HARDDISKS 1 ~LEGO.FIL~ ~BRIEF1.BLK~ ~RED.PAL~ Harddisks Steenwijk, 22 februari 1995 Marco de Boer, A7B Inhoud Blz. 1. Inleiding 3 2. De Harddisk 4 3. De Harddisk Technisch bekeken 6 4. De Aanschaf van een Harddisk 11 5. Samenvatting 15 Bronvermelding 16 Bijlage 1: De aansluitingen van een IDE-drive. 3 1. Inleiding. Mijn eerste verslag bij Jonkers Data gaat over hard-disks. Tegenwoordig wordt bijna elke PC met een harddisk uitgerust. Alleen de PC's die als Client aan een netwerk hangen bezitten over het algemeen geen harddisk. Maar die hebben dan wel weer indirekt toegang tot zo'n harde schijf. Het tweede hoofdstuk van dit verslag behandeld de harddisk zo'n beetje in het algemeen. Ik vertel iets van de ontwikkeling van de harddisk in de afgelopen jaren. Hierbij maak ik gebruik van een aantal termen en uitdrukkingen, maar daar ga ik in dit hoofdstuk nog maar niet op in. In hoofdstuk drie van dit verslag ga ik iets dieper in op de harddisk. Ik leg in dit hoofdstuk onder andere uit wat de bepaalde termen betekenen die horen bij een harddisk zoals MTTR, MTBF enzovoort. Tevens zal ik alle uitdrukkingen en termen verklaren die in hoofdstuk twee zijn voorgekomen. In hoofdstuk vier leg ik uit waar je op moet letten bij de aanschaf van een harddisk. Hierbij maak ik gebruik van de uitleg van de verschillende termen die ik in hoofdstuk drie behandeld heb. 2. De Harddisk. Een harddisk bestaat uit een aantal aluminium plaatjes met een dunne magnetische laag van ijzeroxide of een speciale kobaltlege- ring die boven elkaar zijn gemonteerd. Door de plaatjes van stevig materiaal te maken, kan het oppervlak veel gladder worden. Hierdoor kan de lees- en schrijfkop veel dichter boven het oppervlak "zweven". Dit betekent dat er op een kleiner oppervlak geschreven en gelezen kan worden. Door die kleine afstanden tussen kop en plaat is de harddisk erg gevoelig voor stof. (Overigens deze afstand tussen kop en opper- vlak ligt rond de 0,00005 millimeter.) Een harddisk wordt dan ook gemaakt in een stofvrije omgeving. Daarna wordt de harddisk in een stofdichte behuizing gedaan. Het openen van deze behuizing in een niet-stofvrije omgeving is hoogst waarschijnlijk fataal voor de harddisk. Een harddisk bestaat net zoals floppydisks uit sporen. Deze sporen (ook wel tracks genoemd) worden weer onderverdeeld in sectoren. Elke sector kan een aantal bytes bevatten, meestal 512 of 1024 bytes. Doordat de tracks zich boven elkaar bevinden worden deze tezamen ook wel cilinders genoemd. Doordat de koppen van een harddisk op een soort van kam gemonteerd zijn is het bereik altijd een hele cilinder. (Zie figuur 1.) Voordat de computer iets kan begrijpen van de informatie die op de harde schijf staat, moet dit eerst door de controller bewerkt worden. Deze controller leest de informatie die op de harde schijf staat uit en zet dit daarna op de juiste wijze in een gedeelte van het geheugen van de computer. 5 De eerste harde schijven die aan MS-DOS computers "hingen" werden aangestuurd door de Seagate ST506 controller. Later (namelijk in 1984) presenteerden Western Digital en IBM een nieuwe standaard. In het begin had deze standaard nogal wat aanloopproblemen, en sloeg dus ook niet direct aan. Twee jaar later werd de standaard bijgeschaafd door Western Digital en Compaq. Deze standaard is tegenwoordig bekent als IDE en wordt bijna in elke huidige personal computer gebruikt. Bijlage 1 laat de aansluitingen zien zoals die tegenwoordig te vinden zijn op de IDE-harddisk Helaas heeft IDE nogal wat beperkingen. (daarover meer in het volgende hoofdstuk.) Er was naast IDE nog een andere standaard die niet zoveel last had van de beperkingen zoals IDE deze kende, maar die standaard heeft eigenlijk nog nooit echt gemaakt in de wereld van MS-DOS. Tot de komst van de CD-ROM. Hoewel er tegenwoordig ook CD-ROM-drives zijn die gebruik maken van IDE, maken de meeste CD-ROM-drives gebruik van de SCSI-controllers. Tegenwoordig zijn er al weer twee nieuwe standaarden bijgekomen. Dit zijn de EIDE en de ESDI. EIDE is een soort van afgeleide van de IDE en de ESDI is een soort van afgeleide van de SCSI. Hierbij moet ik nog zeggen dat het ESDI systeem al weer een beetje in het ongebruik geraakt is. Het lijkt de grote verliezer ten opzichte van de EIDE. Maar wie weet wat de toekomst nog brengen zal voor de ESDI, want EIDE is er toch ook nog niet helemaal. 6 3. De Harddisk Technisch Bekeken. Een harddisk bestaat evenals een diskette uit een schijf met een magnetiseerbare lag. Deze laag maakt het mogelijk gegevens voor langere tijd vast te houden. Vroeger lag de dikte van deze laag tussen de 0,4 en de 0,8 micrometer. Tegenwoordig zijn er ook harddisks die gebruik maken van de thin film-techniek. Zoals te zien is in figuur 2 ligt de dikte van die laag tussen de 0,04 tot de 0,1 micrometer. Beide lagen hebben zo hun voor en hun nadelen. De conventionele dikke laag houdt de informatie langer dan de dunnere magnetische laag. Nadeel hiervan is echter dat het ook langer duurt voordat de laag gemagnetiseerd is. En snelheid is een van de belangrijkste faktoren die bij een harddisk horen. Om tijdwinst te krijgen blijft de harddisk ook op 3600 toeren per minuut draaien. Het duurt even voordat de harddisk deze snelheid bereikt heeft, maar dat is geen probleem. Want deze aanlooptijd geeft de MS-DOS computers de mogelijkheid om het geheugen uit te testen en te kijken of alle instellingen kloppen zoals die opgeslagen zijn in het CMOS geheugen. Een harddisk heeft voor ieder plaatje twee lees/schrijf-koppen. Als er dus zes koppen aanwezig zijn, betekent dit dat er drie schijfjes in de harddisk gemonteerd zijn. Vreemd genoeg zullen we ook harddisks tegenkomen met een oneven aantal koppen. Dit is een verwijzing naar een voice coil-actuator. Gewone harddisks hebben een stappenmotor om de lees/schrijfkoppen te bewegen. De stappenmotor maakt veel lawaai, en is gevoelig voor temperatuurverschillen. Dit is zelfs zo erg dat de harddisk bij lage temperaturen niet wil opstarten. Dit gebeurde vroeger nog wel eens als de computer het hele weekend uit was geweest, en de verwarming een aantal graden lager was gezet gedurende het weekend. 7 Duurdere harddisks hebben een speciaal mechanisme waardoor de kop door een magneetspoel bewogen wordt. Dit systeem wordt een voice coil actuator genoemd. Omdat een magneetspoel geen vaste stappen kent voor zijn beweging, is er een zogenaamde feedback (terugkoppeling) nodig om te kijken op welke positie de koppen zich bevinden. Hiervoor wordt een kant van een schijfje gebruikt. Hierop houdt men de exacte positie van een track bij in een index. Deze index bevat het spoornummer. Als dit nummer goed gelezen kan worden, dan houdt dit automatisch in dat de koppen zich op de juiste positie bevinden. Nadeel hiervan is, dat er een schijfje verloren gaat die eigenlijk voor een grotere capaciteit had kunnen zorgen. Maar er zijn echter meerdere voordelen bij dit soort harddisks. Namelijk: * Het mechanisme is veel betrouwbaarder. * De harddisk is minder lawaaierig * En het geheel is veel duurzamer dan de conventionele harddisk met stappenmotor. Normalerwijs raken de koppen de schijven niet. De koppen zweven ongeveer 0,0005 millimeter boven het schijfoppervlak. Doordat de schijven met grote snelheid ronddraaien ontstaat er namelijk een soort van luchtkussen tussen schijf en kop. Dit luchtkussen zorgt ervoor dat koppen niet in aanraking komen met de schijf. (Dit is wel het geval bij floppy-disks.) Het ontstaan van zo'n luchtkussen wordt het Bernoulli-effect genoemd. Mocht een of meerdere koppen toch in aanraking komen met de schijf, dan spreken we van een head crash. In dit geval is de magnetische laag dan ook beschadigd. Eventuele informatie die op die plek stond is dan hoogst waarschijnlijk voorgoed verloren gegaan. Een head crash is nooit helemaal uit te sluiten en komt ook voor bij kwalitatief betere hard-disks. Dus mochten er belangrijke gegevens staan op een harddisk is het altijd van belang om daar regelmatig een back-up (Veiligheidskopie) van te maken. 8 De oudere conventionele koppen die zich in de harddisk bevonden worden wel Winchester-koppen genoemd. Maar ook op dit gebied blijft de techniek niet stilstaan en daarom maken de meeste harddisks van tegenwoordig dan ook gebruik van de zogenaamde Whitney-kop. Deze Whitney kop is een stuk lichter dan zijn voorganger. Daardoor is deze sneller te verplaatsen dan de conventionele kop. De lees- en schrijfkop zelf is ook een stuk kleiner geworden. Dit levert weer een grotere schrijfdichtheid op. Figuur drie toont het verschil tussen de beide koppen. Er zijn ook nog andere manieren om de schijfcapaciteit te verho- gen. Een van die manieren is het gebruik maken van een harddisk met Run Length Limited. De ST506/412 controller (beide controllers zijn eigenlijk hetzelf- de) is in feite verouderd, maar wordt nog steeds toegepast. Deze controller werd ontwikkeld door Seagate rond 1980 voor een 5 Megabyte harddisk. De maximale overdracht-snelheid van deze schijf bedraagt 5 Megabits per seconde. De overdrachtsnelheid is de snelheid waarmee de gegevens van harde schijf naar computer kunnen worden getrans- porteerd. De ST506/412 controller is zowel geschikt voor MFM als RLL. Modified Frequency Modulation (MFM) is een relatief gezien eenvoudige manier om gegevens op een harde schijf te zetten. Run Length Limited (RLL) daarentegen is een duurdere, storingsgevoeli- ger en een ingewikkelder methode. Maar zoals al gezegd met RLL vergroot je de schijfcapaciteit wel. Bij RLL past er op een harde schijf ongeveer 1,5 keer meer gegevens dan bij dezelfde schijf met MFM. Een ander voordeel is dat RLL een stuk sneller is dan MFM. Een MFM harddisk heeft 17 sectoren per spoor, een RLL harddisk heeft er 26. Voor een RLL harddisk zijn kortere kabels, voice coil besturing en thin film media vrij belangrijk. Een RLL harddisk is over het algemeen vrij gemakkelijk te herken- nen aan de capaciteit. Voor MFM zijn de volgende formaten vrij gebruikelijk: 20, 40 en 80 Mb. Voor RLL zijn 32, 48, 64 en 128 Mb meer gangbaar. 9 IDE is eigenlijk de grote standaard in de pc-wereld. Dat is eigenlijk ook de grote kracht van IDE geweest. Het is een soort van universele standaard geworden waardoor de fabrikanten van harde schijven zich slechts op een standaard hoefden te concentre- ren. Maar tegenwoordig, zeven a acht jaar na de ontwikkeling van IDE is men toe aan een nieuwe standaard. IDE is oud, en achterhaald. Je kunt niet zomaar elke harddisk aansluiten op een pc met IDE. Als een harddisk groter is dan 528 Megabyte, dan kan de pc deze niet meer op normale wijze beheren. Meestal wordt er bij een harddisk met een grote capaciteit wel speciale software meegele- verd die dit probleem voor de pc voor een gedeelte oplost. In de beginjaren was dit niet zo'n groot probleem. Aan de hand van de tweede harddisk-aansluiting kon men de totale schijf-capaciteit opvoeren naar 1 Gigabyte. Bovendien lag de doorvoersnelheid beduidend hoger dan hetgeen de 8 MHz. ISA pc-bus aankon. Tegenwoordig is deze snelheid lang niet meer toereikend gezien de mogelijkheden van de Vesa Local- en PCI bustechniek. Dankzij de doorbraak van de CD-ROM zijn de twee aansluitingen van IDE eigenlijk wel beperkt. IDE kent dus eigenlijk drie grote proble- men: * Beperkte schijfcapaciteit (528 Mb) * "Lage" doorvoersnelheid (3 tot 5 Megabit per seconde) * Beperkt aantal apparaten aan te koppelen (2 apparaten) Het eerste probleem ligt eigenlijk niet helemaal aan de pc, maar ook een beetje aan de IDE standaard. Het BIOS van de pc (het eigenlijke besturingssysteem) kan een maximale schijfcapaciteit aan van 1024 cilinders, 255 koppen en 63 sectoren. Omdat voor DOS een sector 512 bytes groot is komen we aan een capaciteit van 8,4 Gb. De IDE standaard kan echter een schijfcapaciteit aan van 65.535 cilinders, 16 koppen en 63 sectoren wat neerkomt op 136,9 Gb. En daar ligt nu het probleem. Er moet dus naar een middenweg gezocht worden. Deze wordt gevonden in 1024 cilinders, 16 koppen en 63 sectoren. Dit alles komt neer op een schijfcapaciteit van 528 Megabytes. Dit probleem is op te lossen door het BIOS en IDE-controller voor de gek te houden. Een stuurbestand vertaalt het BIOS CHS-adres (Cylinder head sector adres) in een soort van "namaak" adres waarmee de IDE-interface wel iets kan. Het systeem adresseert zo een blok in plaats van een afzonderlijke cylinder, kop en sector. Hierdoor kan dan dus ook de maximale schijfcapaciteit van 8,4 Gb. gehaald worden. Deze oplossing is eigenlijk niet zo netjes. Een betere oplossing zou zijn: de oude BIOS vervangen voor een nieuwe, en de IDE-inter- face vervangen voor een EIDE-interface.