Hard disk

Σκληρόσ Δίςκοσ (Hard Disk)

Ιςτορικό Σημεύωμα

Ο μαγνητικόσ δύςκοσ ανακαλύφθηκε το 1956από την εταιρεύα IBM, ωσ λύςη ςτοπρόβλημα τησ αργόσ ςειριακόσ αναζότηςησδεδομϋνων τησ μαγνητικόσ ταινύασ. Η IBMκαταςκεύαςε την πρώτη αποθηκευτικόςυςκευό που χρηςιμοποιούςε μαγνητικούσδύςκουσ το 1956. Ήταν μια αποθηκευτικόςυςκευό δεδομϋνων ςτο μϋγεθοσβιβλιοθόκησ, με την πρωτοφανόχωρητικότητα για την εποχό των 5.000.000χαρακτόρων (5 Megabytes), όπωσ επύςησ καιτον πρωτοφανό τρόπο τυχαύασ προςπϋλαςηστων αποθηκευμϋνων δεδομϋνων, χϊρησ τουοπούου η ςυςκευό ονομϊςτηκε RAMAC(Random Access Method of Accounting andControl – Τυχαύασ Προςπϋλαςησ ΜϋθοδοΠεριγραφόσ και Ελϋγχου). Ο χρόςτησ τησςυςκευόσ αυτόσ εύχε ςτη διϊθεςό τουοποιοδόποτε κομμϊτι τησ αποθηκευμϋνησπληροφορύασ ςε 0,8 δευτερόλεπτα.

Ιςτορικό Σημεύωμα

Πολύ αργότερα, γύρω ςτο 1967 όταν ϋκαναν την εμφϊνιςό τουσ

οι πρώτοι μαλακού δύςκοι (διςκϋτεσ), επύςησ εφεύρεςη τησ IBM,οι ογκώδεισ ςυςκευϋσ με τουσ μεταλλικούσ (καθηλωμϋνουσ

δύςκουσ) μετονομϊςτηκαν ςε ςκληρούσ δύςκουσ.

Αρχό Λειτουργύασ Μαγνητικών Δύςκων

Οι μαγνητικού δύςκοι διακρύνονται ςεςκληρούσ δίςκουσ (hard disks) και ςεεύκαμπτεσ διςκέτεσ (floppy disks). Στηνκυκλικό επιφϊνεια τουσ υπϊρχει μύα λεπτόεπύςτρωςη μαγνητικού υλικού το οπούοαποτελεύται από ςτοιχειώδη δύπολα, δηλαδόμαγνότεσ ςε επύπεδο μορύων οι οπούοι εύναιδιαςκορπιςμϋνοι τυχαύα ςτην επιφϊνεια τησπλακϋτασ, ϋτςι ώςτε κϊθε τμόμα τησ,οςοδόποτε μικρό, αλλϊ πολύ μεγαλύτεροαπό τισ διαςτϊςεισ του μορύου, αν μην εύναιμαγνητιςμϋνο. Ο δύςκοσ περιςτρϋφεταιςυνεχώσ με ςταθερό γωνιακό ταχύτηταγύρω από τον ϊξονϊ του. Ένασ βραχύονασ ςτοελεύθερο ϊκρο του οπούου εύναι ςτερεωμϋνηη κεφαλό εγγραφόσ και ανϊγνωςησ, κινεύταιαπό το κϋντρο προσ την περιφϋρεια τησεπιφϊνειασ του δύςκου, κατϊ τϋτοιο τρόποώςτε, ςε ςυνδυαςμό με την περιςτρεφόμενηκύνηςη του, η κεφαλό εγγραφόσ καιανϊγνωςησ των δεδομϋνων να ϋχειπρόςβαςη ςε όλη την επιφϊνεια του .

Αρχό Λειτουργύασ Μαγνητικών Δύςκων

Τρόποσ αποθήκευςησ

Τα δεδομϋνα αποθηκεύονται ςτον ςκληρό δύςκο ωσ ακολουθύεσ bit(αφού οι υπολογιςτϋσ λειτουργούν με το δυαδικό ςύςτημα). Οικεφαλϋσ γρϊφουν κϊθε bit αλλϊζοντασ το μαγνητικό πεδύο ςτηνεπιφϊνεια των μαγνητικών δύςκων και το διαβϊζουν απλώσαναγνωρύζοντασ το μαγνητικό πεδύο. Κϊθε bit δεδομϋνωνκαταλαμβϊνει τον δικό του χώρο ςτην επιφϊνεια του δύςκου, ωςτόςοοι ακολουθύεσ bit που αποτελούν τα δεδομϋνα, δεν εύναι απαραύτητονα εγγρϊφονται ςειριακϊ ςτον δύςκο, αλλϊ εύναι δυνατό νακατακερματιςτούν και να εγγραφούν ςε διϊφορεσ θϋςεισ.

Οργϊνωςη Μαγνητικών Δύςκων

Η επιφϊνεια ενόσ μαγνητικούδύςκου διαμερύζεται ςεομόκεντρουσ κύκλουσ ό τροχιέσ(tracks). Κϊθε τροχιϊ χωρύζεταιςε κυκλικϊ τόξα ό περιοχϋσ πουονομϊζονται τομείσ (sectors).Κϊθε τομϋασ ϋχει μϋγεθοσςταθερό, με ϊλλα λόγια περιϋχειςταθερό αριθμό από bytes, οοπούοσ κυμαύνεται από 512 bytesωσ 32 ΚΒ ό και περιςςότερο. Τοςύνολο των δεδομϋνων πουαποθηκεύονται ςε ϋνα τομϋα τουδύςκου λϋγεται ενότητα (block).∆ύο ό περιςςότεροι τομεύσ,ςχηματύζουν την ςυςτοιχία(cluster), που αποτελεύ τηνμικρότερη μονϊδα αποθόκευςησγια τα δεδομϋνα ενόσπρογρϊμματοσ.


Όπωσ μπορούμε να δούμε και ςτοςχόμα, το μϋγεθοσ των τομϋων πουανόκουν ςε διαφορετικϋσ τροχιϋσ δενεύναι το ύδιο. Οι τομεύσ που βρύςκονταικοντϊ ςτην εξωτερικό τροχιϊ τουδύςκου ϋχουν μεγαλύτερο μόκοσ απ’ ότιοι εςωτερικού τομεύσ. Η ποςότητα όμωστων δεδομϋνων που αποθηκεύεται ςεκϊθε τομϋα εύναι ςυνόθωσ ςταθερό·ϊρα ϋχουμε μεγαλύτερη πυκνότητααποθόκευςησ όςο πληςιϊζουμε προσ τοκϋντρο του δύςκου.

Πϊνω από την επιφϊνεια του δύςκουκαι ςε μικρό απόςταςη από αυτόν(εκατομμυριοςτϊ του μϋτρου)βρύςκεται η κεφαλό (head)ανϊγνωςησ/εγγραφόσ, η οπούα φϋρειτον ηλεκτρομαγνότη για την ανϊγνωςητων 0 και 1 που εύναι γραμμϋνα ςτηνεπιφϊνεια του δύςκου. Οι κεφαλϋσμπορεύ να εύναι ςταθερϋσ ό κινούμενεσ.


Συνόθωσ, τα ύχνη των μαγνητικών δύςκων διαιρούνται ςε ιςόποςουσ τομεύσ,ανεξϊρτητα από την απόςταςη τουσ (ακτύνα) από το κϋντρο του δύςκου. Σαν ςυνϋπεια,ο αριθμόσ των τομϋων που θα διαιρεθούν τα ύχνη του δύςκου, καθορύζεται από τομικρότερο ςε μόκοσ ύχνοσ, δηλαδό από αυτό που βρύςκεται πιο κοντϊ ςτο κϋντρο τουδύςκου. Με αυτό τη λογικό, όλα τα ύχνη, ακόμα και αυτϊ ςτο εξωτερικό του δύςκου μεμόκοσ πολλαπλϊςιο του πιο εςωτερικού, διαθϋτουν τον ύδιο αποθηκευτικό χώρο με τομικρότερο ςε μόκοσ ύχνοσ. Αποτϋλεςμα αυτού του τρόπου λογικού κερματιςμού τησεπιφϊνειασ του μαγνητικού δύςκου, εύναι η κακό εκμετϊλλευςη τησ χωρητικόσικανότητασ τησ. Ωςτόςο, πολλού καταςκευαςτϋσ μαγνητικών δύςκων αντιλόφθηκανγρόγορα τη ςπατϊλη του αποθηκευτικού χώρου, τησ μεθόδου διαύρεςησ των ιχνών ςειςόποςουσ τομεύσ και ϊρχιςαν να κερματύζουν κϊθε ύχνοσ ανϊλογα με το μόκοσ του.Συνεπώσ, το πλόθοσ των τομϋων, ςτουσ οπούουσ διαιρεύται κϊποιο ύχνοσ του δύςκου,εύναι ανϊλογο τησ απόςταςόσ του ύχνουσ από το κϋντρο του δύςκου.

Σκληρόσ Δύςκοσ

Ένασ ςκληρόσ δύςκοσ αποτελεύται από ομοαξονικούσ μαγνητικούσδύςκουσ. Οι αντύςτοιχεσ τροχιϋσ από κϊθε δύςκο, ορύζουν ϋνα κύλινδρο(cylinder). Σε κϊθε ςτιγμό, όλεσ οι κεφαλϋσ εύναι τοποθετημϋνεσ ςτιστροχιϋσ που ανόκουν ςτον ύδιο κύλινδρο. Έτςι η διαδικαςύαπροςπϋλαςησ γύνεται ταχύτερα, καθώσ όλεσ οι κεφαλϋσ λειτουργούνταυτόχρονα γρϊφοντασ ςτην ύδια τροχιϊ, αλλϊ ςε διαφορετικόμαγνητικό δύςκο. Τα διαδοχικϊ δεδομϋνα λοιπόν αποθηκεύονται ςετροχιϋσ διαφορετικών μαγνητικών δύςκων που ανόκουν ςτον ύδιοκύλινδρο.

Σκληρόσ Δύςκοσ

Για την προςπϋλαςη τωνδεδομϋνων ςτο ςκληρό δύςκο,υπϊρχει μια μοναδικό διεύθυνςηγια κϊθε τομϋα, η οπούααποτελεύται από τον αριθμό τησκεφαλόσ (δηλαδό τον αριθμόδύςκου), τον αριθμό του κυλύνδρουό τροχιϊσ ςτο δύςκο και τον αριθμότου τομϋα μϋςα ςτον κύλινδρο.

Τα χαρακτηριςτικϊ αυτϊ (κεφαλϋσ,κύλινδροι, τομεύσ) αποτελούν τηγεωμετρύα του ςκληρού δύςκου. Ηςύγχρονη τεχνολογύα επιτρϋπει τηνδημιουργύα δύςκων με πυκνότερεστροχιϋσ και πιο μικρούσ τομεύσ ανϊμονϊδα πληροφορύασ, ϊραμεγαλύτερεσ χωρητικότητεσ.

Χαρακτηριςτικϊ Αξιολόγηςησ Των Σκληρών Δύςκων

Τα ςτοιχεύα που χαρακτηρύζουν τεχνικϊ τουσ μαγνητικούσ δύςκουσ και που επιτρϋπουν την αξιολόγηςη τουσ εύναι:

1. Ο χρόνοσ προςπϋλαςησ

2. Η ταχύτητα μεταφορϊσ

3. Η λανθϊνουςα μνόμη

4. Ο χρόνοσ ζωόσ

5. Η χωρητικότητα


Χρόνοσ προςπϋλαςησ (Access time):

Ονομϊζεται ο μϋςοσ όροσ των χρόνων που χρειϊζεται, για να

μεταφερθεύ μύα πληροφορύα από κϊποιο ςημεύο τησ επιφϊνειασ του δύςκου ςτη μνόμη RAM του υπολογιςτό και εκφρϊζεται ςε χιλιοςτϊ του δευτερολϋπτου (msec).


Ο χρόνοσ προςπϋλαςησ εύναι αναγκαύοσ για να κϊνει η κεφαλό τισ εξόσ τρεύσ ενϋργειεσ.

Αρχικϊ μετακινεύται πϊνω από την τροχιϊ ςτην οπούα υπϊρχουν ό πρόκειται να γραφούντα δεδομϋνα. Ο χρόνοσ που απαιτεύται για τη μετακύνηςη αυτό ονομϊζεται χρόνοσαναζήτηςησ (seek time).

Στη ςυνϋχεια, καθώσ ο δύςκοσ περιςτρϋφεται ςυνεχώσ, αναμϋνουμε να βρεθεύ ακριβώσπϊνω από τον ςυγκεκριμϋνο τομϋα και ςυςτοιχύα. Ο χρόνοσ που απαιτεύται μϋχρι να γύνειαυτό εξαρτϊται από το ρυθμό περιςτροφόσ του μαγνητικού δύςκου.

Κατόπιν διαβϊζει ό γρϊφει τα δεδομϋνα ςε ςυςτοιχύεσ και τα μεταδύδει. Ο χρόνοσανϊγνωςησ ό εγγραφόσ εξαρτϊται από την ταχύτητα ανϊγνωςησ/εγγραφόσ τησ κεφαλόσ,από την ταχύτητα των ηλεκτρονικών που υποςτηρύζουν το δύςκο, από το πρωτόκολλοδιαδρόμου κλπ.


Ταχύτητα μεταφορϊσ (Data transfer rate):

Ονομϊζεται η ποςότητα των δεδομϋνων που μπορούν να

μεταφερθούν ςε μύα χρονικό μονϊδα από το δύςκο ςτη μνόμηRAM και εκφρϊζεται ςε bytes/sec.

Η ταχύτητα μεταφορϊσ δεδομϋνων εξαρτϊται από τηνπυκνότητα εγγραφόσ του δύςκου, δηλαδό τον αριθμό τωνκυκλικών τομϋων ανϊ ύχνοσ, και από την ταχύτητα περιςτροφόστου δύςκου.

Παρϊδειγμα:

Αν ϋνασ δύςκοσ ϋχει 63 τομεύσ ανϊ ύχνοσ και η ταχύτηταπεριςτροφόσ 90 ςτροφϋσ το δευτερόλεπτο, μπορεύ να μεταφϋρειϋωσ 512 * 63 *90 =2.903.040 bytes ανϊ δευτερόλεπτο.


Λανθϊνουςα μνόμη (Cache memory):

Ονομϊζεται η κρυφό μνόμη που χρηςιμοποιεύται πολλϋσ φορϋσ,

για να αποθηκεύονται οι πληροφορύεσ που διαβϊςτηκαν όεγγρϊφτηκαν πρόςφατα ςτο ςκληρό δύςκο.

Με τη χρόςη τησ αυξϊνεται η ταχύτητα εγγραφόσ και ανϊκτηςησδεδομϋνων, γιατύ το λειτουργικό ςύςτημα, αν χρειαςτεύ ξανϊ τισύδιεσ πληροφορύεσ, θα τισ ανακτόςει από την μνόμη αυτό, πουεύναι ταχύτερη από το δύςκο, αλλϊ και ακριβότερη.


Χρόνοσ ζωόσ:

Η ποιότητα καταςκευόσ των ςκληρών δύςκων ςόμερα τουσ δύνει

ςτατικό μϋςο χρόνο μϋχρι να παρουςιϊςουν κϊποια βλϊβη,περύπου 35 χρόνια ςυνεχούσ λειτουργύασ.

Ο αριθμόσ αυτόσ δύνεται από τον καταςκευαςτό και δεύχνει μόνοτη «θεωρητικό» αξιοπιςτύα του δύςκου, χωρύσ να εξαςφαλύζει ότιο δύςκοσ θα δουλϋψει τόςεσ ώρεσ χωρύσ πρόβλημα. Συνόθωσόμωσ οι καταςκευαςτϋσ ςτηριζόμενοι ςε αυτόν δύνουν εγγύηςηκαλόσ λειτουργύασ.


Χωρητικότητα:

Ορύζουμε ωσ χωρητικότητα το πλόθοσ των πληροφοριών που

μπορούν να αποθηκευτούν ςε ϋνα φυςικό μϋςο.

Η χωρητικότητα ενόσ δύςκου ςε bytes υπολογύζεται από τογινόμενο:

[αριθμόσ τομϋων]*[512]*[αριθμόσ κυλύνδρων]*[αριθμόσ κεφαλών]

1Mbyte = 1024 Kbyte και όχι 1000Kbyte

1 Kbyte = 1024 byte και όχι 1000 byte

Πρωτόκολλα επικοινωνύασ IDE

και SCSI

Τα πρωτόκολλα επικοινωνύασ εύναι ϋνα ςύνολο κανόνων καιπροδιαγραφών που καθορύζουν τον τρόπο λειτουργύασ τουςκληρού δύςκου και ϊλλων ςυςκευών. Για παρϊδειγμακαθορύζουν τον τρόπο επικοινωνύασ με τον επεξεργαςτό και τημνόμη του υπολογιςτό, την ταχύτητα μεταφορϊσ δεδομϋνων, τοεύδοσ των καλωδύων, τον αριθμό των ςυςκευών που θαςυνδεθούν ςτο καλώδιο κτλ. Κϊθε πρωτόκολλο χρηςιμοποιεύ τοδικό του ςύςτημα ελϋγχου, που ονομϊζεται, ελεγκτήσ(controller) , και βέβαια διαφορετικό είδοσ ςκληρών δίςκων.

Γενικϊ υπϊρχουν δύο τϋτοια πρωτόκολλα, το IDE και το SCSI, ταοπούα ϋχουν εξελιχθεύ και ϋτςι δημιουργόθηκαν διϊφορεσπαραλλαγϋσ τουσ, όπωσ το EIDE, το FAST ATA, το ULTRA-ATA,

το FAST-SCSI, το SCSI-2, το ULTRA-FAST-SCSI, το SCSI-3 κλπ.


και SCSIΤο IDE (Integrated Drive Electronics):

Ενιςχυμϋνη ϋκδοςη του πρωτοκόλλουςκληρού δύςκου IDE, ικανό να αποδώςειυψηλούσ δεύκτεσ μεταφορϊσ. Το IDE -Integrated Drive Electronics (Ενςωματωμϋναηλεκτρονικϊ οδηγού)- εύναι το πιο γνωςτόinterface ςύνδεςησ ςκληρών δύςκων ςε ϋναPC. Ακολουθεύ τισ προδιαγραφϋσ του standardΑNSI AT Attachment, ςύμφωνα με το οπούουλοποιεύται μια παραλλαγό του διαύλουεπϋκταςησ ΑΤ για την επικοινωνύα ενόσςκληρού δύςκου με τον επεξεργαςτό τουυπολογιςτό.

Το πρωτόκολλο IDE ςτην πρώτη του ϋκδοςηεύχε τα εξόσ χαρακτηριςτικϊ:

Υποςτόριζε την ςύνδεςη ϋωσ και2(μόνο)ςκληρών δύςκων.

Αναγνώριζε δύςκουσ χωρητικότητασ ϋωσ 528Mbytes.

Επϋτρεπε μικρό ςχετικϊ ταχύτητα μεταφορϊσδεδομϋνων(ϋωσ 4 Mbytes/sec).

Δεν επϋτρεπε τη ςύνδεςη ϊλλωνςυςκευών(π.χ CD-ROM).

Καλώδια IDE με 40 και 80 pins.


και SCSI

To EIDE (Enhanced IDE) εύναι μια βελτιωμϋνη εκδοχό τουIDE, με τα εξόσ χαρακτηριςτικϊ:

Υποςτηρύζει την ςύνδεςη ϋωσ και 4 ςκληρών δύςκων.

Αναγνωρύζει δύςκουσ χωρητικότητασ ϋωσ 136,9 GBYTE.

Προςφϋρει ταχύτερη μεταφορϊ δεδομϋνων .

Επιτρϋπει την αυτόματη αναγνώριςη από το BIOS τωνπαραμϋτρων του δύςκου.


και SCSIΤο SCSI (Small Computer

System Interface):

Το πρωτόκολλο SCSI αρχικϊ

χρηςιμοποιόθηκε για τηδιαςύνδεςη περιφερειακώνκυρύωσ ςε μεγϊλουσυπολογιςτϋσ. Γρόγορα όμωσχρηςιμοποιόθηκε και ςτουσπροςωπικούσ υπολογιςτϋσλόγο τισ πτώςησ των τιμών καιτησ ανϊγκησ για βελτύωςη τησταχύτητασ.


και SCSIΧαρακτηριςτικά πλεονεκτήματα του SCSI:

Επιτρϋπει τη ςύνδεςη αρκετών ςυςκευών ςε μύα πύλη (υποδοχό)μϋχρι 15 περιφερειακών κϊθε εύδουσ(ςκληρού δύςκοι, CD-ROM,Scanners, εκτυπωτϋσ κτλ).

Επιτρϋπει μεταδόςεισ πληροφοριών ςε μεγϊλεσ ταχύτητεσ.

Δυνατότητα τοποθϋτηςησ και εξωτερικών ςυςκευών, αφού τοκαλώδιο ςύνδεςησ μπορεύ να ϋχει μόκοσ μϋχρι 6 μϋτρα.

Δεν υπϊρχουν περιοριςμού ςτη χωρητικότητα των δύςκων.

Μπορούν να χρηςιμοποιηθούν και ςε ϊλλου τύπου ςυςτόματαεκτόσ των PC , όπωσ ςε Macintosh,Atari ST κτλ.

Μειονεκτήματα του SCSI:

Χαρακτηριςτικό μειονϋκτημα εύναι το υψηλότερο κόςτοσ, πουοφεύλεται ςτην ύπαρξη δικόσ του ROM και ςτα επιπλϋωνκυκλώματα επεξεργαςύασ που διαθϋτει για την επικοινωνύα ςε ϋναςύςτημα όπου μπορούν να υπϊρχουν ϋωσ και ϊλλεσ 15 ςυςκευϋσ.Στο κόςτοσ ςυνυπολογύζεται και η ειδικό κϊρτα προςαρμογόσ πουχρειϊζεται για τη ςύνδεςη όλων των ςυςκευών SCSI.

Hard disk

Technology

Transcript of Hard disk