Хард-диск ( енгл. hard disk drive, HDD ), познат и као тврди или чврсти диск , врста ?е секундарне мемори?е . Подаци се снима?у магнетним путем, у концентричним круговима (цилиндрима) на површини тврдих округлих плоча (дискова).

Хард-дискови су се по?авили на технолошко? сцени 1956. године, као изум предузе?а ИБМ , и након свог изласка на тржиште постали су доминантна технологи?а за секундарно складиште?е података у типичним рачунарским системима током 1960-их. Данас се хард-дискови користе у многим рачунарским системима. Недавне иноваци?е су технологи?е попут хард-дискова без покретних делова ко?е користе флеш мемори?у и NAND технологи?е, полако почи?у да потиску?у магнетске дискове с по?единих система као што су преносници. Хард-дискови због непрекидног разво?а и усва?а?а нових технолошких реше?а ?ош су на?привлачни?и као технологи?а за секундарно складиште?е података што се тиче односа следе?их сво?става: носивости, брзине преноса података и цене.

Техничка сво?ства [ уреди | уреди извор ]

Хард-дискови састо?е се од ?едног или више кружних плоча затворених у херметичком ку?ишту. Ове кружне плоче врте се око ?едне средиш?е осе уз помо?у електромотора . Плоче су обично направ?ене од легуре неког метала (гвож?а, алумини?ума или неке друге комбинаци?е), док су код неких хард-дискова плоче изра?ене од стакла. У процесу израде плоче се обично пресвлаче танким сло?ем неке феромагнетске матери?е. Чита?е и записива?е података врши се уз помо? посебне магнетске главе ко?а лебди непосредно изнад магнетског сло?а. Код хард-дискова с више плоча, магнетске главе су на свако? плочи и некада с обе стране плоче. Магнетске главе постав?а?у се на посебне носаче ко?и ?е управ?ан с посебним механизмом и управ?ачком ?единицом. Подаци ко?и се запису?у односно чита?у преко магнетских глава користе разне кодне и модулаци?ске системе ( FM , MFM , MMFM ). Предност хард-дискова ?е да се подаци могу читати:

• у следу, ?едан за другим, или
• ван реда с било ко?е тачке ко?у магнетска глава може досе?и.

Ова особност приступа ван реда, довела ?е до револуци?е у обради података на рачунарским системима, ?ер више ни?е било потребно читати магнетске траке од почетка до места где се налазе подаци, или читати бушене картице ко?е су заузимале много простора и на ко?е ни?е било могу?е спремити много података. Ова иноваци?а омогу?ила ?е разво? нових операционих система, као и разво? нових апликаци?ских програма у ко?има се подаци могу обрадити у стварном времену.

Носивост [ уреди | уреди извор ]

Носивост хард-дискова услов?ена ?е различитим факторима, и ме?ала се током разво?а технологи?е од сво?е по?аве на тржишту 1956. године. На пример приликом разво?а првог хард-диска ИБМ-ови инжи?ери могли су да разви?у хард-диск ве?ег капацитета, ме?утим прода?ни струч?аци били су уверени да тржиште ни?е способно да прими диск с ве?им капацитетом. Носивост неког хард-диска одре?ена ?е следе?им:

• квалитетом магнетске матери?е ко?им су пресвучене магнетске плоче и густином магнетске матери?е
• величином магнетске главе ко?а одре?у?е ширину траке
• технологи?ом записива?а (FM, MFM, MMFM) ^[1]

С побо?шава?ем технологи?е током времена носивост хард-дискова се пове?авала у складу са Муровим законом ко?и ?е приказан на ди?аграму. Од по?аве хард-диска 1956. године ко?и ?е тада имао носивост од 5 MB, носивост дискова брзо ?е расла, мада ?е требало да про?е 51 година (2007) да носивост хард-дискова достигне 1 TB (Тера ба?т). За скок од 1 TB до 2 TB ?е била потребна само ?една година. ^[2]

Време приступа подацима [ уреди | уреди извор ]

Хард-диск ?е електронско-електрично-механички уре?а? ко?и има одре?ена сво?ства ко?а утичу на приступ, односно на складиште?е података. Брзина ротаци?е плоча пресвучених магнетским матери?ама, брзина помица?а читачко/писа?е магнетске главе с траке на траку, пренос података с магнетске главе с и на магнетску матери?у, те пренос података према и од рачунара су само део сво?става ко?а утичу на време приступа подацима на неком хард-диску. Три основне карактеристике ко?е утичу на пренос података ?есу:

• латентност
• време траже?а
• брзина преноса података

Многи диза?нери и произво?ачи има?у сво?а специфична технолошка реше?а за наведене карактеристике, мада ?е много пута кра?е време приступа подацима ограничено стандардима за ме?успо? хард-дискова с рачунарским системом, те физичких сво?става као брзина ротаци?е хард-диска.

Латентност [ уреди | уреди извор ]

Код хард-дискова, латентност ?е време ко?е ?е потребно да се неки део ко?и носи податке на диску поновно по?ави испод главе за чита?е и писа?е. Латентност неког хард-диска директно ?е повезана с брзином електромотора ко?и покре?е ротаци?у плочица с магнетским премазом. Ово каш?е?е функци?а ?е брзине окрета?а плоче и с бржим обрта?ем плоча, латентност се сма?у?е. Исто тако латентност на хард-диску услов?ена ?е геометри?ом трака ко?е се налазе на хард-дисковима. Због разног бро?а трака на магнетско? плочи латентност на тракама ближе оси окрета?а би?е ма?а, док латентност према ободима магнетске плоче би?е ве?а. Зато се у литератури обично користи просечна латентност, ?ер су магнетске плоче релативно мале у ради?усу у односу према брзини окрета?а. Следе?а табела садржи просечно време латентности за по?едине популарне брзине окрета?а ко?е се користи или су се користиле за хард-дискове:

Време траже?а [ уреди | уреди извор ]

Време траже?а ?е време потребно да се до?е до неког же?еног блока на хард-диску, т?. од тренутка када се упит послао према хард-диску и време ко?е ?е потребно хард-диску да до?е до же?ене минималне честице података ко?а се може записати или прочитати с хард-диска. На време траже?а утичу следе?и фактори

• брзина ротаци?е диска,
• време да се магнетска глава помери с траке на траку,
• време да се магнетска глава помери на тражени блок,
• начин ко?им се запису?у блокови, и
• начин на ко?и се ша?е след послова чита?а и записива?а података

На време траже?а у знатно? мери утиче и место где се магнетска глава налази када се не чита?у или пишу подаци, или начин на ко?и се ша?у послови да се чита?у или пишу подаци. На пример, ако хард-диск миру?е и не посто?е послови преко ко?их се запису?у или чита?у подаци пут магнетске главе сигурно ?е бити сма?ен ако рецимо магнетска глава лебди на средиш?о? траци уместо да сто?и на ободу плоче или близу средиш?е плоче. Исто тако приликом многоструких чита?а или писа?а, извршава?е послова (чита?а и писа?а) према редоследу на ко?и се ти послови по?ав?у?у некада ни?е на?бо?е решен. Многи диза?нери хард-дискова као и оперативних система измислили су алгоритме у ко?има покушава?у да сма?е нагло помица?е магнетских глава од обода до средине у ци?у да се сма?и време траже?а на хард-дисковима.

Принцип рада [ уреди | уреди извор ]

Магнетски диск сво?е делова?е теме?и на физичким основама магнетског по?а и сво?ствима феромагнетских матери?ала. При упису података на ?ега користе се сво?ства тзв. тврдих феромагнетских матери?а да након што су магнетизоване спо?аш?им по?ем, остану магнетизоване и након што се спо?аш?е магнетско по?е уклони.

Хард-диск се састо?и од неколико плоча, обично од немагнетских матери?ала, на?чеш?е алумини?ума или стакла. Те плоче су премазане са танким сло?ем феромагнетског матери?ала деб?ине 10 до 20 nm (као поре?е?е, деб?ина обичног копираног папира ?е изме?у 0,07 mm и 0,18 mm - 70.000-180.000 nm). ^[3] На та? магнетски матери?ал се обично ?ош стави премаз уг?еника као заштитни сло?. За магнетски матери?ал се данас обично бира?у легуре кобалта , док су рани?е били кориш?ени оксиди гвож?а, хрома, или слично. Диск се окре?е око свог средишта брзином од 3.000 обрта?а/мин до 10.000 обрта?а/мин, док се тик иза ?ега налази глава за чита?е и писа?е ( енгл. read-and-write head ), причврш?ена на ручку ко?а може да премести главу ближе или да?е у односу на средиште диска. На данаш?им, модерним дисковима, уда?еност те главе од површине плоче се мери у нанометрима .

Складиште?е и чита?е података [ уреди | уреди извор ]

Подаци се на диск упису?у уз помо? мале спирале ко?а ?е саставни део главе. Спирала у бираним тренуцима пропушта електричну стру?у изабраног смера (принцип бинарних бро?ева , 0 или 1). Магнетска глава састо?и се од спирале ко?а ?е намотана на тврдо феритно ?езгро. Глава ?е учврш?ена на ручицу ко?у по диску помера покретач. Уз помо? ?ега, глава може да се помера над целим полупречником диска. Магнетска површина плоче у диску ?е поде?ена на пуно малих магнетских подруч?а величине микрометра, а свака од тих површина се користи за чува?е (кодира?е) ?едног бита информаци?е. До 2005. та подела магнетске површине ?е била само хоризонтална, али од тада до данас та подела ?е и вертикална, чиме су доби?ени хард-дискови ве?ег капацитета (до 2 TB). Због природне кристалне структуре магнетских матери?ала, те реги?е на диску се састо?е од неколико стотина магнетских честица (?една магнетска честица ?е величине 10 nm). Протица?ем стру?е кроз спиралу ствара се магнетско по?е ко?е се због близине главе протеже и кроз магнетски матери?ал на површини диска. Како се диск брзо окре?е испод главе, сав матери?ал ко?и про?е испод главе се магнетизу?е у смеру одре?еном смером протица?а електричне стру?е. Ук?учива?ем стру?е у краткотра?ним бинарним тренуцима, постиже се на површини диска низ различито магнетизованих подруч?а ?едно иза другог, чиме ?е на диск записан низ података, т?. битова. Подаци се на диску налазе као низ магнетских честица на магнетском сло?у диска ко?е су смештене у концентричне кругове.

Чита?е се на почетку радило користе?и чи?еницу да када низ различито магнетизованих подруч?а брзо про?е испод спирале магнетске главе, у спирали се индуку?е електрични напон код сваке промене по?а. Индуковани напон и тако доби?ена стру?а има?у сво?у ?ачину, ко?а зависи од ?ачине магнетског по?а , ?еговог смера, брзине промене магнетског по?а испред главе и уда?ености главе од диска. Због разлике у индукованом напону на спирали у одре?еном тренутку доби?а се напонски сигнал. Из тог напонског сигнала се може зак?учити какав ?е распоред магнетизованих подруч?а прошао испод ?е и тиме се низ битова прочитао. Но, данас се користе друге магнетске по?аве, рецимо особине да присутност магнетског по?а ме?а електричну отпорност неког матери?ала. Код таквих дискова, глава ?е магнетоотпорна. Приликом проласка чита?у?е главе преко магнетизоване површине диска, чита?у?а глава ме?а сво? електрични отпор због промене ?ачине и смера магнетског по?а.

У данаш?им хард-дисковима главе за чита?е и писа?е су одво?ене, за разлику од старих дискова на ко?има се све обав?ало уз помо? ?едне главе. Чита?у?а глава ?е магнетоотпорна, док ?е пишу?а глава танкосло?на и индуктивна.

Добра сво?ства магнетског диска ?есу велики капацитет, посто?аност података и брзи приступ подацима. Негативна сво?ства ?есу: осет?ивост на пр?авштину и електромагнетска по?а, као и ограниче?е максималне густине података. Магнетски диск ?е посебно осет?ив на електромагнетска по?а и при рукова?у треба имати то на уму.

Истори?а [ уреди | уреди извор ]

Прве хард-дискове ?е направио IBM 1955 . године ^[5] ( IBM 350 Disk File за сво? рачунар IBM 305 ), а изумео их ?е Ре?нолд ?онсон . Укупни капацитет им ?е био 5 милиона 6-битних карактера (3.75 мегаба?та ). Имали су 50 дискова пречника 61 cm са 100 површина за снима?е. Свака површина ?е имала по 100 трака. Имали су ?едну ?едину главу (уместо ?едну по површини) па ?е време приступа било веома дуго.

Нешто касни?е су произведени и уре?а?и са промен?ивим пакетима хард-дискова, али ?е због недово?не прецизности у позиционира?у глава ова? систем знача?но ограничавао капацитет, те ?е убрзо и напуштен.

Године 1973 . IBM ?е произвео први потпуно затворени систем (3340 "Winchester"). ^[6] Ово име (?винчестер“) ?е остало у често? употреби до пред кра? 20. века, а ?ош увек се користи у неким ?езицима (нпр. у руском и укра?инском ).

Истори?ат од 1980. године до данас [ уреди | уреди извор ]

• 1980 . ? први диск од 1 GB, IBM 3380, величине фрижидера, тежак око 250 килограма, и цене око 40.000 долара .
• 1986 . ? стандардизаци?а SCSI интерфе?са
• 1998 . ? стандардизаци?а UltraDMA/33 и ATAPI приступа
• 2002 . ? адресира?е преко 137 GB простора на диску
• 2003 . ? уво?е?е SATA стандарда
• 2005 . ? први 500 GB хард-диск ( Хитачи )
• 2005 . ? стандардизаци?а Serial ATA 3G
• 2005 . ? уво?е?е SAS стандарда (Serial Attached SCSI)
• 2005 . ? Toshiba уводи вертикално записива?е
• 2006 . ? први диск од 750 GB ( Seagate )
• 2007 . ? први диск од 1.024 GB (1 TB - тераба?т ) Hitachi ^[7]
• 2008 . ? први диск од 1,5 TB (Seagate)
• 2009 . ? први диск од 2 TB (Western Digital)
• 2010 . ? први диск од 3 TB (Seagate)

Буду?ност хард-дискова [ уреди | уреди извор ]

Носивост многих данаш?их хард-дискова приближава се 1 TB по квадратном цолу ^[8] , а разво?ем разних технологи?а за магнетске главе, те нових технологи?а за записива?е податка, те испу?ава?е унутраш?ости с инертним гасовима и ?ош неким другим иноваци?ама омогу?ене су густине записива?а и до 4 TB по квадратном цолу магнетског меди?а.

Логичка структура [ уреди | уреди извор ]

Хард-диск ?е поде?ен на логичке делове: Master boot record , остатак трага 0 ( Remain of track 0 ), Boot Record (садржи информаци?е и датотеке потребне за подиза?е оперативног система), FAT1 и FAT2 (садрже таблице датотека и ?ихову локаци?у унутар партици?е), Boot directory (бележи структуру директори?ума на партици?и), и на?ве?им делом DATA, у ком су сачувани подаци.

Организаци?а података [ уреди | уреди извор ]

• 
  Подаци се снима?у на ?едну или обе површине сваке плоче (диска), у концентричним круговима. ?едан такав круг (на ?едно? површини) се назива стаза, траг или трака.
• 
  Скуп свих стаза ?еднаке уда?ености од центра ротаци?е (па тим и пречника) се назива ?цилиндар“.
• 
  Подаци нису континуални ве? ?е свака стаза угаоно поде?ена у више блокова ко?и се назива?у ?секторима“. Уобича?ена дужина сектора ?е 512 ба?това , не рачуна?у?и додатне податке за позиционира?е и контролу и корекци?у грешака.
• 
  Ради релативног одржа?а густине података преко целе површине дискова, спо?ни цилиндри могу имати више сектора него унутраш?и. Скуп суседних цилиндара са ?еднаким бро?ем сектора се назива ?зона“.

Врсте хард-дискова [ уреди | уреди извор ]

Посто?е екстерни (спо?ни) и интерни (унутраш?и) хард-дискови. Екстерни су великог капацитета (и до неколико тераба?та ), али зато могу бити велики као ку?иште рачунара . Интерни хард-дискови знатно су ма?их димензи?а, али зато располажу и ма?им капацитетима. Посто?е магнетски интерни хард-дискови (на?чеш?и 99,99% корисника) и флеш ( енгл. Flash ) интерни хард-дискови, ко?и се одлику?у великом брзином уписа/исписа података, али су знатно скуп?и. Флеш мемори?а се првенствено користи за мале капацитете и користи се за мемори?ске картице . ^[9]

Повезива?е хард-диска са рачунаром [ уреди | уреди извор ]

Посто?и ?ако много начина повезива?а хард-диска и рачунара (тачни?е матичне плоче), а на?чеш?и су: ATA (ATA33, ATA100, ATA133), UDMA, PIO, IDE, S-ATA, S-ATA2, S-ATA3. Тренутно на?бржи од поменутих ?е S-ATA3 ко?и се одлику?е ?ако великом брзином преноса података. Стандард повезива?а за екстерне хард-дискове ?е E-SATA. ^[10]

Стандардне величине хард-дискова [ уреди | уреди извор ]

Ме?усклопови [ уреди | уреди извор ]

ST-412/506 [ уреди | уреди извор ]

Име ST506 има истори?ско значе?е, наиме фирма Seagate ?е 1980. године увела та? ме?усклоп са сво?им хард-дисковима од 5 мегаба?та, и прецизно ?е дефинисала суче?е према контролеру. Годину дана касни?е по?авио се нови модел, ST412 и дискови од 10 мегаба?та. ИБМ ?е прихватио иде?у, и то суче?е данас знано под именом ST412/506.

Због ограничене брзине преноса података (за MFM 5 мегабита/s, за RLL 7,5 мегабита/s), посто?и могу?ности прик?учива?а само два диска у ?едном рачунару, те ?е суче?е ускоро напуштено.

ESDI [ уреди | уреди извор ]

ESDI ?е суче?е фирме Maxtor настало 1983. године, ко?е омогу?ава максималну брзину од 24 мегабита у секунди. Тако?е, на та? начин ?е било могу?е спо?ити седам дискова у ?едном рачунару, али суче?е баш и ни?е зажив?ело.

ATA [ уреди | уреди извор ]

• IDE - скра?еница за intelligent drive electronics , донео ?е нова пове?а?а брзина преноса, али за само два диска у рачунару.
• EIDE - enhanced или побо?шани IDE, 4 диска + пове?ане брзине преноса података
• PATA - паралелни ATA
• SATA - сери?ски ATA

SCSI [ уреди | уреди извор ]

• SCSI ( small computer systems interface ) доноси од почетка 7 дискова у рачунару, касни?е новим стандардима (SCSI II, Fast SCSI и Wide SCSI) и 15 SCSI ?единица у рачунару
• SCSI II
• Fast SCSI
• Wide SCSI

SCSI ни?е суче?е ограничено само на хард-дискове/оптичке погоне као ST412/506, ESDI и IDE/EIDE, ве? ?е на SCSI тако?е могу?е прик?учити и спо?аш?е ?единице попут пресликача (скенера).

Нобелова награда [ уреди | уреди извор ]

Алберт Ферт и Петер Гринберг добили су Нобелову награду за физику 2007. године за сво?е откри?е дивовског магнетоотпора (GMR) - засебно су дошли до тог откри?а 1988 . године. Ова се технологи?а данас користи у свим хард-дисковима.

Види ?ош [ уреди | уреди извор ]

• Форматира?е хард диска

Референце [ уреди | уреди извор ]

Литература [ уреди | уреди извор ]

Спо?аш?е везе [ уреди | уреди извор ]

Хард-диск на Викимеди?ино? остави .

• Hard Disk Drives Encyclopedia
• Video showing an opened HD working Архивирано на са?ту Wayback Machine (14. септембар 2012)
• Average seek time of a computer disk
• Timeline: 50 Years of Hard Drives Архивирано на са?ту Wayback Machine (6. октобар 2013)
• HDD from inside: Tracks and Zones. How hard it can be?
• Hard disk hacking  – firmware modifications, in eight parts, going as far as booting a Linux kernel on an ordinary HDD controller board
• Rotary Acceleration Feed Forward (RAFF) Information Sheet , Western Digital , January 2013
• PowerChoice Technology for Hard Disk Drive Power Savings and Flexibility , Seagate Technology , March 2010
• Shingled Magnetic Recording (SMR) , HGST , Inc., 2015
• The Road to Helium , HGST, Inc., 2015
• Research paper about perspective usage of magnetic photoconductors in magneto-optical data storage.