SABİT DİSKLER (HDD)

1. GİRİŞ

Pek az kullanıcı bir sabit diski yakından görme imkanı bulmuştur. Disketlerden farklı olarak, sabit diskler, havayla temas etmeyecek şekilde, dış etkenlere karşı metal bir kutunun içinde korunurlar. Dışardan görülebilen: sürücü, metal kutu ve birkaç elektronik devredir. Metal kutuyu açıp içindeki diski görmenin de kolay bir yolu yoktur. Çünkü kasanın açılması, sabit diskin harap edilmesi anlamına gelir. Bu kutuların sadece, “temiz oda” denilen, havaları filtrelenmiş odalarda, özel kıyafetler giymiş görevli kişilerce açılmaları gerekir. Bazı sabit diskler, taşınabilir kutular içinde sunulsa da, büyük bir çoğunluğu sabittir. Bunlara ‘Winchester” adı verilir. Sabit diskin kod numarasının tanınmış Winchester tüfeklerinin model numarasıyla aynı olması yüzünden bu ismin verildiği söylenir.

1.1. Sektörler ve Manyetik Kafalar

Disketler ve sabit diskler arasında çok büyük farklılıklar olsa da, temelde eşittirler. Veriler; manyetik desenler şeklinde ve dairesel olarak diskler üzerine yazılırlar. Bu dairelerden her biri iz adını alır ve eşit büyüklükte olan sektörlere ayrılır. Manyetik kafa; diskin dış kenarından merkezine doğru hareket eder, istenilen bilgilerin bulunduğu izde durur ve aradığı sektörün diskin dönmesi esnasında altından geçmesini bekler (Şekil 1.1). Aşağıdaki şekilde de sektörlere bölünmüş izler görülmektedir.

Şekil 1.1: Veri Erişimi

1.2. Disket ve Sabit Diskler Arasındaki Farklar

Sabit disklerin disketlerden temel ve en önemli farkları çok daha hızlı çalışmaları ve verileri daha yoğun bir şekildesaklamalarıdır. 5.25’lik bir disket 40 iz içerirken, yine 5.25’lik olan bir sabit disk 1000 tane iz içerebildiği gibi. bir iz üzerinde de 4 kat daha fazla veri saklayabilir. Bu kadar yüksek bir veri yoğunluğu, disk yüzeyine çok yakın hareket edebilen; çok küçük bir manyetik kafa gerektirir. Her dikey hareket, manyetik kafanın zıplamasına sebep olabileceği için, diskler; manyetik bir alaşımla kaplı, ve çarpmalara karşı dayanıklı bir alüminyum plakayla sabitleştirilir. Daha önce de belirtildiği gibi, sabit diskler kendilerine has süratleriyle de tanınmışlardır. Normal bir disket, dakikada 300 İle 360 dönüş yapmasına karşın, sabit diskler dakikada 3600 dönüş yapar. Bu sürat, manyetik kafa için de geçerlidir. Sabit disklerin manyetik kafaları, izlerin üzerinde çok yüksek bir süratle hareket ederler. Bütün bunlar, montajda çok dikkatli ve hassas bir çalışma gerektirir.

Şekil 1.2: Sektörler ve İzler

1.3. Diskler

Şekil 1.3: Manyetik Kafalar ve Diskler

Sabit disklerde, veri okuyabilme kabiliyetinin geliştirilmesi amacıyla ortak bir eksen üzerine bir çok disk yerleştirilmiştir. Bu diskler, eksenin içinde veya altında bulunan bir motorun çalışmasıyla harekete geçerler. Aşağıdaki şekilde gerçek bir sabit diskin büyütülmüş hali görülmektedir.

Şekil 1.4: Okuma-Yazma Kafaları ve Diskler

Diskin iki yüzü de veri saklamak amacıyla kullanılır. Farklı disk yüzleri için tek bir manyetik kafa kullanmak verimsiz olacağından, her disk yüzü için bir manyetik kafa kullanılır. Alt alta duran ve tek bir diske ait olan kafalar, hep aynı anda hareket ederler. manyetik kafaların çalışma tarzı aşağıdaki şekilde daha iyi gösterilmiştir.

Manyetik kafanın, disk yüzeyinin üzerinde bir inch’in sadece 100,000’de 1’i kadar bir yükseklikte gidip gelmesi sırasında, izlerin de manyetik kafalarla tam olarak çakışmaları gerekir.

Şekil 1.5: Okuma-Yazma Kafalarının Çalışma Şekli

Manyetik kafanın bu kadar az bir yükseklikte gidip gelebilmesi, diskin dönmesi esnasında oluşan bir hava yastığı sayesinde olur. Manyetik kafa, diskin dönmesiyle hafifçe kalkar ve durduğu an yine hafifçe iner. Disk durduğunda kafa yüzeye temas eder. Şekil 1.4’ te manyetik kafanın çalışma prensibi görülebilir.

1.4. Kontrol Ünitesi

Çoğu sabit disk, bilgisayarın içindeki bir yuvaya (slota) yerleştirilen kontrol kartı tarafından desteklenir. Diskten okunan veriler, manyetik kafa aracılığıyla bu kontrol ünitesine aktarır. Her sabit disk, bilgisayar ile iletişim sağlayabilmek için bir kontrol ünitesine sahip olmak zorunda değildir. Kontrol ünitesi, ancak IBM PC, AT ve bazı PS/2 sınıflarında bulunmaktadır. Veriler, kontrol ünitesine ulaştıktan sonra, bir tampona aktarılır. Daha sonra kontrol ünitesi, her bilgisayarın kalbi sayılan mikroçiplere, yani CPU’ya bir sinyal gönderir ki, bu işlem verilerin tampondan alınıp bilgisayarın RAM’ına (sistem hafızası) aktarılması için gereklidir.

1.5. DMA Hafızaya Doğrudan Erişim

Bu işlem iki şekilde yapılır: IBM AT ve PS/2 sınıflarında CPU bu işi kendisi yapar: IBM PC ve XT’lerde ise, DMA (Direct Memory Access) diye adlandırılan bir teknik kullanılır. Bu teknik, özel bir çipte gerçekleşir. Çip; kontrol ünitesinden gelen verileri CPU’ya göndermeden, doğrudan hafızaya gönderir. Bunun sebebi, PC ve XT’lerde mikroçipler ile sabit disklerin veri aktarım oranlarının uyuşmamasıdır.

1.6. DOS Tamponları

Veriler, RAM’daki rezerve alanlara, yani DOS tamponlarına aktarılır. Her DOS tamponlarının içerebileceği veri miktarı, bir disk sektörü (DOS için 5l2 bayt) kadardır. Genelde, sabit diskle donatılmış makinalar 20 tane tampon kullanır. Bir dosya okunduğunda, bu tamponlar peş peşe doldurulur. Eğer tüm tamponlar dolmuşsa, yeni veriler, tampon’lara tekrar ilkinden başlanarak aktarılır. Son olarak, DOS gerçekten gerekli olan verileri bunların içinden seçer ve kullanılan program tarafından belirlenen hafıza adresine gönderir

Bilgisayar diske veri yazdığında, bu işlem tersine işler. Õnce, kullanım programı verileri hafızanın hangi adresinde bulabileceğini DOS’a bildirir. Veriler, bu hafıza adresinden DOS tamponuna ve buradan da kontrol ünitesindeki tampon’a ulaşır. Bundan sonra kontrol ünitesi; disk sürücüsüne verilerin diskin hangi yüzündeki, hangi izin, hangi sektörüne ulaşacağını bildirir ve manyetik kafa bu konuma yerleştiği an verilerin diske yazılmasına başlanır. Diskin gerekli kısmı manyetik kafanın altına geldiği an, kafa, disk yüzeyine manyetik bir akım uygular ve asıl veri bu şekilde, uzun bir zincir halinde kodlanmış olur. Şekil 1.6’da bu olay blok diyagramla gösterilmiştir.

Şekil 1.6: Verilerin Akışı

2. DİSK YÜZEYİ

Her disk veya disketin yüzeyi verileri saklayabilecek bir maddeyle kaplıdır. DOS, sektörlere 5l2 baytlık veri aktarır. Bu miktar, başka işletim sistemlerinde değişse de, biz bu bölümde sadece DOS işletim sistemini dikkate alacağız. Ancak, daha sonra anlatılacak olan konular, mikro bilgisayarlardaki başka işletim sistemleri için de geçerli olacaktır.

2. 1. Yük Değişmesi - Manyetik Akımın Değişmesi

Disk yüzeyinde, manyetik yük taşıyabilen ve her biri büyük bir mıknatıs gibi, bir kuzey ve bir de güney kutbuna sahip olan, zerrecikler bulunur. Manyetik kafa, bu zerreciklerden oluşan çok küçük bir grubun yükünü, yani kuzey ve güney kutuplarının yerlerini değiştirebilecek yetenektedir. Manyetik olarak etkilenebilecek en küçük alana, yani gruba, manyetik yük alanı (domain) denir. Bu manyetik yük alanlarından binlercesi bir araya gelip bir izi oluşturur. Disk yüzeyi, manyetik kafanın altından geçerken kafa kendi yükünü değiştirir ve bunu yük alanına iletir. Böylece veri, kodlanmış halde diske aktarılır.

2.1.1. Veri Kodlaması

Bilgisayardaki her türlü bilgi “l” veya “0”; “evet” veya “hayır”; “açık” veya “kapalı” şeklinde kodlanır. Örneğin “A” harfini kodlarsak, kodumuz (açık - kapalı - kapalı - kapalı - kapalı - kapalı - açık - kapalı) şeklinde olur. Bu sekiz bit bir arada, veriyi (yani A’yı) içerebilen bir baytı oluşturur. Bu harfi oluşturan kod zinciri keyfi verilmiştir ve ASCII standardının (American Standard Code for Inforınation Interchange) bir parçasıdır. ASCII karakterler, bilgisayarlarda bir standart oluşturmak için belirlenmiştir. Harfin sabit diske yazılışı esnasında, manyetik kafa ritmik olarak yükünü değiştirir ve böylece harfle ilgili kodlar peş peşe gelen sekiz adet yük alanına aktarılır. Değiştirilen yük “açık” (binary 1), değiştirilmemiş yük “kapalı” (binary 0) olur.

Şekil 2.1: A Harfinin Kodlanışı

Veriler diskten okunduğunda, bu işlem tersine işler. Manyetik kafa, altında dönen diskin yüzeyi üzerinde, yükü değişmeden durur ve istenilen yük alanları (bir bakıma küçük mıknatıslar) altından geçerken onların yükünden etkilenir. Manyetik kafada manyetik etkileşimler sonucu elektriksel dalgalanmalar olur. Bu dalgalanmalar, sürücünün elektronik aksamı sayesinde güçlendirilir ve “açık” ve “kapalı” şeklîndeki elektronik kodlara dönüştürülür. Sonunda bu kodlar da bilgisayarın hafızasına gönderilir. Aşağıdaki şekil bütün bu olayın anlaşılabilmesi için bir fikir verebilir.

2.1.2. Veri Yoğunluğu

Disketlerde, iz başına yaklaşık olarak 30,000 yük alanı düşer. Bu miktar, iki ekran (25 satıra 80 sütun) dolusu metni kapsar. Buna karşın sabit disklerde, izin bir inch’lik bir bölümünde en az 10,000 yük alanının bulunduğunu ve disklerin dakikada 3,600 dönüş yaptığını düşünürsek, manyetik kafanın ne kadar hızlı çalışması gerektiğini daha iyi anlarız. Manyetik kafanın altından saniyede en az 5 milyon yük alanı geçip gider.

2.2. Manyetik Alaşımlar

Sabit diskini bir tornavida ile açacak olan bir kişi; ya disketler gibi koyu gri, veya otomobil tamponları gibi parlak renkte olan diskler görür. Birinci tip diskler kaplanmış (coated), ikinci tip diskler ise parlatılmış (plated) alaşımlar diye adlandırılır. Her iki durumda da, yüzeyin biraz altında çok hassas olarak işlenmiş ve üzeri asıl veri saklayıcı alaşım ile kaplanmış alüminyum bir plaka (blank) bulunur.

IBM kısa bir süre öncesine kadar, kaplanmış alaşımlı diskler kullanmaktaydı. Burada kullanılan alaşım, aslında metal plakaya yapıştırıcı bir maddeyle yerleştirilen pas zerreciklerinden başka bir şey değildi. Kaplamanın, diskin her tarafında aynı kalınlıkta olması çok önemli, fakat aynı zamanda da oldukça zor sağlanabilen bir husustu. Parlatılmış alaşımlar ise, plakaya saf metal yerleştirilmesiyle üretilir. Bu yerleştirme işlemi ya buharlı teknik ile, veya yeni geliştirilen bir püskürtme (sputtering) tekniği ile gerçekleştirilir. Buharlı teknik çok zor olduğundan, bu tip diskleri ucuza üretmek uzun yıllar almıştır. Bugün bu yöntemlerle üretilen diskler; yüksek kapasiteli, yüksek verimli ve yüksek fiyatlı sürücülerde kullanılır.

2.2.1. Kaplanmış - Parlatılmış Disklerin Karşılaştırılması

Demirden oluşan kaplamalar, kaba bir tahminle, parlatılmış alaşımlardan on kat daha kalındır (bir inch’in sadece milyonda birkaçı kadar). Buna ilaveten, bu kaplamalar yapıştırıcı bir maddeyle metal plakanın üzerine yapıştırılır. Bu da, zerrecikler arasındaki mesafelerin artmasına yolaçar. Parlatılmış alaşımlı disklerde ise, zerrecikler sık bir şekilde yerleştirilir. Yapıştırıcı maddenin yokluğu da bunlarda çok daha ince bir kaplamaya izin verir. Bu sebepten dolayı, parlatılmış alaşımlı disklere inceteyp diskleri (thinfilm media) de denir. Kaplanmış alaşımlı disklerde, manyetik yük alanı sayısı disketlerdekinin çok üstünde olsa da, parlatılmış alaşımlı disklerdeki alan sayısının yanına dahi yaklaşamaz.

Kaplanmış alaşımlı diskler, inch başına 20,000 yük alanı alabilirlerken, laboratuarlarda prototip olarak bulunan parlatılmış alaşımlı disklerde bu sayı 50,000’i aşar. Bu miktar, manyetik yük alanlarını diskin içine dikey olarak yaymakla (perpendicular recording) daha da artırılabilir. Yüksek kapasiteli disklere olan talebin günden güne artması, parlatılmış alaşımlı disklere olan eğilimi de artırmaktadır.

2.3. Manyetik Kafanın Düşmesi

Parlatılmış alaşımlı disklerin bir avantajı da çok sert olmaları ve dolayısıyla manyetik kafanın disk yüzeyi üzerine düşmesine karşı çok dayanıklı olmalarıdır. Çoğu kullanıcı bir manyetik kafanın düşebileceğini bilir, ancak bunun sebebini pek azı açıklayabilir. Bilindiği gibi, ilk deneysel sürücüler çok büyük disklerden ve motorlardan oluşan dev aletlerdi. O zamanlar, laboratuardaki ufak bir kaza sürücüde büyük hasarlara yolaçardı. Bu hasarlar, manyetik kafanın disk yüzeyine “Düşme”sinden kaynaklanırdı.

Günümüzde bu tür düşmeler çok daha hafif dozda olur. Hafif sarsıntılar veya mekanizmadaki ufak bir hata, manyetik kafanın düşmesine ve disk yüzeyine küçük bir yarık açmasına yol açar. Diskin bu esnada dönüyor olması hasarın derecesini artırır. Yırtığın meydana geldiği alan artık kullanılmaz hale gelir ve eğer bu alana daha önceden veri girilmişse, bunlar da kullanılmaz hale gelir. eğer disk yüzeyinden parçacıklar kopup sürücünün içinde yayılmaya başlamışsa hasar daha da ciddi boyutlara ulaşır. Bazı durumlarda kopan bu parçacıklar manyetik kafa ile disk yüzeyi arasındaki boşluktan daha büyük olur. Bu durumlarda, manyetik kafa, bu parçacığın üzerinden geçerken onu sürükler ve daha başka alanların da hasar görmesine sebep olur. Duruma göre bu parçacıkların manyetik kafaya yapıştıkları ve manyetik gücünü etkiledikleri de olur.

2.3.1. Bozuk Sektörler

Ara sıra, DOS’un hafif hasar görmüş bir alana hiç sorun yaratmadan veri yazdığı görülür. Ancak hasar ağır ise, yani disk yüzeyinde bir yarık açılmış ise, bu alana veri yazmak mümkün olmaz. Bu durumlarda disk yüzeyinde bozuk sektörler (bad sector) meydana gelir. Eğer işletim sistemi böyle bir alan ile karşı karşıya kalırsa “ X sürücüsünde okuma hatası var” (Error reading drive X), veya “sektör bulunamadı” (Sector not found) mesajlarını verir. Hasarın ortadan kaldırılması için bu sektörlerin DOS tarafından erişilmez hale getirilmeleri gerekir. Başka bir olasılık ise, sabit diskteki tüm dosyalanın bir backup'ını (yedeğini) aldıktan sonra sabit diski formatlamak ve ardından yedekleri tekrar sabit diske kopyalamaktır. Formatlama esnasında DOS bu sektörleri “kullanılmaz” şeklinde işaretler.

2.3.2. Şiddetli Düşmeler

Düşme en dıştaki izlerden birinde meydana geldiyse hasar daha şiddetli olabilir. Çünkü bu izler özel DOS dosyalarını, ana dizini (dizin) ve verilerin diskteki dağılımlarını içeren bilgileri (FAT) saklar. Dolayısıyla, bu kısımlardaki hasarlar, diskteki tüm dosyalar sağlam olsa dahi, verileri okunamaz hale getirir. Bu; meydana gelebilecek en ağır hasardır. Böylece kaybolmuş dosyalan kurtarmak mümkün olsa dahi, bu çok zor olur Manyetik kafa sık sık bu izlerin üzerine geldiği için, bu tür hatalar maalesef en sık meydana gelen hatalardır. Ama genelde her türlü manyetik kafa düşmesi can sıkıcıdır.

2.2.3.3. Düşmelere Karşı Dayanıklı Bir Tasarım

Günümüzde mühendisler manyetik kafa düşmelerine karşı dayanıklı disk alaşımları geliştirmeye çalışıyorlar. Özellikle 3-M şirketinin geliştirdiği esnek yüzeyli alaşımlar (stretch surface recording veya SSR) çok umut vericidir. Bunlarda, manyetik olarak kaplanmış özel bir zar, alüminyum plakanın yüzeyine sarılır. Zar, plakanın kenarından dışa çok az taşacak şekilde gerilir. Böylece manyetik kafa disk yüzeyin düştüğü an çarpma gücü emilir ve yüzey korunmuş olur. Bunların deneysel prototipleri parlatılmış alaşımla kaplı disklerin sağladığı veri yoğunluğuna yakın bir veri yoğunluğu sağlıyorlar.

2.2.3.4. Düşmelerden Kaynaklanmayan Hatalar

Çoğu kişi, meydana gelen her türlü hataya kafa düşmesinin sebep olduğunu sanır. Oysa pek azı bu sebepten kaynaklanır. Hatalara yol açabilecek arızalardan bazıları elektronik aksamlar: diski döndüren motorun yanması; manyetik kafanın konum ayarının bozulması veya manyetik kafanın kirlenmesi olabilir. Sabit disklerin kirlenmesi, genelde demir oksit alaşımıyla kaplı disklerde meydana gelir. Hafif olan kaplanmış alaşımlar manyetik kafanın manyetik alanına yapışır. Parlatılmış alaşımlar ise o kadar sert olurlar ki, düşmeler neticesinde kırılmalara yolaçarlar. Her iki durumda da sabit diskin tamire gitmesi gerekir ve bu da sabit diskteki tüm verilerin kaybı anlamına gelir.

2.3.5. Soft ve Sabit Hatalar

Bazen, soft hatalar (soft errors) şeklinde anılan, donanımın kusursuz çalışmasına rağmen verilerin ne okunup, ne de yazılabildiği hatalar da görülür. Öte yandan bir de verilerin fiziksel olarak zarar görmelerine sebep olan donanım (hardware) hataları (sabit errors) vardır. Soft hatalar, zaman zaman bilgisayardaki elektrik aksamalarından veya disklerin dengelerinin bozulması sonucu sallanmaya başlamalarından (diskin kafaya bir yaklaşıp bir uzaklaşması) kaynaklanır. Kontrol ünitesi böyle durumlarda verileri tekrar okumaya veya yazmaya çalışarak hatayı aşmaya çabalar. IBM bilgisayarlarının kontrol üniteleri, böyle durumlarda ancak on kez okumaya veya yazmaya çalıştıktan sonra hata verir. DOS ise, bu hataya karşılık kontrol ünitesine aynı denemeleri gerekirse iki kez daha yaptırır (yani toplam 30 kez). Tüm bu denemelerin sonucunda hata aşılamazsa DOS’un hata mesajı gelir.

2.4. Sektörler

Verileri diskteki bir ize sırayla, tüm disk çevresinde bir tur tamamlayacak şekilde, yazmak mümkünse de, bu yöntem kullanılmamaktadır. Bunun yerine, bütün disketi veya sabit diski pasta dilimlerini andıran kısımlardan oluşan izlere ayırmak tercih edilmiştir. Bu kısımların her birine sektör denir. Böylece, bozuk bir alandan dolayı tüm izin kullanılmaz hale gelmesindense, tek bir sektörün kaybı yeğlenmiştir.

2.4.1. Formatlamanın Düzeyi

Sektörler diskin formatlanması esnasında oluşturulurlar. Formatlama; düşük düzeyde (low-level; mantıksal) ve yüksek düzeyde (high level; fiziksel) formatlama olmak üzere iki bölümden oluşur. Sektörlerin oluşturulmasından sorumlu olan formatlama düzeyi, kontrol ünitesine sektörlerin başlangıç yerini bildiren özel kodları disk yüzeyine kaydeden düşük düzeyde formatlamadır. Buna göre, her sektöre kendisine alt bir belirleyici numara verilir (manyetik kafa daha bir ize gitmeden önce, kontrol ünitesi o izin numarasını elde etmiş olur).

360 KB’lık disketlerde normalde iz başına 9 sektör düşerken, AT sınıflan için tasarlanmış olan 1.2 MB’lık yüksek kapasiteli disketlerde iz başına 15 sektör düşer (PS/2 sınıfının 3.5 inch’lik 720 KB ve 1,44 MB disketlerinde ise bu sayı iz başına sırasıyla 9 ve 18 olur). Çoğu sabit diskte ise bu oran iz başına 17 sektördür. Sektör sayısı, işletim sistemi tarafından ihtiyaca göre belirlenir. Fiziksel bakımdan homojen olan bir disk yüzeyi, manyetik olarak her istenilen desene sokulabilir.

2.4.2. Sektör Büyüklüğü

DOS işletim sistemi 512 baytlık sektör büyüklüğünü, disketlerde olduğu gibi sabit disklerde de kullanır. Tabii ki, bir diskin dışına daha yakın olan izler daha uzun olurlar ve fiziksel olarak daha fazla veri içerirler. Ama mantıksal olarak içerdikleri veriler diğer izlerden daha fazla değildir. İşletim sistemleri çok gelişmiş yazılımlar olduğundan, izden ize değişen sektör sayısı gibi bir sorunun üstesinden gelebilirler. Bunun bedeli ise, oldukça büyük bir disk alanından faydalanamamaktır. Ancak. bu durumun istisnaları da var. Bazı sürücülerde fiziksel sektör sayısı izden ize farklılıklar gösterir. Meselâ, “Plus Development Corporation” şirketi 40 MB’lık sabit disklerinde en içteki izlere 28 sektör sığdırırken, en dıştaki izlere 34 sektör sığdırmaktadır. Bu durumda, izlerden fiziksel olarak arta kalan sektörler. elektronik olarak bir sonraki ize aitmişler gibi kodlanır. Böylece DOS her izin eşit sayıda sektörlerden meydana geldiğini varsayar.

Burada belirtelim ki; yüksek kapasite, yüksek bir veri yoğunluğu anlamına gelmez. Çünkü bu durumda iz başına daha az sektör düşer. Yoğunlaştırılabilecek veri miktarı, manyetik kafanın akım değiştirme hızı ve akım değişikliğinden etkilenebilecek minimum manyetik zerrecik miktarı ile sınırlıdır.

2.5. Silindir

Kullanılan disk dolmuşsa, sisteme yeni bir disk ilave etmek gerekir. 10 ile 40 MB arasında kapasitesi olan disklerde, bu yüzden iki adet disk bulunur. Yüksek kapasiteli sabit disklerde ise bu sayı 6 veya daha fazla olabilir. Bu durumlarda disk 1, yüz 0 ve yüz 1 ‘den meydana gelirken, disk 2 yüz 3 ve yüz 4’ten, vs. meydana gelir.

Şekil 2.2: Sektör, İz ve Silindir

Manyetik kafalar paralel olarak hareket ettikleri için, aynı anda kendi yüzlerinin aynı numaralı izlerinde bulunurlar. Genelde dosyalar disklerin değişik yerlerine dağılmış oldukları için, kafaların birbirlerinden bağımsız hareket etmeleri çok kullanışlı olurdu. Bu durumda, kafalardan biri verilerin başını okurken, diğer verilerin devam ettiği başka bir alana konumlanabilirdi. Ancak, teknolojide çoğu zaman olduğu gibi, bu da çok pahalıya mal olurdu.

2.5.1. DOS’un Diskleri Doldurması

DOS, durumu mümkün olduğu kadar iyi değerlendirebilmek için, aynı konumdaki izlere dosyayla ilgili bilgilerden mümkün olduğu kadar çok bilgi yazmaya çalışır. Örneğin, DOS bir dosyanın başını iz 15’e yazacağı zaman öncelikle yüz 0’daki 15’inci izi, daha sonra peş peşe yüz 1’deki 15’inci izi, yüz 2’deki 15’inci izi, vs. doldurmaya çalışacaktır. Ancak 15’inci izlerin hepsi dolduktan sonra, manyetik kafayı bir sonraki ize konumlandıran zaman alıcı işlemi gerçekleştirir. Burada tüm işlem yüz 0’dan itibaren tekrar başlar.

Eğer tüm yüzlerdeki 15’inci izleri bir bütün olarak ele alınırsa 15’inci silindir elde edilir. Bazı sabit disklerle ilgili dokümanlarda iz ve silindir kavramlarının birbirlerinin yerine kullanıldığı görülür. Çünkü aslında bu iki kavram aynı anlama gelir. IBM XT’lerin 10 MB’lik sabit diskleri 306 silindir içerirken, AT'lerin 20 MB’lık sabit diskleri 615 silindir içerir. Bu aslında, XT sabit disklerinin bir yüzünde 306 iz bulunduğunu, AT'lerinkinde ise 615 iz bulunduğunu gösterir.

2.5.2. Silindir Yoğunluğu

Diğer önemli bir kavram, silindir yoğunluğu kavramıdır. Bir inch’lik disk yüzeyinde kaç izin bulunduğunu belirten iz yoğunluğu kavramından farklı olarak, silindir yoğunluğu kavramı bir silindirde bulunan sektör sayısını belirtir. Bu da, iz başına düşen sektör sayısı ile disk yüzleri sayısının çarpımına eşittir. Tabi ki silindir yoğunluğu yüksek olan sabit diskler tercih edilmelidir, çünkü bu durumda büyük bir dosya daha az sayıda silindire sığacaktır. Bu da, manyetik kafanın dosyanın okunması esnasında daha az hareket etmesi ve sabit diskin daha verimli çalışması sonucunu doğurur. Üreticiler, silindir yoğunluğunu ya daha fazla disk kullanarak, veya iz başına düşen sektör sayısını artıran alaşımlar kullanarak artırıyorlar.

2.6. Taşma

Manyetik kafanın altından geçen veri oranı ile bilgisayarın veri okuma ve yazma oranlan birbirlerine eşit olmak zorunda değildir. Kontrol ünletesi verileri disk yüzeyinden dahili bir tampona (internal holding tampon) taşır. Daha sonra bu veriler ya CPU üzerinden, ya da DMA yöntemiyle RAM’a gönderilir. Diskler saniyede 60 dönüş yapar ve her turda 17 sektörün her biri manyetik kafanın altından bir defa geçer. 512 baytlık sektörlerde bu; saniyede 522,240 bayt anlamına gelir. Sektör sınırları olmasaydı, bir ize aslında yaklaşık olarak 625,000 bayt sığdırmak mümkün olurdu. Her bayt 8 bitten meydana geldiğine göre, bir saniyede kafanın altından kaba bir hesapla yaklaşık 5 milyon bit geçer.

2.6.1. Veri Aktarım Oranı

Bu miktar, sabit disklerin 5 Mbit’lik veri aktarım oranlarının esasıdır. Çoğu kişi, yanlış olarak bu oranın bilgisayarın elektronik aksamının özelliğinden kaynaklandığını zanneder. Aslında, elektronik aksamların, manyetik kafa tarafından okunan veya yazılan verilerin işlenmesi için yeterli hızda olmaları kafidir. Daha hızlı olmaları hiçbir şey ifade etmeyecektir, çünkü asıl olan, sabit disk eksenine bağlı olan motorun hızıdır. Bu hız artmadıkça, verilerin okunması veya yazılması hızlanmayacaktır

Veri aktarım oranı hafızaya aktarılan verilerin asıl oranını vermez. Okuma esnasında kontrol ünitesinin tamponu bu orana eşit miktarda veri alır. Ancak, DOS tamponuna doğru devam eden veri aktarım işlemi ya DMA, veya CPU çipi tarafından yarıda kesilir. Buradan kaynaklanan gecikme, eğer bu verileri hafızanın başka yerlerine de aktarır ve onları daha geri kalan veriler yoldayken işlemeye başlarsa daha da büyür.

Bu gecikmelerin, dönmeye devam eden diskler için ne anlama geldiği açıkça ortadadır. Sektör manyetik kafanın altından geçer ve içerdiği veriler kontrol ünitesinin tamponuna gider. Saniyenin milyonda birkaçı bir zamanda diğer sektör manyetik kafanın altına gelir. Manyetik kafanın bunları okuyabilmesi için, kontrol ünitesinin tamponunda bulunan verilerin korkunç bir süratle hafızaya gönderilmesi gerekir. Ancak, çok az sayıda 8088 ve 80286 bilgisayarı bu aktarımı yeterince hızlı gerçekleştirebilir. Bu yüzden bir sonraki sektörün verileri, okunamadan manyetik kafanın altından geçer. IBM XT'lerde okunamadan geçen sektör sayısı 5 iken, AT’lerde bu sayı 2’dlr. Ancak bu sektörler geçtikten sonra manyetik kafa tekrar veri okumaya hazır hale gelir.

2.6.2. Sektörlerin Kesintisiz Olarak Sıralanması

Bir dosyanın verilerini içeren ikinci sektör, hemen ilk sektörün arkasından geliyorsa, fiziksel olarak birbirine bağlı sektörlerden söz edilir. Ancak, bu ideal durum değildir. Eğer manyetik kafa birinci sektörden hemen sonra okumaya hazır olamazsa, gerekli verinin okunabilmesi için diskin bir tur daha dönmesi gerekir. Bir XT bilgisayarda kontrol ünitesi bu dönüş süresinin üçte biri kadar bir zamanda hazır olur ve böylece çok değerli olan milisaniyeler harcar. Saniyede 60 defa dönebilen bir diskette ise, bir turun üçte ikisi kadar bir zaman. yani 11 milisaniye harcanır. Peş peşe gelen 17 sektörde, bu 187 milisaniyelik (saniyenin yaklaşık beşte biri) bir zamana karşılık gelir. Silindir başına dört iz düşen (ki bu en sık rastlanan durumdur) sabit disklerde, harcanan bu süre, silindir başına bir saniyenin dörtte üçüne çıkar. Bir de dosya birden fazla silindire dağılmışsa, okuma işleminin sonunu beklemek çok sıkıcı olabilir.

Diskleri böyle verimsiz çalışmak zorunda bırakan bir neden yoktur. Örneğin, AT sınıfı bilgisayarlarda bir dosyaya ait sektörler 6 sektór aralıkla yazılır. Manyetik kafa bu 6 sektörlük mesafeye, tam, kontrol biriminin yeni veriler almaya hazır olduğu anda ulaşır. Şekl 2.2 bu sektör düzenini 3: 1 taşmasına göre veriyor. Bundan sonra, sektörlerin fiziksel olarak değil, mantıksal olarak bağlılıklarından söz edilir.

Şekil 2.3: Taşma Olayı

2.6.3. Taşma Faktörü

Sektörlerin disk üzerine mantıksal olarak yerleştirilmelerine taşma denir. Her diskin belli bir taşma faktörü vardır. IBM XT bilgisayarlarda bu faktör 6:1 veya başka bir deyiş ile “6” dır. Bunun anlamı, bir dosyanın iz üzerinde hep 6 sektörlük aralıklarla yerleştirildiğidir. Başka bir ifadeyle, bir izdeki tüm verilerin okunabilmesi için diskin tam 6 tur dönmesi gerekir. En hızlı AT bilgisayarlarda bu faktör 3:1 l’dir. Sektörleri fiziksel olarak birbirine bağlı olan sabit disklerde ise, taşma faktörü 1:1 ‘dir. Bunlarda, bir izdeki tüm veriler bir tam turda sırayla okunabilir. Bu taşma faktörü idealdir. Ona ulaşabilmek ancak AT teknolojisiyle mümkündür.

Bir diskin taşma faktörü düşük düzeyde formatlama işlemi esnasında belirlenir şu anda bu işlemin izleri sektörlere böldüğünü bilmek yeterlidir. Bu düşük düzeyde format işlemi esnasında her sektöre bir belirleyici numara verilir. Taşma faktörünü belirleyen bu numaralandırma, istenilen sıralamada olabilir. Bu taşma, her zaman için diskin yeniden formatlanması ve sektörlerin yeniden numaralandırılmasıyla değiştirilebilir.

3. MANYETİK KAFALAR

Şekil 3.1: Manyetik Kafa

Bir manyetik kafa ne kadar küçük ve disk yüzeyine olan mesafesi ne kadar az olursa, etkileyebileceği manyetik yük alanı da o kadar küçük olur. Buna bağlı olarak, disk yüzeyine yazabileceği veri miktarı da o kadar çok olur. Manyetik kafa, kutuplan arasında ufak bir mesafe olan “U” şeklindeki mıknatıslara benzetilebilir. Bu olay şekil 2.3’te daha iyi görülebilir. İki zıt kutup arasındaki mesafe, daha yüksek bir veri yoğunluğu elde etmek için çok küçük tutulmuştur. Mesafenin küçük tutulması, disk yüzeyinde çok küçük bir alanın akım tarafından etkilenmesini sağlar. Bu da, veri yoğunluğunu artırır. Manyetik kafanın elle monte edilebilecek büyüklükte olması için iki zıt kutup arasındaki boşluk enlemesine değil uzunlamasına tasarlanmıştır. Bunun neticesinde manyetik yük alanları nokta şeklinde değil çubuk şeklinde olur ve ize paralel olarak dizilir.

Sürücülerde birden fazla manyetik kafa bulunmasına rağmen, aynı anda sadece bir tanesi aktif olabilir. Kontrol ünletesi sadece tek bir okuma işleminin verilerini değerlendirebilir. Eğer aynı anda birden fazla okuma işleminin verilerini değerlendirebilen bir kontrol ünitesi kullanılsaydı, yine de verimde bir artış sağlanamazdı. Çünkü, asıl yığılma verilerin kontrol ünitesinden hafızaya gönderilmesi esnasında olmaktadır.

3.1. Manyetik Kafa Tasarımı

Mühendisler veri yoğunluğunu artırmak ve manyetik kafanın düşmesi durumunda disk yüzeyine daha az zarar verilmesi için daha küçük ve daha hafif manyetik kafalar tasarlamışlardır. Sonuçta üreticiler gittikçe artan bir oranda Whitney-teknolojisini kullanmaya başladılar. Bu teknoloji, çok hafif manyetik kafalar için düşünülmüş olan bir askı sistemidir. Bu sayede sürücüler, çok küçük sütunları andıran manyetik kafalar kullanarak, inch başına 1,000 izlik bir veri yoğunluğuna ulaşırlar. Manyetik kafaların yaptığı mikro düzeyde okuma-yazma işlemi aşağıdaki şekilde karşılaştırmalarda daha iyi anlaşılmaktadır.

Şekil 3.2: Mikro Düzeyde Okuma

3.2. Manyetik Kafa Rayları

Bir manyetik kafa rayı, manyetik kafanın disk yüzeyinde hareket etmesini sağlar. Bu konuda en çok kullanılan iki teknik şunlardır: Rulolu ray tekniği ve adımlama motorlu ray tekniği. Birinci teknik ikincisinden daha hızlı, sağlam ve sessiz olmakla birlikte, aynı zamanda daha da pahalıdır. IBM firmasının kullandığı sürücülerdeki manyetik kafalar, adımlama motorlu manyetik kafa rayları kullanır. Ancak 80286 veya 80386 gibi daha bilgisayarlarda eskilerine göre daha hızlı bilgisayarlar için tasarlanmış rulolu manyetik kafa rayları kullanılır.

3.2.1. Adımlama Motorlu Manyetik Kafa Rayları

Adımlama motorlu raylar, kademeli olarak her seferinde sadece birkaç derece dönen motorlardır. İki yöne doğru istenilen mesafe kadar hareket etmeleriyle tanınırlar. Bu kademeli dönme hareketleri bir kayış sayesinde yatay hareketlere dönüştürülür ve manyetik kafanın disk üzerinde gidip gelebilmesi sağlanmış olur. Disket sürücüleri temelde bu tekniği kullanırlar. Mekanizmanın attığı her adım manyetik kafayı bir iz ileriye atar ve bunu yaparken de çok hafif bir ses çıkarır. Manyetik kafa birkaç iz birden atlatılırsa, çoğu bilgisayar kullanıcısının disket sürücülerinden tanıdığı tırmalayıcı bir ses çıkar. Bu tekniğin kullanıldığı sabit diskler de bu sesi çıkarırlar. Ancak, sabit diskin içinde bulunduğu metal kutu bu sesi emer.

3.2.2. Rulolu Manyetik Kafa Rayları

Bu raylar farklı bir teknikle çalışır. Bunlar manyetik kafayı diskin merkezine doğru çeken ve ucunda bir mıknatısı bulunan incecik bir metal tel ile çalışırlar. Manyetik kafa, kendisini sürekli disk merkezine doğru çeken askılı bir mekanizmayla donatılmıştır. Metal telin ucundaki mıknatısın manyetik yükü dengelendiğinde. kafa kendi kendini diskin dışına doğru çeker. Mıknatısın manyetik yükünün hassas bir şekilde ayarlanması, manyetik kafanın istenilen ize gitmesini sağlar.

3.2.3. İki Teknik Arasındaki Farklılıklar

Adımlama motorlu manyetik kafa rayı. kafayı uzaktaki bir ize götürecekse bunu adım adım yapar. Ancak, rulolu manyetik kafa rayı bu işlemi bir hamlede yapar. Mıknatısın yükünün birazcık değiştirilmesi, manyetik kafanın istenilen konuma gitmesini sağlayacaktır. Sonuç olarak, rulolu manyetik kafa raylarının adımlama motorlu raylardan yaklaşık olarak iki kat daha hızlı çalıştıkları söylenebilir.

Ancak rulolu raylar daha komplike oldukları için, daha pahalıdır. Adımlama motorlu raylar, istedikleri ize, metal bantlar yardımıyla adımlarını sayarak ulaşırlar. Rulolu raylar ise, bir süre sonra hedeflerini şaşmaya başlar ve bu yüzden ayar gerektirirler. Adımlama motorlu ray sistemi, bir anlamda açık bir döngü (open loop) teşkil eder. Çünkü kontrol ünitesi, motora hangi konuma gideceğini bildirdikten sonra kafanın doğru konumlandığım varsayar. Buna karşın rulolu ray sistemi ise kapalı bir döngü (closed loop) teşkil eder. Yani kontrol ünitesi sürekli, kafanın doğru konumlanıp konumlanmadığını kontrol eder ve şüpheli konumlarda hemen hatayı düzeltmeye çalışır.

3.3. Düşmelerin Teşhisi

Düşmelerin teşhisi kavramı ilk olarak “Plus Development Corporation’ şirketinin sabit kart sürücülerinde sunulan ve kısa bir süre sonra diğer üreticiler tarafından da benimsenen bir özelliktir. Sabit diskli makinalar bir çarpmaya maruz kalırlarsa, manyetik kafa büyük bir olasılıkla başka bir ize zıplar. Bu, veri okunması esnasında olursa, kontrol ünitesi işletim sistemine bir hata mesajı iletir. İşletim sistemi ise, okuma işlemini tekrarlamaya çalışır. Manyetik kafa, disk yüzeyine değmediği sürece veri kaybolması da görülmez. Ancak, çarpma veri yazılırken olursa ve kafa başka bir ize zıplarsa gittiği izde yazma işlemine devam eder ve orada bulunan verileri bozar. Bozulan veriler genelde başka bir dosyaya ait oldukları için, bu verileri kurtarmak maksadıyla yapılan ikinci bir denemenin de faydası olmaz.

Rulolu raylar sürekli olarak manyetik kafanın konumu hakkında bilgi edinirler. Plus Development Corporation şirketi, bu tekniği, manyetik kafanın izden en ufak bir sapması karşısında hemen durumu algılayan süper hızlı optik algılayıcılarla uygulamıştır. Bu sayede, manyetik kafa daha komşu bir ize ulaşmadan, bu optik alıcılar, elektronik bir sinyal ile, yazma işleminin kesilmesini sağlarlar. Veriler yazma işlemi boyunca kontrol ünitesinin tamponunda mevcut oldukları için, yazma işlemi. manyetik kafa kontrol ünitesi tarafından tekrar konumlandıktan sonra tekrarlanır. Ancak, bu emniyet sistemi sadece rulolu raylarda bulunur. Adımlama motorlu raylarda böyle bir imkan yoktur.

3.4. Manyetik Kafanın Park Edilmesi

Anlaşıldığı gibi, düşmelerin asıl sebebi, kontrolden çıkmış manyetik kafalardır. Doğal, olarak bilgisayar kapalı iken bu tür düşmeleri engellemek için manyetik kafayı veri saklanan alanlardan uzak tutmak gerekir. Birçok çeşidi olan bu işleme “park etmek” denir. Çoğu durumda, manyetik kafa “emniyet pisti” (landing strip) olarak adlandırılan özel bir silindire konumlandırılır. Genelde, bu: sürücünün en içte kalan silindiri olur. Bu silindir, kullanımı boyunca birçok darbeye maruz kalmaktadır. Ancak buna rağmen, üreticiler buradan kaynaklanabilecek kirlenme gibi sorunları kabul etmemektedirler. Yine de bazıları manyetik kafayı disk yüzeyinden tamamen uzaklaştırmak, hatta bir tür kafese kilitlemek ve bu yolla hem kendisine hem de disk yüzeyine zarar vermesini engellemek gibi bir takım tedbirlere başvurmuşlardır.

3.4.1. Otomatik Park Etme

İstisnasız bütün sabit diskler manyetik kafanın park edilmesi olanağını sağladıkları halde, ancak son yıllarda manyetik kafanın otomatik olarak park edilmesi yöntemi kullanılmaya başlanmıştır. Bu yöntemde, bilgisayar kapandıktan sonra sürücü kafayı park yerine doğru kendiliğinden hareket ettirir. Bu işlem çok da kolay değildir. Özellikle adımlama motorlu raylarda bu çok zordur, çünkü bilgisayar kapandıktan sonra bu işlemi tamamlamak için geriye çok az enerji kalır. Etkin bir yöntem, sürücü motorunu jeneratör olarak kullanmak ve böylece diskin dönmesi esnasında saklanan enerji ile bu son hareketi yapmaktır. Diğer bir otomatik park yöntemi ise, manyetik kafayı olduğu yerde kilitler ve böylece bilgisayarın taşınması esnasında kafanın sarsılıp diske zarar vermesini engeller.

Rulolu ray kullanan sürücülerde otomatik park işlemi daha kolay gerçekleştirilir. Mıknatısın manyetik alanı, manyetik kafayı diskin merkezine doğru çekerken, küçücük yaylar kafayı aksi yöne doğru çekmeye çalışırlar. Bu sürücülerde, manyetik kafa bilgisayar kapandıktan sonra yaylar yardımıyla diskin dışına doğru çekilir. Ama yine de manyetik kafayı kilitleyecek son bir işlem daha gerekir.

3.4.2. Manuel Park Etme

Otomatik park etme olanağına sahip olmayan sabit disk sürücülerinin manuel olarak park edilebilmeleri gerekir. Bazı sabit disk sürücülerinde, kullanıcı, bu işlem için bilgisayarın içinde bulunan bir kolu elle çekmek zorundadır. Ama genelde manuel park etmekten anlaşılması gereken şey, bu park işlemini gerçekleştiren küçük bir yardımcı programın çalıştırılmasıdır. Bu tür bir program, ya üretici firma tarafından sabit disk kullanıcısına verilen bir diskette, veya üretici tarafından formatlanan sabit diskte hazır olarak bulunabilir.

IBM’ in SHIPDISK isimli yardımcı programı, işletim sistemi disketiyle birlikte sunulur. Çoğu üretici, park programlarına aynı ismi vermiştir. Bu program SHIPDISK yazarak çalıştırılabilir. Park işlemi bittikten sonra program kafaların park edildiğine dair bir mesaj verir. IBM AT’lerde ise adı SHUTDOWN olan bir park programı sunulur. İsim farkı olmasına rağmen programlar aynı işlemleri yaparlar; ancak ikincisi, ekranda işlemi grafiksel olarak da gösterir.

Park edilen kafanın bu konumdan kurtarılması gerekmemektedir. Bilgisayar açıldığı an manyetik kafa kendiliğinden birinci ize doğru hareketlenir. Birinci ize yönelmesinin sebebi, buralarda makinanın çalışması için gerekli bilgilerin bulunmasıdır.

3.4.3. Park Etme Zamanı

Sabit diskli makinanın her an bir çarpmaya maruz kalabileceği düşünülürse, diskin park etme işlemiyle korunması gerekir. Eğer makina park işlemini kendi başına gerçekleştirmiyorsa, her seferinde bu işlemi tekrarlamak gerekmez. SHIPDISK ve benzeri programlar, sabit diskin bir yerden başka bir yere taşınması esnasında zarar görmemesi için yazılmışlardır. Bu taşıma işlemi kapsamına, aynı büroda bir masadan diğerine yapılan taşımalar da dahildir. Portatif bilgisayarlar ve lap top'ların hepsinde sabit diskler otomatik olarak park edilirler.

Ancak işin ilginç yanı, üreticilerin, tam, parlatılmış alaşımlı disklerin çok kullanılmaya başlandığı günlerde, otomatik park etme işlemini standart hale getirmiş olmalarıdır. Bu tür alaşımlı diskler, manyetik kafa düşmelerine karşı çok dayanıklıdırlar. Bu, hafif manyetik kafalar kullanmalarından daha çok, Whitney teknolojisini kullanmalarından kaynaklanır. Buna rağmen üreticiler parlatılmış alaşımlı disklerden meydana gelen sabit disklerde otomatik park etme işlemini kullanmakta ısrar ederler. Bunu yapmalarının sebebi değerli verilerin korunması için tedbirli olmaktır.

3.4.4. Sabit Diskin Çalışması Esnasında Park Etme

Park programları arasında sunulan en son program, bir Amerikan şirketi olan “Prime Solutions Inc.” tarafından yazılan Disk Technician isimli utility paketinin Safepark programıdır. Bu program, kendisine disk yüzeyinde bir silindir seçer ve kafanın kullanılmadığı her anı bu silindire geçirir. Program, bu emniyet alanının oluşturulması için seçilen silindirde veri bulunuyorsa, bunları başka alanlara taşır. Bilgisayar her açıldığında program bir AUTOEXEC.BAT dosyası yardımıyla hafızada kalıcı (resident) olarak yüklenir ve DOS’un sürücüyle ilgili rutinlerine (programcıklarına) dahil olur. Eğer sürücü 7 saniyelik bir süre hareketsiz kalırsa, program devreye girer ve manyetik kafayı, emniyet alanı olarak seçilen silindirin üzerine konumlandırır ve böylece olası voltaj artışlarının veya mekanik çarpmaların yaratabileceği darbeleri bu alana yönlendirmiş olur. Bu basit fakat gerekli önlem, manyetik kafa düşmeleri neticesinde doğan tehlikeleri büyük ölçüde azaltır. Böylece, manyetik kafa, çalışma esnasında kısa bir an için diskin veri kısımları üzerinde durur. Şekil 3.3 park alanlarını göstermektedir.

Şekil 3.3: Manyetik Kafanın Park Edilmesi

3.5. Sürücü Geometrisi

Sabit disk sürücüleri; disk sayısı, bir disk yüzündeki iz sayısı ve bir izdeki sektör sayısı bakımından farklılıklar gösterir. Disklerin her iki yüzü de veri depolamak maksadıyla kullanıldıkları için, genelde sabit disk hakkında bilgi verirken disk sayısı değil, yüz sayısı belirtilir. Tüm sabit diskteki belli bir sektörü tanımlamak için, örneğin ‘yüz 2, iz 19, sektör 8” dememiz yeterli olacaktır. Disk yüzleri sıfırdan başlayarak numaralandırılır. Örneğin iki diskli bir sabit diskte yüzler sıfırdan üçe kadar numaralandırılır. En dışta kalan iz, iz 0 olarak tanımlanır. Ayrıca bu izin tüm yüzlerini kapsayan silindir de, silindir 0 olarak tanımlanır. Sektörlerde numaralandırma 1’den başlar. Normal bir sabit diskte bir izde 17 sektör bulunur.

Bu numaralandırma sisteminin bilinmesi çok önemlidir, çünkü normalde sabit diskler, içerdikleri bozuk sektörleri gösteren bir etiket (bu etiket metal kutunun dışına yapıştırılır) ile birlikte satılırlar. Sabit diskin formatlanmasında bazen bu bozuk sektörlerin konumlarının bilgisayara bildirilmesi zorluğuyla karşılaşılır.

3.5.1. BIOS Temel Giriş / Çıkış Sistemi

DOS bir işletim sistemi olmasına rağmen, sabit diskler üzerinde asıl kontrolü BIOS sağlar. BIOS, işletim sisteminin bir parçası olarak ROM'da (yalnız okunabilir hafıza çipinde) yer alır. BIOS, dosya okuyacak veya dosyaya yazacak kadar kabiliyetli olmasa da, sektörlere tek tek erişim işini üstlenir. Bunun için sürücüden sürücüye değişen yüz, iz ve sektör sayılarını bilmesi gerekir. Başka bir deyişle, sürücü geometrisini bilmesi gerekir.

BIOS bilgisayarın ROM’unda bulunur. BIOS’un bir kısmı “sabit disk BIOS’u (fixed disk BIOS) olarak adlandırılır ve kullanılabilecek sabit disk çeşitlerinin geometrik yerlerini bir liste halinde içerir.

3.5.2. Yeni Sürücü Geometrileri

BIOS da gittikçe daha fazla değişikliğe uğradığı için, listesinde başka disk tiplerine ait çok sayıda ilave geometrik veriler içerir. İlk AT sınıfı 14 farklı disk tipi içerirken, bu sayı daha sonra 22ye çıkartılmıştır. Ancak, bu arada IBM-BIOS tarafından desteklenmeyen yığınla farklı sürücü geometrisi türemiştir. Düşük kapasiteli sürücüler sunulan standart geometrilere çoğunlukla uyum sağlarlar. Ancak yüksek kapasiteli olanlar (GB seviyesinde olanlar), genelde BIOS’un elden geçmesini gerektirir.

4. SÜRÜCÜLERİN KONTROL ÜNİTESİ

Sabit disk sürücüleri, aynı disket sürücüleri gibi, kontrol ünitesi içeren bir karta gereksinim duyarlar. IBM AT’lerde hem disket, hem de sabit disk sürücülerinin kontrol üniteleri tek bir slot’a takılan ortak bir kartı paylaşırlar. IBM PC ve XT’lerde ise, sabit disk için ilave bir kontrol kartı gerekmektedir. Kontrol ünitesini içeren kart, verilerin sabit diskten hafızaya gönderilmesi işlemine yardım eder. Kontrol kavramı; verilerin okunmasına, yazılmasına, manyetik kafanın konumlanmasına ve birçok başka sürücü işlemine ilişkin emirler yollayan bir kontrol çipinden gelmektedir.

Kontrol ünitesinin görevleri ise, elektronik olarak sürücünün hareketlerini koordine etmek, kodlanmış bit zincirini gerçek verilere dönüştürmek ve hataları ortaya çıkarmaktır. Tüm bunlar çok hızlı olarak gerçekleşir; hatta bazen bilgisayarın veri işleme hızından bile daha hızlıdır.

4.1. Verilerin Kodlanması

Kontrol üniteleri, veri kodlama yöntemlerinde birbirlerinden farklılıklar gösterirler. Verilerin kodlanması, onların hafızadan alınıp disk yüzeyine bitler halinde yazılması anlamına gelir. Eğer düşünülecek olunursa kontrol ünitesinin elektronik aksamı çok karışık bir işin altından kalkmak zorundadır. Manyetik kafanın altından yaklaşık olarak 60,000 tane yükü değişmiş yük alanı içeren bir iz geçer. İz sadece birkaç inch uzunluğundadır ve manyetik kafanın altından sadece 17 milisaniyede bir tam tur yapar. Yani 512 baytlık (4096 bitlik) bir sektör sadece saniyenin binde birkaçı kadar kısa bir sürede kafanın altında geçer. Kontrol ünitesinin manyetik kafanın altından hangi yük alanının geçtiğini nasıl bilebildiği sorusu aka gelebilir. Fakat eğer sadece bir tek yük alanı kadar bir şaşma olsaydı, tüm veriler birbirlerine karışırdı. Bu sorunun cevabı “formatlama işlemi esnasında disk yüzeyine yazılan ve sektörlerin başlangıç yerlerini belirten veriler sayesinde” dir. Manyetik kafa, bir sektördeki verilerin üzerinde dolaştığında, kontrol ünitesi formatlamayla girilen işaretlerden birine rastlamadan önce binlerce manyetik yük alanını takip eder.

4.1.1. FM ve MFM Kodlamalar

Bu kadar çok sayıdaki yükün takibinde kontrol ünitesinin oryantasyonu kaybetmemesi için belli kodlama yöntemleri geliştirilmiştir. İlk geliştirilen FM (frequency modulation) kodlama yönteminde. ilave bir vuruş ile (clock pulse) yeni bir yük alanı daha kullanılmıştı. Bu şekilde disk kapasitesinin yarısı harcanmaktaydı. Daha sonra ileri sürülen bir fikre göre, bir yük değişiminin ardından gelen değer öncekinin değerine bağımlı olarak değişmekteydi. Bunun neticesinde bugün çoğu diskte kullanılan MFM (modified frequency modulation) kodlama düzeni yaratılmış oldu. Bu metot, zaman aralığı bitini kaldırarak, bir diskin kapasitesini FM kodlama yöntemindekinin iki katına çıkartmıştır.

4.1.2. RLL Kodlama

Son zamanlarda, RLL (Run-Length Limited) kodlama olarak adlandırılan bir metot daha sık kullanılmaya başlanmıştır. Kullanılan teknoloji aslında yeni olmamakla birlikte, son zamanlara kadar çok pahalıya mal oluyordu. RLL işleminde, veriler bir dizi özel kodlara dönüştürülür. Bu kodlar belli sayısal karakteristiklerden, örneğin ardarda gelen sıfırların miktarından meydana gelir. Buradaki mantık çok karışık olsa da, neticede veri yoğunluğu artırılmış olur. RLL 2.7 kodlama yönteminde peş peşe gelen sıfırların sayısı 2 ile 7 arasında sınırlandırılmıştır. Bu, sıfırların geçme boyunun (run-length) en çok 7 ile sınırlandırılmış olduğunu gösterir. Sonuç olarak, disk kapasitesi en az %50 artırılmış olur. RLL 2.7 kodlama metodu, günümüzde mikrobilgisayarlarda en çok kullanılan metottur. Bazı üreticiler ise, kısa bir süre içinde RLL 3.9 kodlama metodunu piyasaya sürdüler. Bu metot disk kapasitelerini iki katına çıkartmıştır.

RLL iz başına düşen sektör sayısını artırırken, belli bir anda manyetik kafanın altından geçen veri miktarının artmasına da yol açar. Bu da veri aktarım oranının artmasıyla sonuçlanır. Ayrıca, bir silindirdeki veri miktarını da artırarak, manyetik kafa hareketlerini azaltır.

4.1.3. Dezavantajlar

RLL kodlama metodunun bazı sorunları vardır. Öncelikle, RLL’yi kullanan kontrol üniteleri MFM kullanan kontrol ünitelerinden %50-%100 arası daha pahalıdırlar. Bundan daha da önemli olan bir sorun ise, sürücünün elektronik aksamlarının da bu veri aktarım oranına ayak uydurmak zorunda olmasıdır. Piyasada sunulmakta olan sabit disk sürücüleri, RLL kontrol üniteleriyle uyumlu oldukları halde, çoğu bunlarla uyum içinde çalışmazlar.

4.2. Hataların Düzeltilmesi

Kontrol ünitesi, birçok işlevinin yanı sıra, hata düzeltme işleminden de sorumludur. Bunu yaparken CRC (Cyclic Redundancy Check) olarak adlandırılan bir yöntem kullanılır. Bu işlemde, matematiksel bir formül yardımıyla veri blokları kontrol edilir. İşlemin sonucu ise veri bloğunun, yani sektörün arkasına yazılır. Bundan sonra bu blok tekrar okunduğunda, kontrol ünitesi bu değeri yeniden hesaplar ve bloğun sonunda bulunan değer ile karşılaştırır. Değerler farklı çıkarsa kontrol ünletesi hata verir. Bu teknik, birden çok hatayı da saptayabilecek kabiliyettedir.

Mevcut hatanın ciddiliğine bağlı olarak, kontrol ünitesi çoğu hata durumunda verileri yeniden oluşturabilir. Alışıldık bir sürücüde verilerin yeniden oluşturulabilmesine imkan sağlayan bir hata (recoverable read error) 10 trilyon baytta bir meydana gelirken, verilerin yeniden oluşturulabilmesine imkan sağlamayan bir hata (nonrecoverable read error) daha da ender olarak meydana gelir. Arama hataları (seek errors), manyetik kafanın bir işareti kaçırdığı durumlardır ve 1 milyon denemede bir meydana gelirler. Bu çok yüksek güvenirlik oranı. aslında çoğu kullanımlar için son derece yeterlidir. Mekanik ve manuel hatalar bunlardan çok daha tehlikelidir.

4.3. Ara Birim

Verilerin aktarım oranı, kullanılan ara birimlere bağlı olarak değişir. Ara birim, bilgisayar ile sabit disk arasındaki iletişimi sağlayan bir sistemdir. Böyle bir ara birim ya sürücünün elektronik aksamında, veya kontrol ünitesinde bulunur. Genelde iki tür ara birimden söz edilir:

Cihaz ara birimleri (device-level interfaces) ve sistem ara birimleri (system-level interfaces). Bunlardan daha basit olanı, cihaz ara birimi. sürücüye erişim için gerekli olan temel elektronik aksamları içerir. Sistem ara birimi ise, cihaz ara birimi ile bilgisayar arasındaki iletişimi sağlar. İki ara birim arasındaki sınırı kesin olarak belirlemek çok zordur. Ancak, sistem ara biriminin daha kabiliyetli olduğu söylenebilir, çünkü daha yüksek bir seviyede çalışır.

4.3.1. ST506 Ara Birimi

IBM bilgisayarlarında iki çeşit ara birim kullanır:Normal ST506/412 standart ara birimleri ve daha hızlı olan ESDI standart ara birimleri. 506 standart ara birimi 5 Mbps’lik (saniye başına düşen megabit) bir oranda veri aktarımı gerçekleştirebilmektedir. Bu, standart 5 MB’lık bir sabit diskin yüksek kapasiteli olarak görüldüğü dönemlerde çıkarılmıştır. Bu 5 Mbit’lik oran IBM XT’ler için yeterli bir orandı, çünkü bilgisayar, sabit diskin kontrol ünitesi kadar hızlı bir şekilde tampona veya tampondan veri aktarımı gerçekleştiremiyordu. Sürücüler bilgisayarın kendisinden daha hızlıydı.

4.3.2. ESDI Ara Birimi

Değişim, daha hızlı olan 80286 veya 80386 mikroişlemcilerin piyasaya sürülmesiyle gelmiştir. Daha sonra da Pentium serileri ile devam etmiştir. Artık mikroişlemciler verileri sürücülerden çok daha hızlı olarak hafızaya aktarabiliyorlar. Bunun neticesinde ise ST506’lardan daha hızlı olan ESDI ara birimleri üretilmeye başlanmıştır. ESDI ara birim’lerinin çoğu, saniyede 10 Mbit’lik veri aktarımı gerçekleştirseler de, bu hızı 20 Mbit’e çıkaran ESDI’ler de vardır. Bu kadar yüksek bir veri aktarım oranı, sadece, bir ize sığdırılan 512 baytlık sektörlerin sayısını iki katına çıkartabilen yüksek kapasiteli sürücülerle mümkündür. ESDI ara birimleri ST506’lardan sadece daha hızlı değil, aynı zamanda daha da kabiliyetlidirler. Disket ve sabit disk sürücülerinin haricinde, teyp backup üniteleri ile de çalıştırılabilirler. Ayrıca, bu aletler arasındaki veri aktarımını da bunların kullandıkları sektör büyüklükleri birbirlerinden farklı olsa dahi. gerçekleştirebilirler. Hataların belirlenmesi işleminde de, ESDI ara birimleri ST506’Iardan daha verimli çalışırlar.

4.3.3. Asıl Veri Aktarım Oranları

Saniyede 625,000 baytlık bir veri aktarım oranına sahip bir sürücünün, 100 KB’lik bir dosyanın yüklenmesinde neden uzun bir süre gerektirdiği düşünülebilir. Elektronik aksamlar, bu hızlarını, sadece manyetik kafa istenen konumda bulunduğu vakit geçekleştirebilirler. 40 milisaniyelik bir erişim hızında manyetik kafanın her hareketi 25,000 baytlık bir veri aktarımı için gerekli olan süreyi harcar. Her istenilen anda da istenilen sektörün manyetik kafanın altında bulunması gerekir. Dakikada 3,600 devirlik bir sürücü, aranan sektör eğer diskin diğer yüzündeyse, 5,000 baytlık bir veri aktarımı için gerekli olan süreyi harcar. Başka bir husus da, elektrik aksamın da her zaman hazır olamayacağıdır. Kontrol ünitesi CPU işlemini bitirene kadar beklemelidir. Kullanılan programların da bir kısım verileri işledikten sonra diğer verilere geçtiği unutulmamalıdır. Bu ilave veri işlemi sabit diskin taşma faktörünün aşılmasına ve diskin normalden fazla dönmesine sebep olabilir. Bu esnada elektronik aksamlar beklemek zorunda kalırlar.

4.3.4. SCSI Ara Birimi

Yaygınlaşmakta olan üçüncü bir standart ise, çok kabiliyetli olan SCSI ara birim standardıdır. Bu ara birimlerde, kontrol ünitesinin tüm fonksiyonları sürücünün kontrol kartı tarafından gerçekleştirilir. Bunlar SCSI port’u bulunan bir bilgisayara direk bağlanabilen sistem ara birimleridir. Bu port, aynen seri ve paralel portlar gibi, bilgisayarın arkasında bulunur.

IBM, SCSI ara birimlerini bir SCSI adaptörü yardımıyla kullandırmaktadır. Böylece, tek bir bağlantı slot’u kullanarak örneğin sabit disk, yüksek kapasiteli sürücü, optik sürücü, scanner ve yazıcı gibi yedi tane harici birimin bağlanabilmesine imkan tanır. Bunun sağladığı avantaj ortadadır. Birçok harici birimin bağlanması için normalde ihtiyaç duyulan ek slot’lara artık gerek kalmaz. Üreticiler. daha sonraki modelleri SCSI ara birimi ile donatılmış halde üretmeyi düşünüyorlar, SCSI ara birimleri bazı yönlerinden dolayı geleceğin ara birimleri olarak görülseler de, yüksek kapasiteli sürücülerle çalışan ESDI ara birimlerinin yerini almaları beklenmemelidir.

4.4. Tanı İz Tamponları

Verilere erişimi hızlandırabilmek için piyasaya sürülen kontrol kartlarına ilave bir özellik kazandırılmıştır. Bu özellik, kontrol kartlarının, diskin bir izindeki tüm verileri içerebilecek kadar büyük bir tamponla donatılmış olmalarıdır. Bu tür tampon’lar genelde 9 KB’lık kapasitede olurlar. Eğer belli bir sektördeki verilere erişilmek istenirse. kontrol ünitesi o anda manyetik kafanın altında bulunan sektörden başlamak üzere tüm izdeki verileri okur. Bu sayede, aynı izde bulunan başka bir sektördeki verilere de erişilmek istendiğinde, bu işlem artık elektronik aksamın imkan tanıdığı hızda (bu hız RAM Diskin hızıyla kıyaslanabilir) gerçekleşir. Şekil 4.1 bu işlemi göstermektedir.

Normalde sabit disklerde bu tamponlar 1:1 ‘ilk bir taşma faktörüne göre çalışırlar; çünkü bu şekilde, veriler mekanik açıdan mümkün olduğu kadar hızlı okunmaktadır. Ancak taşma faktörünün 1:1’den büyük olduğu durumlar da görülebilir. Bu durumlarda veriler (sektörler) şekil 4.1’dek sıralamadan farklı bir sıralamada okunurlar. Burada şu soru akla gelebilir: “Eğer veriler 1:1 ‘ilk taşma faktörüyle aktarılırlarsa, bu tamponun ne gibi bir yararı olur?”. Uygulamada, programlar sabit diske yönelik girdi çıktı işlemlerini çok verimsiz olarak gerçekleştirirler. En optimal taşma faktörü, ancak veriler işlenmeden hafızaya aktarılırsa sağlanır. Verilerin bu aktarım esnasında işlenmesi, taşmayı keser ve diskin hariçten dönmesini gerektirir. Diskin bir dönüşü 17 milisaniyelik bir zamanda olur. Bu da, hızlı bir sabit diskte manyetik kafanın veri araması için harcanan zamanın iki katıdır. Bu tür gecikmeler çok çabuk birikir ve toplamda çok zaman kaybına yol açar. Ancak ilk turda tüm veriler okunurlarsa, artık verilerin programlar tarafından talep edildikleri anda hemen hafızaya aktarılmaları mümkün olur.

Şekil 4.1: Tam İz Tamponu

4.4.1. Dezavantajlar

Çoğu zaman, izdeki verilerden sadece bir kısmı gerçekten gereklidir. Bu durumlarda, hariçten okunan veriler zaman kaybına yol açar. Aslında bu tamponlar diskte parçalanmış halde bulunan dosyalarda (random access files) ortalama erişim süresini artırır. Çünkü çoğu zaman, bu tür dosyalarda art arda gelen veriler çok farklı alanlarda bulunur. Sonuçta, sadece bir sektörlük veri gerektiği halde, izdeki tüm sektörler okunur.

4.4.2. Tam İz Tamponları Yardımıyla Diske Veri Yazılması

Okuma işlemi haricinde izdeki bütün yerleri içeren tamponlar yardımıyla yazma işleminde de kolaylıklar sağlanabilir. Aslında bu tampon tam olarak dolmadan, diske hiçbir şey yazılmaması gerekir. Aksi taktirde, bir hamlede diskteki tüm bir izi yazma fırsatı elden kaçırılmış olacaktır. Ne var ki, tampon tam olarak dolmuş olmasa dahi, DOS’un manyetik kafayı başka bir ize konumlamaya yönelik her talimatında, tampondaki veriler diske yazılırlar. Bu, tamponun içerdiği son izi diske hiçbir zaman yazmaması anlamına gelir. En sonunda makina kapatılmak zorunda kalınacağı için, bu son iz kaybolur. Bunu engellemek amacıyla getirilen ek bir önlem, iz tamponlarının sürücünün birkaç saniye hareketsiz kaldığını fark ettikleri an, içerdikleri verileri diske yazmaları şeklindedir.

4.4.3. Sektörü Olmayan İzler

Tam iz tamponlarından sağlanan fayda, sektör kavramının izlerden kaldırılmasıyla üst düzeye çıkarılabilir. Bunun bir örneği, 20 MB’lik bir sabit diskte, izlere hiç boşluk vermeden veri yazan ve bu şekilde diskin kapasitesini 26 MB’a çıkartan Tallgrass TG5525i kontrol ünitesidir. Bu kontrol ünitesi, okuma işlemi esnasında, izin içerdiği verilerin hepsini tampona koyar ve ardından verileri 512 baytlık kısımlara bölerek kullanır. DOS hiçbir zaman bu değişikliğin farkına varmaz.

Tam iz tamponları, utilityler yardımıyla taklit edilebilirler. Bu programlar, sık sık kullanılan sektörlerin birer kopyalarını hafızaya yerleştirir ve bu sektörlere yönelik gerçekleşen mekanik erişim sayısını en aza indirirler. Hatta bazıları, DOS' u kandırıp bütün bir izi hafızaya yerleştirebilecek durumdadır. Bunun için, iz üzerinde tamponlamayı gerektirecek kadar veri bulunup bulunmadığına bakarlar. Diğer bir özellikleri ise, tampondaki bir izin diske yazılmasında görülür. Bu aşamada, sadece üzerinde değişiklik yapılmış olan sektörler diske yazılır. Oysa DOS’a kalsa izdeki tüm sektörleri diske yazardı. Ancak, bu tür metotlar yine de verimsiz sayılır. Çünkü gereksiz yere okunmuş olan veriler, bu sefer sadece kontrol ünitesine kadar değil, sistem hafızasına (RAM) kadar ulaşır. Tamponlama işlemi biraz daha kabiliyetli bir şekilde gerçekleştirilebilseydi, daha yüksek bir verimlilik elde etmek mümkün olurdu. Yazılımların yardımıyla kontrol ünitesinin veri tamponlama sistemini iyileştirmek ve böylece gereksiz okuma yazma işlemlerinden kurtulmak mümkündür.

4.5. Disk Formatı

Kontrol ünitesinin, disk yüzeyini sektör, iz ve silindir isimli kısımlara ayırır. Ancak, yazılımlar verileri bu kısımlara göre değil, dosya kavramına göre saklarlar. Yazılımların büyük bir kısım, veri yazılması ve okunması ile ilgili problemlerle hiç uğraşmazlar, çünkü bu DOS’un görevidir. DOS, disk işletim sistemi (disk operating system) anlamına gelir ve verileri okuyup yazmanın dışında, birçok özelliğe daha sahiptir. Ancak, okuma yazma işlemleri onun en önemli görevleridir. Bunların haricinde, DOS’un sadece programcılar tarafından bilinen bir yönü daha vardır. Çoğu kullanıcı DOS’u sadece COPY ve DIR gibi bir komutlar topluluğu zanneder. Oysaki, programcılar, DOS yardımıyla dosya açıp kapayabilir veya manyetik kafanın başka bir konuma hareket etmesini sağlayabilirler. DOS, programcılara belli bir sektöre erişim imkanı tanıdığı halde, yazılımlar dosyanın saklandığı disk alanını pek bilmezler. Yazılımlar sadece verileri isterler. Onların hafızaya yüklenmesi görevi DOS’a aittir. Tersinde ise, DOS, yazılım tarafından gönderilen verilerin gerekli yere yazılmasını sağlar.

4.5.1. Dosya Kavramı

Dosya kavramı, aslında verilerle dolu sektörlerin oluşturduğu bir zincirden başka bir şey değildir. DOS, diskte bulunan dosyaların bir listesini tutar (dizin). Bu dizin’lerde dosya ismi ve dosya uzantısının haricinde dosyayla ve dosyanın ilk sektörüyle ilgili bilgiler de bulunmaktadır. Dizin, dosyanın ilk sektörü hakkında bilgi verir. Geri kalan sektörler hakkındaki bilgiler dosya dağılım tablosunda (File Allocation Table veya FAT) bulunmaktadır.

4.6. Küme

Diske bir dosya kaydedildiğinde, DOS’ un bu dosyaya diskte ayırdığı yer, genelde dosyanın net uzunluğundan daha fazla olur. Sürücünün kontrol ünitesi verileri sektörlerden daha ufak parçalar halinde ele alamadığı için, DOS, yer rezervasyonunu sektör sektör yapmak zorunda kalmıştır. Eğer dosyanın uzunluğu 1 ile 512 bayt arasında kalırsa, bu dosya için diskte mecburen bir sektörlük yer kullanılır. Eğer dosya uzunluğu 513 ile 1024 bayt arasında kalırsa, bu sefer de dosya için 1024 baytlık. yani iki sektörlük yer kullanılır. Bu yöntem, gereksiz disk alanı harcamalarına yol açmaktadır. Ancak uygulamada, sadece tek yüzlü, yüksek yoğunluklu 1.2 MB ve 1.44 MB’lik disketlerde tek sektörlük alan rezervasyonları söz konusu olur. Diğer çeşit disketler ve farklı kapasitelerde olan sabit disklerde bu alan 2, 4 veya 8 sektör arasında değişir. Alan rezervasyonlarını bir sektörlük yapan disklerde 10 baytlık bir bilgi için 512 bayt harcanırken; 2. 3 ve 4 sektörlük alan rezervasyonu yapan disklerde bu sayı sırasıyla 1024, 2048 ve 4096 bayt olur.

4.6.1. Küme Numarası