Functionarea unitatii de hard-disc

Functionarea unitatii de hard-disc

Structura fizica de baza a unui hard-disc consta din discuri rotative, cu capete care se misca pe deasupra suprafetei lor si stocheaza date pe piste si sectoare. Capetele citesc si scriu date in inele concentrice numite piste (tracks), care sunt divizate in segmente numite sectoare, care stocheaza de obicei cate 512 octeti fiecare.

De obicei, unitatile de hard-disc au mai multe discuri, numite platane, care sunt amplasate unul deasupra celuilalt si se rotesc solidar, fiecare avand cate doua fete, pe care unitatea stocheaza date. Cea mai mare parte a unitatilor au doua sau trei platane, care dau patru sau sase fete, insa unele hard-discuri pentru PC au pana la 12 platane si 24 de fete cu 24 de capete pentru citirea acestora (Seagate Barracuda 180). Pistele aliate la aceeasi pozitie, de pe fiecare fata a fiecarui platan, luate impreuna, alcatuiesc un cilindru. O unitate de hard-disc are in mod normal cate un cap pentru fiecare lata de platan, toate capetele fiind montate pe un singur dispozitiv purtator, sau rack. Capetele se deplaseaza solidar inspre interior si exterior, de-a lungul razei discului; ele nu se pot deplasa independent, deoarece sunt montate pe acelasi dispozitiv purtator sau rack, denumit dispozitiv de actionare (actuator).

La inceput, cele mai multe hard-discuri se roteau la 3.600 rpm (rotatii/minut) - de aproximativ 10 ori mai repede decat o unitate de discheta. Pana recent, 3.600 rpm era ca si o constanta pentru unitatile de hard-disc. Totusi, in prezent, cea mai mare pane a unitatilor de hard-disc ating turatii mai mari. Desi vitezele pot varia, unitatile moderne rotesc de obicei platanele la 4.200 rpm, 5.400 rpm, 7.200 rpm, 10.000 rpm sau 15-000 rpm. Cea mai mare parte a unitatilor standard utilizate in PC-uri in prezent au viteza de rotatie de 5.400 rpm, iar modelele mai performante se rotesc la 7.200 rpm. Unitatea Toshiba de 3,3 GB din sistemul meu notebook se invarte la 4.852 rpm; alte unitati au turatii de 5.400, 5.600, 6.400, 7.200 si chiar 10.000 rpm. Unitatile de 10.000 rpm sau 15.000 rpm se gasesc de obicei numai in statiile de lucru sau serverelc cu performante foarte ridicate, unde se pot accepta preturile mai mari, generarea de caldura si zgomot. Vitezele mari de rotatie, combinate cu un mecanism rapid de pozitionare a capului si mai multe sectoare pe pista, sunt caracteristicile care lac un hard-disc sa fie mai rapid decat altul.

In cele mai multe hard-discuri, capetele nu ating (si nici nu trebuie sa atinga!) platanele in timpul functionarii normale. Totusi, cand capetele sunt deconectate, ele se aseaza pe suprafata discurilor care isi inceteaza rotatia. in cele mai multe unitati, cand unitatea este oprita, capetele se muta pe cilindrul situat cel mai in interior, unde se aseaza pe suprafata platanului. Acesta este numit model CSS (contact start stop). Cand unitatea functioneaza, capul gliseaza pe suprafata platanului pe parcursul rotirii pana cand se formeaza o perna de aer foarte subtire intre capete si suprafata platanului, ceea ce determina capetele sa se ridice si sa ramana suspendate la o mica distanta deasupra sau dedesubtul platanului. Daca perna de aer este deranjata de o particula de praf sau un soc mecanic, capul poate intra in contact cu platanul care se roteste la turatia normala. Cand forta de contact cu platanele in rotatie este destul de mare pentru a provoca defecte, evenimentul este numit coliziune (sau cadere) a capului. Consecinta unei coliziuni a capului poate fi de orice nivel, de la cativa octeti de date pierduti pana la o unitate distrusa in intregime. Majoritatea unitatilor au lubrifianti speciali pe platane si suprafetele dure, care pot rezista "decolarilor si aterizarilor' zilnice ale capului, ca si unor socuri mai severe.

Unele modele mai noi de unitati nu utilizeaza modelul CSS, ci un mecanism de incarcare /descarcare, care nu permite capetelor sa intre in contact cu platanele nici chiar atunci cand unitatea nu functioneaza. Utilizate pentru prima data in unitatile de 2 1/2 inci din calculatoarele notebook sau laptop, in care rezistenta la socuri mecanice este mai importanta, mecanismele de incarcare /descarcare folosesc o rampa pozitionata chiar dincolo de partea exterioara a suprafetei platanului. Atunci cand unitatea este oprita sau se afla in modul de utilizare economica, capetele urca pe rampa. La pornirea unitatii, platanelor li se permite sa atinga viteza maxima inainte de eliberarea capetelor de pe rampa, ceea ce permite curentului de aer (lagar cu perna de aer) sa impiedice orice contact cap/platan.

Pentru ca ansamblurile de platane sunt sigilate si inamovibile, densitatile de piste pe disc pot fi toarte ridicate. Multe unitati fabricate in prezent au 66.400 de piste pe inci (TPI sau tracks per inci) inregistrate pe suport sau chiar mai mult. Ansamblurile cap/disc (HDA sau Head Disk Assembly) IBM Travelstar 60GH, care contin platanele, sunt montate si sigilate in incinte sterile, in conditii sanitare stricte. Pentru ca putine companii repara ansambluri HDA, depanarea sau inlocuirea componentelor din interiorul unui ansamblu HDA sigilat poate fi costisitoare. Orice hard-disc fabricat va inceta sa functioneze pana la urma. Singurele intrebari sunt: cand se va intampla aceasta si daca ati realizat copii de siguranta ale datelor dumneavoastra.

Multi utilizatori de PC-uri stiu ca hard-discuri le sunt fragile si, comparativ vorbind, ele se numara printre componentele fragile ale calculatorului personal. in aceste conditii, este surprinzator pentru studentii de la seminariile mele de depanare si modernizare a calculatoarelor sau restaurare a datelor sa vada ca lucrez cu diverse hard-discuri fara carcasa si chiar ca indepartez si pun Ia loc carcasa in timpul functionarii unitatii. Unitatile respective continua sa stocheze datele perfect si in prezent, cu sau fara carcasa. Fireste, nu recomand sa incercati acest test cu propria dumneavoastra unitate.

Exista o analogie clasica prin care se compara, pastrand proportiile, interactiunea dintre capetele si suportul dintr-un hard-disc obisnuit cu zborul unui Boeing 747 Jumbo Jet la cativa metri deasupra solului la viteza de croaziera (peste 800 km/h). Am tot auzit aceasta analogie de ani de zile, iar in trecut am folosit-o si eu in numeroase randuri, fara sa verific daca analogia este tehnic corecta cand este aplicata la hard-discurile moderne. Si nu este.

Probabil cel mai inexact aspect al analogiei cu un aparat 747 este folosirea unui avion, de orice tip ar fi, pentru descrierea interactiunii cap-suport. Conform acestei analogii, capetele ar zbura foarte jos pe deasupra suprafetei discului, dar, tehnic, acest lucru nu este adevarat. Capetele nu zboara deloc in sensul aerodinamic clasic, ci plutesc sau "schiaza' pe o perna de aer, care este antrenata in rotatie de catre platane.

O analogic mult mai buna ar fi cu un vehicul pe perna de aer in loc de un avion; functionarea unui asemenea vehicul modeleaza mult mai bine actiunea capetelor intr-o unitate de hard-disc. Ca si o nava pe perna de aer, capetele unitatii se bazeaza intrucatva pe forma partii inferioare a capului pentru a captura si a dirija perna de aer care le mentine deasupra discului. Prin natura sa, perna de aer pe care plutesc capetele se formeaza numai in imediata apropiere a platanelor si, in industria unitatilor de disc, este adesea numita lagar cu perna de aer.

M-am gandit ca este timpul sa formulez o alta analogie, care sa descrie mai corect dimensiunile si vitezele la care opereaza in prezent un hard-disc. Am consultat caracteristicile unui model concret de unitate de hard-disc, apoi am marit si am adus la scara toate dimensiunile implicate cu un factor mai mare de 300.000. Pentru exemplul meu, am utilizat o unitate IBM Deskstar 75GXP, care este o unitate ATA (cu interfata AT Attachment) de 75 GB (capacitate formatata) si dimensiunea de 3 1/2 inci. Glisoarele capului din aceasta unitate (denumite picoglisoare), au lungimea de 0,049 inci (1,2 mm), latimea de 0,039 inci (0,9 mm) si inaltimea de 0,012 inci (0,3 mm). Capetele plutesc pe o perna de aer la aproximativ 0,15 nanometri (nm sau miliardimi de m) de la suprafata discului, in timp ce se deplaseaza cu o viteza medie de 53,55 mile pe ora (aproximativ 86 km/h, considerand diametrul mediu al pistei de 2 1/2 inci). Aceste capete citesc si scriu biti individuali distantati la numai 2,56 micro-inci (milionimi de inci) departare, pe piste distantate la numai 35,27 micro-inci. Capetele se pot muta de la o pista la alta in numai 8,5 ms in timpul unei operatii medii de cautare.

Pentru a crea analogia, am marit scara pentru a face inaltimea de plutire a capului de aproximativ 5 milimetri (cam 2 inci). Pentru ca 5 milimetri este de aproximativ 333.333 de ori mai mare decat 15 nanometri (nm), am marit toate celelalte caracteristici cu acelasi factor.

Marite la o asemenea scara, capetele acestui hard-disc obisnuit ar fi lungi de aproximativ 400 de metri, late de aproximativ 330 de metri si inalte de peste 100 de metri (inaltimea unui bloc cu 25-30 de etaje). Aceste capete de dimensiunea unui zgarie-nori ar pluti pe o perna de aer de numai 5 mm grosime (aproximativ 0,2 inci) care se deplaseaza cu o viteza de 17,8 milioane de mile pe ora (peste 28,64 milioane de km/h) si ar citi biti de date spatiati la numai 2 cm distanta, pe piste despartite de numai 29,89 cm!

Viteza proportionala de inaintare a acestui cap imaginar este dificil de inteles, asa ca voi explica pe larg. Diametrul Pamantului la ecuator este de 12.750 km, corespunzand unei circumferinte de aproximativ 40.000 km. La aproximativ 7.977 km/secunda, acest cap imaginar de dimensiunea.