HDD Tvrdi disk

Tvrdi disk (engl. Hard Disk, prevodi se i kao kruti disk ili čvrsti disk) sekundarna je jedinica za pohranu podataka u računalima.

Sastoji se od kružnih ploča u hermetičkom kućištu koje se vrte oko jedne osi pomoću elektromotora. Ploče su metalne ili staklene, presvučene tankim slojem feromagnetske tvari, a magnetske glave koje lebde tik iznad magnetskog sloja zapisuju odnosno čitaju podatke.



Princip rada

Magnetski disk svoje djelovanje temelji na fizičkim osnovama magnetskog polja i svojstvima feromagnetskih materijala. Pri upisu podataka na njega koriste se svojstva takozvanih tvrdih feromagnetskih tvari da nakon što su magnetizirane vanjskim poljem, ostanu magnetizirane i nakon što se vanjsko magnetsko polje ukloni. Tvrdi disk se sastoji od nekoliko ploča obično od nemagnetskih materijala, najčešće legure aluminija ili stakla. Te ploče su premazane sa tankim slojem feromagnetskog materijala debljine 10 do 20 nm (za usporedbu, debljina običnog kopirnog papira je između 0,07 mm i 0,18 mm - 70.000-180.000 nm).[1] Na taj magnetski materijal se obično još stavi premaz ugljika kao zaštitni sloj. Za magnetski materijal se danas obično biraju legure kobalta, dok su ranije bili korišteni oksidi željeza, kroma, ili slično. Disk se okreće oko svojeg središta brzinom od 3000 okr/min do 10.000 okr/min, dok se tik iznad njega nalazi glava za čitanje i pisanje (engl. read-and-write head), pričvršćena na ručku koja može glavu premjestiti bliže ili dalje središtu diska. Na današnjim, modernim diskovima, udaljenost te glave od površine ploče se mjeri u nanometrima.

Podaci se na disk upisuju uz pomoć male zavojnice koja je sastavni dio glave. Zavojnica u biranim trenucima propušta električnu stuju izabranog smjera (princip binarnog sustava, 0 ili 1). Magnetska glava sastoji se od zavojnice koja je namotana na tvrdu feritnu jezgru. Glava je učvrščena na ručicu koju po disku pomiće aktuator. Uz pomoć njega glava se može pomicati iznad cijelog polumjeru diska. Magnetska površina ploče u disku je podjeljena u puno malih magnetskih područja veličine mikrometra, a svaka od tih površina se rabi za pohranu (kodiranje) jednog bita informacije. Do 2005. ta podjela magnetske površine je bila samo horizontalna, ali od tada pa do danas ta podjela je i vertikalna čime su se dobili tvrdi diskovi većeg kapaciteta (do 2 TB). Zbog prirodne kristalne strukture magnetskih materijala, te regije na disku se sastoje do nekoliko stotina magnetskih čestica (jedna magnetska čestica je veličine 10 nm). Protjecanjem struje kroz zavojnicu stvora se magnetsko polje koje se zbog blizine glave proteže i kroz magnetski materijal na površini diska. Kako se disk brzo okreće ispod glave, sav materijal koji prođe ispod glave se magnetizira u smjeru određenom smjerom protjecanja električne struje. Uključivanjem struje u kratkotrajnim biranim trenucima, postiže se na površini diska niz različito magnetiziranih područja jedno iza drugog, čime je na disk zapisan niz podataka tj. bitova. Podaci su na disku nalaze kao niz magnetskih čestica na magnetskom sloju diska koje su smještene u koncentrične krugove.

Čitanje se ispočetka radilo koristeći činjenicu da kada niz različito magnetiziranih područja brzo prođe ispod zavojnice magnetske glave, u zavojnici se inducirao električni napon kod svake promjene polja. Inducirani napon i tako dobivena struja ima svoju jakost koja ovisi o jakosti magnetskog polja, njegovom smjeru, brzini promjene magnetskog polja ispred glave i udaljenosti glave od diska. Zbog razlike u induciranom naponu na zavojnici u određenom trenutku dobiva se naponski signal. Iz tog naponskog signala se stoga može zaključiti kakav je raspored magnetiziranih područja prošao ispod nje i time se niz bitova pročitao. No danas se koriste druge magnetske pojave, recimo osobine da prisutnost magnetskog polja mijenja električnu otpornost nekih materijala. Kod takvih diskova, glava je magnetnootporna. Prilikom prolaska čitače glave preko magnetizirane površine diska, čitača glava mjenja svoj električni otpor zbog promjene jačine i smjera magnetskog polja (tehnologija gigantskog magnetootpora (GMR)).[2]

U današnjim tvrdnim diskovima glave za čitanje i pisanje su odvojene, za razliku od starih diskova na kojima se sve obavljalo uz pomoć jedne glave. Čitača glava je magnetnootporna, dok je pisača glava tankoslojna induktivna.

Dobra svojstva magnetskog diska jesu veliki kapacitet, postojanost podataka i brzi pristup podacima. Negativna svojstva jesu: osjetljivost na prljavštinu i elektromagnetska polja, te ograničenje maksimalne gustoće podataka. Magnetski disk je posebno osjetljiv na elektromagnetska polja i pri rukovanju treba to imati na umu.

Logička struktura
Tvrdi disk je podijeljen na logičke dijelove. To su: Master boot record, ostatak traga 0 (Remain of track 0), Boot Record (sadrži informacije i datoteke potrebne za podizanje operativnog sustava), FAT1 i FAT2 (sadrže tablice datoteka te njihovu lokaciju unutar particije), Boot directory (bilježi strukturu direktorija na particiji), te najveći dio DATA u kojem su pohranjeni podatci.

Povijest razvoja
Prvi tvrdi disk razvila je tvrtka IBM 1956. za računalo IBM 305 pod imenom IBM 350 Disk File. Ovaj prvi tvrdi disk sastojao se od pedeset 24 inčnih magnetskih ploča i imao je zapreminu od 5 milijuna 7-bitnih znakova (~4,4 megabajta). Za 350 Disk File, IBM je naplaćivao godišnju najamninu od 35.000 USD.

Povijest po godinama od 1980. do danas
1980. - prvi disk od 1 GB, IBM 3380, veličine hladnjak, težak oko 250 kg, i cijene 40.000 USD.
1986. - standardizacija SCSI sučelja
1998. - standardizacija UltraDMA/33 i ATAPI pristupa
2002. - adresiranje preko 137 GB diskovnog prostora
2003. - uvođenje SATA standarda
2005. - prvi 500 GB tvrdi disk (Hitachi)
2005. - standardizacija Serial ATA 3G
2005. - uvođenje SAS standarda (Serial Attached SCSI)
2005. - Toshiba uvodi okomito zapisivanje
2006. - prvi disk od 750 GB (Seagate)
2007. - prvi disk od 1.000 GB (1 TB - terabajt) Hitachi [3]
2008. - prvi disk od 1,5 TB (Seagate)
2009. - prvi disk od 2 TB (Western Digital)
2010. - prvi disk od 3 TB (Seagate)