Kovalevyt

Datan lukeminen ja kirjoittaminen

Muistissa tärkeintä ei ole se, että se pystyy tallentamaan tietoa, vaan se, että se pystyy löytämään sen myöhemmin. Kuvittele, että tallennat magneettisen rautanaulan 1,6 miljoonan miljoonan samanlaisen naulan kasaan, ja saat jonkinlaisen käsityksen siitä, kuinka suuriin vaikeuksiin tietokoneesi joutuisi, jos se ei käyttäisi hyvin järjestelmällistä tapaa arkistoida tietojaan.

Kun tietokone tallentaa tietoja kiintolevylle, se ei vain heitä magneettisia nauloja laatikkoon, jotka ovat kaikki sekaisin keskenään. Tiedot tallennetaan hyvin järjestelmällisesti jokaiselle levylle. Tietobitit on järjestetty samankeskisiin, ympyränmuotoisiin polkuihin, joita kutsutaan raidoiksi.Kukin raita on jaettu pienempiin alueisiin, joita kutsutaan sektoreiksi.Osa kiintolevystä tallentaa kartan sektoreista, jotka on jo käytetty, ja muista sektoreista, jotka ovat vielä vapaita. (Windowsissa tätä karttaa kutsutaan nimellä File Allocation Table eli FAT.) Kun tietokone haluaa tallentaa uutta tietoa, se katsoo karttaa löytääkseen vapaita sektoreita.Sitten se käskee kirjoitus- ja lukupäätä siirtymään levyn poikki täsmälleen oikeaan paikkaan ja tallentamaan tiedot sinne. Tietojen lukemiseksi sama prosessi suoritetaan päinvastoin.

Miten elektroninen tietokone manipuloi kaikkia kiintolevyn mekaanisia yksityiskohtia? Niiden välillä on liitäntä (liitäntälaite), jota kutsutaan ohjaimeksi.Se on pieni piiri, joka käyttää toimilaitteita, valitsee tietyt raidat lukemista ja kirjoittamista varten ja muuntaa tietokoneelta tulevat rinnakkaiset tietovirrat levylle kirjoitettaviksi sarjatietovirroiksi (ja päinvastoin). Ohjaimet on rakennettu joko levyaseman omalle piirilevylle tai osaksi tietokoneen pääpiirilevyä (emolevyä).

Kiintolevyasema on huomattava tekninen taidonnäyte, kun näin paljon tietoa on tallennettu näin pieneen tilaan. Se tuo mukanaan etuja (kuten mahdollisuuden tallentaa 500 CD-levyä iPodiin), mutta myös haittoja.Yksi niistä on se, että kiintolevyt voivat mennä pieleen, jos niiden sisään pääsee likaa tai pölyä. Pieni pölynpala voi saada luku- ja kirjoituspään pomppimaan ylös ja alas, törmäämään levyyn ja vahingoittamaan sen magneettimateriaalia. Tämä tunnetaan nimellä levyn kaatuminen (tai pään kaatuminen), ja se voi aiheuttaa (vaikkei se aina tapahdukaan) kiintolevyn kaikkien tietojen häviämisen. Levyn kaatuminen tapahtuu yleensä yllättäen, ilman mitään varoitusta. Siksi tärkeistä asiakirjoista ja tiedostoista on aina pidettävä varmuuskopioita joko toisella kiintolevyllä, CD- tai DVD-levyllä tai Flash-muistitikulla.

Photo: Kiintolevyn luku- ja kirjoituspää. 1) Toimintavarsi heiluttaa päätä edestakaisin, jotta se on oikeassa asennossa asemalla. 2) Ainoastaan kiintolevyn pieni ääriosa lukee ja kirjoittaa levylle. Muista, että puolet siitä, mitä näet toisessa kuvassa, on kiiltävän kiintolevyn pinnan heijastumia!

Kuka keksi kiintolevyn?

Kuten monet 1900-luvun tietojenkäsittelyn innovaatiot, kiintolevyt keksittiin IBM:ssä keinoksi antaa tietokoneille nopeasti käytettävissä oleva ”satunnaiskäyttömuisti”. Muiden tietokonemuistilaitteiden, kuten reikäkorttien ja magneettinauharullien, ongelmana on se, että niitä voidaan käyttää vain sarjamuistina (järjestyksessä, alusta loppuun), joten jos haluamasi tiedonpätkä on jossain nauhan keskellä, sinun on luettava tai skannattava koko nauha melko hitaasti löytääksesi haluamasi tiedon. Kaikki on paljon nopeampaa kiintolevyllä, joka voi siirtää luku- ja kirjoituspäänsä hyvin nopeasti levyn osasta toiseen; mihin tahansa levyn osaan pääsee käsiksi yhtä helposti kuin mihin tahansa muuhun osaan. Ensimmäisen kiintolevyn kehitti IBM:n Reynold B. Johnson, ja se julkistettiin 4. syyskuuta 1956 nimellä IBM 350 Disk Storage Unit.

IBM:n insinöörit olivat myös edelläkävijöitä levykkeiden kehittelyssä. Ne olivat irrotettavia magneettilevyjä, jotka oli pakattu kestäviin muovikoteloihin (alun perin halkaisijaltaan 20 senttimetriä tai kahdeksan tuumaa, ja ne oli kääritty joustaviin muovihylsyihin; myöhemmin halkaisijaltaan 133 millimetriä tai viisi senttimetriä, ja ne oli myös pakattu sitkeisiin muovikoteloihin). IBM:n Warren Dalziel kehitti levykkeet vuonna 1967, ja niitä myytiin ensimmäisen kerran vuonna 1971. Niistä tuli erittäin suosittuja mikrotietokoneissa (PC:iden edeltäjissä) 1970-luvun lopulla ja 1980-luvun alussa, mutta ne ovat nyt vanhentuneita. Niiden tallennuskapasiteetti on vain 1,44 Mt, ja ne on täysin korvattu USB-muistitikuilla, jotka tarjoavat satoja tai tuhansia kertoja enemmän muistia pienessä muovitikussa, joka on vain murto-osan kokoinen.

Artwork: Alkuperäinen kiintolevy. IBM:n insinöörit kehittivät tämän uraauurtavan magneettimuistin (jota IBM-kielellä kutsuttiin DASD:ksi, lausutaan ”das-dee”) jatkuvan parantamisen avulla 1950-luvun alkupuolelta lähtien, ja saivat viimeisen patenttinsa suunnittelusta vuonna 1970. Voit nähdä, että perusluku- ja kirjoitusmekanismi on täsmälleen sama kuin nykyisissä asemissa: niissä on useita levyjä (vaaleansininen), jotka koostuvat yksittäisistä sektoreista (tummansininen), joihin voidaan kirjoittaa tai joista voidaan lukea useilla luku- ja kirjoituspäällystöillä (punainen), jotka on kiinnitetty liukulaitteiden (oranssi) päihin. Levyjä pyörittää hihnapyörä ja moottori (vihreä), kun taas toimilaitteita pyörittävät hammaspyörät ja moottori (keltainen). Suurin ero tämän aseman ja nykyaikaisen aseman välillä on tämän aseman sisältämä hämmästyttävä määrä monimutkaisia koneistoja (joista voit lukea kaiken alkuperäisestä patentista). Yhdysvaltain patentista 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.

Kovalevyjä ja SSD-levyjä vertailtu

Kovalevyjä on kokeiltu ja testattu, suurikapasiteettisia ja halpoja, mutta niillä on myös paljon haittoja. Yksi ongelma on aika, joka luku- ja kirjoituspäältä kuluu, ennen kuin se pääsee oikeaan kohtaan levyä päästäkseen käsiksi haluamaasi tietoon. Kiintolevyjen raskas paino ja suhteellisen suuri virrankulutus ovat myös ongelmia erityisesti mobiililaitteissa, kuten tableteissa ja älypuhelimissa. Luotettavuus on toinen ongelma. Kuten äsken lukemastasi olet varmasti huomannut, kiintolevy on hieno hieno hienomekaniikka, jossa on paljon monimutkaisia liikkuvia osia. Se voi helposti toimia 20 vuotta ilman minkäänlaisia ongelmia. Toisaalta, jos olet joskus kärsinyt kiintolevyn pään kaatumisesta (vakava mekaaninen vika, joka johtuu esimerkiksi liasta kiintolevyn levyssä tai äkillisestä mekaanisesta iskusta) ja menettänyt kaiken, mitä olet koskaan tallentanut tietokoneellesi, se ei ole mikään rauhoittava tieto: tiedät, että kiintolevy menettää rakkautensa sinuun hetkessä, jos kohtelet sitä huonommalla huolenpidolla kuin se ansaitsee.

Kuva: Muistisirujen avulla valmistetut SSD-asemat (yllä) korvaavat kiintolevyjä (alla).

Kaikki nämä ongelmat – paino, virrankulutus, käyttöajat ja luotettavuus – voidaan ratkaista käyttämällä SSD-asemia (solid-state drives, solid-state drives), joissa käytetään tyypillisesti flash-muistisiruja pyörivien magneettilevyjen sijasta. Tietokonevalmistajat ovat ainakin viime vuosikymmenen ajan siirtyneet pois kiintolevyistä ja siirtyneet kohti SSD-levyjä, mikä johtuu pitkälti siitä, että pöytätietokoneista on siirrytty mobiililaitteisiin. Applen iPodit ovat hyvä esimerkki siitä, miten ajat ovat muuttuneet. Alkuperäiset, vuonna 2001 markkinoille tuodut ”Classic”-iPodit eivät ole juuri muuta kuin kiintolevyjä, äänikortteja ja paristoja (yllä olevista kuvista näet, miltä iPodin kiintolevy näyttää); erityisesti kiintolevy oli ilmeinen syy vikaantumiselle, jos iPodin otti mukaan lenkille tai heitteli sitä laukussa. Vuonna 2007 julkaistun iPod Touchin myötä Apple siirtyi ratkaisevasti SSD-tekniikkaan, jonka ansiosta musiikkisoittimet ovat ohuempia ja kevyempiä taskussa, vähemmän alttiita mekaanisille vioille ja akun kesto on paljon parempi. Nykyaikaisen iPodin tai iPhonen painikkeet kuluvat tai näyttö murtuu todennäköisemmin kuin niiden sisällä olevat muistisirut.

Tässä on hyvin nopea vertailu perinteisten kiintolevyasemien (HDD) ja SSD-levyjen välillä muutamalla keskeisellä mittaustuloksella:

Ei mitään kilpailua? SSD-levyt voittavat ylivoimaisesti? Ei niin nopeasti! Jos haluat ostaa mahdollisimman paljon tallennustilaa mahdollisimman pienellä rahalla ja olet vähemmän nirso esimerkiksi virrankulutuksen ja nopeuden suhteen, perinteiset kiintolevyt ovat edelleen paras vastine rahalle. Vuodesta 2020 alkaen SSD-levyt ovat edelleen melko paljon kalliimpia gigatavua kohti kuin perinteiset kiintolevyt, vaikka eri SSD-levytyyppien hinnoissa on suuria eroja ja SSD-levyjen ja kiintolevyjen välinen ero pienenee vuosi vuodelta. Älä odota vanhanmallisten kiintolevyjen katoavan ennen kuin hintaero pienenee merkittävästi!