1. Vonkajšie sekundárne pamäte 1.1. Pevný disk, HDD: (Hard Disk Drive)

Transcript

1 1. Vonkajšie sekundárne pamäte 1.1. Pevný disk, HDD: (Hard Disk Drive) 1 Disk, HDD (Hard Disk Drive), pevný disk, to všetko sú synonymá pre najdôleţitejšie pamäťové zariadenie slúţiace na ukladanie programov a dát. Od ostaných úloţných zariadení (CD, DVD, diskety, USB kľúče) sa líši hlavne vyššou rýchlosťou, veľkosťou a tým, ţe väčšinou je pevnou súčasťou počítača. Najznámejší výrobcovia pevných diskov sú Maxtor, Western Digital, Seagate, Quantum, IBM. Disk Stopy tvoriace cylinder sektor stopa čítacie a zapisovacie hlavy Principiálna schéma HDD Disk sa skladá z jednej alebo viacerých kruhových platní, na magnetický povrch ktorých sa v digitálnej podobe ukladajú údaje. Dáta zapisuje a číta zapisovacia a čítacia hlava, pričom kaţdá platňa má svoju hlavu. Ak je platňa obojstranná, sú ku kaţdej platni priradené hlavy dve. Hlavy sú na ramienkach, ktoré sú spojené s vysúvacím mechanizmom a ak sa posunie jedna nad povrchom svojej platne, analogicky sa posunú všetky ostatné nad svojimi povrchmi. Platne s hlavami a mechanizmom posúvajúcim hlavy sú prachotesne, nie hermeticky, uzatvorené. Elektronika starajúca sa o pohyb ramienka, roztočenie platní a prenos dát je pripevnená zo spodnej strany. Výhodou takéhoto usporiadania je, ţe pri poruche elektroniky sa dá pomerne jednoducho vymeniť. Prachotesnosť, a teda čistota vnútorného prostredia disku je dôleţitým predpokladom fungovania disku. Hlavy totiţ plávajú na vzduchovom vankúši nad platňami vo vzdialenosti asi dvetisíckrát menšej ako je hrúbka vlasu. Uţ aj odtlačok prsta na platni môţe spôsobiť haváriu Usporiadanie dát na disku Uţ vieme, ţe disk sa skladá z niekoľkých kotúčov. Kaţdý kotúč obsahuje určitý počet sústredných kruţníc, nazývajúcich sa stopy. Stopy, ktoré sú na jednotlivých kotúčoch nad sebou, tvoria cylinder. Kaţdý cylinder teda obsahuje toľko stôp, koľko je hláv. A samozrejme cylindrov je toľko koľko je stôp na jednej platni. Dáta uloţené napríklad na stope č. 700, nepokračujú na stope 701 ale na nasledujúcom povrchu na stope č Dôvod by mal byť zrejmý: Ak sa nachádza hlava nad jedným povrchom nad stopou č. 700, ostatné hlavy sú tieţ nad stopou č Takto moţno prečítať dáta, ktoré navzájom súvisia na jedno otočenie platní, bez nutnosti presúvania ramienok. Kaţdá stopa je rozdelená, podobne ako keď krájame tortu, na sektory. Jeden sektor má štandardne obsah 512 bytov. Z hľadiska operačných systémov a ich súborových systémov môţu byť sektory zoskupované do alokačných jednotiek - (clusterov). Jeden cluster môţe mať kapacitu 512 B aţ 64 KB. Veľkosť jedného sektora je dnes (rok 2011) 4096B, do roku 2006 mal jeden sektor veľkosť 512B. V minulosti bola plocha disku delená na sektory lúčovito od stredu disku, avšak dĺţ-

2 2 ka stopy sa zväčšuje čím ďalej je od stredu platne, tým sa nevyuţívala celá plocha platne. Preto dnes disky vyuţívajú Zone Bit Recording, ktorý rozdeľuje stopy na sektory podľa ich dĺţky, čím sa vyuţíva celá plocha disku, avšak prístup k dátam je zloţitejší. Rozdelenie platne na stopy a sektory. Vpravo rozdelenie vyuţívajúce Zone Bit Recording. Aby BIOS mohol zaviesť operačný systém, musí poznať údaje o počte hláv, cylindrov a sektorov na jednej stope. V minulosti bolo treba tieto hodnoty BIOSu ručne zadať. Nové disky a BIOSy sa našťastie vedia dohodnúť a BIOS si vie tieto hodnoty zistiť sám. Prenos údajov Keď príde disku poţiadavka na dáta, ak sa platne netočia, elektronika ich roztočí. Potom sa hlavy vysunú nad stopu a keď sa pod hlavami ocitne poţadovaný HDD bez vrchného krytu, popis dôleţitých časti disku. sektor, začne proces čítania alebo zapisovania. Reálne býva častejšie, ţe keď uţ je na mieste čítacia / zapisovacia hlava, prečíta sa obsah celej stopy (či všetkých stop na cylindri). To, čo bolo prečítané navyše uloţí do cache, pre prípad, ţe by prišli poţiadavky na dáta z nasledujúcich sektorov.

3 Vonkajšia konštrukcia a form factor Súčiastky pevného disku sú uloţené v prachotesnom kovovom obale, ktorý drţí pohromade celú konštrukciu a zabraňuje vniknutiu nečistôt do zariadenia. Obal sa skladá zvyčajne z dvoch samostatných častí, pričom masívnejšia je tá spodná, ktorá pozostáva z dna a tvarovaných okrajov podľa vnútorného obsahu. Na ňu je zvrchu pomocou skrutiek primontovaná druhá časť v podobe jednoduchého tenkého plátu. Z jej vrchnej strany je prilepená etiketa disku, na ktorej je uvedený výrobca, základné technické parametre, sériové a výrobné číslo a niekoľko upozornení. Na povrchu disku a aj na jeho vnútorných častiach sa pouţívajú menej známe skrutky typu TORX v podobe šesť cípej hviezdy. Majú aj určitý bezpečnostný potenciál, pretoţe pri beţných domácich predmetoch sa málo pouţívajú a zvedavý pouţívateľ sa ich pravdepodobne márne bude snaţiť odskrutkovať klasickým kríţovým alebo imbusovým skrutkovačom. V konštrukcii obalu disku si okrem skrutiek môţete často všimnúť aj niekoľko malých otvorov s rozmerom okolo 0,5 mm. Ide o zaujímavú časť, ktorá vplýva na fungovanie celého disku. Pomocou nich disk dýcha a vyrovnáva tlak vo svojom vnútri. Konštrukcia teda zabezpečuje prachotesné, ale nie hermetické uzavretie. Vnútri disku musí byť vzduch z dôvodu, ţe čítacia a zapisovacia hlava doslova letí na vzduchovom vankúši. Keby sme disk umiestnili do vákuovej nádoby a zapli ho, hlavička by sa pri roztočení platní na vzduchu nezdvihla a spôsobila by zničenie nielen seba, ale aj platne. K tomu sa však ešte dostaneme. Okrem potrebného prísunu vzduchu slúţia otvory aj na vyrovnanie atmosférického tlaku. Keby bol tlak malý alebo, naopak, priveľký, disk by nefungoval správne, pretoţe výška hlavy by bola v nesprávnej vzdialenosti od platne. Pevný disk môţe bez problémov operovať zhruba do výšky 3000 metrov nad morom. Prevádzky v lietadlách, ktoré lietajú oveľa vyššie sa to samozrejme netýka, pretoţe kabína a priestor pre pasaţierov sú tlakované do podobného stavu, ako je na zemi. Dierky v konštrukcii disku sa teda v ţiadnom prípade nesmú zakrývať a prelepovať (na etikete nájdete aj upozornenie na túto skutočnosť), pretoţe hrozí váţne a trvalé poškodenie celého disku. O prachotesnosť sa starať netreba, pretoţe disk má vnútri filtre. S označením form factor sme sa stretli uţ pri opise základných dosiek. Aj v tomto prípade ide o štandard pre rozmery jednotlivých diskov, ktorý umoţňuje v jednom zariadení bez problémov pouţiť disk od rôznych výrobcov. V súčasnosti sa stretnete s dvoma typmi veľkostí 3,5" a 2,5". Táto veľkosť v palcoch označuje rozmer dátovej platne. Konštrukcia 3,5-palcového disku meria 14,6 10,1 cm, pričom výška je zvyčajne 2,2 cm (pri jednoplatňových variantoch to môţe byť ešte menej). Tento rozmer sa pouţíva pre klasické PC, ale môţete ho nájsť aj v iných zariadeniach, ako sú napríklad DVD rekordéry či niektoré typy veľkých kopírovacích zariadení. Menší 2,5-palcový variant má rozmer 6,9 10 cm, výšku 0,7 aţ 1,5 cm a je určený hlavne pre notebooky. V minulosti sa objavovali ešte menšie disky (1,8" aţ 0,85") na pouţitie v kamerách a prenosných prehrávačoch, dnes ich však uţ celkom nahradili pamäťové karty Diskové platne a kapacita Len čo odkryjete vrchný poklop pevného disku, naskytne sa vám pohľad na zrkadlovo lesklé diskové platne zaberajúce vnútri najväčší priestor. Keďţe sú na nich uloţené všetky dáta, práve od nich závisí, akú bude mať disk kapacitu. Disky pre osobné počítače obsahujú jednu aţ päť platní. Z hľadiska prevádzky je výhodnejšie, ak má disk menej platní. Produkuje totiţ menej hluku, má menšiu spotrebu a je aj o niečo menej náchylný na poruchy. Viac platní je však potrebných na dosiahnutie vysokých dátových kapacít. Postupom času sa výrobcovia predháňali v tom, kto poskytne platne a disky s vyššou kapacitou. V súčasnosti sa na trhu pevne usadili 500 GB aţ 2 TB pevné disky formátu 3,5" s maximálnym objemom dát 667 GB na jednu platňu.

4 4 Pravdepodobne ste si uţ niekedy všimli, ţe kapacita disku udávaná výrobcom nesúhlasí s kapacitou udávanou operačným systémom. Je to z toho dôvodu, ţe výrobcovia diskov sa v minulosti dohodli, ţe na výpočet veľkosti budú pouţívať klasickú desiatkovú sústavu. Podľa tohto výpočtu má teda 1 kb spolu 1000 bajtov. Vo výsledku tak 1 TB disk zodpovedá 1000 GB, 1 GB zas 1000 MB atď. V rámci softvéru sa však vychádza z dvojkovej, respektíve z osmičkovej sústavy, kde platí, ţe 1 bajt má 8 bitov. Násobky sú teda 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, ktoré sú vám celkom určite známe z niekoľkých druhov hardvéru. Vo výsledku má teda 1 GB aţ 1024 MB a 1 TB zas 1024 GB. Keďţe výrobcovia diskov uvádzajú kapacitu v desiatkovej sústave, po osadení disku do PC bude operačný systém (počítajúci kapacitu inak) ukazovať menší objem. Čím väčší disk bude, tým väčší a očividnejší bude aj rozdiel. Nápravu tohto stavu pritom môţeme očakávať len ťaţko. Jeden výrobca diskov si jednoducho nemôţe dovoliť začať kapacitu rátať tak ako operačné systémy, pretoţe by opticky ponúkal disky s menšou kapacitou ako konkurencia. Diskové platne majú najčastejšie uloţené dáta z oboch svojich strán (nie je to však podmienka). Aby ich teda bolo moţné čítať, musí byť čítacia a zapisovacia hlava prítomná navrchu aj naspodku kaţdej platne zvlášť. Práve z tohto dôvodu môţete na obrázkoch vidieť, ţe rameno s hlavami je vsunuté medzi jednotlivé platne. Dáta sa ukladajú na platne do sústredných kruţníc, nazvaných stopy. Tieto stopy sú samostatné (nejde o špirálu) a smerom k okraju disku sa postupne zväčšujú. Sú veľmi maličké a na platni ich je obrovské mnoţstvo. Na rozdiel od gramofónovej platne by ste ich voľným okom, ale aj obyčajným optickým mikroskopom hľadali márne. Ako sme uţ spomenuli, pevné disky obsahujú jednu alebo viac diskových platní. Keďţe kaţdá platňa jedného HDD má jednotlivé stopy na danom mieste rovnako veľké, leţia nad sebou v zákryte. Rovnaké stopy na jednotlivých platniach nad sebou vytvárajú tzv. cylinder. Vzhľadom na to, ţe všetky čítacie a zapisovacie hlavy sú zavesené na Usporiadanie vrstiev materiálov diskovej platne jednom ramene, vţdy sa nachádzajú nad rovnakým úsekom všetkých platní. Na obrázkoch si všimnite, ţe platne sú ukotvené k stredu kruhovou svorkou s niekoľkými skrutkami. Tie drţia všetky platne pripevnené k rotoru, vďaka čomu sa točia celkom synchronizovane. Keby ste otvorili kryt disku a bez nejakého poškodenia platní ho znova zavreli, disk pri troche šťastia bude znova fungovať. O vyčistenie vnútra od pár prachových čiastočiek sa postará filter. No ak odskrutkujete svorku rotora a platne sa vzájomne pohnú oproti sebe čo i len o desatinu milimetra, o všetky svoje dáta ste nenávratne prišli. Je to z dôvodu, ţe kaţdá stopa je rozdelená na veľké mnoţstvo samostatných priečnych blokov. Rovnako ako stopy aj jednotlivé bloky sú na platniach nad sebou v zákryte a spoločne vytvárajú diskový sektor. Aká-

5 5 koľvek zmena vzájomnej polohy platní má preto fatálne a nevratné následky. No ak o disk uţ nejde (napríklad preto, ţe je uţ nefunkčný), môţe sa v demontáţi pokračovať. Po odskrutkovaní sa svorka uţ dá jednoducho zdvihnúť smerom dohora a po odklopení ramena môţeme jednotlivé platne vytiahnuť. Ich hrúbka nie je veľmi veľká. Platne sú len o niečo hrubšie ako klasické DVD a nepresiahnu rozmer 2 mm. Sú však podľa očakávania oveľa pevnejšie, ťaţšie a len tak sa neohnú. Platne sú navzájom oddelené prostredníctvom kovových prstienkov, ktoré sa dajú vyberať spolu s nimi. Nie sú k platniam nijako pripevnené a drţia len tlakom skrutiek medzi svorkou, rotorom a platňami. Ich výška vytvára priestor na zasunutie ramena s čítacími a zapisovacími hlavami. Základom diskovej platne je nosná neohybná vrstva (odtiaľ názov pevný disk) zo skla alebo hliníka. Tvorí najväčšiu časť hrúbky platne a je to stabilný základ pre ostatné vrstvy. Nad ňou sa nachádzajú dva podkladové stupne. Výrazne hrubšia je spodná vrstva zliatiny niklu a fosforu, ktorá dosahuje hrúbku okolo nm. Nad ňou sa nachádza uţ podstatne tenšia (pribliţne 50 nm) vrstva z chrómu, ktorá je podkladom pre nosič informácie. Dáta nesie magnetická vrstva, hrubá pribliţne 30 nm (ľudský vlas má hrúbku pribliţne 60 mikrónov), pričom ako materiál je pouţitý oxid ţelezný a kobalt. Keďţe čítacia hlava sa pohybuje nad diskovou platňou veľmi nízko, treba ju nejakým spôsobom chrániť pri náhodnom strete vo vysokej rýchlosti. Ochranu pred poškodením magnetickej vrstvy zabezpečuje vrchná, menej ako 15 nm hrubá vrstva uhlíka s vysokou tvrdosťou. Aby sa pri náhodnom strete nepoškodila nielen dátová vrstva, ale ani hlavička, je na hornej strane diskovej platne nanesená ešte miniatúrna (asi 1 nm) vrstva lubrikantu, ktorá zabezpečuje hladké skĺzavanie hlavy pri náraze Rameno s čítacími a zapisovacími hlavami Čítacia a zapisovacia hlava je najpokročilejšia a technologicky najzloţitejšia súčasť pevného disku, ktorá veľkou mierou vplýva na jeho výkon. Jej úlohou je konverzia bitov do podoby magnetických pulzov (pri zápise), pomocou ktorých ich ukladá na záznamovú platňu disku, respektíve ich spätný prevod do podoby bitov (pri čítaní). Vo všeobecnosti ide o pomerne jednoduché konvertovanie elektrického signálu na magnetický a zas naopak, čo bude mnohým celkom správne evokovať magnetofónovú pásku. Prirovnať však moţno len základný koncept. Počas vývoja pevných diskov sa pouţívalo veľa metód zápisu na diskové platne, pričom všetky vyuţívali špecializovaný spôsob kódovania informácií. Kaţdá informácia je zapisovaná pomocou miniatúrnych magnetických polí s rozdielnou polaritou. Keďţe magnet má dva póly (sever a juh), dajú sa zapísať dva rôzne stavy. Hlavička otočí magnetický materiál na veľmi maličkej časti platne buď smerom na juh, alebo na sever. Mnohým čitateľom v tejto súvislosti napadne, ţe to vlastne zodpovedá dvojkovému jazyku počítačov, pri ktorom sú všetky dáta reprezentované jednotkami a nulami. V ideálnom prípade by sa teda riešil zápis tak, ţe jednotke by bol priradený napríklad sever a nule juh. Ţiaľ, ako to uţ býva, takéto jednoduché riešenie nie je moţné. Keby sme napríklad vedľa seba zapísali dve jednotky, totoţné magnetické polia vedľa seba by sa zliali do jedného. Okrem toho, aby nedochádzalo k nepriaznivým prienikom polí, musia byť skutočne veľmi slabé. Hlavička disku sa pohybuje obrovskou rýchlosťou. Pri beţných diskoch dosahuje nad točiacimi sa platňami rýchlosť aţ 100 km/h, pričom pri kmitaní počas rýchlej zmeny smeru dochádza k preťaţeniu viac ako 100 G, teda pôsobeniu sily rovnajúcej sa stonásobku jej vlastnej hmotnosti. Na porovnanie, beţná osoba krátkodobo dokáţe zvládnuť bez straty vedomia hodnoty 5 G, prípadne pri pouţití špeciálneho obleku, aký pouţívajú napríklad piloti stíhacích lietadiel, aţ 9 G. Hodnoty nad 10 G však uţ bývajú smrteľné.

6 6 Z toho vyplýva, ţe podrobné určovanie toho, akú má ktorá mikrooblasť polaritu, nie je pri takej rýchlosti moţné. To, čo však hlavička pri takej rýchlosti dokáţe a na čo Prezentácia dát pri čítaní a zápise na disk je citlivá, je detekcia zmeny polarity. Tento prejav je podstatne výraznejší a dobre merateľný. Vo výsledku teda hlavička pri čítaní nemeria hodnotu polarity, ale hlavne intenzitu a frekvenciu zmeny magnetických polí. Dáta sú tak kódované do magnetickej informácie v podobe dlhších a kratších úsekov, reprezentovaných jednotlivými polaritami, pričom pri dekódovaní jednotlivých intervalov dochádza k interpretácii dát viz. obrázok. Hlavičku pohybujúcu sa nad diskovou platňou nedrţí nijaké lanko ani kotviaci mechanizmus. Hlavička doslova lieta na tenkom vzduchovom vankúši, vytváranom rýchlo sa točiacimi platňami. V prípade, ţe by v disku nijaký vzduch nebol, malo by to fatálne dôsledky. Zrejmým nebezpečenstvom celého mechanizmu je náhly kontakt bleskovo kmitajúcej hlavičky a rozkrútených platní. Keďţe hlavička lieta nad platňou vo vzdialenosti niekoľkých desiatok nanomet- Rôzne typy čítacích a zapisovacích hlavičiek pevných diskov, ich veľkosť aj so sliderom nie je väčšia ako hlavička špendlíka

7 7 rov, kaţdá smietka alebo otras znamená váţny problém. Nebezpečenstvo nečistôt je takmer eliminované prítomnosťou filtrov (pozri ďalej). S nebezpečenstvom otrasov sa vyrovnáva rameno, na ktorom je tesne za hlavičkou umiestnený tzv. slider. Tento termín by sa dal doslovne preloţiť ako kĺzač, čo aj vystihuje jeho účel. Ide o jemnú podušku, ktorá sa v prípade otrasu dotkne platne ako prvá a odrazí rameno späť bez toho, aby došlo k dotyku platne s hlavou. Jeho sekundárnou úlohou je ukotviť a stabilizovať veľmi maličkú čítaciu a zapisovaciu hlavu na správnom mieste ramena. V okamihu, keď rameno vytiahnete spomedzi platní, dôjde vplyvom tlaku ramena k zaklapnutiu, pri ktorom protiidúce slidery do seba narazia. Rameno disku podobne ako platne rozpoznáte veľmi ľahko. Ide zvyčajne o konštrukciu v tvare trojuholníka v dolnej časti, ktorá sa smerom k svojmu koncu špicatí, pričom na špičke nesie čítaciu a zapisovaciu hlavičku. Rozvetvenie ramena závisí od počtu platní. Pokiaľ ide o disk s tromi obojstrannými platňami, bude mať rameno šesť častí, pričom kaţdá bude pozostávať z hlavičky a slidera nad, resp. pod dátovou vrstvou. Výrobcovia však pouţívajú často jedno rameno pre viacero diskov, a preto napríklad v prípade dvojplatňového disku môţete vidieť, ţe rameno je určené pre trojplatňový a jedna pozícia (vrchná) je prázdna, bez akejkoľvek hlavičky a slidera. Rameno je v základe jednoduchá kovová konštrukcia, pri ktorej sa kladie dôraz na výraznú pevnosť, stabilitu (uţ spomínané extrémne rýchle zmeny smeru) a nízku hmotnosť. Hľadisko hmotnosti a pruţnosti je práve dôvod, prečo má v sebe rameno výrezy (a pri základni má tvar triangla). Rameno sa otáča ako celok iba vo svojej osi. Jednotlivé časti sa pohybujú súčasne, a teda nie je moţné, aby sa hlavička pod treťou platňou nachádzala na inej pozícii ako tá pod druhou. Pohyb všetkých podlaţí ramena je v kaţdej chvíli úplne totoţný. Pohyb pri čítaní a zapisovaní je v rámci jednej priamky. Rameno teda smeruje len od jedného okraja platne po druhý. Obsah celého objemu platní je mu prístupný len vďaka tomu, ţe sa platne pod ním otáčajú. Pri vypínaní disku sa rameno odkloní z pozície nad diskovými platňami a hlavičky zaparkuje do špeciálne tvarovanej kolísky na okraji. Moderné disky sú samoparkovacie a aj pri náhlom výpadku napájania sa rameno samovoľne zaparkuje pomocou zotrvačnosti a malej rampy alebo pruţiny. Nie je to však tak v kaţdom disku, pretoţe niektoré parkovaciu kolísku vôbec nemajú. Pri vypnutí sa pri stále pomalšie točiacich platniach vzduchový vankúš zmenšuje a hlavičky nakoniec zostanú zaparkované na slideroch na platni. Pri zapnutí ich vzduchový vankúš opätovne zdvihne a zabráni kontaktu pri vysokej rýchlosti Vystavovací mechanizmus Za viditeľnou osou ramena, konkrétne v tej širšej časti, nájdete vystavovací mechanizmus (aktuátor). Ide o zariadenie vykonávajúce všetky pohyby ramena a priamo ovplyvňujúce to, ako rýchlo dokáţe rameno kmitať a posúvať hlavičky medzi jednotlivými stopami. Veľmi výkon- Vystavovací mechanizmus moderných diskov, v pravo je neodýmový magnet, vľavo je vystavovacia cievka a pod ňou je vidieť dolný magnet

8 8 né disky sa nevyznačujú len rýchlo sa otáčajúcimi platňami, ale disponujú aj veľmi rýchlym a presným aktuátorom. Hlavné časti aktuátora v moderných diskoch sú magnet a vystavovacia cievka (voice coil). Na obrázku kompletného disku si všimnite strieborný štvrťkruh v rohu na konci ramena. Ide o krytku, pod ktorou sa skrýva horný neodýmový magnet vystavovacieho zariadenia. Ak z tejto strany priloţíte skrutkovač, pomerne slabo sa k nej pritiahne. Po odskrutkovaní a otočení sa situácia zmení. Neodýmový magnet je najsilnejší prírodný magnet a pri neopatrnej manipulácii môţe ľahko dôjsť k úrazu. Oproti beţným magnetom, akými ľudia prichytávajú odkazy na chladničke alebo zárubni, generuje oveľa silnejšie magnetické pole a pri veľkosti, v akom ho nájdete v disku, uţ môţe spôsobiť nepríjemné zranenie v podobe silného priškripnutia prstov ku kovovému predmetu alebo v horšom prípade druhej časti magnetu. Vo väčšom vyhotovení by bol magnet schopný svojou silou spôsobiť aj zlomeniny, z čoho je zrejmé, ţe celkom určite nepatrí do rúk deťom. Po odobratí horného magnetu sa odhalí vystavovacia cievka na ramene. Tá je umiestnená v silnom magnetickom objatí medzi horným a spodným neodýmovým magnetom na oboch svojich stranách. Medzi nimi pritom nedochádza k ţiadnemu fyzickému kontaktu. Ide o elektromagnetický pohon, pri ktorom cievkou prechádza elektrický prúd a podľa jeho sily je čoraz viac vychyľovaná magnetickou silou generovanou magnetmi. Keďţe aj malá zmena elektrického prúdu sa prejaví na magnetickom poli veľmi citlivo, je moţné veľmi precízne posúvanie ramena oboma smermi. Pri navigovaní ramena sa pouţíva spätná väzba. Kaţdá stopa disku je presne označená. Hlavička toto číslo číta a podľa toho riadiaca elektronika dokáţe správne určiť, či treba na skočenie na poţadované číslo pohnúť ramenom smerom dopredu alebo dozadu (teda či je potrebné prúd zosilniť alebo zoslabiť). Príkaz elektroniky disku spočíva v tom, ţe zadá ramenu, aby sa pohybovalo určitým smerom aţ dovtedy, kým hlavička neprečíta správne číslo stopy. Z ramena vedie tenká páska s plošnými spojmi k elektronike disku, pomocou ktorého sa odovzdávajú všetky príkazy. Ak rameno a jeho plošné spoje od konštrukcie disku oddelíte, zostane pod ním uţ len spodný neodýmový magnet, priskrutkovaný k podstave disku. Keby ste oddelený horný neodýmový magnet otočili a nasmerovali k dolnému magnetu opačne, magnetické pole vytvorené medzi nimi by malo dostatočnú silu na to, aby pohlo a odsunulo celé telo disku. S vystavovacím mechanizmom úzko súvisí tzv. prístupová doba (access time). Ide o časovú hodnotu oneskorenia spôsobeného jednotlivými mechanickými súčiastkami, ktoré priamo ovplyvňujú výkon disku. Prístupová doba sa skladá z niekoľkých samostatných častí. Konkrétne je to súčet oneskorenia príkazu (command overhead time), času vystavenia (seek time), času ustálenia (settle time) a čakacej doby (latency). Oneskorenie príkazu je doba, ktorá ubehne od vyslania signálu radičom aţ dovtedy, kým aktuátor skutočne pohne ramenom. V tomto prípade ide o pomerne málo dôleţitú časť prístupovej doby (okolo 0,5 ms), ktorá výsledný čas ovplyvňuje len málo. Druhý v poradí je seek time, čo je čas potrebný na to, aby rameno vyhľadalo konkrétny cylinder na disku. Ide teda vlastne o čas, kým k nemu po svojej línii doputuje. Tento parameter sa na celkovej prístupovej dobe podieľa výrazne a v prípade, ţe treba prejsť od jedného rohu platne k druhému, môţe presiahnuť aj 15 milisekúnd. Ak sú, naopak, stopy blízko, seek time je niekoľkonásobne kratší. Po vyhľadaní nasleduje ustálenie, teda settle time. Ide o dobu, za ktorú sa rameno nad správnym cylindrom z rýchleho pohybu ustáli a hlavička sa pripraví na čítanie. Podobne ako v prípade oneskorenia príkazu ide o minoritnú časť podielu na celkovom čase (okolo 0,1 ms). Štvrtý, ale významný čas je latencia. V okamihu, keď je hlavička nad správnou stopou, pravdepodobne nebude ešte nad správnym blokom, respektíve sekto-

9 9 rom. Musí teda počkať, kým sa konkrétna časť platne dokrúti aţ pod ňu. Na túto dobu výrazne vplýva rýchlosť otáčok platní a aj to, či ide o krátku stopu pri centre disku alebo dlhú na jeho vonkajšom okraji. Priemerná latencia pri beţných 7200-otáčkových diskoch je okolo 4 ms. Po spočítaní všetkých štyroch oneskorení vzniká celková prístupová doba. Keďţe sa v jednotlivých situáciách líši, udáva sa v testoch diskov jej priemer Motor Motor otáčajúci diskovými platňami sa nachádza priamo v osi platní a uvidíte ho hneď, ako odoberiete ich vrchnú svorku so skrutkami. Po úplnom odstránení platní si ho môţeme pozrieť podrobnejšie. Vzhľadom na to, ţe otáča platne pri beţných diskoch rýchlosťou 5400 aţ Motor pevného disku pre roztočenie platní, vľavo hore je osadený v konštrukcií disku bez platní, vľavo dole je prepojenie s PCB na spodnej strane disku, vpravo hore je samostatný motor oddelený od tela disku, vpravo dole je odkrytie rotora a pohľad na hriadeľ otáčok za minútu, a to niekoľko hodín denne po dobu niekoľkých rokov, ide o skutočného mechanického pracanta v celkovej konštrukcii. Okrem vytrvalej práce sa od motora disku očakáva to, ţe sa nebude prehrievať, bude mať čo najvyššie otáčky a zároveň bude čo najtichší a nebude spôsobovať veľké vibrácie. Keďţe v prípade motorčeka ide o protiklady, treba nájsť medzi jednotlivými vlastnosťami správny balans. V klasických stolových počítačoch sa najčastejšie pouţívajú motorčeky otáčajúce platňami rýchlosťou 7200 otáčok za minútu (ot./min). V prípade tzv. zelených ekologických edícií sú pouţité motorčeky pre 5400 ot./min. Disk je v tejto podobe menej výkonný, ale na druhej strane je tichší a má menšiu spotrebu. Vhodný je napríklad vo veľkokapacitnej podobe ako dátové úloţisko pre multimediálne súbory, zatiaľ čo iný, rýchlejší disk je pouţitý pre operačný systém a programy. V notebookoch sa pouţívajú 2,5- palcové disky s 5400 ot./min beţne ako systémové. Pri notebookoch je jednoducho nízka spotreba a zahrievanie viac preferované ako výkon, a preto takéto disky nájdete v drvivej väčšine modelov, ktoré sú dnes na trhu. Na opačnom konci sú disky s či dokonca s

10 10 ot./min, kde sa, naopak, výkon uprednostňuje pred hlukom. Z týchto diskov je známa napríklad edícia Western Digital VelociRaptor, pričom pri týchto výkonných diskoch treba počítať aj s vyššou cenou (300 GB variant za 175 EUR). Na roztáčanie platní sa nepouţíva nijaká prevodová sústava. Ako si môţete všimnúť na obrázkoch, jednotlivé platne sú pripevnené priamo na rotor. Spodná nepohyblivá základňa motorčeka je fixne pripevnená k telu disku tromi úchytkami, ktorých oddelenie uţ vyţaduje rázny zásah. Vo výsledku ide o jeden kompletný kovový diel disku, z ktorého vedie len štvorpinový konektor na napájanie a riadenie otáčok. Rozmontovať sa bez pouţitia deštrukčnej sily nedá, ale to, ako pod krytkou vyzerá, si môţete pozrieť na obrázku. Na pochopenie rotačného mechanizmu lepšie poslúţi diagram. V minulosti sa pouţívali motorčeky s klasickými kovovými guľôčkovými loţiskami. Postupom času ich však nahradili kvalitnejšie a tichšie loţiská F.D.B. (fluid-dynamic bearings), kde sa kontakt kov - kov celkom odstránil a namiesto guľôčok sa pouţíva hustý olej. Z hľadiska konštrukcie vyplýva, ţe práve motor je tá najviac energeticky náročná súčiastka pevného disku. Disky preto pouţívajú rôzne druhy správy napájania a v prípade nečinnosti môţe disk prejsť do úspornejšieho reţimu, pri ktorom nie sú platne roztáčané plnou rýchlosťou. Operačné systémy takisto umoţňujú celkom zastavovať nečinné disky, ale toto riešenie sa často nehodí. Zastaviť disk je výhodné iba v prípade, ţe bude vypnutý dlhý čas. Ak operačný systém nastavíte napríklad na odpájanie diskov po polhodine, veľmi často sa stane, ţe v momente, ako na disk siahnete (napríklad ak ide o samostatný dátový disk, na ktorom nie je operačný systém), je vypnutý a musíte čakať aţ niekoľko sekúnd, kým sa platne roztočia a bude pripravený na činnosť. Práve roztočenie platní z nuly na plný počet otáčok je však najviac energeticky náročná operácia, ktorú disk musí vykonať. Udrţiavanie rýchlosti uţ roztočených platní je energeticky niekoľkonásobne menej náročné. Pokiaľ teda často disk roztáčate počas beţného pouţívania, k ţiadnemu ušetreniu na spotrebe nedochádza, práve naopak. Okrem toho je plné roztočenie aj najviac namáhavé pre motor a zbytočným zvyšovaním počtu štartov len uberáte na jeho ţivotnosti Filtre Prítomnosť filtrov sme uţ niekoľkokrát spomenuli, a preto je najvyšší časť ukázať, o čo vlastne ide. Jedno z nebezpečenstiev, ktoré disku hrozia, je prach či iné malé nečistoty, ktoré by sa mohli dostať medzi hlavičku a diskovú platňu. Len čo by rameno nečistotu zachytilo, mohlo by dôjsť k poškriabaniu dátovej platne alebo hlavičky, teda nevratnému poškodeniu disku a dát. Disky disponujú zvyčajne dvoma filtrami. Konkrétne ide o breather filter a catcher. Breather filter nájdete pri vetracích otvoroch a jeho úlohou je zabrániť vniknutiu prachových čiastočiek dovnútra disku. Keďţe disk cez tieto otvory takpovediac dýcha, označuje sa tento filter aj ako vetrací, resp. dýchací (anglické slovo breather). Filtre pevného disku vľavo filter breather s odvlhčovacími guľôčkami silikagélu, vpravo tzv. catcher na zachytávanie poletujúcich nečistôt

11 11 Okrem schopnosti zachytávať nečistoty filter obsahuje aj tzv. silikagél, ktorý moţno poznáte z odvlhčovačov. Ide o pórovitú formu oxidu kremičitého s vysokou schopnosťou pohlcovať vlhkosť. Ako vzduch cez filter prúdi, dochádza aj k jeho odvlhčeniu. Nečistoty sa však nemusia dostať do disku len zvonku. Ako sa disk postupne opotrebúva, môţe z ramien hlavičiek alebo iných častí odpadnúť miniatúrna kovová smietka. Ide zvyčajne o pevnú a veľmi ostrú časticu, ktorá je pre povrch platní extrémne nebezpečná. Aby sa nečistota nepotulovala nekontrolovane vnútri disku a nečakala na to, kým dôjde k najhoršiemu, slúţi na jej odchytenie lapací filter, tzv. catcher. Ide o malý biely vankúšik, ktorý dokáţe zachytiť nečistotu aţ do miniatúrnej veľkosti 0,3 mikrometra. Pokiaľ sa napríklad čiastočka usadí na platni, hneď ako sa disk vysokou rýchlosťou roztočí, smietka je odvrhnutá smerom k okraju, kde vo vzduchovom víre putuje priamo aţ do recirkulačného filtra, ktorý ju zachytí. Ide teda o vytvorenie akejsi dômyselnej pasce, vyuţívajúc vzduchový vír spôsobený točiacimi sa platňami. Pohyb vzduchového víru cez lapač si môţete pozrieť aj na schematickom obrázku. Schématické znázornenie recirkulácie vzduchu cez filter 1.9. Riadiaca elektronika Riadiacu elektroniku a vyrovnávaciu pamäť disku nájdete na PCB pripevnenom na spodnej strane konštrukcie. PCB môţe byť zakryté krytkou, no veľmi často je priamo viditeľné, a pokiaľ je otočené smerom von, môţete si ho bez akéhokoľvek zásahu do disku prezrieť. Výrobe PCB vrátane materiálu, ktorý sa naň pouţíva, sme sa dostatočne venovali v predchádzajúcich častiach nášho článku o základných doskách a grafických kartách, a preto prejdeme rovno k integrovaným súčastiam. Na PCB pevného disku nájdete niekoľko samostatných súčastí, starajúcich sa o rôzne parametre a činnosti, ktoré súvisia s jeho prevádzkou. Treba riadiť napríklad motorček, vystavovací mechanizmus, celý proces konverzie dát na magnetické polia atď. Najväčší čip na PCB je hlavný radič disku. Ide o diskový procesor, ktorý má na starosti kalkulácie týkajúce sa čítania a zápisu, teda riadenie prevodu digitálnej informácie zloţenej z núl a jednotiek do fyzickej reprezentácie v podobe magnetických polí (a naopak). Na obrázku je vidieť PCB disku Maxtor DiamondMax Plus 9 s kapacitou 120 GB a rozhraním SATA, ktorý poslúţil na rozobratie a nafotenie niektorých vnútorných súčastí. Pomerne novou technológiu je NCQ (Native Command Queuing), ktorá má za úlohu optimalizovať prácu disku. Pri nahromadení poţiadaviek disk priebeţne vyhodnocuje, kde má čítať či zapisovať a pruţne mení poradie operácií. Napríklad ak sa nazhromaţdia poţiadavky pre načítanie stop 150, 17, 300, 5 nebude čítať v tomto poradí, ale v poradí 5, 17, 150, 300. Ak sa nachádzali v danom momente hlavy bliţšie k stope č. 300 bude poradie 300,150,17,5, čo minimalizuje presúvanie hláv, a teda skracuje celkovú dobu vybavovania poţiadaviek. NCQ pomáha pri beţnej práci, keď rôzne programy pracujú s rôznymi dátami na disku. Treba si uvedomiť, ţe neurýchli prácu pri sekvenčnom prístupe k veľkým objemom (nefragmentovaných) dát. NCQ je moţné pouţiť len na plnohodnotných SATA diskoch. Teda nie na diskoch SATA, ktoré sú v skutočnosti PATA s prevodníkom na SATA. Aby bolo moţné vyuţiť disky s NCQ je nutné mať riadiacu jednotku SATA podporujúci toto rozšírenie štandardu Serial ATA v. 1.0.

12 12 Doska plošných spojov pevného disku Hlavný radič je typu ARDENT C8-C Hoci jednotlivé dosky plošných spojov obsahujú podobné súčiastky, ich typ a rozmiestnenie je rôzne (čo je dobre známe aj zo základných dosiek). Odlišnosti pritom nenájdete len medzi jednotlivými modelmi a výrobcami, ale aj v rámci disku s rovnakými parametrami, no z neskoršej výrobnej série. Keďţe zničenie elektroniky patrí k najčastejším príčinám nefunkčnosti pevného disku, na internete môţete nájsť mnoho spoločností, ktoré sa zaoberajú predajom rôznych typov PCB (sú určené hlavne pre firmy špecializujúce sa na záchranu dát). Pokiaľ zoţeniete PCB rovnakého typu, aké má váš poškodený disk (v minulosti bolo napr. namontované na disku, ktorý bol vyrobený v rámci rovnakej série ako váš), moţno po premontovaní elektroniky inak mŕtvy disk znovu oţiviť a zachrániť dáta. No ak je PCB trochu odlišné, výmena disk nenávratne poškodí. Napríklad uţ spomenutý DiamondMax Plus 9 má desiatky rôznych typov PCB. Druhý najväčší čip na PCB je vyrovnávacia pamäť (cache). V našom prípade ide o 54-pinový čip Samsung K4S641632F-TC60 s kapacitou 8 MB. Principiálne je to rovnaký pamäťový čip, aký nájdete na moduloch operačných pamätí a na grafických kartách. Slúţi na urýchlenie čítacích a zapisovacích operácií, keď sú do tejto rýchlej pamäte nahrávané dáta v predstihu, aby procesor toľko nečakal na skutočný fyzický proces čítania a zápisu pevného disku. Keďţe ide o vyrovnávaciu pamäť, pouţívanú len pri jednotlivých diskových operáciách, nezostávajú v nej uloţené ţiadne dáta dlhý čas a pri odpojení od elektrického napájania je podobne ako operačná pamäť vymazaná. Vo všeobecnosti je väčšia pamäť disku prospešná a urýchľuje niektoré operácie, ale nejde o priamu úmernosť. Disk s dvojnásobnou cache nebude ani zďaleka dvojnásobne rýchlejší. V niektorých prípadoch však

13 13 nejaké to percento výkonu navyše získa. V súčasnosti sa pouţívajú vyrovnávacie pamäte diskov vo veľkostiach 8 aţ 64 MB. Malý štvorcový čip naľavo od vyrovnávacej pamäte je SMOOTH L7250E 1.2. Ide o radič starajúci sa o otáčky a manaţment motorčeka, ako aj o posuv vystavovacieho mechanizmu. Čip s rovnakými rozmermi v dolnej časti je Marvell 88i TBC. Je to prevodník medzi zbernicou PATA a SATA. PCB teda vychádza z návrhu na zbernicu PATA/IDE, ale pomocou tohto čipu bolo prerobené na podporu SATA. V pravom hornom rohu môţete nájsť ešte malý 8-pinový čip pamäte flash, ktorý nesie firmvér disku. Tento diskový BIOS sa dá často pomocou špeciálnych utilít výrobcu nastavovať a meniť napríklad predvolený reţim energetického manaţmentu či iných vlastností Dátové zbernice a napájanie pevných diskov V minulosti sa na pripojenie pevných diskov (ale aj optických mechaník) pouţívala zbernica PATA (často označovaná aj ako ATA alebo IDE). V prípade tejto zbernice boli disky pripojené pomocou charakteristických širokých plochých káblov so 40 alebo 80 ţilami. Konektor na disku pozostával z 39 pinov, ale jeho usporiadanie zodpovedalo dvom radom po dvadsať výstupkov. Jeden však akoby chýbal, vďaka čomu bolo vzhľadom na záslepku IDE disk. V zľava napájanie, v strede lišta na nastavenie Master, Slave, CS. Napravo dátový konektor. nemoţné zapojiť kábel opačne. Keďţe na jeden PATA kábel sa dali pripojiť dve zariadenia, vedľa konektora dátovej zbernice ste mohli nájsť osem alebo sedempinové pozície na svorky, tzv. jumpery. Pomocou nich sa nastavovalo, ktoré zariadenie bude na kábli pri komunikácii so základnou doskou primárne a ktoré sekundárne. Svorka po zasunutí spojila dva susedné piny a pomocou rôznych kombinácií sa volil príslušný reţim, pričom pri nesprávnej pozícii nemuselo vôbec dôjsť detekcii disku BIOS-om. Jednotlivé pozície mávali disky odlišné, a preto bolo treba správnu pozíciu hľadať na etikete. Svorka sa mohla nastaviť do pozície PRIMARY (primárne zariadenie), SECONDARY (sekundárne zariadenie) a CS (Cable Select). V tomto prípade BIOS sám určil, ktoré zariadenie bolo primárne a ktoré sekundárne. Existovali však aj ďalšie nastavenia, ako napríklad SINGLE, ktoré sa pouţívalo v prípade, ţe disk bol na kábli pripojený bez spoločníka. Nebola to však vţdy nevyhnutnosť (postačilo napr. nastavenie na MASTER alebo úplné odstránenie jumpera). Medzi ďalšie a uţ menej pouţívané nastavenia patrilo vodorovné zasúvanie jednej alebo viacerých svoriek, keď sa mohlo nastavovať napríklad obmedzovanie kapacity a iné reţimy disku. V súčasnosti sa pevné disky PC pripájajú k základnej doske prostredníctvom zbernice SATA. Ide o tenký, 7-pinový kábel, ktorý je proti opačnému zasunutiu chránený tvarom koncovky do písmena L. Na rozdiel od PATA však na disku nenájdete ostré kovové výčnelky, ale len ploché kontakty. Hoci rozhranie prešlo tromi evolučnými krokmi, konektor zostal stále rovnaký.

14 14 Prvá verzia SATA s prenosovou rýchlosťou 1,5 Gb/s sa dnes uţ nepouţíva, môţete ju však nájsť na starších doskách z čias, keď bolo rozhranie PATA ešte dominantné a SATA sa len pomaly začínalo presadzovať na trhu. Druhá verzia, vo väčšine prípadov označovaná ako SATA II (správne však SATA 3 Gb/s), uţ celkom obsadila trh a stala sa prioritnou dátovou zbernicou pre disky a mechaniky osobných počítačov. V súčasnosti sa na najnovších doskách spoločne s ňou osadzuje aj tretia verzia SATA (SATA 6 Gb/s). Aj napriek tomu, ţe v prípade SATA sa pre kaţdé zariadenie pouţíva samostatný dátový kábel, nájdete na niektorých diskoch pozície na svorky. Na rozdiel od PATA však uţ neslúţia na nastavovanie priority. Umoţňujú limitovanie zbernice na niţšiu rýchlosť, respektíve jej prestavenie na staršiu špecifikáciu. Ak si zakúpite napríklad disk s rozhraním SATA II, na starých základných doskách s prvými verziami SATA nemusí vôbec fungovať. Pomocou prestavenia do staršieho reţimu sa problém odstráni. Pokiaľ vlastníte práve takúto dosku, pred kúpou disku si overte, či disponuje moţnosťou nastavenia pre staršiu špecifikáciu SATA. Okrem PATA a SATA sa v priebehu histórie pouţívalo a pouţíva na pripojenie diskov aj niekoľko druhov zbernice SCSI. Tá je však doménou serverov a špeciálnych pracovných staníc. V prípade klasických domácich PC sa toto rozhranie nikdy nepresadilo. Napájanie disku zabezpečuje konektor priamo zo zdroja. Pri diskoch PATA sa v minulosti pouţíval štvorpinový konektor molex Pozostával z dvoch čiernych uzemňovacích ţíl, jednej červenej s napätím 5 V a jednej ţltej s napätím 12 V. Veľká nevýhoda tohto konektora bola ťaţká manipulácia v podobe zasúvania a vyberania, pretoţe pliešky s kontaktmi boli pohyblivé a nie vţdy dobre pasovali na napájacie kontakty disku. Spoločne s rozhraním SATA prišla nová verzia napájacieho konektora, ktorá vzhľadom pripomína dátový konektor SATA. Ide rovnako o konektor v tvare písmena L, ktorý je však o niečo väčší a má 15 plochých kontaktov (3 3,3 V, 3 5 V, 5 uzemnenie a 1 kontakt na reguláciu otáčok). Rovnako ako molex 8981 však pozostáva zo štyroch ţíl. Vzhľadom na jeho tvar je manipulácia s ním oveľa jednoduchšia a pohodlnejšia. Prvé disky SATA obsahovali pre kompatibilitu oba typy napájacích konektorov, pretoţe konektory SATA na zdrojoch ešte neboli veľmi rozšírené. Pouţívateľ tak zapojil dátový kábel SATA, ale na napájanie pouţil molex. Dnes uţ disky molexový konektor neobsahujú, no ak je potrebné pripojenie k veľmi starému zdroju, dá sa pouţiť redukcia na napájanie Prvý mód Ultra-ATA 33 vyuţíval k pripojeniu plochý 40 ţilový dátový kábel, ktorý sa pri ďalších módoch stal nepouţiteľným, kvôli tomu ţe sa jednotlivé signály navzájom ovplyvňovali. Nahradil ho kábel 80 ţilový, u ktorého bolo 40 vodičov dátových a zvyšných 40 slúţilo ako tienenie aby sa dátové vodiče navzájom neovplyvňovali. SATA v cene okolo 1 eura. Kaţdý disk v sebe obsahuje radič, ktorý riadi všetky operácie na disku a sprostredkuje komunikáciu s matičnou doskou. Základná doska sprostredkováva iba komunikačný kanál medzi oboma zariadeniami. Táto technológia sa volá ATA (Advanced Technology Attachment) alebo tieţ nazývaný IDE (Integrated Drive Electronics) a existuje z nej niekoľko verzií. Pôvodnou metódou na prenos dát bola PIO (Programmed input/output).

15 15 Prenos kompletne ovládal procesor, preto bol vhodný skôr pre pomalé zariadenia. PIO existoval v niekoľkých módoch líšiacich sa rýchlosťou prenosu. Najstarší bol PIO mod 0 s maximálnou prenosovou rýchlosťou 3,3MB/s. Ďalej nasledovali módy 1-4 s prenosovými rýchlosťami 5,2MB/s, 8,3 MB/s, 11,1 MB/s a 16,7 MB/s. Pri prenose väčšieho mnoţstva dát sa stal PIO nevyhovujúcim (spotreboval významnú časť výkonu procesora) a nahradil ho mód DMA/UDMA (Ultra/Direct Memory Access priami prístup do pamäte). DMA umoţňuje pouţívať systémovú pamäť na čítanie a zápis nezávisle od procesora. Ako aj PIO tak aj DMA existuje v niekoľkých verziách, konkrétne UDMA 33, 66, 100, 133, štandardy sa tam označujú ako Ultra-ATA 33, 66, 100 a 133. Prenosová rýchlosť označuje číslo módu v MB/s (Ultra-ATA 33 33MB/s). Paralelné rozhranie bolo však postupom času nedostatočné a prekonané sériovým rozhraním, známim pod skratkou S-ATA (Serial-ATA), paralelné rozhranie dostalo novú skratku P-ATA (Paralel- ATA). SATA v súčastnosti existuje v 3 verziách SATA 1, SATA 2, SATA 3, s maximálnymi rýchlosťami 1,5 Gb/s, 3 Gb/s a 6 Gb/s. Nástupcom paralelného rozhrania sa stalo rozhranie sériové. Informácie sa do dátovom vodiči prenášajú sériovo, čiţe byt po byte za sebou po jednom vodiči. Môţe sa zdať ţe po jednom vodiči sa presunie podstatne menej informácií ako to bolo u paralelného rozhrania ibaţe sériové rozhranie dovoľuje pracovať na podstatne vyšších frekvenciách a tým preniesť dostatočné mnoţstvo dát. Špecifikácia SATA 1 bola vytvorená uţ v roku 2001, v roku 2004 sa tieto disky začali rozširovať a dva roky na to získali nad diskami PATA prevahu. Prenosová rýchlosť prvej generácie SATA bola 1,5Gb/s čo predstavuje rýchlosť 150MB/s. Je treba spomenúť ţe na rozdiel od PATA diskov ktoré pouţívali 8 bitové kódovanie je to u SATA diskov 10 bitov. Najväčšiu zmenu prekonali káble. Sú ľahké a flexibilné, sedemţilové, môţu byť aţ jeden meter dlhé. Oproti krátkym (45 cm) 40 alebo 80 ţilovým PATA káblom sú tieto veľkou výhodou. Serial ATA ruší zdieľanie kanálov (ako master/slave pri PATA) a dáva kaţdému zariadeniu vlastný kanál. SATA umoţňuje pripojiť Porovnanie esata konektora (vľavo) a SATA konektora (vpravo). disk technológiou Hot-Swap, ktorá dovoľuje pripojiť a odpojiť disk za behu počítača tak, aby ho operačný systém rozpoznal, čo u PATA nebolo moţné. Táto moţnosť sa najviac hodí s novším štandardom esata (External SATA) externá SATA, ktoré je alternatívou pre pripojenie externých diskov. Oproti externým diskom s rozhraním USB či FireWire dokáţe poskytnúť plný výkon SATA a tieţ podporu SMART. Počas prenosu zaťaţuje procesor len minimálne. Dovoľuje dvojnásobnú dĺţku kábla ako SATA (aţ 2 metre), jeho konektory sú navrhnuté na častejšie odpájanie a pripájanie. V minulosti sa pouţívalo zapojenie SCSI (Small Computer System Integrated) skazy téma pre projekt

16 Parametre charakterizujúce disk: 16 [A.] Kapacita: súčasné beţné disky majú kapacitu okolo 300 GB, najväčšie niekoľko TeraB. Disky majú v skutočnosti miesto pre údaje menšie. Časť kapacity totiţ zaberú pre seba súborové systémy, ktoré si na disk ukladajú popis rozmiestnenia jednotlivých súborov a adresárov. Tým pouţívateľovi zneprístupnia časť kapacity disku. Tento jav je známy ako rozdiel medzi naformátovanou a nenaformátovanou veľkosťou disku. Ďalším faktorom znamenajúcim rozdiel v očakávanej kapacite je marketingový ťah predajcov diskov, uvádzajúcich veľkosť disku tzv. decimálnej definícií. Rozdiel môţe byť okolo viac ako 5%. [B.] Rýchlosť disku: Rozlišuje sa interná a externá rýchlosť. a. Interná: ako dlho trvá disku od prijatia poţiadavky po jej vybavenie, teda zapísanie dát alebo pripravenie prečítaných dát na odoslanie. Táto rýchlosť závisí iba od disku. Hlavné parametre sú: priemerná vyhľadávacia doba (Average seek time) je čas potrebný na vystavenie hlavičiek nad poţadovanú stopu. Súčasné disky majú túto hodnotu okolo 8,5 ms a menej. Doba nábehu (Rotationallatency) čas okolo 4,2 ms a menej. Priemerný čas na presun hlavičiek zo stopy na stopu (Track to track seek time) býva okolo 0,8 ms. Priemerný čas prepnutia medzi hlavičkami (Head switch time) býva od 1 do 2 ms. Prístupová doba (Access time) - najdôleţitejšia hodnota. Je to súčet všetkých oneskorovacích časov - latency a vyhľadávacích časov -seek časov. Počet otáčok - priemerné disky majú 7200 ot./min, rýchlejšie ot./min. alebo ot./min. a staré disky mali 5400 ot./min. Cache pamäť - pohybuje sa beţne od 2 do 8MB a viac. b. Externá: ako dlho trvá celkové vybavenie poţiadavky. Závisí: aj od pouţitého typu zbernice a rozhrania. Typ rozhrania - PATA, SATA, SCSI [C.] Hustota záznamu: pri danej kapacite, čím vyššia hustota záznamu, tým menšia plocha a presuny hláv si vyţadujú menej času. [D.] Veľkosť: 3,5" disky sú najpouţívanejšie, 2,5" vyuţívajú hlavne notebooky. [E.] Cena: cena za MB. Čím väčší disk, tým je cena za MB niţšia. [F.] Hlučnosť, spotreba, tepelná strata. RAID viac diskov môţe byť zapojených do tzv. RAIDu -Redundant Array of Inexpensive/Independent Disks. Táto záloha sa robí z dvoch dôvodov. zvýšenie rýchlosti. Ak je napríklad treba nahrať 60 MB súbor pri prenosovej rýchlosti 10MB/s trvá to pri jednom disku šesť sekúnd. Ak sú pouţité dva disky a na oba je moţné zapisovať naraz, moţno na prvý zapísať prvú polovicu, na druhý zvyšok - Stripping, (prekladanie) a takto dosiahnuť' skrátenie prenosu na tri sekundy. Výhodou je, ţe zapojením lacnejších (rozumej pomalších) diskov je moţné dosiahnuť rýchlosť drahších diskov. Nevýhodou je, ţe ak sa pokazí jeden z diskov, prídeme o všetky údaje, lebo polovica dát je väčšinou samostatne nepouţiteľná. zabezpečenie proti strate údajov. Ak máme dva disky a na kaţdý zapisujeme to isté, potom pri zlyhaní jedného disku neprídeme o ţiadne dáta - Mirroring (zrkadlenie). Nevýhodou je dvojnásobná cena.

17 17 Existuje a vyuţíva sa viacero verzií RAID: - RAID 0: - Stripping prekladanie, rozdeľuje bloky údajov súmerne medzi dva, alebo viac diskov. Tým sa teoreticky zvýši rýchlosť zápisu a čítania násobne podľa počtu diskov, reálne to bude menej. Uplatní sa to hlavne pri veľkých súboroch, naopak pri malých je nárast výkonu zanedbateľný. Celková kapacita sa rovná pre n diskov n - násobku kapacity najmenšieho z nich, preto je vhodné spájať disky s rovnakou kapacitou. Nevýhodou je podstatne zvýšená pravdepodobnosť straty dát, pretoţe pri poruche čo by len jedného disku sú nenávratne stratené všetky dáta. - RAID 1: Mirroring - vytvára identickú kópiu dát na dvoch alebo viacerých diskoch. Z toho vyplýva ţe ide o pole, ktorého cieľom je zvýšiť bezpečnosť. Pokiaľ sa poškodia dáta na jednom disku identické údaje sú na disku druhom. Nevýhodou je ţe sa stráca podstatná časť diskového priestoru. - RAID 2: rozdeľuje dáta na bitovej úrovni na 3 alebo viac diskov s pouţitím Hammingovho kódu na opravu chýb. Disky sú synchronizované radičom. Dáta sú rozdeľované po bitoch, a tie sú ukladané striedavo na disky. V súčasnosti sa tento spôsob uţ nepouţíva. - RAID 3: rozdeľuje dáta na bajtovej úrovni s vyhradeným (dedikovaným) diskom. Dáta sú rozdeľované po bytoch na jednotlivé disky a jeden disk je rezervovaný pre kontrolu parity Minimálny počet diskov je 3. Parita je vypočítavaná pomocou logickej funkcie XOR. - RAID 4: dáta sú rozdeľované po blokoch (stripped) a jeden disk je rezervovaný na kontrolu parity. Podobá sa na RAID 3 ale je rýchlejší, lebo umoţňuje rôznym diskom spracovávať rôzne poţiadavky na čítanie. Pri RAID 3 to nebolo moţné, dáta jedného bloku sú na všetkých diskoch (s výnimkou paritného). - RAID 5: (Striped Set With Distributed Parity - prekladanie s paritou) - pouţíva rozdeľovanie dát na blokovej úrovni s paritou na kaţdom disku. Je to jedna z najpouţívanejších implementácií systému RAID. Pre vytvorenie diskového poľa sú potrebné minimálne tri disky, kapacita systému je n-1 násobok kapacity najmenšieho disku. Pri zlyhaní ktoréhokoľvek z diskov si toto pole zachováva funkčnosť za cenu zníţeného výkonu - chýbajúce bloky dát sú priebeţne dopočítavané z dátových a paritných blokov zvyšných diskov. Po výmene disku nastáva rebuild poľa - z dátových a paritných blokov funkčných diskov sa dopočítajú chýbajúce bloky na vymenenej jednotke. V prípade poruchy dvoch diskov naraz dochádza k strate všetkých dát. Rýchlosť čítania z RAID 5 sa takmer vyrovná rýchlosti RAID 0. Nevýhodou riešenia je pomalý zápis. - RAID 6: (Striped Set With Dual Distributed Parity) - zaloţené na RAID 5, ale na disky sa ukladajú dva druhy kontrolných paritných údajov. pouţíva rozdeľovanie na blokovej úrovni, podobne ako RAID 5, a rozširuje ho o ďalší blok s paritou. Pouţíva teda dva bloky s paritou na kaţdom disku. Výhodou je vyššia odolnosť voči zlyhaniu jednotlivých diskov, nevýhodou v porovnaní s RAID 5 ešte nákladnejšia réţia v zmysle poklesu výkonu pri operáciách zápisu.

18 18 - RAID 7: zaloţené na RAID 3 a RAID 4, ale s niekoľkými rozšíreniami. Ako jediný nie je RAID 7 otvorený priemyselný štandard. - RAID 1+0, RAID 0+1 (tieţ RAID 10, RAID 01): sú kombinácie toho najlepšieho z technológie RAID O a I, t. j. zrkadlenia a prekladania. RAID 10 je prekladanie viacerých zrkadlených diskov. RAID 01 je zrkadlenie skupiny prekladaných diskov. - RAID 3+0(30), RAID 0+3(03) a RAID 5+0(50), RAID 0+5(05) - pracujú podobne ako predtým popísané spôsoby. Na pouţitie RAID je nutné mať špeciálnu riadiacu jednotku, či uţ hardvérovú alebo softvérovú. Treba si taktieţ uvedomiť, ţe základná doska umoţňuje štandardne pripojiť iba štyri diskové zariadenia a jedným z nich býva CD alebo DVD. Preto je lepšie pouţívať hardvérovú riadiacu jednotku, ktorá môţe byť súčasťou základnej dosky a taká to doska umoţní pripojiť diskových zariadení viac.

19 1.2. PRUŢNÝ DISK, FLLOPY DISK, FDD (FLLOPY DISK DRIVE) 19 CHARAKTERISTIKA FDD (FLOPPY DISK DRIVE). Vynález disketovej mechaniky je prisudzovaný Alanovi Shugartovi, ktorý v roku 1967 bol v skupine vo firme IBM a zaoberal sa vývojom pevným diskov. Jeden z jeho pracovníkov s menom David Noble, navrhol disketu s priemerom 8 palcov. V minulosti bola disketová mechanika jedným z najlepších záznamových médií, určených na archiváciu cenných dát. Jej predchodcom boli magnetické pásky a ešte skôr dierne štítky, ktorých praktickosť, rýchlosť a kapacita nedosahovali uspokojujúce hodnoty. Disketu predstavuje plastový kotúč, na ktorý je nanesená magnetická vrstva. Tá je chránená plastovým puzdrom štvorcového tvaru. Po Porovnanie veľkosti FDD mechanik 8, 5,25 a 3,5 vloţení diskety do mechaniky sa magnetická hlava prisunie k plastovému kotúču s magnetickou vrstvou. Na čítanie a zápis sa pouţíva tá istá magnetická hlava. Dáta sa na disketu ukladajú na sústredné kruţnice (stopy s konštantným odstupom). Disketa sa otáča zásadne v smere hodinových ručičiek. Následne sa magnetická hlava presunie nad poţadovanú stopu, pritlačí sa a uskutoční sa vstupno- výstupná operácia. Kaţdá stopa má svoj začiatok aj koniec, označený tzv. indexovým otvorom. Stopa 00 má špecifický význam. Sektor reprezentuje úsek dát, ktoré sú zapisované, ale aj čítané ako celok. S pojmom naformátovaná a nenaformátovaná disketa ste sa iste všetci stretli. Rozdiel je v usporiadaní a zriadení dát na diskete tak, aby príslušný operačný systém alebo systém inštrukcií vedel rozoznať a správne identifikovať dáta. Nenaformátovaná disketa je taká, do ktorej veľkosti spadajú aj sektorové značky, synchronizačné polia a zaznamenané dáta. Naformátovaná disketa a jej veľkosť je prezentovaná len ako zapisovateľný objem dát do dátovej štruktúry naformátovanej diskety. Pre praktickú pouţiteľnosť je smerodajný parameter veľkosti naformátovanej diskety. Najmenšou zapisovateľnou jednotkou je sektor, sektory sú nahrávané za sebou a majú rovnakú dĺţku. Kaţdý sektor má vlastný identifikátor, ktorý sa dá iba čítať (zapisuje sa pri formátovaní). Vzhľadom na to, ţe rýchlosť otáčok sa počas zápisu môţe mierne zmeniť, je za posledným sektorom takzvaná medzera stopy, ktorej dĺţka nie je presne definovaná. Končí sa aţ nábehom ďalšieho indexového impulzu. Pri disketách sa môţeme stretnúť so skratkami: SS jednostranná disketa, DS obojstranná disketa, SD jednoduchá hustota záznamu (FM), DD dvojitá hustota záznamu (MFM), HD vysoká hustota (prenosová rýchlosť MFM 500 KB/s pri 360 ot./min.), ED veľmi vysoká hustota (diskety 3,5" naformátované na 2,88 Mb)