Hårddiskar

Läsning och skrivning av data

Det viktigaste med minnet är inte att kunna lagra information utan att kunna hitta den senare. Tänk dig att lagra en magnetiserad järnspik i en hög med 1,6 miljoner miljoner identiska spikar och du får en uppfattning om hur mycket problem din dator skulle få om den inte använde ett mycket metodiskt sätt att arkivera sin information.

När din dator lagrar data på sin hårddisk slänger den inte bara magnetiserade spikar i en låda, alla hopblandade tillsammans. Uppgifterna lagras i ett mycket ordnat mönster på varje platta. Dataenheterna är ordnade i koncentriska, cirkulära banor som kallas spår.Varje spår är uppdelat i mindre områden som kallas sektorer.En del av hårddisken lagrar en karta över sektorer som redan har använts och andra som fortfarande är lediga. (I Windows kallas den här kartan för File Allocation Table eller FAT.) När datorn vill lagra ny information tittar den på kartan för att hitta några lediga sektorer och instruerar sedan skriv- och läshuvudet att förflytta sig över plattan till exakt rätt plats och lagra data där. För att läsa information körs samma process i omvänd ordning.

Hur manipulerar en elektronisk dator alla de mekaniska detaljerna i en hårddisk? Det finns ett gränssnitt (en anslutande utrustning) mellan dem som kallas styrenhet.Detta är en liten krets som driver ställdon, väljer specifika spår för läsning och skrivning och omvandlar parallella dataströmmar som går från datorn till seriella dataströmmar som skrivs till disken (och vice versa). Styrenheterna är antingen inbyggda i diskettenhetens eget kretskort eller en del av datorns huvudkort (moderkortet).

Med så mycket information lagrad på så litet utrymme är en hårddisk ett anmärkningsvärt stycke ingenjörskonst. Det ger fördelar (t.ex. att kunna lagra 500 cd-skivor på din iPod) – men också nackdelar.En av dem är att hårddiskar kan gå sönder om de får smuts eller damm i sig. En liten dammbit kan få läs- och skrivhuvudet att hoppa upp och ner, slå mot plattan och skada dess magnetiska material. Detta kallas diskkrasch (eller huvudkrasch) och kan (men inte alltid) leda till att all information på hårddisken går förlorad. En diskkrasch inträffar vanligtvis helt plötsligt, utan förvarning. Därför bör du alltid ha säkerhetskopior av dina viktiga dokument och filer, antingen på en annan hårddisk, på en cd-skiva (CD) eller dvd eller på ett flashminne.

Photo: Läs- och skrivhuvudet på en hårddisk. 1) Manöverarmen svänger huvudet fram och tillbaka så att det hamnar i rätt läge på enheten. 2) Endast den lilla yttersta delen av hårddisken läser från och skriver till plattan. Tänk på att hälften av det du ser på det andra fotot är en reflektion i den blanka hårddiskens yta!

Vem uppfann hårddisken?

Som många andra innovationer inom 1900-talets datateknik uppfanns hårddisken på IBM som ett sätt att ge datorerna ett snabbt åtkomligt ”slumpmässigt” minne. Problemet med andra minnesenheter för datorer, som hålkort och magnetbandsrullar, är att de endast kan nås seriellt (i tur och ordning, från början till slut), så om den bit data du vill hämta finns någonstans i mitten av bandet måste du läsa eller skanna igenom hela bandet, ganska långsamt, för att hitta det du vill ha. Allt går mycket snabbare med en hårddisk, som kan flytta sitt läs- och skrivhuvud mycket snabbt från en del av skivan till en annan; vilken del av skivan som helst kan nås lika lätt som vilken del som helst. Den första hårddisken utvecklades av Reynold B. Johnson på IBM och tillkännagavs den 4 september 1956 som IBM 350 Disk Storage Unit.

IBM:s ingenjörer var också pionjärer när det gällde disketter, som var avtagbara magnetiska disketter förpackade i robusta plastfodral (ursprungligen 20 cm i diameter och insvepta i flexibla plasthylsor; senare 133 mm i diameter och förpackade i tåliga plastfodral). De utvecklades av IBM:s Warren Dalziel 1967 och såldes för första gången 1971. De blev mycket populära i mikrodatorer (föregångare till persondatorer) i slutet av 1970-talet och början av 1980-talet, men är nu föråldrade. Med en lagringskapacitet på endast 1,44 MB har de helt ersatts av USB-minnen som erbjuder hundratals eller tusentals gånger mer minne i en liten plastpinne som bara är en bråkdel så stor.

Artwork: Den ursprungliga hårddisken. IBM:s ingenjörer utvecklade detta banbrytande magnetiska minne (som på IBM-språk kallades DASD, uttalat ”das-dee”) genom en process av ständiga förbättringar från början av 1950-talet och framåt och fick sitt sista patent på konstruktionen 1970. Du kan se att den grundläggande läs- och skrivmekanismen är exakt densamma som i dagens hårddiskar: det finns flera plattor (ljusblå) som består av enskilda sektorer (mörkblå) som kan skrivas till eller läsas från av flera läs- och skrivhuvuden (röda) som är monterade på ändarna av glidande ställdon (orange). Plattorna snurrar med hjälp av en remskiva och en motor (grön), medan manöverorganen drivs av kugghjul och en motor (gul). Den största skillnaden mellan den här enheten och en modern enhet är den fantastiska mängd intrikata maskiner som den här enheten innehöll (vilket du kan läsa allt om i det ursprungliga patentet). Från det amerikanska patentet 3,503,060: Direct access magnetic disc storage device by William Goddard and John Lynott, IBM Corporation, March 24, 1970, med tillstånd från US Patent and Trademark Office, med färger som lagts till för tydlighetens skull.

Hårddiskar och SSD:er jämförs

Hårddiskar är beprövade och testade, har hög kapacitet och är billiga, men de har också många nackdelar. Ett problem är den tid det tar för läs- och skrivhuvudet att ta sig till rätt del av disken för att komma åt den information du vill ha. Hårddiskens vikt och dess relativt stora strömförbrukning är också ett problem, särskilt i mobila enheter som surfplattor och smarttelefoner. Tillförlitligheten är ett annat problem. Som du säkert har förstått av det du just har läst är en hårddisk en underbar precisionsteknik med många intrikata rörliga delar. Den kan lätt fungera i 20 år utan några som helst problem. Men å andra sidan, om du någonsin har drabbats av en hårddiskheadcrash (ett allvarligt mekaniskt haveri som orsakas av något som smuts på en av hårddiskens plattor eller en plötslig mekanisk chock) och förlorat allt du någonsin lagrat på din dator, så är det ingen trygghet: du vet att en hårddisk omedelbart kommer att förlora kärleken till dig om du behandlar den mindre omsorgsfullt än vad den förtjänar.

Foto:

Alla dessa problem – vikt, strömförbrukning, åtkomsttider och tillförlitlighet – kan lösas genom att använda SSD-enheter (Solid State Drives), som vanligtvis använder flashminneschip i stället för snurrande magnetplattor. Datortillverkarna har gått från hårddiskar till SSD-diskar under åtminstone det senaste decenniet, vilket till stor del beror på trenden från stationära datorer till mobila enheter. Apples iPods är ett bra exempel på hur tiderna har förändrats. De ursprungliga ”klassiska” iPods som lanserades 2001 är inte mycket mer än hårddiskar, ljudkort och batterier (du kan se hur en iPod-hårddisk ser ut på bilderna ovan); särskilt hårddisken var en uppenbar ursäkt för fel om du tog med dem på joggingturen eller slängde dem i väskan. Med iPod Touch, som lanserades 2007, övergick Apple helt och hållet till SSD-teknik, vilket gjorde musikspelarna tunnare och lättare i fickan, mindre benägna att drabbas av mekaniska fel och gav mycket bättre batteritid. Det är mer sannolikt att du sliter ut knapparna eller spräcker skärmen på en modern iPod eller iPhone än att du skadar minneschipen inuti.

Här är en mycket snabb jämförelse mellan traditionella hårddiskar (HDD) och SSD-diskar på några nyckelmått:

Ingen konkurrens? SSD-diskar vinner överlägset? Inte så snabbt! Om du vill köpa så mycket lagringsutrymme som möjligt för så lite pengar som möjligt, och om du inte är så noga med saker som strömförbrukning och hastighet, är traditionella hårddiskar fortfarande bäst för pengarna. År 2020 är SSD-enheter fortfarande ganska mycket dyrare per gigabyte än traditionella hårddiskar, även om det finns stora prisvariationer mellan de olika typerna av SSD-enheter och skillnaden mellan SSD-enheter och hårddiskar minskar år för år. Förvänta dig inte att de gamla hårddiskarna kommer att försvinna förrän prisskillnaden minskar avsevärt!