Kõvaketas (2)

Olustvere teenindus- ja maamajanduskool
PM1
Taivo Vaine
Kõvakettad
Referaat
Olustvere 2010 Sisukord
Olustvere teenindus- ja maamajanduskool................................................................................. 1
PM1.............................................................................................................................................1
Taivo Vaine.................................................................................................................................1
Kõvakettad.................................................................................................................................. 1
Referaat....................................................................................................................................... 1
Olustvere 2010............................................................................................................................ 1
Sisukord...................................................................................................................................... 2
Kõvaketast üldiselt......................................................................................................................3
Kettaruum ja ­kiirus....................................................................................................................4
Kõvaketta ehitus..........................................................................................................................4
Kõvaketta tulevik........................................................................................................................ 8
Kasutatud allikad.......................................................................................................................10
2 Kõvaketast üldiselt.
Kõvaketas (inglise hard disk drive, lühend HDD) on andmesäilitusseade, mis kasutab andmete talletamiseks pöörlevaid jäiku alumiiniumplaate, mis on kaetud ferrooksiidlakiga. Andmeid loetakse ja kirjutatakse digitaalselt kodeerituna.
Informatsioon talletatakse kõvakettale, kasutades nn kirjutuspead, mille tekitatud magnetvoo tulemusena muudetakse magnetilise materjali polarisatsiooni. Infot saab tagasi lugeda vastupidi - magnetiline materjal tekitab lugemispeas taas magnetvoo, mis muundatakse elektriimpulsiks. Kirjutamis - ja lugemispea on tänapäeva kõvaketastel ühtne.
Tüüpiline kõvaketas koosneb teljest, millel on mitu kuni mitukümmend ühtlase kiirusega pöörlevat ketast . Iga ketta kohal on lugemis-kirjutamispea, mis liigub ketta raadiuse ulatuses, võimaldades lugeda ja kirjutada infot mistahes kõvaketta alalt. Kõvaketta korpusel asub ka kõvaketta kontroller ehk elektroonikalülitus, mis muuhulgas juhib lugemis-kirjutamispead vastavalt sellele, kust on vaja infot lugeda või kuhu kirjutada.
Kõvaketaste ühendamiseks on mitmeid liideseid, neist tuntumad on MFM, PATA (IDE), SCSI , FC , SATA, SAS, FireWire ja USB ning RJ-45.
Kõvaketas seest.
3 Kettaruum ja ­kiirus
* 2010. a veebruari seisuga on suurim müügil olev ketas mahuga 2 TB.[1]
* Tüüpiline lauaarvuti kõvaketas mahutab 120 GB kuni 2 TB, (kuigi harva üle 500 GB, lähtudes USA turu andmetest[2]), kettad pöörlevad kiirustega 5400 kuni 15000 pööret minutis (p/m) ja edastavad tavaliselt andmeid kiirustega 20-100 megabaiti sekundis (MB/s).
* Kiiremad serveri kõvakettad pöörlevad kiirustel 10000 ja 15000 p/m ja saavutavad andmeedastuskiiruseid kuni 150 MB/s[3]. Suure pöörlemiskiirusega kettad kasutavad väiksemaid plaate (sest neil on väiksem õhutakistus), et kompenseerida energianõudluse kasvu, ja on seetõttu mahult väiksemad.
* Mobiilsed kõvakettad ehk sülearvuti kõvakettad on mõõtmetelt väiksemad (2,5 tolli tavaketta 3,5 tolli asemel), need kipuvad olema aeglasemad ja ka mahult väiksemad, kuigi viimasel ajal on erinevused vähenenud. Pöörlemiskiirused on 4200, 5200 ( erandina ), 5400 ja 7200 p/m, kusjuures tänapäeval kasutatakse enim 5400 p/m. 7200 p/m kettad on enamasti kallimad ning 4200 p/m kettad on kas vana tüüpi või uuemad kettad, mis on mahult suurimad. Neist viimased võivad olla ka standardsuurusest kõrgemad, kuna sisaldavad rohkem plaate, ning seega ei sobi oma mõõtude pärast kõigisse sülearvutitesse. On ka nn. ultramobiilseid 1,8 tolliseid kettaid, mis sobivad osasse minisülearvutitesse. Nende ketaste pöörlemiskiirus eiületa 4200 p/m ja nende andmeedastuskiirus ei ületa üldjuhul 20MB/s
Kõvaketas.
Kõvaketta ehitus.
Enamus kõvaketta plaate ehk kettaid on valmistatud alumiinimumisulamist, kuid esineb ka keraamilisest materjalist ja klaasist valmistatud kettaid. Plaatide diameeter võib olla 21/2,
4 32/2, 51/4 tolli. Nende paksus kõigub 1­3 millimeetrini. Plaadid on mõlemalt poolt kaetud magnetiseeruva üliõhukese (kuni 0,000001 mm paksu) materjaliga. Vanemates kettaseadmetes kasutati selleks ferriidi ühendit, mis pritsiti lahusena plaadi pinnale. Seejärel pandi plaat suure kiirusega pöörlema ja jaotati materjal tsentrifugaaljõu abil ühtlaselt plaadi pinnale. Uuematel seadmetel on magnetiline kilekiht paigaldatud plaadile galvaniseerimise teel.
Kui kõvakettale tehakse eelvormindus (low-level format ), siis jagatakse ketas radadeks ja sektoriteks. Rajad on kontsentrilised magnetilised jooned ümber kettaplaadi keskel asuva võlli, mõlemal kettaplaadi poolel. Rajad on grupeeritud silindriteks, kusjuures rajad omakorda jaotatakse sektoriteks, millest igaüks on standardselt 512 baiti suur. Sektor on ketta väikseim ligipääsetav ühik. Kettaseadmed kasutavad zoned-bit salvestustehnoloogiat, mille abil ketta välised rajad sisaldavad rohkem sektoreid kui sisemised. Üksikute sektorite otsimine ja kalkeerimine (tracking) nõuaks palju ressursse, põhjustades failitöötluse kiiruse langemist. Jõudluse tõstmiseks jaotatakse sektorid gruppideks , mida nimetatakse klastriteks ( cluster ). Sektorite arv klastris sõltub klastri suurusest , mis omakorda sõltub kõvaketta sektsiooni suurusest ja kasutataVõllmootor plaatide pöörlema panemiseks
Enamikel seadmetel on mitu kettaplaati, mis on kinnitatud ühise võlli külge. Plaatide vahel on vaba ruum lugemis-kirjutuspeade jaoks. Otsekasutus ( direct drive) harjadeta võllmootor on ehitatud võlli sisse või paigutatud selle alla. Võll ja plaadid pöörlevad konstantse nurkkiirusega. Tänapäeval on uuemate kõvaketaste pöörlemiskiirus üle 10000 pööret minutis, võrdluseks võib tuua disketiseadme, kus võll pöörleb 300 või 360 pööret minutis. Võllmootor saab juhtsignaalid tehase poolt plaadile kirjutatud infost, või vanemate seadmete korral füüsilistest sensoritest.
Lugemis-kirjutuspead Plaatide mõlemad pooled on kaetud magnetilise pinnaga. Plaadi mõlema poole jaoks on oma lugemis-kirjutuspea. Mõningad seadmed kasutavad seadme ühe plaadi üht poolt
juhtsignaalide jaoks. Iga pea on kinnitatud akuraatori külge. Ketaste pöörlemisel tekib õhupadi ketaste vahele. Peade ja kettapinna vahel puudub kokkupuude . Enamikel kettaseadmetel, mis on ehitatud pärast 1980-t aastat, on spetsiaalne peade parkimissüsteem. Süsteem liigutab pead vooluahela katkestamise korral ettemääratud asendisse, tavaliselt ketaste lõpus ning lukustab nad selles asendis seniks , kuni vooluahel taastatakse. 5 Mehhanism peade liigutamiseks (akuraator) Akuraatorit kasutatakse peade liigutamiseks edasi-tagasi üle kettaste pinna. Esimeste kettaseadmete juures kasutati peade positsioneerimiseks samm-mootor ( Stepper Motor) süsteemi. Tänapäeval kasutatakse veel seda süsteemi disketiseadmete juures, kuid see ei ole enam sobiv kasutamiseks tänapäeva kõvakettaplaatide andmetiheduse juures. Samm-mootor tüüpi kõvaketaste päringukiirus ( access speed ) on vahemikus 30-70 ms (millisekundit).
Kaua aega on kasutatud akuraatori juhtimiseks Voice Coil süsteemi. Pool, mis on paigaldatud pea sisse, liigub püsimagneti poole või sellest eemale, vastavalt voolu suunast , mis poolist läbi lastakse. Voice Coil süsteemi puhul on tegu analoogsüsteemiga, kus pooli liikumise vahemaad kontrollitakse kindla voolu hulga läbilaskmisega poolist. Pooli tegelik asukoht määratakse kindlaks juht servo informatsiooni järgi, mis on tehase poolt kettale kirjutatud. Peade täpne asukoht radade kohal seatakse õigeks vastavalt loetud kontrollinformatsioonile reageerides. Voice Coil tüüpi kettaseadmete päringukiirus on vahemikus 10-20 ms.
Eelvõimendi lugemis-kirjutussignaalide võimendamiseks Eelvõimendi saab signaali peadest, puhastab signaali ja võimendab seda enne selle saatmist kõvakettast välja.
Õhufilter ja rõhuava Kõvaketta sisemiste komponentide kulumisel ja peade juhuslikul kokkupuutel ketastega tekivad mikroskoopilised osakesed, mis levivad kõvaketta sees. Alaline õhufilter on paigaldatud õhuvoolu ette, et eemaldada need osakesed enne kui nad jõuavad kahjustada õrnu kettasiseseid mehhanisme. Enamikel kõvaketastel on väike ava, mis varustab kõvaketta sisemust vähesel määral välisõhuga. Selline õhuvahetus võimaldab ketta sisemise rõhu ühtlustumist välisrõhuga, mis võimaldab kettaseadmeid kasutada erinevates keskkondades ilma ala- või ülerõhu tekkimiseohutavast failisüsteemist.
6 Kõvaketta ehitus.
Kõvaketta ajalugu
Kõvaketta arengus on väga suur ja oluline roll olnud IBMil. Just see ettevõte tootis esimesed digitaalsete andmete kandjad, mis suutsid andmeid salvestada suuremas koguses kui eelkäijad. Nagu tänapäevalgi, oli ka tol ajal tipptehnoloogia sõjaväe kasutuses.
1950. aastal valmis esimene kõvaketas USA mereväe tellimusel, selle valmistas Engineering Research Associates of Minneapolis ning see seade suutis mahutada ühe gigabiti andmeid. Alles 6 aastat hiljem, 1956. aastal tuli IBM välja kõvakettaga, mis suutis mahutada 5 MB andmeid, kuid oli kordi odavam ja kergemini kättesaadav kui see andmekandja , mis oli valmistatud USA mereväele.
1973. aastal laskis IBM välja kõvaketta, mida peetakse tänapäeva andmekandjate isaks. Konkreetse kõvaketta puhul kasutati sama tehnoloogiat, mis on laialt levinud tänapäeva kõvaketastes. Mudeli nimi oli 3340 ja hüüdnimeks ,,Winchester". Sellest seadmest väljastati kolm versiooni: kaks 30 MB mudelit ja üks 70 MB mudel.
1980. aastal valmistas Seagate kõvaketta kodukasutuseks. Selle hind pole küll teada, kuid kindlasti ei saanud seda endale lubada iga pere. Kõvaketta maht oli 5 MB. Võrdluseks: sel ajaloli tipptehnoloogiaks IBMi kõvaketas, mis suutis mahutada 1 GB andmeid, kuid kaalus 250 kg ja oli külmkapi suurune.
1983. aastal lasti välja kõvaketas laiusega 3.5" mis on tänapäeval saanud üheks enamlevinud standardiks lauaarvutites ja serverites. 7 1991. aastal tutvustati avalikusele esimest sülearvuti ketast laiusega 2,5", see suutis mahutada 100 MB andmeid.
1997. aastal avalikustati esimene kõvaketas, mille pöördemoment oli 7200 pööret minutis (rpm). 2003. aastal avalikustati Serial-ATA standard, mis on tänapäeval saanud üheks populaarsemaks IDE kõrval.
Pärast 2003. aastat poole nii suuri ja märkimisväärseid tehnoloogilisi hüppeid toimunud. Tehnoloogia on üldjoontes jäänud samaks, kuid see on muutunud oluliselt efektiivsemaks ning arendusse on piisavalt investeeritud. Detailid muutuvad väiksemaks, komponendid kiiremaks ja täpsemaks. 2005. aastal mahutas kodukasutajale mõeldud kõvaketas 500 GB andmeid, 2009. aasta juba 2000 GB.
Kõvaketta tulevik
Tulevikus võib kindlasti oodata standadsete kõvaketaste ehk HDD kiiruse ja mahu kasvu. Kuid kindlasti leiab laiemat kasutust ka uus SSD (inglise solid state drive) tehnoloogia, mida eesti keeles võiks nimetada välkmälul baseeruvaks kõvakettaks.
Tegu pole uue tehnoloogiaga, vaid vana täiustamisega. Flash -tüüpi mälu on juba kaua aega arvutites muutmäluna kasutatud, kuid nüüd on seda tehnoloogiat täiendatud. Kiirus on suurenenud, vastupidavus on parem ja maht samuti kasvanud.
Peamine erinevus HDD ja SSD vahel on see, et SSD-l puuduvad igasugused liikuvad osad. Seetõttu on see vastupidavam, sest ammu on teada, et mis liigub, see kulub. Tänu sellele on SSD vastupidavam ka välisärritustele: nii temperatuuri muutustele ja põrutustele kui ka niiskusele. Flash-mälul baseeruvad kettad tarbivad ka vähem voolu ning kuivõrd neil puudub lugemis- ja kirjutamispea, on võimalik ka andmeid kiiremini lugeda ja kirjutada.
SSD miinusteks on kindlasti kõrge hind ja väike mahutavus . Tänapäeval on kasulikum osta magnetkettal baseeruv kõvaketas, sest see on kuni kümme korda odavam, kuid see võib tulevikus muutuda. Samuti on SSD ketaste maksimaalne mahutavus umbes 500 GB kanti ,
HDD-l aga 2 TB. SSD kahjuks räägib veel piiratud kirjutamiskordade arv. Tavakasutajale pole see kuigi oluline, sest ta ei pruugi oma eluea jooksul kõiki neid kordi ära kasutadagi,
8 kuid entusiasti või serveri puhul võib juhtuda, et välkmälu ketas lakkab töötamast, sest seda on nii palju kasutatud.
Suuremat kiirust võib kindlasti pidada üheks SSD paremaks küljeks, sest see võib kohati ületada HDD oma mitmekordselt. SSD puhul on väga oluline see, kas loetakse ja kirjutatakse mitmeid väiksemahulisi andmeid või üht suurt. Esimesel puhul on SSD kiirused võib-olla väiksemadki kui HDD omad. Seda seetõttu, et andmed paiknevad SSD kettal 4 kB plokkide kaupa, mida on ükshaaval väga aeganõudev muuta.
9 Kasutatud allikad
http://www.cs.tlu.ee/osakond/opilaste_tood/bakalaureuse_ja_diplomitood/2002/Rain_Haviko/ mass-salvestus/tekstid/hdd_ehitus.html 2010-10-06
http://et.wikipedia.org/wiki/K%C3%B5vaketas 2010-10-06
10