Hard disk

Svrha hard diska

Hard disk je jedan od najvažnijih dijelova računara, a osnovna namjena mu je da trajno sačuva sve potrebne podatke i programe.
Hard disk je kombinacija mehaničkog, magnetnog i elektronskog ure|aja.

Hard disk je neka vrsta kutije - mali ure|aj koji "nekako" čuva podatke.
Mada nam nije namjera da se bavimo konstrukcijm diska, ipak da bi mogli pratiti njegov rad, neophodno se upoznati sa osnovnim dijelovima diska.

Hard diskovi se baziraju na teghnologiji osmišljenoj u IBM labaratorijima u engleskom gradu Winchesteru, pa odatle i i danas pomalo zaboravljeni naziv vinčester disk. (Mada druga legenda govori o sličnosti sa načinom okidanja kod legendarne puške sa divljeg Zapada).
Grubo govoreći rad hard diska bi mogli podjeliti na tri segmenta:
1. smještanje podataka na magnetni medij
2. obradu podataka koju obavlja disk kontroler
3. interfejs i komunikaciju sa CPU preko IDE/ATA, SATA ili USB veze
 

Hard disk koristi kružne ravne diskove zvane ploče (platters), koji su sa obje strane presvučeni specijalnim materijalom (media) konstruisanim da čuvaju informacije u magnetskoj formi. Ploče imaju otvor u centru i pričvršćene su na valjkasti nosač ploča (spindle). Ploče se okreću velikom brzinom pomoću specijalnog motora (spindle motor), koji služi da okreće nosač, a samim tim i ploče.

HD 

Ako bi otvorili zaštitnu masku hard diska (što nikako ne preporučujemo) vidjeli bi sličnu strukturu kao na slici iznad. Otvaranje zaštite hard diska gotovo uvijek znači havariju zbog ulaska prašine koja će gotovo uvijek oštetiti osjetljivu mehaniku. Za nas su trenutno interesantni samo priključci 1,2 i 3.

1 povezuje upravljačke signale, 2 definiše način rada diska, a 3 obezbjeđuje napajanje.

Svi moderni hard diskovi imaju na sebi integrisanu inteligentnu kontrolersku logiku. Elektronika diska služi kao komunikacijski most između računara i mehanike diska.

Kontroler diska je realizovan na matičnoj ploči u sklopu SouthBridge Chipseta.

Osnovne performanse hard diska


Kapacitet
Kapaciteti hard diskova izražava se u Mb.

Pouzdanost je sigurno najvažnija karakteristika, ne samo, hard diska. Brzina, kapacitet i bilo šta drugo gube smisao, ako podaci nisu sigurni.
Pouzdanost se izražava kroz MTBF (mean time between failures - srednje vrijeme izme|u otkaza vrednost i broj paljanja/gašenja (start/stop cycles) koje disk može da izdrži.
Kod modernih diskova MTBF iznosi od nekoliko stotina hiljada do nekoliko miliona sati rada prije otkaza, a broj paljenja/gašenja se kreće od nekoliko desetina hiljada do nekoliko stotina hiljada puta.
Ove vrijednosti su teorijske, a ne statističke, jer da bi se tačno izmjerile potrebno je mjeriti vrijeme do otkaza diskova u trajanju preko sto godina, što je neizvodljivo.

Brzina hard diska zavisi od većeg broja parametara: brzine rotacije diskova, gustine zapisa podataka i brzine pomjeranja glava (unutrašnji faktori), ali na nju može drastično uticati i sam kontroler, tj. elektronika hard diska, kao i fajl sistem . Karakteristike koje najviše utiču na performanse diska su vrijeme pozicioniranja i brzina prenosa podataka (data transfer rate).

Vrijeme traženja (seek time), najvažnija od karakteristika pozicioniranja, predstavlja prosječno vrijeme, koje je potrebno da bi se glave pomjerile izme|u dvije trake na slučajnoj udaljenosti. Ovo vrijeme zavisi od mehaničkih karakteristika diska i od me|usobne udaljenosti izme|u traka. Izražava se u milisekundama.
Prosječno vrijeme traženja kod modernih diskova iznosi od 4ms (kod najboljih Ultra SCSI diskova) do prosečnih 8-12ms kod najrasprostranjenijih EIDE diskova. Osim prosječnog vrijemena traženja koristi se i vrijeme traženja izme|u dvije susedne trake (track-to-track seek - tipično od 1ms do 4ms), izme|u dvije najudaljenije trake (full stroke seek time - oko 20ms).

Latencija (latency), je vrijeme koje je potrebno ploči diska da se okrene glava koja se već nalazi na odgovarajućoj traci postavi iznad traženog sektora. Izražava se u milisekundama. Najviše zavisi od brzine rotacije ploča, a najčešće se koriste:
- prosječna latentnost (average latency vrijeme potrebno za polovinu rotacije - od 8.3ms za 3600RPM do 2ms za 15000RPM) i
- latentnost u najgorem slučaju (worst case latency - vrijeme potrebno za rotaciju za cio krug).

Vrijeme pristupa (access time) predstavlja zbir vremena traženja i latencije.

Interna brzina prenosa podataka (data transfer rate) presudno utiče na performanse diska. Izražava se u MB/s i predstavlja brzinu kojom disk šalje podatke sa diska ka sistemu.
Brzina prenosa se lako računa ako su poznate fizičke specifikacije diska

brzina_prenosa = (brzina_rotacije/60 X broj_sektora_po_stazi X 512 X 8)1.000.000

Nije konstantna na disku, već je veća na početku diska, a manja na kraju zbog ZBR (Zoned bit recording) tehnologije.
Na brzinu prenosa presudno utiču brzina rotacije i gustina zapisa podataka. Ovom računicom se dobija teoretska brzina prenosa, na koju dosta utiče interfejs, veličina internog keša, korekcija grešška, fragmentacija i realizacija sistema.
Ne treba mješati ovu internu brzinu sa eksternom, sa brzinom inerfejsa (maksimalnom brzinom interfejsa koja se najčešće reklamira: 66/100/133MB/s), koja predstavlja brzinu sabirnice.

Broj obrtaja
Brzina rotacije ploča (spindle speed), je najvažniji parametar za brzinu izmjene podataka. Ona se izražava u broju obrtaja po minuti (revolutions-per-minute) RPM. Utiče na ukupne performanse diska, jer se njenim povećavanjem u isto vrijeme poboljšavaju i brzina prenosa i vrijeme pristupa (kroz smanjenje latencije).

Standardni diskovi imaju brzinu do 7200 okretaja u minuti.
Još uvijek se koriste i diskove s brzinom od 5200 okretaja u minuti, no njih ima sve manje. Prednost im što se manje griju i što su manje su bučni. Dobro ih je iskoristiti u svrhu backupa odnosno za sigurnosno čuvanje podataka, gdje i nije potrebna velika brzina.