-------------------------------------------
Disc dur
Discul dur (în engleză americană hard disc; foarte des întâlnită este şi ortografia originală engleză hard disk) este un dispozitiv electronic-mecanic pentru stocarea sau memorarea nevolatilă (permanentă) a datelor. Utilizatorul normal nu poate sau nu are voie să despartă discul de circuitele de comandă corespunzătoare, vezi imaginea alăturată; împreună ele formează aşa-numitul hard drive, hard disk drive sau, prescurtat, HDD.
Stocarea datelor se face pe o suprafaţă magnetică dispusă pe platane rotunde metalice rigide (dure). În general discurile dure sunt utilizate ca suport de stocare extern principal pentru servere şi calculatoare personale, dar şi pentru anumite aparate electronice (DVD playere şi recordere, MP3 playere). Dacă la începuturi capacitatea unui disc dur nu depăşea 20 megaocteţi (MO) = 20 megabait (MB), astăzi (2009) un disc dur obişnuit de 2 1/2 ţoli poate depăşi 1 teraoctet (TO) = 1 terabait (TB).
Începând din 2009 sistemul de operare Windows 7 al companiei Microsoft a pus la dispoziție și aşa numite discuri dure virtuale, în engleză "Virtual Hard Disk" (VHD). Acestea se bazează pe fişiere reale (de pe un disc dur real) de mărime arbitrară, dar de tip special, cu extensia .vhd. Pentru a le accesa în Windows se foloseşte mai întâi programul utilitar DiskPart, cu ajutorul căruia discul dur virtual trebuie "selectat" şi apoi "ataşat" ("montat"). Abia după aceasta se poate initializa şi utiliza ca şi când ar fi un disc dur real. Aceasta include şi posibilitatea de a instala şi un alt sistem de operare pe acelaşi disc dur (real), identic cu, sau chiar diferit de primul sistem de operare, sau chiar şi mai multe sisteme de operare, dacă se definesc VHD-uri multiple pe discul sau discurile dure reale conectate.
Prin contrast, discurile aşa-numite "optice", ca de exemplu cele de tip CD, DVD şi Blu-ray, folosesc pentru memorare procedee optice (nemagnetice), care asigură capacităţi de ordinul a până la 50 GB (gigabait) pe disc. Uneori însă se mai utilizează şi dischete având un singur platan magnetic flexibil, numite în engleză floppy disc; unitatea de scriere/citire corespunzătoare se numeşte Floppy Disc Drive (FDD).
O alternativă la folosirea discurilor în mişcare, dure sau flexibile, pentru memorarea datelor sunt memoriile pur electronice de tip Solid State Disc (SSD), care neavând piese în mişcare sunt mult mai rapide, dar şi mai scumpe. Ele simulează caracteristicile discurilor dure, reacţionând identic la comenzi şi utilizând uneori chiar aceleaşi interfeţe, nemodificate (semnale electrice, conectoare, cabluri, etc.).
Structură
Discul dur este format din:
- o placă electronică de control logic,
- un număr de platane (de obicei 2 sau 3), împărţite în piste şi sectoare,
- capete magnetice de citire/scriere (engl. read/write heads, R/W heads), de o parte şi de alta a platanelor, legate printr-un braţ metalic numit actuator
- un sistem electro-mecanic de blocare a capetelor pe pista de stop (engl. landing zone) atunci când discul e oprit
- şi un motor electric pas-cu-pas.
Funcţionare
Fiecare platan are două feţe; feţele sunt divizate într-un număr de piste circulare concentrice, fiecare pistă fiind la rândul ei divizată în sectoare. Platanele sunt astfel aranjate încât pista 0 de la platanul 1 să fie situată exact deasupra pistei 0 de la platanul 2 şi 3. Pentru a accesa o pistă oarecare pe unul din platane, braţul care susţine capetele (numit actuator) va muta capetele spre acea pistă. Deoarece această metodă necesită doar un singur mecanism de poziţionare, ea simplifică designul şi coboară preţul. Totuşi, pentru a accesa o singură pistă trebuiesc mutate toate capetele. De exemplu, pentru a citi date de pe pista 1 de pe platanul 1, apoi pista 50 pe platanul 3 si apoi iar pe pista 1 dar de pe al treilea platan, întregul braţ cu capete trebuie mutat de doua ori. (Eventual s-ar putea şi numai cu o singură mişcare, dacă pista 1 / platanul 1 şi pista 1 / platanul 3 se citesc simultan, şi abia apoi se sare la pista 50.) Pentru a muta un braţ trebuie un timp semnificativ, mult mai mare decât timpul de transfer al datelor. Pentru a minimiza mutările actuatorului trebuie împiedicată împrăştierea datelor pe mai multe piste. O metodă de a optimiza timpul de acces este ca un grup de date care sunt accesate secvenţial să fie scrise toate pe o singura pistă. Dacă datele nu încap pe o singură pistă, atunci se continuă scrierea pe un platan diferit, dar pe pista cu aceeaşi poziţie. Prin aceasta metodă braţul nu mai trebuie să-şi schimbe poziţia, ci doar trebuie să fie selectat capul de citire/scriere potrivit. Selectarea capetelor se face electronic şi de aceea ea este mult mai rapidă decât mişcarea fizică a braţului cu capete între piste. În total braţul nu mai execută aşa multe mişcări.
Pentru a descrie multiplele platane suprapuse se mai foloseşte termenul de "cilindru". Un cilindru se referă la toate pistele care au acelaşi număr de pistă, dar care sunt localizate pe diferite platane.
Transferul datelor la memorie
Modalitatea în care datele sunt transferate în memorie determină viteza efectivă a combinaţiei controler + disc dur. Sunt folosite patru metode:
- Programmed I/O - Cu aceasta metodă, porturile controlerului au grijă atât de comenzile drive-ului cât şi de transferul de date între controler şi memorie. Se folosesc comenzile IN şi OUT ale limbajului de asamblare. Aceasta înseamnă că fiecare octet este transferat prin intermediul procesorului. La această metodă viteza datelor este limitată de cea a bus-ului PC şi de performanţa procesorului.
- Memory Mapped I/O - Procesorul poate procesa datele provenite dintr-un controler de disc mult mai repede dacă sunt stocate într-o regiune fixă de memorie. Pentru acest scop este folosit în general segmentul localizat deasupra memoriei video RAM. Datele sunt transferate cu ajutorul instrucţiunii de transfer (mov în cazul arhitecturii x86). Este mai rapidă decat metoda precedentă.
- Direct Memory Access (DMA) - Folosind DMA, un dispozitiv poate transfera datele direct în memorie, fără contribuţia procesorului. Pentru a folosi DMA, un program trebuie să îi precizeze controlerului DMA mărimea în octeţi (baiţi) a pachetului de date ce urmează a fi transferat dintr-o locaţie într-alta. Totuşi, controlerul DMA dintr-un PC este inflexibil şi lent. Controlerele DMA operează la viteza (tactul) de 4 MHz, în concluzie sunt extrem de lente.
- Busmaster DMA - Folosind această metodă, controlerul discului dur deconectează procesorul de la bus şi transferă el însuşi datele în memorie.
Controlerul IDE (prescurtare de la Integrated Drive Electronics), foarte folosit în calculatoarele personale de astăzi, foloseşte un singur cablu cu un conector cu 40 picioruşe (pini) care combină funcţiile unui cablu de date şi ale unuia de control care conecteaza discul IDE direct la magistrala (bus-ul) de sistem. Controlerele IDE au abilitatea de a emula orice format de disc. Din cauza consumului redus de energie, este una din soluţiile folosite pentru calculatoarele portabile. Controlerul IDE permite legarea pe acelaşi cablu a două discuri dure, sau a unui disc dur şi a unei unităţi optice (de CD sau DVD) în sistem master/slave. Această arhitectură a dus la incompatibilităţi între unităţi în anii '90, care însă au fost rezolvate.
SATA
Controlerele SATA (prescurtare de la serial ATA) permite conectarea fiecărui disc pe propriul canal (cu un set propriu de porturi intrare/ieşire). Astfel se elimină problemele cauzate de arhitectura PATA (parallel ATA).
Standardul iniţial numit SATA I a fost proiectat pentru un transfer de date (o viteză) de maximum 1,5 Gbit/s (echivalent cu circa 1500 megabait/s, MB/s). Standardul actual (2008) se numeşte SATA II şi este proiectat pentru maximum 3 Gbit/s = circa 3000 MB/s.
Controlerele SATA se leagă de discurile SATA prin cabluri cu conectori de tip SATA identici la ambele capete. Termenul eSATA (de la "external SATA") se referă la conectoare îmbunătăţite (mai robuste) faţă de cele ale cablurilor SATA obişnuite.
USB; Firewire (IEEE 1394)
Există şi discuri dure portabile (externe faţă de PC şi cu carcasă proprie) care, pentru a transmite datele, folosesc interfaţa USB, respectiv cea Firewire (cf. standardului IEEE 1394). De obicei discurile acestea sunt ansambluri formate dintr-un disc IDE sau SCSI, un controler pentru acestea şi un controler USB sau Firewire.
Caracteristici
- Capacitatea (măsurată în gigaocteţi) - în general producătorii folosesc ca unitate de măsură multiplii din SI ai octetului (puteri de 10), pe când multe sisteme de operare (Windows, unele distribuţii de Linux, MacOS) folosesc măsurătoarea în multipli binari. Dacă primul disc dur avea circa 5 MO, astăzi capacităţile discurilor dure pot depăşi şi 1,5 TO (factorul de creştere: 300.000).
- Dimensiunea fizică, măsurată în ţoli (inch). Astăzi discurile dure au în diametru fie 3,5" (pentru PC-uri), fie 2,5" (pentru notebook-uri - mai mici, utilizând mai puţin curent electric dar mai scumpe şi mai încete). Există şi discuri de 1,8", pentru playere MP3 (precum Apple iPod), care pe lângă mărimea redusă, sunt mai rezistente la şocuri.
- Durabilitate, exprimată în timp mediu între erori - mean time between failures (MTBF). Discurile SATA I au viteze de 10.000 rpm şi un MTBF de 1 milion de ore sub un ciclu de utilizare de opt ore pe zi. Alte discuri permit până la 1,4 milioane de ore sub un ciclu de 24 de ore din 24.
- Număr de operaţii de intrare/ieşire permise
- Consum de curent
- Nivel de zgomot
- Timpul de transfer şi timpul de acces.
