Fyzická struktura disku

Většina PC má dvě diskové paměti: pevný disk a disketovou mechaniku. Jejich hlavním úkolem je uchovávání dat, s nimiž procesor momentálně nepracuje, ale která si v případě potřeby může načíst. Důležité je, že data na HardDisku zůstanou i po odpojení z elektrického proudu.

Obě paměti pracují na magnetickém principu a mají několik částí:

Médium, na němž jsou uložena data

Datové médium pevného disku je složeno z tuhých kotoučů (používá se i název plotna) umístěných v několika patrech nad sebou. Data se zapisují do magnetické vrstvy nanesené na každý jednotlivý kotouč.

Magnetické hlavy

S magnetickém povrchem disků pracují magnetické čtecí/zápisové hlavy. Ve skutečnosti se hlavy při čtení dat plotny vůbec nedotknou, ale vznášejí se několik mikrometrů vysoko nad plotnami, a proto i drobné zrnko prachu by mohlo způsobit rýhu v disku a tím pádem znehodnocení dat. Vznášení hlav zajišťuje aerodynamický vztlak vznikající nad roztočeným diskem.

Mechaniku pohybující hlavami

Mechaniku pohybující hlavami zajišťuje, aby se hlava dostala na příslušné místo na disku, kde jsou uložena data. Hlava pak jenom počká na požadované otočení a načte data. Z kraje směrem doprostřed disku dokáže mechanika pohnout až 50x za sekundu.

Motorek točící diskem

Zajišťuje otáčení plotny rychlostí až 10 000x za minutu, průměrný disk 7200x za minutu a starší disky 5400x za minutu.

Řadič

Řadič najdeme přišroubovaný na spodní straně disku. Vysílá informace mechanice pohybující hlavami, kde jsou dané data. Podle toho se mechanika pohybuje.

Deska rozhraní

Deska rozhraní zajišťuje připojení disku k základní desce (ta není umístěna v pouzdře disku, ale zpravidla ji najdeme integrovanou na základní desce.

Fyzická organizace dat

Povrch disku je poměrně rozsáhlý prostor. Pokud tedy operační systém požaduje od disku data, musí je na povrchu vyhledat řadič. Ten potřebuje znát přesnou geometrickou polohu zapsaných dat. Proto si povrch disku rozdělí na stopy (soustředné kružnice), do kterých si údaje zapisuje. Každá stopa je navíc příčně rozdělena na sektory.

Hlavy a cylindry

Úkol magnetických hlav je zřejmý - zapisují a čtou data. Nad každým povrchem "létá" jedna hlava. Má-li pevný disk 5 kotoučů, může mít až 10 hlav (každý kotouč má dva povrchy), ale může jich mít i méně, protože krajní kotouče nemusí mít nutně povrchy z obou stran.

Všechny hlavy jsou umístěny na společném rameni. Pokud řadič posune hlavu číslo 3 patřící (třetímu povrchu) nad stopou 134, posunou se i hlavy nad ostatními kotouči nad stopu 134 "svého" povrchu. Stejným stopám na různých površích se říká cylindr, občas i válec.

Práce mechaniky hlav je založena na dvou principech:

Starším, méně spolehlivým vystavovacím mechanismem je krokový motorek. Jedno pootočení motorku znamená jeden příčný krok hlavy (posun o jednu stopu). Pokud chce řadič posunout hlavami o 5 stop, pootočí se motorek o úhel odpovídající pěti krokům. Při počtu několika set stop musí být mechanismus velice přesný, aby vždy najely nad správnou stopu. Celý mechanismus může po několika letech provozu trochu změnit svoje parametry a disk přestane být spolehlivý. Dnes se ale tato mechanika nepoužívá.

Druhý, spolehlivější princip, který se vyskytuje téměř u všech dnes nabízených pevných disků, se nazývá vystavovací cívka (VOICE COIL). Průchod proudu cívkou způsobí vychýlení cívky úměrné velikosti procházejícího proudu. Je zde využito zpětné vazby - hlavička čte svou polohu z disku a na základě této informace řídící elektronika přidá nebo ubere proud potřebný k vychýlení. VOICE COIL má ještě jednu výhodu - Je totiž samoparkovací. Po náhlém výpadku napájení se totiž hlavy samovolně (díky pružince) do parkovací zóny. Krokový motorek k tomuto účelu potřebuje zvláštní elektronické obvody. Zdokonalováním prochází také hlava, která se rozdělila na čtecí a záznamovou. Zatímco záznamová hlava pracuje stále na induktivním principu, byla pro čtecí hlavu vyvinuta nová technologie MR - Magneto Resistive (firma IBM). MR hlava čte data jako sled změn odporů vyvolávaných rozdílnou orientací magnetického pole. Nový způsob čtení dat je o poznání rychlejší, než původní induktivní metoda. Jeho další výhodou, je nepatrná velikost čtecí hlavičky, která dovoluje velkou přesnost vystavením. Tím se zabrání tomu, aby data uložená v sousední stopě rušivě ovlivňovala daný signál.

Teplotní kalibrace (therminal calibration)

U velkokapacitních disků s velkou hustotou stop je nutné umístit hlavy nad stopy s velkou přesností. Během práce se však disk ohřeje a vystavování hlaviček by vlivem teplotních výkyvů nebylo přesné. Proto disk pravidelně kontroluje polohu hlavičky nad stopou a provádí případné korekce její polohy.

Přístupová doba (access time)

Vyjadřuje rychlost, s níž disk vyhledává data. Je součtem dvou časů: doby vystavení a doby čekání. Její hodnota se pohybuje okolo 10ms.

Doba vystavení (seek time)

Je časem nutným k pohybu hlav nad určitou stopou. Hlavy většinou "přelétávají" pouze několik stop (málokdy celý disk), a tak je doba vystavení definována jako jedna třetina času potřebného pro pohyb přes celý disk.

Některé firmy označují dobu vystavení také jako Track-to-Track Seek. U moderních disků se pohybuje mezi 2 - 4 ms. Výrobci pevných disků se přirozeně snaží dobu vystavení minimalizovat. Proto zápis probíhají po cylindrech, nikoli po stopách. Jestliže se například daty zaplní 759. stopa prvního povrchu, bude zápis pokračovat v 759. stopě povrchu dva - doba vystavení pak bude nulová.

Doba čekání (rotary latency period)

I přesto, že hlava se dostane nad správnou stopu, nemůže ještě začít se čtením. Musí totiž počkat, až se pod ni dotočí ten sektor, v němž má začít číst data. Doba čekání záleží na náhodě, ale jako technická hodnota se uvažuje jedna polovina otáčky disku.

Rovněž dobu čekání chtějí výrobci snižovat. Cesta je k tomu jednoduchá - zvýšit otáčky disku. Dlouho používané otáčky 3600 ot/min jsou minulostí. Otáčky mají přímou spojitost s produkcí nežádoucího tepla. Čím více otáček, tím více tepla produkuje. Od 10 000 ot/min je nutné disk chladit pomocí přídavného chladiče.

Prokládání (interleave)

Byla další metodou snižování doby čekání. Při četní se přečtou data z jednoho sektoru, musí se odeslat přes řadič a BIOS operačnímu systému, který je dále předá aplikačnímu programu. Ten informace zpracuje a požádá operační systém o nové údaje. Operační systém se obrátí na BIOS a řadič, který zorganizuje načtení dalšího sektoru.

Mezitím se však disk pod hlavou pootočí a ta již nestihne začátek následujícího sektoru. Musí tedy počkat (téměř celou otáčku), až se pod ni sektor zase dostane. Takové čekání může disk značně zpomalit. Proto bylo zavedeno , které ukládá data přes sektory. Tabulka ukazuje prokládání 1:2, při zápisu se data uloží do logických sektorů - následující údaje budou zapsány s vynecháním jednoho sektoru. Během zpětného četní dat bude dostatek času na zpracování přečtených údajů. Hodnota prokládání se postupně snižovala od původních 1:6 až a dnešní 1:1 (tj. fyzický a logický sektor jsou stejné).

- Nakupujte HW a SW výhodně na