Jump to content
Sign in to follow this  
Lifehacker

Ο Σκληρός Δίσκος (Hard Disk)

Recommended Posts

Πώς Δουλεύουν οι Σκληροί Δίσκοι
Όλοι οι σύγχρονοι ηλεκτρονικοί υπολογιστές περιέχουν έναν ή και περισσότερους οδηγούς σκληρού δίσκου (hard-disk drives). Οι υπολογιστές τύπου mainframe και supercomputers είναι συνήθως συνδεδεμένοι με εκατοντάδες σκληρών δίσκων. Ακόμη και σ' άλλες συσκευές, όπως είναι οι εγγραφείς DVD (DVD Recorders) ή και οι εγγραφείς βίντεο (Video Recorders), χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο σήμερα σκληροί δίσκοι για την αποθήκευση των δεδομένων αντί για τις παραδοσιακές κασέτες (tapes).
 
Όλα αυτά τα δισεκατομμύρια των σκληρών δίσκων έχουν ως αποστολή την αποθήκευση των ψηφιακών πληροφοριών σ' ένα μόνιμο μέσο, ώστε αυτές οι πληροφορίες να διατηρούνται ακόμα κι όταν κλείσουμε τον υπολογιστή μας. Θα δούμε τι βρίσκεται στο εσωτερικό ενός σκληρού δίσκου καθώς επίσης και τον τρόπο οργάνωσης των GB (GigaBytes) των δεδομένων που διατηρούν οι σκληροί δίσκοι σε αρχεία.
 
Τα Βασικά για τους Σκληρούς Δίσκους
Οι σκληροί δίσκοι εφευρέθηκαν τη δεκαετία του 1950 και ήταν αρχικά μεγάλοι δίσκοι έως 50 εκατοστά σε διάμετρο και με χωρητικότητα λίγα μόλις MB (MegaBytes). Αρχικά τους αποκαλούσαν σταθερούς δίσκους (fixed disks) ή και Winchesters, που ήταν μια από τις πρώτες εταιρείες κατασκευής τους.
 
Αργότερα έγιναν γνωστοί με τον όρο σκληροί δίσκοι (hard disks) ώστε να ξεχωρίζουν από τις δισκέτες ή μαλακούς δίσκους (floppy disks). Οι σκληροί δίσκοι περιέχουν έναν σκληρό δίσκο (πλατώ, platter) το οποίο περιέχει το μαγνητικό μέσο, σε αντίθεση με το εύκαμπτο πλαστικό φιλμ που υπάρχει στις κασέτες (tapes) και τις δισκέτες (floppies).
 
Αμφότεροι οι σκληροί δίσκοι και οι κασέτες χρησιμοποιούν τις ίδιες τεχνικές μαγνητικής εγγραφής και έχουν έτσι τα βασικά πλεονεκτήματα αυτής της μαγνητικής εγγραφής, που σημαίνει ότι το μαγνητικό μέσο μπορεί εύκολα να διαγραφεί και να επανεγγραφεί και επίσης έχει τη δυνατότητα να διατηρεί για πολλά χρόνια τα δεδομένα που είναι αποθηκευμένα πάνω του με μαγνητικό τρόπο.
 
 
Η Κασέτα και ο Σκληρός Δίσκος
Οι σημαντικότερες διαφορές ανάμεσα στις κασέτες (cassette tapes) και τους σκληρούς δίσκους (hard disks) είναι οι εξής :


  • Το μαγνητικό υλικό εγγραφής σε μια κασέτα επικαλύπτεται πάνω σε μια λεπτή πλαστική λωρίδα, ενώ σ' έναν σκληρό δίσκο, το μαγνητικό υλικό εγγραφής στρωματοποιείται σ' έναν δίσκο από αλουμίνιο υψηλής ακρίβειας ή σ' ένα γυαλί. Το πλατώ (platter) του σκληρού δίσκου γυαλίζεται ώστε να γίνει λείο σαν καθρέπτης.

  • Με μια κασέτα, θα πρέπει να πάμε γρήγορα μπροστά (fast-forward) ή πίσω (reverse) για να φθάσουμε σε κάποιο συγκεκριμένο σημείο της κασέτας. Αυτό μπορεί να αποβεί χρονοβόρο αν έχουμε μια μεγάλη κασέτα. Αντίθετα, σ' έναν σκληρό δίσκο, μπορούμε να πάμε σ' ένα οποιοδήποτε σημείο της επιφάνειας του δίσκου σχεδόν στιγμιαία.

  • Σε μια συσκευή που διαβάζει κασέτες (cassette-tape deck), η κεφαλή ανάγνωσης/εγγραφής (read/write head) ακουμπάει επάνω στην ίδια την κασέτα (ταινία), ενώ σ' έναν σκληρό δίσκο, η κεφαλή ανάγνωσης/εγγραφής (read/write head) ίπταται πάνω από τον δίσκο και ποτέ δεν τον ακουμπάει.

  • Η κασέτα σε μια συσκευή που διαβάζει κασέτες (cassette-tape deck) μετακινείται πάνω από την κεφαλή με ταχύτητα περίπου 2 ίντσες (5,08 εκατοστά) το δευτερόλεπτο. Το πλατώ ενός σκληρού δίσκου μπορεί να περιστραφεί κάτω από την κεφαλή του με ταχύτητα έως και 3.000 ίντσες το δευτερόλεπτο ή 272 χιλιόμετρα την ώρα.

  • Οι πληροφορίες (δεδομένα) σ' έναν σκληρό δίσκο αποθηκεύονται σε πάρα πολύ μικρές μαγνητικές περιοχές σε σύγκριση με μια κασέτα. Το μικρό μέγεθος αυτών των περιοχών γίνεται κατορθωτό με την ακρίβεια του πλατώ και την ταχύτητα του μέσου.

Εξαιτίας αυτών των διαφορών, ένας σύγχρονος σκληρός δίσκος μπορεί να αποθηκεύσει πάρα πολύ μεγάλη ποσότητα πληροφοριών σε μικρό χώρο και επίσης μπορεί να έχει πρόσβαση σ' αυτές τις πληροφορίες σε κλάσματα του δευτερολέπτου.
 
Χωρητικότητα και Απόδοση
Ένα τυπικό συγκρότημα ενός σύγχρονου υπολογιστή διαθέτει έναν σκληρό δίσκο με χωρητικότητα τουλάχιστον 80 ή και 120 GB (GigaBytes). Τα δεδομένα είναι αποθηκευμένα στον δίσκο με τη μορφή αρχείων και ένα αρχείο (file) είναι απλά μια ονοματισμένη συλλογή από bytes.
 
Αυτά τα bytes μπορεί να είναι αποθηκευμένα σε κώδικα ASCII όσον αφορά τους χαρακτήρες ενός αρχείου κειμένου (text file) ή μπορεί να αποτελούν τις οδηγίες για μια εφαρμογή λογισμικού που θα πρέπει να εκτελέσει ο υπολογιστής ή μπορεί να αποτελούν τις εγγραφές (records) μιας βάσης δεδομένων (database) ή τέλος, μπορεί να είναι τα χρώματα των εικονοστοιχείων (pixel colors) μιας εικόνας (image).
 
Ανεξάρτητα από το τι περιέχει, ένα αρχείο είναι απλά μια σειρά (string) από ψηφιολέξεις (bytes) και όταν ένα πρόγραμμα που εκτελείται στον υπολογιστή ζητάει στοιχεία από ένα αρχείο, ο σκληρός δίσκος βρίσκει (ανακτά) τα bytes του αρχείου και τα στέλνει στην CPU ένα-ένα.  
Υπάρχουν δύο τρόποι για να μετρήσουμε (εκτιμήσουμε) την απόδοση ενός σκληρού δίσκου :


  • Ρυθμός Μετάδοσης Δεδομένων (Data Rate). Είναι ο αριθμός των bytes ανά δευτερόλεπτο που ο οδηγός σκληρού δίσκου μπορεί να στείλει στην CPU. Συνήθεις ρυθμοί μετάδοσης δεδομένων είναι ανάμεσα στα 5 και 40 MB (MegaBytes) το δευτερόλεπτο.

  • Χρόνος Αναζήτησης (Seek Time). Είναι ο χρόνος που απαιτείται από τη στιγμή που η CPU ζητήσει ένα αρχείο μέχρις ότου σταλεί στην CPU το πρώτο byte του αρχείου. Συνήθεις χρόνοι αναζήτησης είναι από 10 έως 20 χιλιοστά του δευτερολέπτου (milliseconds).

Η άλλη σημαντική παράμετρος ενός σκληρού δίσκου είναι η χωρητικότητα (capacity), που είναι ο αριθμός των bytes που μπορεί να αποθηκεύσει και μετράται σήμερα σε μερικές δεκάδες ή και εκατοντάδες GB (GigaBytes).
 
 
Η Ηλεκτρονική Πλακέτα
Ο καλύτερος για να καταλάβουμε το πώς λειτουργεί ένας σκληρός δίσκος είναι να ρίξουμε μια ματιά στο εσωτερικό του, αλλά όχι να ανοίξουμε το κάλυμμά του γιατί θα τον καταστρέψουμε, εκτός κι αν έχουμε έναν χαλασμένο σκληρό δίσκο. Το κάλυμμα του σκληρού δίσκου είναι ένα σφραγισμένο κουτί από αλουμίνιο μ' ένα κύκλωμα ηλεκτρονικού ελεγκτή (controller) κολλημένο στη μια πλευρά του. Το ηλεκτρονικό κύκλωμα ελέγχει τον μηχανισμό ανάγνωσης/εγγραφής (read/write mechanism) καθώς και τον κινητήρα (motor) που περιστρέφει τα πλατώ (platters).
 
Το ηλεκτρονικό κύκλωμα επίσης συναρμολογεί τα μαγνητικά κομμάτια του δίσκου σε bytes κατά την ανάγνωση και μετατρέπει τα bytes σε μαγνητικά κομμάτια κατά την εγγραφή. Όλα αυτά τα ηλεκτρονικά περιέχονται σε μια μικρή πλακέτα (board) η οποία εξέχει από τον υπόλοιπο μηχανισμό.
 
 
Κάτω από την Πλακέτα
Κάτω από τη πλακέτα βρίσκονται οι συνδέσεις για τον κινητήρα ο οποίος περιστρέφει τα πλατώ, όπως επίσης και μια πολύ καλά φιλτραρισμένη τρύπα αερισμού που εξισορροπεί τις πιέσεις του εσωτερικού και του εξωτερικού αέρα. Αν αφαιρέσουμε το κάλυμμα του οδηγού θα δούμε τα εξής εξαρτήματα :


  • Τα Πλατώ (Platters). Συνήθως περιστρέφονται με ταχύτητα από 3.600 έως or 7.200 rpm (στροφές το δευτερόλεπτο) όταν ο οδηγός είναι σε λειτουργία. Είναι κατασκευασμένα για να αντέχουν σε πολύ σκληρές συνθήκες και είναι λεία σαν καθρέπτες.

  • Ο Βραχίονας (Arm). Αυτός κρατάει τις κεφαλές ανάγνωσης/εγγραφής (read/write heads) και ελέγχεται από έναν μηχανισμό. Μπορεί να μετακινήσει τις κεφαλές από το κέντρο έως την άκρη του οδηγού. Ο βραχίονας και ο μηχανισμός μετακίνησης που διαθέτει είναι πάρα πολύ ελαφρείς και γρήγοροι. Ο βραχίονας σ' έναν τυπικό οδηγό σκληρού δίσκου μπορεί να μετακινηθεί από το κέντρο στην άκρη και ξανά πίσω έως και 50 φορές το δευτερόλεπτο.

Τα Πλατώ και οι Κεφαλές
Για να μπορέσουν να αυξήσουν την ποσότητα των πληροφοριών που μπορεί να αποθηκευθεί στον οδηγό, οι περισσότεροι σκληροί δίσκοι περιέχουν πολλά πλατώ, όπως για παράδειγμα 3 πλατώ και 6 κεφαλές ανάγνωσης/εγγραφής, δηλ. 2 κεφαλές ανά πλατώ.
 
Ο μηχανισμός που μετακινεί τους βραχίονες σ' έναν σκληρό δίσκο θα πρέπει να είναι εξαιρετικά γρήγορος και ακριβής και κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας έναν γραμμικό κινητήρα υψηλής ταχύτητας (high-speed linear motor).
 
 
Η Αποθήκευση των Δεδομένων
Τα δεδομένα (data) αποθηκεύονται στην επιφάνεια ενός πλατώ σε τομείς (sectors) και τροχιές (tracks). Οι τροχιές είναι ομόκεντροι κύκλοι και οι τομείς είναι τόξα πάνω σε μια τροχιά. Ένας τομέας περιέχει έναν συγκεκριμένο αριθμό από bytes, όπως για παράδειγμα 256 ή 512 bytes. Συνήθως πολλοί μαζί τομείς ομαδοποιούνται σε συστοιχίες (clusters), είτε σε φυσική είτε σε λογική διάταξη, δηλ. σε επίπεδο οδηγού ή σε επίπεδο λειτουργικού συστήματος, αντίστοιχα.
 
Για να βρούμε τη χωρητικότητα ενός σκληρού δίσκου σε bytes δεν έχουμε παρά να πολλαπλασιάσουμε τις εξής ποσότητες :
 
αριθμός πλατώ Χ τροχιές ανά πλατώ Χ τομείς ανά τροχιά Χ bytes σε κάθε τομέα
 
Ένας τυπικός σκληρός δίσκος
HardDisk01.jpg
 

Άποψη από το εσωτερικό ενός σκληρού δίσκου
HardDisk03.jpg

 

 
Σχεδιάγραμμα ενός σκληρού δίσκου όπου φαiνονται οι τροχιές (tracks), οι τομείς (sectors), η κεφαλή ανάγνωσης/εγγραφής (read/write head), το πλατώ (platter) και ο νοητός κύλινδρος (cylinder) που σχηματίζεται
HardDisk02.gif
 

Άποψη από το εσωτερικό δύο σκληρών δίσκων, 3,5 και 5 1/4 ιντσών
HardDisk04.jpg

 
ΠΗΓΗ: ΚΕΝΤΡΟ ΠΛΗ.ΝΕ.Τ. Ν. ΦΛΩΡΙΝΑΣ

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this  

×
×
  • Create New...

Important Information

This page uses cookies to confirm that you will have the best user experience. More Privacy Policy