Dysk twardy

Napęd dysku twardego ((ang.) hard disk drive) - rodzaj pamięci masowej, wykorzystujący nośnik magnetyczny do przechowywania danych. Nazwa "dysk twardy" wynika z zastosowania twardego materiału jako podłoża dla właściwego nośnika, w odróżnieniu od dyskietek ((ang.) floppy disk, czyli miękki dysk), w których nośnik magnetyczny naniesiono na podłoże elastyczne.

Pierwowzorem twardego dysku jest pamięć bębnowa. Pierwsze dyski twarde takie, jak dzisiaj znamy, wyprodukowała w 1980 roku firma Seagate - był przeznaczony do mikrokomputerów, miał pojemność 5 MB, czyli 5 razy więcej niż ówczesna, dwustronna dyskietka 8-calowa.

Pojemność dysków wynosi od 5 MB (przez 10MB, 20MB i 40MB - dyski MFM w komputerach klasy XT 808x i 286) do 3 TB[1] (w laptopach 20-1000 GB, w laptopach z dwoma dyskami twardymi do 4000 GB). Opracowano również miniaturowe dyski twarde typu Microdrive, o pojemnościach od kilkuset MB do kilku GB, przeznaczone dla cyfrowych aparatów fotograficznych i innych urządzeń przenośnych.

Ruch głowicy (wikipedia)

Dla dysków twardych najważniejsze są następujące parametry:

• pojemność,
• szybkość transmisji danych,
• czas dostępu do danych,
• prędkość obrotowa dysków magnetycznych (obr/min.)
• średni czas bezawaryjnej pracy (MTBF).

Kilka dysków twardych można łączyć w macierz dyskową, dzięki czemu można zwiększyć niezawodność przechowywania danych, dostępną przestrzeń na dane, zwiększyć szybkość odczytu/zapisu

Budowa dysku twardego

Dysk stały składa się z zamkniętego w obudowie, wirującego talerza (dysku) lub zespołu talerzy, wykonanych najczęściej ze stopów aluminium, o wypolerowanej powierzchni, pokrytej nośnikiem magnetycznym o grubości kilku mikrometrów, oraz z głowic elektromagnetycznych umożliwiających zapis i odczyt danych. Na każdą powierzchnię talerza dysku przypada po jednej głowicy odczytu i zapisu. Głowice są umieszczone na elastycznych ramionach i w stanie spoczynku stykają się z talerzem blisko osi, w czasie pracy unoszą się, a ich odległość nad talerzem jest stabilizowana dzięki sile aerodynamicznej (głowica jest odpychana od talerza podobnie jak skrzydło samolotu unosi maszynę) powstałej w wyniku szybkich obrotów talerza. Jest to najpopularniejsze obecnie rozwiązanie (są też inne sposoby prowadzenia głowic nad talerzami).
Ramię głowicy dysku ustawia głowice w odpowiedniej odległości od osi obrotu talerza w celu odczytu lub zapisu danych na odpowiednim cylindrze. Pierwsze konstrukcje (do ok. 200MB) były wyposażone w silnik krokowy, stosowany uprzednio w stacjach dyskietek. Wzrost liczby cylindrów na dysku oraz konieczność zwiększenia szybkości dysków wymusił wprowadzenie innych rozwiązań. Najpopularniejszym obecnie jest tzw. voice coil czyli cewka, wzorowana na układzie magnetodynamicznym stosowanym w głośnikach. Umieszczona w silnym polu magnetycznym cewka porusza się i zajmuje położenie zgodnie z przepływającym przez nią prądem, ustawiając ramię w odpowiedniej pozycji. Dzięki temu czas przejścia między kolejnymi ścieżkami jest nawet krótszy niż 1 milisekunda, a przy większych odległościach nie przekracza kilkudziesięciu milisekund. Układ regulujący prądem zmienia natężenie prądu, tak by głowica ustabilizowała jak najszybciej swe położenia w zadanej odległości od środka talerza (nad wyznaczonym cylindrem).

Informacja jest zapisywana na dysk przez przesyłanie strumienia elektromagnetycznego przez antenę albo głowicę zapisującą, która jest bardzo blisko magnetycznie polaryzowalnego materiału, zmieniającego swoją polaryzacją magnetyczną wraz ze strumieniem indukcji magnetycznej. Informacja może być z powrotem odczytana w odwrotny sposób, gdyż zmienne pole magnetyczne powoduje indukowanie napięcia elektrycznego w cewce głowicy lub zmianę oporu w głowicy magnetyczno oporowej.
Ramiona połączone są zworą i poruszają się razem. Zwora kieruje głowicami promieniowo po talerzach a w miarę rotacji talerzy, daje każdej głowicy dostęp do całości jej talerza.
Zintegrowana elektronika kontroluje ruch zwory, obroty dysku, oraz przygotowuje odczyty i zapisy na rozkaz od kontrolera dysku. Niektóre nowoczesne układy elektroniczne są zdolne do skutecznego szeregowania odczytów i zapisów na przestrzeni dysku oraz do remapowania sektorów dysku, które zawiodły. uszkodzenia głowicy
Obudowa chroni części napędu od pyłu, pary wodnej, i innych źródeł zanieczyszczenia. Jakiekolwiek zanieczyszczenie głowic lub talerzy może doprowadzić do uszkodzenia głowicy (head crash), awarii dysku, w której głowica uszkadza talerz, ścierając cienką warstwę magnetyczną. Awarie głowicy mogą również być spowodowane przez błąd elektroniczny, uszkodzenie, błędy produkcyjne dysku lub zużycie.

Dyski SSD

Geneza SSD

Skrót SSD pochodzi od Solid State Disk (albo Drive), co po polsku można przetłumaczyć jako dysk (lub napęd) stały.
Chodzi tutaj o napędy, które podobnie jak pendrive'y zbudowane są z pamięci typu flash. Zarówno pamięci USB, jak i dyski SSD nie mają ruchomych podzespołów mechanicznych. W przeciwieństwie do twardych dysków i napędów DVD, dyski SSD nie zawierają żadnych części ruchomych.

Chip pamięci: SSD składają się z modułów pamięci i elektroniki sterującej i obywają się bez ruchomych podzespołów mechanicznych. Dlatego mają bardzo krótki czas reakcji i są całkowicie odporne na wstrząsy

SSD opracowano początkowo dla komputerów, w których tradycyjne dyski okazywały się zbyt powolne lub zbyt wrażliwe, na przykład dla superwydajnych serwerów i dla armii. Pierwsze dyski SSD składały się ze zwykłych modułów pamięci, takich jakie służą każdemu komputerowi jako pamięć operacyjna. Bateria buforowa dbała o to, aby zawartość dysku pozostała zachowana również po wyłączeniu komputera.
Współczesne napędy SSD składają się natomiast prawie wyłącznie z pamięci typu flash. Ten rodzaj pamięci umożliwia przechowywanie zapisanych w niej danych bez konieczności dostarczenia zasilania. Jest to pamięć nieulotna, co odróżnia ją od pamięci RAM w naszych pecetach.

Zalety technologii SSD

Dyski SSD w stosunku do tradycyjnych napędów oferują cały szereg korzyści.

Szybszy dostęp do danych: na modułach pamięci dysku SSD można zapisywać i odczytywać dane prawie bez opóźnień. Dostęp następuje w dziesiątych częściach milisekundy. W tradycyjnym dysku układ mechaniczny musi najpierw ustawić głowicę odczytująco-zapisującą nad miejscem, w którym trzeba odczytać lub zapisać dane. Standardowym twardym dyskom zajmuje to od 8 do 15 milisekund, są więc pod względem szybkości dostępu mniej więcej sto razy wolniejsze od SSD.

Szybszy transfer: nowoczesne dyski SSD osiągają znacznie większe szybkości transferu niż twarde dyski. Współczesne profesjonalne modele stosowane w serwerach mogą przesyłać nawet 1 GB danych na sekundę, dyski przewidziane do montażu w note­bookach również są bardzo szybkie. Transfer danych przespiesza także elektronika sterująca, która wykorzystuje wszystkie moduły pamięci (najczęściej jest ich osiem lub dziesięć) równocześnie. Twarde dyski pracują zawsze z jedną głowicą zapisująco-odczytującą, a tempo zależy dodatkowo od liczby obrotów i średnicy tarczy magnetycznej: im wyższa liczba obrotów i im większa średnica, tym szybszy jest dysk. Dlatego 2,5-calowe dyski notebooków są odczuwalnie wolniejsze niż 3,5-calowe dyski pecetów. Szybki dysk SSD można zbudować w formacie 1,8 cala, a szybkość na tym nie ucierpi.

Mniejsza wrażliwość na uderzenia: dysk SSD nic sobie nie robi z szybkich poruszeń i lekkich uderzeń. Wstrząsy głowicy zapisująco-odczytującej w tradycyjnych dyskach magnetycznych mogą spowodować przerwanie transmisji, a w skrajnym przypadku głowice mogą wręcz uszkodzić tarcze magnetyczne. Po takim zderzeniu dane zapisane w miejscu kolizji są bezpowrotnie stracone.

Niższe zużycie prądu: moduły pamięci SSD zużywają na ogół nieco mniej prądu od silników elektrycznych napędzających głowice zapisująco-odczytujące. SSD zadowalają się dzięki temu mniejszą mocą, co z kolei przekłada się na minimalnie dłuższy czas pracy notebooka na akumulatorze.

Niższy hałas eksploatacyjny: wszystkie dyski SSD pracują bezgłośnie, podczas gdy w dyskach twardych przeszkadzają hałasy wywołane ruchami głowicy zapisująco-odczytujacej. Oprócz głowicy hałasuje również silnik elektryczny wprawiający w ruch talerze magnetyczne.

Budowa dysków SSD

Istnieją różne warianty dysków różniące się kilkoma parametrami rzutującymi na szybkość i ilość pamięci.

Budowa pamięci: każdy moduł SSD składa się z milionów komórek pamięci, a każda komórka to układ elektryczny. W praktyce komórki pamięci realizowane są za pomocą cyfrowych funkcji NAND i NOR. W nowoczesnych dyskach na ogół używa się układów elektronicznych z komórkami NAND.

Rodzaj pamięci: komórka pamięci może zapisywać jedną lub kilka informacji. Komórki zapisujące tylko 1 bit określane są nazwą Single Level Cell (SLC). Ich zawartość można odczytywać dowolną liczbę razy i wytrzymują do 100 000 zapisów. Te komórki wyróżniają się dużą szybkością. W większości modułów pamięci stosuje się jednak komórki w technologii zwanej Multi-Level-Cell (MLC). Jej zaletą jest możliwość zapisywania dwóch bitów informacji na komórkę. Oczywistą zaletą wobec technologii SLC jest więc podwojenie pojemności przy zachowaniu tej samej wielkości urządzenia. Oprócz tego moduły pamięci tego typu są nieco tańsze i dlatego używa się ich w większości SSD. Pamięci MLC mają też jednak wady - są z reguły wolniejsze od komórek SLC i można je zapisać najwyżej do 10 000 razy (liczba operacji odczytu nie jest ograniczona). Tę pozorną ułomność rekompensują jednak układy elektroniczne sterujące dyskami SSD.

Zapis pod ochroną

Chipy pamięci w dyskach SSD wytrzymują tylko ograniczoną liczbę procesów zapisu. W zależności od użytej technologii komórkę pamięci można zapisać od 10 000 do 100 000 razy. Aby częsty zapis pojedynczych plików nie uszkodził żadnych komórek, elektronika sterująca SSD (kontroler) wykorzystuje trick polegający na przesuwaniu zawartości często zapisywanych komórek do komórek dotychczas rzadziej używanych.

Przenoszenie odbywa się w sposób niewidoczny dla systemu operacyjnego i aplikacji. Jeśli zachodzi potrzeba zapisania pierwszych trzech komórek pamięci, to może się zdarzyć, że elektronika sterująca wykorzysta zamiast nich komórki 1, 3 i 6. Ta technologia nosi nazwę Wear Leveling, co można przetłumacyć jako rozkład zużycia.

Typy dysków SSD

Solid State Disc występują w różnych wielkościach i typach.

Napędy wewnętrzne: SSD są dostępne przede wszystkim jako dyski o wielkości 1,8 lub 2,5 cala (patrz porównanie wielkości na stronie 28). Dyski SSD mają na ogół złącze SATA i bez problemów można je montować we współczesnych notebookach i pecetach. Niektóre modele wyposażone są również w złącze USB, dzięki niemu mogą pełnić funkcję dysku przenośnego. Oprócz dysków przystosowanych do notebooków niektórzy producenci w swej ofercie mają także urządzenia o wielkości 3,5 cala. Najbardziej pojemne modele oferują użytkownikowi nawet 1 TB. Zazwyczaj wewnątz takiego dysku znajdziemy odpowiednio połączone cztery 2,5-calowe dyski o pojemności 250 GB każdy.

Napędy zewnętrzne: Dyski SSD niekiedy mają dodatkowe złącza USB. Bardzo często producenci dodają w komplecie z dyskiem obudowę lub zestaw przewodów umożliwiających podłączenie dysku do portu USB. Dyski SSD doskonale sprawdzają się w roli napędów przenośnych, niestety standard USB 2.0 nie pozwala w pełni wykorzystać potencjału szybkości. Taki dysk zaprezentuje swoje możliwości dopiero po podłączeniu przez eSATA lub USB 3.0.

Minikarty: Specjalnie do zastosowania w notebookach i netbookach opracowano karty SSD w formacie MiniPCIe . Ten wariant SSD nie imponuje pojemnością - największe tego typu urządzenia mają pojemność 64 GB. Pamiętajmy jednak, że nie wszystkie notebooki mają wolny port MiniPCIe. Bardzo często fabrycznie instalowana jest w nim karta sieci bezprzewodowej.

Karty do serwerów: Specjalnie na potrzeby serwerów opracowano karty PCIe. Są one horrendalnie drogie, ale za to oferują olbrzymie szybkości transferu danych i dużo pamięci. W niektórych tego typu kartach stosowana jest pamięć SLC, co dodatkowo podnosi szybkość.

Źródła: http://pl.wikipedia.org/wiki/Dysk_twardy
http://www.komputerswiat.pl/jak-to-dziala/2010/01/jak-dziala-dysk-ssd.aspx
http://www.pcformat.pl/Solidny-dysk,a,1937,strona,1
http://www.proprofs.com/quiz-school/story.php?title=15-okrela-funkcje-podzespow-utk-na-podstawie-schematw-blokowych