Technologie pevných disků

Prezentace na téma: "Technologie pevných disků"— Transkript prezentace:

1 Technologie pevných disků
Pevný disk a jeho části

2 Disky (někdy též plotny disku)
Povrchy disků jsou pokryty vrstvou magneticky citlivého materiálu, do kterého se zapisuje informace. Ta je zaznamenána určitým kódováním, v dnešní době se výhradně používá RLL kódování. Montážní otvory Slouží k uchycení disku do počítače, nebo pole disků. Tělo disku Část disku, do kterého je vše zabudováno. Osa disku Na ní jsou připevněny všechny plotny disku Hlava disku Zajišťuje záznam a čtení dat z disku. Rameno hlavy Na něj je zavěšena hlava disku.

3 Osa ramena Kolem této osy se pohybuje rameno hlavy. Pohon hlavy Slouží k pohybu hlavou nad diskem. SCSI konektor Konektor rozhraní k připojení disku do počítače. Piny pro nastavení disku a "Jumper" Slouží ke konfiguraci disku, na sběrnici. Napájecí konektor Slouží k připojení napájení disku. Vnější kryt disku Chrání vnitřek disku před poškozením. Většinou je z oceli.

4 Disky (plotny) pevného disku
Logická struktura Pevný disk jako takový je jeden celek. Aby mohla být data nějakým způsobem identifikována, tedy bylo určeno kde se na disku nacházejí, musí mít disk nějakou strukturu. Jak je vidět z obrázku, disk je rozdělen na: Stopy Cylindry Sektory

5 Standardní nízkoúrovňové formátování
Oba povrchy každého disku (plotny) jsou tedy rozděleny na určité části podle předchozího obrázku. Existují dvě možná uspořádání sektorů ve stopě: Standardní nízkoúrovňové formátování V každé stopě stejný počet sektorů. Dnes se již nepoužívá. Nízkoúrovňové formátování se zónovým záznamem Počet sektorů ve stopě vzrůstá směrem od středu disku. Zónový záznam Kvůli vysoké rychlosti pevných disků (vysokým otáčkám), se postupem času změnilo číslování jednotlivých sektorů. Data se totiž z pevného disku nestíhala číst a proto se mezi sektory vložily "mezery". Tato technika se nazývá prokládání sektorů a vysvětluje ji následující obrázek: Zónový záznam Prokládání 1:1 Prokládání 1:3 Prokládání 1:6

6 Fyzická struktura Plotna pevného disku je tvořena pevným materiálem, dnes nejčastěji sklem, na kterém je nanesena tenká vrstva magneticky citlivého materiálu, do kterého se zapisuje informace. Záznamová vrstva je dnes téměř výhradně tenkovrstvá, nanášená elektrolyticky nebo vakuovým napařováním. Dnes se začíná rozmáhat technologie označovaná AFC (Antiferomagnetically Coupled media). Zde jsou celkem tři vrstvy, dvě magnetické a mezi nimi tenká vrstva ruthenia, která způsobí vzájemné ovlivnění magnetických vrstev v opačném směru magnetizace. Tím je možné zapsat informaci více do hloubky a tím zvýšit hustotu záznamu. Další technologie HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by se říci revolucí v oblasti ukládání dat a dovoluje zaznamenat až stokrát větší objem dat na palec než tomu u technologie AFC. Základem je klasický magnetický záznam, ale hlavním faktorem pro tak velké zvýšení kapacity je tepelná asistence laseru. Technologie HAMR, zkombinovaná s uspořádanými magnetickými poli železo- platinových částic, by měla prolomit takzvaný superparamagnetický limit magnetického záznamu více než stonásobně, čímž dosáhne hustoty zápisu až 50 terabitů na čtvereční palec. Technologie AFC

7 Hlavy disku pro čtení z záznam
Když se hovoří o hlavě či hlavičce disku, většinou má mluvčí na mysli 2 hlavy. Jedna hlava je čtecí, druhá zápisová. Obě hlavy jsou umístěny vedle sebe na jednom rameni. Výška, ve které se hlavy pohybují nad diskem je menší než 1 mikrometr. Hlavička je vyprofilována tak, aby se při pracovních otáčkách disku vznášela na vzduchovém polštáři v požadované výšce. V dnešní době jsou tedy všechny disky vybaveny hlavami, které startují z povrchu disku, tyto disky se někdy označují jako Winchestry. Technologie, kterou je hlava vyrobena má velký podíl na dosažené hustotě záznamu.

8 Technologie výroby hlav pevných disků
Magnetodynamické Tento typ hlav se dnes již nepoužívá. Thin Film Inductive Dnes již také zastaralá technolgie. Plošný spoj s miniaturním vinutím. Magnetorezistivní Zápisová hlava je induktivní, čtecí hlava využívá změn vodivosti magnetorezistivních materiálů při změnách okolního magnetického pole vyvolaných průchodem zaznamenaných bitů pod hlavou Magnetorezistivní hlava "Thin Film Inductive" hlava

9 "Giant Magnetoresistive" hlava
"Giant Magnetoresistive" - GMR Čtecí element se skládá ze dvou magnetických vrstev obklopujících jako sendvič vodivou vrstvu o tloušťce jen několika atomů, podle změn magnetického pole vyvolaného průchodem média dochází ke změnám vodivosti. Tato technologie je poslední a umožňuje nejvyšší hustotu záznamu ze všech uvedených hlav. "Giant Magnetoresistive" hlava

10 Pohon hlav disku Krokový motor Tento způsob pohonu hlav je již dosti zastaralý a dnes nepoužívaný. Elektromagnetický pohon Tato technologie je dnes bez výjimky použita ve všech discích. Někdy je též označována jako lineární motor nebo lineární pohon, což je velmi volný překlad z angl. "voice coil".

11 Vyrovnávací paměť disku
Vyrovnávací paměť slouží k výraznému urychlení přenosu dat. Využívá se toho, že při požadavku načtení některého ze sektorů stopy, se nahraje stopa celá a uloží se do vyrovnávací paměti. Požadavek na jiný vektor této stopy bude zpracován a vyřízen nikoliv čtením pevného disku, ale pouze této vyrovnávací paměti. Výrobci mají většinou přesně změřeno, kdy je ekonomicky výhodné zvýšit vyrovnávací paměť a kdy ji nechat na stejné úrovni, ovšem za cenu nižšího výkonu.

12 Disketa je magnetické médium sloužící k ukládání a přenášení elektronických dat. Její největší výhodu a důvodem velkého rozšíření byla výrobní cena jak samotných disket, tak i mechanik pro jejich čtení/zápis. Pro pomalost, malou kapacitu a nevelkou životnost je v prvním desetiletí 21. století vytlačována jinými médii. V angličtině, ale také v odborné terminologii se užívá označení floppy disk, což je doslova ohebný či pružný disk. Toto pojmenování vzniklo díky vlastnostem prvních disket, které se daly do jisté míry ohnout, aniž by ztratily své záznamové vlastnosti. Proto opakem diskety je právě pevný disk, klasické úložiště dat v osobním počítači.

13 Historický vývoj První diskety představila v roce 1967 společnost IBM, měly průměr 14" (355,6 mm). Průměr disket se průběžně zmenšoval: srovnání velikosti disket 8", ZIP, 5,25", 3,5" a CD Konstrukce diskety Disketa se skládá z plastového obalu a vnitřního nosiče s magnetickou vrstvou. Uvnitř plastového obalu je výstelka, která chrání magnetickou vrstvu proti poškrábání. Na nosiči je mechanicky označena poloha prvního sektoru. U starších typů disket to byl vyražený otvor, později byl problém řešen konstrukcí upínací části.

14 1.Přepínač ochrany proti zápisu (průhledný otvor znamená zákaz zápisu)
Popis diskety Na obrázku je pohled do pouzdra 3,5" diskety. Starší typy disket měly jednodušší konstrukci (neměly kryt čtecí otvor ani speciální upínací část) 1.Přepínač ochrany proti zápisu (průhledný otvor znamená zákaz zápisu) 2.Upínací část 3.Krytka čtecího otvoru 4.Plastický kryt 5.Papírová vložka 6.Magnetický nosič 7.Sektor na disku (rozdělení není okem viditelné, nakresleno je jen pro názornost) vnitřní konstrukce 3,5"diskety

15 Nové typy nosičů dat: Paměťová karta
je elektronické zařízení, sloužící k ukládání dat. Používá se v digitálních fotoaparátech, PDA, laptopech, mobilních telefonech, přehrávačích, video hrách a jiných elektronických zařízeních. Obvykle je založena na paměti typu flash EEPROM. Je to malé, kompaktní zařízení s relativně vysokou kapacitou, je odolné vůči magnetickým a elektrickým polím. Paměťové karty byly navržené jako náhrada pevného disku pro zařízení, ve kterých se disky nemohly použít (např. kvůli rozměrům nebo vibracím).

16 Srovnání velikostí některých typů paměťových karet

17 DVD je formát digitálního optického datového nosiče, který může obsahovat filmy ve vysoké obrazové a zvukové kvalitě nebo jiná data. Při vývoji DVD byl kladen důraz na zpětnou kompatibilitu s CD, takže se mu DVD disk velmi podobá.

18 Technické informace Média DVD jsou plastové disky, navenek stejná jako média CD. Disky DVD mají průměr 120 mm a jsou 1,2 mm silná. Data se ukládají pod povrch do jedné nebo dvou vrstev ve stopě tvaru spirály (jako CD). Pro čtení dat se používá laserové světlo s vlnovou délkou 660 nm, tedy kratší než v případě CD; to je jeden z důvodů jejich vyšší kapacity. Stejně tak příčný odstup stop je menší - 0,74 μm oproti 1,6 μm u CD. DVD-ROM (read only, jen pro čtení, vyrábí se lisováním) je pomyslný nástupce formátu CD-ROM, tedy víceúčelový formát pro přehrávání počítačových dat a multimediálních aplikací. Čtení DVD je možné ve všech PC (a ostatních platforem) vybavených jednotkou DVD s podporou logického formátu UDF.

19 Zapisovatelná a přepisovatelná DVD
DVD+R/RW (R = Recordable, jen pro jeden zápis, RW = ReWritable, pro přepisování) DVD+R DL (R = Recordable, jen pro jeden zápis, DL = DualLayer, dvě vrstvy) DVD-R/RW (R = Recordable, jen pro jeden zápis, RW = ReWritable, na přepisování) s DVD-RAM – libovolně přepisovatelné médium - dá se s ním pracovat stejným způsobem jako pevným diskem

20 Formáty DVD Kapacita DVD video datové audio
hybridní (audio-video, ...) Kapacita DVD 2 velikosti DVD (průměr 80 a 120 mm) jednostranná (někdy oboustranná) 2 vrstvy průměr 120 mm: DVD 5 (4,4 GB - jednostranný jednovrstvý disk) DVD 9 (8,1 GB - jednostranný dvouvrstvý disk) DVD 10 (8,8 GB - oboustranný jednovrstvý disk) DVD 18 (5,8 GB - oboustranný dvouvrstvý disk)

21 CD-R CD-R je zkratka označující kompaktní disk s možností zápisu
Jedná se o standardní disk ve tvaru kotouče o průměru 12 cm, méně často o průměru 8 cm Médium musí mít standardizovaný středový otvor a musí mít těžiště ve středu tohoto otvoru (z důvodu stabilní rotace). Nejčastějším nediskovým tvarem je obdélník, který má zbroušené rohy, aby se dal snadno použít v mechanikách jako 8 cm disk Data jsou uložena ve spirálovité stopě začínající u středu disku. Disk je vyroben z polykarbonátového pružného výlisku, na který je nanesena světloodrazivá vrstva s obsahem zlata či stříbra a ochranný lak.

22

23 Princip záznamu CD je stříbřitý nebo zlatý kotouč, na kterém je pod průhlednou ochrannou vrstvou nanesena záznamová vrstva. Do záznamové vrstvy se data zapisují po spirále ve formě mikroskopických vyvýšenin a prohlubní. Tato data potom čte laserový paprsek v CD mechanice.

24 CD-RW Složení chemické vrstvy
Média CD-RW mají všechny vlastnosti jako CD-R, navíc však umožňují smazání jejich obsahu a nahrání nového. Počet takových přepisů (rewrite) se uvádí kolem Na rozdíl od CD a CD-R má toto médium v sobě chemickou vrstvu, která může být v amorfní nebo krystalické struktuře; tyto fáze se liší odrazivostí (reflektivitou). Složení chemické vrstvy ze sloučenin: Ge-Sb-Te (Germanium, Antimon, Tellur) Ag-In-Sb-Te (Stříbro, Indium, Antimon, Tellur)

25 Princip detekce Princip zápisu Vymazání zápisu
Zápis je realizován krátkým pulsem o vysokém výkonu,kdy dojde k ohřátí záznamové vrstvy nad teplotu tání a následnému rychlému chladnutí záznamové vrstvy za vzniku amorfní struktury. Vymazání zápisu Mazání z těchto médii je realizováno delším pulsem o nižším výkonu (řádově jednotky mW) než u zápisu. Tak dochází pouze k zahřátí nad teplotu krystalizace při níž dochází k rekrystalizaci vrstvy → smazání záznamu. Princip detekce Detekce probíhá na základě rozdílné odrazivosti krystalické a amorfní vrstvy

26 Princip zápisu: