Harddisk aneb A přece se točí

A máme tu další technologický seriál. Tentokrát se bude "točit" kolem pevných disků a technologií v nich používaných. Začněme ale od úplného začátku.
Jak je z názvu článku patrné, dnes bude řeč o harddiscích, chcete - li pevných discích. Jsou to zařízení, která jsou nedílnou součástí každého počítače, která dnes a denně používáme, kterým svěřujeme i ty nejtajnější informace,.... Stálo by tedy možná za to, říci si o jejich fungování a principu něco více. Nejprve se podíváme kousek do historie pevných disků, poté se pokusím vysvětlit princip magnetického záznamu, dále zabrousíme mezi základní pojmy jako jsou sektor, cylindr, hlava atd., vysvětlíme si, jak funguje rozhraní IDE, EIDE a SCSI a nakonec bych se rád podíval do budoucnosti pevných disků.

Za celou dobu své existence doznal harddisk mnoha změn, ale řekl bych, co se základního principu záznamu a čtení dat týče, nic překotného se zase až tak nestalo. Inženýři a vědci jsou si toho samozřejmě vědomi, a tak se snaží vymýšlet různé magnetorezistivní čtecí hlavičky, rozhraní IDE, EIDE, SCSI, protokoly DMA, UltraDMA, PIO atd., ale jednou stejně narazí na fyzikální hranice magnetického záznamu a bude třeba vymyslet něco úplně nového. Nechtěl bych ale předbíhat, a proto začnu z opačného konce vývoje.

Uvážíme - li, že první pevný disk zabudovaný do PC RAMAC 350 firmy IBM měl kapacitu 5MB (to bylo v roce 1957) a skládal se z padesáti 24 palcových (1 palec = cca. 2,5cm) disků nebo že v polovině 80. let byla běžná kapacita okolo 20MB a standardní byly tehdy disky o průměru 5,25 palce, mohou se tato čísla zdát neuvěřitelná. Dnes se používají disky o průměru 3,5 palce nebo 2,5 palce. Jiný pohled na vývoj harddisků nám umožňuje porovnání hodnot datové hustoty na palec. Pokrok, který se na tomto poli uskutečnil, je obrovský. Zatímco v 70. letech byla maximální datová hustota na čtvereční palec 10Mb, na počátku 90. let to bylo už 1000Mb na čtvereční palec. V dnešní době si můžete koupit pevný disk s datovou hustotou 4Gb na čtvereční palec (podle tiskových zpráv firmy IBM bylo již v laboratorních podmínkách dosaženo datové hustoty 11Gb na čtvereční palec) a v roce 2004 bude podle materiálů IBM dosaženo datové hustoty 40Gb na čtvereční palec!!! Už dnes je však jasné, že hranici datové hustoty nelze posouvat do nekonečna. V jistém okamžiku totiž dochází ke vzniku tzv. superparamagnetických sil. Jsou - li totiž magnetické částice příliš malé, energie potřebná k jejich magnetizaci je často menší než tepelná energie vznikající např. při otáčení disku a tato skutečnost by nutně způsobila, že magnetizace domén by nebyla dostatečně trvalá, aby nedošlo ke ztrátě dat. Tím se pomalu dostáváme k samotnému principu magnetického záznamu.

Magnetický záznam a jeho čtení

Princip je to velmi jednoduchý a můžete ho znát i např. z audio kazet. Celý pevný disk se skládá z několika nemagnetických kotoučů (ploten) vyrobených ze slitiny hliníku nebo v poslední době i z keramických slitin, na které je nanesena magnetická vrstva práškového kysličníku železitého (Fe2O3) rozpuštěného v laku. Celý povrch disku je tedy tvořen mikroskopickými magnetickými částečkami - doménami, které mají každá jeden severní a jeden jižní magnetický pól (zdůrazňuji, že podle Gaussovy věty o magnetismu, která je matematicky formulována 4. Maxwellovou rovnicí, neexistuje magnetický monopól). Jen několik desetin mikrometru (1mm = 1000m m) nad každým kotoučem se pohybuje čtecí/ záznamová hlava, která se vznáší na vzduchovém polštáři vzniklém rotací disků. V podstatě se data na disk ukládají pomocí změn magnetického toku v okolí záznamové hlavičky. Tu si lze představit jako miniaturní cívečku, v jejímž okolí vzniká - podle zákona o elektromagnetické indukci - (resp. zaniká) magnetické pole v závislosti na tom, jaký proud jí protéká. Vzniklé magnetické pole pak usměrňuje jednotlivé domény na disku podle toho, zda - li jsou k sobě natočeny stejným nebo opačným pólem (jak známo, opačné póly se přitahují a stejné odpuzují). Změna magnetického toku může nastat buď z kladného na záporný nebo naopak. Tuto změnu lze považovat za jakýsi impuls. Je - li tedy impuls přítomen, je kódován jako 1, není - li přítomen, pak jako 0. Stejný princip funguje i při čtení dat z disku. Pouze s tím rozdílem, že impulsy nepřicházejí z hlavičky, ale přímo z povrchu disku (opět na základě zákona o elektromagnetické indukci). Celá věc ovšem není zas až tak jednoduchá. Kdyby se totiž při čtení z disku objevila delší řada nul (tedy nebyl by zaznamenán žádný impuls), řadič by ztratil synchronizaci. Je tedy třeba, aby časování bylo stejné při čtení i při záznamu. Proto byla zavedena tzv. frekvenční modulace (FM), při které se 1 kóduje jako dva impulsy a 0 jako impuls po chybějícím impulsu. Tato metoda byla ještě zdokonalena - MFM = modifikovaná frekvenční modulace, ale v současné době se využívá metoda RLL, která umožňuje číst data z disku výrazně rychleji. O těchto věcech se však již rozepisovat nebudu, protože od toho jsou odborné publikace. Pojďme se raději podívat na něco zajímavějšího.

Příští pokračování se podíváme na to, jak disk organizuje informace a o krokovém motoru, který vystavuje hlavičky.

Nejčtenější

USAF nakupuje pancéřované „Turbočmeláky“. Jeden kus vyjde na 880 milionů

Americké letectvo si převzalo první exemplář turbovrtulového letadla Skyraider II. Vzhledem vzdáleně připomíná československého Turbočmeláka. Není divu. Vznikl úpravou civilního letounu používaného...

Atentát na Kima. Diktátora zachránil sovětský důstojník skokem na granát

V zemích s nestabilním uspořádáním nejsou politicky motivované atentáty ničím neobvyklým. Severní Korea, jako jedna z nejtužších komunistických diktatur světa, nebyla výjimkou. Prvního diktátora Kim...

Z vesmíru se vrátila ryze ženská posádka s Katy Perry i přítelkyní Bezose

Teprve podruhé v historii se dostala do kosmického prostoru posádka složená pouze z žen. Právě v pondělí totiž odstartoval nosič New Shepard, aby posádku vynesl. Nejznámější členkou týmu mise NS-31...

Nejtemnější doba Sudet. Mrtvé pohřbívali jen tak po lesích

V dalším dílu našeho seriálu o konci druhé světové války v Sudetech se díky rozsáhlé badatelské práci dozvíme o skutečnostech, které se podařilo odkrýt teprve nedávno. Jde o velmi temnou kapitolu...

Před jeepem tu byla fena. Uvezla pět vojáků a poznala bláto i písek

Vzácné a netradiční vozidlo pro motorizovaný přesun pěchoty, které najdete i ve znělce našeho seriálu Poklady z depozitáře, určitě stojí za zmínku. Tříkolka je dílem belgické zbrojovky FN, nicméně...

Filozofové předpověděli, kterak zlé myslící stroje ovládnou svět. Už zase

Posledních několik dnů se hodně mluví o prognóze AI 2027. Jde o jednasedmdesátistránkový dokument, mapující možný vývoj velkých jazykových modelů v blízké budoucnosti. V tomto článku shrneme jeho...

18. dubna 2025  15:58

Výzkum 14 153 443 projevů v americkém Kongresu: zákonodárci opouštějí fakta

Zástupci amerických občanů se ve svých řečech přestávají odkazovat na ověřitelné skutečnosti. Nahrazují je intuicí a osobními dojmy. Pokles začal už v sedmdesátých letech minulého století. Současný...

18. dubna 2025  10:02,  aktualizováno  10:02

Viděl padat své nejoblíbenější letadlo. Na letištích natáčí skoro třicet let

Jeho zájem o letectví se zrodil na vyhlídkové terase pražského ruzyňského letiště, kam jej někdy v roce 1985 vzal tatínek. Letecký kameraman Jan Jánský vytvořil za téměř třicet let videoarchiv,...

18. dubna 2025

Vzdálená planeta má známky života, hlásí vědci. Je tu však několik „ale“

Vesmírný teleskop Jamese Webba přinesl podle skupiny vědců z Cambridgeské univerzity zajímavý objev na 124 světelných let vzdálené planetě K2-18b. V atmosféře této planety totiž odhalili molekuly...

17. dubna 2025  12:57

Bulharsko zažilo před 100 lety nejbrutálnější teroristický útok v dějinách

V polovině dubna 1925 se v bulharské Sofii odehrál nejhorší teroristický útok v dějinách země. Konečná bilance: 213 mrtvých a 500 zraněných. Bombový útok měli na svědomí místní komunisté, spekulovalo...

17. dubna 2025  10:30

Apple připravuje systém, který má změnit to, jak využíváte jeho iPady

Za necelé dva měsíce by měla společnost Apple představit novou generaci operačního systému pro své tablety. A mohla by to být změna, která konečně přinese větší využití potenciálu, který toto...

17. dubna 2025

USAF nakupuje pancéřované „Turbočmeláky“. Jeden kus vyjde na 880 milionů

Americké letectvo si převzalo první exemplář turbovrtulového letadla Skyraider II. Vzhledem vzdáleně připomíná československého Turbočmeláka. Není divu. Vznikl úpravou civilního letounu používaného...

17. dubna 2025,  aktualizováno  12:05

Spotify postupně nabíhá po masivnímu výpadku po celém světě

Pokud vám dnes hudební služba Spotify nefunguje, nejste sami. Uživatelé z celého světa hlásí výpadky této nejrozšířenější cloudové hudební platformy.

16. dubna 2025  15:54,  aktualizováno  16:46

„Ségro, nežer mě,“ pavouci mají podivné skrupule vůči pojídání sourozenců

Pokoutníci nálevkovití se zdráhají žrát své bratry a sestry. Chovají se tak ale jen, když vyrůstají v kolektivu. Jedináčci si na nich klidně smlsnou.

16. dubna 2025  15:02,  aktualizováno  15:02

OpenAI buduje sociální síť. Když bude úspěšná, může být zdrojem dat pro AI

OpenAI před dvěma a půl lety nastartovala současný boom generativní umělé inteligence. Nyní podle portálu The Verge pokukuje po možnosti vytvořit vlastní sociální síť. Může se jí hodit, když bude...

16. dubna 2025  10:22

Co udělá s tělem těhotenství? Kosti a játra se vzpamatovávají i déle než rok

Ani rok nestačí na to, aby se organismus matky vrátil po porodu do stavu, v jakém byl před otěhotněním. Nejpomaleji se vzpamatovávají po enormní zátěži kosti a játra. Dlouho „dohořívají“ v organismu...

16. dubna 2025

Velká francouzská železniční revoluce měla barvu oranžovou

Ikonické TGV první generace, kterým na kráse přidávaly decentní hrany, začínaly v barvě oranžové. Připomeňme si tento povedený vytříbený design na fotografiích. Podíváme se mimo jiné i na první...

16. dubna 2025