Merevlemez

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
A modern merevlemez belseje.
A merevlemez meghibásodott, a lemezhez érő író/olvasó feje által okozott, nagy tömegű adatvesztéssel járó kopás

A merevlemez (angolul hard disk drive, rövidítése HDD) egy számítástechnikai adattároló berendezés. Az adatokat kettes számrendszerben, mágnesezhető réteggel bevont, forgó lemezeken tárolja.

Működési elve[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A merevlemez (az egykori angol elnevezés alapján winchester-nek is), 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 (Rotations Per Minute, azaz percenkénti fordulatszám, „fordulat per perc”). Ez általában 5400 – 7200, SCSI csatolásúaknál 10 000 – 15 000 közötti érték. A fej körülbelül 1 (Hitachi, régebben IBM meghajtókban 0,19) nanométeres légpárnán repül a lemez felett, ezért egy apró porszem is tönkreteheti azt. 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 az adattárolásra használt területeket a gyártás során úgynevezett szervóírással alakítják ki. A HDD-beli lemezeket azonos központú, különböző sugarú körök tagolják, ezeket sávoknak (trackeknek) nevezzük. A sávok azonosítása számokkal történik, a legkülső sáv a 0-ás sorszámú. Azokat a sávokat, melyek egymás alatt helyezkednek el, cilindernek nevezzük. A sávokat tovább lehet bontani ún. szektorokra. Ezeket is sorszámozzák, ezek eggyel kezdődnek. Az egyszerűség kedvéért a winchester 2-4 szektort (a szektoroknak a száma mindig 2-nek valamelyik hatványa) együtt szokott kezelni, ezek a szektorcsoportok a clusterek.

A merevlemez főbb tulajdonságai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Tárolókapacitás: ez jellemzi a winchestert abból a szempontból, hogy mennyi adat fér rá: kezdetekben csak pár megabájt volt, manapság már 40 GB – 8 TB között mozog.
  • Írási és olvasási sebesség: ezt nagyban befolyásolja a lemez forgási sebessége, amely jellemzően 5400, 7200, 10 000 vagy 15 000 fordulat/perc (rpm). A merevlemez 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, egyszerre kiírja a lemezre. Olvasásnál a lemezről többet beolvas, mint amennyire szükség van az adott pillanatban, arra a statisztikai tényre építve, hogy „úgyis 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, 8 MiB-os, manapság a nagyobb kapacitású HDD-k mellé 16, 32 vagy 64 MiB-os gyorsítótárat szoktak rakni.
  • Csatolófelület: ezen keresztül történik az adatátvitel, több fajta létezik: ATA (PATA), SATA (SATA I, SATA II, SATA III), SCSI, SAS (Serial Attached SCSI), FC (Fiber Channel).

Egyéb kapcsolódó fogalmak[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Csak három gyártó maradt világszerte

Particionálás: a merevlemezt particionálással több logikai meghajtóra oszthatjuk fel. Ezek a partíciók fizikailag egy lemezen 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 particionálás műveletét a rendszerprogram telepítése kezdetén szokták végrehajtani.

Formattálás: ahhoz, hogy a mágneslemezeken lévő mágneses réteg alkalmas legyen adatok tárolására, létre kell hozni a tároláshoz szükséges rendszert. Ezt formattálásnak nevezzük. Formattáláskor 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 vagy Master File Table, (MFT)). A PC-ken 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-é, a Windows XP-é, a Windows Server 2003-é, illetve a Windows Vistáé. 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 merevlemez nem tud egy szektornál kisebb egységet címezni, így amikor ír egy fájlt, és az nem tölti be teljesen a szektort, kihasználatlan hely keletkezik. A merevlemez 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 szoftverek segítségével, töredezettségmentesítő, defragmentáló programokkal könnyen lehet orvosolni.

Több merevlemez használata: ha több merevlemezünk is van egy csatornán, akkor be kell állítani, hogy melyik legyen az elsődleges (master), és melyik legyen a másodlagos (slave, azaz a kiszolgáló). Jellemzően 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 (eSATA, 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 másik megoldás a mobilrack: 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 SMART is.

Alkalmazásuk: az 5400 fordulatos merevlemez jellemzően 2,5 hüvelykes méretben kerül piacra, és általában notebookokban alkalmazzák alacsony fogyasztása miatt, illetve külső rackekben csekély fizikai mérete és elhanyagolható tömege miatt. A 7200 rpm-es lemezek általában 3,5 colos méretben képviseltetik magukat az asztali gépekben, illetve merevlemezes DVD-írókban. A 10 000 fordulatos HDD-k többsége SCSI vagy Fibre Channel csatolóval kapható, szintén 3,5 colos méretben. Gyorsasága, megbízhatósága és nem utolsósorban ára miatt leginkább a szerverpiacon alkalmazzák, valamint nagy adatbiztonságot igénylő rendszerekben (leginkább RAID tömbként). A merevlemezek ATA, SATA, SCSI, SAS vagy Fibre Channel csatlakozó porttal készülnek.

A HDD-k jövője: a merevlemezt az egyre nagyobb kapacitású, gyorsabb, és sokkal kisebb fogyasztású flashmemóriák (SSD) szoríthatják ki, először a hordozható számítógépek terén. Több merevlemezgyártó tervezi nemsokára a hibrid merevlemezek bevezetését, amelyek ötvözik a két technikát. Az SSD-k hátránya a rövidebb élettartam.

Magyar és KGST vonatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Cserélhető merevlemez a 70-es évekből

A hatvanas évek végére az érintett vállalatok „lobbizása” és felső szintű döntések eredményeképpen kialakult a számítógépes iparág szerkezete. A vezető szerep az iparvállalati kategóriában a Videotonnak jutott. Háttérbe szorult, csak epizódszereplő lett többek között az Orion, az EMG és a Telefongyár is. A Videoton önálló fejlesztő vállalatot is létrehozott, de komoly szerep jutott a kutatóintézeteknek (KFKI, SZKI, SZTAKI) is. A perifériagyártás meghatározója a Magyar Optikai Művek lett. A MOM kezdte el gyártani a francia, SAGEM licence alapján a DISCMOM, merevlemezes háttértárolót, amely méretét tekintve nem emlékeztetett a mai winchesterre. Az első szériák kapacitása 0,8 Mbájt volt. A készülék elektronikáját a BRG gyártotta. A több mint másfél évtizedes gyártás, fejlesztés csúcseredménye az 5 MB kapacitás volt. A MOM-nak komoly finommechanika és vegyi kikészítői tapasztalat birtokában sem sikerült biztonságosan kiváltani a mágnes lemezek gyártását. A vállalat a nyolcvanas években elkezdte a winchesterek fejlesztését is. Ezekkel azonban csak a prototípusig, illetve a nullszériáig jutott, a sorozatgyártás a cég felszámolása miatt már nem indulhatott meg. A kötegelt, cserélhető merevlemezes tárolók gyártása a KGST munkamegosztásban Bulgáriának jutott.

Forrás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]