6) HDD

Pevný disk – HDD

Pevný disk (HDD) se stal standardní součástí počítače, leží mimo pozornost uživatele a případný zájem o technické řešení se soustřeďuje pouze na kapacitu disku, v lepším případě na jeho přístupovou rychlost. Technicky jde o velmi náročné zařízení, kde je spojena špičková elektronika s vynikající mechanikou. Nepočítáme-li větrák, jde o jediné zařízení, kde je pořád něco v pohybu.

Z hlediska mechanické konstrukce vypadají všechny pevné disky obdobně. Srdce tvoří několik kruhových desek na společné ose. Desky jsou většinou kovové, ale dnes se již nahrazují sklem, které vykazuje lepší teplotní stabilitu potřebnou pro používání větších záznamových hustot. Na obou površích (vnější desky někdy jen na vnitřním) mají nanesenu aktivní magnetickou vrstvu a jsou spolu s čtecími hlavami uzavřeny do ochranného pouzdra. Pouzdro chrání magnetický povrch i čtecí a zápisové hlavičky před prachem. Běžná velikost HDD je 5,25"; 3,5"; 2,5", ale i 1,8". Montážní výška se liší podle typu disku a pohybuje se od 0,4" do 3". Čtecí/zápisové hlavičky (jedna pro každý aktivní povrch) jsou upevněny na raménku, které se posunuje do požadované polohy nad aktivním povrchem. Samotný nosič informací - kovové desky - se po zapnutí počítače stále otáčejí velkou rychlostí kolem 3600 ot/min, 4400 ot/min, 5400 ot/min, ale i 7200 ot/min. Z hlediska opotřebení disku, ale i spotřeby energie, je nejnáročnější právě rozběh a brzdění otáčejících se desek při zapnutí nebo vypnutí počítače.

Vlastní zápis a čtení probíhá podobně jako u pružných disků. Raménko nejprve vysune hlavy do potřebné polohy nad povrchem disku. Jakmile se pod hlavičkou objeví požadované místo, provede se zápis nebo čtení. Záznam i čtení se provede elektromagneticky. Na rozdíl od jednotek pružných disků se však hlavy nedotýkají povrchu desek. Jsou od něho vzdáleny několik desetitisícin milimetru a "plavou" na tenké vrstvičce vzduchu, která je unášena rotujícím povrchem disku.

Z technického hlediska najdeme na pevném disku několik zajímavostí. Především se můžeme setkat se dvěma různými řešeními posunu raménka. Při použití krokového motorku se využívá možnosti přesně definovat otočení osičky motorku vstupními elektrickými impulsy. Pootočení osičky se převádí na podélný pohyb pomocí pružného pásku, který je ovinut kolem osičky a připevněn na raménko. Druhá metoda využívá magnetickou cívku s kovovým jádrem, které je upevněno na posuvné raménko. Jádro se vysouvá a zasouvá v závislosti na přiváděné energii. Tento druhý způsob se využívá v současnosti pro své výhody - větší rychlost pohybu a možnost využití elektronické zpětné vazby pro přesné nastavení raménka. Navíc tzv. "autopark" (odsunutí ramének nad bezpečné místo desek při vypnutí počítače) zajišťuje pružinka automaticky. Tento proces selhává pokud počítač rychle za sebou zapneme a vypneme. Moderní HDD mají speciální elektronické obvody na detekci úbytku napětí a velmi rychle zajistí aretaci hlav pomocí speciálních úchytek, aby se nedostaly do kontaktu s plochou disku.

Z popsané technologie plyne, že rychlost disku je určena několika hodnotami:

- seek time - čas potřebný na posunutí hlav do požadovaného místa

- settle time - ustálení hlav

- latency time - čekání na pootočení desek do polohy, kdy je hlava nad požadovanou oblastí

- čas na čtení záznamu

K rychlosti přenosu informace z disku přispívá také řadič - zjednodušeně lze říci, že funguje jako tlumočník. Údaje disku překládá do formátu, kterému rozumí sběrnice počítače a naopak. Aby se snížilo riziko rušení a ztráty dat, doporučuje se používat co nejkvalitnější a nejkratší kabeláž. Proto se elektronika řadiče umísťuje přímo na pevném disku.

Řadič typu IDE (Integrated Drive Electronics), někdy také nepřesně AT - Bus. Disk s řadičem se na slot sběrnice zapojuje pomocí adaptérové karty, která je v podstatě průchozí a slouží jako zásuvka. Jednoduchost této karty umožňuje kombinovat několik řadičů na jedinou kartu. Přenosová rychlost je poměrně nízká - 1 až 8 MB/s

SCSI - Small Computer Systems Interface - umožňuje vysoké rychlosti přenosu dat a může řídit větší počet připojených zařízení, běžně 8. Připojený HD má svůj řadič a popisované rozhraní (interface) SCSI je inteligentní zažízení, které řídí a organizuje práci všech disků. Rozhraní SCSI je k dispozici nejen jako karta, která se zasune do příslušné pozice na sběrnici, ale také jako externí jednotka připojovaná na paralelní port.

EIDE - Enhanced IDE - umí pracovat se 4 periferiemi, dva HD jsou připojeny na primární vysokorychlostní port a dvě pomalejší (CD-ROM nebo pásková jednotka)* na pomalejší sekundární port.

*)ATA - (AT Attachment) je protokol, používaný pro přenos dat, stavových a řídících informací mezi PC a diskem. Jde o průmyslový standard a lze říci, že řadič IDE používá tento protokol (soubor pravidel).

*)ATAPI - (AT Attachment Packet Interface) - jedná se o rozšíření ATA o příkazy pro práci s CD ROM, streamerem a dalšími nediskovými periferiemi. Podstatné je, že se tyto periferie musí připojovat na řadič EIDE. V moderních motherboardech bývá řadič EIDE často integrován přímo na desce a podle způsobu přenosu dat umožňuje rychlost přenosu až 16,6MB/s.

Nové technické pojmy:

FAST ATA - je termín, který se používá pro pevné disky, případně systémy podporující rychlé přenosy dat podle protokolů PIO mode 3 (11,1MB/s) nebo Multiword DMA mode 1 (13,3MB/s)

FAST ATA – 2 (X) je termín, který se používá pro pevné disky, případně systémy podporující rychlé přenosy dat podle protokolů PIO mode 4 (16,6MB/s) nebo Multiword DMA mode 2 (16,6MB/s až 22MB/s) Prakticky to znamená, že se přenos dat zrychlí asi o 20%. Má to význam zejména u aplikací - digitální video, CAD, 3D

PIO - (Programmed Input Output) - přenos dat řídí procesor, může být jednoduchý nebo blokový. Procesor nedostává žádné informace o tom, jaký je stav.

- Mód 0 - PIO 0: rychlost 2-3 MB/s

- Mód 3 - PIO 3: používaný především pro lokální sběrnice VL a PCI; rychlost 11,1 MB/s

- Mód 4 - PIO 4: používaný především pro lokální sběrnice PCI*; rychlost 16,6 MB/s

*) PCI - (Pheripheral Component Interconnect) - vysokorychlostní sběrnice, pracující na frekvenci 33 MHz a s datovou šíří 32 nebo 64 bitů

Práce HDD se urychluje několika způsoby. Jeden využívá toho, že řadič hlásí splnění zápisu hned po načtení dat do své paměti a ne až po skutečně provedeném zápisu do paměti počítače. Další využívá instrukční cache paměti - řadič přijímá další požadavky ještě před vyřízením předchozích. Pak se může stát, že vhodným přeskupením pořadí požadavků se optimalizuje vystavování diskových hlav. Jedna věc je, jak rychle se vyřídí požadavek v samotném disku - vnitřní přenosová rychlost (dosahuje až 40 MB/s) a jak rychle se data dostanou z disku přes použité rozhraní ven - vnější přenosová rychlost.