1. Σκληρός Δίσκος (Hard Disk)

2. Ιστορικό Σημείωμα Ο μαγνητικός δίσκος ανακαλύφθηκε το 1956 από την εταιρεία IBM, ως λύση στο πρόβλημα της αργής σειριακής αναζήτησης δεδομένων της μαγνητικής ταινίας. Η IBM κατασκεύασε την πρώτη αποθηκευτική συσκευή που χρησιμοποιούσε μαγνητικούς δίσκους το 1956. Ήταν μια αποθηκευτική συσκευή δεδομένων στο μέγεθος βιβλιοθήκης, με την πρωτοφανή χωρητικότητα για την εποχή των 5.000.000 χαρακτήρων (5 Megabytes), όπως επίσης και τον πρωτοφανή τρόπο τυχαίας προσπέλασης των αποθηκευμένων δεδομένων, χάρης του οποίου η συσκευή ονομάστηκε RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control – Τυχαίας Προσπέλασης Μέθοδο Περιγραφής και Ελέγχου). Ο χρήστης της συσκευής αυτής είχε στη διάθεσή του οποιοδήποτε κομμάτι της αποθηκευμένης πληροφορίας σε 0,8 δευτερόλεπτα.

3. Ιστορικό Σημείωμα Πολύ αργότερα, γύρω στο 1967 όταν έκαναν την εμφάνισή τους οι πρώτοι μαλακοί δίσκοι (δισκέτες), επίσης εφεύρεση της IBM, οι ογκώδεις συσκευές με τους μεταλλικούς (καθηλωμένους δίσκους) μετονομάστηκαν σε σκληρούς δίσκους.

4. Αρχή Λειτουργίας Μαγνητικών Δίσκων Οι μαγνητικοί δίσκοι διακρίνονται σε σκληρούς δίσκους (harddisks) και σε εύκαμπτες δισκέτες (floppy disks). Στην κυκλική επιφάνεια τους υπάρχει μία λεπτή επίστρωση μαγνητικού υλικού το οποίο αποτελείται από στοιχειώδη δίπολα, δηλαδή μαγνήτες σε επίπεδο μορίων οι οποίοι είναι διασκορπισμένοι τυχαία στην επιφάνεια της πλακέτας, έτσι ώστε κάθε τμήμα της, οσοδήποτε μικρό, αλλά πολύ μεγαλύτερο από τις διαστάσεις του μορίου, αν μην είναι μαγνητισμένο. Ο δίσκος περιστρέφεται συνεχώς με σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω από τον άξονά του. Ένας βραχίονας στο ελεύθερο άκρο του οποίου είναι στερεωμένη η κεφαλή εγγραφής και ανάγνωσης, κινείται από το κέντρο προς την περιφέρεια της επιφάνειας του δίσκου, κατά τέτοιο τρόπο ώστε, σε συνδυασμό με την περιστρεφόμενη κίνηση του, η κεφαλή εγγραφής και ανάγνωσης των δεδομένων να έχει πρόσβαση σε όλη την επιφάνεια του .

5. Αρχή Λειτουργίας Μαγνητικών Δίσκων Τρόπος αποθήκευσης Τα δεδομένα αποθηκεύονται στον σκληρό δίσκο ως ακολουθίεςbit(αφού οι υπολογιστές λειτουργούν με το δυαδικό σύστημα). Οι κεφαλές γράφουν κάθε bit αλλάζοντας το μαγνητικό πεδίο στην επιφάνεια των μαγνητικών δίσκων και το διαβάζουν απλώς αναγνωρίζοντας το μαγνητικό πεδίο. Κάθε bit δεδομένων καταλαμβάνει τον δικό του χώρο στην επιφάνεια του δίσκου, ωστόσο οι ακολουθίες bit που αποτελούν τα δεδομένα, δεν είναι απαραίτητο να εγγράφονται σειριακά στον δίσκο, αλλά είναι δυνατό να κατακερματιστούν και να εγγραφούν σε διάφορες θέσεις.

6. Οργάνωση Μαγνητικών Δίσκων Η επιφάνεια ενός μαγνητικού δίσκου διαμερίζεται σε ομόκεντρους κύκλους ή τροχιές (tracks). Κάθε τροχιά χωρίζεται σε κυκλικά τόξα ή περιοχές που ονομάζονται τομείς (sectors). Κάθε τομέας έχει μέγεθος σταθερό, με άλλα λόγια περιέχει σταθερό αριθμό από bytes, ο οποίος κυμαίνεται από 512 bytes ως 32 ΚΒ ή και περισσότερο. Το σύνολο των δεδομένων που αποθηκεύονται σε ένα τομέα του δίσκου λέγεται ενότητα (block). ∆ύο ή περισσότεροι τομείς, σχηματίζουν την συστοιχία (cluster), που αποτελεί την μικρότερη μονάδα αποθήκευσης για τα δεδομένα ενός προγράμματος.

7. Οργάνωση Μαγνητικών Δίσκων Όπως μπορούμε να δούμε και στο σχήμα, το μέγεθος των τομέων που ανήκουν σε διαφορετικές τροχιές δεν είναι το ίδιο. Οι τομείς που βρίσκονται κοντά στην εξωτερική τροχιά του δίσκου έχουν μεγαλύτερο μήκος απ’ ότι οι εσωτερικοί τομείς. Η ποσότητα όμως των δεδομένων που αποθηκεύεται σε κάθε τομέα είναι συνήθως σταθερή· άρα έχουμε μεγαλύτερη πυκνότητα αποθήκευσης όσο πλησιάζουμε προς το κέντρο του δίσκου. Πάνω από την επιφάνεια του δίσκου και σε μικρή απόσταση από αυτόν (εκατομμυριοστά του μέτρου) βρίσκεται η κεφαλή (head) ανάγνωσης/εγγραφής, η οποία φέρει τον ηλεκτρομαγνήτη για την ανάγνωση των 0 και 1 που είναι γραμμένα στην επιφάνεια του δίσκου. Οι κεφαλές μπορεί να είναι σταθερές ή κινούμενες.

8. Οργάνωση Μαγνητικών Δίσκων Συνήθως, τα ίχνη των μαγνητικών δίσκων διαιρούνται σε ισόποσους τομείς, ανεξάρτητα από την απόσταση τους (ακτίνα) από το κέντρο του δίσκου. Σαν συνέπεια, ο αριθμός των τομέων που θα διαιρεθούν τα ίχνη του δίσκου, καθορίζεται από το μικρότερο σε μήκος ίχνος, δηλαδή από αυτό που βρίσκεται πιο κοντά στο κέντρο του δίσκου. Με αυτή τη λογική, όλα τα ίχνη, ακόμα και αυτά στο εξωτερικό του δίσκου με μήκος πολλαπλάσιο του πιο εσωτερικού, διαθέτουν τον ίδιο αποθηκευτικό χώρο με το μικρότερο σε μήκος ίχνος. Αποτέλεσμα αυτού του τρόπου λογικού κερματισμού της επιφάνειας του μαγνητικού δίσκου, είναι η κακή εκμετάλλευση της χωρητικής ικανότητας της. Ωστόσο, πολλοί κατασκευαστές μαγνητικών δίσκων αντιλήφθηκαν γρήγορα τη σπατάλη του αποθηκευτικού χώρου, της μεθόδου διαίρεσης των ιχνών σε ισόποσους τομείς και άρχισαν να κερματίζουν κάθε ίχνος ανάλογα με το μήκος του. Συνεπώς, το πλήθος των τομέων, στους οποίους διαιρείται κάποιο ίχνος του δίσκου, είναι ανάλογο της απόστασής του ίχνους από το κέντρο του δίσκου.

9. Σκληρός Δίσκος Ένας σκληρός δίσκος αποτελείται από ομοαξονικούς μαγνητικούς δίσκους. Οι αντίστοιχες τροχιές από κάθε δίσκο, ορίζουν ένα κύλινδρο (cylinder). Σε κάθε στιγμή, όλες οι κεφαλές είναι τοποθετημένες στις τροχιές που ανήκουν στον ίδιο κύλινδρο. Έτσι η διαδικασία προσπέλασης γίνεται ταχύτερα, καθώς όλες οι κεφαλές λειτουργούν ταυτόχρονα γράφοντας στην ίδια τροχιά, αλλά σε διαφορετικό μαγνητικό δίσκο. Τα διαδοχικά δεδομένα λοιπόν αποθηκεύονται σε τροχιές διαφορετικών μαγνητικών δίσκων που ανήκουν στον ίδιο κύλινδρο.

10. ΣκληρόςΔίσκος Για την προσπέλαση των δεδομένων στο σκληρό δίσκο, υπάρχει μια μοναδική διεύθυνση για κάθε τομέα, η οποία αποτελείται από τον αριθμό της κεφαλής (δηλαδή τον αριθμό δίσκου), τον αριθμό του κυλίνδρου ή τροχιάς στο δίσκο και τον αριθμό του τομέα μέσα στον κύλινδρο. Τα χαρακτηριστικά αυτά (κεφαλές, κύλινδροι, τομείς) αποτελούν τη γεωμετρία του σκληρού δίσκου. Η σύγχρονη τεχνολογία επιτρέπει την δημιουργία δίσκων με πυκνότερες τροχιές και πιο μικρούς τομείς ανά μονάδα πληροφορίας, άρα μεγαλύτερες χωρητικότητες.

11. Χαρακτηριστικά Αξιολόγησης Των Σκληρών Δίσκων Τα στοιχεία που χαρακτηρίζουν τεχνικά τους μαγνητικούς δίσκους και που επιτρέπουν την αξιολόγηση τους είναι: Ο χρόνος προσπέλασης Η ταχύτητα μεταφοράς Η λανθάνουσα μνήμη Ο χρόνος ζωής Η χωρητικότητα

12. Χαρακτηριστικά Αξιολόγησης Των Σκληρών Δίσκων Χρόνος προσπέλασης (Access time): Ονομάζεται ο μέσος όρος των χρόνων που χρειάζεται, για να μεταφερθεί μία πληροφορία από κάποιο σημείο της επιφάνειας του δίσκου στη μνήμη RAM του υπολογιστή και εκφράζεται σε χιλιοστά του δευτερολέπτου(msec).

13. Χαρακτηριστικά Αξιολόγησης Των Σκληρών Δίσκων Ο χρόνος προσπέλασης είναι αναγκαίος για να κάνει η κεφαλή τις εξής τρείς ενέργειες. Αρχικά μετακινείται πάνω από την τροχιά στην οποία υπάρχουν ή πρόκειται να γραφούν τα δεδομένα. Ο χρόνος που απαιτείται για τη μετακίνηση αυτή ονομάζεται χρόνος αναζήτησης (seek time). Στη συνέχεια, καθώς ο δίσκος περιστρέφεται συνεχώς, αναμένουμε να βρεθεί ακριβώς πάνω από τον συγκεκριμένο τομέα και συστοιχία. Ο χρόνος που απαιτείται μέχρι να γίνει αυτό εξαρτάται από το ρυθμό περιστροφής του μαγνητικού δίσκου. Κατόπιν διαβάζει ή γράφει τα δεδομένα σε συστοιχίες και τα μεταδίδει. Ο χρόνος ανάγνωσης ή εγγραφής εξαρτάται από την ταχύτητα ανάγνωσης/εγγραφής της κεφαλής, από την ταχύτητα των ηλεκτρονικών που υποστηρίζουν το δίσκο, από το πρωτόκολλο διαδρόμου κλπ.

14. Χαρακτηριστικά Αξιολόγησης Των Σκληρών Δίσκων Ταχύτητα μεταφοράς (Data transfer rate): Ονομάζεται η ποσότητα των δεδομένων που μπορούν να μεταφερθούν σε μία χρονική μονάδα από το δίσκο στη μνήμη RAM και εκφράζεται σε bytes/sec. Η ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων εξαρτάται από την πυκνότητα εγγραφής του δίσκου, δηλαδή τον αριθμό των κυκλικών τομέων ανά ίχνος, και από την ταχύτητα περιστροφής του δίσκου. Παράδειγμα: Αν ένας δίσκος έχει 63 τομείς ανά ίχνος και η ταχύτητα περιστροφής 90 στροφές το δευτερόλεπτο, μπορεί να μεταφέρει έως 512 * 63 *90 =2.903.040 bytes ανά δευτερόλεπτο.

15. Χαρακτηριστικά Αξιολόγησης Των Σκληρών Δίσκων Λανθάνουσα μνήμη (Cache memory): Ονομάζεται η κρυφή μνήμη που χρησιμοποιείται πολλές φορές, για να αποθηκεύονται οι πληροφορίες που διαβάστηκαν ή εγγράφτηκαν πρόσφατα στο σκληρό δίσκο. Με τη χρήση της αυξάνεται η ταχύτητα εγγραφής και ανάκτησης δεδομένων, γιατί το λειτουργικό σύστημα, αν χρειαστεί ξανά τις ίδιες πληροφορίες, θα τις ανακτήσει από την μνήμη αυτή, που είναι ταχύτερη από το δίσκο, αλλά και ακριβότερη.

16. Χαρακτηριστικά Αξιολόγησης Των Σκληρών Δίσκων Χρόνος ζωής: Η ποιότητα κατασκευής των σκληρών δίσκων σήμερα τους δίνει στατικό μέσο χρόνο μέχρι να παρουσιάσουν κάποια βλάβη, περίπου 35 χρόνια συνεχούς λειτουργίας. Ο αριθμός αυτός δίνεται από τον κατασκευαστή και δείχνει μόνο τη «θεωρητική» αξιοπιστία του δίσκου, χωρίς να εξασφαλίζει ότι ο δίσκος θα δουλέψει τόσες ώρες χωρίς πρόβλημα. Συνήθως όμως οι κατασκευαστές στηριζόμενοι σε αυτόν δίνουν εγγύηση καλής λειτουργίας.

17. Χαρακτηριστικά Αξιολόγησης Των Σκληρών Δίσκων Χωρητικότητα: Ορίζουμε ως χωρητικότητα το πλήθος των πληροφοριών που μπορούν να αποθηκευτούν σε ένα φυσικό μέσο. Η χωρητικότητα ενός δίσκου σε bytes υπολογίζεται από το γινόμενο: [αριθμός τομέων]*[512]*[αριθμός κυλίνδρων]*[αριθμός κεφαλών] 1Mbyte = 1024 Kbyte και όχι 1000Kbyte 1 Kbyte = 1024 byte και όχι 1000 byte

18. Πρωτόκολλα επικοινωνίας IDE και SCSI Τα πρωτόκολλα επικοινωνίας είναι ένα σύνολο κανόνων και προδιαγραφών που καθορίζουν τον τρόπο λειτουργίας του σκληρού δίσκου και άλλων συσκευών. Για παράδειγμα καθορίζουν τον τρόπο επικοινωνίας με τον επεξεργαστή και τη μνήμη του υπολογιστή, την ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων, το είδος των καλωδίων, τον αριθμό των συσκευών που θα συνδεθούν στο καλώδιο κτλ. Κάθε πρωτόκολλο χρησιμοποιεί το δικό του σύστημα ελέγχου, που ονομάζεται, ελεγκτής (controller) , και βέβαια διαφορετικό είδος σκληρών δίσκων. Γενικά υπάρχουν δύο τέτοια πρωτόκολλα, το IDE και το SCSI, τα οποία έχουν εξελιχθεί και έτσι δημιουργήθηκαν διάφορες παραλλαγές τους, όπως το EIDE, το FAST ATA, το ULTRA-ATA, το FAST-SCSI, το SCSI-2, το ULTRA-FAST-SCSI, το SCSI-3 κλπ.

19. Πρωτόκολλα επικοινωνίας IDE και SCSI Το IDE (Integrated Drive Electronics): Ενισχυμένη έκδοση του πρωτοκόλλου σκληρού δίσκου IDE, ικανή να αποδώσει υψηλούς δείκτες μεταφοράς. Το IDE -Integrated Drive Electronics (Ενσωματωμένα ηλεκτρονικά οδηγού)- είναι το πιο γνωστό interface σύνδεσης σκληρών δίσκων σε ένα PC. Ακολουθεί τις προδιαγραφές του standard ΑNSI AT Attachment, σύμφωνα με το οποίο υλοποιείται μια παραλλαγή του διαύλου επέκτασης ΑΤ για την επικοινωνία ενός σκληρού δίσκου με τον επεξεργαστή του υπολογιστή. Το πρωτόκολλο IDE στην πρώτη του έκδοση είχε τα εξής χαρακτηριστικά: Υποστήριζε την σύνδεση έως και 2(μόνο)σκληρών δίσκων. Αναγνώριζε δίσκους χωρητικότητας έως 528 Mbytes. Επέτρεπε μικρή σχετικά ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων(έως 4 Mbytes/sec). Δεν επέτρεπε τη σύνδεση άλλων συσκευών(π.χCD-ROM). Καλώδια IDE με 40 και 80 pins.

20. Πρωτόκολλα επικοινωνίας IDE και SCSI To EIDE (Enhanced IDE) είναι μια βελτιωμένη εκδοχή του IDE, με τα εξής χαρακτηριστικά: Υποστηρίζει την σύνδεση έως και 4 σκληρών δίσκων. Αναγνωρίζει δίσκους χωρητικότητας έως 136,9 GBYTE. Προσφέρει ταχύτερη μεταφορά δεδομένων . Επιτρέπει την αυτόματη αναγνώριση από το BIOS των παραμέτρων του δίσκου.

21. Πρωτόκολλα επικοινωνίας IDE και SCSI Το SCSI (Small ComputerSystem Interface): Το πρωτόκολλο SCSI αρχικά χρησιμοποιήθηκε για τη διασύνδεση περιφερειακών κυρίως σε μεγάλους υπολογιστές. Γρήγορα όμως χρησιμοποιήθηκε και στους προσωπικούς υπολογιστές λόγο τις πτώσης των τιμών και της ανάγκης για βελτίωση της ταχύτητας.

22. Πρωτόκολλα επικοινωνίας IDE και SCSI Χαρακτηριστικά πλεονεκτήματα του SCSI: Επιτρέπει τη σύνδεση αρκετών συσκευών σε μία πύλη (υποδοχή) μέχρι 15 περιφερειακών κάθε είδους(σκληροί δίσκοι, CD-ROM, Scanners, εκτυπωτές κτλ). Επιτρέπει μεταδόσεις πληροφοριών σε μεγάλες ταχύτητες. Δυνατότητα τοποθέτησης και εξωτερικών συσκευών, αφού το καλώδιο σύνδεσης μπορεί να έχει μήκος μέχρι 6 μέτρα. Δεν υπάρχουν περιορισμοί στη χωρητικότητα των δίσκων. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σε άλλου τύπου συστήματα εκτός των PC , όπως σε Macintosh, Atari ST κτλ. Μειονεκτήματα του SCSI: Χαρακτηριστικό μειονέκτημα είναι το υψηλότερο κόστος, που οφείλεται στην ύπαρξη δικής του ROM και στα επιπλέων κυκλώματα επεξεργασίας που διαθέτει για την επικοινωνία σε ένα σύστημα όπου μπορούν να υπάρχουν έως και άλλες 15 συσκευές. Στο κόστος συνυπολογίζεται και η ειδική κάρτα προσαρμογής που χρειάζεται για τη σύνδεση όλων των συσκευών SCSI.