Tvrdé disky

Čtení a zápis dat

Nejdůležitější na paměti není schopnost ukládatinformace, ale schopnost je později najít. Představte si, že uložíte zmagnetizovaný železný hřebík na hromadu 1,6 milionu stejných hřebíkůa budete mít představu, do jakých problémů by se váš počítač dostal, kdyby nepoužíval velmi metodický způsob ukládání informací.

Když počítač ukládá data na pevný disk, nehází zmagnetizované hřebíky jen tak do krabice, všechny pohromadě. Data jsou na jednotlivých plotnách uložena velmi uspořádaně. Bity dat jsou uspořádány do soustředných kruhových drah zvaných stopy.Každá stopa je rozdělena na menší oblasti zvané sektory.Část pevného disku uchovává mapu sektorů, které již byly využity, a dalších, které jsou stále volné. (V systému Windows se tato mapa nazývá File Allocation Table neboli FAT.) Když chce počítač uložit nové informace, podívá se na mapu a najde volné sektory.Pak dá pokyn čtecí a zapisovací hlavě, aby se přesunula po plotně přesně na správné místo a uložila tam data. Pro čtení informací probíhá stejný proces opačně.

Jak elektronický počítač manipuluje se všemi mechanickými drobnostmi na pevném disku? Mezi nimi existuje rozhraní (spojovací zařízení), které se nazývá řadič. je to malý obvod, který ovládá pohony, vybírá konkrétní stopy pro čtení a zápis a převádí paralelní proudy dat vycházející z počítače na sériové proudy dat zapisovaných na disk (a naopak). Řadiče jsou buď zabudovány do vlastní desky plošných spojů diskové jednotky, nebo jsou součástí hlavní desky počítače (motherboard).

Při takovém množství informací uložených na tak malém prostoru je pevný disk pozoruhodným technickým dílem. To přináší výhody (například možnost uložit 500 CD do iPodu), ale také nevýhody.Jednou z nich je, že pevné disky se mohou pokazit, pokud se do nich dostane nečistota nebo prach. Malý kousek prachu může způsobit, že čtecí a zapisovací hlava začne poskakovat nahoru a dolů, narazí do plotny a poškodí její magnetický materiál. Tomuto jevu se říká havárie disku (nebo hlavy) a může (i když ne vždy) způsobit ztrátu všech informací na pevném disku. K havárii disku obvykle dochází znenadání, bez jakéhokoli varování. Proto byste měli vždy uchovávat záložní kopie důležitých dokumentů a souborů, a to buď na jiném pevném disku, na kompaktním disku (CD) nebo DVD, případně na paměťové kartě flash.

Photo: Čtecí a zapisovací hlava na pevném disku. 1) Rameno pohonu kýve hlavou dopředu a dozadu, aby byla na disku ve správné poloze. 2) Pouze malá krajní koncová část pevného diskuskutečně čte z plotny a zapisuje na ni. Mějte na paměti, že polovina toho, co vidíte na druhé fotografii, jsou odrazy v lesklém povrchu pevného disku!

Kdo vynalezl pevný disk?

Stejně jako mnoho dalších inovací ve výpočetní technice 20. století byly pevné disky vynalezeny v IBM jako způsob, jak dát počítačům rychle přístupnou paměť s „náhodným přístupem“. Problém jiných počítačových paměťových zařízení, jako jsou děrné štítky a cívky magnetických pásek, spočívá v tom, že k nim lze přistupovat pouze sériově (v pořadí od začátku do konce), takže pokud se bit dat, který chcete získat, nachází někde uprostřed pásky, musíte ji celou poměrně pomalu přečíst nebo prohledat, abyste požadovanou věc našli. S pevným diskem je vše mnohem rychlejší, protože jeho čtecí a zapisovací hlava může velmi rychle přecházet z jedné části disku do druhé; k jakékoli části disku lze přistupovat stejně snadno jako k jakékoli jiné části. První pevný disk vyvinul Reynold B. Johnson ze společnosti IBM a 4. září 1956 jej oznámil jako IBM 350 Disk Storage Unit.

Inženýři IBM byli také průkopníky disket, což byly vyjímatelné magnetické disky zabalené v pevných plastových pouzdrech (původně o průměru 20 cm nebo 8 palců a zabalené v pružných plastových obalech; později o průměru 133 mm nebo 5,25 palce a zabalené v pevných plastových pouzdrech). Byly vyvinuty Warrenem Dalzielem z IBM v roce 1967 a poprvé se prodávaly v roce 1971. Na přelomu 70. a 80. let 20. století se staly velmi populárními v mikropočítačích (předchůdcích osobních počítačů), ale dnes jsou již zastaralé. S paměťovou kapacitou pouhých 1,44 MB byly zcela vytlačeny „disky“ USB flash, které nabízejí stokrát nebo tisíckrát více paměti v malé plastové tyčince zlomkové velikosti.

Artwork: Původní pevný disk. Inženýři společnosti IBM vyvinuli tuto převratnou magnetickou paměť (která se v řeči IBM nazývala DASD, vyslovováno „das-dee“), a to prostřednictvím procesu neustálého zdokonalování od počátku 50. let 20. století a v roce 1970 jim byl udělen konečný patent na tuto konstrukci. Je vidět, že základní mechanismus čtení a zápisu je naprosto stejný jako u dnešních disků: existuje několik ploten (světle modrá) tvořených jednotlivými sektory (tmavě modrá), na které lze zapisovat nebo z nich číst pomocí několika čtecích hlav (červená) umístěných na koncích posuvných aktuátorů (oranžová). Desky se otáčejí pomocí řemenice a motoru (zelená), zatímco aktuátory jsou poháněny převody a motorem (žlutá). Hlavním rozdílem mezi touto mechanikou a moderní mechanikou je úžasné množství složitých strojů, které tato mechanika obsahovala (vše si můžete přečíst v původním patentu). Z amerického patentu 3 503 060: William Goddard a John Lynott, IBM Corporation, 24. března 1970, s laskavým svolením Úřadu pro patenty a ochranné známky USA, pro přehlednost doplněno barvami.

Srovnání pevných disků a SSD

Tvrdé disky jsou osvědčené, vysokokapacitní a levné, ale mají i spoustu nevýhod. Jedním z problémů je doba, kterou potřebuje čtecí a zapisovací hlava, než se dostane do správné části disku a získá přístup k požadovaným informacím. Problémem je také hmotnost pevného disku a jeho poměrně vysoká spotřeba energie, zejména v mobilních zařízeních, jako jsou tablety a chytré telefony. Dalším problémem je spolehlivost. Jak jste jistě pochopili z toho, co jste si právě přečetli, pevný disk je úžasný kus precizního inženýrství se spoustou složitých pohyblivých částí. Klidně může fungovat 20 let bez jakýchkoli problémů. Na druhou stranu, pokud jste někdy utrpěli havárii hlavy pevného disku (vážnou mechanickou poruchu způsobenou něčím, jako je nečistota na jedné z ploten pevného disku nebo náhlý mechanický náraz) a přišli jste o vše, co jste kdy měli v počítači uloženo, není to žádná jistota: budete vědět, že pevný disk si vás okamžitě zamiluje, pokud se k němu budete chovat s menší péčí, než si zaslouží.

Foto:

Všechny tyto problémy – hmotnost, spotřeba energie, přístupová doba a spolehlivost – lze vyřešit použitím pevných disků (SSD), které obvykle používají paměťové čipy flash místo rotujících magnetických ploten. Výrobci počítačů již nejméně deset let upouštějí od pevných disků a přechází na disky SSD, což je do značné míry dáno trendem odklonu od stolních počítačů k mobilním zařízením. Dobrým příkladem toho, jak se doba změnila, jsou iPody od společnosti Apple. Původní iPody „Classic“, uvedené na trh v roce 2001, jsou jen o málo víc než pevné disky, zvukové karty a baterie (jak vypadá pevný disk iPodu, můžete vidět na fotografiích výše); zejména pevný disk byl jasnou záminkou k poruše, pokud jste si je vzali na běhání nebo je přehazovali v tašce. S iPodem Touch, který byl uveden na trh v roce 2007, Apple rozhodně přešel na technologii SSD, díky níž jsou hudební přehrávače tenčí a lehčí do kapsy, méně náchylné k mechanickým poruchám a mají mnohem lepší výdrž baterie. U moderního iPodu nebo iPhonu je pravděpodobnější, že se opotřebují tlačítka nebo praskne displej, než že by se poškodily paměťové čipy uvnitř.

Tady je velmi rychlé srovnání tradičních pevných disků (HDD) a SSD v několika klíčových měřeních:

Není soutěž? SSD disky vítězí na plné čáře? Ne tak rychle! Pokud chcete koupit co největší úložiště za co nejméně peněz a nejste tak nároční na věci, jako je spotřeba energiea rychlost, jsou tradiční pevné disky stále nejvýhodnější. Od roku 2020 jsou disky SSD v přepočtu na gigabajt stále o dost dražší než tradiční pevné disky, i když mezi jednotlivými typy disků SSD existují velké cenové rozdíly a rozdíl mezi disky SSD a pevnými disky se rok od roku zmenšuje. Neočekávejte, že staré pevné disky zmizí, dokud se tento cenový rozdíl výrazně nezmenší!

.