danej chwili sektorów, również sektory następujące po nich. Jeśli dane te zostaną zażądane później, to nie muszą być odczytywane z dysku, lecz przywołane są z pamięci Cache.
Czynniki wpływające na wydajność
Na komfort pracy z systemem komputerowym duży wpływ ma wydajność dysku twardego. Efektywna prędkość z jaką dysk dostarcza dane do pamięci komputera, zależy od kilku podstawowych czynników. Największy wpływ na wydajność mają elementy mechaniczne, od których nawet najwolniejsza elektronika jest o dwa rzędy wielkości szybsza. Fundamentalne znaczenie ma prędkość ustawiania głowicy nad wybraną ścieżką, ściśle związana ze średnim czasem dostępu. Równie istotnym parametrem jest prędkość obrotowa dysku, rzutująca na opóźnienia w dostępie do wybranego sektora i prędkość przesyłania danych z nośnika do zintegrowanego z dyskiem kontrolera. Dopiero w następnej kolejności liczy się maksymalna prędkość transferu danych do kontrolera czy wielkość dyskowego cache'u.
Ogromne znaczenie ma prędkość obrotowa dysku. Zależność jest prosta: im szybciej obracają się magnetyczne talerze, tym krócej trwa wczytanie sektora przy takiej samej gęstości zapisu. Mniejsze jest także opóźnienie, czyli średni czas oczekiwania, aż pod ustawionym nad właściwym cylindrem głowicą "przejedzie" oczekiwany sektor. W przeciwieństwie do nowoczesnych CD-Rom'ów dyski twarde obracają się ze stałą prędkością, osiągając od 3600 do 7200 rpm (revolutions per minute). Lepszym pod względem prędkości obrotowej okazał się model firmy Seagate, Cheetah ST34501- pierwszy dysk na świecie wirujący z prędkością 10000 obr/min. Pierwsze, zewnętrzne ścieżki są wyraźnie dłuższe od położonych w osi dysku. W nowoczesnych napędach są one pogrupowane w kilka do kilkunastu stref, przy czym ścieżki w strefach zewnętrznych zawierają więcej sektorów. Ponieważ dysk wczytuje całą ścieżkę podczas jednego obrotu, prędkość transferu danych na początkowych obszarach dysku jest największa. W związku z tym informacje podawane przez prostsze programy testujące transfer dysku są często zbyt optymistyczne w stosunku do rzeczywistej średniej wydajności napędu. Media transfer rate- prędkość przesyłania danych z nośnika do elektroniki dysku zależy od opóźnień mechanicznych oraz gęstości zapisu. Gęstość tę równolegle do promienia dysku mierzy się liczbą ścieżek na cal (TPI), zaś prostopadle (wzdłuż ścieżki) obrazuje ją liczba bitów na cal (BPI). Obie wartości można wydatnie zwiększyć stosując technologię PRML.