Web Graphics

Gli hard disk, essendo dotati di parti mobili, hanno maggiore probabilità di manifestare problemi di usura, rispetto agli altri tipi di supporto. Le parti meccaniche che possono creare problemi sono i cuscinetti del motore di rotazione e il perno dell’attuatore, che regge e sposta le testine di lettura sul piatto. Un piccolissimo spostamento delle testine, che viaggiano a milionesimi di millimetro dalla superficie, è in grado di farle appoggiare sul piatto rovinando la pellicola magnetica e la conseguente perdita delle informazioni in quel punto, oppure un cuscinetto consumato potrebbe grippare e bloccare il motore di rotazione. Solitamente i problemi hardware non si manifestano d’improvviso, ma sono preceduti da una serie di avvisaglie: aumento del tempo all’avvio, rallentamento delle prestazioni, eccesso di calore sul corpo del disco, o rumori metallici (ma in questo caso potrebbe essere già troppo tardi).
Le case produttrici di hard disk hanno sviluppato un sistema che controlla i diversi parametri del disco, potendo così prevedere alcuni guasti. Grazie a questi sistemi, integrati nel firmware del disco, l’utente può visionare lo stato del suo Hd.
Il software controlla le prestazioni e le compara con la tabella predefinita: uno scostamento eccessivo rispetto ai valori della tabella non è ovviamente un buon segnale.
I parametri che vengono controllati per segnalare l’approssimarsi di un guasto sono diversi. Ad esempio un tempo elevato nel raggiungere la velocità ottimale di rotazione è un segnale di guai con il motore; numerosi tentativi di ricerca dei dati e un notevole utilizzo del sistema di correzione, sono un avviso di problemi con la testina di lettura; un numero elevato di settori rovinati vuol dire che le testine stanno toccando la superficie del disco.
Questo sistema non può prevedere tutti i problemi del disco, poiché alcuni non sono assolutamente diagnosticabili e prevedibili. Una sovratensione che distrugge i circuiti integrati è un fattore fuori dal suo controllo, come pure un urto violento che danneggia meccanicamente il disco.

Una testina volante fissata ad un dispositivo molto aerodinamico simile ad un’ala effettua le operazioni di scrittura e lettura in modo molto simile a quello che fa un registratore audio (qui però la testina si muove...); l’hard-disk gira vorticosamente creando un microvortice in grado di far allontanare con lo spostamento d’aria la testina dal disco di qualche micron (1 micron= 1/1000 di millimetro!). In esso vengono fisicamente archiviati i dati preposti al funzionamento del sistema operativo ed i dati utente; un comune computer moderno ha un hard disk che può variare da 20 a 80 Gigabytes. Le informazioni sono memorizzate su di esso sotto forma di files. Un file è semplicemente una sequenza di bytes. I bytes possono rappresentare un codice ASCII per un carattere di un file testo oppure possono essere delle istruzioni per un particolare software oppure ancora un colore di un pixel in un immagine. Non importa quello che contiene, un file è semplicemente una sequenza di bytes. Quando un programma lo richiede, l'hard disk lo trova e byte per byte lo invia alla CPU per la successiva eleaborazione. Le caratteristiche salienti del disco fisso in termini di prestazioni sono:
Il ritmo di trasferimento dei dati (data rate): è la quantità di dati trasferibili in un secondo dal disco al controller;
Il tempo medio di accesso: è il tempo necessario a posizionare la testina sull’apposita traccia (seek time, 5-15 ms, 1 ms per le tracce adiacenti) più il tempo che occorre perché l’apposito settore passi sotto la testina (latency time, dipende dalla velocità di rotazione, 5400-10800 rpm 2.7-5.4 ms).
La capacità di immagazzinamento: è la massima quantità di dati che si possono memorizzare su disco dopo la formattazione; infatti il sistema operativo utilizza una parte del disco per immagazzinare le proprie informazioni e quindi lo spazio reale per la memorizzazione dei dati è inferiore dopo la formattazione.
I meccanismi di un disco fisso sono piuttosto semplici, almeno da un punto di vista teorico. Se apriamo un hard-disk ci accorgiamo che è costituito da una pila di uno o più piatti (i veri e propri dischi) ricoperti da uno strato (supporto magnetico) simile ad una microscopica asfaltatura, su cui vengono registrati i dati. I piatti ruotano assieme su un perno, chiamato asse. Solitamente il perno si collega direttamente ad un motore assiale che li fa girare insieme. La maggior parte dei dischi fissi adopera motori assiali servo controllati, che verificano costantemente la velocità adoperando sensori ottici o magnetici che compensano automaticamente qualsiasi variazione. Solitamente i piatti compiono dalle 3000 alle 8000 rotazioni al minuto (rpm).

A differenza di quanta avviene per i floppy, i piatti degli hard disk vengono mantenuti in costante rotazione, ciò fa si che i dati in esso registrati siano immediatamente disponibili, letti e scritti alla maggior velocità possibile. Uno dei principali fattori nella determinazione della capacità di memorizzazione di un disco fisso è il numero di piatti adoperati dal drive, infatti, maggiore è l’area della superficie, maggiore è la capacità di memorizzazione. A parità di tipo di supporto, un drive con più piatti memorizzerà dunque più informazioni. Tradizionalmente, i piatti di un disco fisso sono costituiti da una lega di alluminio su cui è applicato un materiale magnetico, lavorata con macchine di precisione per ottenere una tolleranza dimensionale molto bassa, misurata in frazioni di micron.
Il primo supporto magnetico usato negli hard disk era costituito da composti di ossido ferrico, cioè granelli di una “ruggine” molto particolare e fine, macinate in una mistura di altri composti, tra cui un legante simile alla colla (che serviva anche a isolare le particelle di ossido) e, in genere, un lubrificante. Questa mistura veniva poi “spalmata” sui piatti.
I supporti in ossido, però, poiché erano morbidi e tendevano a rovinarsi nel tempo impattando con la testina, sono stati sostituiti da supporti in film sottile, costituiti da un uno strato impalpabile di puro metallo, o un insieme di metalli, steso sulla superficie. Questi film sottili, che possono essere applicati elettro-galvanicamente, rispetto alla tecnologia ad ossido presentano parecchi vantaggi.
La maggiore uniformità del supporto a film sottile consente una maggiore concentrazione dei dati sul disco, il che significa più megabyte per piatto, le tracce e i dati sono più vicini fisicamente e di conseguenza, la testina di lettura e scrittura non ha bisogno di spostarsi molto nei suoi accessi casuali, migliorando così ulteriormente le prestazioni del disco. I piatti placcati sono inoltre più duri delle testine di lettura/scrittura e sono meno vulnerabili negli impatti con la testina.
Per individuare l'informazione su un disco (HD) è necessario conoscere su quale piatto è stata scritta, non solo, ma anche su quale delle due superfici del piatto, su quale traccia e su quale settore. Spesso si confonde la capienza (spazio a disposizione misurato in Gb e sottomultipli) di un disco rigido (spazio su disco) con la memoria del proprio PC, che è invece rappresentata dalla RAM (Random Access Memory).
Il disco fisso tradizionale è un meccanismo combinato in parte elettronico e in parte meccanico. Da un punto di vista elettrico esso svolge la funzione di trasformare gli impulsi di dati digitali elettronici in campi magnetici permanenti; analogamente ad altri dispositivi di registrazione magnetici, floppy disk, registratori audio e video, anche il disco fisso raggiunge il suo fine usando un elettromagnete, la testina di lettura/scrittura per allineare le polarità delle particelle magnetiche sugli hard disk stessi. Il resto dell’elettronica presente ha il compito di controllare e ottimizzare la parte meccanica del drive aiutandola a organizzare adeguatamente la memorizzazione magnetica e a localizzare le informazioni immagazzinate sui piatti del disco.

I piatti sono suddivisi in zone chiamate tracce, queste a loro volta sono suddivise in settori. Ma ad essere più precisi, il disco fisso è suddiviso in cilindri, (o cluster) tracce (track) e settori (sector). Questo tipo si suddivisione è logica e non fisica e viene impostata una volta per tutte in fabbrica, quando appunto si esegue la formattazione a basso livello. Ciascuna testina descrive una traccia distinta sul piatto abbinato. Poiché l’insieme di tutte le tracce esistenti ad una data posizione dell’attuatore delle testine forma idealmente un cilindro solido, questa pila verticale di tracce è chiamata cilindro. I tipici hard disk hanno da 312 a 1024 cilindri (o tracce) per piatto.

Le tracce sono degli anelli (ideali) presenti su ogni piatto e sono identificati da un numero intero che parte da zero. Indipendentemente dal tipo di supporto magnetico, le testine di lettura e scrittura devono arrestare il proprio moto laterale sul disco ogni volta che leggono o scrivono dati. Mentre le testine sono ferme, i piatti del disco girano sotto di esse e, ogni volta che un piatto completa un giro, le testine descrivono una circonferenza completa sulla sua superficie. Questa circonferenza viene chiamata traccia. I settori sono parti delle tracce, (una traccia è divisa in settori) rappresentano la minima quantità di memorizzazione di dati che supporta il disco. La dimensione del settore viene calcolata in base al numero di piatti presenti nel disco fisso e alla capacità di esso.
I settori sono semplicemente segnati magneticamente (usando un programma di formattazione a bassa livello) e il loro numero è piuttosto arbitrario. Senza la presenza delle tracce e dei settori, il disco rigido assomiglierebbe ad una semplice pila di piatti ricoperti da uno strato magnetico e privi di ogni riferimento.
Le testine vengono pilotate da un motorino che fa ruotare anche i dischi ad una velocità di rotazione sempre costante. Queste testine, sulla base delle indicazioni fornite dall'elettronica di controllo, si muovono avanti e indietro fino a raggiungere la zona esatta nella quale devono essere lette o scritte le informazioni. Queste in realtà non toccano il disco ma galleggiano su un cuscino d'aria sfiorando la superficie. Infatti, la testina tocca il disco in una zona chiamata “landing zone” (che non contiene dati) solo quando il computer è spento. Le testine sono un componente molto delicato del disco fisso: se queste sbattono violentemente contro i piatti possono rimanere permanentemente danneggiate (ecco perché è molto rischioso urtare violentemente un computer in funzione). La polvere o le particelle di sporcizia presenti nell’aria possono danneggiare la testina; se questa tocca e danneggia il supporto magnetico si può arrivare ad una situazione (crash) che non solo distrugge la capacità di memorizzazione del supporto nell’area colpita, ma può liberare particelle di materiale magnetico che a loro volta danneggiano altre zone del disco in un perverso meccanismo a catena.
Il numero di giri (rpm) che il disco effettua in un minuto è indicato con queste sigle: 5400 rpm, 7200 rpm, ecc.., cioè 5400 giri al minuto, 7200 giri al minuto e così via. Più alto è questo numero, maggiore sarà l'accesso ai dati di lettura e scrittura. In ogni caso, un disco a 10.000 rpm ha bisogno di essere ben ventilato in quanto viene prodotto molto calore. Il tempo di accesso ai dati indica il tempo necessario affinché il disco possa accedere alle informazioni: un tempo di accesso inferiore agli 8,5 ms deve ritenersi buono.
Il transfer rate indica la velocità con la quale un disco fisso riesce a leggere i dati. Di solito quando acquistiamo un hard-disk viene riportata la velocità massima che può sviluppare, ma questa può essere raggiunta solo in particolari condizioni. Bisogna distinguere transfer rate in lettura e transfer rate in scrittura, quest’ultimo, di solito, è sempre più basso del primo. Il transfer rate dipende dalla densità di registrazione e dalla velocità di rotazione: un settore di 512 byte richiede fra 25 e 100 µsec (5-20 MB/sec).
Un disco nuovo è sempre preformattato, cioè indica le informazioni riguardanti i cilindri, le tracce e i settori. Ma per poter utilizzare il disco bisogna creare una partizione (o più partizioni) e scrivere su di esso le informazioni della partizione e del boot sector. Alla fine di questa operazione viene creato il file system, che è quel sistema attraverso il quale vengono scritte le informazioni sul disco.
In sintesi, i computers, in perfetta tradizione con la loro natura binaria, elaborano, trasmettono e memorizzano dati sotto forma di un codice a due stati logici che, per comodità, siamo soliti indicare con le cifre 0 e 1. Tali cifre binarie, bit (binary digit), vengono memorizzate in un Hard Disk come carica magnetica positiva o negativa sul rivestimento di ossido dei piatti del disco. Il disco rigido è organizzato in un modo ben preciso, per intenderci esiste una struttura abbastanza complessa ed una serie di regole che, decidendo univocamente la posizione di salvataggio di ciascun file, impediscono l'effetto “di dispersione dei dati”. Tale struttura organizzativa” è chiamata formattazione ed il registro di tutta la struttura, una sorta di “rubrica telefonica” dei file, si chiama File System. Il file system è diverso in base al sistema operativo che viene utilizzato: F.A.T. 12/16 bit per MS-Dos fino alla versione 7.0 e per Windows 95 release B esclusa; F.A.T. 32 bit per Windows 95 Release B (4.00.950 B); NTFS per Windows NT, Windows 2000, Windows XP, HPFS per OS/2. La formattazione dei dischi è in realtà duplice: fisica e logica.
Un disco fisso deve necessariamente essere formattato fisicamente prima di poter essere formattato logicamente. Una formattazione fisica del disco fisso (low level format) viene di solito eseguita dal produttore. La formattazione a basso livello organizza i piatti del disco fisso negli elementi fisici fondamentali: tracce, settori e cilindri. Le tracce, come si è detto, 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 (ovvero con lo stesso numero) su tutti i lati di tutti i piatti viene chiamato cilindro. Questo ulteriore raggruppamento non vuole solo rappresentare un'inutile complicazione mentale, bensì un comodo strumento. Spesso, l'hardware ed il software del computer fanno riferimento direttamente a questi ultimi.

I supporti magnetici, per quanto affidabili, non garantiscono a vita la permanenza delle informazioni memorizzate: in alcuni casi accade che la superficie si deteriori presentando settori danneggiati. Quando si verifica un problema del genere la miglior cosa da fare è effettuare un backup del contenuto e formattare a basso livello il disco rigido. Questa operazione, infatti, è in grado di ripristinare tali settori difettosi o di classificarli definitivamente come settori da non usare. La formattazione fisica cancella definitivamente il contenuto del disco rigido e, seppure in casi estremamente rari, può rappresentare una pratica rischiosa per l'HD stesso. Per questa ragione, vi sconsigliamo di effettuare una formattazione a basso livello se non si è perfettamente in grado di capire quello che si sta facendo.
Pensando all'archiviazione dei dati su supporti magnetici, tre sono le problematiche che si possono presentare:
Capacità: la richiesta di maggiore capacità di archiviazione è un problema quotidiano per la maggioranza degli utenti di PC; la soluzione può essere vista nell'acquisto di un unico hard-disk di maggiori dimensioni (i produttori rilasciano costantemente nuove versioni, sempre più capienti dei propri hard-disk) oppure nell'affiancare uno o più nuovi hard-disk all'unità (o alle unità) già installate nel sistema;
Prestazioni velocistiche: l'utilizzo di applicazioni sempre più esigenti in termini di risorse di sistema richiede di impiegare hard-disk dalle elevate prestazioni velocistiche. Le performances di un hard-disk dipendono da numerosi fattori, tra i quali la velocità di rotazione dei piatti (espressa in rpm, giri al minuto) e la densità di memorizzazione dei piatti (cioè quanti Mbytes di informazioni possono essere memorizzate sui piatti per centimetro quadrato).
Sicurezza dei dati: un hard-disk deve garantire, oltre alla capacità di memorizzazione e a prestazioni velocistiche nella lettura e scrittura dei dati, una elevata sicurezza dei dati, ovvero che vengano minimizzati i rischi di perdite di informazioni. In generale, dovrebbe valere (il condizionale è d'obbligo) la regola secondo cui più un disco è recente, maggiori sono le tecnologie in esso applicate per la sicurezza dei dati memorizzati. In realtà bisogna considerare che, viste le alte prestazioni dei dischi odierni, essi sviluppano molto calore, con conseguente dilatazione delle componenti interne; è essenziale pertanto che questi vengano adeguatamente raffreddati (per mezzo di aria forzata) al fine di prevenirne, per quanto possibile, la prematura rottura. E' anche vero che, seppure si siano fatti molteplici passi avanti nell'efficienza e capienza dei dischi rigidi, si tratta pur sempre di parti meccaniche in movimento, soggette a fisiologica usura.