Cietais disks

PATA cietais disks no ārpuses

Cietais disks (angļu: HDD, Hard Disk Drive) ir magnētiska datu glabāšanas ierīce. Tos plašākā izmantošanā pakāpeniski aizstājuši pusvadītāju diski (SSD), cietos diskus joprojām izmanto liela apjoma datu glabāšanai.

Agrāk plaši tika lietotas arī disketes un diskešu iekārtas, kur lietotie magnētiskie diski bija mīksti, no plastmasas un izņemami no ierīces. Cietos diskus sauc arī par fiksētajiem diskiem, jo tos atšķirībā no disketēm ikdienā nav paredzēts izņemt ārā no datora. Cietais disks sastāv no cietām, magnētiskām platēm, kas ir nostiprinātas uz ass un ātri griežas (4200—15 000 apgriezieniem minūtē), nolasīšanas, ierakstīšanas galviņām un korpusa.

Iedalījums

Pēc pieslēguma veida

Cietos diskus iedala pēc to pieslēguma veida (savienojuma ar datora pamatplati vai disku adapteri). Ir sastopami SCSI, PATA un SATA pieslēgumi.

• SCSI bija sākotnējais risinājums, kas nodrošināja ātru datu apmaiņu, bet tas bija dārgs risinājums
• PATA (Parallel ATA) sākumā sauca par ATA (Advanced Technology Attachment), pēc tam, kad parādījās SATA, tos nosauca par PATA
• SATA (Serial ATA) parādījās 2003. gadā, nodrošinot ātrāku datu apmaiņu nekā PATA, taču ātrumu joprojām noteica nolasīšanas ātrums no platēm.

Pēc ģeometriskajiem izmēriem

Parasti datoros lieto 3,5" cietos diskus. Portatīvajos datoros un tagad arī serveros lieto 2,5" cietos diskus. Sākotnēji bija pieejami arī 5,25" cietie diski, taču to ražošanu pārtrauca, jo tos nebija iespējams izgatavot pietiekoši ātrus (pārāk lieli centrbēdzes spēki, kas deformēja plates).

Darbības princips

Cietajā diskā ir ass (spindle), kurā ir iebūvēts motors un kurai apkārt ir nostiprinātas ar magnētisku pārklājumu pārklātas alumīnija vai stikla plates (platter). Nolasīšanas un ierakstīšanas galviņas (head) ir nostiprinātas garas sviras (actuator arm) galā, kas var grozīties ap asi (actuator axis), tādējādi sasniedzot jebkuru diska virsmas punktu (ja disks griežas). Galviņu sviras kustināšanai lieto spoli un divus magnētus. Šī sistēma ir principā līdzīga tam, ko lieto skaļruņos (tikai difuzora vietā ir galviņu bloks).

Vēsturiski (līdz dažu simtu megabaitu diskiem), ir tikušas lietotas arī līdzīga veida galviņas kā diskešu iekārtām un optisko disku iekārtām, kur galviņas ir nostiprinātas uz skrūves, kuru griež servomotors. Šādām sistēmām ir vienkāršāka elektronika, bet mazāka pozicionēšanas precizitāte, kas nosaka samazinātu maksimālo ietilpību.

Datus ieraksta koncentriskos, apaļos celiņos. Celiņi diska ārpusē ir garāki un tajos var ierakstīt vairāk informācijas kā celiņos diska iekšpusē. Tā, kā diska plašu rotācijas ātrums ir konstants, tad nolasīšanas un ierakstīšanas ātrumi ārējos celiņos ir lielāki kā iekšējos celiņos. Loģiskais diska sākums parasti atrodas ārpusē, tāpēc diska sākumā ir lielāki nolasīšanas ātrumi. Katru celiņu iedala sektoros, garākajos celiņos to ir vairāk nekā īsākajos (lai arī vēsturiski ir bijušas lietotas shēmas, kur visos celiņos ir vienāds skaits sektoru, lai vienkāršotu elektroniku). Cietajiem diskiem, gandrīz kopš to pirmssākumiem, sektora ietilpība ir bijusi 512 baiti. (mūsdienās parādās mēģinājumi lietot lielāka izmēra sektorus) Lielai daļai cieto disku ir vairāk nekā viena plate, katrai platei ir divas virsmas. Katras virsmas nolasīšanai un ierakstīšanai ir sava galviņa, bet tās visas ir nostiprinātas uz vienas sviras un kustas kopā. Visu plašu virsmu vienu celiņu (visi celiņi, kurus var nolasīt nekustinot galviņas) sauc par cilindru, jo to celiņu kopa veido cilindrisku virsmu.

Mazākais cietā diska (un arī diskešu un optisko disku) adresācijas vienība ir sektors. Ierakstot vai nolasot tiek ierakstīts vai nolasīts viss sektors. Sākumā PC tipa datoros lietotajiem cietajiem diskiem lietoja CHS tipa adresāciju. Tur norādīja sektora fizisko atrašanās vietu uz diska:

• C (cylinder) cilindrs - celiņa numurs pēc kārtas no centra (vai malas?) (fiziski tas var būt liels skaitlis)
• H (head) galviņa - virsmas numurs (kuru tieši plati nolasīt) (fiziski tas nevar būt liels skaitlis, ja ir disks ar 5 platēm (tas ir diezgan daudz), tad tam var būt 10 vai mazāk (ja kādu atstāj neizmantotu) virsmas)
• S (sector) sektors - sektora numurs attiecīgajā celiņā

Tad, kad cieto disku izmēri sāka sasniegt dažus simtus megabaitu, tika sasniegtas un pārsniegtas maksimālās šīs adresācijas sistēmas adrešu vērtības. Šo problēmu risināja aprēķinot loģiskas CHS parametru vērtības, kam nebija nekāda sakara ar diska fizisko uzbūvi. Otrs risinājums, kuru SCSI diskiem lietoja jau kopš paša sākuma, bija LBA adresācija. LBA piešķir katram sektoram numuru un tam vairs nav nekāda sakara ar diska fizisko konfigurāciju. Sākumā lietoja 28 bitu LBA adresāciju, kur maksimālais cietā diska izmērs ir 128GiB. Tad, kad sāka ražot šāda izmēra diskus, standartizēja 48bitu adresāciju, kas ir lietojama līdz 128PiB diskiem.

Pirmajiem PC savietojamajiem datoriem 20. gs 80. gados bija pieejami 20 un 40 MiB cietie diski. Nozīmīgs notikums cieto disku attīstības vēsturē bija 2007. gadā, kad firma Hitachi GST (Hitachi Global Storage Technologies) pirmā izlaida cieto disku ar ietilpību 1000 GB. Mūsdienās (2007. gada novembris) 3,5`` (10 cm) cietie diski ir pieejami ar ietilpībām no ~80 līdz 1000 GB. 2005 un 2006. gadā ražoto PATA un SATA cieto disku nolasīšanas un ierakstīšanas maksimālie ātrumi parasti ir 35-80 MiB/s.

Cieto disku attīstības vēsture

• 1956 — IBM cietais disks pirmajā sērijveida datorā IBM 305 RAMAC. Tas bija tik liels kā vesels ledusskapis, svars - 971 kg, tam bija 50 dzelzs diski ar 610 mm diametru. Kopā tajos ietilpa 5 miljoni 6-bitu baitu, jeb aptuveni 3,5 megabaiti (8-bitu baitos). Tas ir aptuveni tikpat daudz, cik aizņemtu 1 grāmata ar 1000 lappusēm.
• 1980 — pirmais 5,25 collu Winchester, Shugart ST-506, 5 MB.
• 1981 — 5,25 collu Shugart ST-412, 10 MB.
• 1986 — SCSI, ATA(IDE) standarti.
• 1991 — maksimālais apjoms 100 MB.
• 1995 — maksimālais apjoms 2 GB.
• 1997 — maksimālais apjoms 10 GB.
• 1998 — UDMA/33 un ATAPI standarti.
• 1999 — IBM izlaiž Microdrive ar 170 un 340 MB ietilpību.
• 2002 — ATA/ATAPI-6 standarts un diski ar ietilpību virs 137 GB.
• 2003 — parādās SATA.
• 2005 — maksimālais apjoms 500 GB.
• 2005 — Serial ATA 3G (SATA II) standarts.
• 2005 — parādās SAS (Serial Attached SCSI).
• 2006 — tiek pielietota perpendikulārā ierakstīšanas metode.
• 2006 — pirmie "hibrīdu" cietie diski, kuri satur pusvadītāju atmiņas bloku.
• 2007 — Hitachi izlaiž cieto disku ar 1 TB (terabaitu) lielu ietilpību.
• 2009 — uz 500 GB Western Digital bāzes, vēlāk Seagate Technology LLC izlaida modeli ar 2 TB ietilpību.
• 2009 — Western Digital paziņoja par 2,5 collu HDD ar 1 TB apjomu.
• 2010 — Pirmais cietais disks, kas ražots, izmantojot uzlaboto 4096 baitu sektoru formātu, nevis 512 baitu sektorus.
• 2012 — TDK demonstrē 2 TB uz vienas 3,5 collu plates.

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Cietais disks.

• Encyclopædia Britannica raksts (angliski)