Hard Disk

1. Hard Disk Andrea Asta Filippo Zaniboni

2. Hard Disk Meccanica Elettronica Storia Caratteristiche Capacità Tempo di accesso Velocità di trasferimento Velocità di rotazione Buffer Interfaccia File system Cluster Definizione Frammentazione Deframmentazione Interfacce ATA: Advanced Technology Attachment SATA: Serial ATA SCSI: Small Computer System Interface RAID Implementazioni Livelli SAN: Storage Area Network Prezzi Credits Sommario

3. Hard Disk • Periferica non volatile dove vengono memorizzati i dati a lungo termine • Detta periferica di archiviazione di massa • È diviso in 2 parti fondamentali • Parte meccanica • Parte elettronica • Sono prodotti in 2 dimensioni standard • 3,5 pollici (pc) • 2,5 pollici (notebook)

4. Meccanica • È composto da uno o più dischi composti da due superfici magnetiche dove vengono memorizzati i dati • I dati sono scritti per mezzo di una testina di lettura e scrittura che crea dei campi magnetici • I dischi girano ad una velocità rotazionale costante attorno ad un asse centrale • Ogni disco ha una sola testina che si muove lungo tutto il raggio del disco

5. Meccanica • La testina è distante alcuni nanometri dal disco • La parte meccanica è sigillata dentro l’HD per evitare che si deteriori • L’HD è sigillato inoltre per evitare che qualcosa finisca tra la testina e il disco

6. Curiosità • Un HD normale, quindi sigillato, non può lavorare oltre i 3000m, perché la pressione è troppo bassa e la testina viene schiacciata contro il disco • Per tali usi esistono particolari Hard Disk

7. Meccanica • Gli HD non sono sigillati ermeticamente • Ogni HD ha un filtro dell’aria tra il tappo sopra il disco e la scatola del HD • Il filtro evita che entri dello sporco lasciando passare però aria ed umidità • Molta umidità potrebbe danneggiare irreparabilmente la testina, facendo si che questa si incolli al disco

8. Meccanica • Per proteggere l’HD c’è una parte del disco detta Landing Area dove viene mandata la tesina nel caso succeda qualcosa, come per esempio se viene a meno l’alimentazione • La testina viene spinta contro il disco e finché questo gira la testina viene sorretta dal cuscino d’aria • Quando il disco non gira la testina “atterra” sul disco • Le testine generalmente sono progettate per un numero massimo di circa 50.000 atterraggi

9. Meccanica

10. Meccanica

11. Suddivisione del Disco • L’HDD è formato da più dischi • Ogni disco è scrivibile su entrambe le facce • Ogni disco è diviso in • Piste • Settori • Per accedere ad un dato, necessitiamo quindi di 3 informazioni • Disco (faccia) • Pista • Settore

12. Tracce e Settori • Tracce • Sono degli anelli (ideali) presenti su ogni piatto e sono identificati da un numero intero che parte da zero. • Settori • Sono parti delle tracce (una traccia è divisa in settori) • Rappresentano la minima quantità di memorizzazione di dati che supporta il disco • La dimensione del settore viene calcolata in base al numero di piatti presenti nel disco fisso e alla capacità di esso.

13. Tracce e Settori

14. Elettronica • È composto da una scheda stampata avvitata al contenitore della parte meccanica • L’accesso ai dati avviene grazie alle leggi del magnetismo • La testina di lettura sfrutta le diverse polarità (Nord, Sud) per cambiare un dato o prelevarlo • Ha il compito di controllare: • I movimenti della testina • Il motore • Lettura/scrittura dei dati

15. Storia • Primo Hard Disk della storia • Inventato nel 1955 • Creato dall’IBM per il computer IBM305 • Inventato da Reynold Johnson • Formato da • 50 dischi… • …di diametro 24 pollici l’uno! • Capacità di 5MB • Denominazione originaria: Fixed Disk • Utilizzo di una sola testina

16. Storia • Nel 1961 fu annunciato l’IBM1301 • Prevedeva una testina per ogni disco • Tempi di accesso ridotti notevolmente • Nel 1973 l’IBM introduce il modello 3340 Winchester • Usava una particolare saldatura Dischi-Testine • Formato da due dischi da 30MB l’uno • Il nome diventò sinonimo di HDD • Gli HDD moderni utilizzano ancora questo modello

17. Storia • Problemi degli Hard Disk fino agli anni Ottanta • Dimensioni esagerate • Costi elevati • Risorse elevate (tensione, corrente) • Nella prima versione del PC (IBM5150) l’Hard Disk non era previsto nella distribuzione industriale!

18. Storia • Nel 1980 viene introdotto il modello ST506 • Dimensioni ridotte: 5.25 pollici • Capacità di 5MB • Utilizzo di un motore passo passo • Dopo gli anni 80 si ebbe una crescita esponenziale delle prestazioni e delle capacità offerte dagli Hard Disk

19. TimeLine • Anni 50 • Primi Hard Disk • Anni 80 • Primi HDD a 5.25 pollici • Creazione di SCSI • Anni 90 • Hard Disk fino a 10GB • Dopo il 2000 • Interfaccia Serial ATA • Hard Disk fino a 500Gb • Miglioramento di SCSI (SAS)

20. Caratteristiche • L’Hard Disk è spesso la causa principale del rallentamento di un computer • Le sue prestazioni sono molto inferiori a quelle che compongono il resto dei personal computer • Le sue caratteristiche principali sono: • Capacità • Tempo di accesso • Velocità di trasferimento • Velocità di rotazione • Buffer di memoria • Interfaccia

21. Capacità • In genere espressa in GigaByte (GB) • I produttori usano i GigaByte metrici, invece della approssimazioni per potenze di due… • … ciò significa che un HD di una data capacità è in realtà poco più piccolo • Può essere aumentata aumentando la densità dei dati sul disco, il numero di dischi, oppure la grandezza dei dischi stessi • La capacità commerciali attualmente variano dagli 80 GB ai 500 GB

22. Tempo di accesso • Si tratta del tempo medio necessario perché un dato posto in una parte a caso del disco possa essere reperito • Questo tempo dipende dalla velocità del disco e dalla velocità della testina • Spesso non viene menzionata dal produttore • È attorno ai 10 ms per gli HD standard, mentre per quelli ad alte prestazioni (15000 giri) è di 3-4 ms

23. Tempo di accesso • E’ dato dalla somma di 3 tempi • Tempo di selezione della pista • Tempo di selezione del settore • Tempo effettivo di trasferimento

24. Velocità di trasferimento • È la quantità di dati che un HD è in grado leggere/scrivere su un disco in un determinato tempo (di solito 1 secondo) • Per incrementare questa velocità solitamente si usano dischi più veloci, oppure si aumenta la densità dei dati • Questa velocità è teorica, e tale velocità viene raggiunta raramente

25. Velocità di rotazione • E’ la velocità di rotazione dei dischi • Maggiore è questo valore, maggiore è la velocità di accesso ai dati • Ma è necessario un buon sistema di ventilazione! • Si misura in RPM (Giri al Minuto) • Velocità più comuni • 7200RPM – 15000RPM  PC • 5400RPM  Notebook

26. Buffer di memoria • Detto anche cache • Si tratta di una piccola memoria in genere di alcuni MB • Ha il compito di memorizzare gli ultimi dati letti o scritti dal disco • Se un programma richiede ripetutamente le stesse informazioni, queste possono essere reperite nel buffer invece che sul disco • Poiché è un componente elettronico la sua velocità di trasferimento è molto maggiore rispetto a quella del disco

27. Interfaccia • È la modalità di collegamento tra l’Hard Disk e la scheda madre • Le più comuni sono: • ATA • SATA • SCSI

28. File System • È un metodo di organizzare e memorizzare i dati sul disco, in modo da essere recuperati facilmente e nel più breve tempo possibile • Deve organizzare lo spazio all’interno dei settori • Offre gli strumenti per creare, muovere ed eliminare sia file che cartelle • Sicurezza: basata su liste di controllo di accesso che permettono di definire per ciascun elemento del file system di quali permessi (lettura, scrittura, modifica ecc.) dispone ciascun utente.

29. File System • Esistono una vasta quantità di file system. • I sistemi operativi moderni sono spesso in grado di accedere a diversi file system • I più conosciuti, nonché quelli implementati in Windows e MSDOS, sono: • FAT • FAT32 • NTFS

30. Cluster • L’unità minima di allocazione di un file è chiamata cluster • Un cluster è un numero intero di settori del disco • Un file occupa minimo un cluster, ma può occuparne di più • La dimensione dei cluster è gestita dal Sistema Operativo • E’ un numero intero che indica il numero di settori utilizzati • Dipende dal file system • Può essere cambiata

31. Frammentazione • Non sempre è possibile registrare i cluster uno di seguito all'altro • Se lo spazio libero contiguo presente su disco non è sufficiente a contenere tutti i cluster di un file, questi vengono registrati sparsi per il disco rigido negli spazi liberi disponibili… • …è il fenomeno della frammentazione • La frammentazione dei cluster rallenta le fasi di lettura e registrazione del file.

32. Deframmentazione • Il software di deframmentazione cerca di riunire tutti i cluster di tutti i file frammentati • In questo modo, cerca di velocizzare l’accesso ai dati • Alcune utility di deframmentazione hanno la capacità di assegnare particolari zone del disco rigido, dalle quali il caricamento è più veloce, ai file più utilizzati e/o a quelli del sistema operativo.

33. Interfacce • Dispositivo fisico che permette la comunicazione tra Hd e Motherboard (BUS) • Esistono 3 standard di interfacce: • ATA: Advanced Technology Attachment • SATA: Serial ATA • SCSI: Small Computer System Interface • Ogni interfaccia è incompatibile con le altre poiché dotata di una interfaccia (connettore) differente dalle altre e poiché lavorano in maniera differente

34. ATA • Chiamata anche IDE, EIDE, ATAPI, UDMA, PATA • Tale interfaccia era la più diffusa sino al 2004 • Ha un connettore formato da 40 PIN • Utilizzata per periferiche di archiviazione di massa e per CD/DVD drive • Se due unità vengono collegate allo stesso canale è necessario configurare una delle due come master e l’altra come slave • L’unità master viene elencata come prima dal S.O. • Esiste anche una altro modo per collegare due periferiche assieme, il cable select, tramite il quale viene deciso dal collegamento col cavo quale periferica è master e quale è slave

35. ATA ~ Cavi • Sono dotati di 2 o 3 connettori • Hanno una lunghezza media compresa tra i 40cm e i 90cm • Permettono il trasferimento di dati di 16 o 32 bit per volta • Ne esistono di due tipi, uno formato da 40 “fili”, uno formato da 80 • Il cavo con 80 conduttori prevede un filo di massa per ciascun conduttore, riducendo gli effetti di induzione elettromagnetica tra conduttori adiacenti

36. ATA ~ Cavi

37. ATA ~ Standard • Esistono vari standard IDE • Lo standard più usato al giorno d’oggi è l’IDE6, poiché è l’ultimo ad essere stato progettato e anche il più veloce

38. SATA • SATA => Serial ATA • Standard di connessione per periferiche di memorizzazione • Interfaccia per dispositivi interni • Destinata a sostituire ATA • Connessione di tipo seriale • Nell’ATA era di tipo parallelo!

39. SATA vs ATA ATA SATA

40. Difetti di ATA • Transfert Rate limitato a 133MB/s • E’ prevista la connessione fino a due dispositivi contemporaneamente, ma… • Solo un dispositivo per volta può comunicare! • Le due periferiche, quindi, non possono comunicare tra loro • I cavi piatti utilizzati rallentano il raffreddamento del sistema

41. SATA ~ Pregi S A T A Velocità Gestione Cavi Hot Swap

42. SATA ~ Caratteristiche • Il cavo di collegamento è composto solo da 4 fili contro i 40 dello standard ATA • Utilizzo di cavi sottili • Raffreddamento del sistema più facile • Possibilità di collegare e scollegare dispositivi mentre il sistema è in funzione (hot swap) • Velocità di trasferimento fino a 150MB/s • Nelle future versioni previste velocità di 300MB/s e fino a 600MB/s

43. SATA ~ Cavi • Cavi flessibili • Estremità di 8 millimetri • Pregi rispetto ai cavi ATA • Sono più pratici • Sono meno ingombranti… • Quindi favoriscono il passaggio dell’aria… • …garantendo quindi una corretta ventilazione del sistema • I connettori non possono essere inseriti al contrario… • …Grazie ad una asimmetria fisica

44. SATA ~ Cavi • Connettore di alimentazione simile al cavo di trasmissione dei dati. • Più largo, costituito da 15 conduttori, che trasportano le tre diverse tensioni di alimentazione necessarie: 3,3V, 5V e 12V. • Durante la transizione tra l'interfaccia IDE ed il Serial ATA sono previsti diversi convertitori per rendere compatibili i due standard. • Alimentazione, i connettori standard di alimentazione sono sostituiti dai cavi di alimentazione Serial ATA, che hanno un connettore femmina standard e due connettori maschi SATA. • Dati, è necessario un ponte che converta la trasmissione di dati parallela in seriale e viceversa

45. SCSI • Small Computer System Interface • Interfaccia standard per la comunicazione tra dispositivi interni tramite un bus • Si pronuncia “scasi” • Introdotta nel 1986 • Utilizzata soprattutto per le periferiche di memorizzazione di massa • Ideato per favorire • Intercambiabilità dei dispositivi • Compatbilità dei dispositivi

46. SCSI • Small Computer System Interface • Interfaccia standard per la comunicazione tra dispositivi interni tramite un bus • Si pronuncia “scasi” • Introdotta nel 1986 • Utilizzata soprattutto per le periferiche di memorizzazione di massa • Ideato per favorire • Intercambiabilità dei dispositivi • Compatbilità dei dispositivi

47. SCSI ~ Diffusione • Pregi di SCSI • Velocità • Difetti di SCSI • Costi più elevati • Diffusione • Un tempo era legata a tutte le periferiche • Oggi si usa solo nelle workstation e periferiche di fascia alta • Altre interfacce più economiche • ATA/IDE (hard disk) • USB (periferiche)

48. SCSI ~ Esempio di terminale

49. SCSI ~ Cenni storici 1981 Fusione Progetti 1979 Shugart Technology NCR Corporation SASI BYSE SCSI

50. SCSI ~ Standardizzazione • Lo SCSI viene creato già con lo scopo di diventare uno standard • La standardizzazione arriva nel 1986 • Standard ANSI: Specifica SCSI • Da allora lo SCSI viene adottato come standard industriale • Furono create e diffuse diverse versioni di SCSI