Slide 1

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 2

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 3

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 4

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 5

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 6

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 7

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 8

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 9

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 10

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 11

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 12

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 13

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 14

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 15

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 16

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 17

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 18

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 19

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 20

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 21

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 22

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 23

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 24

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 25

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 26

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 27

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 28

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 29

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 30

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 31

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 32

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 33

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver


Slide 34

Pevné disky

Čo to pevný disk (HDD) je?

Pevný disk je slovenský preklad anglického Hard
Disk Drive (skrátene HDD). Ide o neoddeliteľnú
súčasť počítačov. Na HDD sa ukladajú všetky
potrebné dáta, ktoré na ňom zostávajú uložené
aj po odpojení od zdroja elektrickej energie.

Štruktúra HDD
Pevný disk pozostáva z :

•
•
•
•
•
•
•

1.platne disku
2.hlavy na čítanie a zápis
3.pohon hláv
4.vzduchové filtre
5.pohon platní
6.riadiaca elektronika
7.káble a konektory

•

8.konfiguračné prvky (ako napr. jumper)

Štruktúra HDD
Platne

Hriadeľ s pohonným motorom

Čítacia / zapisovacia
hlavička

Systém vychyľovacieho
ramena
Ochranný kryt

Ohybný páskový
vodič
Montážne upevňovacie
skrutky

Štruktúra HDD

vrstva maziva
uhlíková vrstva

rotácia disku

Pohľad
zhora

magnetická vrstva

stopa

chrómová vrstva

sektor
niklová vrstva
hliníkový alebo
keramický substrát

čítacia/záznamová
hlava
cluster
hlava 0

platňa

hlava 1
hlava 2

povrchy

hlava 3
hlava 4
hlava 5

cylinder

os disku poháňaná
motorom

otočné rameno
so systémom
hláv

Štruktúra povrchu
platne disku

Štruktúra HDD

Detail čítacej / zápisovej hlavičky

Magnetická
hlava
Držiak hlavy

Pri roztočení sa disku vďaka tvaru
keramického nosiča sa magnetickáhlava
začne vznášať podobne ako lietadlo nad
povrchom disku vo vzdialenosti jednotiek
nanometrov.

Keramický nosič

Pohybujúci sa magnetický disk

nm

Štruktúra HDD
1. Púzdro - chráni všetky časti pred poškodením. Nie je
2.

3.

4.

však moc odolné voči prachu a vode, preto je dôležité
pravidelne svoj disk vysávajte.
Magnetické platne - na tie sa ukladajú všetky dáta.
Platne sú naozaj veľmi citlivé na mechanické
poškodenie.
Motor - určuje "rýchlosť" Vášho HDD. Dnešné HDD
majú rýchlosti 5400 RAM (rounds per minute - otáčok
za minútu), 7200 rpm a 10000 rpm. Je to práve motor,
čo je zodpovedný za najväčší hluk zo všetkých
ostatných súčastí pevného disku.
Hlavička - sa skladá z magnetickej hlavy, ktorá číta a
zapisuje dáta z/do pevného disku a minimotorčeka,
ktorý ňou pohybuje.

Štruktúra HDD
1. Konektory - tvoria bod kadiaľ všetky údaje a dáta
2.
3.

vstupujú a vystupujú do/z disku. Nesmie však chýbať
ani elektrické napájanie.
Jumper - je malá spojka, ktorou sa skratujú PINy na
HDD a tým sa určuje, či je disk Master (hlavný) alebo
Slave (podriadený). Jumper má veľký vplyv bootovanie
a rozpoznanie disku systémom.
Skrutky - no a samozrejme všetko je spolu poriadne
zoskrutkované.

Základné pojmy pri HDD
• Platňa – kovový (hliníkový) kotúč s nanesenou

•

magnetickou vrstvou (Fe2O + Co). Na tieto vrstvy sa
nanáša tenká grafitová vrstva proti poškodeniu povrchu.
Slúži na magnetické zaznamenanie dát. Záznam môže
byť jedno, alebo obojstranný.
Hlava - zariadenie umožňujúce zápis alebo čítanie z
platní. Pohybuje sa zhruba kolmo na smer otáčania
disku a tým umožňuje čítanie po celej jeho šírke. Na
jednu platňu prislúcha 1 alebo 2 hlavy.

Základné pojmy pri HDD
• Stopa – je prstenec pevného disku na jeden strane

•

disku, slúžiaci na ukladanie dát. Z hľadiska efektívneho
spracovania je však jedna stopa príliš veľká jednotka pre
ukladanie dát, lebo do nej môžme uložiť až 100 000 či
viac bitov dát. Z tohto dôvodu sa stopa na disku
rozdeľuje na niekoľko očíslovaných časti, ktoré
nazývame sektory.
Sektory - výseč alebo klin, na ktoré sa (podobne ako
koláč) delí platňa – umožňuje uložiť 571 Bajtov z toho
512 Bajtov používateľských dát. Sektory v jednej stope
sú číslované od čísla 1,zatial čo cylindre a hlavy sú vždy
číslované od 0. Sektory sa vytvárajú pri nízkoúrovňovom
formátovaní. Ich počet v stope závisí od zóny, v ktorej sa
nachádzajú.

Základné pojmy pri HDD
• Cluster – logické delenie disku závislé od súborového
•

systému. Môže obsahovať 1 – 16 sektorov
Cylinder - súhrn všetkých stop daného čísla na všetkých
povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stop udávajú
počet cylindrov (valcov).

Delenie pevných diskov
- podľa formátu :
• 5,25" - veľký formát, používaný najmä v
•
•
•
•

minulosti
3,5" - malý formát, používaný bežne v
domácich PC
2,5" - formát používaný v notebookoch a
prenosných zariadeniach
1,8" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach
1" - mikro-formát používaný v malých
prenosných zariadeniach /napr. pamäťové
karty/

Delenie pevných diskov
- podľa otáčok/min :
• 3 600 ot/min.
• 4 200 ot/min.
• 5 400 ot/min.
• 7 200 ot/min.
• 10 000 ot/min.
• 15 000 ot/min.

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie
Rozhranie

IDE
EIDE
SCSI
ATA, SATA
SAS
eSATA

Delenie pevných diskov
- podľa rozhrania :

eSATA kábel

PATA kábel

SATA kábel

Parametre HDD
Recommended Setup Parameters

Cylinders*

16383

Heads

16

Sectors/Track

63

Landing Zone

16383

WPC

16383

Jumper Setting Information

Ten Pin Drive

* All EIDE drives 8.4 GB and larger use 16383 cylinders, 16 heads and 63 SPT due to interface restrictions.

Parametre HDD
Physical Specifications
Formatted Capacity*

80,026 MB

Interface

40-pin EIDE

Actuator Type

Rotary Voice Coil

Number of Platters

2

Data Surfaces

4

Number of Heads

4

Bytes Per Sector

512

User Sectors Per Drive

156,301,488

Servo Type

Embedded

Recording Method

Rate 16/17 PRML

ECC

Reed Solomon

Head Park**

Automatic

* Western Digital defines a megabyte (MB) as 1,000,000 bytes and a gigabyte (GB) as 1,000,000,000 bytes.
** Turning the system power off causes the WD Caviar to perform an automatic head park operation.

Parametre HDD
Performance Specifications

Average Seek (Read)

8.9 ms average

Average Seek (Write)

10.9 ms average

Track to Track Seek

2.0 ms average

Full Stroke Seek (Read)

21 ms average

Index Pulse Period

8.3 (nominal)

Average Latency

4.2 ms (nominal)

Rotational Speed

7200 RPM (nominal)

Transfer Rate (Buffer to Host)
100 MB/s (Mode 5 Ultra ATA)
66.6 MB/s (Mode 4 Ultra ATA)
33.3 MB/s (Mode 2 Ultra ATA)
16.6 MB/s (Mode 4 PIO)
16.6 MB/s (Mode 2 multi-word DMA)
Transfer Rate (Buffer to Disk)

525 Mbits/s maximum

Interleave

1:1

Buffer Size

8 MB

Error Rate (Non-Recoverable)

< 1014 bits read

Spindle Start Time
- From Power-on to Drive Ready*
- From Power-on to Rotational Speed

8.0s average
6.0s average

Spindle Stop Time

5.1s average

Contact Start/Stop Cycles (CSS)

50,000 minimum

* Defined as the time from power-on to the setting of the Drive Ready and Seek Complete including calibration.
** Defined at the time from power-on to when the full spindle rotational speed is reached.

• Toto nové rozhranie má prenosové

rýchlosti 1,5 Gbit/s pri S-ATA I a až 3
Gbit/s pri S-ATA II. S-ATA disky majú
menší konektor a dátový kábel, čím je
okrem iného zabezpečená aj lepšia
cirkulácia vzduchu vo vnútri počítačovej
skrinky.

S-ATA podporuje nové technológie :
RAID - zapojenie dvoch, alebo viacerých diskov s ohľadom na
zvýšenie rýchlosti alebo bezpečnosti údajov.

Unikátna technológia urýchľujúca HDD s názvom NCQ je
dostupná len pre S-ATA II rozhranie. Táto technológia
integrovala do HDD vlastný procesor, ktorý "rozmýšľa", ako
čo najlepšie "naplánovať cestu" ihly a otáčky platní. Takto
urýchľuje načítavanie dát až o niekoľko percent.

My sa zameriame na najnovšie rozhrania, medzi
ktorými je najmä Serial ATA.
• Klasické rozhranie ATA je využívane na pevných diskoch takmer od

•

•

ich vzniku. Fyzicky sa konektor nezmenil od začiatku, iba sa
zvyšovali prenosové rýchlosti a nakoniec i počet vodičov zo
štyridsař na osemdesiat kvoli odstraneniu rušení. S poslednou
revíziou ATA 100, respektíve 133 tak dosiahlo toto rozhranie svoje
výkonnostné maximum a ako neperspektívne muselo byť
nahradené.
Nástupca klasického ATA sa stalo moderné Serial ATA. Ktoré v
prvej revízii dosahovalo teoreticku dátovu priepustnosť až 150
MB/s s budúcim rozšírením až na 1,5 GB/s. Aktuálna verzia SATA
II neprináša zvýšenie prenosovej rýchlosti rozhrania (čo ni je
potrebné, pretože súčasné disky nedokáže využiť ani toto SATA).
Viac zaujímavejším vylepšením je podpora tzv. Hot plug, čo je
možnosř pripojena a odpojenia disku za behu počítača bez rizika
poškodenia disku alebo radiča. Práve kvoli tejto funkcii bol
vylepšený aj napájací konektor, ktorý má predlžené zemniace
kontakty za účelom pripojení napájania za behu.

Existují také flash disky s rozhraním ATA - ADM (ATA Disk Module). Tyto
disky nemají žádné pohyblivé části a nejsou tedy skutečnými pevnými
disky. Připojují se pomocí standardního 40-pinového ATA konektoru, mají
miniaturní rozměry, extrémně nízkou spotřebu a nevyžadují žádné
přídavné ovladače ani speciální kabely.

Technológia výroby hláv pevných
diskov

• Magnetodynamické
• Thin Film Inductive
• Magnetorezistívne
• Giant Magnetoresistive" - GMR

Technológia výroby hláv pevných
diskov
Magnetodynamické
Tento typ hláv se dnes už nepoužíva.

Thin Film Inductive
Dnes je to tiež zastaralá technológia. Plošný spoj s miniatúrnym
vinutím:

MR –magnetorezistívna hlava
Zápisová hlava je induktívna,
čítacia hlava využíva zmeny vodivosti magnetorezistívnych
materiálov pri zmenách okolitého magnetického poľa,
vyvolaných prechodom zaznamenaných bitov pod hlavou

Zápis a čítanie dát MR hlavou
MR čítacia
hlava
Tienenie

Induktívna zápisová
hlava

Digitálne dáta

Póly

MR
senzor
Priebeh zapisovacieho prúdu

cievky

Zmagnetizované médium

Elektronika HDD prijíma dáta v binárnej forme z počítača a mení ich na prúd
zapisovacej hlavy. Smer prúdu v cievke sa mení vždy pri zápise LOG1, pri
LOG0 zostáva nezmenený.
Tento prúd vyvoláva rozptylové mg.pole vo vzduchovej medzere, ktoré
pôsobí na médium a zmagnetizuje ho smerom, ktorý závisí na smere prúdu
zápisovej cievky.
Čítanie dát vzniká vybudením prúdu v MR senzore, ktorý zachytáva zmeny
magn.toku, ktoré sú transformované do postupnosti LOG1 a LOG0

Giant Magnetoresistive - GMR
:

• Čítací element sa skládá z dvoch magnetických vrstiev
obklopujúcich ako sendvič vodivú vrstvu o hrúbke len niekoľko
atómov, podľa zmien magnetického poľa vyvolaného priechodom
média dochádza ku zmenám vodivosti. Táto technológia je
poslednou a umožňuje najväčšiu hustotu záznamu zo všetkých
uvedených hláv

Holografický zápis na disk
• V minulosti bola realizace holografického ukládání dat v podstatě nemožná,

•

díky nedostatku vhodných systémových komponent. Což bylodáno složitostí
multiplexování takto uložených dat, ale především absencí vhodného
záznamového média, které by vyhovělo velkým nárokům, které na něj
holografický způsob zápisu klade.
Velký rozvoj optických technologií, především DVD (DVD-R s červeným
laserem 680nm a DVD-B s modrým 405-407nm), které jsou již pro
holografický zápis vhodné, a také digitální mikro zrdcadla, jenž se objevují v
nových typech displejů, jsou ideální pro světelnou modulaci a to díky
velkému počtu pixelů (~1 milion), velké obnovovací frekvenci až 2kHz. a
velkému optickému kontrastu. CMOS aktivní pixelové detektční pole, která
se objevují v digitální fotografii, vykazují rychlý přístup i vysoký datový
přenos, rovněž využitelný v holografickém záznamu. Nemalou měrou také
zasáhlo velké snížení cen těchto komponent, které jde ruku v ruce s jejich
hromadným nasazením i do spotřební elektroniky.

SEAGATE
• Spoločnosť Seagate, známy výrobca pevných diskov,

•

predstavil pri príležitosti otvorenia svojho nového
výskumného laboratória prelomovú technológiu v ukladaní
dát. Pri zachovaní rovnakého princípu, teda magnetického
záznamu, sa hustota zápisu až zostonásobí a bude možne
uložiť päťdesiat biliónov bitov dát na štvorcový palec.

TECHNOLÓGIA HAMR A AFC
• Technológia HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) je dalo by sa
•

•

•

povedať revolúciou v oblasti ukladania dát a dovoľuje zaznamenať až
stokrát väčší objem dát na palec oproti súčasnosti.
Základom je klasický magnetický záznam, ale hlavným faktorom pre tak
veľké zvýšení kapacity je tepelná asistencia laseru. Technológia HAMR
značne rozšíri kapacitu moderných magnetických pevných diskov, ktoré
používajú magnetické hlavy ku čítaniu a zápisu digitálnych dát na rotujúci
disk.
Pokiaľ hustota záznamu bude i naďalej pokračovať v rýchlom raste, za päť
až desať rokov budú jednotlivé dátové bity tak malé, že sa môžu stať
magneticky nestabilnými kvôli fenoménu zvanému superparamagnetismus.
Riešením je použitie stabilnejšieho média, na ktoré ale dnešné hlavy
nedokážu zapisovať.
Technológia HAMR rieši tento problém tak, že zahreje médium laserovým
paprskom presne do bodu, akým sú dáta zapisované. Pri vyšších teplotách
sa na médium ľahšie zapisuje a rýchle nasledujúce chladenie stabilizuje
zapísané dáta. Výsledkom tohoto záznamu s tepelnou asistenciou je
dosiahnutie výrazného zvýšenia hustoty zápisu.

AFC
• Dnes se začíná rozmáhať

technológia označovaná AFC
(Antiferomagnetically Coupled
media). tu sú dokopy tri
vrstvy, dve magnetické a
medzi nimi tenká vrstva
ruthenia,ktorá spôsobí
vzájomne ovplyvnenie
magnetických vrstiev v
opačnom smere magnetizácie.
Tým je možné zapísať
informácie viac do hĺbky a tým
zvýšiť hustotu záznamu.

Spoločnosť Western Digital tvrdí, že dnešné pevné disky na
kapacitu 3 TB nestačia, pretože dnešný HDD uloží na jeden palec
štvorcový asi 200 GB, a tak sa musí zaviesť nová technológia,
ktorá bude využívať pre záznam päť platní a každá z nich bude
určená pre zápis až 640 GB. Táto technológia využíva TMR
hlavičky (Tunneling Magneto-Resistive), vďaka ktorým je
umožnená už spomínaná hustota zápisu.
Oproti tomu firma Hitachi oznámila pevný disk o kapacite 4 TB,
ktorý by mal vyjsť v roku 2011. Hitachi chce dosiahnuť 4 TB
pomocou nových čítacích a zápisových GMR hlavičiek o hrúbke
od 30 až do 50 nanometrov, čo je asi 2000× menší než ľudský
vlas (Hitachi v svojej správe udáva, že tieto disky sú schopné
uložiť až 1000 kníh, 250 hodín videa vo veľmi dobrej kvalite alebo
približne jeden milión pesničiek).

Záver