Hard drive

Lettura e scrittura di dati

La cosa più importante della memoria non è essere in grado di immagazzinare informazioni ma essere in grado di trovarle in seguito. Immaginate di memorizzare un chiodo di ferro magnetizzato in una pila di 1,6 milioni di milioni di chiodi identici e avrete un’idea di quanti problemi potrebbe avere il vostro computer se non usasse un modo molto metodico di archiviare le sue informazioni.

Quando il vostro computer memorizza i dati sul suo disco rigido, non butta semplicemente dei chiodi magnetizzati in una scatola, tutti mescolati insieme. I dati sono immagazzinati in uno schema molto ordinato su ogni piatto. I bit di dati sono disposti in percorsi concentrici e circolari chiamati tracce.Ogni traccia è suddivisa in aree più piccole chiamate settori.Una parte del disco rigido memorizza una mappa dei settori che sono già stati utilizzati upand altri che sono ancora liberi. (In Windows, questa mappa è chiamata File Allocation Table o FAT.) Quando il computer vuole immagazzinare nuove informazioni, dà un’occhiata alla mappa per trovare alcuni settori liberi. Per leggere le informazioni, lo stesso processo viene eseguito al contrario.

Come fa un computer elettronico a manipolare tutti i dettagli meccanici di un disco rigido? Questo è un piccolo circuito che aziona gli attuatori, seleziona tracce specifiche per la lettura e la scrittura, e converte flussi paralleli di dati provenienti dal computer in flussi seriali di dati scritti sul disco (e viceversa). I controllori sono incorporati nel circuito dell’unità disco oppure fanno parte della scheda principale del computer (scheda madre).

Con così tante informazioni immagazzinate in così poco spazio, l’unità disco è un pezzo di ingegneria notevole. Questo porta benefici (come essere in grado di memorizzare 500 CD sul tuo iPod), ma anche svantaggi: uno di questi è che i dischi rigidi possono andare male se si sporcano o si impolverano all’interno. Un piccolo pezzo di polvere può far rimbalzare la testina di lettura e scrittura su e giù, schiantandosi contro il piatto e danneggiando il suo materiale magnetico. Questo è conosciuto come un crash del disco (o head crash) e può (anche se non sempre) causare la perdita di tutte le informazioni su un harddrive. Un crash del disco di solito si verifica di punto in bianco, senza alcun preavviso. Ecco perché dovresti sempre tenere copie di backup dei tuoi documenti e file importanti, sia su un altro disco rigido, su un compact disc (CD) o DVD, o su una chiavetta di memoria flash.

Photo: La testina di lettura-scrittura su un hard-drive. 1) Il braccio attuatore fa oscillare la testina avanti e indietro in modo che sia nella giusta posizione sul drive. 2) Solo la piccola parte estrema del disco rigido legge e scrive effettivamente sul piatto. Tieni presente che la metà di quello che vedi nella seconda foto è una riflessione sulla superficie lucida dell’hard disk!

Chi ha inventato l’hard disk?

Come molte innovazioni nell’informatica del XX secolo, gli hard disk sono stati inventati alla IBM per dare ai computer una memoria “ad accesso casuale” rapidamente accessibile. Il problema con altri dispositivi di memoria per computer, come le schede perforate e le bobine di nastro magnetico, è che si può accedere solo in serie (in ordine, dall’inizio alla fine), quindi se il bit di dati che si vuole recuperare è da qualche parte nel mezzo del nastro, si deve leggere o scansionare l’intera cosa, abbastanza lentamente, per trovare quello che si vuole. Tutto è molto più veloce con un hard disk, che può muovere la sua testina di lettura-scrittura molto velocemente da una parte all’altra del disco; si può accedere a qualsiasi parte del disco con la stessa facilità di qualsiasi altra parte. Il primo hard drive fu sviluppato da Reynold B. Johnson di IBM e annunciato il 4 settembre 1956 come IBM 350 Disk Storage Unit.

Gli ingegneri IBM furono anche i pionieri dei floppy disk, che erano dischi magnetici rimovibili imballati in robuste custodie di plastica (originariamente 20 cm di diametro e avvolti in maniche di plastica flessibile; più tardi 133 mm di diametro e imballati in robuste custodie di plastica). Sviluppati da Warren Dalziel di IBM nel 1967 e venduti per la prima volta nel 1971, divennero enormemente popolari nei microcomputer (i precursori dei PC) alla fine degli anni ’70 e all’inizio degli anni ’80, ma ora sono obsoleti. Con una capacità di memorizzazione di soli 1,44MB, sono stati completamente sostituiti dalle “unità” flash USB che offrono centinaia o migliaia di volte più memoria in una minuscola chiavetta di plastica di una frazione delle dimensioni.

Artwork: Il disco rigido originale. Gli ingegneri IBM svilupparono questa innovativa memoria magnetica (che, in IBM-speak, era chiamata DASD, pronunciato “das-dee”), attraverso un processo di miglioramento continuo dai primi anni ’50 in poi e ottennero il loro brevetto finale sul design nel 1970. Puoi vedere che il meccanismo di base di lettura-scrittura è esattamente lo stesso delle unità odierne: ci sono più piatti (blu chiaro) composti da singoli settori (blu scuro) che possono essere scritti o letti da più testine di lettura-scrittura (rosse) montate sulle estremità di attuatori scorrevoli (arancioni). I piatti sono fatti girare da una puleggia e un motore (verde), mentre gli attuatori sono azionati da ingranaggi e un motore (giallo). La differenza principale tra questo drive e uno moderno è l’incredibile quantità di macchinari intricati che questo conteneva (di cui puoi leggere tutto nel brevetto originale). Dal brevetto USA 3.503.060: Direct access magnetic disc storage device by William Goddard and John Lynott, IBM Corporation, 24 marzo 1970, per gentile concessione dell’US Patent and Trademark Office, con colori aggiunti per chiarezza.

Hard drive e SSD a confronto

I hard drive sono collaudati, ad alta capacità ed economici, ma hanno anche molti svantaggi. Un problema è la quantità di tempo che la testina di lettura-scrittura impiega per arrivare alla parte giusta del disco per accedere alle informazioni desiderate. Anche il peso di un disco rigido e il suo consumo energetico relativamente pesante sono problemi, specialmente nei dispositivi mobili come tablet e smartphone. L’affidabilità è un altro problema. Come avrete capito da quello che avete appena letto, un disco rigido è un meraviglioso pezzo di ingegneria di precisione con un sacco di intricate parti mobili. Potrebbe facilmente funzionare per 20 anni senza alcun problema. D’altra parte, se avete mai subito un crash della testina del disco rigido (un grave guasto meccanico causato da qualcosa come lo sporco su uno dei piatti del disco rigido o un improvviso shock meccanico), e avete perso tutto quello che avete memorizzato sul vostro computer, non è una rassicurazione: saprete che un disco rigido si disamorerà immediatamente di voi se lo trattate con meno cura di quanto merita.

Foto: Le unità SSD fatte con chip di memoria (sopra) stanno sostituendo i dischi rigidi (sotto).

Tutti questi problemi – peso, consumo di energia, tempi di accesso e affidabilità – possono essere risolti utilizzando unità a stato solido (SSD), che in genere utilizzano chip di memoria flash invece di piatti magnetici rotanti. I produttori di computer si sono allontanati dai dischi rigidi e si sono orientati verso gli SSD per almeno l’ultimo decennio, in gran parte guidati dalla tendenza ad abbandonare i computer desktop per i dispositivi mobili. Gli iPod di Apple sono un buon esempio di come i tempi siano cambiati. Gli iPod “classici” originali, lanciati nel 2001, sono poco più che hard disk, schede audio e batterie (potete vedere com’è fatto un hard disk iPod nelle foto qui sopra); l’hard disk, in particolare, era un’ovvia scusa per il fallimento se li portavate a fare jogging o li lanciavate in giro nella vostra borsa. Con l’iPod Touch, lanciato nel 2007, Apple è passata decisamente alla tecnologia SSD, rendendo i lettori musicali più sottili e leggeri in tasca, meno soggetti a guasti meccanici e con una durata della batteria molto migliore. È più probabile che si usurino i pulsanti o si rompa lo schermo di un moderno iPod o iPhone piuttosto che danneggiare i chip di memoria all’interno.

Ecco un rapido confronto tra gli hard disk tradizionali (HDD) e gli SSD su alcune misure chiave:

Nessuna gara? Gli SSD vincono a mani basse? Non così in fretta! Se stai cercando di comprare più storage possibile per meno soldi, e sei meno pignolo su cose come il consumo di energia e la velocità, i dischi rigidi tradizionali sono ancora il miglior rapporto qualità-prezzo. A partire dal 2020, gli SSD sono ancora un po’ più costosi per gigabyte rispetto ai dischi rigidi tradizionali, anche se ci sono grandi variazioni di prezzo tra i diversi tipi di SSD e la differenza tra SSD e dischi rigidi si sta chiudendo anno dopo anno. Non aspettatevi che gli hard disk vecchio stile scompaiano fino a quando questa differenza di prezzo non si chiuderà sostanzialmente!