▷ Che cos'è un disco rigido e come funziona

Oggi vedremo nel dettaglio cos'è un disco rigido e a cosa serve. È possibile che oggi non avessimo personal computer se non fosse stato per l'invenzione dei dispositivi di archiviazione. Inoltre, la tecnologia non sarebbe avanzata così tanto se non esistessero questi supporti per poter archiviare così tante informazioni.

Sappiamo che un disco rigido non è un dispositivo critico per il funzionamento di un computer, poiché può funzionare se lo fa. Ma senza dati l'utilità di un computer è praticamente nulla .

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A poco a poco i dischi rigidi in questo male o SSD stanno guadagnando terreno rispetto ai dischi rigidi tradizionali, che sono quelli che tratteremo in questo articolo. Tuttavia, ciò presenta ancora una maggiore capacità di archiviazione e una maggiore durata. Vediamo quindi cos'è un disco rigido e come funziona

Che cos'è un disco rigido?

La prima cosa che dovremo fare è definire cos'è un disco rigido. Un disco rigido è un dispositivo per l'archiviazione dei dati in modo non volatile, ovvero utilizza un sistema di registrazione magnetico per archiviare i dati digitali. In questo modo è possibile conservare permanentemente le informazioni registrate su un supporto (quindi non è volatile). Chiamato anche HDD o unità disco rigido.

Il disco rigido è costituito da una o più piastre rigide inserite in una scatola ermetica e unite da un asse comune che ruota ad alta velocità. Su ciascuna delle anatre, che normalmente hanno le loro due facce destinate alla conservazione, ci sono due teste di lettura / scrittura separate.

I dischi rigidi fanno parte della memoria secondaria del computer o della vita nel grafico, livello di memoria 5 (L5) e inferiore. Si chiama memoria secondaria perché è l'origine dati in modo che la memoria principale (memoria RAM) possa prenderli e lavorare con loro inviando e ricevendo istruzioni dalla CPU o dal processore. Questa memoria secondaria sarà quella con la maggiore capacità disponibile su un computer e non sarà volatile. Se spegniamo il computer, la RAM verrà svuotata, ma non un disco rigido.

Componenti fisici di un disco rigido

Prima di conoscere il funzionamento di un disco rigido, è conveniente elencare e definire i diversi componenti fisici di un disco rigido:

• Piatti: sarà dove sono conservate le informazioni. Sono disposti orizzontalmente e ogni piastra è composta da due facce o superfici magnetizzate, una superiore e una inferiore. Questo è normalmente costruito in metallo o vetro. Per memorizzare le informazioni al loro interno, hanno celle in cui possono essere magnetizzate positivamente o negativamente (1 o 0). Testa di lettura: è l'elemento che svolge la funzione di lettura o scrittura. Ci sarà una di queste teste per ogni faccia o superficie della piastra, quindi se abbiamo due piastre ci saranno quattro teste di lettura. Queste testine non entrano in contatto con le piastre, in questo caso il disco verrà graffiato e i dati verranno danneggiati. Quando le stoviglie ruotano, viene creato un sottile film d'aria che impedisce il conteggio tra esso e la testa di gioco (a circa 3 nm di distanza). Braccio meccanico: saranno gli elementi incaricati di tenere le testine di lettura. Consentono l'accesso alle informazioni dei piatti spostando le testine di lettura in modo lineare dall'interno verso l'esterno. lo spostamento di questi è molto veloce, sebbene a causa degli elementi meccanici presentino alcune limitazioni riguardo alla velocità di lettura. Motori: avremo due motori all'interno di un disco rigido, uno per ruotare le piastre, normalmente ad una velocità compresa tra 5000 e 7200 giri al minuto (rpm). E ne avremo anche un altro per il movimento dei bracci meccanici Circuito elettronico: oltre agli elementi meccanici, il disco rigido contiene anche un circuito elettronico che è responsabile della gestione delle funzioni di posizionamento della testa e di lettura e scrittura. Questo circuito ha anche il compito di comunicare il disco rigido con il resto dei componenti del computer, traducendo le posizioni delle celle delle piastre in indirizzi comprensibili dalla memoria RAM e CPU. Memoria cache: gli attuali dischi rigidi hanno un chip di memoria integrato nel circuito elettronico che funge da ponte per lo scambio di informazioni dai piatti fisici alla memoria RAM. È come un buffer dinamico per alleggerire l'accesso alle informazioni fisiche. Porte di connessione: sul retro del disco e all'esterno del pacchetto si trovano le porte di connessione. Generalmente sono costituiti dal connettore del bus sulla scheda madre, dal connettore di alimentazione a 12 V e, nel caso degli IDE, con gli slot dei jumper per la selezione master / slave.

Tecnologie di connessione

Il disco rigido deve essere collegato alla scheda madre del computer. Esistono diverse tecnologie di connessione che forniranno caratteristiche o tempi ai dischi rigidi.

IDE (Integrated Device Electronics):

Conosciuto anche come ATA o PATA (Parallel ATA). Fino a poco tempo fa era il metodo standard per collegare i dischi rigidi ai nostri computer. Consente di collegare due o più dispositivi tramite un bus parallelo composto da 40 o 80 cavi.

Questa tecnologia è anche nota come DMA (Direct Memory Access), poiché consente la connessione diretta tra RAM e disco rigido.

Per connettere due dispositivi allo stesso bus, sarà necessario che siano configurati come master o slave. In questo modo, il responsabile del trattamento saprà a chi inviare i dati o leggerne i dati e che non vi è alcun passaggio di informazioni. Questa configurazione viene eseguita tramite un ponticello sul dispositivo stesso.

• Master: deve essere il primo dispositivo collegato al bus, normalmente un disco rigido deve essere configurato in modalità master di fronte a un lettore DC / DVD. È inoltre necessario configurare un disco rigido principale per motociclette se è installato il sistema operativo. Slave: sarà il dispositivo secondario collegato a un bus IDE. Per essere uno schiavo, ci deve essere prima un maestro.

La velocità massima di trasferimento di una connessione IDE è 166 MB / s. chiamato anche Ultra ATA / 166.

SATA (Serial ATA):

Questo è lo standard di comunicazione attuale sui PC di oggi. In questo caso verrà utilizzato un bus seriale anziché parallelo per trasmettere i dati. È molto più veloce dell'IDE tradizionale e più efficiente. Inoltre, consente connessioni a caldo dei dispositivi e ha bus molto più piccoli e più gestibili.

Lo standard attuale si trova in SATA 3 che consente trasferimenti fino a 600 MB / s

SCSI (interfaccia per piccoli computer):

Questa interfaccia di tipo parallelo è progettata per dischi rigidi con elevata capacità di archiviazione e velocità di rotazione elevate. Questo metodo di connessione è stato tradizionalmente utilizzato per server e cluster di dischi rigidi di grandi dimensioni.

Un controller SCSI può funzionare contemporaneamente con 7 dischi rigidi su una connessione a catena di un massimo di 16 dispositivi. Se la velocità massima di trasferimento è 20 Mb / s

SAS (seriale collegata SCSI):

È l'evoluzione dell'interfaccia SCSI e, come SATA, è un bus che funziona in serie, sebbene i comandi di tipo SCSI siano ancora utilizzati per interagire con i dischi rigidi. Una delle sue proprietà, oltre a quelle fornite da SATA, è che diversi dispositivi possono essere collegati sullo stesso bus ed è anche in grado di fornire una velocità di trasferimento costante per ciascuno di essi. È possibile collegare più di 16 dispositivi e ha la stessa interfaccia di connessione dei dischi SATA.

La sua velocità è inferiore a SATA, ma con una maggiore capacità di connessione. Un controller SAS può comunicare con un disco SATA, ma un controller SATA non può comunicare con un disco SAS.

Fattori di forma utilizzati

Per quanto riguarda i fattori di forma, ce ne sono diversi tipi misurati in pollici: 8, 5´25, 3´5, 2´5, 1´8, 1 e 0´85. Anche se i più utilizzati sono i 3, 5 e 2, 5 pollici.

3, 5 pollici:

Le sue misure sono 101, 6 x 25, 4 x 146 mm. Ha le stesse dimensioni dei lettori CD, sebbene siano più alti (41, 4 mm). Questi dischi rigidi sono quelli che usiamo praticamente in tutti i computer desktop.

2, 5 pollici:

Le sue misure sono 69, 8 x 9, 5 x 100 mm e sono le misure tipiche di un'unità floppy. Questi dischi rigidi vengono utilizzati per i computer portatili, che sono più compatti, piccoli e leggeri.

Struttura fisica e logica

Dopo aver visto i componenti fisici di un disco rigido, dobbiamo sapere come la sua struttura di dati è divisa in ciascuna piastra del disco rigido. Come al solito, non si tratta semplicemente di registrare casualmente le informazioni sul disco, hanno una propria struttura logica che consente l'accesso a informazioni specifiche memorizzate su di esse.

Struttura fisica del contenuto

Track (traccia)

Ciascuna delle facce del disco è divisa in anelli concentrici, dall'interno all'esterno di ciascuna faccia. La traccia 0 rappresenta il bordo esterno del disco rigido.

cilindro

Sono l'insieme di diverse tracce. Un cilindro è formato da tutti i cerchi allineati verticalmente su ciascuna delle piastre e delle facce. Formerebbero un cilindro immaginario sul disco rigido.

settore

Le tracce a loro volta sono divise in pezzi di arco chiamati settori. Queste sezioni sono dove sono memorizzati i blocchi di dati. La dimensione dei settori non è fissa, sebbene sia normale trovarla con una capacità di 510 B (byte), che ammonta a 4 KB. In passato, la dimensione dei settori per ciascun battistrada era fissa, il che significava che le piste esterne con un diametro maggiore venivano sprecate a causa di fori vuoti. Ciò è cambiato con la tecnologia ZBR (Bit Recording by Zones) che consente di utilizzare lo spazio in modo più efficiente, variando il numero di settori a seconda delle dimensioni della traccia (tracce con un raggio maggiore, più settori)

grappolo

Chiamata anche unità di allocazione, è un raggruppamento di settori. Ogni file occuperà un certo numero di cluster e nessun altro file può essere archiviato in un determinato cluster.

Ad esempio, se abbiamo un cluster 4096 B e un file 2700 B occuperà un singolo cluster e avrà anche spazio in esso. Ma non è possibile archiviare più file su di esso. Quando formattiamo un disco rigido, possiamo assegnare ad esso una determinata dimensione del cluster, minore è la dimensione del cluster, migliore sarà lo spazio su di esso, specialmente per file di piccole dimensioni. Sebbene, al contrario, sarà più difficile accedere ai dati per la testa di lettura.

Si suggerisce che i cluster da 4096 KB siano ideali per unità di archiviazione di grandi dimensioni.

Struttura logica dei contenuti

La struttura logica determina il modo in cui i dati sono organizzati al suo interno.

Settore di avvio (Master Boot Record):

Generalmente chiamato MBR, è il primo settore dell'intero disco rigido, ovvero la traccia 0, il settore cilindro 0 1. Questo spazio memorizza la tabella delle partizioni che contiene tutte le informazioni sull'inizio e la fine delle partizioni. Il programma di avvio Mester è anche memorizzato, questo programma è incaricato di leggere questa tabella delle partizioni e di fornire il controllo al settore di avvio della partizione attiva. In questo modo il computer si avvierà dal sistema operativo della partizione attiva.

Quando abbiamo diversi sistemi operativi installati su partizioni diverse, sarà necessario installare un bootloader in modo che possiamo scegliere il sistema operativo che vogliamo avviare.

Spazio di partizione:

Il disco rigido può essere costituito da una partizione completa che copre l'intero disco rigido o diversi di essi. Ogni partizione divide il disco rigido in un numero specifico di cilindri e possono avere le dimensioni che vogliamo assegnare loro. Queste informazioni verranno archiviate nella tabella delle partizioni.

A ciascuna delle partizioni verrà assegnato un nome chiamato etichetta. In Windows saranno le lettere C: D: C:, ecc. Perché una partizione sia attiva, deve avere un formato file.

Spazio non partizionato:

Potrebbe esserci anche un certo spazio che non abbiamo ancora partizionato, ovvero che non gli abbiamo assegnato un formato di file. In questo caso non sarà disponibile per archiviare i file.

Sistema di indirizzamento

Il sistema di indirizzamento consente di posizionare la testina di lettura nel punto esatto in cui si trovano i dati che intendiamo leggere.

CHS (cilindro - testata - settore): è stato il primo sistema di indirizzamento da utilizzare. Tramite questi tre valori è stato possibile posizionare la testina di lettura nel punto in cui si trovano i dati. Questo sistema era di facile comprensione, ma richiedeva direzioni di posizionamento piuttosto lunghe.

LBA (indirizzamento del blocco logico): in questo caso dividiamo il disco rigido in settori e assegniamo a ciascuno un numero univoco. In questo caso, la catena di istruzioni sarà più corta ed efficiente. È il metodo attualmente utilizzato.

File system

Per archiviare i file su un disco rigido, è necessario sapere come verrà archiviato, pertanto è necessario definire un file system.

FAT (File Allocate Table):

Si basa sulla creazione di una tabella di allocazione dei file che è l'indice del disco. Vengono archiviati i cluster utilizzati da ciascun file, nonché cluster liberi, difettosi o frammentati. In questo modo, se i file sono distribuiti in cluster non contigui, attraverso questa tabella saremo in grado di sapere dove sono.

Questo file system non può funzionare con partizioni superiori a 2 GB

FAT 32:

Questo sistema rimuove la limitazione FAT da 2 GB e consente cluster di dimensioni inferiori per capacità maggiori. Le unità di archiviazione USB normalmente utilizzano questo file system perché è il più compatibile per diversi sistemi operativi e dispositivi multimediali come lettori audio o video.

Una limitazione che abbiamo è che non saremo in grado di archiviare file di dimensioni superiori a 4 GB.

NTFS (New Technology File System):

È il file system utilizzato per i sistemi operativi Windows dopo Windows NT. Vengono eliminate le limitazioni su file e partizioni dei sistemi FAT e anche una maggiore sicurezza per i file memorizzati poiché supporta la crittografia dei file e la configurazione delle autorizzazioni di questi. Inoltre, consente l'allocazione di diverse dimensioni del cluster per diverse dimensioni della partizione.

Il limite di questo file system è che non è completamente compatibile con Linux o Mac OS nelle versioni precedenti. E soprattutto, non è supportato da dispositivi multimediali come lettori audio e video o TV.

HFS (Hierarchical File System):

Sistema sviluppato da Apple per i suoi sistemi operativi MAC. È un file system gerarchico che divide un volume o una partizione in blocchi logici da 512 B. Questi blocchi sono raggruppati in blocchi di allocazione.

EXT Extended File System):

È il file system utilizzato dai sistemi operativi Linux. È attualmente nella sua versione Ext4. Questo sistema è in grado di lavorare con partizioni di grandi dimensioni e ottimizzare la frammentazione dei file.

Una delle sue caratteristiche più importanti è che è in grado di file system prima e dopo.

Come sapere se un disco rigido è buono

Esistono diverse misure che determinano la capacità di un disco rigido in termini di prestazioni e velocità. Questi devono essere presi in considerazione per sapere come confrontare le prestazioni di un disco rigido di un altro.

• Velocità di rotazione: è la velocità alla quale ruotano le piastre del disco rigido. A velocità più elevate avremo velocità di trasferimento dati più elevate, ma anche rumore e riscaldamento maggiori. Il modo migliore è acquistare un'unità IDE o SATA con oltre 5400 giri / min. Se è SCSI, è indicato che ha più di 7200 rpm. Una rotazione più elevata consente anche una latenza media inferiore. Latenza media: è il tempo impiegato dalla testina di lettura nel settore indicato. La testina di riproduzione deve attendere la rotazione del disco per trovare il settore. Pertanto, a un numero di giri più elevato, una latenza inferiore. Tempo medio di ricerca: tempo impiegato dall'indicatore di riproduzione per raggiungere la traccia indicata. Tra 8 e 12 millisecondi Tempo di accesso: tempo impiegato dal lettore per accedere al settore. È la somma della latenza media e del tempo medio di ricerca. Tempo tra 9 e 12 millisecondi. Tempo di scrittura / lettura: questo tempo dipende da tutti gli altri fattori e oltre alle dimensioni del file. Memoria cache: memoria di tipo solido come la RAM che memorizza temporaneamente i dati letti dal disco. In questo modo la velocità di lettura aumenta. Maggiore è la memoria cache, più veloce sarà la lettura / scrittura. (molto importante) Capacità di archiviazione: ovviamente è la quantità di spazio disponibile per archiviare i dati. Più meglio è. Interfaccia di comunicazione: il modo in cui i dati vengono trasferiti dal disco alla memoria. L'interfaccia SATA III è attualmente la più veloce per questo tipo di dischi rigidi.

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Con questo finiamo la nostra spiegazione di come sia un disco rigido e come funzioni. Spero che sia stato molto utile per te e capisci già l'importanza di avere un buon disco rigido.