Molto spesso mi sento chiedere: "ma quanti giga di computer hai?". Dal momento che io ho solo due computer, un portatile e un computer da tavolo, e dal momento che secondo il Sistema Internazionale di unità di misura il prefisso giga- indica un fattore moltiplicativo di 109, io ho esattamente 0,000000002 Giga di computer... Esaudita questa risposta, passo a presentarvi il prossimo pezzo a conclusione della settimana: il disco fisso, o hard disk.
È il principale rappresentante della categoria dei dispositivi di memorizzazione di massa. Dal punto di vista strettamente funzionale l'hard disk è un dispositivo di memoria di grossa capacità, necessario per memorizzare il sistema operativo, i programmi di utilità, i dati dell'utente e quant'altro sia necessario per il funzionamento di ogni giorno di un computer.
Gli hard disk sfruttano le proprietà magnetiche di alcuni materiali per memorizzare i dati, ricadono quindi sotto la categoria dei dispositivi a supporto magnetico, stessa categoria dei nastri e dei dischi floppy.
Struttura
L'hard disk è composto essenzialmente da un motore sul cui albero sono innestati una pila di dischi di vetro rivestiti di materiale magnetico e un'attuatore elettromeccanico che pilota una batteria di bracci che a loro volta portano le testine di lettura-scrittura. Il tutto è farcito da un circuito di controllo che fornisce l'interfaccia verso il computer, che può essere ATA (volgarmente chiamata EIDE), SCSI, SAS o la più recente SATA.
I piatti
Sono fatti di vetro o alluminio e rivestiti di speciali leghe ferromagnetiche, materiali in grado di magnetizzarsi come il ferro, il nickel, il cobalto. I dati vengono memorizzati sulla superficie magnetica dei piatti sotto forma di microscopici campi magnetici. Gli 0 e 1 vengono codificati in base alla diversa polarizzazione dei micro-campi magnetici e rilevati tramite una sensibilissima testina.
Le testine
Nei vecchi modelli di hard disk erano costituite da sofisticatissimi elettromagneti, cioè microscopici avvolgimenti di rame, ed erano chiamate per questo motivo testine induttive. Gli hard disk più recenti sfruttano invece le spin-valve, speciali resistori che modificano la proprie resistenza elettrica in base alla polarità del campo magnetico sfruttando un'effetto quantistico detto resistività magnetica gigante.
Questa nuova tecnologia consente di ridurre notevolmente la potenza dei campi magnetici sui piatti, aumentando quindi la densità dei dati e di conseguenza la capacità dei dischi.
Le testine non hanno nessun contatto fisico con i piatti durante il normale funzionamento, ma planano sul cuscino d'aria formato dalla rapida rotazione dei piatti grazie al loro profilo aerodinamico. Quando l'hard disk è spento le testine vengono parcheggiate in una zona adibita a tale scopo, la landing zone, oppure in alcuni modelli vengono parcheggiate fuori dal disco in un apposito supporto di plastica.
I bracci, l'attuatore e il circuito di controllo
Sostengono e spostano le testine per raggiungere ogni punto dei piatti. Il comando dell'attuatore è dato dal circuito di controllo, il cui compito è quello di posizionare le testine sul cilindro su cui effettuare le operazioni di lettura-scrittura. Il tempo necessario per spostare le testine al cilindro corretto si chiama tempo di accesso e nei modelli attuali ha un valore che in media oscilla dai 10ms dei modelli economici fino ai 3-4ms dei modelli ad alte prestazioni usati nei server.
Logica di lettura e scrittura
Logicamente un hard disk si suddivide in cilindri, testine e settori (sistema CHS, dall'inglese Cylinder Head Sector).
Dalla figura potete capire come la localizzazione dei dati si risolva sostanzialmente tramite un sistema a 3 coordinate. Ogni blocco di dati viene indirizzato in modo univoco tramite le sue coordinate CHS. Una volta letto e recuperato il blocco di dati, il sistema operativo provvederà ad estrarre le informazioni cercate.
Per dovere di cronaca, il sistema CHS è ormai vecchio e inadeguato per i dischi più capienti, ed è stato sostituito da altri metodi che massimizzano l'utilizzo dello spazio sull'hard disk, ma è possibile usare ugualmente questo metodo perchè il BIOS può tradurre le coordinate CHS "fasulle" dei nuovi dischi in modo da renderli utilizzabili anche con vecchi sistemi operativi.
Pillole
Nel 1956 la IBM produceva il primo hard disk, un gioiellino della tecnologia che consentiva di memorizzare ben 5 MB di dati, da notare la pila di dischi in trasparenza...
... nel 2007 abbiamo hard disk di queste dimensioni...
... e hard disk da 1 TB.
Nei modelli più performanti la velocità di rotazione dei piatti può raggiungere i 15.000 giri al minuto, quindi per effettuare un giro completo bastano appena 4 millesimi di secondo!
22 Responses
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Ottimo post!
@Nicopi: grazie ad Antonio che si è impegnato per scrivere questo articolo… grazie a te per essere passato, spero che anche il resto del sito sia al di sopra delle aspettative
Ciao Nicopi! Grazie di essere passato ^_^
Davvero un articolo completo e ben strutturato, comprensibile anche da chi non ne capisce (quasi) niente. Ottimo lavoro.
Ottimo lavoro, complimenti. Pur essendo alle prime armi in informatica, sono riuscito a capire molte cose utili.
Grazie! Lo scopo di questi articoli è proprio quello di spiegare, a chi è alle prime armi, alcuni rudimenti della tecnologia che si cela dietro i computer. Torna a trovarci presto
vorrei se non do troppo disturbo aggiungere un dettaglio che potrebbe essere di aiuto al completamente del già ottimo articolo scritto. Questo video della IBM che spiega il metodo di lettura e di scrittura da parte delle GMR (testine) sui piatti.
grazie del contributo
PS: ho modificato leggermente il tuo commento per linkare correttamente il video
Figurati. Era da un po’ che non passavo di qui!
o ho sempre le mani dentro gli hard disk.
Se vuoi migliorare ulteriormente questo post, dovresti inserire questo video. Fa vedere il funzionamento da aperto di un hard disk. Ludico ed al contempo educativo!
http://www.youtube.com/watch?v=kUQ0sxWP0q0&
Grazie ancora
inserirò il video a fondo pagina (e cercherò di recuperare le immagini che puntano a URL non più valide)
ahah ho scoperto che con un hard disk ci si può fare anche altre cose molto divertenti!
http://www.youtube.com/watch?v=CsQd2n99zS4
ahaha! ne girano tanti di video sugli usi “alternativi” degli hard disk!
l’ultimo che ho visto, molto carino, era un orologio… ahahah
Oh, finalmente gente che sembra ferrata in materia. Qualcuno mi può commentare questa splendida risposta e dirmi cosa ne pensa??
“Bravo. Così se la batteria va a zero fai un bellissimo spegnimento immediato del sistema. Con relativa caduta delle testine sul disco. Ed eventuale perdita di dati.”
@XanaX:
Se anche “tagliassi fisicamente” il cavo di alimentazione dell’hard disk, le sue testine verrebbero comunque parcheggiate nella landing zone. Il processo di “parcheggio”, infatti, è puramente di natura meccanica. Se la velocità di rotazione dei piatti diminuisce rispetto alla velocità normale a regime, la testina si riporta automaticamente sulla landing zone grazie ad un sofisticato sistema di molle.
L’unico evento che può far collidere le testine sul piatto è un forte urto o una violenta vibrazione (superiore comunque a parecchi G di accelerazione).
Ciao!
Oh, grazie per la splendida risposta. Non sono iperferrato in materia, anche se mi sembrava molto strana la risposta che mi era stata data. Il “problema” è che quella risposta arriva da un simpaticissimo moderatore del forum, tenetevi forte, Microsoft TechNet…complimentoni!!!
Vediamo ora che si invienta dopo che gli avrò postato la tua ineccepibile e ovvia risposta.
Grazie mille
Federico
Ciao Antonio, ho bisogno di aiuto, devo redigere una tesi di laurea sulle tecniche e gli strumenti per il recupero dei dati telematici…mi servirebbe del materiale per studiare la struttura degli hard disk ed una mano per le tecniche e gli strumenti per il recupero dei dati telematici xkè non so dove mettere le mani!!
Ciao Mattia,
mi spiace ma le mie conoscenze nel campo sono molto limitate, l’unica cosa che posso dirti è di cercare del materiale nelle varie biblioteche accademiche, troverai sicuramente delle pubblicazioni, riviste specialistiche, libri di fisica e meccanica che potranno aiutarti.
Ciao!
Beh in fatto di stranezze , in rete se ne vedono delle belle.
Guardate qui come hanno risolto il problema di un disco in crash:
http://www.youtube.com/watch?v=1vhK2_y1_PU&feature=related
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