Orbis pictus 21. století

1. Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

2. Druhy záznamových zařízení OB21-OP-EL-KONP-JANC-M-3-010

3. Rozdělení záznamových zařízení v PC • Podle způsobu zápisu rozdělujeme záznamové zařízení v PC na: • Magnetické • Optické • Magnetooptické

4. Pevný disk (HDD) Konstrukce pevného disku • Pevný disk z angl. Hard Disk Drive (HDD) je zařízení umožňující uchovávat velké množství dat. • První diskové svazky měly průměr 14" (35cm) a výšku 3" a 7" (7,6 a 17,7cm). Tyto diskové svazky se používaly u velkých počítačů. • První pevný disk, který považujeme již také za historický, byl pevný disk modelu IBM PC XT. Tento disk měl kapacitu 10 MB a stal se záhy nedílnou součástí počítačů třídy PC XT/AT. Dnes si již počítač této třídy bez pevného disku nedokážeme představit.

5. Pevný disk (HDD) • Dnes se vyrábí disky o průměru 3,5" výška 1" (2,5cm) nebo 0,75" (2cm). Pro různé počítače jsou běžně vyráběny i disky o menším průměru (např. 2,5") a menší výšce. • Přestože byly rozměry pevného disku zmenšovány, jejich kapacita neklesala, ale zásluhou nových materiálů, zlepšení konstrukcí disku a použití lepších záznamových metod rostla. • Dnes zcela běžně používáme disky o kapacitě 500GB a více o průměru 3,5" a výšce 1".

6. Pevný disk (HDD) 3,5 palcový pevný disk Western Digital 250GB SATA

7. Pevný disk (HDD) • Konstrukce pevného disku je jednoduchá. Základem pevného disku je vysoce leštěná 1mm silná lehká deska ve tvaru disku z hliníkových slitin nebo pevných plastických hmot. • Na této desce je nanesena magnetická vrstva (často oxid železa), u nových disků je na této vrstvě nanesena navíc tenká vrstva skla chránící magnetickou vrstvu před poškozením. • Nad těmito vrstvami pluje na vzduchovém polštáři v nepatrné výšce čtecí a zápisová hlava. • Na rozdíl od magnetofonu, který používá pro každou z těchto funkcí samostatnou hlavu, je u pevného disku pro obě funkce hlava jediná.

8. Pohled dovnitř HDD. Ve spodní části je vidět čtecí a zápisová hlava s ramenem. Nahoře jsou pod sebou jednotlivé plotny a je vidět i osa motoru, který je roztáčí.

9. Pevný disk (HDD) • Při zápisu dat na pevný disk prochází čtecí a zápisovou hlavou proud, který zmagnetizuje magnetickou vrstvu. • Při čtení pak tato magnetická vrstva indukuje v hlavě proud, který je snímán, zesilován a zpracováván dalšími obvody. • Magnetická vrstva se nanáší z obou stran disku, tzn.: každému disku (desce) přísluší dvě hlavy. • Do zařízení se nedává jediná deska (disk) ale desek několik, které jsou spojeny středem disku (vřetenem) do diskového svazku.

10. Pevný disk (HDD) • Tím dochází k dalšímu zvýšení kapacity pevného disku. Počet desek se pohybuje od dvou do osmi. • Otáčení svazku disků umožňuje stejnosměrný motor v jádru vřetene nebo nízkoprofilový motor na povrchu jednotky. • Rychlost otáčení byla u starších pevných disků asi 5000 otáček za minutu, u nových pevných disků se zvýšila až na 15000 otáček za minutu z důvodu kratší přístupové doby. • U dnes běžně používaných disků je rychlost otáčení 7200 ot/min.

11. Pevný disk (HDD) • Záznam dat je prováděn do soustředných kružnic nazývaných stopy. Vystavení hlavy na určitou stopu je možné dvěma způsoby. • V prvním z nich je vystavení hlav pomocí krokového motorku. Pohyb hřídele krokového motorku je převeden na vystavovací raménko pomocí tenkého kovového pásku. Každý krok motorku odpovídá posunu hlav o jednu stopu. • Značnou nevýhodou tohoto systému je, že po nějaké době se kovový pásek vytáhne a tím dojde k posunu hlav od středu stop a k následným chybám.

12. Pevný disk (HDD) Krokový motor z HDD (vlevo) a čtecí hlava HDD (vpravo)

13. Pevný disk (HDD) • Druhým způsoben vystavení hlav na určitou stopu je mechanismus vystavení hlav pomocí vychylovací cívky. • Protéká-li touto hlavou proud o určité velikosti, je vyvoláno magnetické pole, které vychýlí vystavovací raménko do požadované polohy. • Disky s tímto vystavovacím mechanismem jsou doplněny zpětnou vazbou, proto u nich nehrozí nebezpečí, že by se hlava nedostala na požadovanou stopu. • Touto zpětnou vazbou jsou naváděcí informace zaznamenané výrobcem na jednu vyhrazenou plochu disku. Tyto informace jsou čteny a vyhodnoceny elektronikou disku.

14. Pevný disk (HDD) Vystavovací mechanismus moderního HDD

15. Pevný disk (HDD) • Podle nich se pak proud ve vychylovací cívce upraví tak, aby se hlava nacházela vždy na požadovaném místě. • V současné době se vyrábí i disky, které nemají naváděcí informace zapsané na vyhrazené ploše ale naváděcí informace jsou umístěny na datových plochách mezi daty. • Při ukončení práce s diskem a vypnutí počítače se hlavičky musí přesunout do tzn. přistávací zóny (landing zone), kde po zastavení disku dosednou na jeho povrch.

16. Pevný disk (HDD) Organizace dat na disku • Data jsou na povrchu pevném disku organizována do soustředných kružnic zvaných stopy. • Každá stopa obsahuje pevný anebo proměnný počet sektorů z důvodu efektivnějšího využití povrchu - povrch je většinou rozdělen do několika zón, každá zóna má různý počet sektorů na stopu. • Sektor je nejmenší adresovatelnou jednotkou disku, má pevnou délku (donedávna 512 byte na sektor, nyní by se již po domluvě výrobců měly vyrábět disky s 4 KB na sektor).

17. Pevný disk (HDD) • Pokud disk obsahuje více povrchů, všechny stopy, které jsou přístupné bez pohybu čtecí hlavičky se nazývají cylinder (válec). • Uspořádání stop, povrchů a sektorů se nazývá geometrie disku. • Adresa fyzického sektoru na disku se skládá s čísla stopy (cylindru), čísla povrchu a čísla sektoru.

18. Pevný disk (HDD) • Pro přístup k datům disku se používá starší metoda adresace disku Cylindr-Hlava-Sektor (zkráceně CHS), která disk adresuje podle jeho geometrie – odtud název CHS - Cylinder (cylindr), Head (hlava), Sector (sektor). • Hlavní nevýhodou je u osobních počítačů IBM PC omezená kapacita takto adresovaného disku (8GB) a nutnost znát geometrii disku. • U disků vyšších kapacit na rozhraní ATA, již neodpovídá zdánlivá geometrie disku skutečné fyzické implementaci.

19. Pevný disk (HDD) • Novější metoda pro adresaci disku se u rozhraní ATA označuje jako LBA (z angl. LogicalBlockAddressing). • Sektory se číslují lineárně. Není třeba znát geometrii disku, max. kapacita disku je až 144 PB (144 miliónů GB). • Rozhraní SCSI používá lineární číslování sektorů disku již od své první verze. • Ostatní novější rozhraní již převážně metodu jako je LBA používají.

20. Pevný disk (HDD) • Disk je nízkým (fyzickým) formátováním rozdělen na stopy (cylindry) a sektory. Ty jsou při formátování očíslovány. • Velikost jednoho sektoru ve kterékoliv stopě je 512B. • Nejmenší logickou jednotkou dat na disku je však klastr (též alokační jednotka) – tedy skupina o určitého počtu sektorů (konkrétní počet sektorů v klastru závisí na velikosti disku). ! • I při uložení krátkého souboru (1B) zabere tento soubor na disku nejméně 1 klastr !

21. Pevný disk (HDD)

22. Pevný disk (HDD) 0.sektor 0.stopa disku • Má různý obsah podle toho, zda se jedná o disketu, která má jednodušší strukturu nebo o pevný disk. • DISKETA – prostor pro zaváděcí záznam operačního systému • PEVNÝ DISK – Master bootrecord • Master bootrecord obsahuje program pro načtení tabulky oblastí (partitions) disku a nalezení začátku aktivní oblasti (obvykle 1.partition) ze které se bude načítat operační systém.

23. Pevný disk (HDD) Obsah začátku primární oblasti

24. Pevný disk (HDD) File alocation table (FAT) • Tabulka fyzického uložení jednotlivých souborů a adresářů. • Obsahuje pro každý soubor seznam klastrů, ve kterých je uložen. • Čím větší je prostor pro uložení čísla klastru, tím větší disk může být obhospodařován.

25. Pevný disk (HDD) • Dnes existují 3 druhy FAT: • Dvanáctibitová FAT – dnes již pouze na disketách, umožňuje adresovat 212, to je 4096 klastrů. To je poměrně málo. (Např. 500MB disk by měl velikost klastru 1000x220/4096 = 256kB což je 500 sektorů. Zápis jediného souboru velikosti několika bytů zabere 500 sektorů, tedy 256kB, ačkoliv většina takto obsazenmého prostoru zůstane nevyužita!!)

26. Pevný disk (HDD) • Př: uložení souboru o velikosti 10kB: Dvanáctibitová FAT se z tohoto důvodu používá pouze na disketách.

27. Pevný disk (HDD) • Šestnáctibitová FAT– umožňuje adresovat 216 , to je 65534 klastrů. Výše uvedený disk by pak měl klastry o velikosti 32 sektorů, což je již podstatně lepší. Přesto lze tímto způsobem adresovat maximálně disky o velikosti 2,1 GB. V případě většího disku je nezbytné jej rozdělit na několik logických disků o velikostech < 2,1GB.

28. Pevný disk (HDD) • Třicetidvoubitová FAT – nejnovější verze alokační tabulky. Je nabízena od WIN95. Dovoluje použít 232 klastrů, zmíněný disk pak bude mít bez problémů klastr o velikosti 1 sektoru. Z hlediska obsazení datového prostoru disku je to výrazné zlepšení. NTFS využívají 32 bitovou FAT standardně. • POZOR disky s FAT32 vyžadují OS , který tuto strategii podporuje. Starší OS nemohou data z takového disku v žádném případě přečíst.

29. Děkuji za pozornost Ing. Ladislav Jančařík

30. Literatura • http://cs.wikipedia.org/wiki/USB_flash_disk • http://sk.wikipedia.org/wiki/Jednotka_USB_flash • http://sk.wikipedia.org/wiki/Solid_state_drive • http://cs.wikipedia.org/wiki/HDD