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Come funziona il disco fisso, o hard disk

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.

Hard Disk

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.

testinaLe 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.

CHS

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...

HDD IBM 1956

... nel 2007 abbiamo hard disk di queste dimensioni...

microdrive

... e hard disk da 1 TB.

Hitachi 1TB

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!

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33 Responses

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  1. Diego says

    ps.: se qualcuno trova info o altro utili gliene sarei molto grato, intanto cerco nella miriade di pagine di google….

  2. Diego says

    Mi sa che c’e` un problema di spamm nel sito!! Si dovrebbero cancellare questi commenti.

  3. Filippo says

    Ciao volevo chiederti anche se obsoleto ma stavo cercando di capire meglio i sistema chs…. il disco traduce l’indirizzo fisico in un formato per il suo controller che a sua volta è letto dal bios?

  4. Dorcia says

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  9. http://www.rodragz.com/ says

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Continuing the Discussion

  1. My del.icio.us - La settimana #2 » StandWEB.net linked to this post on 6 January 2008

    […] il benchè minimo rispetto? Che succede se questo comportamento si riflette anche in un blogger? – Come funziona il disco fisso, o hard disk ho scoperto questo sito da pochissimo e devo dire che i contenuti sono veramente molto buoni, […]

  2. Elven.it » Blog Archive » Prontuario del principiante linked to this post on 7 April 2008

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  3. Elven.it » Blog Archive » Hard disk / HD / Disco rigido linked to this post on 7 April 2008

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