• Author / Uploaded
• Raul Lazar

Citation preview

2009

Proiect HDD ]

Hard Disk-ul

Student : Lazar Raul Adrian Facultate: Petru Maior , anul I , Informatica

Introducere Hard-disk-ul serveste drept memorie non-volatila ,mediu de stocare pentru documentele ,fisierele sau aplicatiile utilizatorului. In 1954 IBM a inventat primul hard-disk cu o capacitate, extraordinara pentru acea perioada , de 5MB impartita pe 24 de platane. Cu 25 de ani mai tarziu cunoscutul producator de HDD-uri, Seagate introduce pe piata primul HDD pentru calculatoare personale , capabil sa inmagazineze panala 40 MB, ajungand la rate de transfer de 625KBps folosind modul de codare MFM (Modified Frequency Modulation). Acest mod de codare era folosit de vechile FDD-uri (floppy disk drive) sau sisteme de inmagazinare de date .Este destul de greu de crezut ca daca in anul 1980, spatiu de 100 MB pe hard-disk era considerat foarte generos in timp ce in zilele noastre ar fi cu totul nefolositor chiar si numai pentru sistemul de operare.

Lazar Raul Adrian – Informatica anul I , 1Petru Maior]

2009

Proiect HDD ]

Istoric Hard-Diskuri Hard-Disk-urile au fost inventate in anii 1950, fiind initial discuri mari cu un diametru de 20 de inchi. Initial se numeau discuri fixe sau “Winchester”. Mai tarziu au devenit cunoscute ca Hard-Disk-uri, pentru a se face deosebirea de Floppy Disk. Hard disk au platanele hard fata de floppy-uri care sunt confectionate dintr-un plastic extrem de flexibil. Simplificand un pic mai mult problema, un hard-disk functioneaza aproape la fel ca o caseta obisnuita. Atat hard-urile cat si benzile magnetice folosesc aceleasi tehnici de inregistrare magnetica, avand un mare avantaj: se pot scrie si rescrie foarte repede si pot tine datele destul de multi ani. Haideti sa vedem principalele diferente intre benzile magnetice si hard-diskuri: - materialul de inregistrare magnetica a unei casete sa zicem este o banda foarte subtire din plastic. La hard-uri, materialul pe care se inregistreaza este depus pe un disc de sticla sau de aluminiu, formand platanul. Se polish-eaza foarte atent pana devine o oglinda aproape perfecta. - intr-un cititor de casete, capetele de citire sunt in contact direct cu banda. La hard-disk-uri capetele de citire/scriere sunt la o distanta foarte mica de platan, fara sa-l atinga vreodata. Din acest motiv sunt hard-urile atat de sensibile mai ales in timpul functionarii. Daca capul atinge platanul, de cele mai multe ori s-a stricat discul. - banda dintr-o caseta se misca cu o viteza de aproximativ 5cm/sec, pe cand platanele se invart la viteze de aproximativ 762mm/sec (aproximativ 272km/h) - Informatia pe hard este stocata pe domenii magnetice extrem de mici in comparatie cu cele ale casetelor. Dimensiunea acestor domenii depinde foarte mult de precizia si viteza platanelor. Datorita acestor diferente un Hard-Disk poate stoca imens de multe date cu un timp de raspuns extrem de mic fata de casete.

Lazar Raul Adrian – Informatica anul I , 2Petru Maior]

2009

Proiect HDD ]

Un calculator desktop obisnuit are hard-disk-uri cu capacitatea intre 20500GB. Datele sunt salvate pe disc sub forma unor fisiere (files) care nu sunt altceva decat un numar de bytes purtand un nume. Bytes pot fi coduri ASCII pentru un text sa zicem sau pot fi instructiuni ale unei aplicatii pe care calculatorul trebuie sa o ruleze. In momentul in care un prgoram care ruleaza cere un file, hard-disk-ul il citeste si il trimite la procesor. Dupa cum bine stim exista 2 metode de a masura performanta unui hard-disk: rata de transfer si timpul de acces. Hardul este compus dintr-o “cutie” sigilata de aluminiu, si o placa electronica de circuite care controleaza motorul ce invarte platanele, mecanismul de scriere/citire, domeniile magnetice explicate mai sus. Sub aceasta placa electronica (detasabila) gasim motorul platanelor si conectorii care fac legatura cu placa de circuit. Scotand capacul “cutiei de aluminiu constatam un interior foarte simplu dar deosebit de precis, continand platanele, capetele de citire puse pe un brat. Aceste brate sunt extrem usoare si de rapide, putand misca acele capete de citire de cel putin 50 de ori pe secunda de la centrul platanelor pana la margine. Salvarea datelor se face pe suprafata platanelor care este impartita in sectoare si piste (sectors and tracks). Pistele sunt niste cercuri concentrice, iar sectoarele sunt mici bucati (parti) din aceste cercuri. Un sector are de obicei intre 256 si 512 bytes. Fie la nivelul unitatii sau la nivelul sistemului de operare sectoarele sunt de obicei impartite in clustere (clusters). Din acest motiv formatarea la nivel scazut “low level formatiing” inseamna stabilirea numarului de sectoare si de piste pe care le are un hard-disk. 1987: hard diskuri mai mult sau mai puţin accesibile pentru utilizatorii de rând Primul hard disk care a fost lansat pe piaţă de IBM în 1956 cântărea o jumătate de tonă şi oferea spaţiu pentru 5 MB de date. Un astfel de mediu de stocare, care avea nevoie de un compresor de aer încorporat pentru a funcţiona, era un vis imposibil de atins, din punct de vedere financiar, pentru entuziaştii calculatoarelor. 31 de ani mai târziu, în 1987, hard diskurile de 20 MB erau sensibil mai mici şi de asemenea, mai mult sau mai puţin accesibile, având un preţ de aproximativ 2000 de mărci. în 1987, CHIP Germania a testat un hard disk extern SCSI produs de către Logic Array. La acel moment, era dotat şi cu o geantă de transport, necesară pentru că acesta cântărea aproximativ 5 kilograme. Pe lângă capacitatea sa limitată, Lazar Raul Adrian – Informatica anul I , 3Petru Maior]

2009

Proiect HDD ]

comparativ cu standardele actuale, discul era şi foarte încet: 9,9 secunde pentru 100 de accesări, flecare la 24 KB, adică aproximativ 0,5 MB/s - o sutime din performanţa hard diskurilor actuale. Apoi lucrurile au început să se mişte mai rapid. în 1988, Peter Griinberg şi Albert Fert au descoperit tehnologia GMR (Giant Mag-netoresistive). Folosirea acesteia a permis să se obţină o densitate mult mai mare a datelor. CHIP a testat unul dintre primele hard diskuri care foloseau această tehnologie. Deşi capacitatea de 16 GB era imensă, hard diskul IBM a ieşit doar pe locul al şaselea. Motivul? Timpul mediocru de acces. Ultimul mare succes în tehnologia hard diskurilor tradiţionale a fost înregistrarea perpendiculară: datele codate cu 0-1 sunt „plasate" perpendicular pe disc. Mai precis, este vorba de polii magnetici ai elementelor de stocare, care au o direcţie perpendiculară pe platanul hard diskului. în contrast, stocarea longitudinală (cea clasică adică) implică o orientare a liniei polilor paralelă cu platanul, lucru care conduce la necesitatea de a ocupa o suprafaţă mai mare a discului şi, în consecinţă, la o densitate mai mică a datelor. CAPACITĂŢILE AU CRESCUT ENORM: în 2007, Hitachi a produs primul hard disk cu o capacitate de 1 Terabyte. Totuşi, există şi alte direcţii de dezvoltare: memoriile flash sunt din ce în ce mai economice şi există un stadiu interimar al hard diskurilor hibride (hard diskuri cu o cantitate de memorie de tip flash pe post de cache). Viitorul, în special atunci când se va pune şi problema unei anumite mobilităţi, le aparţine noilor „hard diskuri" Solid State Drive (SSD), deşi SSD-ul de 1 Terabyte nu va apărea prea curând. Urmeaza cele mai importante momente in istoria hard diskurile

!956 : Primul harddisk cântăreşte 500 de kilograme IBM anunţă primul hard disk care poartă eticheta IBM 350 (5 MB, 24 de ţoii, timp de acces de 600 ms, 1200 rpm, 500 kg, 10 kW). Discul este închiriat pentru aproximativ 5000 de dolari pe lună. 1963 : Stive de discuri Lazar Raul Adrian – Informatica anul I , 4Petru Maior]

2009

Proiect HDD ]

IBM 1311 a fost anunţat pe 11 octombrie. Poate stoca 2 milioane de caractere pe o stivă de discuri interschimbabile (IBM 1316). Stivele de discuri au 4 (oii înălţime, cântăresc 4,5 kilograme şi includ şase hard diskuri de 14 toii cu 10 suprafeţe de scriere. 1973 : Winchester ‘73IBM porneşte proiectul „Winchester" care avea scopul de acrea un hard disk în care mediul de rotaţie este fixat ferm. Mecanismul de încărcare este problematic: de aceea numele este similar cu cel al legendarei puşti. 1979 : Primul Winchester de 8 ţoii In 1979, au fost introduse discurile Winchester produse pe scară industrială. Acestea cântăresc mai mult şi sunt mai scumpe (aproximativ lOOOeuro/MB); vânzările cresc. 1980 : Primul hard disk de 5,25 ţoii care a fost vândut Seagate lansează pe piaţă ST506 (6 MB, 3600 rpm, preţ de vânzare: 1000 de dolari). ST506 a fost numele interfeţei pentru mulţi ani de zile. 1986 : Protocolul SCSI SCSI este dintre primele protocoale input-output standardizate pentru interfaţa hard diskului. 1989 : Standardizarea IDE Western Digital a standardizat Integrated Drive Electronics. 1997 : Tehnologia GMR (Giant Magnetoresistive) Prima utilizare a tehnologiei GMR, ale cărei principii au fost descoperite de Peter Griinberg. IBM trece de bariera de 10 GB cu DTTA-351680. 2004 : Introducerea NCQ Seagate lansează pe piaţă primul hard disk SATA cu Native Command Queuing. 2005 : Primul disc hibrid Cu HM08HHI, Samsung prezintă un disc hibrid de 2,5 (oii, care este realizat din componente magneto-mecanice şi o memorie NAND flash, care este folosită ca un buffer mai rapid.

Lazar Raul Adrian – Informatica anul I , 5Petru Maior]

2009

Proiect HDD ]

2006 : înregistrarea perpendiculară Momentus 5400.3, un hard disk de 2,5 (oii şi 160 GB de la Seagate foloseşte tehnologia de înregistrare perpendiculară. 2007 : Hard diskul de 1 Terabyte Cu Deskstar 7K1000, Hitachi lansează pe piaţă primul hard disk de 1 Terabyte. Viitor : Hard diskurile viitorului nu produc zgomot, consumă mai puţin curent, sunt rapide şi foarte robuste. Cele mai mari SSD-uri actuale oferă o capacitate de maximum 256 GB. Motivul principal este preţul: memoria flash încă este foarte scumpă. Totuşi, experţii estimează că va dura cinci ani până când SSD-urile vor prinde din urmă hard diskurile convenţionale în ceea ce priveşte capacitatea la acelaşi preţ.

Constructia HDD-ului Denumirea „hard-disk”(disc rigid) arata de fapt proprietatea fizica a discurilor din interiorul carcasei. Aceste discuri se numesc platane si sunt compuse dintr-un substrat si un mediu magnetic . Substratul sau materialul de baza din care este facut platanul trebuie, prin natura lui sa fie un material non-magnetic capabil sa fie prelucrat in forme foarte subtiri (grosimea acestor platane este de ordinul milimetrilor sau chiar mai mici). Astfel, materialele alese pentru realizarea platanelor sunt aluminiul sau o mixtura intre sticla si un material ceramic . Pentru a permite stocarea datelor, ambele parti ale platanului sunt acoperite cu un strat foarte subtire de material cu proprietati magnetice foarte bune (o pelicula de oxid magnetic) sau, mai recent, cu un strat metalizat foarte subtire. Platanul-este de fapt suportul magnetic pe care se stocheaza datele .Dimensiunile (diametrul) acestuia pot fi de 3.5” sau 5.25”, cele mai intalnite fiind de 3.5”. Materialul de baza din care sunt facute aceste platane, este sticla deoarece este foarte maleabila usor de finisat la dimensiuni mici si rezistenta (in ciuda dimensiunilor extrem de mici) la fortele fizice care actioneaza asupra sa in momentul functionarii. Lazar Raul Adrian – Informatica anul I , 6Petru Maior]

2009

Proiect HDD ]

Interiorul hard-disk-ului trebuie ferit de actiunea prafului, presiunea constanta a aerului din interior fiind pastrata cu ajutorul unor filtre.Platanele sunt complet izolate fiind mentinute intr-un vacuum partial. De regula exista doua sau trei platane asezate unul peste altul si fixate de un ax ce roteste tot ansamblul de platane la mii de rotatiipe minut(4000-10000 Rpm).Intre platane exista spatiu, ele nefiind lipite, tocmai pentru a permite capului de citire/scriere (montat pe bratul ce il antreneaza) sa se deplaseze pe toata latimea platanului. Din aceasta cauza, o singura particula de praf ar fi de ajuns pentru a se realiza contactul intre capul de citire/scriere si suprafata magnetica a platanului ducand la zgarierea irecuperabila a acestuia,compromitand astfel datele aflate in acea zona. Controllerul de disc-acest controller se ocupa de tot mecanismul din interiorul hdd-ului:de capetele de citire, de viteza de rotatie a platanelor sau de reimprospatarea memoriei tampon. Capul citire-scriere reprezinta „translatorul”, cel care prelucreaza informatia de pe platane, asa cum se afla ea in format digital si o transfera la controllerul de disk. De aici, aceasta sub forma de date ajunge la procesor si mai departe.Exista cate un cap de citire/scriere pentru fiecare din partile platanului acestea fiind actionate simultan, prin intermediul unui modul electro-magnetic, de catre bratul de miscare in varful caruia se afla. Capetele sunt concepute sa atinga discul numai cand platanele s-au oprit iar „parcarea” lor nu se face oriunde, ci intr-o zona speciala numita LZ (Landing Zone). Structura datelor pe disc Cand un disceste supus unei formatari in profunzime, suprafata este impartita in piste si sectoare .Pistele sunt cercuri concentrice pe fiecare parte a platanelor, in jurul axului care invarte platanele.Pistele, egal ditantate de axul platanului de pe fiecare parte a platanului si de pe toate platanele,sunt grupate in cilindri care sunt subdiviyate la randul lor in sectoare a cate 512 biti fiecare.

Lazar Raul Adrian – Informatica anul I , 7Petru Maior]

2009

Proiect HDD ]

Conceptul de cilindru este important din moment ce informatia de pe cilindru a unor platane diferite este citita fara miscarea capului de citire/scriere. Performante Un hard-dik lent influenteaya cel mai mult, fata de orice alt dispozitiv, performantele unui calculator. Un hard lent este in stare sa „umbreasca” un procesor puternic in timp ce viteza efectiva a hard-disk-ului este dictata de un numar de factori. Viteza de rotatie Dintre caracteristicile principale pe care le are HDD-ul cea mai importanta este viteza de rotatie(RPM). Viteza de rotatie este foarte importanta pentru ca de ea depinde viteza de acces la datele de pe platane si tot de ea depinde si rata de transfer a informatiei.Asa dar cu cat viteza de rotatie este mai mare cu atat capul de citire/scriere se deplaseaza mai repede si mult mai multe date ajung sa fie citite/scrise. Sa nu uitam,sa tinem cont de faptul ca viteza de rotatie a platanelor este constanta. Viteza de rotatie, care a fost mentinuta o vreme la hard-urile EIDE mai vechi,era pana la 5400 RPM iar a hard-urilor SCSI era de 7200 RPM. In timp aceasta viteza a tot crescut, atingand acumlimitele de 7200RPM.(pentru HDD-urile IDE) si pana la 12000 RPM(pentru cele SCSI). Tipul interfatei La alegerea unei unitati hard avem in vedere doua variante: IDE sau SCSI (dupa tipul interfatei folosite). IDE (Integrate Drive Electronics) este interfata cea mai utilizata la ora actuala si totodata si cea mai ieftina.Controller-ul pentru astfel de Lazar Raul Adrian – Informatica anul I , 8Petru Maior]

2009

Proiect HDD ]

unitati este integrat pe placa de baza, ceea ce nu necesita achizitionarea unei placi suplimentare.Dezavantajul major al acestui tip de interfata consta in faptul este foarte lenta si incarca procesorul. O varianta imbunatatita a IDE este EIDE(Enhanced IDE) care utilizeaza magistrala pe 32 biti, ofera rate mai bune de transfer si DMA(Direct Memory Access) in unele unitati.O magistrala IDE suporta doar doua unitati-un master si un slave. Ratele maxime de transfer pentru unitatile EIDE pot ajunge pana la 100 MB/s si chiar mai mult. SCSI(Small Computer System Interface) este in schimb mai rapid, oferind rate de transfer incepand cu 10 MB/s-SCSI2 si pana la 80 MB/s-Wide Ultra-2 SCSI. Avantajul interfetelor SCSi este ca permit conectarea de pana la 7 si chiar panala14 dispozitive pe acelasi controller si o lungime maxima a cablului de pana la12 metri. Cache Memoria tampon (cache) detinuta de fiecare unitate permite o vitezac de acces, mai mare la date.Datele care au mai fost accesate sunt depuse in memoria tampon, iar inmomentul in care se incearca un nou acces,ele sunt obtinute direct din cache, cu cat mai mare este memoria cache, cu atat mai buna este performanta.Pentru o unitate cu capacitate sub 1 GB, un tampon de 128 KB ar trebui sa fie destul, in timp ce pentru hard-disk-uri mai mari dimensiunea memoriei tampon ar trebui sa fie 512 si chiar1.024 KB.

Latenta(Timpul de acces) Latenta totala include timpul de acces si latenta de rotatie.Timpul de acces reprezinta timpul mediu exprimat in milisecunde in care capul de citire/scriere ajunge la sectorul pe care trebuie sa il scrie/citeasca, acesta fiind calculat din momentul in care sistemul a emis cererea. Latenta reprezinta timpul mediu in care sectorul vizat spre citire ajunge sub capul de citire/scriere.

Lazar Raul Adrian – Informatica anul I , 9Petru Maior]

2009

Proiect HDD ]

Rata de transfer Rata de trasfer a hdd-ului reprezinta viteza la care datele sunt transferate catre sau dinspre suportul media(ne referim aici la platan). In general aceasta este calculata in MegaBytes pe secunda(MBps).Hard-disk-urile moderne au rate de trasfer ce cresc o data cu departarea de axul platanului. Caracteristicile legate de densitatea pe platanul hard-disk-ului sunt:numarul de piste pe inch (Track Per Inch-TPI) si biti pe inch (Bits Per Inch-BPI).Pista reprezinta un inel cu centrul pe axul platanului

BPI Reprezinta numarul de Reprezinta cati biti se piste care acopera o pot scrie pe o suprafata suprafata in inch data de disk de un inch. (1200 TPI-1200 de piste pe un inch patrat).

DTR (Data Transfer Rate)rata de transfer a informatiei intre controllerul IDE si procesor.

In zilele noastre hdd-urile cele mai performante au ajuns la un timp de acces de 7ms si o latenta medie de 3ms, in timp ce rata de transfer se apropie foarte mult de 20MB/sec.

Lazar Raul Adrian – Informatica anul I ,10 Petru Maior]

2009

Proiect HDD ]

Capacitatea Primul lucru pe care il comunica fiecare producator despre hard disk-urile sale este capacitatea. De obicei, fiecare producator ofera mai multe modele cu capacitati din ce in ce mai mari, adresate unor segmente de piata diferite. De aceea, pe piata pot fi gasite mai multe variante, cu capacitati incepand de la 2-3GB si mergand pana la 1,5 TB poate si mai mult . Capacitatea unui disc are o foarte mare importanta, deoarece de dimensiunea acestuia depinde cat va dura pana cand vei avea nevoie de un upgrade la alt model mai incapator.

Firma producatoare si cea care il comercializeaza - Firma producatoare La ora actuala pe piata hard disk-urilor exista mai multi concurenti: Maxtor, Western Digital, Seagate, Hitachi (care a incorporat divizia de hard disk-uri a IBM) si Samsung. Pe langa aceste marci consacrate, pe piata romaneasca si-a facut aparitia un alt nume - Nikimi. Aceasta firma nu produce unitati. Ea cumpara unitatile defecte revenite la garantie de la producatori, le repara si le pune apoi in vanzare. Desi compania sustine ca acestea sunt la fel de fiabile ca si cele oferite de producatori, experienta pietei romanesti a demonstrat ca acestea sunt un adevarat pericol pentru cumparatori, multe dintre acestea defectandu-se la doar 24 de ore de la punerea in functiune. Specialistii din lumea IT au pareri impartite cu privire la marca cea mai buna. Fiecare tinde sa sustina marca pe care a folosit-o cel mai des. Sfatul nostru ar fi ca in cazul achizitionarii unui hard disk nou sa optezi pentru una din marcile Maxtor, Western Digital sau Seagate, datorita traditiei de calitate a acestor marci. Ca o contra recomandare mentionam din nou firma Nikimi, fara sa mai adaugam ceva la ceea ce am spus anterior. - Firma care il comercializeaza Si firma care il comercializeaza are o importanta in alegerea unui disc. In primul rand trebuie sa cunosti modul cum rezolva aceasta firma garantiile. La unele firme inlocuirea unei unitati defecte se face pe loc, la altele fiind insa vorba de durate destul de lungi pentru rezolvarea garantiei. Lazar Raul Adrian – Informatica anul I ,11 Petru Maior]

2009

Proiect HDD ]

Dar acesta nu este singurul aspect la care ar trebui sa fii atent. Unele firme practica preturi mai mari pentru anumite produse, fie pentru ca nu ele sunt importatoare directe, fie pentru ca cer preturi premium doar pentru renumele firmei.

Lazar Raul Adrian – Informatica anul I ,12 Petru Maior]

2009

Proiect HDD ]

Lazar Raul Adrian – Informatica anul I ,13 Petru Maior]