Keménylemezek

Adatolvasás és -írás

A memóriában nem az a legfontosabb, hogy képes legyen információt tárolni, hanem az, hogy később meg tudja találni. Képzeld el, hogy egy mágnesezett vasszöget tárolsz egy 1,6 millió millió egyforma szögből álló kupacban, és akkor lesz némi elképzelésed arról, hogy a számítógéped mekkora bajba kerülne, ha nem használna egy nagyon módszeres módszert az információ iktatására.

Amikor a számítógép az adatokat a merevlemezén tárolja, nem csak úgy összevissza dobálja a mágnesezett szögeket egy dobozba. Az adatokat nagyon rendezett mintázatban tárolja az egyes lemezeken. Az adatbitek koncentrikus, körkörös pályák, úgynevezett sávok mentén helyezkednek el.Minden sáv kisebb területekre, úgynevezett szektorokra van bontva.A merevlemez egy része tárolja a már felhasznált szektorok és a még szabad szektorok térképét. (A Windowsban ezt a térképet fájlkiosztási táblának vagy FAT-nak nevezik.) Amikor a számítógép új információt akar tárolni, megnézi a térképet, hogy találjon néhány szabad szektort.Ezután utasítja az író-olvasó fejet, hogy mozogjon a lemezen pontosan a megfelelő helyre, és ott tárolja az adatokat. Az információ olvasásához ugyanez a folyamat fordítva történik.

Hogyan manipulálja az elektronikus számítógép a merevlemez mechanikai finomságait? Van egy interfész (egy összekötő berendezés) a kettő között, amelyet vezérlőnek neveznek.Ez egy kis áramkör, amely működteti a működtetőket, kiválasztja az egyes sávokat olvasáshoz és íráshoz, és átalakítja a számítógépről érkező párhuzamos adatfolyamokat a lemezre íródó soros adatfolyamokká (és fordítva). A vezérlők vagy a lemezmeghajtó saját áramköri lapjába vannak beépítve, vagy a számítógép alaplapjának (alaplap) részét képezik.

A merevlemez-meghajtó, amely ilyen sok információt tárol ilyen kis helyen, figyelemre méltó mérnöki teljesítmény. Ez előnyökkel jár (például 500 CD-t tud tárolni az iPodon), de hátrányai is vannak.Az egyik ezek közül az, hogy a merevlemezek elromolhatnak, ha szennyeződés vagy por kerül rájuk. Egy apró porszem miatt az író-olvasó fej fel-le ugrálhat, nekicsapódhat a lemeztányérnak, és károsíthatja annak mágneses anyagát. Ezt nevezik lemezösszeomlásnak (vagy fejösszeomlásnak), és ez okozhatja (bár nem mindig) a merevlemezen lévő összes információ elvesztését. A lemezösszeomlás általában a semmiből, minden figyelmeztetés nélkül történik. Ezért érdemes mindig biztonsági másolatot készíteni a fontos dokumentumokról és fájlokról, akár egy másik merevlemezen, akár egy kompakt lemezen (CD) vagy DVD-n, akár egy flashmemória pendrive-on.

Photo: Az író-olvasó fej a merevlemezen. 1) A működtető kar előre-hátra lendíti a fejet, hogy az a megfelelő pozícióba kerüljön a meghajtón. 2) A merevlemeznek csak az aprócska szélső része olvas és ír a tányérra. Ne feledje, hogy amit a második képen lát, annak fele a merevlemez fényes felületének tükröződése!

Ki találta fel a merevlemezt?

A 20. századi számítástechnika számos újításához hasonlóan a merevlemezeket is az IBM-nél találták fel, hogy a számítógépeknek gyorsan hozzáférhető, “véletlen hozzáférésű” memóriát biztosítsanak. A többi számítógépes memóriaeszközzel, például a lyukkártyákkal és a mágnesszalagos tekercsekkel az a baj, hogy ezekhez csak sorban (sorrendben, elejétől a végéig) lehet hozzáférni, így ha a lekérdezni kívánt adatdarab valahol a szalag közepén van, akkor az egészet elég lassan kell végigolvasni vagy beolvasni, hogy megtaláljuk a kívánt dolgot. Minden sokkal gyorsabb egy merevlemezzel, amely az író-olvasó fejét nagyon gyorsan tudja mozgatni a lemez egyik részéből a másikba; a lemez bármelyik része ugyanolyan könnyen elérhető, mint bármelyik másik rész. Az első merevlemezt Reynold B. Johnson, az IBM munkatársa fejlesztette ki, és 1956. szeptember 4-én jelentették be IBM 350 Disk Storage Unit néven.

Az IBM mérnökei voltak a floppylemezek úttörői is, amelyek robusztus műanyag tokba csomagolt, eltávolítható mágneses lemezek voltak (eredetileg 20 cm vagy 8 hüvelyk átmérőjű, rugalmas műanyag hüvelybe csomagolva; később 133 mm vagy 5,25 hüvelyk átmérőjű, kemény műanyag tokba csomagolva). Az IBM Warren Dalziel által 1967-ben kifejlesztett és 1971-ben először értékesített lemezek az 1970-es évek végén és az 1980-as évek elején rendkívül népszerűvé váltak a mikroszámítógépekben (a PC-k előfutáraiban), de mára már elavultak. Mindössze 1,44 MB-os tárolókapacitásukkal teljesen kiszorították őket az USB flash “meghajtók”, amelyek több százszor vagy ezerszer több memóriát kínálnak egy apró, töredéknyi méretű műanyag pálcikán.

Műalkotás: Az eredeti merevlemez. Az IBM mérnökei az 1950-es évek elejétől kezdve folyamatos fejlesztésekkel fejlesztették ki ezt az úttörő mágneses memóriát (amelyet az IBM nyelvén DASD-nek neveztek el, kiejtése “das-dee”), és 1970-ben kapták meg az utolsó szabadalmat a konstrukcióra. Láthatjuk, hogy az alapvető író-olvasó mechanizmus pontosan ugyanaz, mint a mai meghajtókban: több tányér (világoskék) van, amelyek egyes szektorokból (sötétkék) állnak, és amelyekre több író-olvasófej (piros) írhat, illetve amelyekről olvashat, és amelyeket csúszó működtetők (narancssárga) végére szereltek. A tányérokat egy szíjtárcsa és egy motor (zöld), míg a működtetőket fogaskerekek és egy motor (sárga) hajtja. A fő különbség e meghajtó és egy modern meghajtó között az, hogy ez a meghajtó elképesztő mennyiségű bonyolult gépezetet tartalmazott (amelyről mindent elolvashat az eredeti szabadalomban). A 3,503,060 számú amerikai szabadalomból: 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 clararity.

Hard drive and SSDs compared

A merevlemezek beváltak, nagy kapacitásúak és olcsók, de rengeteg hátrányuk is van. Az egyik probléma az, hogy mennyi időbe telik, amíg az író-olvasó fej eljut a lemez megfelelő részéhez, hogy hozzáférjen a kívánt információhoz. A merevlemezek nehézkessége és viszonylag nagy energiafogyasztása is problémát jelent, különösen az olyan mobil eszközökben, mint a táblagépek és okostelefonok. A megbízhatóság egy másik kérdés. Ahogy az imént olvasottakból már bizonyára kiderült, a merevlemez egy csodálatos precíziós mérnöki munka, rengeteg bonyolult mozgó alkatrésszel. Könnyen lehet, hogy 20 évig is működhet problémamentesen. Másfelől viszont, ha valaha is szenvedett már merevlemezfej-összeomlást (komoly mechanikai meghibásodást, amelyet például az egyik merevlemez-tárcsán lévő szennyeződés vagy egy hirtelen mechanikai ütés okoz), és elvesztett mindent, amit valaha is tárolt a számítógépén, ez nem megnyugtató: tudni fogja, hogy egy merevlemez azonnal ki fog esni a szerelméből, ha kevesebb gonddal bánik vele, mint amennyit megérdemel.

Fotó:

Mindezek a problémák – a súly, az energiafogyasztás, a hozzáférési idő és a megbízhatóság – megoldhatók a szilárdtest-meghajtók (SSD-k) használatával, amelyek jellemzően flash-memóriachipeket használnak a forgó mágneses tányérok helyett. A számítógépgyártók már legalább az elmúlt évtizedben eltávolodtak a merevlemezektől, és az SSD-k felé mozdultak el, nagyrészt az asztali számítógépektől a mobil eszközök felé tartó trend miatt. Az Apple iPodjai jól példázzák, hogyan változtak az idők. Az eredeti, 2001-ben piacra dobott “Classic” iPodok alig voltak többek merevlemezeknél, hangkártyáknál és akkumulátoroknál (a fenti képeken láthatja, hogyan néz ki egy iPod merevlemez); különösen a merevlemez volt nyilvánvaló kifogás a meghibásodásra, ha kocogni vitte őket, vagy ha a táskájában dobálta őket. A 2007-ben bemutatott iPod Touch esetében az Apple határozottan átállt az SSD-technológiára, így a zenelejátszók vékonyabbak és könnyebbek lettek a zsebben, kevésbé hajlamosak a mechanikai meghibásodásra, és sokkal jobb akkumulátor-üzemidőt biztosítottak. Egy modern iPod vagy iPhone esetében nagyobb valószínűséggel kopnak el a gombok vagy törik el a képernyő, minthogy kárt tegyen a benne lévő memóriachipekben.

Itt egy nagyon gyors összehasonlítás a hagyományos merevlemezes meghajtók (HDD) és az SSD-k között néhány kulcsfontosságú mérés alapján:

Nincs verseny? Az SSD-k győztek? Ne olyan gyorsan! Ha minél több tárhelyet szeretne vásárolni minél kevesebb pénzért, és kevésbé kényes az olyan dolgokra, mint az energiafogyasztás és a sebesség, a hagyományos merevlemezek még mindig a legjobb ár-érték arányúak. 2020-tól az SSD-k még mindig jóval drágábbak gigabájtonként, mint a hagyományos merevlemezek, bár a különböző SSD-típusok között nagy árkülönbségek vannak, és az SSD-k és a merevlemezek közötti különbség évről évre csökken. Ne számítson arra, hogy a régi típusú merevlemezek eltűnnek, amíg ez az árkülönbség lényegesen nem csökken!