Choć dyski SSD zdominowały rynek pamięci masowej, klasyczne dyski twarde HDD (Hard Disk Drive) wciąż mają swoje miejsce – zwłaszcza w zastosowaniach archiwizacyjnych, systemach NAS czy komputerach, gdzie liczy się pojemność w rozsądnej cenie. Mimo że z zewnątrz działanie dysku HDD wydaje się proste, jego procedura uruchomieniowa to złożony proces mechaniczno-elektroniczny, który musi przebiec bezbłędnie, by system mógł z niego korzystać.

W tym artykule krok po kroku przedstawiamy, co dzieje się wewnątrz dysku twardego od momentu załączenia zasilania aż do jego pełnej inicjalizacji w systemie operacyjnym.

1. Podanie zasilania – start mechaniczny

Po włączeniu komputera, do dysku HDD trafia napięcie z zasilacza:

• 12 V odpowiada za zasilanie silnika napędzającego talerze,
• 5 V zasila elektronikę sterującą (PCB – Printed Circuit Board).

Zasilanie uruchamia silnik bezszczotkowy (spindle motor), który zaczyna obracać talerze dysku z ustaloną prędkością – zazwyczaj:

• 5400 RPM w laptopach i dyskach energooszczędnych,
• 7200 RPM w komputerach stacjonarnych,
• 10 000–15 000 RPM w dyskach klasy enterprise.

Już na tym etapie działa wbudowany układ kontroli prędkości (servo system), który stabilizuje obrót do zadanej wartości.

2. Pozycjonowanie głowicy i test wewnętrzny (Self-Test)

Równocześnie z ruchem talerzy, uruchamia się układ sterujący głowicą (actuator), który ustawia ją w pozycji startowej nad odpowiednią strefą talerzy, gdzie znajduje się specjalny obszar zawierający serwodane i mikrokod.

Dysk wykonuje autotest POST (Power-On Self-Test), który obejmuje:

• sprawdzenie układu logiki,
• test silnika i głowic,
• weryfikację tablicy stref danych i sektorów,
• inicjalizację bufora cache.

Jeśli wszystkie testy przejdą pomyślnie, sterownik uznaje dysk za gotowy do komunikacji z hostem.

3. Odczyt mikroprogramu (firmware) z serwostrefy

Część firmware’u jest zapisana w pamięci ROM na płytce drukowanej, ale główna część znajduje się na talerzach w tzw. Service Area (SA) – niedostępnej dla użytkownika części dysku.

Procesor dysku:

• odczytuje kod z SA,
• ładuje konfigurację stref, dane korekcji błędów (ECC), adresację LBA,
• konfiguruje cache i mapę sektorów.

W tym momencie dysk jest gotowy do odpowiedzi na zapytania systemowe.

4. Negocjacja z interfejsem transmisji danych

Dysk HDD komunikuje się z płytą główną przez interfejs:

• SATA (Serial ATA) – najczęściej spotykany obecnie,
• SAS – w serwerach,
• IDE (PATA) – w starszych konstrukcjach.

Na tym etapie odbywa się:

• detekcja urządzenia przez kontroler płyty głównej,
• negocjacja prędkości transmisji (np. SATA I – 1,5 Gb/s, SATA III – 6 Gb/s),
• synchronizacja sygnałów i potwierdzenie gotowości do pracy.

W BIOS/UEFI pojawia się identyfikator urządzenia, numer seryjny, pojemność i inne dane techniczne.

5. Rejestracja w BIOS/UEFI

Po udanej negocjacji, BIOS/UEFI rejestruje dysk jako dostępne urządzenie startowe lub pomocnicze. W zależności od konfiguracji, może on:

• zostać uwzględniony na liście bootowalnych dysków (jeśli zawiera sektor rozruchowy),
• być widoczny jako dodatkowy dysk do przechowywania danych,
• wymagać inicjalizacji, jeśli jest nowy i nie zawiera partycji.

Użytkownik może na tym etapie wejść do BIOS i sprawdzić podstawowe informacje o dysku.

6. Przekazanie kontroli do systemu operacyjnego

Po zakończeniu POST, system ładuje bootloader i uruchamia system operacyjny. Gdy system uzyska dostęp do kontrolera SATA, rozpoczyna się:

• wykrywanie urządzeń magazynujących,
• załadowanie odpowiednich sterowników (standardowych lub producenta),
• identyfikacja partycji, systemów plików i przypisanie liter dysków (np. C:, D:),
• montowanie woluminów, jeśli system rozpoznaje ich strukturę.

Dysk staje się dostępny w eksploratorze plików lub menedżerze dysków.

7. Gotowość do pracy – buforowanie i kolejkowanie danych

Po pełnej inicjalizacji, dysk uruchamia szereg funkcji usprawniających pracę:

• aktywuje cache (bufor) – zwykle 16–256 MB pamięci DRAM, do tymczasowego przechowywania danych odczytywanych lub zapisywanych,
• uruchamia mechanizmy kolejkowania zapytań (NCQ – Native Command Queuing),
• umożliwia systemowi pełny dostęp do danych: odczyt, zapis, defragmentację, S.M.A.R.T.

Dysk HDD jest teraz aktywną częścią systemu, gotową do realizowania operacji wejścia/wyjścia.

Co się może nie udać w tej procedurze?

Choć proces uruchomienia dysku HDD przebiega automatycznie, istnieje wiele potencjalnych punktów awarii:

• uszkodzony firmware – dysk nie ładuje mikrokodu z talerzy,
• niesprawny silnik – brak startu talerzy,
• uszkodzona głowica – niemożność odczytu danych systemowych,
• problemy z interfejsem SATA – nieudana negocjacja z kontrolerem,
• awaria BIOS/UEFI lub sterownika – dysk nie pojawia się w systemie.

W takich przypadkach dysk może nie być widoczny w BIOS lub zawieszać procedurę POST.

Uruchomienie dysku HDD to znacznie więcej niż tylko „włączenie”. To złożony proces, który obejmuje:

• start mechaniczny i stabilizację talerzy,
• testy elektroniki i głowic,
• odczyt mikrokodu i konfiguracji,
• synchronizację z interfejsem transmisji danych,
• integrację z BIOS/UEFI i systemem operacyjnym.

Każdy etap jest kluczowy i wymaga współpracy wielu komponentów: od fizycznych mechanizmów po oprogramowanie niskiego poziomu. Wyjaśnienie tej procedury pozwala lepiej diagnozować problemy z dyskiem, przewidywać jego awarie, a także docenić stopień skomplikowania pozornie prostego urządzenia, jakim jest klasyczny twardy dysk.