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.

Slika 5: Crtež modernog tvrdog diska i njegovih glavnih dijelova

Evo i primjera koji nam pokazuje ukratko što se događa unutar tvrdog diska svaki puta kada dio informacije treba biti pročitan. Ovo je vrlo pojednostavljen primjer zato što zanemaruje faktore kao što su preddohvat podataka, ispravljanje grešaka i mnogo drugih specijalnih tehnika koje koriste sistemi danas kako bi povećali učinkovitost i pouzdanost. Na primjer, sektori se ne čitaju individualno na većini računala; oni su grupirani zajedno u jednu veliku skupinu klastera. Jedan običan posao kao što je učitavanje dokumenta u program proračunske tablice, može zahtijevati na tisuće pa čak i milijune individualnih pristupa disku/mediju, i učitavanje 20MB dokumenta s 512 bajta po svakom pristupu bi bilo poprilično neefikasno:

1. Prvi korak u pristupanju disku/mediju je otkrivanje gdje se informacije na disku/mediju trebaju potražiti. Između toga, programi, operativni sustav, sistemski BIOS i moguće neki specijalni upravljački program za tvrdi disk, rade posao određivanja na kojem dijelu diska/medija treba čitati podatke,
2. Lokacija na disku/mediju prolazi kroz jedan ili više prijelaznih koraka sve dok se postavljeni zahtjev može izvršiti na tvrdom disku sa adresom izraženom u obliku geometrije diska/medija. Geometrija uređaja je normalno izražena u obliku cilindara, glave i sektora kojem sistem želi pristupiti. (cilindar je jednak stazi radi svrhe adresiranja). Zahtjev se šalje uređaju preko sučelja tvrdog diska dajući mu adresu i tražeći da pročita zadane sektore,
3. Upravljački program tvrdog diska prvo provjerava da li se možda zahtjev već nalazi u pričuvnoj memoriji tvrdog diska. Ako se nalazi, tada kontroler dostavlja informacije istog trena, bez potrebe traženja informacija na površini diska/medija,
4. U većini slučajeva disk/medij se već vrti. Ako se ne vrti (u slučaju da mu je upravljački dio za potrošnju tako naredio) tada će kontrolna ploča tvrdog diska aktivirati motor kako bi se zavrtio na operacijsku brzinu,
5. Kontrolni sklop prevodi adresu koju je primio s glave i izvodi sve dodatne potrebne transakcijske prijelaze koji ovise o karakteristikama samog tvrdog diska. Logički program tvrdog diska tada traži zadnji broj zahtijevanog cilindra. Broj cilindra govori disku/mediju koju stazu treba pronaći na njegovoj površini. Upravljačka ploča upućuje pokretač ruku glava da se pomakne na zadanu stazu,
6. Kada se glave nalaze na ispravnoj poziciji, kontroler aktivira specificiranu glavu u ispravnom području čitanja. Glava počinje čitati stazu tražeći sektore koji su zahtjevani. Glava čeka kako bi se disk/medij zarotirao na točan broj sektora ispod nje i tada čita podatke sa sektora te
7. Upravljačka ploča koordinira protokom informacija s tvrdog diska u privremenu memoriju. Tada šalje informacije preko sučelja tvrdog diska, obično sistemskoj privremenoj memoriji, zadovoljavajući sistemski zahtjev za podacima.