DISCURILE MAGNETICE (HARD-DISKUL)

Una dintre cele mai importante unitati de memorare externa este unitatea de disc magnetic. Memorarea informatiei pe discul magnetic urmeaza acelasi principiu fizic cu cel utilizat in inregistrarea casetelor si benzilor audio-video. Deosebirea principala intre cele doua sisteme de memorare este datorata naturii semnalului de inregistrare folosit: analogic, in cazul audio-video si numeric (digital), in cazul discurilor sistemelor de calcul. Diferenta fata de benzile magnetice (inregistrate tot numeric) consta in modul de acces. Pe banda accesul este secventiala, pe disc accesul este direct.

Din punct de vedere fizic, o unitate de disc magnetic are in compunere unul sau mai multe platane, fiecare platan cu una sau doua suprafete de inregistrare, atatea capete de citire/scriere cate suprafete de inregistrare exista, un brat ce permite accesul de la exterior spre centrul platanului al capetelor de citire/scriere, motoare pentru rotirea platanelor si deplasarea bratului, precum si un set de circuite specializate (numit controler, cuplor sau adaptor) pentru comanda intregului mecanism.

Discurile magnetice care contin un singur platan se numesc discuri flexibile (floppy disc), iar platanul propriu-zis se numeste discheta. Discurile continand mai multe platane se numesc discuri rigide sau discuri dure (harddisc).

Atat pentru dischete, cat si pentru discul rigid, intreaga colectie de date formeaza asa-numitul volum. Suprafetele de inregistrare ale unui disc magnetic sunt impartite intr-un numar fix de cercuri concentrice, fiecare cerc numindu-se pista. Adresa unei piste este definita de o pereche de numere intregi reprezentand numarul curent al suprafetei de inregistrare, respectiv numarul curent al pistei. Suprafetele de inregistrare se numeroteaza incepand de la zero, de sus in jos. Pistele se numeroteaza crescator de la pista de raza maxima (indice 0) spre pista de raza minima. Aceasta numerotare se reia pentru fiecare suprafata de inregistrare.

Multimea pistelor de pe toate suprafetele de inregistrare identificate prin acelasi numar formeaza un cilindru. Cilindrii se numeroteaza de la zero, crescator, incepand cu cel cu diametrul maxim spre cel cu diametrul minim. Fiecare pista este impartita in sectoare, de lungime fixa, de regula 512 octeti. Fiecare sector este adresat fizic de un triplet de numere intregi reprezentand numarul cilindrului, numarul suprafetei si numarul sectorului. Numerotarea sectoarelor pe cilindru incepe de la unu. Pe fiecare cilindru, numarul de sectoare este acelasi.

Din punct de vedere logic, pistele sunt numerotate incepand de la zero pe suprafata de inregistrare zero si continuand crescator pana la epuizarea suprafetelor si pistelor. De asemenea, sectoarele sunt numerotate incepand de la zero (cilindrul zero, suprafata zero), crescator pana la epuizarea sectoarelor suprafetelor cilindrilor. Adresa fiecarui sector este inscrisa la inceputul acestuia intr-un antet ce mai contine si o secventa de octeti de sincronizare utilizati de adaptor (cuplor) pentru identificarea unei adrese disc.

Operatia de scriere a adresei si a celorlalte elemente ale antetului sectoarelor se numeste formatare fizica a discului. In cazul sistemului de operare MS-DOS, formatarea fizica a dischetelor este realizata de comanda FORMAT. Pentru discul rigid, formatarea fizica este realizata, in majoritatea cazurilor, de catre fabricantul acestuia.

Cele de mai sus arata ca discul magnetic este o memorie accesabila prin adresa, deci datele se obtin prin acces direct.

Performantele unui disc magnetic depind de urmatorii factori:

timpul de pozitionare,

numarul de rotatii pe minut,

rata de transfer a discului.

Discurile flexibile au doua suprafete pe care se poate scrie informatia si pot fi protejate la scriere prin fanta de protectie (in pozitia liber). Cuplarea unitatilor de disc se poate realiza intern (prin intermediul unei interfete standard: IDE, SCSI etc.) sau extern (prin intermediul interfetei paralele).

Din punct de vedere constructiv, discurile rigide sunt de tip intern (capacitate fixa, suportul de memorare nu poate fi demontat din unitatea de disc), cartridge (capacitate variabila; suportul poate fi evacuat precum o caseta din cititorul/inregistratorul de casete (casetofon sau videocasetofon), respectiv pachet de discuri (care se monteaza in unitatile speciale de citire-scriere ale mini si supercalculatoarelor).

1. Interfata pentru hard-disk

Interfata pentru hard-disk poate fi inclusa (in cele mai multe cazuri este) pe placa de baza sau poate fi achizitionata ca placa de extensie separata . Controllerele pentru hard-disk , ca si hdd-urile de altfel, pot fi de doua tipuri constructive : IDE (EIDE) sau SCSI(Small Computer System Interface) . Hard-diskurile SCSI necesita un controller special , interfata SCSI fiind mai avansata decat EIDE , mai scumpa , cu performante mai mari , avand avantajul de a putea conecta pe acelasi controller si cablu scannere , hard-diskuri , unitati floppy, cdrom, etc, un numar total de 8 device-uri SCSI suportate simultan . Avantajele SCSI sunt multiple: poate conecta pe aceeasi magistrala 8 deviceuri diferite simultan (IDE - 2 deviceuri si acele HDD sau CD-ROM); lungimea panglicii SCSI - 10-25 m , viteza maxima 80Mb/sec wide ultra2 SCSI; gabaritul redus. SCSI utilizeaza cozi de mesaje. Mecanismele bazate pe astfel de cozi sunt integrate pe scara tot mai larga in sistemele de operare moderne (WindowsNT). Hard-diskurile SCSI au fost intotdeauna cu un pas in fata celor IDE , astfel capacitatile au fost mai mari si viteza de transfer net superioara , cel mai rapid hard-disk IDE acutual are o rata de transfer maxima de 66Mb/sec (UDMA/66). Marimile hard-diskurilor singulare sunt cuprinse intre 20Mb si 4T. Aceasta capacitate poate fi extinsa prin intermediul discurilor RAID sau prin tehnologia de clustering (conectarea mai multor hdd-uri astfel ca sistemul sa le vada ca fiind unul singur; aceasta tehnologie este folosita si in procesarea paralela) .

2. Cum functioneaza o unitate de disc fix?

O carcasa metalica sigilata protejeaza componentele interne ale hard discului de particule de praf care ar putea bloca distanta ingusta dintre capetele de citire/scriere si platane. O obstructie aici ar determina unitatea sa cada efectiv, crestand o urma in stratul magnetic subtire care acopera platanul.

Un fus conectat la un motor electric roteste pana la 8 platane (realizate din metal sau sticla) acoperite cu un strat magnetic, la cateva mii de rotatii pe minut. Numarul platanelor si compozitia materialului magnetic care le acopera determina capacitatea discului. Platanele de azi, sunt acoperite cu un aliaj cu o grosime de aproximativ 3 minionimi de inci.

In partea inferioara a discului, o placa de circuit imprimat, cunoscuta si sub numele de placa logica primeste comenzile de la controlerul discului, care la randul sau este gestionat de sistemul de operare si de sistemul de intrare/iesire de baza (BIOS). Placa logica traduce aceste comenzi in fluctuatii ale tensiunii care forteaza actuatorul de cap (head actuator) sa mute capetele grupate de citire/scriere peste suprafetele platanelor. Placa se asigura, de asemenea, ca fusul care roteste platanele se roteste cu o viteza constanta. Placa spune capetelor discului cand sa citeasca si cand sa scrie pe disc. La un disc IDE (Integrated Drive Electronics, dispozitive electronice integrate), controlerul discului face parte din placa logica.

Un actuator de cap impinge si trage perechea de brate ale capetelor de citire/scriere peste suprafetele platanelor cu o precizie extrema. El aliniaza capetele deasupra pistelor care se intind in cercuri concentrice pe suprafata platanelor.

Capetele de citire/scriere, atasate la capetele bratelor flexibile, se misca la unison, atat pe suprafata de sus, cat si pe cea de jos a platanelor hard discului. Capetele scriu datele provenite de la controlerul discului pe platane aliniind campurile magnetice de particule de pe suprafetele acestora; capetele citesc date detectand polaritatile particulelor care au fost deja aliniate.

Atunci cand programul dvs da instructiuni sistemului de operare sa citeasca sau sa scrie un fisier, sistemul de operare ordoneaza controlerului hard discului sa mute capetele de citire/scriere la tabela de alocare a fisierelor (FAT32, VFAT sau FAT) a discului. Sistemul de operare citeste tabela virtuala de alocare a fisierelor, pentru a stabili ce cluster de pe disc contine sectiunea de inceput a unui fisier sau ce portiuni ale discului sunt disponibile pentru a contine un nou fisier.

Un singur fisier poate fi presarat printre sute de clustere separate, raspandite pe mai multe platane. Sistemul de operare stocheaza un inceput de fisier in primele clustere pe care le gaseste listate in tabela virtuala de alocare a fisierelor. Aceasta pastreaza o inregistrare in lant a clusterelor utilizate de un fisier, fiecare legatura din lant conducand la urmatorul cluster care contine o alta parte din fisier. Dupa ce datele din tabela virtuala de alocare a fisierelor sau trecut prin componentele electronice ale discului si controlerul hard discului, ajungand inapoi la sistemul de operare, acesta da instructiuni discului sa isi transporte capetele de citire/scriere pe deasupra platanelor, citind sau scriind clustere pe platane care se rotesc sub capete. Dupa ce sistemul de operare scrie un nou fisier pe disc, el trimite capetele de citire/scriere inapoi la tabela virtuala de alocare a fisierelor, acolo unde inregistreaza o lista a clusterelor fisierului.