Kõvakettad (0)

Table of Contents
Sissejuhatus 3
Kõvakettast üldiselt 4
Kuidas töötab kõvaketas 6
Ajalugu 7
Tänapäev 8
Tulevik 9
Kokkuvõte 10
Kasutatud kirjandus 11
Sõnade difinitsioonid 12

Sissejuhatus

Tänapäeva infoühiskond oleks täiesti teistsugune kui meil ei oleks kasutada andmekandjaid. Vahendeid, kuhu saaksime talletada kõik oma informatsiooni ja andmed. Mina isiklikult arvan, et kui meil poleks võimalust kuhugi oma andmeid salvestada , siis infotehnoloogiat sellisel kujul nagu see on tänapäeval, meil ei eksisteeriks. Kindlasti harjumatu oleks mõelda, et paneme oma arvuti käima ja võimalik mingit programmi käima laadida pole kuna puudub andmekandja . Sel juhul oleks lihtsalt võimatu kasutata arvutit nagu me teeme seda tänapäeval. Õnneks on meil kasutada erinevad seadmed info salvestamiseks ja selle mitmekordseks kasutamiseks. Meie kasutada on hetke seisuga kaht sorti andmekandjaid. Mina paigutaks need kahte kategooriasse: magnet ketastel baseeruvad ( Hard Disk Drive ) ja välkmälul baseeruvad (nt. Flash memory , Solid State Drive jne.). Viimased on siis vähemlevinud kuid koguvad populaarsust, seda tänu oma suurematele kirjutamis ja lugemiskiirustele ning vastupidavusele välistingimustele. Hetkeseisuga võib öelda, et andmekandja kui osa personaalarvutist, on sama tähtis näiteks kui protsessor või muutmälu.

Kõvakettast üldiselt

Keskmine inimene (näiteks kui valida üks suvaline tänavalt) ei pruugi teada milline näeb välja personaalarvuti andmekandja ehk kõvaketas. Kuid ega ta ei peagi seda teadma, sest tema seisukohast on oluline, et arvuti kui tervik töötaks. Oma nina arvuti sisemusse ei pruugi ta elu sees panna. Nii palju kui mina uurinud olen, siis üldjuhul teatakse nii palju, et kõvaketast kasutatakse info salvestamiseks ja see on mingit moodi seotud magnetismiga. Ning kõik see on täiesti õige.
Kõvaketas on võimaline salvestama andmeid ja seda tänu magnetismile. Kui magnetismi kui sellist nähtust ei eksisteeriks, siis tõenäoliselt oleks meil hetkel kasutusel teised (võimalik et mitte nii efektiivsed) tehnoloogiad andmete talletamiseks. Nagu me teame on magnetitel kaks poolust, on pluss poolus ja miinus poolus. Just seda omadust kasutatakse edukalt ära tänapäeva kõvaketaste puhul. Magnetite eri poolused kirjutatakse kõvakettale nullide ja ühtede jadana. Igal rakendusel, infohulgal ja -ühikul on oma kindel nullide ning ühtede järjekord. Andmete kirjutamis ja lugemis pea salvestab magnetilisele metall ketale, mis on üldjuhul valmistatud alumiinimumist (kuid võib olla ka klaasist), nullide ja ühtede jada. Andmed salvestatakse ringikujuliselt, mitte sektorite kaupa nagu mõned inimesed ekslikult arvavad .
Kõvaketta koostisosad:

• Lugemis- ja kirjutamispea (ingl. k. Head). Vanematel seadmetel on need eraldiseisvatena. Loob kettale positiivselt ja nagetiivselt laetud piirkondi. Igal füüsilisel kettal on oma lugemis- ja kirjutamispea.
  
• Kontrolleri telg . Selle külge on kirjutatud lugemis- ja kirjutamispea. See kõvaketta osa teeb ära kõige suurema osa tööst. Vanematel aruvtitel on kuulda selle aktiivset tegutsemist ragina/kragina näol.
  
• Ketad (ingl. k. Platter). Ühes kõvakettas on mitu füüsilist andmeketast. Kettale salvestatakse andmed nullide ja ühtede näol kust on neid võimalik vajadusel uuesti lugeda. Valmistatud üldjuhul aluminimumist (odav ja kerge) kuid osades kõvaketastes on levinud ka klaas. Ketta pind peab olema väga sile, et tagada lugemis- ja kirjutamis pea võimalikult ühtlane liikumine. Selle tõttu kasutatakse ka klaasi/peeglit. Ketta pind on kaetud ferrooksiid lakiga.
  
• Kontroller. Tegeleb lugemis- ja kirjutamispea liigutamisega. Juhib pead vastavalt sinna, kust on vaja andmeid lugeda või kirjutada. Kontroller liigutab pead terve ketta raadiuses. Kuigi lugemis- ja kirjutamispäid on mitu, siis kontrollerit on ainult üks.
  
• Mootor. Mootor paneb pöörlema alumiinimum kettad . Sellest osast eraldub kõige suurem osa kõvaketa eraldatavast soojusest.
  
• Liidesed (ingl. k. Connectors). Liidesed kuhu on võimalik külge panna juhtmed . Vastavalt siis toite ja andme juhe.
  
• Korpus. Mõeldud kõvaketta kaitsmiseks ja kooshoidmiseks. Samuti aitab see säilitada kõvaketta sisest rõhku.
  

Tänapäeval leiavad kõvakettad kasutust paljudes kohtades: muusikakeskustes, pleierites, lauaarvutites, personaalarvutites, mängukonsoolides, telekates ja ka mõningates kaasaskantavates seadmetes . Kaasaskantavates seadmetes pole HDD ehk standartne kõvaketas väga levinud kuna kõvaketas on oma paljude liiguvat osade tõttu väga habras . Samuti ei kannata kõvaketas väga ekstreemseid ilmastikutingimusi: õhurõhu muutust, niiskust ega suurt temperatuuri kõikumist. Õhurõhu muutust ei mõju kõvaketastele hästi selle tõttu, et lugemis- ja kirjutamispea all on õhupadi mis takistab ketaste (ingl. k. Platterite) pinna ära kriimustamist ja kahjustamist. Kui aga toimub järsk õhurõhu muutus, siis võib õhupadja läbimõõt muutuda nii väikeseks, et pea kahjustab ketaste pinda ja ferrooksiidlaki. Saa paraku aga kahjustab andmeid ja neid pole enam võimalik kunagi kätte saada. Niiskus aga see eest kahjustab kõvaketta liiguvaid osi ja muudab need mite töötavateks. Samuti võib liigne vesi tekitada kõvaketta kontrolleris või mootoris lühiseid mis muudavad need mitte töötavateks. Liiga kõrge välistemperatuur võib viia selleni , et kõvaketas kuumeneb üle ja andmed sellel hävinevad. Liiga madal temperatuur jällegi võib takistada liiguvate mehanismide tööd. Keskkondades, kus on äärmuslikud tingimused (maakera poolused, kosmos , kõrbed jne.) kasutatakse välkmälul baseeruvaid andmekandjaid, kuid nendest lähemalt peatükist „tulevik“.

Kuidas töötab kõvaketas

Osaliselt on juba kõvaketta tehnoloogia lahti seletatud eelnevas lõigus, kuid siin teen ma seda uuesti ja püüan rohkem detailidesse laskuda. Piltlikult öeldes püüan ma kogu selle protsessi jutustades läbi teha.
Ütleme nii, et kasutaja oma arvutis salvestab dokumendi. Emaplaadilt läheb info kõvakettasse, et teatud hulk andmeid on vaja salvestada. Kõvaketta kontroller reageerib sellele ja liigutab lugemis- ja kirjutamispea paika, kus on vaba ruum ning tekitab kõvakettale läbi polaarsuste positiivsus ja negatiivsus piirkonnad. Need omakorda tõlgendatakse arvuti poolt ümber nullideks ja ühtedeks. Spetsiifiline nullide ja ühtede jada moodustab selle dokumendi mille kasutaja salvestas. Kui andmed on salvestatud, siis lugemis- ja kirjutamispea liigub tagasi asendisse kus ta oli enne või asub täitma ülesannet mis tal ennist pooleni jäi.
Kui kasutaja soovib neid andmeid lugeda mis ta kirjutas, siis kasutaja annab märku, et tal on soov nendele andmetele juurde pääseda. Lugemis ja kirjutamis pea liigub kohta kus soovitud andmed on ja loeb sealt maha nullide ja ühtede jada. Need andmed loetakse buffrisse ja sealt edasi mööda andmekaablit liiguvad andmed emaplaadile ja töödeltakse andmeteks või failiks .
Andmete kustutamisega on nii, et kõvakettalt ei kustutata neid üldjuhul kunagi (va. Format) vaid tehakse lihtsalt kasutajale nähtamatuks ning kui vajadus on, siis kirjutatakse lihtsalt uued andmed peale. Selle tõttu on võimalik kõvakettalt taastada juba kustutatud andmeid.

Ajalugu

Kõvaketta arengus on väga suur ja oluline roll olnud IBM nimelisel ettevõttel. Just selle ettevõtte poolt toodeti esimesed digitaalsete andmete kandjad, mis suutsid andmeid salvestada suuremas koguses kui eelkäiad. Nagu tänapäevalgi, siis oli tol ajal samuti tipptehnoloogia sõjaväe kasutuses. 1950. aastal valmis esimene kõvaketas USA mereväe tellimusel. Selle valmistajaks oli Engineering Research Associates of Minneapolis . See seade suutis mahutada ühe Gbiti andmeid. Alles 6 aastat hiljem, 1956. tuli välja IBM kõvakettaga mis suutis mahutada viis MB andmeid, kuid samas oli kordades odavam ja kergesti kättesaadavam kui andmekandja, mis valmistati USA mereväele.
1973. aasta lasi IBM välja kõvaketta, mida peetakse tänapäeva andmekandjate isaks. Konkreetse isendi puhul kasutati sama tehnoloogiat mis on laialt levinud tänapäeva kõvaketastesse. Mudeli nimi oli 3340 ja hüüdnimeks „Winchester“. Selles seadmest väljastati kolm versiooni: kaks 30MB mudelit ja üks 70MB mudel.
1980. aasta valmistas Seagate kõvaketta kodukasutusse. Selle hind pole küll teada kuid kindlasti ei saanud seda lubada endale igapere nagu tänapäeval. Kõvaketta mahuks oli 5MB. Võrdluseks: sel ajal oli tipptehnoloogiaks IBM kõvaketas, mis suutis mahutada andmeid ühe GB, kuid samas kaalus jälle 250 kg ja oli külmkapi suurune.
Kümme aastat hiljem, 1983. aastal lasti välja kõvaketas laiusega 3.5“ mis tänapäeval on saanud üheks enamlevinud standardiks lauaarvutites ja serverites.
1991. aastal tutvustati avalikusele esimest sülearvuti ketast laiusega 2,5“ ja andmeid suutis see mahutada 100 MB jagu.
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.
Peale 2003. aastat nii suuri ja märkimisväärseid tehnoloogilisi hüppeid toimunud pole. Tehnoloogia on üldiselt jäänud samaks, kuid see on muutunud oluliselt efektiivsemaks on arendusse on piisavalt investeeritud. Detailid muutuvad väiksemaks, komponendid kiiremaks ja täpsemaks. 2005. aastal mahutas kodukasutajale mõeldud kõvaketas 500GB andmeid, 2009 aasta juba 2 000 GB.

Tänapäev

Kuuekümne aastaga on olnud kõvaketaste areng meeletu, täiesti võreldav infotehnoloogia arenguga. Kuuskümend aastat tagasi toodeti mõned üksikud kõvakettad, tänapäeval on see kasvanud aga 500 millioni kõvakettani aastas (vastavalt iSuppli andmetele).
Näitajaid mille järgi tänapäeva kõvakettaid liigitada saaks on palju. Mina liigitaksin need vastavalt siis füüsilistele suurustele (laiustele), kiirustele (pöördeid minutis) ja andmeedastus kaabli tüübile.
Tänapäeval on levinud standardid 3.5“, 2.5“ ja 0.8“. Esimest kasutatakse siis lauaarvutites ja serverites. Selle kõvaketta laius on ligikaudu kümme cm. Üldjuhul on tegu kiirete, kuid energia jänuliste ja palju kuuma eraldavate ketastega. 2.5“ kõvakettaid kasutatakse sülearvutites. Need ei mahut küll nii palju andmeid, kuid see eest on jälle vaiksemad ja tarbivad vähem voolu. 0.8“ kõvakettad on vähe levinud ja neid kasutatakse erinevates kaasaskantavates seadmetes (mobiiltelefonides) või sedametes mis ise on lihtsalt nii väikesed.
Kuna kõvaketas on tänapäeval nii laialt levinud, siis igal inimesel on omad soovid- enthusiastid soovivad kiirust, serveriomanikud vastupidavust, sülearvuti kasutajad vaiksust jne. Selle tõttu ongi väljastatud kõvakettaid erinevate pöörlemiskiirustega. Pöörlemiskiiruse all on siis mõeldud metall ketaste (ingl. k. Platterite) pöörlemist minutis (ingl. k. Rears Per minute ). Kõvaketaste kiirused jagunevad vastavalt 4200rpm, 5200rpm, 7200rpm, 10000rpm ja 15000rpm. Mida suurem ketta pöörlemiskiirus, seda paremad on andmeedastus kiirused, kuid samas eraldavad kiiremad kõvakettad rohkem kuumust, on mürarikkamad ja kulutavad rohkem energiat. Selletõttu kasutatakse näiteks 4200rpm kõvakettaid sülearvutites ja 15000rpm kiirusega seadmeid serverites.
Kõvaketaste suurused on tänapäevaks kasvanud 2 000 GB ja mahtude kasv jätkub. Võrdluseks saab tuua, et 2005. aastal oli suurima kõvaketta, mis oli mõeldud kasutamiseks erasektorile, mahutavus 500GB.

Tulevik

Tulevikus on oodata kindlasti nii kiiruset, kui ka mahtude kasvu standartsetel kõvaketastel ehk HDD. Kuid kindlasti leiab laiemat kasutust ka uus tehnoloogia, nimega SSD (ingl. k. Solid State Drive) ehk eesti keeles võiks seda nimetada välkmälul baseeruvaks kõvakettaks.
Tegu pole uue tehnoloogiaga vaid vana täiustamisega. Flash tüüpi mälud on juba kaua aega arvutites kasutusel muutmäluna olnud, kuid nüüd on seda tehnoloogiat täiendatud. Kiirused on kasvanud, vastupidavus on kasvanud ja mahud on kasvanud.
Peamine erinevus HDD ja SSD vahel on see, et SSD'l puuduvad igasugused liikuvad osad. Selle tõttu on see vastupidavam, kuna on juba ammu teada, et kõik mis liigub kulub. Tänu sellele on SSD ka vastupidavam välisärritustele: nii temperatuuri muutustele, põrutustele ja niiskusele. Flash mälul baseeruvad kettad tarbivad ka vähem voolu ning kuna neil puudub lugemis- ja kirjutamis pea on võimalik ka andmeid lugeda ja kirjutada kiiremini.
Miinusteks SSD puhul on kindlasti tema hind ja mahutavus. Tänapäeval on kasulikum osta magnet ketal baseeruv kõvaketas, kuna see tuleb kordades odavam (kuni kümme korda), kuid olen kindle, et tulevikus see kõik muutub. Samuti on SSD ketaste maksimaalne mahutavus kuskil 500GB kanti , HDD'l on see aga 2GB. SSD kahjuks räägib veel piiratud kirjutamiskordade arv. Tavakasutajale pole see kindlasti teab mis näitaja, kuna oma eluea jooksul ei pruugi ta neid kordi kõik ära kasutadagi, kuid enthusiasti või siis serveri puhul, võib täitsa vabalt juhtuda nii, et välkmälu ketas lakkab töötamast kuna seda on nii palju kasutatud.
Kiiruseid saab kindlasti lugeda SSD üheks paremaks küljeks, kuna need võivad kohati ületada HDD omad mitme kordselt. SSD puhul on väga oluline see, kas loetakse ja kirjutatakse mitmeid väikseid andmeid või ühte suurt. Esimese puhul on SSD kiirused vaata, et kehvemad kui HDD omad. Seda selle tõttu, et andmeid paiknevad SSD kettal 4kB plokide kaupa mida on ükshaaval väga aeganõudev muuta.

Kokkuvõte

Selle esitluse ja referaadiga sain ma väga palju uusi teadmisi. Varem olin kõvakettaid palju vahetanud ja mõne isegi lahti teinud, kuid seda ma näiteks ei teadnud , et neid plaate ja lugemis- ning kirjutamispäid on sees mitu. Samuti õppisin mõndagi ka ajaloo kohta. Ülejäänud informatsioon oli juba enne enamvähem selge. Isiklikult sooviksin ma omada SSD ketast, kuna erinevadi rakendus laeb see käima rutemini ja suudab andmeid ühest kohast teise kopeerida kiiremini. Kuid paraku hetkel tundub see rohkem selline eksootika : ühelt poolt on ta kallis ja teiselt poolt hetkel on väljastatud alles esimene põlvkond, mis astub alles lapsekingades. Kuid ühes asjas ole ma küll kindel, SSD on tulevik. Pole kahtlustkil. Kui seda tehnoloogiat arendatakse piisavalt, siis ühel hetkel lööb ta HDD kõigis valdkonnas ja võimalik, et tulevikus isegi hinnaga.

Kasutatud kirjandus

Storage review (1.10.2009) The PC Guide [ http://www.storagereview.com/guide2000/ref/hdd/hist.html ]
Helium (30.09.2009) [ http://www.helium.com/items/966742-the-history-of-hard-disk-drives ]
Storage MOJO (01.10.2009) [ http://storagemojo.com/2007/02/20/everything-you-know-about-disks-is-wrong ]
TG Daily (01.10.2009) [ http://www.tgdaily.com/content/view/38533/118/ ]
Seagate (27.09.2009) [ http://www.seagate.com/support/disc/manuals/sata/100402371a.pdf ]
Wikipedia (25.09.2009) [ http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_hard_disk_drives ]
Wikipedia (25.09.2009) [ http://en.wikipedia.org/wiki/Hard_disk_drive ]
Wikipedia (25.09.2009) [ http://en.wikipedia.org/wiki/Solid-state_drive ]
Wikipedia (25.09.2009) [ http://et.wikipedia.org/wiki/HDD ]
Toshiba (01.10.2009) [ http://www.toshiba.co.jp/about/press/2004_01/pr0801.ht m ]

Sõnade difinitsioonid

RPM – Rears Per Minute – Pöördeid minutis. Konkreetses kontekstis on mõeldud kõvaketta sisemiste metallketaste pöörlemiskiirus.
HDD – Hard Disk Drive – Kõvaketas.
SSD – Solid State Drive – Välkmälu ketas, Flash mälul baseeruv andmekandja.
IBM – International Business Machines – Ettevõtte nimi kelle on suur osa riistvara ja tarkvara arengul läbi ajaloo.
platter – ketas – Kõvaketta sisemine metall ketas millele talletatakse andmeid.
seek time – otsimis aeg – aeg mis kulub lugemis- ja kirjutamis peal valmistumiseks, et käsku täita.
SATA – Serial Advanced Tehnology Attachment – lauaarvutite kõvaketaste ühenduvus standard.
IDE – Integrated Drive Electronics – lauaarvutite kõvaketaste ühenduvuse standard, SATA eelkäia.
12