• 
• 
• 

• Home
• Arte
• cucina
• economia
• geografia
• giochi
• lavoro
• scienze
• sport
• tabelle utili
• tecnologia
• tempo libero
• utility
• varie

Hard disk dischi rigidi

 

Collegamenti utili gratuiti

 

I DISCHI RIGIDI.

Alla scoperta degli hard disk.

 

Un articolo specifico sulla costruzione dei dischi fissi non poteva mancare. Un appuntamento interessante per chi vuole approfondire conoscere approffonditamente uno dei componenti del computer. Il disco fisso è un elemento indispensabile del PC ove "vivono" insieme il sistema operativo, i software, e i nostri dati. Le tecnologie di realizzazione, visti i diversi tipi di hard disk, sono abbastanza simili tra i produttori, e quindi basta conoscerne alcune per imparare quelle di tutti.
Capire il funzionamento dei componenti di un disco fisso aiuta a comprendere i "misteri" e i meccanismi dei sistemi hardware (i computer), e quest'intervento è una piccola guida nelle "interiora" di un disco rigido.

I COMPONENTI DI UN HARD DISK:
Scomponendo l'hard disk in più parti gli elementi principali sono:

1)I piatti del disco (supporti di memorizzazione)
2)L' asse di rotazione e motore del disco detto "spindle"(meccanismo centrale del disco) a corrente continua.
3)Lo strato magnetico di memorizzazione.
4)Le testine di lettura, e scrittura (meccanismo di memorizzazione dati)
5)Gli attuatori delle testine
6)La scheda logica o circuito stampato.

I piatti del disco.

Iniziamo dai dischi o Piatti del disco rigido, in cui vengono "salvati" i dati ed in cui è installato il sistema operativo.

"A proposito di sistema operativo, ricordo che nei primi anni dei calcolatori il programmatore doveva utilizzare una serie di schede per poterlo "caricare", e utilizzare nella compilazione di un programma, dando origine ad una procedura alla lunga molto dispendiosa. Negli anni '60, fortunatamente, sono apparsi i primi calcolatori con un sistema operativo sempre presente in grado di snellire i tempi dei programmatori".

Continuando il nostro discorso...

I piatti del disco sono realizzati in leghe di alluminio-magnesio o in leghe di vetro. Le seconde hanno soppiantato le prime poiché i dischi prodotti in alluminio erano spesso soggetti ad espansione termica, e diventavano poco stabili. La realizzazione dei piatti in lega di vetro (vetro pirex) ha ridotto lo spessore e il peso, dando la possibilità ai produttori di aumentare il numero di piatti presenti in un disco rigido, e quindi la quantità di informazioni memorizzabili. Grazie alla levigatura finissima del vetro pirex la percertuale delle particelle estranee sul substrato magnetico è diminuita, e di conseguenza la capacità (densità) di memorizzazione dei dati è aumentata.

Esistono diversi formati dei dischi rigidi, i più importanti sono indicati dalla tabella seguente:

Tabella A.
(Formato dei dischi rigidi).

Ogni piatto del disco è installato sull'asse di rotazione (v. figura 1), e sopra e sotto di esso sono presenti due testine, una di lettura, e una di scrittura.

FIGURA 1.
(i piatti sono sovrapposti sul motore di rotazione. Due testine di lettura e di scrittura sono presenti sotto e sopra la superficie dei dischi).

L'asse di rotazione, e il motore "spindle".

Il motore "spindle" è responsabile della rotazione dei piatti del disco rigido, e quest'ultimi sono direttamente connessi ad esso senza l'ausilio di alcun componente. I requisiti minimi del "White Horse", altro nome del motore "spindle" possono essere così riassunti: una bassa rumorosità, e una longevità elevata dei meccanismi di rotazione. Con queste caratteristiche, l'hard disk diventa una memoria di massa sicura, e poco inquinante.

Come potete vedere nella figura 2, i piatti del disco posseggono ciascuno un foro uguale al diametro dell'asse del motore; I dischi o piatti sono mantenuti ad una distanza costante da degli anelli di metallo, ed un "tappo" superiore li blocca definitivamente al sistema con alcune viti di tipo Torx.

FIGURA 2.

Passando oltre, la ricerca si è dedicata allo studio dei cuscinetti di rotazione, ossia il cuore interno del motore stesso. In principio, nei vecchi dischi rigidi (ma anche in alcuni recenti) si utilizzavano dei cuscinetti di rotazione BALL BEARING, ma la rumorosità prodotta dal contatto delle sfere interne, l'elevata temperatura, e l'usura meccanica hanno decretato per sempre la loro fine (almeno in parte). Attualmente, all'interno dei cuscinetti trovano posto dei liquidi oelici (FLUID DYNAMIC SPINDLE) con i quali si ottengono delle elevate prestazioni, e soprattutto diminuiscono i problemi di rumorosità, di temperatura, e d'usura (aumenta anche la resistenza agli urti).

Il motore "spindle" di un hard disk dovrebbe essere:

1) Di qualità, e garantire una certa sicurezza.

2) Stabile durante la rotazione dei piatti (le vibrazioni dovrebbe essere minime)

3) Silenzioso (si dovrebbero adottare delle strategie per ridurre l'emissione di decibel prodotti.

4) Non dovrebbe surriscaldarsi (la temperatura non dovrebbe superare i valori limite imposti dagli stessi costruttori).

Nei motori FDB (come già detto), le sfere metalliche sono state sostituite con un olio particolare che riduce significativamente la rumorosità prodotta: l'attrito tra sfera, e sfera non esiste più. A tal proposito, dai test condotti da Seagate per i propri prodotti, si verifica un abbassamento di rumorosità degli hard disk Cheetah X15, che utilizzano un motore FDB (Fluid Dynamic Bearing), rispetto ai precedenti dischi rigidi con motori BB (Ball Bearing), ottenendo allo stesso tempo un incremento di prestazioni. L'immagine seguente mostra l'evoluzione dell'abbattimento del livello acustico prodotto dai dischi rigidi Seagate fino all'ultimo modello il Cheetah X15 con motore FDB.

FIGURA 3.
(Grafico dell'impatto acustico dei dischi Seagate).

I piatti sono sovrapposti sull'asse di rotazione, e girano a velocità incredibili grazie ad un motore generalmente connesso alla parte inferiore dell'albero. I dischi possono ruotare sino a 15.000 giri al minuto senza alcun problema, e senza alcun rumore (dovrebbero!). Dei sigilli impediscono all'olio dell'asse motore di fuoriuscire, e un conduttore a terra presente tra il motore, e il case del disco scarica l'elettricità statica prodotta durante la rotazione (v. figura 4). I giri al minuto, o rotazioni al minuto (RPM), rappresentano l'efficienza complessiva del disco fisso poichè incidono sul tempo di latenza di rotazione e sul transfer rate

FIGURA 4.
(Motore dei dischi collegato direttamente all'asse di rotazione).

A questo punto sono d'obbligo alcune domande.

I piatti del disco variano la loro posizione lungo l'albero di rotazione (asse)?

Impossibile, essi devono rimanere immobili altrimenti si danneggerebbero le testine e si perderebbero i dati. Per poter "bloccare" i dischi in altezza, sono stati sviluppati ed inseriti dei distanziatori che permettono ai dischi di restare fermi senza possibilità di movimento lungo l'asse (v. figura 5).

(I distanziatori permettono di mantenere immobili i piatti del disco).

Spostando il PC posso provocare un crash del sistema?

Ovviamente, muovere un PC in funzione è una cosa da non fare mai, i dischi rigidi potrebbero collassare a causa delle vibrazioni dell'albero motore e le testine potrebbero danneggiare la superficie di un disco (ricordate che le "puntine" di scrittura e di lettura sono sollevate di pochi micron rispetto alla superficie del piatto, e quindi un piccolo movimento può avere conseguenze disastrose).

Strato magnetico di memorizzazione.

Generalmente i supporti di memorizzazione dei dati sono realizzati in ossido di ferro, o costituiti di uno strato a film sottile. Il primo tipo di supporto, molto morbido, viene utilizzato nei dischi di fascia economica poiché poco resistente ai "crashes" delle testine di lettura/scrittura sulla superficie del disco. Il secondo tipo, i supporti a film sottile sono costituiti normalmente da 4 strati (v.figura 6) o layer: il primo, una lega di alluminio o vetro, costituisce il piatto del disco; Il secondo strato, non magnetico, di cromo o una lega di NiAl influenza la granulometria del materiale ferromagnetico; Il terzo strato ferromagnetico è composto da una lega di cobalto, ed è utilizzato per la memorizzazione dei dati, e infine l'ultimo strato protettivo ha la funzione di evitare l'ossidazione, e il contatto con le testine di lettura, e scrittura.

Ovviamente i produttori dei dischi fissi utilizzano più strati diversi, ciascuno con la propria funzione.

Inoltre, dovete sapere, che la deposizione dello strato del materiale ferromagnetico sullo strato non magnetico realizzato in cromo o lega di NiAl, avviene per SPUTTERING: un plasma ottenuto per riscaldamento di un gas inerte (Argon) estrae da una lega di cobalto gli atomi che formeranno il film policristallino, ossia lo strato ferromagnetico. Lo spessore, la dimensione, e l'orientazione della grana del film dipendono dai parametri del processo di Sputtering, e dalle caratteristiche del secondo strato magnetico di deposizione.

Ed è proprio la grana, o più precisamente la dimensione dei grani cristallini del materiale ferromagnetico che permette di incrementare la densità di memorizzazione.

Infatti, per aumentare la capacità di memorizzazione degli hard disk bisogna ridurre la dimensione dell'unità elementare, capace di contenere un bit di informazione. Più piccole saranno le dimensioni dei grani cristallini, meno spazio occuperà la TRACCIA, e maggiore potrà essere la densità di memorizzazione.

Come si esprime la DENSITA' DI MEMORIZZAZIONE DEI DATI?

Il parametro densità di memorizzazione si misura in GIGABIT PER POLLICE QUADRO, e si può dividere in DENSITA' DELLE TRACCE espressa in TPI (numero di tracce longitudinali per pollice), e la DENSITA' DI INFORMAZIONE espressa in BPI, ossia numero di bit per pollice.

Per memorizzare un singolo bit di informazione sono necessari dai 500 ai 1000 grani cristallini che costituiscono il materiale ferromagnetico. Incrementare la capacità di memorizzazione significa ridurre la dimensioni dei grani del terzo strato.

(Per un singolo BIT ci vogliono dai 500 ai 1000 grani di materiale ferromagnetico).

Purtroppo, diminuendo le dimensioni dei grani si manifesta sia l'effetto superparamagnetico (SPE), che il fenomeno dell'instabilità termica con conseguente perdità dei dati. Le tecniche che permettono un ulteriore miglioramento della densità di memorizzazione sono proposte più avanti in questo articolo, e nulla hanno a che fare con la tecnologia di memorizzazione appena discussa.

Infine, un esempio della continua ricerca di una maggiore densità di memorizzazione proviene dalla tecnologia adottata per la costruzione degli hard disk per notebook, che hanno un valore di GIGABIT PER POLLICE QUADRATO elevato date le "piccole" dimensioni obbligate.

Le testine di lettura, e scrittura.

Le testine di lettura e scrittura sono presenti in entrambi le superfici di un piatto, ciò significa che un disco rigido con due piatti possiede quattro testine. Lo strato di memorizzazione è presente sulle due facce di un piatto dando la possibilità alle testine di "incidere" i dati. Uno spazio quasi infinitesimo, quantificabile in pochi micron, divide le testine dalla superficie del piatto durante la rotazione dell'albero, mentre a riposo, a rotazione zero, esse poggiano delicatamente sulla superficie del disco.

Come si ottiene lo spazio quasi infinitesimo esistente tra testina di lettura/scrittura ,e piatto del disco?

La testina di lettura/scrittura è sospesa sopra al piatto del disco con l'aiuto di un cuscino d'aria sviluppato dalla rotazione del disco.

La distanza tra piatto, e testine è molto importante; Più la testina di lettura / scrittura è prossima al disco, e più è piccola l'area di registrazione dei dati (con la possibilità di ottenere grandi capienze), più è lontana dal disco, e minore sarà la capacità di memorizzazione dati.

Ovviamente le tecnologie di realizzazione delle testine si sono evolute, anche se il meccanismo di scrittura, e lettura è rimasto lo stesso. Ora, la scienza moderna ha permesso la costruzione di testine munite di sensore magneto resistivo; In pratica tale dispositivo varia la propria resistenza elettrica in funzione di un campo magnetico indotto. In ogni caso, le testine magneto resistive possono soltanto effettuare la lettura dei dati, e quindi sono state accoppiate con le testine magneto induttive capaci di scrivere i dati (v. figura 9).

 

(le testine magneto resistive sono state accoppiate con le testine magneto induttive).

Tabella della figura 9.

Quali sono le tecnologie adottate nel corso degli anni per la realizzazione delle testine di lettura e scrittura?

L'evoluzione tecnologica delle testine è riassunta brevemente dalla tabella seguente.

Tabella delle testine di lettura e scrittura.

L'evoluzione delle testine degli hard disk si può riassumere in cinque momenti importanti:

1) Le prime testine di lettura, e scrittura funzionavano come un classico elettromagnete, e sfruttavano il fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Quando la testina di lettura rilevava un diverso campo magnetico del supporto (del piatto), avveniva un cambio di polarità che determinava successivamente il valore di bit 0 e 1. Normalmente, esse erano composte da un ferro (MnFe) a forma di cavallo avvolte da un cavo in rame, praticamente un elettromagnete. Attualmente, nelle operazioni di scrittura interviene ancora il meccanismo dell'induzione elettromagnetica.

2) Il secondo momento di evoluzione è costituito dall'introduzione delle testine Metal-In-Gap (MIG), che essezialmente funzionano come le precedenti, ma sono composte da una lega di metallo molto più sensibile ai campi magnetici.

3) Nella terza evoluzione le testine induttive riducono la loro dimensione, il loro peso, e diventano più precise; Vengono comunemente chiamate Thin film, e assolvono alla funzione di scrittura, e di lettura.

4) Le testine Magneto-Resistive Anisotropiche (AMR) rappresentano il quarto stadio di evoluzione. Esse non funzionano più per induzione elettromagnetica, ma utilizzano un materiale speciale che modifica la propria resistenza al passaggio della corrente elettrica in presenza di un campo magnetico. L'elemento di lettura è composto da un sensore magnetoresistivo la cui resistenza al passaggio della corrente elettrica varia al variare del campo magnetico a cui viene sottoposto.

Più specificatamente l'effetto magnetoresistivo si basa sulla velocità degli elettroni di conduzione del materiale magnetoresistivo: se gli elettroni si muovono nella stessa direzione della polarizzazione magnetica, la loro velocità è minima, e quindi la resistenza al passaggio della corrente elettrica sarà massima; Nel caso contrario, la velocità degli elettroni sarà massima, e quindi, minima sarà la resistenza al passaggio della corrente elettrica. Il valore massimo o minimo della resistenza verranno interpretati come valori di informazione 1 e 0.

E' da aggiungere, che solo le testine di lettura utilizzano la tecnologia Magneto-Resistive (MR). Ricordiamo, che il fenomeno della magnetoresistenza fu scoperto nel lontano 1857 da Lord Kelvin, e che nel 1968 presso il centro di ricerca della AMPEX CORPORATION fu realizzata la prima testina magnetoresistiva.

5) Nel 1988 fu scoperto l'effetto Giant magnetoresistive, e dal 2000 le testine di lettura del disco rigido usufruiscono di tale tecnologia; La seguente immagine vi può aiutare nel comprendere il funzionamento della tecnologia di lettura GMR (Giant Magneto-Resistive).

Cos'è il fenomeno GMR? Come funziona?

Se siete a digiuno di fisica, meglio iniziare a leggere qualcosa, poichè il fenomeno GMR si basa sulle proprietà quantistiche dell'elettrone. L'elettrone può essere caratterizzato da due valori: il valore di spin up, e quello di spin down. In un strato sottile metallico magnetizzato, gli elettroni con direzione parallela all'orientazione magnetica possono muoversi liberamente, mentre quelli con spin opposto collidono più facilmente. In quest'ultimo caso si verifica un aumento della resistenza al passaggio della corrente elettrica, mentre nel caso di orientamento parallello la resistenza al passaggio delle corrente elettrica misurata è bassa. L'immagine seguente vi aiuterà a capire come funziona il fenomeno GMR.

Una testina di lettura GMR è composta principalmente da quattro strati: il primo il Free layer, legge le informazioni sul supporto magnetico, il secondo divide il Free layer dal Pinned layer, il terzo, il Pinned Layer, orienta la propria polarità in seguito ad un cambiamento dell'orientamento degli elettroni del primo strato; L'ultimo strato, l'Exchange layer mantiene la polarità magnetica del Pinned Layer.Tutto ciò funziona così: quando gli elettroni del Free layer sono allineati con il Pinned layer la resistenza della testina è bassa.

Gli attuattori delle testine.

Gli attuattori o meccanismi di spostamento permettono alle testine di leggere/scrivere sulla superficie del disco (v. figura 12). Possiamo dividere in due gruppi tali sistemi: i motori passo a passo e i motori a bobina mobile. I primi sono costituiti da un motore elettrico passo a passo, e ogni traccia del disco corrisponde ad un passo dell'attuattore. Purtroppo però il metodo di posizionamento dipende esclusivamente dal motore passo a passo e nel tempo tale sistema potrebbe non funzionare correttamente (usura meccanica). Nei secondi, il posizionamento sulle tracce del piatto avviene tramite la repulsione o l'attrazione di una bobina (nella quale è situata la testina di lettura e scrittura) e di un magnete (fisso e vincolato alla struttura). Il meccanismo di posizionamento delle testine sulle tracce non è meccanico, ed è controllato dai dispositivi di posizionamento delle testine del disco rigido.

FIGURA 12.
(Dispositivo guidato di posizionamento delle testine di lettura / scrittura).

Com'è possibile il riconoscimento della superficie del disco da parte del dispositivo guidato di posizionamento delle testine?

Durante la produzione del piatto (disco) è stato inserito uno speciale codice in notazione binaria (codice gray), in grado di identificare con precisione le tracce e i settori. I dispositivi di posizionamento leggono il codice gray e si collocano precisamente sulla traccia o sul settore richiesto.

La scheda logica o circuito stampato.

La meccanica del disco rigido è controllata da una scheda logica: l'albero (asse) del disco, e l'attuattore della testina sono gli elementi più monitorizzati. Molte volte la causa di un malfunzionamento del disco rigido dipende da un problema della scheda logica, e non per una disfunzione meccanica.

FIGURA 13.
(Scheda logica di un disco SAMSUNG).

Naturalmente l'identificazione del guasto non è sempre una procedura immediata, e quello che a prima vista può apparire un problema meccanico, alla fine si rivela un malfunzionamento della scheda logica.

Come si dispongono i dati sulla superficie del disco?

I dati sono organizzati sulla superficie del disco in maniera concentrica in TRACCE; Quest'ultime sono anelli di dimensione uguali alla larghezza della testina di lettura/ scrittura. Inoltre, dovete sapere, che i dati vengono trasferiti da e verso il disco in BLOCCHI, i quali hanno una superficie minore rispetto alla superficie coperta dalle TRACCE. Ogni TRACCIA può contenere da 10 a 100 SETTORI o più (v. figura 14). I settori normalmente contengono 512 Kbyte di dati, preceduti da un "preambolo", e seguiti da un codice di correzione degli errori (ECC). Il preambolo permette alla testina di sincronizzarsi prima di leggere o scrivere nel disco, mentre il codice ECC, Hamming o Reed Solomon corregge gli errori.

(Tracce e settori costituiscono gli elementi principali dell'organizzazione della superficie di un disco).

Come potete vedere, le tracce adiacenti sono separate da un intervallo (o traccia d'intervallo vuoto) per evitare, errori, dovuti ad un mancato allineamento della testina, o ad interferenze tra campi magnetici.

Anche i settori sono divisi da intervalli (intersector gap), perchè, così facendo, non si richiedeno elaboratissimi sistemi di precisione.

Per individuare le posizioni dei settori sulla superficie del disco ogni traccia, e ogni settore devono essere identificati da un punto di inizio, e uno di fine. I dispositivi di posizionamento leggono questi parametri, e riescono con precisione a raggiungere un ben determinato settore.

Infine, ricordate che la capacità formattata di un disco rigido non tiene conto dei preamboli, dell'ECC e cosi via, e quindi un disco di 40 Gb potrebbe contenere dati per 1 o 2 Gb in meno. Alcuni produttori, ad esempio IBM, normalmente aumentano di 1 o 2 Gb la capacità formattata del disco rigido, così da rendere i tutti i 40 Gb effettivamente disponibili per i dati.

L'INTERFACCIA ATA ULTRADMA.

Per trasmettere i dati dal disco rigido al resto del sistema ci serve un collegamento fisico, e tal compito è assolto sufficientemente dall'interfaccia ATA. L'evoluzione dell'interfaccia ATA è cominciata dal PIO MODE 4 (16 Mb/s), per poi passare all'ATA 33 (UltraDma 2 - 33 Mb/s), all'ATA 66 (UltraDma 4 - 66 Mb/s) per poi terminare con l'ATA 100 (UltraDma 5 - 100 Mb/s). Maxtor ha introdotto recentemente l'ATA 133 (UltraDma 6 - 133 Mb/s), di cui potrete leggere un "Maxtor White Paper" al seguente indirizzo:

http://www.maxtor.com/en/documentation/white_papers/fast_drives_white_papers.pdf

Comunque, nonostante l'evoluzione dell'interfaccia ATA fino a 133 Mb/s, vi è un limite fisico imposto dalle specifiche del Bus PCI.

Dovete sapere che, l'interfaccia ATA invia i dati al controller del disco integrato nel Chipset della scheda madre. Successivamente, quest'ultimo trasmette i dati ricevuti al resto del sistema servendosi del Bus PCI ad una velocità massima teorica di 133 Mb/s. Normalmente tale valore scende a 120 Mb/s in condizioni normali, e l'interfaccia ATA non riesce a superare tale limitazione fisica.

Ma perchè interviene il Bus PCI nel trasferimento dati dei dischi rigidi?

In questa parte dell'articolo approffondiremo la conoscenza del Bus PCI, o più specificatamente Peripheral Component Interconnect Bus. Esso funziona a 66 Mhz, può gestire trasferimenti di 64 bit per una larghezza di banda complessiva di 528 Mb/s, ed è un Bus sincrono. Ciò significa che tutte le transazioni effettuate sul Bus PCI avvengono tra un MASTER chiamato "Initiatore", e uno SLAVE chiamato "target". Possiamo descrivere con un esempio il funzionamento del Bus PCI in relazione ad uno MASTER ed uno SLAVE. Nel primo ciclo di clock il "dispositivo" MASTER mette nel Bus PCI l'indirizzo dei dati richiesti; Nel secondo ciclo di clock il MASTER toglie l'indirizzo, e libera per lo SLAVE. Nel terzo ciclo di clock il "dispositivo" SLAVE invia al MASTER i dati richiesti mettendoli sul Bus PCI. Se per qualche motivo, lo SLAVE tarda ad inviare i dati (quindi un tempo superiore al terzo ciclo di clock), si inseriscono dei fastidiosi tempi di attesa.

L'INTERFACCIA SERIAL ATA: IL NUOVO STANDARD.

Ormai, l'interfaccia Ultra-ATA ha raggiunto i suoi limiti, e nel corso di questi due ultimi decenni ha subito numerosi miglioramenti giungendo all'ultima revisione con l'ULTRA ATA 133 utilizzata esclusivamente dai dischi MAXTOR.

Recentemente ha preso piede una nuova tecnologia, che ben presto diventerà lo standard di collegamento dei dischi rigidi: lo standard Serial o più semplicemente SATA. L'architettura Serial ATA prevede un affidabilità maggiore rispetto all'ATA garantita da un controllo di ridondanza ciclica (CRC) dei dati e dei comandi. Ricordo, per chi non lo sapesse, che nello standard ATA il controllo di ridondanza ciclica avviene soltanto sui dati. Tutti i cavi da 40 e 80 contatti (pin) che siamo abituati a vedere saranno sostituiti da dei cavi sottili, che miglioreranno la circolazione del flusso d'aria all'interno del Cabinet, e potranno disporre di un estensione maggiore di quella attuale, così, finalmente potremmo utilizzare anche dei case megalitici!.

L'attuale velocità max di trasmissione del SATA è di circa 150 Mb/s, che con il SATA II aumenterà fino a 300 Mb/s e con il SATA III raggiungerà i 600 Mb/s.

L'utilizzo dei dischi SATA richiede un cavo di collegamento seriale, e un adattatore di alimentazione (v.figure 15,16). Alcuni hard disk posseggono sia il connettore molex che il connettore seriale di alimentazione.

FIGURA 15.
(L'adattatore di alimentazione SATA e il cavo SATA).

 

Infine, caratteristica importante da non sottovalutare dei dischi SATA è il collegamento a caldo al sistema, questo significa che in ogni momento si potrà aggiungere un disco fisso al PC (non sempre questa opzione è disponibile); Tale soluzione finora è stata adottata solo nei sistemi server e con tecnologie costose, e ora, finalmente, è disponibile per tutti.

I produttori di motherboard stanno implementando il nuovo standard anche in soluzione RAID (v. figura 17).

(Il Chipset Promise PDC20376 si occupa della gestione di due canali Serial ATA ,e gestisce il livello RAID 0 e 1).

Rapidamente possiamo elencare nella tabella seguente le innovazioni introdotte dal nuovo standard SATA.

Tabella della tecnologia SATA.

Forse è ancora troppo presto per ottenere dei buoni risultati dai dischi Serial ATA, ma sicuramente il nuovo standard sarà sicuramente il degno successore del'ATA, a meno di nuove soluzioni di memoria di massa secondaria.

SVILUPPI FUTURI.

Per aumentare la capacita di memorizzazione dei dischi rigidi sono state sviluppate nuove tecnologie di realizzazione dei piatti, del supporto di memorizzazione, e delle testine di lettura, e scrittura. Di seguito parleremo di disk texturing e catene magnetiche di atomi.

Disk texturing.

La superficie del disco è divisa in due zone: l'area ad alta planarità, e l'area dei rilievi. Le zone in rilievo sono utilizzate per l'atterraggio delle testine in posizione di riposo, e vengono prodotte con un laser a bassa potenza. Le altre zone, o superfici ad alta planarità permettono la memorizzazione dei dati.

(la parte chiara rappresenta la superficie di memorizzazione dati, mentre le parti in rilievo sono utilizzate come zone di atterraggio delle testine nella posizione a riposo).

Catene magnetiche di atomi.

Grazie alla collaborazione internazionale tra il Consiglio Nazionale delle Ricerche (C.N.R.), il Politecnico di Losanna, il centro di Ricerca di Juelich e Max Planck di Stoccarda, si è riusciti a riprodurre una catena magnetica della larghezza di un solo atomo, disposta su una superficie microscopica (Carlo Carbone). Ciò significa che in futuro si potranno costruire dei supporti di memorizzazione ad alta capacità, moltiplicando così la 'potenza' dei nostri computer.

IL DISCO RIGIDO FUNZIONA?

Ora, cercheremo di definire una strategia di interventi grazie ai quali riuscirete ad identificare un malfunzionamento del disco rigido. Prima di "gettare" l'hard disk nella spazzatura, o tirarlo in testa al negoziante (e questa è l'opzione da preferire), provate a rispondere alle seguenti domande, e magari il vostro problema si risolve nel migliore dei modi.

I jumper del disco rigido sono configurati correttamente?

Quando i jumper (ponticelli presenti nella parte anteriore del disco fisso) dell'hard disk non vengono impostati nel modo corretto, può accadere di tutto: il PC non si avvia, il sistema operativo non si installa, al boot del PC le periferiche IDE vengono visualizzate con caratteri strani, e cosi via. Quindi, verificate i jumper (v.figura 19), e per la loro impostazione leggete i seguenti consigli.

FIGURA 19.
(1-jumper, 2-alimentazione molex a 4 pin, 3-collegamento interfaccia ATA).

Nell'immagine sopra, i jumper sono posizionati nella zona numero 1, e solitamente sulla superficie superiore del disco, o sulla parte più vicina ad essi, sono serigrafate le varie posizioni per ottenere le diverse modalità di funzionamento MASTER, SLAVE, o CABLE SELECT.

Ecco i consigli, e seguiteli, perchè così il vostro sistema funzionerà più velocemente, e senza alcun problema!

Quando colleghiamo un cavo ATA ad una singola unità, data l'alta frequenza prodotta dal trasferimento dati, bisognerebbe connetterla all'estremità del cavo (solitamente vige una scritta MASTER), poiché funge da terminatore. In poche parole, connettere l'unità singola al connettore centrale del cavo ATA, produce un impoverimento del segnale, poiché una parte del segnale percorre il cavo fino all'estremità e poi ritorna unendosi al segnale dell'unità intermedia in modo non speculare, creando delle interferenze.
Nel caso in cui, due unità vengono connesse allo stesso cavo ATA, la presenza di una periferica IDE che funziona da terminatore limita le interferenze non speculari. Devo aggiungere, che la funzione dell'unità Master (unità superiore), consiste nella decodificazione del segnale per le due unità MASTER & SLAVE.

Quando siamo in presenza di quattro unità, due per ogni canale, sebbene non esistano particolari indicazioni sulla posizione e sulla scelta del dispositivo, se si posseggono un unità CD-ROM/DVD e un unità CD-RW, è bene assegnarle a due canali diversi. Il disco Master (o di sistema), bisognerebbe connetterlo al CANALE PRIMARIO (IDE 1) e assegnargli la condizione MASTER, poiché tale configurazione, è identificata come quella con trasferimento dati maggiore. Se siamo in presenza di due hard disk, meglio assegnarli a due canali diversi, poiché due canali differenti (IDE1 e IDE2) possono processare i dati in modalità MULTITASKING, mentre due dispositivi appartenenti allo stesso canale possono eseguire una sola operazione (SINGLETASKING).
Riassumendo, la configurazione migliore per quattro unità IDE, in presenza di due Hard disk e altre due periferiche ide risulta essere la seguente.

TABELLA DELLE POSIZIONI DELLE UNITA' IDE.

Purtroppo, tale soluzione non è "universale" e potrebbero sussistere alcuni problemi di incompatibilità tra le unità.

Come esempio di corretto collegamento tra le varie periferiche IDE abbiamo pubblicato due immagini (v. figure 20,21) con il collegamento delle periferiche IDE ai canali primario, e secondario della motherboard.

Come potete vedere nella figura 20, il masterizzatore (il numero 1 rosso) è collegato al CANALE SECONDARIO della scheda madre, e configurato per utilizzare la modalità MASTER. Gli altri dispositivi, il DVD (indicato con il numero due), e il disco fisso (numero 3 rosso), sono collegati al CANALE PRIMARIO della motherboard, e sono configurati rispettivamente in SLAVE il primo, e in MASTER il secondo.

Nella posizione 1 trova posto un lettore CD-ROM collegato al CANALE SECONDARIO della scheda madre configurato in modalità MASTER. Al CANALE PRIMARIO, in modalità MASTER è stato collegato l'hard disk di sistema (posizione 2).

Inoltre, fate attenzione alle seguenti osservazioni:

·Non installate un Hard disk ATA 33 sullo stesso canale di un Hard disk ATA 66/100, poiché ciò diminuerebbe le prestazioni generali del sistema.
·Non utilizzate cavi ATA 66-100 su controller ATA 33, potrebbero verificarsi dei problemi (anche se molto remoti).
·Verificate nel Bios l'attivazione della modalità UDMA della vostra motherboard.
·Non è possibile collegare allo stesso cavo (canale) dispositivi configurati in MASTER & SLAVE ed in CABLE SELECT.
·Non è possibile collegare periferiche ide configurate in CABLE SELECT su controllers ATA 33.

Dopo aver verificato l'impostazione corretta dei cavi e dei jumper, è il momento della seconda domanda:

Il molex di alimentazione a 4 pins, e il cavo ATA sono collegati al disco fisso?

Fate attenzione al cavo di alimentazione, e al cavo ATA, essi devono esser connessi al disco rigido, altrimenti quest'ultimo non partirà.

Il motore del disco si avvia?

Normalmente, quando un disco fisso si avvia produce un debole segnale acustico, e delle piccole vibrazioni avvertibili posizionando la mano sopra la superficie del disco, dalla parte opposta alla scheda logica. Se non sentite nulla, e non avvertite nulla, significa che il vostro disco rigido non funziona.

I parametri del Bios sono impostati correttamente?

All'avvio del PC premete "CANC" o "DEL", dalla schermata principale del BIOS selezionate la voce "STANDARD CMOS FEATURES" e poi, controllate le opzioni "IDE PRIMARY MASTER, IDE PRIMARY SLAVE, IDE SECONDARY MASTER e IDE SECONDARY SLAVE; All'interno dei menu ad esse dedicato, le voci IDE PRIMARY e SECONDARY, MASTER o SLAVE devono essere impostate su "AUTO", come pure per l'opzione "Access Mode".

I programmi di diagnostica del disco hanno rilevato qualche problema?

Prima di "certificare" il buon funzionamento di un disco rigido eseguite le utility offerte dal costruttore, e potrete così verificarne l'integrità fisica. Leggete più avanti le informazioni su alcuni TOOLS DI DIAGNOSTICA disponibili attualmente in Rete.

Sicuramente, dopo aver letto le domande e le risposte della nostra strategia di verifica dei dischi rigidi, riuscirete a dormire sonni più tranquilli, ma ricordate, un disco fisso è fatto di componenti elettronici, costruiti in serie, e alcune volte in economia, quindi non affidate mai ad essi il compito di conservare "il backup" dei vostri dati più importanti poichè dall'oggi al domani potrete perderli.

IL PROBLEMA DELLA CONDENSA.

Il problema della condensa, e della sua formazione, potrebbe influire negativamente sul corretto funzionamento di un hard disk; Infatti, se quest'ultimo viene immagazzinato in un ambiente freddo, e poi in pochi secondi viene trasportato in un ambiente caldo e umido, sulle pareti fredde si ha la formazione della condensa, mettendo in pericolo le parti meccaniche, e non solo. Questo genere di "pericolo" si verifica frequentemente nei periodi invernali, e con i "portatili", i quali possono essere spostati più facilmente dei computer domestici (desktop). La condensa potrebbe rovinare irreversibilmente il disco rigido, proprio per questo la tabella seguente vi può aiutare nell'evitare spiacevoli conseguenze.

TABELLA.

Come si legge la tabella ?

Per esempio, se il vostro hard disk proviene da una situazione con una temperatura di +4°C, ed è trasportato in luogo a temperatura ambiente occorrono 13 ore circa per un acclimatizzazione completa, in modo tale potrete evitare l'insorgenza del fenomeno della condensa.

I "TOOLS" DI DIAGNOSTICA.

In rete, e non solo, esistono dei programmi di verifica ed integrità dei dischi fissi, con i quali potrete controllare l'attività del disco rigido, o la presenza di errori sulla superficie dei piatti, oppure, diagnosticare altri guasti.

Iniziamo con POWERMAX sviluppato dalla MAXTOR un programma di verifica dei dischi Maxtor ATA & SATA. L'utility è utilizzata soventemente per diagnosticare dei problemi fisici (cluster danneggiati) ai piatti del disco rigido. La potete trovare al seguente indirizzo internet:

http://www.maxtor.com/en/support/downloads/powermax.htm

DATA ADVISOR rappresenta una seconda utility di diagnostica dei dischi rigidi sviluppata da Ontrack, ed è disponibile al seguente indirizzo internet in versione demo:

http://www.ontrack.com/freesoftware/#dataadvisor

Per i dischi della Western Digital sono presenti al seguente indirizzo internet alcuni software di diagnostica:

http://support.wdc.com/download/index.asp#windlg

Dopo aver acquistato l'ultimo hard disk, dal vostro negoziante di fiducia, sottoponetelo a diverse ore di test, solo così potrete avere la garanzia di possedere un ottimo prodotto.

E' IL MOMENTO DI VALUTARE LE PRESTAZIONI DEL NOSTRO DISCO RIGIDO.

Quando si valutano le prestazioni di un sistema hardware, normalmente si fa riferimento alla potenza della CPU, alla velocità della scheda video, e alla dimensione in Mb della memoria di sistema, mentre del disco rigido consideriamo soltanto la capacità in Mb. In realtà, l'efficienza di un disco fisso è importante, poichè il traferimento dei dati deve essere veloce, in grado di soddisfare qualsiasi esigenza.

L'indice più adatto che permette di valutare la velocità del disco fisso è il valore RPM, o il numero di rotazioni dei piatti per minuto. Tale parametro incide sul TEMPO DI LATENZA ROTAZIONALE, sul TRANSFER RATE DI PICCO, e sul TRANSFER RATE SEQUENZIALE, quest'ultimi anche chiamati TRANSFER RATE  ESTERNO, e TRANSFER RATE INTERNO. Un valore basso di numero di giri è indice di latenze superiori, e di un transfer rate minore.

Ora, cerchiamo di capire in maniera più approfondita quanto detto poch'anzi.

Quando il disco fisso è in funzione, il disco ruota con una VELOCITA' COSTANTE. Per leggere, e scrivere su una traccia ben determinata la testina di lettura/scrittura si deve spostare, e questo intervallo di tempo è detto TEMPO DI RICERCA (SEEK TIME). Poi, una volta che la traccia è stata selezionata, il controllore del disco attende un settore ben preciso, e quest'intervallo di tempo è chiamato RITARDO ROTAZIONALE, o LATENZA DI ROTAZIONE.

E' chiamato TEMPO DI ACCESSO (ACCESS TIME) la somma del RITARDO ROTAZIONALE, e del TEMPO DI RICERCA (se presente) ed è misurato in millisecondi (ms). Ovviamente, più basso è tale valore, e più veloce sarà l'unità disco nell'accedere ,copiare e trasferire i dati.

In aggiunta a questi intervalli di tempo, si accodano altri tempi di attesa I/O del dispositivo. Quando un processo richiede il disco fisso, emette una richiesta I/O, la quale viene accodata finchè il dispositivo non sia libero. Se lo stesso canale di I/O dell'hard disk è condiviso con altri dispositivi (altri drive) si può aggiungere un altro tempo di attesa, e cioè bisogna aspettare che il canale I/O sia libero.

Successivamente, dopo che la testina di lettura e scrittura si è posizionata sul settore corretto, avviene la fase di trasferimento dati, e possiamo misurarla con il TEMPO DI TRASFERIMENTO DEI DATI. Come appare chiaramente il TEMPO DI TRASFERIMENTO DATI (Transfer-rate) è direttamente proporzionale alla velocità di rotazione del disco, e alla DENSITA' UNITARIA, e lo possiamo suddividere in due valori: il TRANSFER RATE di PICCO, e il TRANSFER RATE SEQUENZIALE. Il primo è indice di trasferimento dati tra il buffer del disco, e la memoria ram attraverso l'interfaccia ATA ed è anche chiamato BUFFERED SPEED.

(N.B: Il buffer del disco rigido equivale normalmente ad un area di memoria per l'immagazzinamento dei dati, disponibile grazie ad un chip presente nella scheda logica; Esso funziona come una cache: se dei dati richiesti sono presenti, vengono inviati alla memoria ram senza attivare la parte meccanica per la ricerca su disco).

Se i dati richiesti non sono presenti all'interno del BUFFER del disco, entra in funzione la ricerca "meccanica" dei files sulla superficie del disco, e la velocità con cui essa li trasmetterà alla memoria ram è detta TRANSFER RATE SEQUENZIALE. Dovete sapere che, normalmente la velocità di trasferimento dati di picco (TRANSFER RATE di PICCO) è circa il 60% superiore alla velocità di TRANSFER RATE SEQUENZIALE.

Un esempio vi chiarirà la differenza tra velocità di TRANSFER RATE di PICCO e velocità di TRANSFER RATE SEQUENZIALE.

Poniamo il caso di dovere trasferire un file di 60 Mb da un disco ad una unità di backup. Dopo la richiesta al disco di tale operazione, la ricerca verrà effettuata all'interno del buffer del disco rigido con successo perchè qui si trovano 2 Mb (capacità del buffer del disco) del file. Tale parte del file viene inviata alla memoria ram con una velocità di TRANSFER RATE di PICCO. I rimanenti 58 Mb, verranno cercati sulla superficie del disco, e in seguito ai tempi di ACCESSO (Access Time), la velocità con cui i dati saranno trasferiti alla memoria RAM è quella di TRANSFER RATE SEQUENZIALE.

E' ANCHE VERO, CHE LA VELOCITA' DI TRANSFER RATE SEQUENZIALE PUO' ESSERE A SUA VOLTA SUDDIVISA IN MASSIMA E SOSTENUTA, CERCHIAMO DI CAPIRE IL PERCHE'.

A causa dei preamboli, del codice di correzione ECC, dei tempi di ricerca, della latenza di rotazione, dei "gap intersector", delle zone vuote esistenti tra tracce adiacenti, la massima velocità di trasferimento dati ottenuta in un intervallo di tempo limitato (BURST) è diversa dalla massima velocità di trasferimento dati eseguita in tempo illimitato (SUSTAINED). Ciò significa, che per un settore, il disco può sostenere la velocità massima di trasferimento dati, mentre se si valuta la velocità di trasferimento dati per più settori quest'ultima diminuisce. Proprio per tale motivo, quando si utilizzano delle applicazioni multimediali dobbiamo ottenere il massimo valore di velocità di trasferimento dati per più tempo (o più settori).

Inoltre, quando i piatti del disco ruotano ad elevate velocità (120 giri/s ed oltre), si scaldano, e si dilatano cambiando la loro geometria, e quindi i meccanismi di posizionamento delle testine di lettura/scrittura devono ricalibrarsi, aggiungendo altri tempi di attesa, e diminuendo così la massima velocità di trasferimento dati per più settori (o sostenuta). Per ovviare a questo problema di surriscaldamento alcuni produttori hanno sviluppato i dischi "audio-visual disk drive" che non devono ricalibrare il posizionamento sul disco.

Infine, ma non ultimo è il parametro della PERCENTUALE DI UTILIZZO DELLA CPU. Se il valore è basso significa che il nostro disco rigido è veloce, e non richiede nessun intervento da parte della CPU. Devo aggiungere che esso dipende dall'attivazione della modalità DMA.

Un programma che permette di rilevare tale valore è HDTACH 2.61 scaricabile dal seguente indirizzo internet: (v.link).

Adesso, analizzeremo approffonditamente i tempi di attesa più importanti: IL TEMPO DI RICERCA, IL RITARDO ROTAZIONALE, e IL TEMPO DI TRASFERIMENTO DATI.

Il TEMPO DI RICERCA è composto dai due elementi: il tempo iniziale per l'avviamento del braccio, e il tempo necessario affinchè quest'ultimo attraversi le tracce fino alla traccia desiderata (tale valore non è lineare, ossia il rapporto tra tempo di attraversamento, e il numero di tracce non è una costante).

Possiamo comunque approssimarlo in questo modo:

TS = K X NT X TA

ove TS è uguale al Tempo di ricerca approssimato, K è una costante che dipende dal disco rigido, NT è il numero di tracce attraversate, e TA è il tempo di avviamento del braccio.

Il RITARDO ROTAZIONALE è dato dalla velocità del disco fisso, cioè dischi a 7200 rpm, impiegano una rotazione completa in 8,3 ms (in media quindi 4,15 ms), dischi a 3600 rpm, eseguono una rotazione completa in 16,7 ms (in media 8,3 ms), dischi a 15.000 rpm eseguono una rotazione completa in 4 ms (in media 2 ms).

IL TEMPO DI TRASFERIMENTO dipende dalla velocità di rotazione del disco. Il tempo è così calcolato:

TR = Nb / r X NbT

Ove, TR è uguale al tempo di trasferimento, Nb è il numero di byte da trasferire, è la velocità del disco in giri al secondo e NbT sono i numeri di byte su una traccia.

IL TEMPO TOTALE MEDIO DI ACCESSO E' DATO DALLA SEGUENTE:

TMA = TS + 1/2r + Nb/r X NbT

Ove, TMA è il tempo totale medio di accesso, TS è il tempo medio di ricerca, 1/2r è il tempo medio rotazionale e Nb/r X NbT è il tempo medio di trasferimento.

COS'E' LO SCHEDULING DEL DISCO?

Ogni volta che un processo deve compiere delle operazioni di INPUT/OUTPUT con l'unità disco deve inviare una richiesta al sistema operativo; Essa contiene il tipo di operazione, l'indirizzo nel disco nel quale avverrà il trasferimento, l'indirizzo di memoria da dove trasferire i dati, e infine la quantità di byte da trasferire. Se, disco rigido, e controllore sono disponibili la richiesta verrà soddisfatta immediatamente, altrimenti verrà accodata nell'attesa di essere eseguita. Le code di I/O possono aumentare considerevolmente nel tempo, sicchè spetta al sistema operativo decidere quali richieste eseguire per prime.

Per gestire le richieste di I/O ed eseguirle il più velocemente possibile vengono impiegati degli algoritmi per lo scheduling del disco. Ecco un elenco dei più comuni: i FCFS (first come, first served), gli SSTF (shortest seek time first), gli SCAN, i C-SCAN, i LOOK, i C-LOOK, ed infine i LIFO.

Iniziamo dagli algoritmi FCFS, chiamati First Come, First Served, ossia le richieste di I/O del disco vengono eseguite in ordine di arrivo. Per esempio, se la coda di richieste dell'unità disco contiene i cilindri 23, 184, 120, 45, 89, 90, 1, e la testina del disco si trova nel cilindro 46, essa dovrà spostarsi al cilindro 23, poi al succesivo 184, e via via sino all'ultimo. La distanza totale coperta dalla testine del disco risulta di 457 cilindri (v. figura).

Attenzione: i grafici, dove necessario, mostrano i cilindri 0, e 200 che rappresentano gli estremi opposti, e non appartengono alla coda delle richieste I/O;

Il secondo algoritmo lo SSTF (shortest seek time first), o scheduling per brevità esegue tutte le richieste di I/O della coda più prossime alla posizione corrente della testina prima di elaborarne altre; Per tale motivo esso è chiamato algoritmo di servizio secondo il più breve tempo di ricerca.

Se utilizziamo l'esempio precedente, la testina del disco dal cilindro 46 si sposterà al cilindro 45, poi al cilindro 23 e cosi via fino al cilindro 184. La coda verrà soddisfatta nell'ordine seguente: 46,45,23,1,89,90,120,184, per una distanza coperta totale di 228 cilindri (v. figura).

Lo scheduling del disco che utilizza l'algoritmo SCAN sposta la testina del disco da un estremo all'altro nella sola direzione possibile. In pratica le testine dell'unità disco lo attraversano nelle due direzioni. Nel nostro esempio pratico, le richieste verrebberò così soddisfatte ammesso che le testine si stiano spostando verso il cilindro 0: 46,45,23,1,giungendo fino al cilindro 0; Successivamente le testine si sposteranno verso l'estremo opposto servendo le richieste ai cilindri 89,90,120,184. Nel nostro esempio la distanza coperta totale è di 229 (v. figura). Se la testina del disco si muovesse verso l'ultimo cilindro le richieste verrebbero soddisfatte in quest'ordine: 46,89,90,120,184, poi, essa proseguirebbe fino al cilindro 200, e a questo punto invertirebbe la direzione del braccio, e verrebbero servite le richieste ai cilindri 45,23,1, per un totale di 353 cilindri(v. figura). Questo tipo di algoritmo è anche conosciuto come l'algoritmo dell'ascensore. Infine, se durante lo spostamento della testina verso una direzione venisse richiesta un operazione su un cilindro posto davanti alla stessa, essa verrebbe soddisfatta quasi immediatamente; Se invece, la richiesta viene posta su un cilindro già superato, bisognerà aspettare l'inversione di direzione.

 

Un altro algoritmo molto utilizzato nello scheduling del disco è il C-SCAN (circular SCAN) che rappresenta una variante del precedente algoritmo SCAN. Ma vediamo come funziona: la testina dell'unità disco si sposta nelle due direzioni, ma solo in una direzione serve le richieste I/O; Nel nostro esempio, la coda di richieste I/O dei cilindri 46,23,184,120,45,89,90,1 è così elaborata: 46,89,90,120,184, e poi la testina prosegue fino al 200 cilindro; Successivamente la testina ritorna al cilindro 0, ed elabora le richieste al cilindro 1,23,45 per un totale di 399 cilindri.

Gli algorimi SCAN e C-SCAN con una piccola variazione possono modificare il loro meccanismo di risposta alle richieste I/O, e diventare rispettivamente le varianti LOOK, e C-LOOK. Quest'ultime "guardano" se sono presenti altre richieste dopo l'ultima richiesta I/O soddisfatta nella direzione di marcia corrente, nel qual caso le servono, oppure in caso contrario invertono la direzione. Nel nostro caso la variante LOOK di SCAN dovrebbe funzionare come mostrato in figura. Il numero totale di cilindri coperti è 321.

Mentre, la variante C-LOOK di C-SCAN dovrebbe funzionare come mostrato in figura. Il numero totale di cilindri percorsi è 367.

L'algoritmo LIFO (Last In First Out) rappresenta l'ultimo "meccanismo" di risposta alle richieste di I/O di quest'articolo, e consiste nel servirle in ordine inverso di arrivo. Nel nostro caso, la coda di richieste I/O dei cilindri 46, 23, 184, 120, 45, 89, 90, 1 verrebbe servita così: 1,90,89,45, 120,184,23 come mostrato nel grafico seguente. La distanza coperta totale è di 479 cilindri.

ALTRE CONSIDERAZIONI SULLO SCHEDULING DEL DISCO.

Le prestazioni nell'esecuzione della coda degli accessi al disco dipendono dal tipo, e dal numero delle richieste I/O. Se un programma legge, o scrive un file in più parti sparse nel disco, o in parti contigue, lo spostamento della testina del disco sarà diverso nei due casi. Nel primo, il movimento della testina, e quindi il tempo di esecuzione della coda sarà elevato poichè la distanza da percorrere sarà maggiore. Nel secondo caso, la lettura o scrittura avverrà più velocemente poichè il movimento della testina sarà il più piccolo possibile. Gli algoritmi di scheduling del disco da adottare saranno diversi a seconda del tipo di distribuzione dei file sulla superficie del disco. Alcuni produttori hanno integrato nei controllori del disco gli algoritmi di scheduling, e quando il sistema operativo invia le richieste di I/O, essi vengono utilizzati a seconda della situazione. In pratica, oltre alle prestazioni I/O dell'unità disco, il sistema operativo deve poter soddisfare le richieste più importanti, e così alcune richieste di I/O (una pagina di memoria virtuale) diventano più urgenti di altre. In tale contesto, il sistema operativo dovrebbe controllare lo scheduling del disco nel modo più opportuno (infatti esso dovrebbe essere implementato come un modulo a sè stante del S.O.), e inviare al controllore dell'hard disk le richieste di I/O nel modo migliore. Ciò significa, che le le richieste I/O vengono elaborate in base alla loro urgenza, e gli algoritmi di scheduling vengono utilizzati dal sistema operativo, e al controllore del disco vengono inviate solo le richieste.

COSA SUCCEDE QUANDO "FORMATTIAMO" UN DISCO RIGIDO?

Come abbiamo già detto, un disco rigido è costituito da uno o più piatti, i quali devono essere "formattati" a basso livello via software prima di poter essere utilizzati. In pratica, il nostro hard disk è una "tabula rasa" che prima di memorizzare i dati deve essere formattato fisicamente. Questa operazione si chiama FORMATTAZIONE A BASSO LIVELLO, e consiste in una divisione del disco in speciali strutture per ogni settore. Dopo tale modifica un settore è costituito da un preambolo, uno spazio per i dati, e un campo ECC; Il primo contiene dei bit che permettono all'hardware di riconoscere l'inizio del settore; Il secondo, normalmente di 512 byte è la dimensione di spazio dati riservato all'utente, e infine l'ultimo è lo spazio riservato al controllo degli errori e al ripristino delle informazioni. La formattazione fisica del disco è normalmente eseguita dal costruttore.

Dopo aver effettuato la formattazione fisica, si procede con la divisione dell'hard disk in partizioni (note anche come minidischi o volumi) . Per esempio: una partizione potrebbe contenere il sistema operativo, mentre un altra partizione potrebbe gestire solo i file degli utenti. La divisione in partizioni è possibile in fase di caricamento del sistema operativo (Windows 2000, Windows XP) o tramite dei software di configurazione delle partizioni (FDISK, CFDISK e cosi via). Quindi, il disco rigido può essere diviso in più partizioni, e allora una domanda sorge spontanea: ma come avviene il caricamento della partizione con il sistema operativo?

Dovete sapere, che il settore 0 del disco si chiama MBR (record di avvio o Master Boot Record), ed è utilizzato per avviare il PC. Alla fine del settore 0 si trova la tabella delle partizioni. Quando si accende il PC il BIOS legge il MBR, ed avvia la partizione attiva (resa tale durante la creazione delle partizioni), legge il BLOCCO DI AVVIO, e carica il sistema operativo. Tutte le partizioni contengono il BLOCCO DI AVVIO anche se non contengono un sistema operativo, ma soltanto quella attiva è la prima ad essere avviata (chiamata anche BOOTABLE).

Le partizioni rappresentano ancora una struttura a BASSO LIVELLO, e in esse sono contenuti i file, e le directory.

Il passo successivo alla creazione delle partizioni è la FORMATTAZIONE LOGICA del disco, e cioè la creazione del FILE SYSTEM. Per esempio: il Windows 2000 utilizza il file system NTFS, il Windows 98 SE crea il file system FAT32, il LINUX solitamente utilizza il file system EXT3, e un file system di SWAP ,e cosi via. L'implementazione di un file system rende disponibile la gestione, e l'organizzazione dei file, e delle directory. I file diventano un unità di memoria logica disponibile su un supporto di memorizzazione fisica (l'hard disk), e le directory rappresentano un elemento di informazione sui file registrati, e un "dispositivo" di organizzazione.

QUALI PROGRAMMI POSSIAMO UTILIZZARE PER VERIFICARE LE PRESTAZIONI DI UN DISCO RIGIDO?

In commercio esistono numerosi software che analizzano l'efficienza di un disco fisso, nell'articolo ne riportiamo alcuni, forse i più significativi: PC Mark 2002, TecBench, e SiSoft Sandra 2003.

Risulta quasi impossibile usufruire di un solo test per determinare l'efficienza di un disco rigido poichè i valori ottenuti potrebbero rivelarsi falsi a causa di alcune lacune del software di test. A questo punto, sembra necessario utilizzare i datasheets offerti dai costruttori, e confrontare i valori dei nostri test con i loro. Ovviamente, più il test si avvicina al valore dei datasheets più l'errore è minimo, più si allontana e più il dato ottenuto risulta fuorviante (naturalmente tale operazione può essere ritenuta esatta se i valori indicati dai costruttori sono corretti).

Ma vediamo passo a passo come utilizzare i programmi suddetti per analizzare le prestazioni dei dischi rigidi.

Iniziamo con PC MARK 2002 software di test sviluppato dalla Futuremark, e reperibile dal seguente indirizzo in versione limitata: http://www.futuremark.com. Una sezione del programma si dedica esclusivamente ai test sul disco fisso, e alla verifica delle prestazioni di quest'ultimo in ambiente casa, ed ufficio.

Una volta effettuato il download, avviate il file .exe, e il software si installerà automaticamente nel vostro sistema. Ad operazione conclusa apparirà un icona sul vostro desktop (v.figura 30).

 

Fate doppio clic sull'icona "PCMark2002" e dopo alcuni attimi potrete interagire con la schermata principale del benchmark (v. figura 31).

La prima operazione da fare è selezionare i test che a noi interessano, e precisamente quelli dell'hard disk; A tal proposito fate clic sul pulsante "Select" e apparirà la finestra di dialogo "Select Tests". A questo punto basterà selezionare il test standard "HDD Test" e il gioco è fatto! Confermate la scelta premendo il tasto "OK" e finalmente potrete effettuare il test del vostro disco fisso.

Ritornati alla schermata principale di PC MARK 2002 selezionate il pulsante "Benchmark" (v.figura 33), e inizierà la fase di analisi delle prestazioni del disco fisso.

Dopo i test di valutazione del disco fisso apparirà una schermata con il punteggio HDD SCORE (v.figura 34), e con l'opzione "detail" potrete leggere più approffonditamente i risultati. La versione registrata del benchmark vi permetterà di confrontare il valore del vostro hard disk con un database ricchissimo presente nel sito di Futuremark, un altro modo per valutare effettivamente le prestazioni del vostro sistema hardware.

FIGURA 34.

Nella finestra di dialogo "Details" (v. figura 35) appaiono cinque risultati molto interessanti: Hard Disk -Cached file write, Hard Disk -Uncached file Write, Hard Disk -Cache file read, Hard disk - Uncached file read, e infine Hard Disk - File copy. Per l'articolo e per il discorso che finora abbiamo portato avanti i primi quattro valori rappresentano per noi i dati più interessanti. Come potete notare, vi sono molti modi di dire la stessa cosa, e così la velocità di TRANSFER RATE di PICCO (Buffered o Burst speed) diventa velocità di CACHED misurata in MB/s. Allo stesso modo, la SUSTAINED TRANSFER RATE (transfer rate sequenziale) diventa velocità di UNCACHED sempre misurata in MB/s. I valori di CACHE ed UNCACHED si riferiscono sia alla scrittura, che alla lettura dei file.

 

 

TECBENCH.

E' il momento del secondo benchmark, TecBench Disk Benchmark compreso nella Suite distribuita da TecChannel, e scaricabile al seguente indirizzo internet: http://www.tecchannel.de/download/796/tecChannelBenchmarkSuite.zip.

Dopo aver effettuato il Download, fate doppio click sull'icona TecChannel Benchmark Suite (v. figura 36), e vi apparirà la prima schermata della procedura d'installazione (v. figura 37). A questo punto premete il tasto "Next" e nella seconda finestra di dialogo scegliete l'opzione "I Agree" premendo successivamente il tasto "Next".

Ora, dopo aver accettato le condizioni di utilizzo, dovreste selezionare il percorso di installazione del programma. Nel riquadro "Folder" potrete digitare qualsiasi percorso disponibile. Per esempio: se volete installare il programma nella cartella C:\TESTDISK, basterà scriverla nel riquadro indicato. Attenzione, poiché nel vostro disco fisso potrebbero essere presenti più partizioni, e quindi scegliete quella corretta.

FIGURA 39.

Premete il tasto "Next", e la prossima schermata vi fornirà una serie di unità disco presenti nel vostro sistema. Nel nostro esempio, sono state rilevate: il floppy disk (unità A:), le partizioni C: e D: del disco fisso, e infine l'unità fisica dell'hard disk Phys0.

Dopo aver selezionato l'unità da sottoporre al benchmark premete il pulsante "Start", e inizierà la fase di test vera e propria. L'unità rilevata nel nostro esempio apparteneva ad un notebook Compaq, e prevedeva due partizioni rispettivamente di capacità 17 Gbyte (C:) la prima, e 3 Gbyte (D:) la seconda. Nel primo riquadro nell'asse delle X (ascisse) è rappresentata la lunghezza del disco in test in Gbyte. L'asse delle ordinate rappresenta il valore di transfer rate in lettura espresso in Mb/s. Un alto valore dell'indice di transfer rate è chiaramente auspicabile nei limiti dell'architettura utilizzata.

I due riquadri in basso analizzano i risultati del test: il primo a sinistra mostra quattro valori, i primi tre di Sustained transfer rate (transfer rate sequenziale), l'ultimo di Burst transfer rate (transfer rate di picco o burst speed). Nel secondo riquadro potrete leggere due valori di tempo di accesso al disco: il primo indica il valore minimo, mentre il secondo il valore massimo.

Con il pulsante "Reference" potrete aggiungere al database i risultati del test, e con il quello "Export" potrete salvarli in immagini bitmap.

 

Premendo il menu "Evaluation" potrete leggere i tempi medi di transfer rate, e di tempo di accesso al disco. Inoltre, con il tasto "Export" potrete salvare in immagini bitmap i risultati del test. Se, il vostro database contiene altre misurazioni, con il tasto "Add" potrete aggiungerle al grafico, così il confronto con altre unità disco risulterà più efficace. Ovviamente, con il tasto "Remove" potrete togliere i risultati dei test dal grafico.

Iniziamo con SisoftSandra 2003, un utility di monitor del sistema, forse una delle più complete attualmente in circolazione.Dopo aver scaricato l'ultima versione di Sisoft Sandra dal sito http://www.sisoft.com (vedere link sito internet), avviate il file .exe compresso, e il software si installerà automaticamente nel vostro PC.

Dal menu Start selezionate l'icona Sisoft Sandra (cercatela all'interno del menu "Programmi", e dalla schermata principale avviate il test File system Benchmark. Pochi attimi dopo, vi apparirà la finestra di dialogo "File System Benchmark".

Selezionate dal riquadro "Selected Drive" l'unità da analizzare, e il test inizierà; Non toccate nulla altrimenti comprometterete il risultato. Alla fine otterrete i risultati del test, e ora cercheremo di comprenderli uno per uno.

Leggiamo i risultati di un test di un disco rigido MAXTOR da 80 GB a 7200 RPM ATA 133 (UltraDma 6).

I valori importanti del test sono senza alcun dubbio i seguenti:

1) Buffered Read (Trasmissione dei dati tra il buffer del disco rigido, e la memoria di sistema attraverso l'interfaccia ATA).

2) Sequential Read (Trasmissione dei dati tra la parte meccanica, e la memoria di sistema senza l'intervento del buffer del disco rigido, valore espresso in Mb/s).

3) Buffered Write (I dati vengono trasferiti al buffer del disco rigido, e successivamente vengono memorizzati sui piatti del disco. In questo test si misura la velocità di memorizzazione sul buffer del disco).

4) Sequential Write (I dati si trovano nella memoria di sistema, e vengono trasferiti sulla superficie del disco, non essendo presenti nel buffer del disco rigido).

5) Average Access time (Tempio medio di accesso al disco dato dal tempo medio di ricerca + il tempo medio di latenza rotazionale).

SCOMPOSIZIONE DI UN HARD DISK SEAGATE BARRACUDA ATA IV.

In questa parte dell'articolo, sia per studio, che per curiosità, abbiamo deciso di smontare un disco rigido Barracuda ATA IV da 20 Gb prodotto da Seagate. Iniziamo con una foto generica del disco rigido oggetto d'esame, non lo trovate interessante?

Come potete osservare, sulla parte superiore del disco è presente un'etichetta con le caratteristiche dell'hard disk (v. figura 46).

Ma passiamo ad altro, ora con un cacciavite rimuoviamo le viti di tipo torx che bloccano la parte metallica superiore dell'hard disk. Fate attenzione, poichè una vite torx è posizionata sotto l'etichetta adesiva, e finchè non l'avrete rimossa, o tolta nella parte che vi interessa, il coperchio superiore non potrà essere asportato (v. figure 47,48).

 

 

Finalmente, il coperchio è stato rimosso ed è una piacevole sorpresa vedere i componenti interni di un disco rigido (v. figura 49).

 

 

Una bella immagine d'insieme, in cui i dischi brillano sullo sfondo "grigio" del disco rigido. Nella foto possiamo distinguere la testina di lettura e di scrittura, il piatto del disco, il motore spindle, e l'attuattore.

Adesso, togliamo anche il coperchio inferiore, e notiamo immediatamente la tecnologia di insonorizzazione studiata da Seagate per i propri dischi rigidi (v. figure 50,51).

 

Per rendere meno rumorosi le unità a disco, Seagate ha progettato delle vere e proprie barriere acustiche, e la differenza si sente! Sotto al coperchio troviamo la scheda logica (v. figura 52).

 

 

Ora, possiamo con aspostare delicatamente la scheda logica rimuovendo le viti torx. Capovolgiamo il disco rigido, togliamo la viti di blocco dell'attuattore della testina di lettura e scrittura, e in pochi secondi possiamo ammirare il braccio, e la testina in tutto il loro splendore tecnologico (v. figure 53,54,55).

 

Dopo aver completamente rimosso la testina, e l'attuattore del disco rigido, cerchiamo di togliere il piatto del disco svitando le viti torx presenti sul "tappo" di chiusura (v. figura 56). Successivamente asportiamo l'anello A, e togliamo il piatto di memorizzazione dati, leggero come una piuma!

Rimuoviamo ancora poche viti di sicurezza del motore di rotazione del disco, e in men che non si dica abbiamo il pezzo svincolato da ogni cosa! (v. figure 58,59).

Ecco il motore FDB (Fluid Dynamic Motors).

CONCLUSIONI.

Infine un piccolo, ma utile consiglio: non aprite mai un disco rigido funzionante, poiché non potrete più "resuscitarlo". Quindi, prima di sezionare un hard disk siate certi del suo malfunzionamento.

 

 

Hard disk dischi rigidi

 

Approfondimenti di hardware a cura del prof. Melon Federico per gentile concessione di www.pokebook.it

 

CAPITOLO PRIMO

 

Hard disk

 

 

 

MEMORIE DI MASSA

 

Il microprocessore, per poter lavorare ha bisogno di memoria. Questa memoria deve essere veloce, in modo da rispondere alle richieste nel minor tempo possibile. La memoria utilizzata dalla CPU per lavorare è detta, appunto, MEMORIA DI LAVORO (di solito la RAM). Le memorie di lavoro hanno due caratteristiche principali: sono molto veloci, sono volatili. La prima caratteristica è ovvia, la seconda significa che quando si spegne il computer vengono persi tutti i dati. Le memorie volatili funzionano con la corrente, quando manca la corrente (spegnimento del PC) perdono tutte le informazioni.

Il computer necessita quindi di un altro tipo di memoria che registri i dati anche a PC spento: la MEMORIA DI MASSA, tra cui si trovano hard disk, floppy disk, CD-rom, DVD, dischi magneto-ottici e tutti i dispositivi a nastri. Il termine memoria di massa era nato come contrapposizione a memoria di lavoro in quanto la RAM è molto più costosa. Con la stessa cifra è possibile acquistare una piccola quantità di memoria di lavoro, oppure una grande quantità di memoria su disco (una “massa” di memoria).

La memoria di massa è detta anche memoria PERMANENTE, perché mantiene registrate le informazioni anche a computer spento. Permanente significa che i dati non vengono persi finché l’utente non decide di cancellarli. Questa memoria non può però essere utilizzata come memoria di lavoro, in quanto è molto più lenta rispetto alla RAM. La memoria di lavoro ha un “funzionamento elettrico”, per cui l’accesso ai dati è quasi immediato; mentre le memorie di massa hanno un funzionamento meccanico, per cui l’accesso ai dati è molto lento.

Gli harddisk sono il tipo di memoria di massa attualmente più utilizzata, ogni computer moderno ha almeno un harddisk: sono al primo posto tra le memorie di massa sia per la velocità, sia per la quantità di memoria. Il basso costo per MegaByte (circa 10 lire) permette di conservare sugli hard disk applicazioni, database, file audio-video e ogni sorta di dati.

 

HARD DISK

 

Gli hard disk sono anche chiamati dischi fissi o dischi rigidi. La figura 1.01 rappresenta un hard disk, che si trova fisicamente all’interno dell’unità centrale (case, tower) fissato con più viti e collegato alla scheda madre attraverso un cavo.

 

 

FIG. 1.01

 

 

Quello che si vede nella figura è il rivestimento esterno, all’interno si trova il disco vero e proprio.

Per avere un’idea di cosa si trova all’interno del rivestimento, immaginate di prendere 5 dischi musicali, disporli uno sopra l’altro (alla stessa distanza l’uno dall’altro) e fissarli con un unico perno centrale. La distanza tra i dischi deve essere tale da permettere ad una testina di leggere e scrivere le informazioni su ogni disco (sopra e sotto il disco). Così tutti i dischi girano alla stessa velocità. Il disco rigido è un dispositivo molto simile a questo, illustrato nella figura 1.02.

 

 

FIG. 1.02

 

 

La figura 2.03 illustra un hard disk aperto, nel quale si possono vedere le testine e i piatti dei dischi.

 

 

FIG. 1.03

 

 

I dischi sono formati da una base in alluminio leggerissimo, sulla quale è apportato uno strato di materiale magnetico (ossido di ferro). Il computer registra i dati sul disco fisso come una serie di bit, ognuno dei quali è archiviato magnetizzando (negativamente o positivamente) il sottile strato di ossido di metallo. Quando l’hard disk riceve le informazioni da conservare, utilizza le testine per memorizzare magneticamente i bit su uno o più piatti. Quando il sistema richiede dati già registrati, le testine si muovono sulla superficie interpretando la polarizzazione dei piatti.

I dischi sono chiusi in contenitori sotto vuoto, in quanto hanno bisogno di un ambiente pulito, cioè senza particelle di polvere o altre resistenze superflue. Le testine di lettura e scrittura si trovano sopra e sotto ogni disco, come si vede nella figura 1.02, e si trovano ad una distanza ridottissima dai dischi, ma non toccano mai i dischi stessi. La velocità di rotazione dei dischi è misurata in RPM, cioè numero di giri al minuto. Per i dispositivi più vecchi si parla di 3.600 Rpm, quelli più moderni possono avere varie velocità:

 

5.400, 7.200, fino al massimo attuale che è di 15.000 Rpm. Quindi le testine si muovono molto vicine alle superfici dei dischi ad una velocità di scorrimento di circa 240 km/h. La superficie dei dischi deve essere priva di impurità per evitare il contatto con le testine, che significherebbe procurare danni irreparabili (head crashes). Se le testine entrano in contatto con il piatto di un disco si rovina la parte toccata, in più tutte le parti adiacenti, dove arrivano microscopici frammenti di superficie rotta (dal contatto). Le parti rovinate in questo modo non sono riparabili e c’è anche il rischio di perdere l’intero disco rigido.

Il contenitore esterno ai dischi serve, quindi, per evitare le impurità e sigillare dischi e testine in un ambiente “sterile”, cioè l’aria viene filtrata per eliminare qualsiasi particella di polvere di diametro superiore a 0,3 micron. La figura 1.04 mostra il confronto tra la dimensione di alcune impurità con la distanza delle testine dai piatti (tutta la figura è stata ingrandita).

 

 

FIG. 1.04

 

La capacità dei dischi fissi, continuamente in crescita, è passata da pochi MegaByte dei primi anni ’80 fino ai vertici attuali di 80 GigaByte.

 

 

STRUTTURA

 

 

 

Ogni hard disk è suddiviso in tracce, settori e cilindri.

La superficie di ogni piatto del disco rigido è divisa in tracce, cerchi concentrici. Sono identificate da un numero, partendo da zero e arrivando al limite superiore caratteristico di ciascun disco.

Le tracce, a loro volta, sono suddivise in settori, utilizzati per immagazzinare una determinata quantità di informazioni.. La figura 1.05 illustra la suddivisione di un disco.

 

FIG. 1.05

Il modo in cui sono memorizzate le informazioni, come cioè sono gestiti i settori e le tracce di un disco, dipende dal file system (spiegato più avanti). I cerchi concentrici sono chiamati tracce in quanto seguendo questi cerchi il computer trova le informazioni. La quantità di tracce dipende dal disco, non esiste un numero unico.

Anche i settori variano la loro dimensione a seconda del tipo di disco. La capacità di memorizzazione è uguale per tutti i settori, da ciò consegue che sulle tracce interne le informazioni sono più concentrate rispetto alle tracce più esterne.

Tutte le tracce che sono disposte alla stessa distanza dall’estremità del disco formano un cilindro. Il numero dei cilindri corrisponde al numero di tracce presenti su una faccia.

 

Il disco fisso è gestito da un dispositivo chiamato CONTROLLER. I compiti fondamentali del controller sono quelli di posizionare le testine di lettura e scrittura sulla traccia e sul settore giusto. Per ritrovare le informazioni registrate, il controller necessita di alcuni dati: il numero della traccia, il settore di inizio e la lista degli altri settori contenenti le informazioni. Il microprocessore chiede al controller di leggere il settore con un certo indirizzo, il controller provvede a posizionare le testine.

 

CARATTERISTICHE

 

 

 

Un hard disk è caratterizzato da numerosi attributi, quali la capacità, la velocità di rotazione, il tempo medio di accesso, ecc.

La CAPACITà esprime il numero di GigaByte di spazio disponibile per memorizzare le informazioni.

La DENSITà DI REGISTRAZIONE è indicata attraverso 3 nomi: densità di superficie (areal density), densità dei bit lungo la traccia (recording density) e densità delle tracce (track density). Confrontando questi parametri tra due dischi si può stabilire quale utilizza le tecniche più moderne. Quando questi dati non sono disponibili si può confrontare il numero ottenuto dividendo la capacità totale per il numero di piatti: si ottiene un ulteriore indicatore della densità di registrazione. Attualmente i valori più alti sono 15 GigaByte per piatto per dischi da 7.200 Rpm e 20 GiagaByte per piatto per dischi da 5.400 Rpm. La densità di registrazione è una caratteristica molto importante in quanto da essa dipendono la capacità, il costo per MegaByete e la velocità di trasferimento.

La VELOCITà DI ROTAZIONE si misura in giri al minuto (Rpm, revolutions par minute). Più velocemente girano i piatti, maggiore è la quantità di dati che è possibile trasferire in un certo tempo, minore è anche il tempo di attesa. Al crescere della velocità di rotazione si deve però ridurre la densità di registrazione e si devono tenere sotto controllo l’usura, la generazione di calore e l’emissione acustica.

Un buffer più grande permette di ridurre il numero degli accessi al disco (per i quali serve molto più tempo rispetto alla RAM), quindi la DIMENSIONE DEL BUFFER influisce sulle prestazioni. Attualmente il buffer dei dischi per PC si aggira intorno ai 512 KiloByte.

Per poter leggere o scrivere un file, la testina deve essere prima posizionata sulla traccia giusta. Il tempo impiegato per posizionare le testine nelle tracce si chiama TEMPO MEDIO DI RICERCA (seek time).

Rimane la VELOCITà DI TRASFERIMENTO (transfer rate) che indica lo scambio dei dati tra disco e buffer e viceversa. Ogni produttore indica questo parametro in modo diverso, così che risulta difficile fare confronti.

 

 

CAPITOLO SECONDO

 

FILE SYSTEM

 

 

 

FORMATTAZIONE

 

 

 

Dato che anche il più piccolo hard disk può contenere milioni o miliardi di bit, è necessario un modo per organizzare il disco tale per cui sia possibile trovare facilmente le informazioni. Questa organizzazione viene creata attraverso la formattazione. Attraverso questa operazione si prepara il disco in modo che i file possano essere scritti sui piatti e che si possano poi recuperare le informazioni velocemente.

Un hard disk può essere formattato fisicamente e logicamente. La formattazione fisica (chiamata anche “a basso livello”) è normalmente eseguita dal costruttore del disco. Questa è l’operazione che divide i piatti in tracce, settori e cilindri. Di solito, i settori sono formattati in modo da contenere 512 byte.

Con il tempo può capitare che le proprietà magnetiche della superficie dei vari piatti possano deteriorarsi. Questi errori rendono i settori coinvolti illeggibili: BAD SECTOR. I moderni dischi sono costruiti in modo da ridurre al minimo la probabilità del danneggiamento fisico, inoltre il sistema operativo può “marchiare” ogni settore danneggiato in modo che non sia più utilizzato.

 

Dopo essere stato formattato fisicamente, un hard disk, deve essere formattato logicamente. La formattazione logica dispone il file system sul disco fisso. Il file system permette al sistema operativo di utilizzare lo spazio disponibile per salvare e aprire i file.

Con un sistema operativo come windows, per formattare un hard disk si deve aprire il programma POMPT DI MS-DOS e digitare il comando seguente (sostituendo c: con il nome del disco da formattare):

FORMAT C:

 

 

FILE SYSTEM

 

 

 

Il file system fornisce il meccanismo per la memorizzazione e l’accesso in linea di dati e programmi appartenenti al sistema operativo. Consiste in due parti distinte: un insieme di file e una struttura di directory, che organizza i file nel sistema.

I trasferimenti di Input/Output sul disco sono eseguiti in unità di BLOCCHI, per migliorare l’efficienza. Ogni blocco è costituito da uno o più settori, in Windows si chiamano cluster.

Un file system come operazione di base deve inviare dei generici comandi al driver di dispositivo per leggere e scrivere blocchi fisici su un disco, per esempio disco 2, cilindro 45, settore 12. Gli utenti non sono in grado di utilizzare questi comandi, ma utilizzano nomi per i file e cartelle per indicare la posizione sul disco. Il file system si occupa di “tradurre”, mappare, i comandi che arrivano dall’utente (o meglio dal sistema operativo) in posizioni fisiche, necessarie al controller. In questo modo l’utente non ha bisogno di sapere come è strutturato fisicamente il disco e non deve utilizzare comandi complicati per spostare le testine su una precisa traccia del disco.

Il file system si occupa anche della sicurezza e della protezione. Per esempio, in alcuni sistemi operativi, è possibile indicare chi è il proprietario del file e quali gruppi di persone possono leggere o modificare il file.

Usando termini meno tecnici, si può dire che il file system è quella parte del sistema operativo che si occupa della gestione dei file. Così come ci sono diversi sistemi operativi, esistono anche diversi file system; tutti, però, integrano strutture simili per l’immagazzinamento e la gestione delle informazioni. Queste includono tipicamente il “boot record” per l’avvio del sistema operativo, i file e le directory.

Un file system svolge le seguenti funzioni principali:

1. Distingue lo spazio libero da quello già utilizzato;
2. Mantiene la struttura delle directory e i nomi dei file;
3. Tiene traccia dei settori in cui le varie porzioni di ogni file sono fisicamente allocate;
4. Gestisce le informazioni su memoria di massa dandone una visibilità e una strutturazione logica anziché fisica;
5. Identifica i file in modo univoco;
6. Fornisce i metodi di accesso per leggere, scrivere e indirizzare i blocchi di informazioni contenuti nei file;
7. Fornisce operazioni di gestione dei file: creazione, predisposizione, cancellazione, identificazione;
8. Realizza meccanismi di controllo sull’accesso per garantire privatezza e coerenza;
9. Nasconde le caratteristiche fisiche dell’unità di memorizzazione;
10. Gestisce gli errori e il ripristino da situazioni di malfunzionamento.

Di seguito analizziamo le caratteristiche principali dei più diffusi file system.

 

FAT

La FAT è il file system tipico di Dos e Windows 95, ma può essere usato anche con Windows NT e OS/2. è caratterizzato dall’uso di una tabella di allocazione dei file (file allocation table), il vero cuore del file system; questa tiene traccia della posizione fisica su disco dei file e dei cluster da essi occupati. I cluster sono costituiti da gruppi di settori, e costituiscono la più piccola unità di memorizzazione delle informazioni (un file deve occupare almeno un cluster, e un cluster non può contenere più di un file).

I file possono essere raggruppati in directory e sottodirectory; quella di primo livello si chiama radice (root directory) e deve essere posizionata in una specifica locazione sul volume. Nei sistemi operativi che utilizzano la FAT, la directory radice è rappresentata dal carattere “\” (back slash, barra inversa), ed è quella visualizzata inizialmente quando viene caricato il sistema operativo.

 

FAT 32

È il file system integrato nell’ultima versione di Windows 95 (4.00.950B o superiore). Né Dos, né Windows NT, né la prima versione di Windows 95 possono riconoscere i volumi con questo file system. La FAT 32 rappresenta un sensibile miglioramento del tradizionale file system del Dos, in quanto è basato su una tabella di allocazione dei file di 32 bit, invece che di 16.

 

La prima conseguenza è che supporta volumi di dimensioni molto maggiori (fino a 2 terabyte, cioè 2.000 Gigabyte). Inoltre usa cluster più piccoli (riesce infatti a dividere in cluster da 4 Kbyte volumi ampi fino a 8 Gigabyte) e presenta una directory radice che può avere qualunque dimensione e può essere allocata ovunque. Tutto ciò porta ad una notevole ottimizzazione della gestione dello spazio e dei file.

 

NTFS

Il sistema NTFS (New Tecnology File System) è caratteristico ed esclusivo di Windows NT. Questo file system è controindicato per l’impiego su dischi di dimensioni inferiori a 400 Mbyte, in quanto usa una gran quantità di spazio per le strutture interne della gestione dei dati. Il cuore del sistema è costituito dalla master file table (MFT); il sistema conserva copie multiple di porzioni critiche di questa speciale struttura dati, così da limitare al massimo il rischio di perdita dei file.

Anche NTFS utilizza i cluster per registrare i file, ma la loro dimensione non dipende da quella del volume su cui sono contenuti; infatti possono essere usati anche cluster di soli 512 byte indipendentemente dalla dimensione del volume in oggetto. Usando i cluster più piccoli si riduce l’ammontare di spazio sprecato e la frammentazione dei file (memorizzazione su cluster non contigui) a tutto vantaggio della velocità di accesso ai dati. Per questo motivo NTFS garantisce ottime prestazioni con i dischi fissi di dimensioni generose. Offre la funzione hot fixing che rileva e marchia automaticamente tutti i settori danneggiati del disco, così da evitare che questi vengano usati erroneamente.

 

HPFS

High Performance File System, si riferisce al file system tipico del sistema operativo Os/2 di Ibm; è anche supportato dalle versioni meno recenti di Windows NT. Diversamente da quanto accade con la FAT, HPFS ordina le directory basandosi sui nomi dei file e usa una struttura dati più efficiente. Come risultato, l’accesso ai file è spesso più veloce rispetto al file system del Dos e di Windows. Garantisce anche un uso più efficiente dello spazio, in quanto i file vengono allocati in settori anziché in cluster.

 

EXT2

La sigla Ext2 è l’acronimo di Extended Filesystem 2, il secondo file system  standard di Linux. In Linux non esistono lettere assegnate alle unità logiche: le partizioni sono disposte nell’albero delle directory. Una partizione Ext2 può avere la dimensione massima di 4 TeraByte.

 

 

Prima che un disco sia formattato può essere diviso in partizioni, ognuna delle quali può contenere un differente file system (formattazione logica), questo è l’argomento del capitolo 3.

 

CAPITOLO TERZO

 

PARTIZIONI

 

 

 

PARTIZIONI

 

 

 

Prima che un disco sia formattato può essere diviso in partizioni, ognuna delle quali può contenere un differente file system (formattazione logica). Dopo che una partizione è stata formattata logicamente, ci si riferisce a tale partizione con un volume. Dopo aver formattato logicamente ogni partizione, il sistema operativo vede un insieme di hard disk separati.

Spesso il disco fisso non viene partizionato, quindi si utilizza come un unico grande volume accessibile con una sola lettera di unità (di solito C:). Questo sistema non assicura la miglior soluzione per la sicurezza dei dati, né permette di organizzare i file in modo ottimale, né di installare più sistemi operativi sullo stesso disco fisso. Le partizioni servono quindi per organizzare e gestire in modo ottimale lo spazio di un hard disk o per utilizzare funzioni avanzate quali installare più sistemi operativi.

Ci sono due tipi di partizioni: PRIMARIA ed ESTESA. La partizione ESTESA può a sua volta essere suddivisa in più UNITà LOGICHE. Si possono avere fino a quattro partizioni primarie sull’hard disk, una sola può essere estesa.

Una partizione primaria può contenere qualunque sistema operativo, ma anche dati e applicazioni. Viene formattata logicamente in modo da utilizzare il file system del sistema operativo che utilizzerà la partizione stessa.

Le partizioni estese sono state create per ovviare il limite delle quattro partizioni primarie. Sono essenzialmente dei contenitori nei quali è possibile dividere lo spazio disponibile in un numero illimitato di unità logiche. Una partizione estesa non contiene dati, che sono invece contenuti dalle unità logiche create, quindi non ha un nome di volume.

Le partizioni logiche devono essere formattate logicamente e ognuna può avere un file system diverso. Una volta effettuata la formattazione delle varie unità logiche, ciascuna unità appare come un volume distinto del disco ed è accessibile con diverse lettere (D:, E:, F:, ecc.). Le unità logiche esistono solo all’interno delle partizioni estese.

 

 

PARTIZIONI NEL COMPUTER DI CASA

 

 

 

Generalmente quando si acquista un computer, l’hard disk non è diviso in partizioni: in Windows trovate solo l’unità C:. Questo può essere un problema quando il sistema comincia a funzionare male: Windows si blocca, non i riesce più a leggere i dati sul disco o altre situazioni di emergenza. La soluzione migliore, quando il sistema ha dei malfunzionamenti, è quella di formattare il disco fisso e installare da zero Windows. Ma formattare il disco significa cancellare tutti i dati che sono stati memorizzati. Se non è stato fatto un back up dei dati (una copia dei dati su un dispositivo diverso dall’hard disk), tutti i file saranno persi. Dividendo il disco in partizioni è possibile memorizzare in C: il sistema operativo e i vari programmi, in D: o in un’altra unità i dati dell’utente. In questo modo, nella situazione di emergenza, si formatta solamente l’unità C:, perdendo i file solo da questa. Negli altri dischi i dati restano inalterati, quindi non è necessario acquistare un dispositivo per fare il back up. Ovviamente anche in questo caso saranno persi tutti i programmi, ma se tutte le applicazioni sono state acquistate legalmente, per ogni applicazione si ha a disposizione un CD per l’installazione.

Nel caso di un PC “casalingo”, conviene creare una partizione primaria  (che conterrà Windows e i programmi) e una partizione estesa, quest’ultima potrà poi essere suddivisa in più unità logiche (quante ne ritenete necessarie).

Per creare le partizioni si trovano vari programmi in commercio, tra i quali il più conosciuto è PQMAGIC. Ma esiste anche una soluzione economica: utilizzare un programma gratuito all’interno di Windows che si chiama FDISK. Questo programma si trova all’interno della cartella \WINDOWS\COMMAND\.

 

ATTENZIONE: quando si creano le partizioni con il comando FDISK, tutti i dati del disco saranno persi. Prima di fare le partizioni si deve creare una copia di back up dei propri dati.

 

 

DISCO DI SISTEMA

 

 

 

Per utilizzare il programma FDISK conviene creare un disco di sistema, cioè un floppy disk in grado di avviare il computer. Seguite alla lettera le seguenti istruzioni.

1. Aprire il programma PROMPT DI MS-DOS, dal menu AVVIO. Si apre una finestra nella quale è possibile utilizzare molti comandi del vecchio sistema operativo.
2. Inserire un floppy disk, già formattato, nell’apposito lettore.
3. Digitare il comando seguente:

SYS A:

e premere il tasto INVIO sulla tastiera. Attendere alcuni secondi, finché appare la scritta “sistema trasferito”.

1. Chiudere la finestra MS-DOS, facendo un clic sul pulsante con una X, in alto a destra nella finestra.
2. Copiare dalla cartella \WINDOWS\COMMAND, con qualsiasi metodo conosciuto, i file FDISK.EXE e FORMAT.COM sul dischetto.

Questo disco contiene l’indispensabile per creare le partizioni e formattare le unità.

 

 

 

FDISK

 

 

 

Inserire il disco di sistema creato, paragrafo precedente, e riavviare il computer. Quando appare la scritta

A:\>

digitare il comando seguente:

FDISK

e premere INVIO.

Apparirà il messaggio visualizzato nella figura 3.01.

 

 

FIG. 3.01

 

 

 

Premere INVIO e viene caricata la schermata iniziale di FDISK, figura 3.02.

 

 

FIG. 3.02

 

 

In questa schermata sono disponibili 5 comandi:

1. Crea partizione: per creare una nuova unità.
2. Imposta partizione attiva: “scegliere l’unità dove verrà installato Windows”.
3. Elimina partizione: cancellare un’unità, creata in precedenza.
4. Visualizza informazioni: mostra tutte le partizioni create sull’hard disk.
5. ESC: questo tasto, in alto a sinistra sulla tastiera, serve per uscire dal programma (da questa schermata).

Ogni comando corrisponde ad una nuova schermata, molto simile alla figura 3.02, nella quale ci sono altre opzioni, sempre corrispondenti ad un numero.

Per eseguire un comando si deve premere il numero corrispondente e premere INVIO. Per uscire da una schermata si utilizza il tasto ESC sulla tastiera.

Nelle figura 3.03, 3.04, 3.05 e 3.06 sono rappresentate le schermate accessibili dalla finestra iniziale, con i comandi 1, 2, 3 e 4 rispettivamente.

 

 

FIG. 3.03: crea partizione

 

 

 

FIG. 3.04: imposta partizione attiva

 

 

FIG. 3.05: elimina partizione

 

 

FIG. 3.06: visualizza informazioni

 

 

In ogni schermata sono scritti i possibili comandi, come si vede nelle figure. Quello che si deve imparare è l’ordine dei comandi, per esempio se creare prima la partizione logica o quella estesa.

L’ordine corretto è il seguente, all’interno delle parentesi sono indicati i numeri dei comandi da utilizzare, uno per ogni schermata.

Prima si crea la partizione primaria (1, 1). Si deve digitare il numero di MegaBye da dedicare alla partizione primaria, tra parentesi quadre il computer mostra la dimensione totale del disco, per esempio [10.000]. Utilizzando l’intero ammontare non si potranno creare altre partizioni, quindi si deve scegliere una parte della cifra, sufficiente per contenere Windows e i programmi principali (con i moderni sistemi almeno 2.000). Dopo aver digitato il numero si deve premere invio e sarà visualizzata la scritta “partizione primaria creata”: è stato creato il disco C:. Premere ESC e si ritorna alla schermata iniziale.

La seconda partizione da creare è quella estesa (1,2). Ancora una volta il programma chiede quanti MegaByte si intendono utilizzare per questa partizione, questa volta si lasciano tutti e si preme INVIO. La partizione estesa non contiene dati, serve solamente per memorizzare le partizioni logiche.

A questo punto l’applicazione avverte che è stata creata una partizione estesa e che si deve creare almeno una partizione logica per poterla utilizzare. Nuovamente sulla schermata sono visualizzati il numero di MegaByte a disposizione e si deve scegliere la quantità per il disco che si chiamerà D:. Se si desidera creare anche altri dischi, e:, f:, ecc., non si devono utilizzare tutti i byte per il disco D:. Finché rimane spazio libero sul disco fisico, FDISK chiede di creare una nuova partizione logica, quando tutto lo spazio è stato assegnato, il programma ci avverte e si ritorna alla schermata iniziale premendo ESC.

Come ultima operazione si deve impostare la partizione attiva (2). Nella schermata successiva si deve digitare il nome del disco che conterrà il sistema operativo, nel caso di Windows conviene scegliere C:.

Premere ESC per tornare alla finestra iniziale.

Anche nella finestra iniziale si preme ESC per uscire, questa volta dal programma. FDISK avverte che al riavvio del computer tutte le informazioni saranno perse.

Premere contemporaneamente i tasti CTRL, ALT, CANC (sulla tastiera) per riavviare il computer, lasciando inserito il disco di avvio.

Quando appare la scritta

A:\>

digitare il comando FORMAT, seguito da uno spazio e il nome del disco da formattare, per esempio:

FORMAT C:

Con lo stesso sistema si devono formattare tutte le unità create con FDISK: un disco non formattato non è utilizzabile, in quanto non contiene un file system.

 

Se invece si vogliono eliminare partizioni create in precedenza l’ordine è il seguente.

Conviene prima di tutto visualizzare le informazioni sullo stato corrente del disco (4). Quando si conoscono le caratteristiche del disco, si può cominciare a eliminare.

Prima si devono cancellare le unità logiche (3, 3), una per una.

Poi si elimina l’unità estesa (3, 2) e infine quella primaria (3, 1).

Dopo aver cancellato tutte le unità precedenti, si possono creare le nuove partizioni con i comandi visti poco prima.

 

È doveroso precisare che ogni modifica apportata ad un disco con il programma FDISK ha come effetto la perdita delle informazioni su tutte le partizioni. Se si ha la possibilità, conviene acquistare un programma, come per esempio PQMAGIC, che permetta di modificare le partizioni senza perdere i dati.

 

Dopo aver formattato tutti i dischi, si procede all’installazione di Windows.

 

 

CAPITOLO QUARTO

 

RISOLUZIONE PROBLEMI

 

 

 

BAD SECTOR

 

 

 

Come ogni dispositivo, anche il disco fisso è soggetto a usura, errori e malfunzionamenti. Può succedere che siano persi o rovinati alcuni dati nell’hard disk. Per certi tipi di problemi è possibile intervenire e riparare all’errore, in altri casi invece si deve necessariamente sostituire il disco.

Uno degli errori più frequenti è noto come BAD SECTOR (settore “cattivo”, rovinato). Quando viene segnalato questo errore significa che i dati memorizzati nel bad sector sono stati persi. Quindi si deve controllare periodicamente il disco, prima di memorizzare le informazioni, in modo da non utilizzare i settori rovinati. Windows fornisce un programma che controlla e ripristina alcuni tipi di errori: SCANDISK.

Per capire meglio quali sono i problemi più frequenti facciamo un semplice esempio. Facciamo la copia di alcuni file in un  vecchio floppy disk. La copia dei file va a buon fine, quindi siamo convinti che tutto abbia funzionato per il meglio: Windows non segnala errori. Cancelliamo i file dall’hard disk. Dopo un certo tempo (un giorno, un mese, un anno, ecc.) abbiamo bisogno dei file registrati sul floppy disk. Inseriamo il dischetto nel driver e apriamo esplora risorse. Quando tentiamo di far leggere i dati su A:, il programma ci avverte che il dischetto è rovinato, utilizzando il seguente messaggio: IMPOSSIBILE LEGGERE SU A:, o altri messaggi simili. Questo significa che i file memorizzati nel floppy sono persi: è impossibile recuperarli, dobbiamo rassegnarci e creare da zero i file. Quello che si può fare è tentare di recuperare il floppy disk. In realtà conviene buttare il dischetto e comprarne un altro, spendendo circa mille lire, ma nel caso dell’hard disk la cifra sale intorno alle trecentomila lire. Il primo tentativo è utilizzare il programma SCANDISK. Questa applicazione controlla l’intera superficie del disco (sia floppy che disco rigido) e segnala se ci sono errori. Nel caso vengano trovati degli errori, il programma tenta di sistemare il settore difettoso. Se si tratta di un problema non grave il settore sarà ripristinato, altrimenti sarà “bollato” come BAD SECTOR. In ogni caso, i file memorizzati in quel settore sono persi, sia che venga ripristinato il settore, sia che venga bollato. Quindi SCANDISK non è un programma per recuperare i dati, ma permette di verificare l’integrità di un disco. Inoltre, eseguendo questa applicazione periodicamente (soprattutto sull’hard disk), le parti rovinate del disco vengono sistemate o bollate. Il vantaggio è che si è sicuri di registrare i dati nelle zone del disco che non sono rovinate, infatti, tutti i settori “bollati”, non sono utilizzati per memorizzare i file. Nei dischi rigidi dovrebbe succedere raramente di trovare bad

 

sector, facendo il controllo con SCANDISK dovrebbe risultare tutto a posto, soprattutto con i dischi nuovi.

Il secondo tentativo che si può fare è formattare il disco. Ovviamente con questo sistema verranno persi tutti i dati, anche quelli dei settori non rovinati. Nella maggior parte dei casi però, la formattazione sistema il disco in modo che utilizzando SCANDISK non siano più segnalati bad sector. In questi casi è molto importante che il disco sia diviso in partizioni (capitolo 3). Dopo la formattazione del disco non dovrebbero più essere segnalati errori.

Il caso preoccupante è quando né SCANDISK né la formattazione sistemano i problemi. Ripetendo il controllo sul disco vengono segnalati sempre nuovi errori. Questo è il segnale che in genere precede la rottura totale del dispositivo. Se il disco è nuovo e in garanzia conviene portare il dispositivo al rivenditore e farlo sostituire. Se il disco non è più in garanzia conviene cominciare a pensare di acquistarne un altro, e al più presto fare un back up dei dati, prima che sia troppo tardi.

Nel caso del disco non in garanzia c’è un ultimo tentativo da provare (l’ultima speranza): fare la formattazione “a basso livello”. Tra i vari comandi del BIOS, in genere si trova anche FORMATTAZIONE A BASSO LIVELLO. Questa operazione non è esattamente quello che viene fatto dal produttore e non deve essere adoperata se non nel caso estremo, cioè quando non c’è più niente da fare. Questo comando è sconsigliato in ogni altro caso, perché potrebbe causare dei problemi.

 

I dispositivi più recenti utilizzano un sistema automatico di rimappatura dei settori difettosi: mentre si memorizzano le informazioni sul disco, vengono controllati i settori. Se un settore risulta inaffidabile, i file contenuti nel settore stesso vengono copiati in un altro settore in un’area del disco che normalmente è inaccessibile. Questo avviene senza che l’utente se ne renda conto (in modo trasparente all’utente). La dimensione di quest’area riservata dipende dal dispositivo, ma di solito è sufficientemente grande per contenere gli errori che si possono verificare con l’utilizzo normale del disco. Gli errori sono segnalati all’utente solo quando quest’area è completamente esaurita. La formattazione a basso livello verifica l’affidabilità dei settori ed esclude quelli inaffidabili.

 

Gli errori cui è possibile rimediare sono di tipo software, ma si possono verificare anche errori di tipo hardware. Per esempio nel capitolo 1 si è visto che le testine non devono mai toccare la superficie del disco, qualora ciò succedesse si verificherebbe un errore chiamato LANDING (atterraggio) al quale non c’è rimedio. Un altro problema grave è l’usura dello stato magnetico dei piatti.

 

SCANDISK

 

 

 

Il programma SCANDISK si trova all’interno del menu START, seguendo il percorso START – PROGRAMMI – ACCESSORI – UTILITà DI SISTEMA – SCANDISK. Si apre la finestra dell’applicazione, visualizzata nella figura 4.01.

 

 

FIG. 4.01

 

 

Si deve scegliere per prima cosa quale disco controllare, utilizzando la casella “Scegliere l’unità o le unità che si desidera controllare”.

Sono possibili due tipi di controlli: Standard e Approfondito. Il primo controlla solo la parte utilizzata del disco ed esegue un controllo veloce. Il controllo Approfondito è quello che si deve fare periodicamente sull’hard disk per prevenire i malfunzionamenti. Viene eseguita una scansione dell’intera superficie del disco, dal primo all’ultimo settore. Se ci sono errori vengono segnalati all’utente, il quale può decidere se correggerli o lasciare perdere.

Quando si esegue questo programma si deve ricordare di chiudere tutti gli altri e di disabilitare quelli che partono in automatico (per esempio lo screen saver). Se SCANDISK arriva nel settore di un programma e questo è in esecuzione, non può controllare la superficie di quel settore e ricomincia dall’inizio il controllo (cioè dal settore 0).

Conviene controllare l’intero hard disk (tutte le partizioni) almeno una volta al mese, eseguendo il controllo Approfondito.

 

 

 

 

 

 

CAPITOLO QUINTO

 

 

AGGIUNGERE O SOSTITUIRe

UN HARD DISK

 

 

 

EIDE VS. SCSI

 

 

Per aggiungere o sostituire un disco fisso è necessario collegare alcuni cavi al dispositivo e fissarlo all’interno del cabinet con almeno 4 viti. Aprendo un cabinet si nota che sono a disposizione due zone dove poter inserire e fissare due hard disk (in quelli meno costosi c’è un solo spazio). Non si devono usare dischi non fissati (per i problemi visti nei capitoli precedenti) e non si deve appoggiare un disco sopra un altro, per evitare il surriscaldamento.

Ci sono due cavi da attaccare al disco rigido: uno serve per l’alimentazione (per la corrente), l’altro per mettere in comunicazione l’hard disk con la scheda madre (e quindi con la CPU). Il primo è standard, uguale per tutti, mentre per il secondo tipo di cavo si devono considerare due tecnologie: EIDE e SCSI.

 

I componenti che controllano e fanno funzionare i dischi, seguendo i comandi della CPU, si chiamano controller e possono essere di diversi tipi.

Per anni il controller più diffuso è stato quello del tipo AT-BUS o più propriamente IDE. L’EIDE è una variante di questo e gestisce dischi di maggiore capacità, rappresenta la categoria di gran lunga più diffusa. Usa un solo bus di 40 bit, in questo bus vengono trasmessi sia i dati da memorizzare sia i comandi per il posizionamento delle testine di lettura e scrittura. Il controller EIDE funge soltanto da componente di collegamento tra CPU e il disco fisso.

Il controller SCSI (Small Computer System Interface) offre un’architettura molto aperta e utilizzabile per il controllo di vari apparecchi, non solo dischi fissi. L’unico compito svolto è trasformare i comandi provenienti dalla CPU in comandi propri del controller stesso, questi comandi vengono poi trasmessi agli apparecchi. Il trasferimento dei dati e dei comandi tra controller SCSI e disco fisso avviene su un unico bus a 25 bit. Può gestire fino a 7 componenti diverse.

 

Una grossa differenza tra EIDE e SCSI è data dal modo in cui i dispositivi comunicano con la CPU. I programmi inviano i comandi ai controller (tramite il microprocessore) e il controller li invia alle periferiche, quindi, il dispositivo che riceve il comando, inizia il suo lavoro. Nel caso di dispositivi EIDE, il controller rimane in attesa senza poter effettuare altre richieste. Per esempio arriva al controller una richiesta di leggere il settore 13 nel disco fisso; il comando viene segnalato all’hard disk, il quale inizia a lavorare. Nel frattempo (mentre le testine leggono il settore 13), arriva al controller un’altra richiesta, per leggere un file nel CD ROM. Questa seconda richiesta non può essere inoltrata: il controller deve attendere che sia finita la prima operazione. Si dice che il BUS EIDE è interamente dedicato alla periferica che ha ricevuto la prima richiesta. Solo quando il dispositivo termina il suo compito e avverte il controller, il bus viene liberato e possono essere impartiti altri comandi.

Il BUS SCSI, invece, prevede la possibilità di mandare le richieste in modo asincrono. Asincrono significa che il controller non deve attendere che un dispositivo completi il lavoro per inviare una nuova richiesta. Questa modalità di funzionamento prende il nome di Disconnect/Reconnect ed è molto utile in presenza di periferiche molto lente (per esempio masterizzatori o unità tipo zip, dischi magneto ottici e simili). Per esempio è possibile, mentre si masterizza un CD, leggere i dati sull’hard disk. Questa caratteristica è quella che rende preferibili i dispositivi SCSI rispetto agli EIDE, per chi intende masterizzare. Mentre con i dispositivi EIDE quando si lancia la masterizzazione, in generale, non si può compiere alcuna operazione, finché il lavoro non è terminato, con gli SCSI è possibile continuare a lavorare.

 

Un’altra grande differenza tra EIDE e SCSI è come vengono riconosciute le periferiche. In generale sulle schede madri sono a disposizione due controller di tipo EIDE: controller 1 e controller 2. Ad ognuno di questi possono essere collegate al massimo due periferiche.

I dispositivi EIDE devono essere settati secondo uno schema, che adesso vedremo in dettaglio. Se al controller è collegata una sola periferica, in genere non serve fare niente (AUTOMATIC). Nel caso si vogliano collegare più periferiche, si devono settare una come MASTER (“padrone”) e l’altra come SLAVE (“schiavo”). Se non si effettua questa operazione, i dispositivi non sono riconosciuti. Per configurare una periferica come master o slave si devono utilizzare gli appositi jumper posti sul dispositivo. I jumper sono “piedini” metallici, piccole punte; purtroppo non esiste un posto standard dove trovarli, ma spesso nei dischi si trovano nel retro, vicino ai cavi. Sempre nei dischi si trovano le informazioni per definire un dispositivo come master, slave o automatic, anche in questo caso non esiste uno standard. Si utilizzano dei piccoli pezzetti di plastica, chiamati ponti, per settare i jumper. I ponti fanno in modo di collegare due jumper (per fare passare la corrente); sono molto simili a quelli che si utilizzano per impostare le schede madri. In genere si mette il dispositivo più veloce come master e quello più lento come slave.

Se acquistate un computer, con un hard disk e un lettore CD, la situazione migliore è la seguente: l’hard disk collegato al controller 1 e il lettore CD collegato al controller 2, entrambi settati come automatic. Se non è così, il rivenditore ha “risparmiato” un cavo e voi perdete un po’ di velocità. Quando si intende aggiungere un altro dispositivo, si deve decidere a quale controller collegarlo.

Se si tratta di un altro disco fisso conviene collegarlo al controller 1 e settare i due dispositivi come master e slave. Se invece si tratta di un masterizzatore, o un lettore DVD, conviene collegarlo al controller 2 e settare i due lettori come master e slave. Per gli hard disk non è finito il lavoro, infatti tutti i dispositivi sono rilevati all’avvio, ma il nuovo hard disk non è ancora utilizzabile. Se osservate, nelle schermate iniziali, all’accensione del computer, il BIOS verifica cosa è collegato ai due controller: quattro voci, cioè controller 1 master e slave e controller 2 master e slave. Il nuovo disco sarà notato dal BIOS, ma per poterlo utilizzare il BIOS ha bisogno di sapere quanti cilindri, testine, tracce e settori ci sono. Si deve quindi entrare nel programma del BIOS e utilizzare il comando HDD AUTO DETECTION, questo esamina tutti i dispositivi attaccati ai due controller e trova tutte le caratteristiche necessarie. Funziona tutto in automatico, si deve solamente eseguire questo comando e salvare le modifiche al BIOS. Ora è possibile utilizzare il nuovo disco, dopo la formattazione. HDD AUTO DETECTION è necessario anche nel caso si sostituisca un hard disk con un altro.

Per avere un controller SCSI si deve acquistare una scheda madre che disponga di un controller ulteriore SCSI (oltre ai due EIDE), oppure acquistare una scheda di espansione PCI. Ad un controller SCSI possono essere collegate 7 periferiche, alle quali deve essere assegnato un numero ID, diverso per ogni una. In ogni dispositivo si trovano i jumper con le istruzioni per definire il numero, se due dispositivi hanno lo stesso numero, solo il primo viene considerato. Inoltre, l’ultimo collegato sul cavo SCSI deve essere settato come terminatore, altrimenti non funzionano neanche gli altri. Di seguito si trovano alcune immagini, con le descrizioni in corsivo, tratte da un manuale TRAXDATA, nel quale sono presenti le istruzioni per settare un dispositivo SCSI.

 

FIG. 5.01

 

 

Il numero SCSI ID viene usato in modo che il computer possa riconoscere un dispositivo SCSI collegato. Potete usare da 0 a 7 come numero SCSI ID. In genere il 7 è usato per il numero scheda SCSI ID e 0 per il primo dispositivo SCSI della catena.

Importante: se usate altri dispositivi SCSI, assicuratevi di usare un numero ID diverso per ciascun dispositivo.

 

FIG. 5.02

 

 

Usare i collegamenti ponte per cortocircuitare le posizioni mostrate in nero.

 

FIG. 5.03

 

 

La configurazione del terminatore indica se questo dispositivo SCSI è l’ultimo oppure no.

Terminatore acceso (con un ponte).

Usare questo settaggio se il dispositivo è l’ultimo dispositivo nella daisy chain interna SCSI.

Terminatore spento (senza un ponte).

Usare questo settaggio se altri dispositivi, a parte questo, si trovano nel collegamento a margherite interno e questo dispositivo non è l’ultimo.

 

 

Hard disk dischi rigidi

 

Collegamenti utili gratuiti

 

Disclaimer : gli obiettivi di questo sito sono il progresso delle scienze e delle arti utili in quanto pensiamo che siano molto importanti per il nostro paese i benefici sociali e culturali della libera diffusione di informazioni utili. Tutte le informazioni e le immagini contenute in questo sito vengono qui utilizzate esclusivamente a scopi didattici, conoscitivi e divulgativi. Le informazioni di medicina e salute contenute nel sito sono di natura generale ed a scopo puramente divulgativo e per questo motivo non possono sostituire in alcun caso il consiglio di un medico (ovvero un soggetto abilitato legalmente alla professione). In questo sito abbiamo fatto ogni sforzo per garantire l'accuratezza dei tools, calcolatori e delle informazioni, non possiamo dare una garanzia o essere ritenuti responsabili per eventuali errori che sono stati fatti, i testi contenuti nel sito sono di proprietà dei rispettivi autori. Se trovate un errore su questo sito o se trovate un testo o tool che possa violare le leggi vigenti in materia di diritti di autore, comunicatecelo via e-mail e noi provvederemo tempestivamente a rimuoverlo.