3.3.6.1. Tvrdi disk - Feritne glave

Najstariji dizajn glave je ujedno i najjednostavnije izvedbe. Feritna glava (slika 19) je napravljena od željezne jezgre u obliku slova U omotana sa zavojnicama što ju čini gotovo klasičnim elektro-magnetom, ali jako malim elektro magnetom. Rezultat ovog dizajna je nalik na klasični magnet u obliku slova U gdje svaki kraj magneta predstavlja sjeverni ili južni pol. Kada glava zapisuje, struja u zavojnici stvara polarizirano magnetsko polje u međuprostoru između polova zavojnice koje magnetizira površinu diska/medija odnosno mjesto gdje se nalazi glava. Kada se smjer struje u zavojnici okrene, stvara si suprotni polaritet magnetskog polja. Za čitanje proces je obrnut; glava prolazi iznad dijelova diska/medija koje je magnetizirano te sa time stvara struju kroz zavojnice u onome smjeru ovisno o polaritetu na disku/mediju. 

3.3.6. Tvrdi disk - Vrste glava

Postoji nekoliko različitih familija tehnologije koja se koriste za proizvodnju glava za čitanje/pisanje tvrdih diskova. Obično, kako bi se omogućio napredak brzine i kapaciteta tvrdog diska, mora se izvršiti korekcija načina na koji glave za čitanje/pisanje rade. U nekim slučajevima to su sitna namještanja i korekcija na postojećim tehnologijama, ali obično veći koraci u kapacitetu i brzini zahtijevaju nove tehnologije i dizajn, sve dok se postojeća tehnologija ne dovede do krajnjih granica (slika 18).

Slika 18: Osnovni dizajn glava i njihove karakteristike

3.3.5. Tvrdi disk - Sudar glave

Otkako glave za čitanje/pisanje lebde na mikroskopskom sloju zraka iznad diska/medija, moguć je kontakt glave i medija u nekim određenim okolnostima. Normalno glave samo dodiruju medije kada se disk/medij pokreče ili zaustavlja. Uzmemo li u obzir da se diskovi/mediji vrte više od 100 puta u sekundi ovo nije baš najbolja stvar.
Ako glava dotakne površinu medija kada se disk/medij nalazi na operacijskoj brzini vrtnje, rezultata toga bi moga dovesti do gubitka podataka, oštećenja glave diska, oštećenja površine medija ili sve troje. Takav događaj se zove „head crash“ (sudar glave). Najčešći uzrok sudara glave su prljavština koja uđe između glave i medija diska ili udar o sam tvrdi disk dok izvršava operacije.
Usprkos manjem lebdjenju glave na modernim tvrdim diskovima, oni su u mnogočemu manje osjetljiviji na udare glave nego stariji tvrdi diskovi. Razlog tome je superioran dizajn tvrdih diskova odnosno njegove zatvorenosti koja eliminira bilo kakvu kontaminaciju kao i mnogo čvršća unutarnja struktura i specijalna tehnika montiranja dizajnirana da ukloni vibracije i udare na tvrdi disk. Diskovi/mediji imaju na svojoj površini zaštitni sloj koji tolerira određenu istrošenost prije nego počne biti problem. Radi predostrožnosti, da bi smo izbjegli sudar glave, moramo biti iznimno pažljivi kod prenošenja diskova pogotovo prijenosnih računala, ako su upaljena.

3.3.4. Tvrdi disk - Visina glave

Jedna od prepoznatljivih karakteristika tehnologije tvrdog diska koja ga razlikuje od floppy diskete ili VCR kazete je da glava za čitanje i pisanje nije ni malo u kontaktu sa medijem. Razlog tome je velika brzina vrtnje diska/medija i potrebe za stalnim skeniranjem čas sa jedne čas s druge strane po različitim stazama diska/medija. Kada bi glava doticala disk/medij, to bi rezultiralo neprihvatljivom trošenju glave i medija/diska. U stvari prvi diskovi su imali svoje glave u kontaktu sa medijem i takav dizajn se promijenio baš zbog trošenja glave i medija koje je izazivao taj kontakt.

3.3.3. Tvrdi disk - Broj glava

Svaka ploča diska ima dvije površine, po jednu na svakoj strani ploče. Učestalo se obje površine koriste za podatke u modernim tvrdim diskovima, ali kao što je opisano u naslovu broj ploča diska ponekad i nije baš tako. Za svaku površinu koristi se po jedna glava. U slučaju kada tvrdi disk koristi „dedicated servo“ postoji još jedna glava za istu površinu. Kako većina diskova ima od jednog do četiri rotirajuće ploče, tako i većina ima dvije do osam glava. Neki veći diskovi mogu imati dvadeset glava i više.
Samo jedna glava može čitati ili pisati na rotirajuću ploču u zadanom vremenu. Specijalan električni krug se koristi za kontrolu glava diska te određivanje koja glava je aktivna u zadanom vremenu.

3.3.2. Tvrdi disk - Funkcija glave

U konceptu glave tvrdog diska su relativno jednostavne. One su transformatori energije; pretvaraju električni signal u magnetski signal te magnetski signal nazad u električni. Glave na Video rekorderu ili glava na kazetofonu rade veoma sličnu funkciju, osim što koriste drugačiju tehnologiju. Glave za čitanje i pisanje su u suštini maleni elektro magneti koji rade pretvorbu iz električne informacije u magnetsku te obrnuto. Svaki informacijski bit koji se posprema je zapisan na tvrdi disk uz pomoć specijalne metode nekodiranja koji pretvara nule i jedinice u strukturni magnetski zapis.

3.3.1. Tvrdi disk - Operacije glave

U mnogo načina glave za čitanje i pisanje su najsofisticiraniji dio tvrdog diska. Općenito ne pridobivaju mnogo pozornosti, možda iz razloga što većina ljudi nikada ih ni ne vidi. Ovo poglavlje govori o tome kako glave tvrdog diska rade te obuhvaća problematiku ključnih operacija i problema.

3.3. Tvrdi disk - Glave za čitanje i pisanje

Glave za čitanje i pisanje u tvrdom disku čine sučelje između magnetskog odnosno fizičkog dijela medija na kojem su pohranjeni podaci i električne komponente diska koja čini ostatak tvrdog diska. Glave konvertiraju bitove u magnetski puls i spremaju ih na rotirajuće ploče te u obrnutom procesu čitaju sa ploče magnetske impulse koje pretvaraju u bitove.
Glave za čitanje i pisanje čine kritičnu komponentu u tvrdom disku koja uteče na krajnju performansu te kao takve imaju veliku ulogu u pohranjivanju i dohvaćanju podataka. Uobičajeno su i najskuplji dio tvrdog diska te da bi zadovoljile što gušći zapis te što bržu vrtnju rotirajuće ploče diska glave za čitanje i pisanje morale su evoluirati iz skromnog i glomaznog dijela diska u samim počecima u ekstremno naprednu i kompliciranu tehnologiju.

3.2.6. Tvrdi disk - Prostorna gustoća diska/medija

Prostorna gustoća, također ponekad zvana „bit density“ (gustoća biti), se odnosi na količinu podataka koje je moguće pohraniti na zadanom prostoru diska/medija. Kako je površina diska/medija dvodimenzionalna, prostorna gustoća se mjeri kao broj bitova koji mogu biti pohranjeni u jedinici površine. Ona se obično mjeri u bitima po kvadratnom inču (BPSI).

3.2.5. Tvrdi disk - Staze i sektori

Diskovi/mediji su organizirani u specijalnoj strukturi kako bi omogućili organizaciju i pristup podacima. Svaki disk /medij je razdijeljen u staze, njih desetine tisuća, koji čine uredno pakirane koncentrične krugove. Oni su slični strukturi godova presječenog stabla (ali nisu slični podacima na vinil pločama, koji formiraju koncentrične spirale, a ne koncentrične krugove).
Staza zadrži previše podataka da bi činila najmanji dio pohrane podataka na disku/mediju, stoga svaka od staza je razdijeljena na sektore (slika 12). Sektor je najmanji pojedinačni dio s mogućnošću adresiranja podataka pohranjenih na disku/mediju, obično sadržava 512 bajta. Prvi računalni tvrdi diskovi su tipično sadržavali 17 sektora po jednoj stazi. Današnji tvrdi diskovi mogu imati i tisuću sektora po pojedinačnoj stazi. Također mogu koristiti metodu „zone recording“ kako bi omogućili više sektora na vanjskim dužim stazama diska/medija.

Slika 12: Sektori i staze na disku/mediju

3.2.4 Tvrdi disk - Površina rotirajućeg diska/medija - medij

Podloga od koje se izrađuju diskovi/mediji formira bazu na koju se nanosi podatkovni medij. Sam medij je vrlo tanka obloga koja je načinjena od magnetskog materijala na koji se podaci zapravo spremaju. Njena debljina se može mjeriti u milijuntom dijelu inča.
Stariji tvrdi diskovi su koristili oksidni medij. Oksid u ovom slučaju zapravo znači željezna hrđa. Kako napredne, sofisticirane kompanije nisu htjele koristiti riječ hrđa u nazivu medija oni su ga nazvali „high-performance oxide media layer“ (visoko kvalitetan oksidni sloj medija).  U stvarnosti oksidni medij nije ništa drugo nego čestice hrđe nanesene na podlogu diska/medija korištenjem vezivnog sredstva. Hrđa se može prepoznati, ako pogledamo na površinu diska/medija starijeg tvrdog diska. Ono je karakteristične svijetlosmeđe boje (slika 11). Ovakav tip medija je sličan onome koji se koristi na vrpcama audio kazeta, a također ima prepoznatljivu svijetlosmeđu boju. 

3.2.3. Tvrdi disk - Podloga rotirajućeg diska/medija

Magnetski diskovi/mediji koji sadrže podatke na sebi su zapisani na vrlo tankom površinskom sloju dok masa na kojoj se nalazi sloj se zove „substrate“ (supstrat, podloga) i njegova uloga je samo kao podloga mediju. Kako bi bio pogodan, materijal podloge mora biti tvrd, lako obradiv, lagan, stabilan, magnetski inertan, jeftin i relativno dostupan. Najčešće korišten materijal za proizvodnju podloge medija je legura aluminija koja zadovoljava sve nabrojane uvjete.
Diskovi/mediji zbog načina na koje je rotiraju sa glavama koje lebde nad njima, moraju biti ekstremno glatki i ravni. Sa starijim, sporijim tvrdim diskovima i relativno većim visinama lebdjenja, neravnine na diskovima/medijima su predstavljale manji problem. Sada kada tehnologija napreduje, razmak između glava i medija se smanjuje, brzine vrtnje se povećavaju, postavljaju veće zahtjeve na sam materijal podloge. Neravna površina na diskovima/medijima koji se okreću sve brže i glave koje su sve bliže može vrlo lako dovesti do sudara glave. Iz toga razloga mnogi proizvođači su prije nekoliko godina počeli tražiti zamjenu za aluminij, kao što je staklo, staklene legure i magnezijske legure. Usporedbu podloge od legure aluminija i podloge od staklene legure možemo vidjeti na slici 10.

Slika 10: Usporedba aluminijske (lijevo) i staklene (desno) podloge diska/medija

3.2.2. Tvrdi disk - Količina rotirajućih diskova/medija

Tvrdi diskovi imaju jedan ili više diskova/medija ovisno o njihovom dizajnu. Standardni korisnici tvrdih diskova obično imaju između jedan i pet diskova/medija u sebi. Dok visoko sofisticirani tvrdi diskovi koji se koriste u serverima imaju i po desetak diskova/medija pa čak i više ako su malo starije proizvodnje. U svakom tvrdom disku svi diskovi/mediji su fizički povezani na zajedničku osovinu i čine jedan sklop koji se vrti kao jedna cjelina koju pokreće motor. Diskovi/mediji su odvojeni jedni od drugih korištenjem prstena koji su umetnuti na osovinu. Cijeli sklop je pričvršćen na samom vrhu korištenjem metalnog ringa i nekoliko vijaka.

3.2.1 Tvrdi disk - Veličina rotirajućeg diska/medija

Veličina dika medija u tvrdim diskovima primarno određuje cjelokupnu dimenziju uređaja, također zvanu i  „form factor“ (format). Većina tvrdih diskova se proizvodi u jednoj od standardnih formata. Kada govorimo o veličinama diskova/medijima, katkad se koristi njihove specificirane veličine; na primjer netko će reći kako ima 3,5 inča tvrdi disk. Kada se koristi ovakva terminologija obično se odnosi na format tvrdog diska, a format je imenovan bazirano na veličini diska/medija.  Veličina diska/medija je obično ista u svim uređajima za zadani format, ali ne uvijek posebice za novije uređaje kao što ćemo vidjeti malo kasnije. Svaki disk/medij u bilo kojem specifičnom tvrdom disku ima isti promjer.

3.2. Tvrdi disk - Rotirajući diskovi/mediji

Svaki tvrdi disk uređaj u sebi ima jedan ili više diskova/medija koji se koriste za pohranjivanje podataka. Diskovi/mediji, na eng. zvani „platters“ ili „disks“ također i rotirajući diskovi sastavljeni su od dvije osnovne supstance:  materijala koji čini podlogu, a daje mu strukturu i tvrdoću, te od magnetskog obloga ili medija koji zapravo pohranjuje magnetski puls koji predstavlja podatak na disku/mediju. Tvrdi diskovi („hard disks“) dobili su ime po tvrdoći i čvrstoći svojih diskova/medija koje koriste u usporedbi sa floppy disketama i drugim medijima koji koriste fleksibilne diskove/medije.
Na disk/medij se pohranjuju podaci pa time oni predstavljaju jednu od glavnih odrednica tvrdih diskova. Iz tog razloga kvaliteta diskova/medija posebice njihovog obloga (medija) je veoma kritična. Površina svakog diska/medija je precizno mehanički obrađena kako bi se uklonile bilo kakvi nedostaci te se tvrdi diskovi sastavljaju u sobama laboratorijskih uvjeta kako bi se smanjila mogućnost ulaska bilo kakve nečistoće ili kontaminiranja diska/medija.

3. Tvrdi disk - Konstrukcija i operativni pregled tvrdog diska

Za mnoge ljude tvrdi diskovi su „crne kutije“, oni ga doživljavaju kao uređaj koji na neki način pohranjuje podatke. Nema ništa krivo u ovakvom pristupu sve dok znamo da pohranjuje podatke. Ako koristimo tvrdi disk, ne samo kao mjesto gdje ćemo pohraniti podatke, tada bi trebali znati nešto više o našim tvrdim diskovima. Izrazito je teško razumjeti faktore koji utječu na učinkovitost, pouzdanost i povezivost, bez da znamo kako tvrdi diskovi rade iznutra. Na sreću, većina tvrdih diskova su u osnovi nepromijenjena od prvog računalnog tvrdog diska ranih osamdesetih godina te se sastoje od osnovne konstrukcije koju možemo vidjeti na slici 4.

3.1. Tvrdi disk - Operativni pregled tvrdog diska

U ovom dijelu ću opisati riječima kako različite komponente (slika 5) tvrdog diska međusobno surađuju kada dobiju zahtjev za podatkom. Nadam se da će ovo pružiti kontekst za ono što slijedi u ostalim naslovima.
Tvrdi disk koristi ravne, okrugle diskove zvane „platters“ (diskovi/mediji) , presvučenim s obje strane specijalnim medijskim materijalom dizajniranim za pohranu informacija u obliku magnetskih uzorka. Diskovi/mediji su montirani bušenjem rupe u centru te pričvršćeni na osovinu. Diskovi/mediji se rotiraju velikom brzinom, pokretani pomoću specijalnog motora osovine pričvršćenog na osovinu. Specijalne elektromagnetski uređaji za čitanje i pisanje zvani glave su pričvršćene na klizače i koriste se ili za pisanje podataka na disk/mediji ili za čitanje s njega. Klizači su pričvršćeni na ruke koje su mehanički spojene u jednu cjelinu i postavljene iznad površine diska/medija uz pomoć uređaja zvanog „actuator“ (pokretač). Logička upravljačka ploča kontrolira aktivnost ostalih komponenata i komunicira sa ostatkom računala.
Svaka površina, svakog diska/medija može pohraniti desetke bilijuna individualnih bitova podataka. Oni su organizirani u velike blokove radi prikladnosti i kako bi omogućili lakši, brži pristup informacijama. Svaki disk/medij ima dvije glave, jednu sa svake strane svoje površine, tako da diskovi sa tri diska/medija imaju šest površina i šest glava ukupno. Svaki od diskova/medija ima na sebi informacije zapisane u koncentrične krugove zvane stazama. Svaka staza je dalje razdijeljena u male dijelove zvane sektori, od kojih svaki sadržava 512 bajtova informacija.
Cijeli tvrdi disk mora biti proizveden s visokim stupnjem preciznosti zbog ekstremne minituarizacije komponenata, i važnosti uloge tvrdog diska u računalu. Glavni dijelovi diska su izolirani od vanjskih utjecaja kako ne bi došlo do kontaminacije diska/medija, što može dovesti do oštećenja glave za čitanje i pisanje.

Što je *.bat datoteka?

Mnogi misle da je .bat (batch) datoteke teško programirati i da to ne treba nikome. .bat datoteke nam mogu uvelike olakšati poslove, a pogotovo one koje stalno ponavljamo. Mogu biti napisane za veoma komplicirane radnje, ali i za neke veoma jednostavne koje nam uveliko olakšavaju rad sa računalom.

2. Tvrdi disk - Povijest tvrdih diskova

Komercijalna upotreba tvrdih diskova počela je 1956 godine sa izlaskom IBM 305 RAMAC računala koji je u sebi sadržavao kao komponentu IBM 350 tvrdi disk (slika 2 i 3).

Slika 2: IBM 305 tvrdi disk prikazan izvana

1. Tvrdi disk - Općenito

Tvrdi disk je nepromjenjiv uređaj koji ima mogućnost spremanja digitalnih nekodiranih podataka na brzo rotirajući disk sa magnetnom površinom. Riječ „drive“ u nazivu se zapravo odnosi na motorizirani dio diska koji je odvojen od samog medija kao što je slučaj kod floppy disketnog uređaja i floppy diskete ili CD/DVD uređaja i samog CD/DVD medija. Prvobitni tvrdi diskovi su imali izmjenjive medije odnosno diskove; doduše današnji tvrdi diskovi čine jednu cjelinu i u cijelosti su zatvoreni osim ventilacijske rupe koja služi samo za izjednačavanje tlaka. Na slici 1 možemo vidjeti IBM-ov SCSI serverski tvrdi disk koji predstavlja standardan izgled unutrašnjosti modernih tvrdih diskova.

Slika 1: Ovoreni IBM-ov SCSI serverski tvrdi disk