Dysk twardy - Polski Serwis Naukowy

Dysk twardy 3,5" widziany z góry (po lewej) i od dołu (po prawej)

Dysk twardy 3,5" (po lewej) i 2,5" (po prawej)

film przedstawiający pracę dysku twardego

Dysk 3,2 i 30 Gb obrazowany za pomocą MFM.

Dysk twardy, napęd dysku twardego (ang. hard disk drive) – rodzaj pamięci masowej, wykorzystujący nośnik magnetyczny do przechowywania danych. Nazwa "dysk twardy" wynika z zastosowania twardego materiału jako podłoża dla właściwego nośnika, w odróżnieniu od dyskietek (ang. floppy disk, czyli miękki dysk), w których nośnik magnetyczny naniesiono na podłoże elastyczne.

ECHS (Extended CHS) – procedura adresacji sektorów na twardych dyskach odpowiedzialna za obsługę dysków o pojemności powyżej 528 MB. Przy obsłudze dysków w trybie Cylinder Head Sector nakładają się na siebie ograniczenia BIOSu i interfejsu IDE. Żeby umożliwić obsługę dysków większych od 528 MB stworzono adresacje LBA i Extended CHS. Jeżeli dysk albo BIOS nie obsługuje LBA to pozostaje ECHS. Po formatowaniu dysku nie można przestawiać adresacji z LBA na ECHS i odwrotnie - grozi utratą danych.
Stacja dyskietek (FDD; Floppy Disk Drive) – element komputera przeznaczony do obsługi jednego z rodzajów zewnętrznej pamięci komputerowej, jakim jest dyskietka. Stacje dyskietek zwane są stacjami dysków miękkich.

Pierwowzorem twardego dysku jest pamięć bębnowa. Pierwsze dyski twarde takie, jak dzisiaj znamy, wyprodukowała w 1980 roku firma Seagate – był przeznaczony do mikrokomputerów, miał pojemność 5 MB, czyli 5 razy więcej niż ówczesna, dwustronna dyskietka 8-calowa.

Pojemność dysków wynosi od 5 MB (przez 10MB, 20MB i 40MB – dyski MFM w komputerach klasy XT 808x i 286) do 3 TB (w laptopach 20-1000 GB). Opracowano również miniaturowe dyski twarde typu Microdrive, o pojemnościach od kilkuset MB do kilku GB, przeznaczone dla cyfrowych aparatów fotograficznych i innych urządzeń przenośnych.

Toshiba Corporation (jap. 株式会社東芝, Kabushiki-gaisha Tōshiba?) - japońska firma wysokich technologii elektrycznych i elektronicznych, z siedzibą główną w Tokio. Spółka publiczna notowana na giełdzie tokijskiej.
W informatyce określenie kontroler odnosi się do wielu znaczeń. Wspólnym ich mianownikiem jest funkcja sterowania (kontrolowania) elementem lub zespołem elementów systemu komputerowego, najczęściej na potrzeby układu głównego jakim jest procesor. Kontroler jest więc łącznikiem (interfejsem) pomiędzy centralną częścią komputera, a jego peryferiami. Najczęściej spotykane określenia "kontroler" odnoszą się do następujących elementów:

Dla dysków twardych najważniejsze są następujące parametry: pojemność, szybkość transmisji danych, czas dostępu do danych, prędkość obrotowa dysków magnetycznych (obr/min.) oraz średni czas bezawaryjnej pracy (MTBF).

Kilka dysków twardych można łączyć w macierz dyskową, dzięki czemu można zwiększyć niezawodność przechowywania danych, dostępną przestrzeń na dane, zwiększyć szybkość odczytu/zapisu.

Historia

Jeden z pierwszych modeli twardych dysków IBM

Użycie sztywnych talerzy i uszczelnienie jednostki umożliwia większą precyzję zapisu niż na dyskietce, w wyniku czego dysk twardy może zgromadzić o wiele więcej danych niż dyskietka. Ma również krótszy czas dostępu do danych i w efekcie szybszy transfer.

Laptop (ang. lap - kolana, top - na wierzchu) to mały, przenośny komputer osobisty. Inne zminiaturyzowane komputery (mniejsze od laptopów) to palmtopy (np. Palm lub PocketPC), netbooki, lub smartphone.
MZR (ang.Multiple Zone Recording, czyli nagrywanie wieloma strefami) – technika formatowania i określania lokacji sektorów danych na fizycznej przestrzeni takich nośników magnetycznych, jak na przykład dysk twardy. Technika ta wywodzi się z mechanizmu ZBR (ang.Zone Bit Recording), nie jest jednak dostrzegalna z punktu widzenia interfejsu urządzenia.

4 września 1956 firma IBM skonstruowała pierwszy 24-calowy dysk twardy o nazwie RAMAC 350. Miał on pojemność 5 MB.

W 1983 pojawiły się komputery IBM PC/XT z dyskami 5 i 10 MB

W 1984 firma Seagate wypuściła na rynek pierwszy dysk 5.25", ST-506 o pojemności 5 MB.

W 1986 został opracowany kontroler IDE (Integrated Drive Electronics).

W 1987 rozpoczęła się era dysków 3.5 cala

W 2003 dysk twardy w typowym stanowisku pracy mógł zgromadzić od 60 do 500 GB danych, obracać się z prędkością 5400 do 10 000 obrotów na minutę (taka prędkość obrotowa jest możliwa dzięki zastosowaniu łożyskowania FDB). W wydajnych serwerach i HI-Endowych stacjach roboczych stosowane były dyski SCSI o prędkościach obrotowych na poziomie 15.000 obrotów na minutę.

W 2006 dzięki technologii zapisu prostopadłego możliwe jest przetrzymywanie na dysku ponad 1 TB danych. Standardem staje się złącze SATA i SAS oraz technologia optymalizacji odczytu NCQ. Stacje dyskietek zaczęły przegrywać z pamięciami USB do których złącza montuje się z przodu obudowy.

W 2008 pojawiły się dyski SSD. Na początku technologia ta była bagatelizowana przez dużych graczy (np. Western Digital). Jednak stosunkowo duże zainteresowanie rynku mimo bardzo wysokiej ceny, duża wydajność dzięki minimalnemu czasowi dostępu do danych oraz malejąca cena za MB szybko zmieniła ich nastawienie.

Na początku 2009 wyprodukowane zostały dyski o pojemność 2 TB. Pojawiły się wersje dysków Green, czyli ekologicznych o dynamicznej zmianie prędkości obrotowych. Rozwijany jest standard SATA 3 na potrzeby dysków SSD.

W październiku 2010 Western Digital wyprodukowała dysk twardy Caviar Green o pojemności 3 TB

Pod koniec 2011 Hitachi wyprodukowała dysk twardy o pojemności 4 TB

Budowa

Sześć dysków twardych o wymiarach 8″, 5.25″, 3.5″, 2.5″, 1.8″, i 1″

Dysk twardy po zdjęciu pokrywy

Schemat budowy dysku twardego

Ruch głowicy

Głowica z bliska

Dysk stały składa się z zamkniętego w obudowie, wirującego talerza (dysku) lub zespołu talerzy, wykonanych najczęściej ze stopów aluminium, o wypolerowanej powierzchni, pokrytej nośnikiem magnetycznym o 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 w stanie spoczynku stykają się z talerzem blisko jego osi. W czasie pracy unoszą się, a ich odległość nad talerzem jest stabilizowana dzięki sile aerodynamicznej powstałej w wyniku szybkich obrotów talerza. Jest to najpopularniejsze obecnie rozwiązanie (są też inne sposoby prowadzenia głowic nad talerzami).

Nośnik magnetyczny (pamięć magnetyczna) jest to nośnik danych wykorzystujący do przechowywania danych zjawisko ferromagnetyzmu. Zapis i odczyt dokonywany jest z wykorzystaniem głowic elektromagnetycznych.
SATA (ang. Serial Advanced Technology Attachment, Serial ATA) – szeregowa magistrala komputerowa, opracowana i certyfikowana przez SATA-IO, służąca do komunikacji pomiędzy adapterami magistrali hosta (HBA), a urządzeniami pamięci masowej, takimi jak dyski twarde, napędy optyczne i taśmowe. SATA jest bezpośrednim następcą równoległej magistrali ATA.

Ramię głowicy dysku ustawia głowice w odpowiedniej odległości od osi obrotu talerza w celu odczytu lub zapisu danych na odpowiednim cylindrze. Pierwsze konstrukcje (do ok. 200MB) były wyposażone w silnik krokowy, stosowany uprzednio w 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).

MFM (z ang. Modified Frequency Modulation) czyli zmodyfikowana modulacja częstotliwości jest sposobem kodowania informacji stosowanym przy zapisie na nośniku magnetycznym używanym przez większość formatów dysków, dyskietek w latach 80. Obecnie pozostała tylko jako metoda zapisu na dyskietkach 5 1/4 cala i 3.5 cala, głównie z powodu zachowania zgodności z zapisem na wcześniej zapisanych dyskietkach.
Western Digital Corporation (WD, NYSE: WDC) – jeden z największych producentów dysków twardych. Firma posiada długą historię w zakresie przemysłu elektronicznego jako producent układów scalonych.

Informacja jest zapisywana na dysk przez przesyłanie strumienia elektromagnetycznego przez antenę albo głowicę zapisującą, która jest bardzo blisko magnetycznie polaryzowalnego materiału, zmieniającego swoją polaryzacją magnetyczną wraz ze strumieniem indukcji magnetycznej. 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.

Grupa Samsung (kor. Samseong – trzy gwiazdy) – jedna z największych południowokoreańskich grup biznesowych zrzeszających firmy produkcyjne i usługowe działające w wielu branżach, oraz instytucje finansowe. Założona w 1938 roku przez Lee Byung-Chula jako firma eksportowa, wkrótce rozszerzyła swą działalność także na inne dziedziny.
Pamięć USB (znana także pod nazwami: PenDrive, USB Flash Drive, Flash Disk, FlashDrive, Finger Disk, Massive Storage Device, Flash Memory Stick Pen Drive, USB-Stick) – urządzenie przenośne zawierające pamięć nieulotną typu Flash EEPROM, zaprojektowane do współpracy z komputerem poprzez port USB i używane do przenoszenia danych między komputerami oraz urządzeniami obsługującymi pamięci USB.

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. Nowoczesne układy elektroniczne są zdolne do skutecznego szeregowania odczytów i zapisów na przestrzeni dysku oraz do zastępowania uszkodzonych sektorów zapasowymi.

uszkodzenia głowicy

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, uszkodzenie, błędy produkcyjne dysku lub zużycie.

MBR (ang. Master Boot Record) – główny rekord startowy, czyli umowna struktura zapisana w pierwszym sektorze dysku twardego. Często nazywany też Master Boot Block (pol. główny blok startowy). Zawiera on program rozruchowy oraz główną tablicę partycji (w przypadku dysku twardego – dyskietki zwykle nie posiadają tablicy partycji).
Głowica elektromagnetyczna – element konstrukcyjny urządzeń dokonujących odczytu lub zapisu na nośniku ferromagnetycznym, np drucie stalowym lub taśmie magnetycznej z tworzywa sztucznego pokrytej materiałem ferromagnetycznym.

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)