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Hard Disk: L’anima del Pc

La struttura, gli standard e l’utilizzo della memoria di massa più importante del Pc.

Se dovesse capitarvi di osservare un disco rigido aperto, notereste subito alcuni particolari caratteristici. Per cominciare i “piatti”, in numero variabile a seconda della densità di memorizzazione gestita e dei Gigabyte totali disponibili. Altrettanto visibile sarebbe il cosiddetto “attuatore”, ossia il supporto per i braccetti che reggono le “testi ne” di lettura/scrittura, una per ogni piatto. L’interno di un disco fisso rivela, inoltre, l’elettronica di controllo. I piatti e le testine sono progettati in modo particolare, con caratteristiche non facilmente intuibili. Vediamole più in dettaglio.
Nei dischi rigidi la registrazione delle informazioni awiene tramite una sottilissima pellicola di materiale ferromagnetico (di solito una lega di Cobalto) depositato su uno strato non magnetico (Cromo o anche NichelAlluminio) che a sua volta ricopre un substrato in lega di alluminio o vetro. Il processo di deposizione awiene ormai quasi esclusivamente mediante una tecnica chiamata “sputtering“: del gas inerte viene riscaldato fino a ottenere un plasma, e quest’ultimo estrae da un supporto metallico gli atomi che andranno poi a formare la pellicola. L’incremento della densità di memorizzazione su supporto magnetico, la quantità di MByte per centimetro quadrato, sta crescendo del 60% circa ogni anno. Naturalmente questo pone grossi problemi tecnologici, perché è necessario infatti cercare di ridurre sempre più le dimensioni longitudinali e trasversali delle singole tracce, ossia le unità elementari di superficie, ciascuna delle quali è in grado di immagazzinare dati. Le testine di lettura/scrittura costituiscono l’interfaccia tra i piatti e l’elettronica di controllo, che a sua volta è l’interfaccia tra il disco rigido e il software. Esse rappresentano un componente fondamentale ed è quindi comprensibile che siano in continuo studio e perfezionamento. Le prime testine si basavano sul fenomeno dell’induzione elettromagnetica, sia per la scrittura che per la lettura: veniva utilizzato un piccolissimo elettromagnete, a ferro di cavallo, awolto in una bobina di un conduttore elettrico (normalmente Rame). Oggi l’operazione di scrittura adotta lo stesso meccanismo, anche se owiamente con modalità e tecniche (microlitografiche) molto più all’avanguardia. La testina di lettura è invece realizzata da un sensore magnetoresistivo, un dispositivo la cui resistenza al passaggio della corrente elettrica varia al variare del campo magnetico cui viene sottoposto. La progressiva miniaturizzazione delle testi ne, prodotte ormai con le stesse tecniche caratteristiche della lavorazione del silicio per semiconduttori, deve andare di pari passo con la riduzione delle tracce di memorizzazione sul supporto magnetico, ma anche con l’accorciamento della distanza testina dalla superficie del disco. Questo comporta un maggiore controllo delle caratteristiche superficiali del supporto di memorizzazione, sia in termini di planarità che di protezione da eventuali contatti meccanici con la testina. Ad oggi la distanza dal disco (circa 60 nanometri, 60 miliardesimi di metro) è mantenuta costante da un sistema a cuscinetti d’aria, in cui la pressione necessaria è ottenuta sfruttando direttamente la velocità relativa del disco

CARATTERISTICHE FONDAMENTALI

Le prestazioni di un hard disk sono basate su numerosi fattori, tra i quali i tempi di accesso (in millisecondi), la velocità di rotazione dei piatti (in rpm, giri al minuto) e la densità di memorizzazione dei piatti (ossia il numero di Megabyte per centimetro quadrato memorizzabili sulla loro superficie).

LA FORMATTAZIONE

Per capire cosa sia la formattazione immaginiamo una parete enorme, completamente vuota. È il nostro disco fisso. Potenzialmente ha la capacità di archiviare in scaffali moltissimi libri. La formattazione pulisce la parete, la imbianca, e crea degli scaffali virtuali, una suddivisione funzionale dello spazio in sottounità, chiamate “cluster”. Ora che abbiamo l’impalcatura possiamo cominciare a riempirla di volumi, i file. Ma con che ordine? Con quali metodi? Ecco allora che ci viene in aiuto il file system, una sorta di bibliotecario che sa dove mettere e da dove recuperare i file. Esistono diversi tipi di file system, come il FAT16. e il FAT32 (Fi/e Allocation Tab/e) che differiscono per la dimen sione dei cluster, oppure ancora l’NTFS (NT File System), che organizza i file in modo diverso dalle varie FAT. La formattazione può essere di due tipi, a basso e ad alto livello. La prima viene eseguita di norma una volta sola, dal produttore, e organizza i piatti del disco fisso negli elementi fisici fondamentali: tracce, settori e cilindri. Le tracce sono percorsi circolari rappresentabili con dei cerchi concentrici, presenti su ogni faccia di ciascun piatto. Si è soliti individuare ciascuna traccia con un numero a partire dalla traccia zero sita sul bordo esterno. L’insieme di tracce che si trova alla stessa distanza. dal centro (owero con lo stesso numero), su tutti i lati di tutti i piatti, viene chiamato cilindro. Il secondo tipo di formattazione, ad alto livello, è la classica pulizia che gli utilizzatori di PC sanno di dover periodicamente eseguire, per mantenere il sistema ordinato e nelle migliori condizioni di prestazioni.
Capita spesso, in ogni caso, che una certa area contigua non riesca a contenere tutti i dati di un file, e in tal caso essi sono frammentati e le diverse parti sono collocati in aree diverse.
Quando arriverà il momento di riunirli per leggere il file originale sarà necessaria una certa quantità di tempo. È quindi importante deframmentare regolarmente il disco fisso, per far sì che il computer provi a riunire tutti i frammenti dei diversi file memorizzandoli in aree contigue.

LA TECNOLOGIA RAID

La tecnologia RAID (Redundant Array of /nexpensive Disks), che in breve consiste nel collegamento simultaneo e sincrono di più unità disco, con diverse modalità e prestazioni, a seconda dell’utilizzo per cui è progettato il sistema, nasce negli anni ’80 per soddisfare principalmente due esigenze: la sicurezza dei dati e la velocità di accesso agli stessi. I dischi fissi non hanno più i costi elevati di un tempo, e le nuove schede madri, che ormai integrano quasi sempre i controller necessari, hanno consentito a questa tecnologia di raggiungere il mercato domestico.

Luca Chialastri

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