Disc dur
De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Discul dur (în engleză americană hard disc; foarte des întâlnită şi ortografia originală engleză hard disk; ucu nitatea de scriere/citire corespunzătoare numită hard drive, hard disk drive sau şi HDD) este un dispozitiv electronic-mecanic pentru stocarea nevolatilă (permanentă) a datelor. Stocarea se face pe o suprafaţă magnetică dispusă pe platane rotunde metalice rigide (dure). În general discurile dure sunt utilizate ca suport de stocare extern principal pentru servere şi calculatoare personale, dar şi pentru anumite aparate electronice (DVD playere şi recordere, MP3 playere). Dacă la începuturi capacitatea unui disc dur nu depăşea 20 megaocteţi (MO), astăzi (2008), un disc dur obişnuit poate depăşi şi 1 teraoctet (TO).
Prin contrast, uneori se mai utilizează şi discuri flexibile, cu un singur platan, numite floppy disc; unitatea de scriere/citire corespunzătoare se numeşte Floppy Disc Drive (FDD).
Cuprins |
[modifică] Structură
Discul dur este format din:
- o placă electronică de control logic,
- un număr de platane (de obicei 2 sau 3), împărţite în piste şi sectoare,
- capete magnetice de citire/scriere (engl. read/write heads, R/W heads), de o parte şi de alta a platanelor, legate printr-un braţ metalic numit actuator
- un sistem electro-mecanic de blocare a capetelor pe pista de stop (engl. landing zone) atunci când discul e oprit
- şi un motor electric pas-cu-pas.
[modifică] Funcţionare
Fiecare platan are doua feţe şi este divizat într-un număr de piste, fiecare pistă fiind la rândul ei divizată în sectoare. Platanele sunt astfel aranjate încât pista 0 de la platanul 1 să fie situată exact deasupra pistei 0 de la platanul 2 şi 3. Pentru a accesa o pistă oarecare pe unul din platane, braţul care susţine capetele (actuatorul) va muta capetele spre acea pistă. Deoarece această metodă necesită doar un singur mecanism de poziţionare, ea simplifică designul şi coboară preţul. Totuşi, pentru a accesa o singură pistă trebuiesc mutate toate capetele. De exemplu, pentru a citi date de pe pista 1 de pe platanul 1, apoi pista 50 pe platanul 3 si apoi iar pe pista 1 dar de pe al treilea platan, întregul braţ cu capete trebuie mutat de doua ori. (Eventual s-ar putea şi numai cu o singură mişcare, dacă pista 1 / platanul 1 şi pista 1 / platanul 3 se citesc simultan, şi abia apoi se sare la pista 50.) Pentru a muta un braţ trebuie un timp semnificativ, mult mai mare decât timpul de transfer. Pentru a minimiza mutările trebuie împiedicată împraştierea datelor pe mai multe piste. O metodă de a optimiza timpul de acces este ca un grup de date care sunt accesate secvenţial să fie scrise toate pe o singura pistă. Dacă datele nu încap pe o singură pistă, atunci se continuă scrierea pe aceeaşi pistă, dar pe un platan diferit. Prin aceasta metodă braţul nu mai trebuie să execute aşa multe mişcări. Doar trebuie să fie selectat capul de citire/scriere potrivit. Selectarea capetelor se face electronic şi de aceea ea este mult mai rapidă decât mişcarea fizică a braţului cu capete între piste.
Pentru a descrie multiplele platane suprapuse se mai foloseşte termenul de "cilindru". Un cilindru se referă la toate pistele care au acelaşi număr de pistă, dar care sunt localizate pe diferite platane.
[modifică] Transferul datelor la memorie
Modalitatea în care datele sunt transferate în memorie determină viteza efectivă a combinaţiei controler + disc dur. Sunt folosite patru metode:
- Programmed I/O - Cu aceasta metodă, porturile controlerului au grijă atât de comenzile drive-ului cât şi de transferul de date între controler şi memorie. Se folosesc comenzile IN şi OUT ale limbajului de asamblare. Aceasta înseamnă că fiecare octet este transferat prin intermediul procesorului. La această metodă viteza datelor este limitată de cea a bus-ului PC şi de performanţa procesorului.
- Memory Mapped I/O - Procesorul poate procesa datele provenite dintr-un controler de disc mult mai repede dacă sunt stocate într-o regiune fixă de memorie. Pentru acest scop este folosit în general segmentul localizat deasupra memoriei video RAM. Datele sunt transferate cu ajutorul instrucţiunii de transfer (mov în cazul arhitecturii x86). Este mai rapidă decat metoda precedentă.
- Direct Memory Access (DMA) - Folosind DMA, un dispozitiv poate transfera datele direct în memorie, fără contribuţia procesorului. Pentru a folosi DMA, un program trebuie să îi precizeze controlerului DMA mărimea în octeţi (baiţi) a pachetului de date ce urmează a fi transferat dintr-o locaţie într-alta. Totuşi, controlerul DMA dintr-un PC este inflexibil şi lent. Controlerele DMA operează la viteza (tactul) de 4 MHz, în concluzie sunt extrem de lente.
- Busmaster DMA - Folosind această metodă, controlerul discului dur deconectează procesorul de la bus şi transferă el însuşi datele în memorie.
[modifică] Interfeţe şi controlere
[modifică] ESDI
Controlerul ESDI (Enhanced Small Disk Interface) a fost dezvoltat după controlerul ST506, şi a fost unul din primele controlere de discuri dure pe calculatoare x86. Acest tip de controler a fost folosit în modelele IBM PS/2. Pentru că separatorul de date şi controlerul lucrează în paralel, rata de transfer este aproximativ 10 megaocteţi/secundă la modelele iniţiale, respectiv 15, 20 megaocteţi la cele recente. Hard discurile ESDI stochează informaţii despre formatul fizic şi adresele sectoarelor defecte şi poate transmite aceste informaţii controlerului, pentru identificare şi corectare de erori. Nu mai este utilizat decât pe scară redusă.
[modifică] SCSI
(vezi şi SCSI)
Controlerele SCSI (Small Computer System Interface) sunt folosite în special în sistemele care au nevoie de performanţă şi stabilitate ridicată (servere, staţii de lucru performante).
[modifică] ATA/PATA (IDE/EIDE)
Controlerul IDE (Integrated Drive Electronics), cel mai folosit în calculatoarele personale de astăzi, foloseşte un singur cablu cu un conector cu 40 picioruşe care combină funcţiile unui cablu de date şi ale unuia de control care conecteaza discul IDE direct la magistrala (bus-ul) de sistem. Controlerele IDE au abilitatea de a emula orice format de disc. Din cauza consumului redus de energie, este una din soluţiile folosite pentru calculatoarele portabile. Controlerul IDE permite legarea pe acelaşi cablu a două discuri dure, sau a unui disc dur şi al unei unităţi optice în sistem master/slave. Această arhitectură a dus la incompatibilităţi între unităţi în anii '90, care însă au fost rezolvate.
[modifică] SATA
Controlerele SATA (serial ATA) permite conectarea fiecărui disc pe propriul canal (cu un set propriu de porturi intrare/ieşire). Astfel se elimină problemele cauzate de arhitectura PATA (parallel ATA).
Standardul initial SATA I a fost proiectat pentru un transfer de date (o viteză) de maximum 1,5 Mbit/s (echivalent cu circa 150 MBait/s) Standardul actual (2008) se numeşte SATA II şi este proiectat pentru maximum 3 Mbit/s = circa 300 MBait/s.
[modifică] USB/Firewire (IEEE 1394)
Există şi discuri portabile (externe faţă de PC şi cu carcasă proprie) care folosesc interfaţa USB sau Firewire pentru a transmite datele. De obicei discurile acestea sunt ansambluri formate dintr-un disc IDE sau SCSI, un controler pentru acestea şi un controler USB/Firewire.
[modifică] Caracteristici
- Capacitatea (măsurată în gigaocteţi) - în general producătorii folosesc ca unitate de măsură multiplii din SI ai octetului (puteri de 10), pe când multe sisteme de operare (Windows, unele distribuţii de Linux, MacOS) folosesc măsurătoarea în multiplii binari. Dacă primul disc dur avea circa 5 MO, astăzi capacităţile discurilor dure pot depăşi şi 500 GO (factorul de creştere: 100.000).
- Dimensiunea fizică, măsurată în ţoli (inch). Astăzi discurile dure au în diametru fie 3,5" (pentru PC-uri), fie 2,5" (pentru notebook-uri - mai mici, utilizând mai puţin curent electric dar mai scumpe şi mai încete). Există şi discuri de 1,8", pentru playere MP3 (precum Apple iPod), care pe lângă mărimea redusă, sunt mai rezistente la şocuri.
- Durabilitate, exprimată în timp mediu între erori - mean time between failures (MTBF). Discurile SATA 1.0 au viteze de 10.000 rpm şi un MTBF de 1 milion de ore sub un ciclu de utilizare de opt ore pe zi. Alte discuri permit până la 1,4 milioane de ore sub un ciclu de 24 de ore din 24.
- Număr de operaţii de intrare/ieşire permise
- Consum de curent
- Nivel de zgomot
- Timpul de transfer şi timpul de acces.
