Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

Druhy záznamových zařízení OB21-OP-EL-KONP-JANC-M-3-010

Rozdělení záznamových zařízení v PC Podle způsobu zápisu rozdělujeme záznamové zařízení v PC na: Magnetické Optické Magnetooptické

Pevný disk (HDD) Konstrukce pevného disku Pevný disk z angl. Hard Disk Drive (HDD) je zařízení umožňující uchovávat velké množství dat. První diskové svazky měly průměr 14" (35cm) a výšku 3" a 7" (7,6 a 17,7cm). Tyto diskové svazky se používaly u velkých počítačů. První pevný disk, který považujeme již také za historický, byl pevný disk modelu IBM PC XT. Tento disk měl kapacitu 10 MB a stal se záhy nedílnou součástí počítačů třídy PC XT/AT. Dnes si již počítač této třídy bez pevného disku nedokážeme představit.

Pevný disk (HDD) Dnes se vyrábí disky o průměru 3,5" výška 1" (2,5cm) nebo 0,75" (2cm). Pro různé počítače jsou běžně vyráběny i disky o menším průměru (např. 2,5") a menší výšce. Přestože byly rozměry pevného disku zmenšovány, jejich kapacita neklesala, ale zásluhou nových materiálů, zlepšení konstrukcí disku a použití lepších záznamových metod rostla. Dnes zcela běžně používáme disky o kapacitě 500GB a více o průměru 3,5" a výšce 1".

3,5 palcový pevný disk Western Digital 250GB SATA Pevný disk (HDD) 3,5 palcový pevný disk Western Digital 250GB SATA

Pevný disk (HDD) Konstrukce pevného disku je jednoduchá. Základem pevného disku je vysoce leštěná 1mm silná lehká deska ve tvaru disku z hliníkových slitin nebo pevných plastických hmot. Na této desce je nanesena magnetická vrstva (často oxid železa), u nových disků je na této vrstvě nanesena navíc tenká vrstva skla chránící magnetickou vrstvu před poškozením. Nad těmito vrstvami pluje na vzduchovém polštáři v nepatrné výšce čtecí a zápisová hlava. Na rozdíl od magnetofonu, který používá pro každou z těchto funkcí samostatnou hlavu, je u pevného disku pro obě funkce hlava jediná.

Pohled dovnitř HDD. Ve spodní části je vidět čtecí a zápisová hlava s ramenem. Nahoře jsou pod sebou jednotlivé plotny a je vidět i osa motoru, který je roztáčí.

Pevný disk (HDD) Při zápisu dat na pevný disk prochází čtecí a zápisovou hlavou proud, který zmagnetizuje magnetickou vrstvu. Při čtení pak tato magnetická vrstva indukuje v hlavě proud, který je snímán, zesilován a zpracováván dalšími obvody. Magnetická vrstva se nanáší z obou stran disku, tzn.: každému disku (desce) přísluší dvě hlavy. Do zařízení se nedává jediná deska (disk) ale desek několik, které jsou spojeny středem disku (vřetenem) do diskového svazku.

Pevný disk (HDD) Tím dochází k dalšímu zvýšení kapacity pevného disku. Počet desek se pohybuje od dvou do osmi. Otáčení svazku disků umožňuje stejnosměrný motor v jádru vřetene nebo nízkoprofilový motor na povrchu jednotky. Rychlost otáčení byla u starších pevných disků asi 5000 otáček za minutu, u nových pevných disků se zvýšila až na 15000 otáček za minutu z důvodu kratší přístupové doby. U dnes běžně používaných disků je rychlost otáčení 7200 ot/min.

Pevný disk (HDD) Záznam dat je prováděn do soustředných kružnic nazývaných stopy. Vystavení hlavy na určitou stopu je možné dvěma způsoby. V prvním z nich je vystavení hlav pomocí krokového motorku. Pohyb hřídele krokového motorku je převeden na vystavovací raménko pomocí tenkého kovového pásku. Každý krok motorku odpovídá posunu hlav o jednu stopu. Značnou nevýhodou tohoto systému je, že po nějaké době se kovový pásek vytáhne a tím dojde k posunu hlav od středu stop a k následným chybám.

Krokový motor z HDD (vlevo) a čtecí hlava HDD (vpravo) Pevný disk (HDD) Krokový motor z HDD (vlevo) a čtecí hlava HDD (vpravo)

Pevný disk (HDD) Druhým způsoben vystavení hlav na určitou stopu je mechanismus vystavení hlav pomocí vychylovací cívky. Protéká-li touto hlavou proud o určité velikosti, je vyvoláno magnetické pole, které vychýlí vystavovací raménko do požadované polohy. Disky s tímto vystavovacím mechanismem jsou doplněny zpětnou vazbou, proto u nich nehrozí nebezpečí, že by se hlava nedostala na požadovanou stopu. Touto zpětnou vazbou jsou naváděcí informace zaznamenané výrobcem na jednu vyhrazenou plochu disku. Tyto informace jsou čteny a vyhodnoceny elektronikou disku.

Vystavovací mechanismus moderního HDD Pevný disk (HDD) Vystavovací mechanismus moderního HDD

Pevný disk (HDD) Podle nich se pak proud ve vychylovací cívce upraví tak, aby se hlava nacházela vždy na požadovaném místě. V současné době se vyrábí i disky, které nemají naváděcí informace zapsané na vyhrazené ploše ale naváděcí informace jsou umístěny na datových plochách mezi daty. Při ukončení práce s diskem a vypnutí počítače se hlavičky musí přesunout do tzn. přistávací zóny (landing zone), kde po zastavení disku dosednou na jeho povrch.

Pevný disk (HDD) Organizace dat na disku Data jsou na povrchu pevném disku organizována do soustředných kružnic zvaných stopy. Každá stopa obsahuje pevný anebo proměnný počet sektorů z důvodu efektivnějšího využití povrchu - povrch je většinou rozdělen do několika zón, každá zóna má různý počet sektorů na stopu. Sektor je nejmenší adresovatelnou jednotkou disku, má pevnou délku (donedávna 512 byte na sektor, nyní by se již po domluvě výrobců měly vyrábět disky s 4 KB na sektor).

Pevný disk (HDD) Pokud disk obsahuje více povrchů, všechny stopy, které jsou přístupné bez pohybu čtecí hlavičky se nazývají cylinder (válec). Uspořádání stop, povrchů a sektorů se nazývá geometrie disku. Adresa fyzického sektoru na disku se skládá s čísla stopy (cylindru), čísla povrchu a čísla sektoru.

Pevný disk (HDD) Pro přístup k datům disku se používá starší metoda adresace disku Cylindr-Hlava-Sektor (zkráceně CHS), která disk adresuje podle jeho geometrie – odtud název CHS - Cylinder (cylindr), Head (hlava), Sector (sektor). Hlavní nevýhodou je u osobních počítačů IBM PC omezená kapacita takto adresovaného disku (8GB) a nutnost znát geometrii disku. U disků vyšších kapacit na rozhraní ATA, již neodpovídá zdánlivá geometrie disku skutečné fyzické implementaci.

Pevný disk (HDD) Novější metoda pro adresaci disku se u rozhraní ATA označuje jako LBA (z angl. Logical Block Addressing). Sektory se číslují lineárně. Není třeba znát geometrii disku, max. kapacita disku je až 144 PB (144 miliónů GB). Rozhraní SCSI používá lineární číslování sektorů disku již od své první verze. Ostatní novější rozhraní již převážně metodu jako je LBA používají.

Pevný disk (HDD) Disk je nízkým (fyzickým) formátováním rozdělen na stopy (cylindry) a sektory. Ty jsou při formátování očíslovány. Velikost jednoho sektoru ve kterékoliv stopě je 512B. Nejmenší logickou jednotkou dat na disku je však klastr (též alokační jednotka) – tedy skupina o určitého počtu sektorů (konkrétní počet sektorů v klastru závisí na velikosti disku). ! I při uložení krátkého souboru (1B) zabere tento soubor na disku nejméně 1 klastr !

Pevný disk (HDD)

Pevný disk (HDD) 0.sektor 0.stopa disku Má různý obsah podle toho, zda se jedná o disketu, která má jednodušší strukturu nebo o pevný disk. DISKETA – prostor pro zaváděcí záznam operačního systému PEVNÝ DISK – Master boot record Master boot record obsahuje program pro načtení tabulky oblastí (partitions) disku a nalezení začátku aktivní oblasti (obvykle 1.partition) ze které se bude načítat operační systém.

Pevný disk (HDD) Obsah začátku primární oblasti

Pevný disk (HDD) File alocation table (FAT) Tabulka fyzického uložení jednotlivých souborů a adresářů. Obsahuje pro každý soubor seznam klastrů, ve kterých je uložen. Čím větší je prostor pro uložení čísla klastru, tím větší disk může být obhospodařován.

Pevný disk (HDD) Dnes existují 3 druhy FAT: Dvanáctibitová FAT – dnes již pouze na disketách, umožňuje adresovat 212, to je 4096 klastrů. To je poměrně málo. (Např. 500MB disk by měl velikost klastru 1000x220/4096 = 256kB což je 500 sektorů. Zápis jediného souboru velikosti několika bytů zabere 500 sektorů, tedy 256kB, ačkoliv většina takto obsazenmého prostoru zůstane nevyužita!!)

Dvanáctibitová FAT se z tohoto důvodu používá pouze na disketách. Pevný disk (HDD) Př: uložení souboru o velikosti 10kB: Dvanáctibitová FAT se z tohoto důvodu používá pouze na disketách.

Pevný disk (HDD) Šestnáctibitová FAT – umožňuje adresovat 216 , to je 65534 klastrů. Výše uvedený disk by pak měl klastry o velikosti 32 sektorů, což je již podstatně lepší. Přesto lze tímto způsobem adresovat maximálně disky o velikosti 2,1 GB. V případě většího disku je nezbytné jej rozdělit na několik logických disků o velikostech < 2,1GB.

Pevný disk (HDD) Třicetidvoubitová FAT – nejnovější verze alokační tabulky. Je nabízena od WIN95. Dovoluje použít 232 klastrů, zmíněný disk pak bude mít bez problémů klastr o velikosti 1 sektoru. Z hlediska obsazení datového prostoru disku je to výrazné zlepšení. NTFS využívají 32 bitovou FAT standardně. POZOR disky s FAT32 vyžadují OS , který tuto strategii podporuje. Starší OS nemohou data z takového disku v žádném případě přečíst.

Děkuji za pozornost Ing. Ladislav Jančařík

Literatura http://cs.wikipedia.org/wiki/USB_flash_disk http://sk.wikipedia.org/wiki/Jednotka_USB_flash http://sk.wikipedia.org/wiki/Solid_state_drive http://cs.wikipedia.org/wiki/HDD