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.
