Harddiske

Læse og skrive data

Det vigtigste ved hukommelse er ikke at kunne lagre information, men at kunne finde den senere. Forestil dig at opbevare et magnetiseret jernsøm i en bunke af 1,6 millioner millioner identiske sømog du vil få en idé om, hvor mange problemer din computer ville få, hvis den ikke brugte en meget metodisk måde at arkivere sine oplysninger på.

Når din computer lagrer data på sin harddisk, smider den ikke bare magnetiserede søm i en kasse, hvor de er blandet sammen. Dataene er gemt i et meget ordnet mønster på hver plade. Bits af data er arrangeret i koncentriske, cirkulære baner kaldet spor.Hvert spor er opdelt i mindre områder kaldet sektorer.En del af harddisken gemmer et kort over sektorer, der allerede er blevet brugt op, og andre, der stadig er ledige. (I Windows kaldes dette kort for File Allocation Table eller FAT.) Når computeren ønsker at lagre nye oplysninger, kigger den på kortet for at finde nogle frie sektorer, hvorefter den instruerer læse- og skrivehovedet om at bevæge sig hen over pladen til det helt rigtige sted og lagre dataene der. For at læse oplysninger kører den samme proces omvendt.

Hvordan manipulerer en elektronisk computer alle de mekaniske detaljer i et harddiskdrev? Der er en grænseflade (et forbindelsesudstyr) mellem dem, der kaldes en controller.Dette er et lille kredsløb, der betjener aktuatorerne, vælger specifikke spor til læsning og skrivning og konverterer parallelle datastrømme fra computeren til serielle datastrømme, der skrives til disken (og omvendt). Controllere er enten indbygget i diskdrevets eget printkort eller en del af computerens hovedkort (motherboard).

Med så mange oplysninger gemt på så lille en plads er et harddiskdrev et bemærkelsesværdigt stykke teknik. Det giver fordele (f.eks. at du kan gemme 500 cd’er på din iPod), men også ulemper.En af dem er, at harddiske kan gå galt, hvis der kommer snavs eller støv i dem. Et lille stykke støv kan få læse- og skrivehovedet til at hoppe op og ned, så det støder ind i pladen og beskadiger dens magnetiske materiale. Dette kaldes et disknedbrud (eller hovednedbrud), og det kan (men det sker ikke altid) medføre tab af alle oplysninger på harddisken. Et disknedbrud sker normalt ud af det blå uden nogen form for advarsel. Derfor bør du altid opbevare sikkerhedskopier af dine vigtige dokumenter og filer, enten på en anden harddisk, på en compact disc (CD) eller DVD eller på en flash memory stick.

Photo: Skrive- og læsehovedet på en harddisk. 1) Aktuatorarmen svinger hovedet frem og tilbage, så det er i den rigtige position på drevet. 2) Kun den lille yderste del af harddisken læser og skriver faktisk fra og til pladen. Husk, at halvdelen af det, du ser på det andet billede, er en refleks i den blanke overflade af harddisken!

Hvem opfandt harddisken?

Som mange andre nyskabelser i det 20. århundredes computerverden blev harddisken opfundet hos IBM som en måde at give computere en hurtigt tilgængelig “random-access”-hukommelse på. Problemet med andre computerhukommelser, f.eks. hulkort og magnetbånd, er, at de kun kan tilgås serielt (i rækkefølge, fra start til slut), så hvis den data, man ønsker at hente, befinder sig et sted midt på båndet, skal man læse eller scanne hele båndet ret langsomt igennem for at finde det, man ønsker. Alt går meget hurtigere med en harddisk, som kan flytte sit læse- og skrivehoved meget hurtigt fra den ene del af disken til den anden; enhver del af disken kan tilgås lige så let som enhver anden del. Den første harddisk blev udviklet af IBM’s Reynold B. Johnson og annonceret den 4. september 1956 som IBM 350 Disk Storage Unit.

IBM’s ingeniører var også pionerer inden for disketter, som var flytbare magnetiske diske pakket i robuste plastkasser (oprindeligt 20 cm eller 8 tommer i diameter og pakket ind i fleksible plasthylstre; senere 133 mm eller 5,25 tommer i diameter og pakket i robuste plastkasser). De blev udviklet af IBM’s Warren Dalziel i 1967 og solgt første gang i 1971 og blev meget populære i mikrocomputere (forløberne for pc’er) i slutningen af 1970’erne og begyndelsen af 1980’erne, men er nu forældede. Med en lagerkapacitet på kun 1,44 MB er de blevet fuldstændig afløst af USB-flash “drev”, der tilbyder hundreder eller tusinder af gange mere hukommelse i en lille plastikpind på en brøkdel af størrelsen.

Artwork: Den originale harddisk. IBM’s ingeniører udviklede denne banebrydende magnetiske hukommelse (som på IBM-sprog blev kaldt DASD, der udtales “das-dee”) gennem en proces med løbende forbedringer fra begyndelsen af 1950’erne og fremefter, og de fik deres endelige patent på designet i 1970. Man kan se, at den grundlæggende skrive- og læsemekanisme er nøjagtig den samme som i nutidens drev: der er flere plader (lyseblå), som består af individuelle sektorer (mørkeblå), der kan skrives til eller læses fra af flere skrive- og læsehoveder (røde), som er monteret på enderne af glidende aktuatorer (orange). Pladerne drejes af en remskive og en motor (grøn), mens aktuatorerne drives af tandhjul og en motor (gul). Den største forskel mellem dette drev og et moderne drev er den utrolige mængde indviklede maskineri, som dette drev indeholdt (som du kan læse alt om i det originale patent). Fra det amerikanske patent 3,503,060: Direct access magnetic disc storage device by William Goddard and John Lynott, IBM Corporation, March 24, 1970, courtesy of US Patent and Trademark Office, with colors added for clarity.

Harddiske og SSD’er sammenlignet

Harddiske er gennemprøvede, har stor kapacitet og er billige, men de har også masser af ulemper. Et af problemerne er den tid, det tager for læse- og skrivehovedet at komme til den rigtige del af disken for at få adgang til de ønskede oplysninger. Harddisken er tung og har et relativt stort strømforbrug, hvilket også er et problem, især i mobile enheder som f.eks. tablets og smartphones. Pålidelighed er et andet problem. Som du sikkert har forstået af det, du lige har læst, er en harddisk et vidunderligt stykke præcisionsteknik med masser af indviklede bevægelige dele. Den kan sagtens fungere i 20 år uden nogen som helst problemer. Men på den anden side, hvis du nogensinde har været udsat for et harddiskhovednedbrud (et alvorligt mekanisk nedbrud forårsaget af noget som f.eks. snavs på en af harddiskens plader eller et pludseligt mekanisk stød) og mistet alt, hvad du nogensinde har gemt på din computer, er det ingen beroligelse: Du vil vide, at en harddisk øjeblikkeligt vil miste kærligheden til dig, hvis du behandler den med mindre omhu, end den fortjener.

Foto:

Alle disse problemer – vægt, strømforbrug, adgangstider og pålidelighed – kan løses ved at bruge SSD-drev (Solid State Drives), som typisk bruger flash-hukommelseschips i stedet for snurrende magnetiske plader. Computerproducenterne har i mindst det sidste årti bevæget sig væk fra harddiske og over til SSD’er, hvilket i høj grad skyldes tendensen væk fra stationære computere og over til mobile enheder. Apples iPods er et godt eksempel på, hvordan tiderne har ændret sig. De oprindelige “Classic” iPods, der blev lanceret i 2001, er ikke meget mere end harddiske, lydkort og batterier (du kan se, hvordan en iPod-harddisk ser ud på billederne ovenfor); især harddisken var en indlysende undskyldning for fejl, hvis du tog dem med på en løbetur eller kastede dem rundt i tasken. Med iPod Touch, der blev lanceret i 2007, skiftede Apple resolut til SSD-teknologi, hvilket gjorde musikafspillerne tyndere og lettere i lommen, mindre udsat for mekaniske fejl og gav en langt bedre batterilevetid. Du er mere tilbøjelig til at slide knapperne op eller knække skærmen på en moderne iPod eller iPhone end til at beskadige hukommelseschipsene indeni.

Her er en meget hurtig sammenligning mellem traditionelle harddiske (HDD’er) og SSD’er på nogle få vigtige målinger:

Ingen konkurrence? SSD’er vinder suverænt? Ikke så hurtigt! Hvis du ønsker at købe så meget lagerplads som muligt for så få penge som muligt, og hvis du ikke er så kræsen med ting som strømforbrug og hastighed, er traditionelle harddiske stadig den bedste værdi for pengene. I 2020 er SSD’er stadig en del dyrere pr. gigabyte end traditionelle harddiske, selv om der er store prisforskelle mellem de forskellige typer SSD’er, og forskellen mellem SSD’er og harddiske bliver mindre og mindre år for år. Du skal ikke forvente, at gammeldags harddiske forsvinder, før denne prisforskel lukkes væsentligt!