Disco rigido

Ultimo aggiornamento lunedì 23 ottobre 2017 à 14:34 da Antonello Ciccarello.

Il disco rigido è quel componente del PC che serve a conservare i dati in modo permanente, contrariamente alla memoria RAM, che si cancella ad ogni riavvio del computer, ed è la ragione per cui si parla talvolta di memoria di massa per designare i dischi rigidi.

Il ruolo del disco rigido
Struttura del disco rigido
Funzionamento di un hard disk
Modalità blocco del disco rigido
Modalità a 32 bit
Caratteristiche tecniche

Il ruolo del disco rigido

Il disco rigido è collegato alla scheda madre attraverso un controllore di disco rigido che funge da interfaccia tra il processore e il disco rigido. Il controllore del disco rigido gestisce i dischi a lui collegati, interpreta i comandi inviati dal processore e li invia al disco interessato. Generalmente si distinguono le seguenti interfacce:

IDE;

SCSI;

Serial ATA.

Con la comparsa della norma USB, si hanno dei case esterni permettono di connettere un disco rigido ad una porta USB, rendendo il disco rigido facile da installare e permettono di aggiungere più capacità di immagazzinamento. Si parla quindi di disco rigido esterno in opposizione ai dischi rigidi interni collegati direttamente alla scheda madre, ma si tratta sempre degli stessi dischi, se non per il fatto di essere connessi al computer attraverso un case collegato ad una porta USB.

Struttura del disco rigido

Un disco rigido non è costituito da un solo disco, ma da più dischi rigidi (in inglese hard disk significa disco rigido) in metallo, in vetro o in ceramica, impilati ad una distanza molto ridotta gli uni dagli altri e chiamati dischi (in inglese platters):

Disco rigido

I dischi girano molto rapidamente intorno ad un asse (ad alcuni migliaia di giri al minuto attualmente) in senso antiorario. Un computer funziona in modo binario, cioè i dati sono salvati sotto forma di 0 e 1 (detti bit). Nei dischi rigidi esistono dei milioni di questi bit, salvati molto vicini gli uni dagli altri su uno strato magnetico di qualche micron di spessore, esso stesso ricoperta da un film di protezione.

La lettura e la scrittura si fanno grazie a delle testine (in inglese heads) poste da una parte all'altra dei piatti. Queste testine sono dell'elettromagnete che si abbassano e si sollevano per poter leggere le informazioni o scriverle. Le testine sono solo a qualche micron dalla superficie, separate da uno strato d'aria provocato dalla rotazione dei dischi che crea un vento di circa 250 km/h. Inoltre queste testine sono mobili lateralmente per poter coprire la superficie totale del disco:

Tuttavia, le testine sono legate fra loro e solamente una sola può leggere o scrivere in un dato momento. Si parla quindi di cilindro per designare l'insieme dei dati salvati verticalmente sulla totalità dei dischi.

L'insieme di questo meccanismo di precisione è contenuto in un case totalmente ermetico, dato che anche la più piccola particella può deteriorare la superficie del disco. Potete quindi vedere su un disco delle chiusure che ne permettono la sigillatura, e la dicitura Warranty void if removed che significa letteralmente la garanzia non più valida se rimosso dato che solo i costruttori del disco possono aprirli (in sale bianche, in assenza di particelle).

Funzionamento di un hard disk

Le testine di lettura/scrittura sono dette «induttive», cioè sono capaci di generare un campo magnetico. È soprattutto il caso della scrittura: le testate, creando dei campi positivi o negativi, polarizzano la superficie del disco in una zona molto piccola, cosa che si traduce durante il passaggio in lettura con dei cambiamenti di polarità che inducono corrente nelle testine di lettura, che sarà in seguito trasformata da un convertitore analogico digitale (CAN) in 0 e 1 comprensibili dal computer:

Le testine cominciano a scrivere dei dati alla periferica del disco (pista 0), poi avanzano verso il centro. I dati sono organizzati in cerchi concentrici chiamati piste, create dalla formattazione di basso livello. Le piste sono separate in quartieri (tra due raggi) detti settori, che contengono i dati (minimo 512 byte per settore di solito):

Il cilindro è l'insieme dei dati posti su una stessa pista su dei dischi diversi (cioè verticalmente gli uni dagli altri) formando così nello spazio un "cilindro" di dati:

cilindro

Viene detto infine cluster (o in italiano unità di allocazione) la zona minima che può occupare un file sul disco. In effetti il sistema operativo sfrutta dei blocchi che sono infatti più settori (tra 1 e 16 settori). Un file minuscolo dovrà quindi occupare più settori (un cluster). Nei vecchi dischi rigidi, l'indirizzamento si faceva in maniera fisica definendo la posizione del dato attraverso le coordinate cilindro/testine/settore (in inglese CHS per Cylinder/Head/Sector).

Modalità blocco del disco rigido

La modalità blocco e il trasferimento a 32 bit permettono di sfruttare pienamente le performance del disco rigido. La modalità blocco consiste nell'effettuare dei trasferimenti di dati per blocco, cioè solitamente per pacchetti da 512 byte, cosa che evita al processore di dover elaborare una moltitudine di minuscoli pacchetti da un bit. Il processore ha quindi del "tempo" per effettuare altre operazioni. Questa modalità di trasferimento di dati non ha purtroppo una vera utilità se non su vecchi sistemi operativi (come MS-DOS), dato che i sistemi operativi recenti utilizzano il loro proprio gestore di dischi rigidi, cosa che rende questo gestore obsoleto.

Un'opzione del BIOS (IDE HDD block mode o Multi Sector Transfer) permette talvolta di determinare il numero di blocchi che possono essere gestiti contemporaneamente. Questo numero si pone fra 2 e 32. Se non lo conoscete, vi si offrono più soluzioni:

Consultare la documentazione del vostro disco rigido;

Cercare le caratteristiche del disco su internet;

Determinare in via sperimentale attraverso dei test.

La modalità blocco può tuttavia generare degli errori su alcuni sistemi, a causa di una ridondanza di gestore di disco rigido. La soluzione consiste allora nel disattivare uno dei due gestori:

La gestione software della modalità a 32 bit sul sistema operativo;

La modalità blocco nel BIOS.

Modalità a 32 bit

La modalità a 32 bit (in opposizione alla modalità a 16 bit) è caratterizzata da un trasferimento dei dati a 32 bit. Il trasferimento a 32 bit corrisponde a 32 porte che si aprono e si chiudono contemporaneamente. In modalità 32 bit, due parole (insiemi di bit) di 16 bit sono trasmesse una dopo l'altra, e poi assemblate.

Il guadagno di performance legato al passaggio dalla modalità a 16 bit alla modalità a 32 bit è generalmente insignificante. Ad ogni modo è per la maggior parte delle volte possibile scegliere la modalità, dato che la scheda madre determina automaticamente il tipo di modalità da adottare in funzione del tipo di disco rigido.

La determinazione automatica della modalità a 32 bit può tuttavia rallentare i lettori di CD-ROM IDE la cui velocità è superiore a 24x quando essi sono solo su un connettore IDE. In effetti, nel caso in cui il lettore di CD-ROM è solo sul connettore, il BIOS potrebbe non rilevare la sua compatibilità con la modalità 32 bit (dato che cerca un disco rigido), nel qual caso passa in modalità 16 bit. La velocità di trasferimento (detta per abuso di linguaggio tasso di trasferimento) è quindi al di sotto del tasso di trasferimento annunciato dal fabbricante. La soluzione in questi casi sta nel collegare sullo stesso cavo del lettore CD-ROM un disco rigido che supporta la modalità a 32 bit.

Caratteristiche tecniche

Capacità: volume di dati che può essere salvato sul disco.

tasso di trasferimento ( o larghezza di banda): quantità di dati che può essere letta o scritta sul disco per unità di tempo. È espressa in a bit al secondo.

Velocità di rotazione: velocità a cui girano i piatti, espressa in giri al minuto (siglata rpm per rotazione per minuto). La velocità dei dischi rigidi varia da 7200 a 15000 rpm. Più la velocità di rotazione di un disco è elevata, migliore sarà la banda del disco. Invece, un disco con una velocità di rotazione elevata è generalmente più rumoroso e si riscalda più facilmente.

Tempo di latenza (detto anche periodo rotazionale): tempo trascorso tra il momento in cui il disco trova la pista e il momento in cui trova i dati.

Tempo medio di accesso: tempo medio che la testina impiega per posizionarsi sulla pista esatta e accedere al dato. Rappresenta quindi il tempo medio che il disco impiega dal momento in cui riceve l'ordine di fornire i dati e il momento in cui li fornisce realmente. Deve essere quindi il più corto possibile.

Densità radiale: numero di piste per pollice (tpi ovvero Track per Inch).

Densità lineare: numero di bit per pollice su una data pista (bpi ovvero Bit per Inch).

Densità di superficie: rapporto fra la densità lineare sulla radiale (si esprime in bit per pollice quadrato).

Memoria cache (o memoria tampone): quantità di memoria imbarcata sul disco rigido. La memoria cache permette di conservare i dati ai cui il disco accede più di frequente per migliorare le performance globali;

Interfaccia: si tratta della connettività del disco rigido.

Le principali interfacce per dischi rigidi sono le seguenti: IDE/ATA; Serial ATA; SCSI. D'altra parte esistono dei case esterni che permettono di connettere dei dischi rigidi via USB o firewire.