Stocarea datelor se face pe o suprafață magnetică dispusă pe platane rotunde metalice rigide (dure). În general discurile dure sunt utilizate ca suport de stocare extern principal pentru servere și calculatoare personale, dar și pentru anumite aparate electronice (DVD playere și recordere, MP3 playere). Dacă la începuturi capacitatea unui disc dur nu depășea 20 megaocteți (MO) = 20 megabait (MB), astăzi (2009) un disc dur obișnuit de 2 1/2 țoli poate depăși 1 teraoctet (TO) = 1 terabait (TB).
Începând din 2009 sistemul de operare Windows 7 al companiei Microsoft a pus la dispoziție și așa numite discuri dure virtuale, în engleză "Virtual Hard Disk" (VHD). Acestea se bazează pe fișiere reale (de pe un disc dur real) de mărime arbitrară, dar de tip special, cu extensia .vhd. Pentru a le accesa în Windows se folosește mai întâi programul utilitar DiskPart, cu ajutorul căruia discul dur virtual trebuie "selectat" și apoi "atașat" ("montat"). Abia după aceasta se poate initializa și utiliza ca și când ar fi un disc dur real. Aceasta include și posibilitatea de a instala și un alt sistem de operare pe același disc dur (real), identic cu, sau chiar diferit de primul sistem de operare, sau chiar și mai multe sisteme de operare, dacă se definesc VHD-uri multiple pe discul sau discurile dure reale conectate.
Prin contrast, discurile așa-numite "optice", ca de exemplu cele de tip CD, DVD și Blu-ray, folosesc pentru memorare procedee optice (nemagnetice), care asigură capacități de ordinul a până la 50 GB (gigabait) pe disc. Uneori însă se mai utilizează și dischete având un singur platan magnetic flexibil, numite în engleză floppy disc; unitatea de scriere/citire corespunzătoare se numește Floppy Disc Drive (FDD).
O alternativă la folosirea discurilor în mișcare, dure sau flexibile, pentru memorarea datelor sunt memoriile pur electronice de tip Solid State Disc (SSD), care neavând piese în mișcare sunt mult mai rapide, dar și mai scumpe. Ele simulează caracteristicile discurilor dure, reacționând identic la comenzi și utilizând uneori chiar aceleași interfețe, nemodificate (semnale electrice, conectoare, cabluri, etc.).
Cuprins |
Structură
Discul dur este format din:- o placă electronică de control logic,
- un număr de platane (de obicei 2 sau 3), împărțite în piste și sectoare,
- capete magnetice de citire/scriere (engl. read/write heads, R/W heads), de o parte și de alta a platanelor, legate printr-un braț metalic numit actuator
- un sistem electro-mecanic de blocare a capetelor pe pista de stop (engl. landing zone) atunci când discul e oprit
- și un motor electric pas-cu-pas.
Funcționare
Fiecare platan are două fețe; fețele sunt divizate într-un număr de piste circulare concentrice, 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 și 3. Pentru a accesa o pistă oarecare pe unul din platane, brațul care susține capetele (numit actuator) va muta capetele spre acea pistă. Deoarece această metodă necesită doar un singur mecanism de poziționare, ea simplifică designul și coboară prețul. Totuși, 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 braț cu capete trebuie mutat de doua ori. (Eventual s-ar putea și numai cu o singură mișcare, dacă pista 1 / platanul 1 și pista 1 / platanul 3 se citesc simultan, și abia apoi se sare la pista 50.) Pentru a muta un braț trebuie un timp semnificativ, mult mai mare decât timpul de transfer al datelor. Pentru a minimiza mutările actuatorului trebuie împiedicată împrăștierea datelor pe mai multe piste. O metodă de a optimiza timpul de acces este ca un grup de date care sunt accesate secvențial să fie scrise toate pe o singura pistă. Dacă datele nu încap pe o singură pistă, atunci se continuă scrierea pe un platan diferit, dar pe pista cu aceeași poziție. Prin aceasta metodă brațul nu mai trebuie să-și schimbe poziția, ci doar trebuie să fie selectat capul de citire/scriere potrivit. Selectarea capetelor se face electronic și de aceea ea este mult mai rapidă decât mișcarea fizică a brațului cu capete între piste. În total brațul nu mai execută așa multe mișcări.Pentru a descrie multiplele platane suprapuse se mai folosește termenul de "cilindru". Un cilindru se referă la toate pistele care au același număr de pistă, dar care sunt localizate pe diferite platane.
Transferul datelor la memorie
Modalitatea în care datele sunt transferate în memorie determină viteza efectivă a combinației controler + disc dur. Sunt folosite patru metode:- Programmed I/O - Cu aceasta metodă, porturile controlerului au grijă atât de comenzile drive-ului cât și de transferul de date între controler și memorie. Se folosesc comenzile IN și 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 și de performanța 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 instrucțiunii 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 contribuția procesorului. Pentru a folosi DMA, un program trebuie să îi precizeze controlerului DMA mărimea în octeți (baiți) a pachetului de date ce urmează a fi transferat dintr-o locație într-alta. Totuși, controlerul DMA dintr-un PC este inflexibil și 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 și transferă el însuși datele în memorie.
Interfețe și controlere
ESDI
Controlerul ESDI (prescurtare de la Enhanced Small Disk Interface) a fost dezvoltat după controlerul ST506, și 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 și controlerul lucrează în paralel, rata de transfer este aproximativ 10 megaocteți/s la modelele inițiale, și 15 - 20 megaocteți/s la cele recente. Discurile dure ESDI stochează informații despre formatul fizic și adresele sectoarelor defecte și poate transmite aceste informații controlerului, pentru detectare și corectare de erori. Nu mai este utilizat decât pe scară redusă.SCSI
Controlerele SCSI (prescurtare de la Small Computer System Interface, se pronunță aproximativ 'sca-zi) sunt folosite în special în sistemele care au nevoie de performanță și stabilitate ridicată (servere, de ex. în stațiile de lucru performante).
ATA/PATA (IDE/EIDE)
Controlerul IDE (prescurtare de la Integrated Drive Electronics), foarte folosit în calculatoarele personale de astăzi, folosește un singur cablu cu un conector cu 40 piciorușe (pini) care combină funcțiile unui cablu de date și 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 soluțiile folosite pentru calculatoarele portabile. Controlerul IDE permite legarea pe același cablu a două discuri dure, sau a unui disc dur și a unei unități optice (de CD sau DVD) în sistem master/slave. Această arhitectură a dus la incompatibilități între unități în anii '90, care însă au fost rezolvate.SATA
Controlerele SATA (prescurtare de la serial ATA) permite conectarea fiecărui disc pe propriul canal (cu un set propriu de porturi intrare/ieșire). Astfel se elimină problemele cauzate de arhitectura PATA (parallel ATA).Standardul inițial numit SATA I a fost proiectat pentru un transfer de date (o viteză) de maximum 1,5 Gbit/s (echivalent cu circa 1500 megabait/s, MB/s). Standardul actual (2008) se numește SATA II și este proiectat pentru maximum 3 Gbit/s = circa 3000 MB/s.
Controlerele SATA se leagă de discurile SATA prin cabluri cu conectori de tip SATA identici la ambele capete. Termenul eSATA (de la "external SATA") se referă la conectoare îmbunătățite (mai robuste) față de cele ale cablurilor SATA obișnuite.
USB; Firewire (IEEE 1394)
Există și discuri dure portabile (externe față de PC și cu carcasă proprie) care, pentru a transmite datele, folosesc interfața USB, respectiv cea Firewire (cf. standardului IEEE 1394). De obicei discurile acestea sunt ansambluri formate dintr-un disc IDE sau SCSI, un controler pentru acestea și un controler USB sau Firewire.Caracteristici
- Capacitatea (măsurată în gigaocteți sau gigabaiți, și în ultima vreme chiar teraocteți/terabaiți) - în general producătorii folosesc ca unitate de măsură multiplii din SI ai octetului (puteri de 10), pe când multe sisteme de operare (Windows, unele distribuții de Linux, MacOS) folosesc măsurătoarea în multipli binari. Dacă primul disc dur avea numai circa 5 MO, astăzi capacitățile discurilor dure pot depăși și 3 TO (factorul de creștere: 600.000).
- Dimensiunea fizică, măsurată în țoli (inch). Astăzi discurile dure au în diametru fie 3,5" (pentru PC-uri), fie 2,5" (pentru notebook-uri - mai mici, utilizând mai puțin curent electric dar mai scumpe și mai încete). Există și discuri de 1,8", pentru playere MP3 (precum Apple iPod), care pe lângă mărimea redusă, sunt mai rezistente la șocuri.
- Durabilitate, exprimată în timp mediu între erori - mean time between failures (MTBF). Discurile SATA I au viteze de 10.000 rpm și 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 operații de intrare/ieșire permise
- Consum de curent
- Nivel de zgomot
- Timpul de transfer și timpul de acces.
