הדיסק הקשיח

 

מבין כל המרכיבים של המחשב, אפשר לומר שהדיסק הקשיח הוא התקן החשוב ביותר. משום שבו נאגר כל המידע של המחשב ולכן אם קורה לו משהו, מידע זה עלול להימחק.

 

הדיסק הקשיח סובל מרגישות רבה לטלטולים, אבק ועשן ואסור לפתוח אותו כדי שאבק לא יחדור פנימה. בדיסקים שבהם יש משטחי דיסק פגומים, נגרמת איטיות בפעולה ולהופעת הודעות שגיאה רבות. והנזק הנוסף הוא הוירוסים שמתאכסנים בדיסק, ופוגעים בקבצים או בסקטורים ספציפיים וגורמים נזק רב.

 

רק בדיסק, יכולים הנתונים להישאר לאחר כיבוי המחשב, ולכן הוירוסים מוכרחים לפלס דרכם אליו בכדי להישאר על המדיה המגנטית.

 

עכשיו אני רוצה לפרט לכם שני נושאים מאוד חשובים שהיום נחשבים כתוסף חשבו מאוד של המחשב.

 

התקליטור

 

 

בתקליטור יש בעיה מאוד קשה – בעיית המהירות. למרות שקצב העברת המידע בין התקליטור למחשב משתפר בעקביות, עדיין יש הרבה מרחק בין קצבים אלה לקצבי העברת נתונים בין המחשב לדיסק הקשיח. ולמה זאת? נתחיל קודם כל לסקור את צורת התקליטור ולאט לאט נתקדם לשלבים יותר מתקדמים.

 

הדיסק עשוי משכבת פלסטיק גמישה. ואופן העבודה בו הוא כזה: מכינים תבליט בעלת בליטות רבות, בכל נקודה בה רוצים שיירשם "0" צריכה להיות בליטה. התבליט מחובר בפלסטיק ומשאיר את הדיסק עם שקעים זעירים רבים. עכשיו הדיסק מצופה במתכת כך שפני השטח של הפלטה ישמרו קבועים.

 

כונן התקליטור שולח קרן אל מטר התקליטור. בכל מקום בו יש חור, הקרן לא תוחזר אלא תתפזר לכל הכיוונים. בכל מקום בו אין חור הקרון תחזור במדויק. כך מזהים "1" ו-"0". את הדיסק מצפים בשביל להגן מפני שריטות.

 

כאשר הראש קורא את המידע מהדיסק הוא מרחף מעל למסילות. מכיוון שהמסילה החיצונית גדולה מהפנימית, יצא שהראש יאלץ לקרוא ולכתוב מהר יותר במסילות החיצוניות מאשר בפנימיות.

 

קצבי הקריאה והכתיבה צריכים להיות קבועים בכל מקום בדיסק ולכן, הוא חולק לסקטורים. כל הסקטורים הם בגודל זהה 512B, אך מכיוון שיש אותו מספר סקטורים בכל המסילות, כך יוצא שהסקטורים החיצוניים גדולים ומרווחים יותר כלומר, יש מרווח גדול יותר בין הסיביות במסילות החיצוניות, שהולך וקטן ככל שמתקדים למסילות הפנימיות.

 

ועכשיו לדבר קצת יותר מעניין: כולכם שאלתם את עצמכם מה זה X52 כאשר את רואים את זה על הכונן. כולכם יודעים בטח שזה אומר שהכונן עובד במהירות של כפול 52 אבל מה זה לעזאזל אומר וכמה זה בדיוק כפול 52. אז הנה התשובה המדויקת. קצב העברת נתונים של תקליטור רגיל הוא 150KB לשנייה, ומכאן החישוב פשוט. כונן שעובד במהירות כפולה, קצב העברת הנתונים שלו היא 300KB לשנייה, וכך הלאה. מובן שבכדי לשפר את קצב העברת הנתונים, צריך לשפר את מהירות הגישה, שאף היא השתפרה מאוד וממספרים לא מעשיים של 400 מילי שנייה הגיעה לסדר גודל של 100-200 מילי שנייה. לכן כונן שעובד במהירות כפול 52 עובד במהירות של 7.8MB לשנייה.

 

התקנת כונן התקליטור

דרישות חומרה

בעיקרון, כונני תקליטור פועלים בשני סוגי התקנים נפוצים: IDE ו-SCSI. במידה וכונן CD פועל בתקן SCSI, צריך לקנות כמובן בקר SCSI.

 

רוב כונני התקליטורים שנמכרים היום פועלים בתקן IDE.

 

החיבור של הכונן הוא פשוט ביותר משום שלא צריך להגדיר לו דרייברים והמחשב מזהה אותו אוטומטית אך ורק בסביבת ה-Windows. צריך למצוא כבל IDE (בצבע אפור ועבה) ולחבר אותו לכונן. כבל זה הוא הכבל שמעביר את המידע. לאחר מכן צריך למצוא עוד כבל בעל 4 גידים צבעוניים שבקצה שלהם יש תקע בצבע שקוף שאותו גם מחברים לכונן.

 

דרישות תוכנה

לאחר שסיימנו להתקין את הכונן, צריך להתקין את הדרייבר שלו. הדרייבר הנפוץ ביותר הוא mscdex.exe, שמצורף עם קניית הכונן. בפקודה install או setup כדי שקובץ batch יבצע את העבודה עבורנו.

 

WORM – Write Once Read Many

כונני Worm מפשרים כתיבה על תקליטור בתהליך חד-פעמי.

 

לכונן יש קרן לייזר שצורבת חורים במשטח התקליטור. מאחר והתהליך הוא בלתי הפיך, בגלל זה שהכתיבה היא חד פעמית.

 

MO – Magnetic Optic

 

 

טכנולוגיה שמשלבת ציוד אופטי ומגנטי ומאפשרת שימוש חוזר בדיסק. קרן הלייזר מחממת שטח מצומצם בדיסק, ואז ראש מגנטי עובר באותן נקודות וממגנט אותן מחדש. לאחר שהאזור מתקרר, הוא מתייצב ונעשה חסין מחדש. בזמן הקריאה קרן הלייזר פוגעת במשטח ומוחזרת.

 

PCMCIA – Personal Computer Memory Card International Association

 

Uמדובר בכרטיסים קטנים, בגודל כרטיס אשראי שמשמש כדיסק קשיח, כרטיס רשת ועוד.

 

כרטיסים אלה קלים ופשוטים להתקנה. אין עליהם כמובן שום גישור. הכרטיס מזהה עצמאית את מצב רגלי הבקרה ומסתנכרן באופן אוטומטי. PCMCIA תומך ב-Plug and play.

 

מבנה הדיסק הקשיח

הדיסק מורכב מכמה דיסקות שעשויות מאלומיניום, שכל אחת מהן מצופה בחומר פרו-מגנטי. עבור כל פלטה יש שני ראשים משני צידי כל דיסקה יש ראש קריאה/כתיבה עליון ותחתון. כל הראשים מחוברים ביניהם ולכן תנועתם מתואמת.

 

מהירות הסיבוב בדיסק נעה בין 3600 סל"ד (סיבובים לדקה) בדיסקים ישנים ועד 7200 סל"ד בדיסקים החדשים.

 

בגלל שהדיסק מגיע לכאלה מהירויות הוא הפך להתקן רגיש במיוחד כאשר מטלטלים אותו כמו במעבדות. כשמטלטלים אותו, הראשים עלולים לפגוע בדיסקה המגנטית ולשרוט אותה. דבר זה מוביל להודעת bad block.

 

שיטת הקריאה/כתיבה בדיסק זהה לחלוטין לזו שבכונן הדיסקטים, אלא שהכל ממוזער בהרבה ומהיר בהרבה יותר. דבר זה אפשרי במערכת סגורה וממוגנת.

 

בדיסק הקשיח יש דיסקות אחדות והראשים מחוברים ביניהם, ולכן יוצא שהראשים כולם רואים תמיד את אותה המסילה. אם לדוגמה, הראש העליון נמצא מעל מסילה 14, כל שאר הראשים נמצאים מעל מסילה 14 בכל שאר הדיסקות.

 

לכל המסילות בעלות אותו היקף קוראים צילינדר. לכן בדיסק הקשיח, נמיר את השם מסילה בצילינדר. מספר הצילינדרים בדיסק גבוהה בהרבה בהשוואה למספרים בדיסקט. המספרים כיום נעים בין 800 עד למספר אלפים, בהשוואה בכונן דיסקטים. אנחנו צריכים לזכור שמדובר באותו משטח כך שהצפיפות גבוהה ביותר, ובין צילינדר לצילינדר מפרידים מיקרונים בודדים.

 

הרגישות הרבה בה מתאפיין הדיסק והמרחקים הקטנים יותר בין מסילות, הובילו לשינוי המבנה האחראי על תנות הראש. יש שני סוגים של מנועים להזזת הראש.

  Stepper motor

  Voice coil

 

Stepper Motor

שיטה זו היא כמו של כונן הדיסקטים. תנועת המנוע גורמת לתזוזה של הראש ביחס ישר. כיוון תנועת המנוע קובע את כיוון תזוזת הראש.

 

זוהי מערכת פתוחה, ולא מותקן בה מנגנון תיקון. זה חיסרון משמעותי, משום שבבסיס השיטה טמונה הנחה שצילינדר 30 לדוגמה, יהיה תמיד במרחק זהה מתחילת הדיסק.

 

התרחבות או התכווצות הדיסקה עקב שינויי טמפרטורה גורמים לשינוי הצילינדרים, ואז נקבל הודעת שגיאה לא נעימה בעת גישה לדיסק.

 

Voice Coil

סליל שכרוך על מוט גלילי נע בחופשיות בין שני משטחים מגנטיים. הזרמת זרם בסליל גורמת להיווצרות שדה מגנטי, שמוביל לתזוזה של הסליל.

 

קצהו השני של הסליל מחובר לזרוע שעליה מורכב הקריאה/כתיבה. כך, תנועת הסליל גורמת לתזוזת הראש על פני משטחי הדיסק. מערכת מסוג קולי אמינה ומדויקת מזו של stepper motor. מידע לגבי הראש מקודד אל תוך הכונן בנוסף לנתונים.

 

מהירות הגישה לנתונים

כשרוצים לדעת את מהירות הכונן הקשיח, צריך לבדוק 2 דברים:

1. משך הזמן הדרוש לאיתור נתון מסוים.
2. משך הזמן שדרוש לקריאת הנתון והעברתו לזיכרון.

הזמן הראשון מכונה זמן גישה (access time), והוא תלוי בפרמטרים שונים בכונן עצמו. הזמן השני מכונה קצב העברת הנתונים (transfer rate), והוא תלוי בעיקר בבקר.

 

זמן גישה (access time)

מורכב משני פרמטרים:

1.       זמן חיפוש – (seek time) – זהו פרק הזמן שנדרש להגיע עד לצילינדר המבוקש.

2.       משך ההמתנה (latency period) – זהו פרק הזמן בו הראש ממתין עד שהסקטור הרצוי מגיע תחתיו. זמן החיפוש מושפע מרגישות מנוע voice coil. זמן ההמתנה מושפע ממהירות הסיבוב. ככל שמהירות הסיבוב גבוה יותר, יתקצר משך ההמתנה.

קצב העברת הנתונים (transfer rate)

פרמטר זה מושפע ממספר גורמים כמו שיטת קידוד הנתונים (mfm, rll), סוג הבקר ורוחב האפיק שלו, ופרמטרים נוספים אותם נכיר בהמשך.

 

שיטות קידוד הנתונים

הערה: זה נושא שהיה לי קצת קשה ללמוד אז נא לקרוא ביסודיות.

 

כדי להוסיף נפח לדיסק מבלי להגדיל אותו פיזית על ידי הוספת דיסקות, ניסו המפתחים להוסיף צילינדרים וסקטורים.

 

עד לפני כמה זמן היו יכולים להכניס רק 1024 צילינדרים לדיסק אבל אז הופיע התקנים כמו EIDE ומערכות BIOS יותר משוכללים ששברו את המגבלה של 1024 צילינדרים לדיסק. לכן כל שנותר הוא לדחוס עוד ועוד צילינדרים וסקטורים לדיסק. אבל כדי להוסיף עוד סקטורים היו צריכים לגרום לכך שהנתונים שנמצאים על הדיסק יתפסו פחות שטח. עד אז השתמשו בשיטה שקוראים לה MFM (Modifed Frequency Limited) שבה ניתן היה לדחוס רק 17 סקטורים במסילה. ואז הומצאה שיטה חדשה בשם RLL (Run Lengh Limited) שבה שונה אופן הקידוד. שיטה זו אפשרה לעלות מספר הסקטורים ב-50%, כך שהמספר קפץ ל-26 סקטורים במסילה. כמות זו הלכה וגדלה וכיום יש כבר 63 סקטורים בדיסק.העלייה הזאת גם מחייבת דיסקים באיכות יותר טובה כי הנתונים תופסים פחות מקום פיזית ולכן כל טלטול של הדיסק יכול לגרום לנזק. מה עוד שגם בגלל זה חייבים ראשי קריאה/כתיבה מהירים יותר.

 

אחת התוספות המשמעותיות בדיסקים המודרניים היא השימוש בקוד לתיקון שגיאות – ECC (Error Correction Code). שיטה זו מאפשרת לזהות איבוד נתונים ולשחר את הנתונים המקוריים. כמו שאמרתי קודם, הנתונים נמצאים על הדיסק בצורה מגנטית והמגנוט יכול להיחלש ולמחוק את המידע.

 

ממשקים

הממשק הוא שילוב של חומרה ותוכנה. איכות הממשקים עולה בהתמדה. פעם היה ממשק שקוראים לו ST506 ששימש את הדיסקים הקשיחים של מחשבי ה-XT. אחר כך כולם עברו לממשק שעל שמו אתם כבר שמעתם – IDE.

 

הממשק המהיר והטוב ביותר הוא SCSI. בגלל שה-IDE אפשר את נפח הדיסק ל-0.5GB כולם חשבו שיצטרכו בטוח לעבור לממשקי SCSI. אבל אז נפרצה דרך שקוראים לה EIDE, שגרמה שממשק זה נשאר הנפוץ מכולם.

 

התקנה פיסית

אסור להתקין את הדיסק באלכסון. רוב הדיסקים יכולים לפעול כשהם מונחים על המשטח הרחב או נמצאים במהופך.

 

התקנת הדיסק באלכסון או טלטולו יכול לשרוט את הדיסקות.

 

הגדרת הדיסק ב-setup

יש 3 דרכים שה-BIOS יכול להכיר את המבנה של הדיסק הקשיח. הנתונים כתובים בדיסק באחת מ-3 שיטות:

1.       standard CHS (Cylinder, Head, Sector)

שיטה זו מוגבלת לנפח של 528MB.

2.       LBA (Logical Block Addressing)

שיטה זו פורצת את המחסום של ה-528MB. כיום כל סוגי ה-BIOS מאפשרים שימוש בשיטה זו.

3.       ECHS (Extended CHS)

מכונה גם large. גם שיטה זו פורצת את מחסום 528MB. משתמשים בה רק כאשר ה-BIOS לא תומך ב-LBA.

 

כאשר מגדירים את הדיסק ב-BIOS אז אפשר לבחור בין 4 אפשרויות:

Standard CHS

Logical Block

Extended CHS

Auto Detected

בחירה ב-Auto Detected גורמת ל-BIOS לבחון את הבקר ואז לבחור בשיטה המועדפת.

 

כדאי לשים לב לעובדה חשובה, כשבוחרים ב-Auto Detected, BIOS בוחר את השיטה שמועדפת לבקר. אבל אם כבר פורמט הדיסק בצורה אחרת, ה-BIOS יכול לבחור בשיטה הקודמת ויכול לקרות הרבה נזק לדיסק.