Informatika | Tanulmányok, esszék » Pető András - A merevlemezek felépítése

Írta: Pető András (Műszaki Informatikai Nappali) Merevlemezek Felépítése Egyre rohamosabban fejlődő világunkban szükség van nagy mennyiségű adatok biztonságos tárolására, azok gyors elérhetőségére. Erre a célra remekül megfelel a merevlemez, ismertebb nevén winchester, mely nagy sebességű és nagy kapacitású háttértároló. Az első winchestereket az IBM gyártotta. 30MB fix és 30MB cserélhető tárhely állt a felhasználók szolgálatában. Innen ered a neve is, mivel az embereket a 30-30-as szám a vadnyugat winchester puskáira emlékeztette. A kezdeti próbálkozások óta nagyságrendekkel nőtt a kapacitásuk és elérési sebességük. Kereskedelmi forgalomban akár 160GB-os tárhely is vásárolható. A winchester egy légmentesen zárt, pormentes „doboz”, melyben egy vagy több közös tengelyen elhelyezett lemez található. A két szélső lemez kivételével mindkét lemezoldal írható, és olvasható. Minden oldalhoz tartozik egy

író- és egy olvasófej, melyet manapság már kivétel nélkül egybeintegrálva készítenek el. A fejek közvetlenül nem érintkeznek a felülettel, egy vékony levegőréteg található köztük. Az összes lemezoldalra egyszerre történik az írás és az olvasás. A kezdetben 50cm, majd 3-12cm átmérőjű alumíniumlemezek felülete speciális, mágnesezhető anyag, melynek részecskéi a mágneses mezőtől függően két különböző irányba állnak be. A fej egy nyitott lágyvas, melyen egy indukciós tekercs található. Ha váltakozó feszültséget kapcsolunk a tekercsre, akkor mágneses mező indukálódik. Ezek az erővonalak érintkeznek tulajdonképpen a lemezzel, melyek a felület részecskéit a megfelelő irányba állítják be. A bináris kódolás következtében a részecskék két állapota a nullát, illetve az egyet jelölik. A lemezről történő olvasás az előbbi folyamat fordítottja. Ha a fej egy felmágnesezett terület felett halad át, akkor

áram indukálódik benne, így a korábban kódolt adatok visszanyerhetőek. Egy 30GB-os Western Digital Winchester belseje A lemezek kezelésében különböző részeket különböztetünk meg. Minden lemezt koncentrikus körökre osztunk, melyek a fejek sugárirányú elmozdulásával érhetők el. Egy ilyen kört nevezünk sávnak, az egymás alatt, illetve felett elhelyezkedő sávokat pedig cilindernek. Egy-egy sáv szélessége a fej szélességétől, illetve sugárirányú pozícionálhatóságától függ. A mai technológiával akár 5-10 mikron szélességű sávok is elérhetőek a fejek számára. A sáv kerülete mentén a bitek még ennél is sűrűbben helyezkednek el, a mai lemezek 50000-100000bit/cm bitsűrűséggel bírnak, így egy bit 50-szer nagyobb sugárirányban, mint a kerület mentén. Emellett könnyen belátható, hogy a külső sávok hosszabbak, mint a belsők. A lemez azonban mindig állandó sebességgel forog, így logikusnak tűnik, hogy a

korong szélei felé a bitek ritkábban helyezkednek el. A kezdeti winchesterek esetében ez így is volt. Minden bit, függetlenül attól, hogy melyik sávban található, ugyanakkora foknyi helyet foglal el. Ez viszont rengeteg kihasználatlan felületet jelent, így a fejlesztők újragondolták a problémát. A cilindereket további zónákra osztották (10 - 30 cilinder/zóna), és a külső zónákban összesűrítették a biteket. Így az adminisztráció bonyolultabbá vált, de cserébe jelentősen nőtt a lemez kapacitása. Minden sávot további, úgynevezett szektorokra bontunk, melyek egyenként 512 bájtot tartalmaznak. A szektor a kezelhető legkisebb adategység. Minden ilyen szektor elején megtalálható az adminisztratív célokat szolgáló fejléc, mely tartalmazza a sáv számát, a fej sorszámát, a szektor számát és hosszának kódját. Ezután következik az adatblokk, mely a számunkra lényeges adatokat tartalmazza. Mindkét részt egy speciális jel

előz meg, hogy megbízható legyen a különválasztás. Előbbit az azonosító jel (Identifier Mark, IM), utóbbit az adatjel (Data Mark, DM) vezeti be. A szektor végén, az adatok után a hibajavító kód (ErrorCorrecting Code, ECC) áll, melynek segítségével felderíthetők, és kijavíthatók az adatátvitel során keletkező hibák. A szektorok között keskeny szektorrés található. A fejléc, a hibajavító kód és a szektorrés miatt a merevlemezek tényleges kapacitása akár 15%-kisebb, mint amennyi bájt valójában elférne a korongokon. Az adat tárolása mellet egy igen fontos szempont, az adtok gyors elérése. A teljesítmény azonban sok mindentől függ Ha olvasni, vagy írni akarunk egy adatot, akkor először a fejet a megfelelő sugárirányú pozícióba kell állítani. Ez átlagosan 5-15ms ideig tart Ezt hívjuk keresésnek. Ezt követően jön a forgási késleltetés, mely idő alatt a megfelelő szektor a fej alá fordul. Ez általában 4-8ms időt

vesz igénybe, mely nagyban függ a lemez forgási sebességétől. Kereskedelmi forgalomban kapható winchesterek korongjai többnyire 5400 illetve 7200 fordulatot tesznek meg percenként, a 3600-asok már lassúnak számítanak. Az adatátviteli idő emellett függ a kerületi sűrűségtől is Egy szektor 512 bájtjának olvasása, illetve írása átlagosan 25 és 100ms időt vesz igénybe. Az adatokból látható, hogy a keresésre fordítódik a legtöbb idő, ezért egy „széttöredezett” lemez nem tud hatékonyan dolgozni. Ennek a problémának a kiküszöbölésére találták ki a lemeztöredezettség-mentesítő programokat, melyek az összetartozó adatokat egymás mellé rendezik. Ezzel jelentősen nő a hatékonyság Ha számítógépet vásárolunk érdemes odafigyelni a winchesterre. Ha tehetjük, merevlemezt soha ne vegyünk használtan. Nem tudhatjuk, hogy előtte nem egy nagyvállalat szerverében robotolt-e évekig, napi 24 órában. Fontos a jó

minőségű, megbízható, gyors meghajtó, pótolhatatlan adataink sorsa függ döntésünktől. Felhasznált irodalom: Andrew S. Tanenbaum: Számítógép-architektúrák Panem Könyvkiadó Kft 2001 Markó Imre: PC Hardver Konfigurálás és Installálás LSI Oktatóközpont 2000