Lagring av data på hårddisk

Vad är en hårddisk? En hårddisk är en anordning för lagring av information som finns i datorn.

Hur fungerar en hårddisk? En hårddisk innehåller en eller flera roterande skivor belagda med ett magnetiskt material. En läsarm rör sig över skivan och skriver eller läser när rätt ställe på skivan befinner sig under läshuvudet.

Lagring av data på hårddisk

Hårddisk (tidigare skivminne, finlandssvenska hårdskiva, ibland förkortat HDD efter engelskans hard disk drive) är en anordning för lagring av information som används i datorer. En hårddisk innehåller en eller flera roterande skivor belagda med ett magnetiskt material. En läsarm rör sig över skivan och skriver eller läser när rätt ställe på skivan befinner sig under läshuvudet. Ursprungligen användes beteckningen för att markera skillnaden mellan en sådan disk och en mjuk diskett (engelska floppy disk, ungefär "fladdrig disk"). Stora hårddiskar idag rymmer flera terabyte. Kapaciteten beror på lagringsmetoden och den senaste av dessa kallas Perpendicular Magnetic Recording eller PMR. Lägg märke till att hårddiskkapacitet räknas på två sätt - med SI-prefix samt med binära prefix. Detta leder till att en hårddisk som säljs som 1 terabyte (1024 gigabyte) visas som cirka 950 gigabyte (egentligen gibibyte, GiB). Hårddisken kommunicerar med värddatorn med ett protokoll över en kabel som beror på protokollet. Den vanligaste tekniken för hemdatorer är ATA (IDE, EIDE, Serial ATA), servrar använder ofta SCSI som i allmänhet är dyrare. Mindre vanligt för att ansluta hårddiskar är Firewire, USB och eSATA (En SATA-kontakt på utsidan av datorn), som ibland används när man vill ansluta enheter utan att behöva öppna datorn. Vid stort behov av utrymme kan man sätta ihop flera hårddiskar till en större enhet med RAID eller LVM. RAID kan göras med extra hårdvara, så att det för datorn ser ut som om den kommunicerar med en vanlig, men stor, hårddisk, eller med mjukvara. RAID finns i flera olika utförande som alla har olika egenskaper. Vissa uppsättningar ökar prestandan genom att flera diskar kan läsas samtidigt, andra ökar säkerheten genom att data lagras redundant. Man kan även använda RAID för att slå ihop flera separat diskar till en virtuell stor disk. LVM klarar liknande saker som RAID men görs alltid i mjukvara och används även för att kunna förändra partitionsgränser utan att formatera om hårddisken. Ordet "hårddisk" används ibland felaktigt av datorovana människor för att beteckna hela datorn. Även ordet "minne" används felaktig, men det är för hårddiskar, och inte hela datorn. Den första hårddisken för privat bruk (Seagate ST-506) presenterades 1980, den var i formatet 5,25 tum och "full height", alltså dubbelt så hög och lika bred som en modern CD-ROM spelare. Den hade en lagringskapacitet på 5 MB och monterades i IBM PC/XT eller Apple Lisa. 1981 fick den komplettering av den identiska och dyrare ST-412 på 10 MB. De kopplades till ett kontrollerkort som monterades i ISA-slottarna.

Disketter och hårddiskar är elektromagnetiska media. Det betyder att data lagras genom att ett skrivhuvud magnetiserar mikroskopiskt små partiklar av järnoxid (rost). Dessa partiklar befinner sig på hårddisken eller diskettens skivor, mer om dessa snart. För att kunna läsa datan använder man ett läshuvud. Detta tolkar datan genom att läsa av de magnetiserade partiklarna när dessa passerar. En hårddisk har inbyggt läs- och skrivhuvud, medan en disketts motsvarighet finns i diskettenheten. Både i hårddiskar och i diskettstationer är läs- och skrivhuvudet ett och samma. Datan på skivorna lagras i ett antal spår (eng. track), och det finns två olika tekniker för att läsa dessa. Antingen har man endast ett huvud som flyttas fram och tillbaka över spåren, eller så använder man en gaffelarm som har många läs/skrivhuvuden. Det senare gör att man kan läsa och skriva flera spår samtidigt. Detta är snabbare och effektivare, men också en betydligt dyrare teknik. Lagringsskivan i dagens disketter består av en plastskiva med ett tunt magnetiskt skikt på båda sidor. Läs/skrivarmen i diskettenheten är hela tiden i kontakt med denna skiva när disketten används. Detta sliter på disketten, varför dessa snabbt förbrukas och slutar fungera av ihärdigt användande. Disketter är i övrigt mycket känsliga för damm och oöm behandling, varför det lätt blir fel på dessa. Disketter roterar med en hastighet av 300-360 rpm (rounds per minute), varv per minut. Dagens hårddiskar (IDE) roterar vanligen i hastigheter på 5400 eller 7200 rpm. Den högre rotations- hastigheten hos hårddiskar kräver att skivorna är gjorda av ett hårdare material. De flesta är tillverk- ade i metall (vanligen aluminium) eller glas, vilka sedan belagts med ett tunt plastlager. Den högre rotationshastigheten tillåter inte heller läs/skrivhuvudet att vara i fysisk kontakt med skivan. Huvudet ligger precis ovanför skivan, svävandes på den luftkudde som bildas då skivan roterar, vilket ger hårddiskar betydligt längre livslängd än disketter. De är inte heller känsliga för damm eftersom skivan är inkapslad. En hårddisk är däremot väldigt känslig för stötar, särskilt under drift, och bör därför behandlas försiktigt. Idag använder man en teknik som lagrar data på skivans båda sidor. Detta innebär att man kan läsa eller skriva dubbelt så mycket utan att behöva flytta huvudet. Sidorna använder samma spår, och de spår som man samtidigt kommer åt (fast på olika sidor) kallas för cylinder. En hårddisk har ofta fler än en skiva, med ett läs/skrivhuvud för varje. En hårddisks cylinder-tal hänvisar därför till alla spår som samtidigt kan nås på hårddiskens samtilga skivor. Skivornas spår delas i sin tur in i sektorer (eng. sectors). Antalet sektorer per spår varierar, och storleken på sektorerna varierar beroende på operativ- och filsystem. Med hjälp av de olika skivornas spår, cylindrar, och sektorer som man kan ange exakta positioner där den aktuella datan finns lagrad. Allt detta styrs av operativsystemets filsystem. Det program som körs anropar information, vilken med operativsystemets hjälp kan hämtas från rätt plats på disken. Det är ju faktiskt operativsystemet (filsystemet) som har skrivit dit datan på disken. Hårddisken eller diskettstationen (dess styrenhet) vet sedan var alla sektorer börjar, eftersom de markerats med en unik adress. Den första sektorn på en hårddisk är den så kallade "bootsektorn". När en PC startar läser den i bootsektorn efter ett litet program, vilket i sin tur läser in resten av operativsystemet. I bootsektorn lagras även information om disketten eller hård- disken. Denna information används bland annat av BIOS när detta ska känna igen disken och ge denna en beteckning. Disketter och diskettstationer Disketter används för att lagra data permanent på flyttbara diskar. Dagens 1.44 MB, 3,5"-disketter består av en magnetskiva i plast omgiven av ett hårdare plastskal. När persondatorn introducerades under 70-talet använde man den då tillgängliga tekniken för att lagra data, oftast vanliga ljudkasett- band. Först 1976 kom en 8" diskett, men tekniken var fortfarande densamma som för kasett- och videoband. 1978 lancerades den första 5.25" disketten, stora svarta mjuka disketter, vilka använde en teknik liknande den vi använder idag. På fyra år ökade dess lagringskapacitet från 100 KB till 1200 KB (1.2 MB). De första som masstillverkades rymde 360 KB, vilket var det format som de första diskettenheterna anpassades för. Genom att lagra data tätare på disken kunde man utveckla disketter på 1.2 MB, HD - High Density. Snart kom enheter för dessa disketter, vilka kom att bli de sista i 5.25"-formatet. När utvecklingen gick framåt kunde man göra disketterna mindre, samtidigt som lagringskapacitet- en ökade. Hand i hand med nya disketter har man utvecklat nya diskettstationer för dessa. 1980 kom 3.5" disketten, vilken idag är den mest spridda diskettypen. Under åren har kapaciteten ökat från 720 KB (DD - Double Density) till 2.88 MB, 1.44 MB är dock fortfarande den vanligaste typen. Denna introducerades 1989 i samband med DSHD-tekniken (Double-Sided, High Density). Genom att lagra data på diskens båda sidor samt med en högre täthet kunde en 3.5"-diskett rymma 1.44 MB, något som vi idag kallar HD-diskett. Denna har 2 sidor med 80 spår, och 18 sektorer i varje spår. I varje sektor ryms 512 bytes, vilket ger följande resultat: 2x80x18x512 = 1474560, 1.44 MB. En diskettenhet ansluts med en flatkabel till en kontakt för dataöverföring (direkt till moderkortet eller via ett expansionskort), vilket styrs av en kontrollkrets. Vidare ansluts den till nätdelen för ström- försörjning. De två olika diskettformaten använder olika anslutningskontakter för sina enheter, både för data och ström. Kontakterna för dataöverföring skiljer sig i utformning. Dagens FD-kablar har dock oftast båda modellerna där man kan se skillnaden. 5.25"-formatet har en mer bleck-liknande anslutning, som kontakten på ett tillbehörskort, medan 3.5"-enheterna mer liknar en hårddisks kontakt med ett antal piggar. För strömförsörjning använder 5.25"-enheterna nätdelens större modell, medan 3.5"- enheterna använder den mindre. 5.25"-formatet har sedan länge försvunnit från marknaden. Idag kämpar olika företag istället om vad som ska bli nästa standard efter 3.5"-diskarna. Flera olika alternativ till de ursprungliga disketterna finns på marknaden men inget har riktigt ersatt tekniken, de används mer som ett komplement. Det finns dock enheter som är bakåtkompatibla, vilka kan läsa 1.44 MB disketter, samt även nya, större och bättre diskar. Dessa kan med fördel användas som alternativ till en diskettstation. CD-ROM har i sin tur ersatt disketterna som "programleverantör", då programmen kom att kräva utrymme och hastighet långt över disketternas kapacitet. Hårddiskar Även en hårddisk används för permanent lagring av data på magnetiska skivor, vilka är inkapslade i ett heltätt skyddande skal. Till skillnad från disketter så är inte skivorna utbytbara, utan alltid på plats i hårddisken. Skivorna har dock betydligt större lagringskapacitet. De roterar med hög fart och tillåter mycket snabbare åtkomst och högre överföringshastighet än disketter. Hårddisken ansluts med en flatkabel till en kontakt för dataöverföring, vilket styrs av en integrerad krets på moderkortet eller på expansionskortet, beroende på var disken ansluts. För att få ström använder hårddisken nätdelens större kontakt. När det gäller hårddiskar (HDD - Hard Disk Drive, eller bara HD) finns det olika gränssnitt för anslutning, det vill säga olika standarder för kommunikation mellan hårddisk och det övriga systemet. Både hårddisken och styrenheten måste vara av samma typ för att fungera.