Merevlemez

A merevlemez belseje

A merevlemez (HDD – Hard Disk Drive vagy winchester), melyet 1956-ban fejlesztett ki az IBM, napjaink legfontosabb háttértárolójává nőtte ki magát. A mágneses elven működő háttértárolón helyezkedik el a mai PC-ben az adataink többsége: hiszen a winchester rendelkezik a legnagyobb tárolókapacitással, leggyorsabb átviteli sebességgel.

Működési elve

A merevlemez olyan berendezés, mely az adatokat mágnesezhető réteggel bevont lemezeken tárolja, melyet a forgó lemez fölött mozgó író/olvasó fej ír, vagy olvas. A lemezek állandóan forognak, forgási sebességüket rpm-ben adják meg (Rotation Per Minute, azaz fordulat per perc; általában 5400 – 7200, SCSI csatolásúaknál 10000 – 15 000 közötti). A fej körülbelül 1 (Hitachi, régebben IBM meghajtókban 0,19) nanométeres légpárnán repül a lemezek felett, ezért egy apró porszem is tönkreteheti azokat! Összeszerelésük ezért speciális körülmények között, pormentes üzemcsarnokban, úgynevezett "tisztatérben" történik. Egy winchesterben több lemez is van: mindegyikhez két fej tartozik: alul-felül egy. Mivel az azonos fej, és lemezszámú meghajtók kapacitása eltérő lehet, a végleges kapacitást és a adattárolásra használt területeket a gyártás során, úgynevezett "szervóírással" alakítják ki. A HDD-beli lemezeket azonos központú, különboző sugarú körök tagolják, ezeket sávoknak (trackeknek) nevezzük. A sávok azonosítása számokkal történik, a legkülső sáv a 0-s sorszámú. Azokat a sávokat melyek egymás alatt helyezkednek el cilindernek nevezzük. A sávokat tovább lehet bontani ún. szektorokra. Ezeket is sorszámozzák, ezek eggyel kezdődnek. A könnyebbség kedvéért a winchester 3-4 szektort együtt szokott kezelni, ezek a szektorcsoportok, a clusterek.

A merevlemez főbb tulajdonságai

• tárolókapacitás: Ez jellemzi a winchestert abból a szempontból, hogy mennyi adat fér rá: kezdetekben csak pár megabájt volt, manapság már a 40 GB – 2 TB között mozog.
• Írási és olvasási sebessége: Ezt nagyban befolyásolja a lemez forgási sebessége, mely jellemzően 5400, 7200, 10000 vagy 15000 fordulat/perc (rpm). A winchester átviteli sebességének növelésének érdekében beépítenek egy gyorsítótárat (cache-t). Mivel általában szekvenciális írásról és olvasásról van szó, a merevlemez elektronikája a gyorsítótárba gyűjtögeti a kiírandó adatokat, majd ha elegendő összegyűlt akkor egyszerre kiírja a lemezre. Olvasásnál a lemezről többet beolvas mint, amennyire szükség van az adott pillanatban, arra a statisztikai tényre építve, hogy „úgy is kérni fogjuk az utána lévő adatokat” (előreolvasás). Nem kevésbé fontos szerepe még, hogy a csatolófelület felé szakaszosan is, de állandó sebességgel küldje és fogadja az adatokat. A gyorsítótárnak köszönhetően a HDD elérési ideje lényegesen lecsökken. A gyorsítótár lehetőségeinek kihasználása érdekében a nagyobb adatsűrűségű tárolókhoz nagyobb méretű szokott lenni. Régebben 2-4 MB-os, manapság a nagyobb kapacitású HDD-ek mellé 8, 16 vagy 32 MB-os gyorsítótárat szoktak rakni.
• Csatolófelület: ezen keresztül történik az adatátvitel, több fajta létezik: ATA (PATA), SATA (SATA I és SATA II), SCSI

Egyéb kapcsolodó fogalmak

Partícionálás: A winchestert partícionálással több logikai meghajtóra oszthatjuk fel. Ezek a partíciók fizikailag egy winchesteren vannak, ám az operációs rendszer több meghajtóként érzékeli, és kezeli őket. Tehát a partíció a merevlemez egy logikailag különálló darabja, melyet az adatok szervezésére használunk. A merevlemez első használatba vétele előtt kell végrehajtani a partícionálás műveletét, mely után a lemez használhatóvá válik.

Formattálás/Formázás: Ahhoz hogy a mágneslemezeken lévő mágneses réteg alkalmas legyen adatok tárolására, létre kell hozni a tároláshoz szükséges rendszert. Ezt formattálásnak vagy formázásnak nevezzük. Formázáskor jönnek létre a sávok, szektorok. A formattálást egy bizonyos partícióra hajtjuk végre. Formattáláskor az adott partíción lévő fájlok törlődnek, bár egyes technikákkal visszaállíthatóak.

Fájlrendszer: Ahhoz, hogy fájlokat tároljunk egy merevlemezen, a PC-nek fájlrendszerre van szüksége, amely megadja a fájl nevét, helyét. Hasonlít egy katalógusra. Minden partíciónak megvan a saját személyi katalógusa, az állománykiosztási tábla (File Allocation Table, FAT). A legkorábbi fájlrendszer a FAT16 volt, még DOS operációs rendszer alá. Ezt követte a FAT32, ez a Windows 95, Windows 98 fájlrendszere volt, ezt pedig az NTFS (New Technology File System) követte. Ez a Windows NT alapú rendszerek fájlrendszere: a Windows 2000, a Windows XP, a Windows Server 2003 illetve a Windows Vistáé. A Microsoft következő generációs fájlrendszere a WinFS még várat magára. Unix és Linux operációs rendszerek alatt ettől eltérő fájlrendszereket használnak. A FAT fájlrendszerek hátránya az NTFS-szel szemben, hogy egy fájl mérete maximum 4 GB lehet.

Töredezettség: A HDD-n lévő fájlok egy idő után logikailag töredezetté válnak. Oka az, hogy a winchester nem tud egy szektornál kisebb egységet címezni, így amikor ír egy fájlt, és az nem tölti be teljesen a szektort, kihasználatlan hely keletkezik. A winchester lassulását az okozza, hogy amikor ír egy adott információt, de a következő szektor foglalt, akkor ettől a szektortól egy távolabbi üres szektorba kell raknia a fájl további részét – az író/olvasó fejnek mozognia kell, hogy elérje – és ez lassabb elérési időt okoz. Ezt az állapotot töredezettségnek, vagy fragmentáltságnak nevezzük. Ezt különböző szoftverekkel segítségével könnyen lehet orvosolni, ezek a törezettség-mentesítők, a defragmentálók.

Több merevlemez használata: Ha több merevlemezünk is van, akkor be kell állítani, hogy melyik legyen az elsődleges (master), és melyik legyen a másodlagos (slave, azaz a szolga). A masteren van a boot szektor, az a szektor, ami az operációs rendszer betöltését szolgálja.

Merevlemez mobilitása: A merevlemez mobilitását több módon próbálták elérni:

• Egyfajta megoldás a külső merevlemez, melynek kulturált külső borítása van, valamint a számítógép általános célú interfészei közül valamelyikre csatlakoztatható (USB, párhuzamos port, SCSI port, FireWire port). A külső merevlemez valamivel drágább, és csatlakozástól függően általában lassabb is, mint a belső. A merevlemezek közül már gyártanak strapabíróbbakat is: gumiburkolattal, és ezek kisebb ütődéseket is kibírnak.
• A mobilrack a másik megoldás: ekkor a merevlemez könnyen kihúzható a gépből, és átvihető másikba, és sebességbeli csökkenés sincs. Ez notebookoknál nem alkalmazható.

Biztonság: A merevlemez ugyan viszonylag hosszú élettartamú eszköz, ám meghibásodások itt is előfordulhatnak: a biztonságra megoldás a HDD-k RAID-be szervezése. Az adatvesztés előrejelzésére több technikát is kifejlesztettek: egy ilyen például a S.M.A.R.T. is. Ha mégis adavesztés következne be, akkor több módszer is létezik az adatok viszanyerésére. Egy ismertető erről a témáról: tuningnet.hu.

Alkalmazásuk: Az 5400 fordulatos merevlemez jellemzően 2,5"-os méretben kerül piacra és általában notebook-okban alkalmazzák alacsony fogyasztása miatt, illetve külső rack-ekben csekély fizikai mérete és elhanyagolható tömege miatt. A 7200 rpm -es lemezek általában 3,5"-os méretben képviseltetik magukat az asztali gépekben, illetve merevlemezes DVD-írókban. A 10 000 fordulatos HDD-k többége SCSI csatolóval jön világra, szintén 3,5"-os méretben. Gyorsasága, megbizhatósága és nem utolsó sorban ára miatt leginkább a szerverpiacon alkalmazzák, valamint nagy adatbiztonságot igénylő rendszerekben. (Leginkább RAID tömbként). A merevlemezek ATA, PATA, SATA I/ II, vagy SCSI csatlakozó porttal készülnek.

A HDD-k jövője: A merevlemezt az egyre nagyobb kapacitású; gyorsabb, és sokkal kevesebb fogyasztású flashmemóriák (NAND, vagy NOR technika) szoríthatják ki: először a hordozható számítógépek terén. Több merevlemez-gyártó tervezi nem sokára a hibrid (mely ötvözi a két technikát) merevlemezek bevezetését.