A számítógép részei

Merevlemezek

A mágneses elven működő merevlemez (Hard Disk Drive - HDD; winchester) az elsődleges háttértároló egység a számítógépben.

A merevlemez az egyetlen lemezes adattároló, ahol az adathordozó és az író/olvasó eszköz egybe van építve, és a lemezek nem cserélhetőek.

Elhelyezkedése szerint lehet belső, a házon belül, fixen elhelyezkedő; cserélhető, mobil rack-be szerelt; külső, a házon kívül elhelyezkedő, egy (USB vagy eSATA) kábellel csatlakoztatható a számítógépházhoz.

A külső adattároló általában drágább és lassabb is mint a belső.

Belső Hdd, Mobil rack, Külső HDD

HDD jellemzői

Tárolókapacitás

Ez jellemzi a winchestert abból a szempontból, hogy mennyi adat fér rá: kezdetekben csak pár megabájt volt, manapság már 40 GB – 8 TB között mozog.

Írási és olvasási sebesség

Az írási és olvasási sebességet nagyban befolyásolja a lemezek forgási sebessége. A lemezek állandóan forognak, forgási sebességüket rpm-ben adják meg (Revolutions Per Minute - „fordulat per perc"). Jellemzően 5.400, 7.200, SCSI csatlakozás esetén 10.000 vagy 15.000 fordulat/perc (rpm).

Egy mai HDD olvasási sebessége 300 MB/sec, írási sebessége 150 MB/sec körüli.

Hozzáférési idő

Azt az időt jelenti, amíg a meghajtó író/olvasó fejét egy megadott szektor fölé mozgatja, és abból az adatokat beolvassa. A gyorsítótárnak köszönhetően a HDD elérési ideje lényegesen lecsökkent. Manapság 8,9 ms.

Átviteli sebesség

Az időegység alatt átvitt bitek száma. A merevlemezes meghajtók teljesítményének legfontosabb jellemzője. Minél több szektor található az adott sávon, azonos fordulatszám esetén annál nagyobb lesz a meghajtó adatátviteli sebessége. Ez a mai HDD-knél 16,6-133 MB/s.

HDD részei

HDD részei

Mágneslemezek

Az újabb mágnesezhető korongok üvegből vagy üveg és kerámia keverékéből készülnek. Az üveg alapú lemezek merevebbek, kevésbé érzékenyek a szélsőséges hőmérsékletekre. A merevebb anyagszerkezet lehetővé teszi a vékonyabb lemezek alkalmazását, amiből adott magasságú házba több építhető, ez pedig a kapacitás jelentős növekedését vagy a meghajtó méretének csökkentését teszi lehetővé. A típust a tükörre emlékeztető felületéről ismerhetjük meg.

Író/olvasó fejek A merevlemezekben általában minden hordozófelülethez egy-egy író/olvasó fej tartozik. A lemezek és a fejek között egy igen vékony légrés képződik, aminek nagysága döntően befolyásolja a maximális adatsűrűséget. Ez a távolság napjainkban 10 nm körüli.

Fejmozgató motor

Feladata a fej precíz mozgatása a megfelelő sávra, valamint a fej sávon tartása a folyamatosan rezgésben lévő lemezfelületen.

Tengelymozgató motor A lemezeket forgató motor közvetlenül kapcsolódik a meghajtandó lemezekhez. A motornak mindenfajta zajtól és vibrációtól mentes hajtást kell biztosítania annak érdekében, hogy a lemezek forgása sima és egyenletes maradjon.

Vezérlő elektronika Igen fontos a lemezek egyenletes forgása. A merevlemezes meghajtókat mikroprocesszoros elektronika vezérli.

HDD jumperelése

Az IDE merevlemezeket jumperelni kell. A jumper feladata, hogy bizonyos áramköröket - amelyek több lehetséges elágazással bírnak - változtatni, befolyásolni tudjon.

A jumper egy egyszerű rövidre záró fém darabka, amit műanyaggal vontak be. Ennek három állása van:

MASTER – az ide kötött eszköz lesz az adott kábelen az elsődleges.
SLAVE – az ide kötött eszköz csak másodikként létezhet a fürtön, és így kevesebb erőforrást kap az alaplaptól.
CABLE SELECT – attól függően értelmezi a kívánt beállítást, hogy melyik kábelvégre kerül a meghajtó.

A képen látható, hogy egyes merevlemez gyártók többféle módon értelmezik a jumperelést, ezt a merevlemezeken fel szokták tüntetni.

HDD jumperelése

A SATA HDD-ket már nem kell jumperelni!

HDD-vel kapcsolatos fogalmak

Particionálás

A merevlemezt particionálással több logikai meghajtóra oszthatjuk fel. Ezek a partíciók fizikailag egy lemezen vannak, ám az operációs rendszer több meghajtóként érzékeli, és kezeli őket.

A partíció a merevlemez egy logikailag különálló darabja, melyet az adatok szervezésére használunk.

A particionálás műveletét általában a rendszerprogram telepítése kezdetén szokás végrehajtani.

HDD particionálása

Formázás/Formattálás

Ahhoz hogy a mágneslemezen lévő mágneses réteg alkalmas legyen adatok tárolására, létre kell hozni a tároláshoz szükséges rendszert. Ezt formázásnak nevezzük.

Formázáskor jönnek létre a sávok, szektorok.

A felületeken koncentrikus körökként helyezkednek el a sávok (track). Minden sávot szektorokra (sector) osztanak, melyek mérete 512 byte.

A szektorok úgy is kialakíthatók, hogy azok fizikai mérete közel azonos legyen, azonban ilyenkor a külső sávok mindig több szektort tartalmaznak, mint a lemez középpontjához közelebb esők.

Változó sávméret

Azokat a sávokat melyek egymás alatt helyezkednek el, így egy fejállással írhatók/olvashatók, cilindernek (cylinder) nevezzük.

Cilinder és Klaszter

Az adatok rögzítésénél és visszaolvasásánál lényegesen nagyobb sebesség érhető el, ha az adott állomány egy cilinderen található, mivel ilyenkor a meghajtóban lévő összes író/olvasó fej egyszerre képes az állomány különböző részeinek kezelésére.

A könnyebbség kedvéért a winchester 3-4 szektort együtt szokott kezelni, ezek a szektorcsoportok a klaszterek (cluster). A cluster mérete a mai winchestereknél 4-64 KB közötti. A klaszterek mérete függ a fájlrendszertől és a partíció méretétől is.

A formattálást egy bizonyos partícióra hajtjuk végre. Formattáláskor az adott partíción lévő fájlok törlődnek.

Az alacsony szintű formázás (Low Level Formatting) a gyártás során történik.

A magas szintű formázás (High Level Formatting) során a már előre kialakított adatszerkezetre kerülnek felírásra olyan információk, amelyek az adott fájlrendszerhez szükségesek. Ezek az adatok jellemzően alkalmasak arra, hogy tárolják a partíción található állományok tartalomjegyzékét, a szabad lemezterület nagyságának számításához szükséges információkat, az esetlegesen meghibásodott szektorok adatait.

Fájlrendszer

Ahhoz, hogy fájlokat tároljunk egy merevlemezen, a PC-nek fájlrendszerre van szüksége, amely megadja a fájl nevét, helyét.

Minden partíciónak megvan a saját katalógusa, az állomány kiosztási tábla (File Allocation Table – FAT).

FAT16 – DOS;
FAT32 – Win95, Win98;
NTFS (New Technology File System) - Windows NT-től kezdődően.

Unix és Linux operációs rendszerek ettől eltérő fájlrendszereket használnak.

Töredezettség

A HDD-n lévő fájlok egy idő után logikailag töredezetté válnak. Ennek oka az, hogy a merevlemez nem tud egy szektornál kisebb egységet címezni, így amikor ír egy fájlt, és az nem tölti be teljesen a szektort, kihasználatlan hely keletkezik.

A merevlemezen sorban fájlok találhatók, amelyek közül előbb-utóbb törlünk néhányat. A vezérlő mindig az első szabad szektorba ír, vagyis egy idő után a file-ok csak úgy tudnak felíródni a lemezre, hogy több részre széttöredeznek, hiszen a korábban letörölt file-ok helyén keletkező szabad hely nem mindig passzol az oda írandó új fájlhoz.

A széttöredezett fájlrendszer olvasásakor a fejnek folyamatosan mozognia kell, így az adatátviteli sebesség lecsökken.

Töredezettség mentesítő programmal a széttöredezett fájlokat egymást követő szektorokba lehet rendezi, így lecsökken a fej mozgatásának ideje, és ezáltal megnő az olvasási és írási sebesség.

HDD töredezettség mentesítő program

Biztonság

Adataink biztonsága érdekében érdemes figyelnünk a winchesterünk állapotát, ehhez nyújt segítséget a SMART.

Hogy egy meghibásodott háttértártoló miatt ne legyen adatvesztésünk, érdemes adatainkat nemcsak egy merevlemezen tárolni, erre megoldás a HDD-k RAID-be szervezése.

Hibrid merevlemezek

Hibrid HDD

A tisztán flashmemória-alapú SSD-k ára nagyon magas, ezért a hibrid merevlemezek léphetnek a hagyományos háttértárak helyére, mely költséghatékony módon kombinálja a régi és az új technológiákat.

A hagyományos asztali gépekbe és egyéb, kevésbé kritikus eszközökbe egy olyan megoldás kerülhet, amely a régi és az új technológia elegye. Ennek alapja továbbra is a hagyományos, mozgó alkatrészes HDD, ám ezt felszerelik egy extra NAND flash réteggel, amely egyfajta gyorsítótárként funkcionál.

A gyakran használt adatok, a folyamatos mentések ezt a felületet használják, így a közvetlen adatelérési sebesség gyorsulhat, a hagyományos merevlemezen pedig minden egyéb, ritkábban használt fájl marad. A merevlemezekben már eddig is alkalmaztak gyorsítótárakat, ám a közeljövőben ezek mérete megnövekedhet, és ezzel a hibrid háttértárak a hagyományosakhoz képest gyorsabbá válhatnak.

SSD – Solid State Drive (szilárdtest-meghajtó)

SSD

Az SSD egy olyan, mozgó alkatrészek nélküli adattároló eszköz, ami félvezetős memóriában tárolja az adatokat, és azokat hosszú ideig megőrzi. A merevlemezekhez hasonlóan SATA vagy egyéb (SCSI, PCIe, USB, PATA) csatlakozófelülettel csatlakozik. A HDD-khez hasonlóan blokkos adatelérést biztosít.

A mozgó alkatrészek hiánya miatt kevésbé sérülékeny, mint a hagyományos merevlemez, csendesebb (ha nincs külön hűtőventilátor felszerelve), nincsenek a mechanikából adódó késleltetések, az adathozzáférés egyenletesen gyors.

Mérete a mostanában használatos winchesterek méretével megegyező. Csatlakozása a winchesterek, és egyéb manapság beépíthető eszközök csatlakozásával kompatibilis.

Az SSD meghajtók élettartama meglehetősen magas és megbízhatóságuk is kiváló. Kapacitásuk 32‑512 GB közötti. (Bár már létezik 1 TB-os is.) Olvasási sebesség: 200‑550 MB/s. Írási sebesség: 110‑510 MB/s. Várható élettartam: 1 millió üzemóra két meghibásodás között.

M.2 SSD – NGFF (next generation form factor) SSD

Az M.2 eszközök nem kizárólag SSD-ként képesek funkcionálni, hanem PCI‑Express bővítőkártyák helyett (asztali számítógépben), USB 2.0/3.0 portokat helyettesítve, DisplayPort csatlakozókat kiváltva is képesek működni.

Az M.2 SSD meghajtó fizikai mérete kb. 1/8 akkora helyen elfér, mint egy 2.5"-os SSD meghajtó.

Az M.2-es SSD-k alapvetően kétféle nagy csoportra bonthatóak: SATA alapúak (NVMe) és PCI‑e alapúak (B+M ). Az M-típusú kártya egy bevágással, a B+M típusú két bevágással ellátott kártya. Az alaplapi foglalatok azonban minden esetben csak egy bevágást tartalmaznak.

M.2 SSD

M.2 SSD sebesség szerint:

SATA: A hagyományos 2.5" méretű SSD-vel SATA3-as sebességet, azaz körülbelül 600 MB másodperceként (írás-olvasás egyaránt). Ezek az SSD-k használnak B+M‑es, azaz két bevágással rendelkező csatlakozót.

NVMe: Elméleti másodpercenkénti 3000 MB-os olvasási és 2000 MB-os írási sebesség. Ezek az SSD-k használják az M-bevágású (5 pin-es) csatlakozót.

M.2 SSD csatlakozók szerint:

M: az M.2 kártya bal oldalán lévő bevágás után 5 pin áll külön;
B+M: az M.2 kártyán két bevágás van, jobb oldalán 6 pin áll külön, a bal oldalán 5 pin áll külön.

M.2 SSD csatlakoztatása

M.2 SSD méret szerint:

M.2 SSD méret szerint