ORGANIZZAZIONE DEL DISCO RIGIDO

Geometria degli Hard Disk

Il disco rigido (Hard Disk) è costituito da una serie di piatti coassiali (Disk–Pack) che ruotano intorno ad un asse comune con velocità tipiche di 5400 giri/minuto (RPM = Revolution Per Minute) o 7200 RPM, fino a 15000 RPM. Ogni piatto è composto di materiale plastico ed è ricoperto su entrambe le facce da uno strato sottile (qualche micron) di materiale ferromagnetico. Tale strato presenta sulla superficie milioni di areole che possono essere magnetizzate da un campo magnetico. Un’areola magnetizzata corrisponde ad un 1 logico, un’areola smagnetizzata ad uno 0 logico. In prossimità di ciascuna faccia di ogni piatto si affaccia una testina di lettura/scrittura che può muoversi in senso radiale mentre il disco ruota a velocità costante. Il compito della testina è leggere o scrivere dati sulla superficie dei ciascuna faccia. Quando la testina deve memorizzare (scrittura) un bit emette un campo magnetico impulsivo che magnetizza l’areola, mentre, quando deve acquisire (lettura) un bit, passa attraverso l’areola: se la trova magnetizzata, si produce una corrente impulsiva indotta sul circuito della testina e questo corrisponderà ad un 1, altrimenti si avrà assenza di corrente e ciò corrisponderà ad uno 0. 

Ogni testina è individuata da un numero intero a partire da 0, che corrisponde anche al numero della faccia del disco. 
Ogni faccia a sua volta è suddivisa in tracce circolari concentriche dal cui numero dipende la capacità del disco. Maggiore è la densità delle tracce, maggiore la quantità di informazioni che si possono registrare sul disco stesso. Le tracce, come le testine, sono numerate in successione a partire da 0 che individua la traccia più periferica. Ogni traccia inizia con una speciale sequenza di bit chiamata  preambolo e termina con un’altra sequenza di bit chiamata postambolo. 
Tutte le tracce con lo stesso numero giacciono su una superficie cilindrica ideale del disco e questo permette di  far riferimento al numero di traccia o di cilindro indifferentemente. 

Ogni traccia è suddivisa in blocchi di bit chiamati settori. Un settore contiene 512 bytes ed è individuato mediante un numero a partire da 1. Il numero di settori per traccia è tipicamente 63. 
Il settore è la più piccola unità di lettura/scrittura. In altre parole la lettura e la scrittura vengono effettuate per blocchi non minori di 512 bytes, che possiamo anche chiamare record fisici. 

Indirizzamento

Esistono due modi per individuare un settore.
Il primo consiste nel fornire una terna di numeri: il numero della testina, il numero di cilindro e quello del settore. Questa terna è chiamata indirizzo CHS (Cylinder, Head , Sector = Traccia, Faccia, Settore). L'indirizzo CHS è di tipo 10+8+6 = 24 bit.

I cilindri possono essere al massimo 2¹⁰ = 1024
Le testine 2⁸ = 256
I settori 2⁶ = 64 per traccia

Al giorno d'oggi questi parametri  non sono più adeguati a descrivere la geometria del disco: infatti mentre il numero di testine è eccessivo (un disco non ha in genere più di 3-5 piatti), la densità delle tracce è molto superiore alle 1024 consentite, quindi  i settori vengono numerati utilizzando la successione 0,1,2.... partendo dalla traccia più esterna alla più interna. 
Questo tipo di indirizzamento prende il nome di LBA (Linear Block Addressing o Large-Disk Block Addressing) ed è quello utilizzato dal sistema operativo. Inizialmente l'indirizzo era sempre a 24 bit, (2 ²⁴ = 16 Mega indirizzi -> 8 Gbyte) poi salito a 32 (2 ³² = 4 Giga indirizzi -> 2 Tbyte), infine a 48 (2 ⁴⁸ = 256 Tera indirizzi -> 128 Pbyte).

Tempo di accesso

Un parametro importante dell'HD è il tempo impiegato per accedere ad un determinato settore che non sia sotto la testina. Esso dipende da diversi fattori:

• Seek Time : posizionamento della testina sulla traccia specificata. Si tratta di un movimento meccanico, quindi è quello che causa il maggiore ritardo nelle operazioni. (4-15 ms) Per questo motivo le informazioni logicamente connesse (cioè appartenenti allo stesso file) vanno distribuite possibilmente sullo stesso cilindro. Quando questo non avviene, il file è "frammentato". Per questo motivo la deframmentazione  può migliorare la velocità di risposta del disco
• Latency Time:accesso allo specifico settore della traccia. Il tempo di latenza è inversamente  proporzionale alla velocità di rotazione del disco. Il tempo di latenza medio si calcola sul tempo impiegato dal disco a compiere mezzo giro, e varia dai 2 ai 5 ms circa.
• Transfer rate: una volta raggiunto il settore desiderato, la velocità del disco dipende anche dal tempo di trasferimento dei dati, legato essenzialmente dal tipo di interfaccia. 

Le case costruttrici forniscono in genere  il tempo d’accesso medio in lettura e in scrittura di un disco.

PARTIZIONI

Una partizione è un area del disco composta da settori e cilindri contigui. Ci sono tre  tipi di partizione

• PARTIZIONE PRIMARIA 
  • in un disco rigido, ne deve esistere almeno una
  • può contenere il programma di caricamento (loader) di un sistema operativo 
  • in questo caso il il loader si trova in un settore (il primo) della partizione chiamato boot sector
  • può contenere un sistema operativo, ma anche dati
  • in un disco se ne possono creare al massimo 4, 3 se è presente una partione estesa
• PARTIZIONE ESTESA
  • è un contenitore di partizioni chiamate partizioni logiche o volumi
  • non contiene dati  ma solo volumi logici
• PARTIZIONE LOGICA
  • può contenere anche  il  kernel di un moderno SO, che può essere avviato anche da partizioni logiche  
  • può ospitare un  sistema operativo, o può contenenre dei dati
  • in una partizione  estesa, se ne possono inserire al massimo 62

Per creare una o più partizioni logiche si deve prima creare una partizione estesa che le contenga.
Se il disco è un disco di avvio, deve esistere una partizione primaria contrassegnata come attiva: questo indica al BIOS dove cercare il boot loader. 

Le informazioni sulle partizioni presenti in un HD si trovano in una tabella chiamata Partition Table, allocata nel Master Boot Record (MBR), che si trova all'indirizzo fisico (0,0,1): cilindro 0, faccia 0, settore 1. (settore 0 se si usa LBA) 
La tabella si trova negli ultimi 64 byte del settore, e per ogni partizione ha a disposizione 16 byte, in cui  sono registrate le seguenti informazioni:

• Se la partizione è avviabile
• Indirizzo del primo settore
• Numero di settori
• Tipo di partizione (file system)