1.UVOD..................................................................................32. O TVRDIM DISKOVIMA......................................................53.POVIJEST TVRDIH DISKOVA...............................................64.PRINCIP RADA....................................................................85.FIZIČKA STRUKTURA TVDROG DISKA...............................106.TEHNIČKE KARAKTERISTIKE...............................................117.MEĐUVEZNI SKLOP RAČUNALA I DISKA (SUČELJA).......148. PRENOSIVI TVRDI DISKOVI..............................................199.SSD DISKOVI......................................................................2110.ZAKLJUČAK.....................................................................23LITERATURA...........................................................................24

Jedan od najvećih problema s kojima su se susretali projektanti prvih računala bila je pohrana podataka. Pohrana podataka seže i u daleko 17. stoljeće kada su se bušene kartice koristile za spremanje podataka o mustrama za tkalačke strojeve. U 19. stoljeću je Herman Hollerith, legenda računalstva, prvi koristio bušene kartice kako bi pohranio rezultate popisa stanovništva u SAD-u.

Do značajnijeg napretka je došlo tek u pedesetim godinama 20.stoljeća, kada su se počeli koristiti magnetski mediji- u početku trake, a nedugo potom i diskovi. Najvažnije spremište podataka na računalu je tvrdi disk. Na njemu se nalazi većina podataka i programa s kojima računalo radi. Za potrebe prenošenja podataka na drugo računalo ili za dodatnu sigurnosnu pohranu (backup), koriste se prijenosni mediji za pohranu podatka poput diskete, optičkih medija, raznih memorijskih kartica i slično

S obzirom na to koja tehnologija se koristi za zapisivanje

podataka na medij razlikujemo:

› Magnetske medije: tvrdi disk, diskete i Zip diskete

› Optičke medije: CD i DVD

› Flash memorije: memorijske kartice, USB memorije i sl.

Tvrdi disk (hard disk) je najvažnije spremište podataka na osobnom računalu. Najčešće je smješten u kućištu računala, ali postoje i vanjski tvrdi diskovi. Najvažniji podatak kojim se opisuje čvrsti disk je njegov kapacitet, odnosno količina podataka koja se može u njega pohraniti. Današnji čvrsti diskovi imaju kapacitet u rasponu od 40GB do nekoliko TB. Veličina čvrstog diska je vrlo bitna jer današnji multimedijalni programi i sadržaji traže puno prostora.

Prvi tvrdi disk u povijesti (1956.) je bio za računalo IBM RAMAC 305 pod imenom IBM 350 Disk Drive. Sastojao se od 50 aluminijskih ploča promjera 24 palca koje su bile premazane s željeznim oksidom za magnetizaciju, sadržavao je i vakuumske cijevi za kontrolu elektronike i mogao je pohraniti "čak" 5 milijuna znakova. Bio je velik poput 2 oveća hladnjaka i težio je tonu, a pokretao ga je motor dostatan za rad manje betonske miješalice

1973. proizvodi se prvi hermetično zatvoreni disk, IBM 3340. Taj disk je imao kapacitet za 30 MB i još 30 koji su bili prijenosni

1980. - prvi disk od 1 GB, IBM 3380, veličine frižidera, težak oko 250 kg, i cijene 40,000 USD

1982. godine predstavljanje Winchehster diska (prvi format prilagođen PC-ima)

1986. - standardizacija SCSI sučelja 1986. – nastanak IDE standarda 1997.- IBM predstavio GMR tehnologiju magnetskih

glava (Giant Magnetoresistive Heads) 1998. - standardizacija UltraDMA/33 i ATAPI pristupa 2002. - adresiranje preko 137 GB diskovnog prostora 2003. - uvođenje Serial ATA standarda 2005. - prvi 500 GB tvrdi disk (Hitachi) 2005. - standardizacija Serial ATA 3G 2005. - uvođenje SAS standarda (Serial Attached SCSI) 2005. - Toshiba uvodi okomito zapisivanje 2006. - prvi disk od 750 GB (Seagate) 2007. - prvi disk od 1.000 GB (1 TB - terabajt) (Hitachi)

Magnetski disk svoje djelovanje temelji na fizičkim osnovama magnetskog polja. Pri upisu podataka na njega koriste se svojstva magnetskih tvari koje pod utjecajem magnetskog polja postaju magnetizirane. Magnetski disk je okrugla ploča koja je napravljena od nemagnetskih materijala (npr. aluminija) i presvučena vrlo tankim magnetskim slojem. Materijal magnetske presvlake je obično željezni oksid. Iznad diska je magnetska glava koja lebdi iznad površine magnetske ploče. Magnetska glava može se gibati radijalno iznad površine ploče.

Podaci su na disku zapisani kao niz magnetskih čestica koje su smještene u koncentrične krugove na magnetskom disku. Magnetska glava sastoji se od zavojnice koja je namotana na tvrdu feritnu jezgru.

Podaci na disku se upisuju na magnetski sloj aluminijskih ploča jednostavnom magnetizacijom određenog mjesta diska po sustavu binarnih brojeva.

Pri upisu podataka kroz zavojnicu se pušta električna struja. Budući da je glava vrlo blizu magnetskog diska dolazi do magnetizacije magnetskog sloja diska. Promjenom struje u zavojnici mijenja se smjer i brzina okretaja i tako se mijenja i magnetsko polje i tako se magnetiziraju pojedine magnetske čestice.

Pri čitanju podataka magnetizirana površina diska prolazi ispred glave i tako inducira električnu struju u zavojnici glave. Elektromagnetska indukcija je pojava induciranja ili stvaranja struje u vodiču koji se nalazi u promjenjivom magnetskom polju. Inducirana struja i njezin smjer ovise o jakosti magnetskog polja, njegovom smjeru, brzini promjene magnetskog polja ispred glave i udaljenosti glave od diska. Na temelju promjene inducirane električne struje moguće je čitati pohranjene podatke.

Kućište Ploče diska(eng. platters) Rotor Glave Ruka aktuatora (eng. Actuator arm) Aktuator (eng. Actuator) Logička ploča (elektronika diska)

1.Kapacitet (eng. capacity)Kada slažemo svoje računalo i biramo tvrdi disk kapacitet je glavni razlog radi kojeg ga želimo kupiti. Cijene diskova stalno padaju, a proizvođači se neumorno trude da kapaciteti diskova rastu. Kapacitet današnjih diskova se obično izražava u GB, no budući da je tehnologija uznapredovala već imamo i kapacitete diskova izražene u TB.

2.Vrijeme traženja(eng. seek time)Vrijeme traženja je vrijeme potrebno da se magnetska glava premjesti na traženu stazu. Kako je to vrijeme ovisno o relativnom položaju glave prema traženoj stazi obično se navodi vrijeme potrebno da glava iz početnog položaja dođe na srednju stazu ploče diska. Vrijeme traženja znatno utječe na performanse tvrdog diska ukoliko radimo s manjim datotekama. Uobičajeno vrijeme traženja kod diskova sa 7200 RPM je oko 7-8ms.

3.Vrijeme čekanja na sektor- latencija (eng. latency)Latencija je prosječno vrijeme potrebno da pred glavu koja se već nalazi na dobroj stazi dođe željeni sektor iz kojeg treba pročitati podatke. To je zapravo vrijeme potrebno da se disk okrene za pola kruga. Naprimjer, disk koji ima 7200 RPM ili 120 okretaja u sekundi jedan puni krug načini za 8,33ms. Latencija je tada pola od toga te ona iznosi oko 4,16ms.

4.Vrijeme pristupa (eng. access time)Vrijeme pristupa je vrijeme potrebno pogonskom mehanizmu da pronađe bilo koji podatak na disku. To vrijeme ovisi o tome gdje se traženi podatak nalazi u odnosu prema glavi, pa se najčešće upotrebljava srednje vrijeme pristupa. Vrijeme pristupa možemo dobiti tako da zbrojimo prosječno vrijeme traženja i prosječnu latenciju. Kod kupovine novog tvrdog diska treba paziti da ne pomiješamo prosječno vrijeme pristupa sa prosječnim vremenom traženja.

 5.Brzina rotacije(RPM)Brzina rotacije je brzina rotiranja magnetskih ploča oko osovine. Najčešća brzina rotacije kod današnjih diskova je 7200 RPM (rotations per minute= okretaja u minuti). Velika je to brzina ako je 7200RPM = 120 okretaja u sekundi. Brža rotacija diska znači da u jednom trenutku ispod magnetske glave ''proleti'' više podataka ,a to znači da i glave brže pronalaze podatke na disku. Na tržištu se mogu pronaći i diskovi brzina do 15 000 RPM, no oni su namijenjeni isključivo serverima(poslužiteljima).Zbog velikih brzina vrtnje postoji i veća mogućnost kvarova. Zato se kod pohranjivanja važnih jako važnih podataka koriste što sporiji diskovi što manjeg kapaciteta. Kvarovi kod brzih diskova su u novije vrijeme ublaženi korištenjem diskovnih hlađenja.

6.Brzina prijenosa podataka ( eng. DTR= data trasfer time)Brzina prijenosa podataka je najveća brzina kojom je moguće izmjenjivati podatke između diska i računala. Iako se na prvi pogled ta brzina čini važnom ona ima manji utjecaj na brzinu rada tvrdog diska nego vrijeme pristupa. Današnji PATA (parallel ATA) diskovi podržavaju brzine do 100MB/s dok kod SATA(serial ATA) diskova brzine dosežu i do 374MB/s.

7.SučeljeKod kupovine tvrdog diska može se birati između IDE/ATA ili SCSI diska. Danas je IDE norma zastarjela,a SCSI se rijetko kupuje. Na tržištu se može pronaći najviše SATA (serial ATA) diskova.

8.Veličina cache memorijeKako bi se ubrzao pristup podacima mnogi tvrdi diskovi sadrže vlastitu cache memoriju. Cache memorija je je posebna memorija malog kapaciteta s brzim pristupom podacima. Današnje cache memorije kod diskova iznose najčešće 8/16/32 MB a kod skupih diskova i do 64MB.

9.MTBF (eng. Mean Time Between Failures)MTBF je statistički podatak koji označava pouzdanost diska, odnosno prosječno vrijeme između 2 kvara. Kod današnjih diskova vrijednost MTBF-a je vrlo velika pa tako je vjerojatnije da ćemo disk mijenjati zbog potrebe za većim kapacitetom nego zbog kvara.

Da bi se tvrdi disk spojio s računalom potreban je diskovni kontroler- uređaj koji komunicira s računalom i od njega prima naredbe koje podatke s diska treba dohvatiti, pa onda te naredbe provodi na disku i od njega prima podatke. Kontroler mora znati komunicirati s tvrdim diskom korištenjem odabranog sučelja.

1. ST-412/506 normaIme ST506 ima povijesno značenje, naime tvrtka Seagate je 1980. godine uvela taj međusklop sa svojim tvrdim diskovima od 5 megabajta, i precizno je definirala sučelje prema kontroleru. Godinu dana kasnije došao je novi model, ST412 i diskovi od 10 megabajta. IBM je prihvatio ideju, i to sučelje danas znamo pod imenom ST412/506.Zbog ograničene brzine prijenosa podataka (5 Mbps) i mogućnosti priključivanja samo dva diska u jednom računalu, sučelje je uskoro napušteno.

2. ESDI normaESDI poboljšana je inačica norme ST506, posebice glede brzine prijenosa podataka. ESDI norma je električki i mehanički sukladna s normom ST506, uključujući i upotrebu jednakih priključnih kabela.ESDI je predstavila tvrtka Maxtor 1983. godine i omogućava maksimalnu brzinu od 24 megabita u sekundi. Također, na taj način je bilo moguće spojiti sedam diskova u jednom računalu, ali sučelje baš i nije zaživjelo.Budući da su gore navedene norme napuštene svi tvrdi diskovi koji se danas mogu pronaći za osobna računala koriste jedno od ovih sučelja:

1. IDE/ATA/PATA normaIDE (Intelligent Drive Electronics) standard nastao je 1986.godine. Naziva se još i AT norma ili ATA (Advanced Technology Attachment) norma. Po toj normi IDE diskovi imaju integriran kontroler na samom disku. IDE/ATA norma je utemeljena na paralelnom prijenosu podataka s diska preko 40 žilnog kabela (ili 80 ako masa nije zajednička za svaki vod) i signalom komunikacije od 5V, brzine prijenosa podataka do 133MB/s.IDE/ATA norma je naknadno je preimenovana u PATA (Parallel ATA) da bi se istakla razlika u odnosu na SATA.2. SATA (Serial ATA) normaSATA je nasljednik paralelnog ATA (PATA) diskovnog sučelja. Za razliku od prijašnjih PATA standarda, ovo sučelje koristi serijski prijenos podataka.Jedna od najvećih prednosti ovog sučelja u odnosu na staro PATA sučelje su veće brzine prijenosa podataka.Serijski prijenos podataka se odvija preko 7 vodova (4 za komunikaciju) i signalom od 0.5V, brzine prijenosa od 375 MB/s s mogućnošću brzine prijenosa do 750 MB/s kod naprednih i skupih diskova.Standard se bazira na brzom serijskom prijenosu preko odvojenih prijamnih i predajnih parica po 8B/10B kodiranju, odnosno skupu od 8 bit-a dodaju se još dva radi provjere na greške, kontrolu prijenosa i sinkronizacije. Pretvorba serijskog oblika podataka po prijamu prema IDE specifikaciji osigurava kompatibilnost s PATA uređajima. Naravno, prisutan je i konektor za napajanje.

Slika 1. SATA konektor

Slika 2. SATA konektor na matičnoj ploči

3. SCSI normaSCSI (small computer systems interface) služi za spajanje raznih uređaja, ali najčešće za tvrde diskove.Propisuje dvosmjerno paralelno sučelje namijenjeno spajanju računala s vanjskim uređajima, primjerice neizmjenjivim diskom, magnetskom vrpcom, CD-ROM diskom, skenerom i dr. Izvorna SCSI norma naziva se SCSI-1 norma kako bi se razlikovala od novijih inačica.SCSI sučelje se obično koristilo u poslužiteljima i radnim stanicama jer su nudili osjetno bolje performanse, veće kapacitete, brži prijenos podataka, ali njihovo konfiguriranje je često mnogo složenije od PATA/SATA diskova. U posljednje vrijeme su vrlo rijetki na PC-ima jer su ih PATA/SATA diskovi dostigli u pogledu brzine i kapaciteta, a i diskovni kontroler za PATA/SATA je mnogo jednostavniji i jeftiniji.

Slika 3. SCSI sučelje

4. Serial Attached SCSI (SAS) normaSAS ili serijski priključen SCSI je nasljednik pralelno priključenog SCSI koji je point-to-point vezan sa serijskim perifernim sučeljem u kojem su kontroleri povezani direktno s diskovima. SAS je napredniji od običnog SCSI zato što omogćava istovremeno spajanje više uređaja (do 128) različitog tipa i veličina sa tanjim i dužim kablovima. Komunicira pomoću full-duplex signala te podržava prijenos podatka od 3.0 GB / s. SAS diskovi mogu biti hot-plugged (prosto rečeno mogu se priključiti dok je računalo uključeno).

U današnje vrijeme često se javlja potreba za prenošenjem velikih količina podataka s računala na računalo. Rješenje za to su prenosivi tvrdi diskovi velikih kapaciteta. Prenosivi tvrdi disk je vrsta tvrdog diska koji je spojen s računalom preko USB kabela ili na neki drugi način.

Postoje 2 vrste prenosivih tvrdih diskova:

1) tvrdi disk u obliku prenosive ladiceTvrdi disk umećemo u posebnu ladicu te ga priključujemo na PATA/SATA sučelje. Budući da ladice imaju konverter PATA/SATA ---> USB, kasnije tvrdi disk (tj.ladicu) vrlo lako spojimo s računalom preko USB sučelja.

 Slika 4. Prenosivi tvrdi disk u obliku ladice

sa mogučnošću SATA/USB spajanja na računalo

SSD je nova generacija tvrdoga diska koja ne koristi nikakve pomične dijelove kao kod klasičnog magnetnog tvrdog diska. Pošto nema mehaničkih dijelova manje je sklon oštećenjima, tiši je i ima kraće vrijeme učitavanja i zapisivanja podataka.Najveća prednost SSD-ova je to što nemaju mehaničkih dijelova, a to vuče za sobom mnoge druge prednosti. Neke od tih prednosti su brže zapisivanje i čitanje podataka, ne rade buku, teže se oštećuje, manjih su dimenzija i mogu izdržati vibracije i veće temperature. Najveći nedostatak i mana ovakvih diskova su vrlo visoke cijene (oko 1400kn za disk od 64GB).Što se tiče kapaciteta, dostupni su razni modeli u veličinama do 500 GB, ali po enormno visokim cijenama. Nedavno, točnije u siječnju ove godine, japanski inženjeri su u laboratorijima stvorili i terabajtne SSD-ove, ali na tržište će tek izaći do 2012. godine – što nam govori da je razvoj SSD diskova tek u ranoj fazi. Proizvođači koji proizvode i prodaju SSD-ove u najmanju ruku su nezadovoljni zbog male potražnje na tržištu, tako da se i dalje fokusiraju na klasične (mehaničke) tvrde diskove. To ne znači da se situacija u tekućoj godini neće promijeniti, ali promjena sigurno neće biti brza.

Slika 6. Usporedba unutrašnjosti običnog tvrdog diska i SSD diska

Slika 7. Primjer SSD-diskova

Tvrdi disk je jedan od najvažnijih dijelova računala koji služi za pohranu podataka. Smješten je u kućištu računala, ali postoje i vanjski tvrdi diskovi. Proizvodnja prvih tvrdih diskova započela je u drugoj polovici 20. stoljeća.Princip rada je temeljen na fizičkim osnovama magnetskog polja gdje se pri upisu podataka koriste svojstva magnetskih tvari koje pod utjecajem magnetskog polja ostaju magnetizirane. Pri čitanju podataka koristi se pojava promjene inducirane električne struje pri prolasku glave iznad nekog zapisa.Tvrdi disk je sastavljen od puno dijelova od kojih su najvažniji: kućište, ploče diska, rotor, glave, ruka aktuatora, aktuator i elektronika diska.

Zašto je tvrdi disk neizostavni dio svakog računala? Odgovor je zato što za razliku od RAM memorije, kod koje se podaci nakon gašenja računala brišu, podaci na njemu ostaju spremljeni nakon gašenja računala. Tvrdi disk je sporiji, ali zato ima ogroman kapacitet. To je jedina memorija tako velikog kapaciteta, a usto i dobre pouzdanosti.

Knjige:Darko Grundler : Primijenjeno računalstvo, Graphis -Zagreb, 2000.gPeter Norton : Pc iznutra, Znak -Zagreb, 1995.gDario Sušanj : PC računala i izvana, Bug&Sys print -Zagreb, 2002.g

Časopis:Bug, broj 196 03/2009

Internet:www.maturalni-rad-3f.blog.hrwww.ahyco.ffri.hrwww.informatika.buzdo.comwww.bug.hrwww.it-infonews.comwww.wdc.comwww.wikipedia.comwww.seagate.comwww.sistemac.srce.unizg.hr