Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?   Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD Pevný disk pozostáva z : 1.platne disku 2.hlavy na čítanie a zápis 3.pohon hláv 4.vzduchové filtre 5.pohon platní 6.riadiaca elektronika 7.káble a konektory 8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD Hriadeľ s pohonným motorom Platne Systém vychyľovacieho ramena Ohybný páskový vodič Montážne upevňovacie skrutky Platne Čítacia / zapisovacia hlavička Ochranný kryt

Štruktúra HDD Štruktúra povrchu platne disku Pohľad zhora vrstva maziva uhlíková vrstva rotácia disku magnetická vrstva Pohľad zhora stopa chrómová vrstva sektor niklová vrstva hliníkový alebo keramický substrát Štruktúra povrchu platne disku čítacia/záznamová hlava cluster hlava 0 platňa hlava 1 otočné rameno so systémom hláv hlava 2 povrchy hlava 3 hlava 4 hlava 5 cylinder os disku poháňaná motorom

Štruktúra HDD Detail čítacej / zápisovej hlavičky Magnetická hlava Keramický nosič Pohybujúci sa magnetický disk Držiak hlavy Pri roztočení sa disku vďaka tvaru keramického nosiča sa magnetickáhlava začne vznášať podobne ako lietadlo nad povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek nanometrov. nm

Štruktúra HDD Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité pravidelne svoj disk vysávajte. Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta. Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické poškodenie. Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor, čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých ostatných súčastí pevného disku. Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka, ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať ani elektrické napájanie. Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie a rozpoznanie disku systémom. Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu. Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže byť jedno, alebo obojstranný. Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré nazývame sektory. Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho 512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD Cluster – logické delenie disku závislé od súborového systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov - podľa formátu : 5,25" - veľký formát, používaný najmä v minulosti 3,5" - malý formát, používaný bežne v domácich PC 2,5" - formát používaný v notebookoch a prenosných zariadeniach 1,8" - mikro-formát používaný v malých prenosných zariadeniach 1" - mikro-formát používaný v malých prenosných zariadeniach /napr. pamäťové karty/

Delenie pevných diskov - podľa otáčok/min : 3 600 ot/min. 4 200 ot/min. 5 400 ot/min. 7 200 ot/min. 10 000 ot/min. 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov - podľa rozhrania : Rozhranie IDE Rozhranie EIDE Rozhranie SCSI Rozhranie ATA, SATA Rozhranie SAS Rozhranie eSATA

Delenie pevných diskov - podľa rozhrania : eSATA kábel PATA kábel SATA kábel

Parametre HDD Recommended Setup Parameters Cylinders* 16383 Heads 16 Sectors/Track 63 Landing Zone WPC Jumper Setting Information Ten Pin Drive   * All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD Physical Specifications Formatted Capacity* 80,026 MB Interface 40-pin EIDE Actuator Type Rotary Voice Coil Number of Platters 2 Data Surfaces 4 Number of Heads Bytes Per Sector 512 User Sectors Per Drive 156,301,488 Servo Type Embedded Recording Method Rate 16/17 PRML ECC Reed Solomon Head Park** Automatic   * Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes. ** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD Performance Specifications Average Seek (Read) 8.9 ms average Average Seek (Write) 10.9 ms average Track to Track Seek 2.0 ms average Full Stroke Seek (Read) 21 ms average Index Pulse Period 8.3 (nominal) Average Latency 4.2 ms (nominal) Rotational Speed 7200 RPM (nominal) Transfer Rate (Buffer to Host) 100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA) 66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA) 33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA) 16.6 MB/s (Mode 4 PIO) 16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA) Transfer Rate (Buffer to Disk) 525 Mbits/s maximum Interleave 1:1 Buffer Size 8 MB Error Rate (Non-Recoverable) < 1014 bits read Spindle Start Time - From Power-on to Drive Ready* - From Power-on to Rotational Speed 8.0s average 6.0s average Spindle Stop Time 5.1s average Contact Start/Stop Cycles (CSS) 50,000 minimum   * Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration. ** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

Toto nové rozhranie má prenosové rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3 Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú menší konektor a dátový kábel, čím je okrem iného zabezpečená aj lepšia cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie : RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov. Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi ktorými je najmä Serial ATA. Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť nahradené. Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150 MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA). Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module) Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných diskov Magnetodynamické Thin Film Inductive Magnetorezistívne Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných diskov Magnetodynamické Tento typ hláv se dnes už nepoužíva. Thin Film Inductive Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava Zápisová hlava je induktívna, čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa, vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou Tienenie Póly MR senzor cievky Induktívna zápisová hlava MR čítacia hlava Digitálne dáta Priebeh zapisovacieho prúdu Zmagnetizované médium Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri LOG0 zostáva nezmenený.   Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu zápisovej cievky. Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR : Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých uvedených hláv

Holografický zápis na disk V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná, díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj holografický způsob zápisu klade. Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov, predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti. Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci disk. Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus. Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy nedokážu zapisovať. Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC Dnes se začíná rozmáhať technológia označovaná AFC (Antiferomagnetically Coupled media). tu sú dokopy tri vrstvy, dve magnetické a medzi nimi tenká vrstva ruthenia,ktorá spôsobí vzájomne ovplyvnenie magnetických vrstiev v opačnom smere magnetizácie. Tým je možné zapísať informácie viac do hĺbky a tým zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia, ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je umožnená už spomínaná hustota zápisu. Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB, ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo približne jeden milión pesničiek).

Záver