Introducere
Un Hard Disk Drive(HDD) este un tip de memorie non-volatila care stocheaza date encodate digital pe platane magnetice dotate cu un sistem rotativ foarte rapid. A fost introdus in 1956 pentru stocarea de date intr-un computer IBM de contabilitate. In prezent, aplicatiile pentru hard-disk-uri au depasit granitele computer-elor si sunt incluse in o suita de aparate digitale (dvd playere, mp3 playere si chiar telefoane mobile sau PDA-uri). Necesitatea, in crestere de metode cat mai sigure pentru stocarea datelor a dus la dezvoltarea de configuratii mai complexe, cum ar fi matricile RAID, sistemele NAS (Network Attached Storage) sau sistemele SAN (Storage Area Network) care pot oferi acces eficient si stabil la volum mare de date.
Hard-disk-urile inregistreaza datele prin feromagnetizarea directa a materialului, pentru a reprezenta un digit binar (0 sau un 1). Datele sunt citite prin detectarea magnetizarii materialului. Hard-disk-ul este constituit din platane (discuri non-magnetice pe care datele sunt inregistrate) si dint capete magnetice de scriere-si-citire. Platanele sunt rotite la viteze foarte mari, informatiile fiind inregistrate prin trecerea acestora prin dreptul capetelor de scriere-si-citire, care de obicei opereaza la o distanta de zeci de nanometri fata de platan.
Capetele magnetice nu ating platanul datorita rezistentei aerului (aerul are o viteza aproape egala cu cea a platanului) de pe suprafata. Suprafata magnetica a fiecarui platan este divizata conceptual in mai multe regiuni, cu dimensiuni de ordinul milimetrilor, care sunt utilizate pentru encodarea unei singure unitati binare. In hard-diskurile moderne, dimensiunea mica a regiunilor magnetice creeaza pericolul demagnetizarii, fapt datorat factorului termic. Pentru a se evita aceasta demagnetizare, platanele sunt acoperite cu 2 straturi magnetice, separate de rutheniu (element chimic non-magnetic) in grosime de 3 atomi. O alta tehnologie folosita la atenuarea efectului termic este inregistrarea perpendiculara, utilizata in hardiskuri incepand cu anul 2007.
In prezent capacitatile medii hard-diskurilor pentru sistemele desktop sunt situate intre 120 si 300 de GB de date la o viteza de 7200 rot/min si o rata de transfer de 1Gbit/s sau chiar mai mult. Capacitatea maxima a unui HDD este de 1 TB, iar vitezele de rotatie maxime se situeaza intre 10000 si 15000 de RPM la un transfer de peste 1.6 Gbit/s. La aceste HDD cu viteze mari platanele sunt mai mici. Aceasta micsorare a platanelor se datoreaza frecarii aerului, astfel obtinandu-se astfel o capacitate mai mica de stocare. HDD destinate laptop-urilor au dimensiuni reduse fata de cele normale avand viteza mai mica si putand stoca date mai putine. Un HDD pentru laptop normal atinge o viteza de 5400 de RPM, cu toate ca exista si variante cu 7200 de RPM dar destinate pietii premium a PC-urilor mobile.
Principalul mod de a scade timpul de acces este acela de a creste viteza de rotatie, in timp ce pentru cresterea capacitatii de stocare este nevoie de o crestere a densitatii pe platan. Surse oficiale din randul fabricantilor de HDD-uri estimeaza o crestere de 40% pe an a denistatii platanelor.
Capacitatea unui HDD poate fi calculata prin multiplicarea numarului de cilindri cu numarul de capete, cu numarul de sectoare si cu numarul de biti/sector (512 KiB in mod normal). Discurile cu interfata SCSI adreseaza fiecare sector printr-un numar intreg unic.
HDD sunt accesate prin mai multe tipuri de magistrale: ATA (PATA sau IDE), Serial ATA (SATA), SCSI si SATA SCSI (SAS).
ATA
Este o interfata standard pntru conectarea HDD-urilor alaturi de alte tipuri de medii de stocare, inventata in 1986 de catre Western Digital. Exista destul de multe sinonime ale termenului ATA, de exemplu IDE (Integrated Drive Electronics) si ATAPI (Advanced Technology Attachment Packet Interface). De asemenea odata cu introducerea Serial ATA (SATA) in 2003, termenul ATA a fost redenumit Parallel ATA (PATA). Standardul ATA permite lungimi ale cablului de maxim 46 de centimetri, desi se pot achizitona si cabluri de 91 de centimetri. ATA ofera cea mai comuna si ieftina modalitate de interfata de conectare.
Daca doua dispozitive se ataseaza la un singur cablu, unul dintre ele este numit Master iar celalalt Slave. Unitatea conectata pe Master apare in general prima cand BIOS-ul sau sistemul de operare detecteaza si enumera dispozitivele conectate. Daca este o singura unitate conectata la cablu, ideal ar fi sa fie configurata ca Master (unele tipuri de unitati, cum sunt HDD de la Western Digital, au o setare speciala Single pentru conectarea cu un singur cablu). O alta setare pentru configurarea conectivitatii unitatilor este Cable Select, care selecteaza singur daca unitatea este Master sau Slave in functie de pozitia de pe cablu in care este conectata. Toate aceste setari se obtin prin mutarea unui jumper pe pozitiile respective de obicei inscriptionate pe unitate. Interfata ATA are o latime de 16 biti, o latime de banda de 16 MB/s la primele variante, mai tarziu latimea crescand la 33, 66, 100 si 133 MB/s.
SATA
SATA (Serial Advanced Technology Attachment) este o magistrala creata in mod special pentru conectarea computerului la dispozitive de stocare asa cum sunt unitatile HDD cat si unitatile optice. Principalele sale avantaje fata de predecesorul sau, interfata ATA, sunt vitezele de transfer mai mari, abilitatea de a deconecta unitatile in timp ce sunt in functiune (hot swapping), cabluri mai subtiri care ajuta la o racire mai eficienta a carcasei si nu in ultimul rand siguranta crescuta a integritatii datelor. Standardul interfetei pentru SATA este AHCI (Advanced Host Controller Interface) care permite ca optiuni avansate ale interfetei cum ar fi hot plug si NCQ (Native Command Queuing) sa fie activate. Daca AHCI nu este activat de placa de baza si de chipset, interfata SATA opereaza in mod de emulare IDE. In timp ce driverii inclusi in Windows XP nu suporta AHCI, acesta a fost implementat nativ in Windows Vista cat si in versiunile curente ale MAC OS X si Linux.
Prima generatie de SATA, denumita generic SATA/150 sau SATA 1 are o rata de transfer de 1.5 Gbit/s (teoretic, practic datorita codarii 8b10b nu poate atinge decat o viteza maxima de 1.2 Gbit/s). De asemenea aceasta prima varianta nu poate utiliza imbunatatirile aparute odata cu cea de-a doua generatie (de exemplu NCQ).
Specificatiile curente SATA 2 suporta o rata de transfer de 3.0 Gbit/s pe fiecare unitate conectata. SATA utilizeaza un cablu cu 4 fire purtatoare de semnal astfel fiind mai ieftine decat cablurile PATA. Ca o aplicatie la SATA exista o varianta numita eSATA, in prezent din ce in ce mai folosita de producatorii de placi de baza, utilizata pentru conectarea dispozitivelor externe (asa cum sunt de obicei HDD externe). Unitatile compatibile cu SATA se pot conecta utilizand SAS (Serial Attached SCSI) acesta comunicand la fel ca unitatile native SAS, insa cablurile tip SATA nu pot conecta unitati SAS.
Planurile de viitor propun o cea de-a treia versiune SATA, care in momentul de fata, in mod teoretic va depasi rata de transfer a celor mai rapide HDD. Standardul cu o viteza de 6.0 Gbit/s este utilizabil in momentul de fata doar pentru combinatia cu multiplicatoarele de port SATA, impartind cei 6.0 Gbit/s la mai multe unitati.
SCSI
SCSI (Small Computer System Interface), este un set de standarde pentru conectarea fizica si transferul de date dintre computere. Standardele SCSI definesc comenzi, protocoale si interfete electrice si optice. SCSI este cel mai des folosit pentru conectarea HDD, dar poate fi utilizat pentru multe alte dispozitive, incluzand scanner-ele si unitatile CD-ROM. Este o interfata inteligenta care poate suporta intre 8-16 unitati conectate pe aceeasi magistrala, fiind de asemenea este o interfata peer to peer, host la host putand functiona si in alte combinatii.
SPI (SCSI Parallel Interface) este un tip de SCSI care utilizeaza un design de magistrala electrica paralela. Din 2008 SPI a fost inlocuit de SAS (Serial Attached SCSI), care are un design serial punct-punct. iSCSI renunta complet la forma fizica de implementare utilizand in schimb mecanismul de transport TCP/IP.
SAS
SAS sau Serial Attached SCSI este o tehnologie dezvoltata pentru transferul datelor intre unitati de stocare. Este un protocol serial punct-punct care inlocuieste magistrala paralela SCSI aparuta in mijlocul anilor 1980, utilizand insa si setul sau initial de comenzi. In prezent este mai putin rapida decat ultima implementare a magistralei paralele SCSI insa in 2009 isi va dubla viteza actuala de 6.0 Gbit/s, permitand viteze ale ratelor de transfer mult mai mari decat cele posibile anterior. Protocolul SAS este mentinut si dezvoltat de comitetul T10 al INCITS (International Comitee for Information Technology Standards) si promovat de SCSITA (SCSI Trade Association). Ultra 320 si Ultra 640 sunt interfete paralele ale SCSI de mare viteza. Au o viteza de ceas de 80 si respectiv 160 MHz, si o rata de transfer maxima de 320 sau 640 MB/s.
SAN
SAN(Storage Area Network) este o arhitectura de atasare la distanta a unitatilor de stocare la server astfel incat, pentru sistemul de operare sa para ca sunt atasate local. Cu toate ca pretul si complexitatea acestui sistem de stocare au inceput sa scada din 2007, SAN este in mod predominant utilizat in marile corporatii.
Initial, centrele de stocare a datelor erau create din “insule” de matrici SCSI. Ficare din aceste “insule” fiind dedicata unei singure aplicatii si fiind vizibila ca un numar de Hard-diskuri virtuale (LUN). In mod esential, SAN conecteaza “insule” de stocare impreuna utilizand pentru interconectare o retea de mare viteza, astfel permitand ca toate aplicatiile sa aiba acces la toate unitatile. Sistemele de operare inca vad SAN ca o colectie de LUN, de obicei mentinandu-si propriile sisteme de fisiere. Aceste sisteme locale de fisiere, care nu pot fi impartite intre sisteme de operare multiple, sunt cele mai sigure si cele mai utilizate.
NAS
NAS sau Network Attached Storage este un sistem de stocare al datelor la nivel de fisier, conectat la o retea, astfel oferind acces mai multor clienti ai respectivei retele. O unitate NAS este de obicei continuta intern de un computer conectat la retea, care are unicul rol de a oferi servicii de stocare la nivel de fisier catre alte dispozitive ale retelei. Sistemul de operare, alaturi de alte programe instalate pe unitatea NAS ofera functionalitate stocarii de date, sistemelor de fisiere si acces la acestea cat si la controlulul asupra acestora. Unitatea nu este dezvoltata pentru a rula un pachet software obisnuit pentru un computer normal, desi tehnic ar fi posibil. De obicei unitatile NAS nu au nici tastatura sau monitor, ele fiind controlate si configurate pe retea, de multe ori prin conectarea unui program browser la adresa lor de retea.
FC (Fiber Channel)
FC este o tehnologie de mare viteza bazata pe sistemul de retele si in mod principal utilizata pentru stocarea de date in retea. Este standardizat de comitetul tehnic T11 al INCITS, un comitet acreditat ANSI (American National Standards Institute). A fost initial destinat super-computerelor insa in prezent este folosit mai ales pentru solutii de stocare in retea preferate de marile companii. Cu toate ca se numeste FC, semnalul poate fi transmis si prin cablu de cupru cat si prin fibra optica. Produsele bazate pe FC sunt clasificate dupa viteza maxima pe care o pot transmite, existand astfel FC: 1 Gbit/s, 2 Gbit/s, 4 Gbit/s, 8 Gbit/s si 10 Gbit/s (este inca in dezvoltare).
SSD
SSD sau Solid State Drive este un dispozitiv de stocare a datelor care utilizeaza o memorie de tip stare solida. Un SSD emuleaza un HDD, astfel reusind sa il inlocuieasca in orice aplicatie. Daca tipul de memorie folosit este SRAM sau DRAM in locul memoriei flash, SSD este adesea numit unitate RAM. Utilizarea normala a termenului stare solida se refera la utilizarea unui semiconductor in loc de tuburi de electroini, dar in acest context este adoptat pentru a diferentia electronica in stare solida de dispozitivele electromecanice. Fara componente in miscare, o unitate in stare solida este de obicei mai robusta, eliminand efectiv riscul de defectare a sistemului mecanic, nu emite zgomot si de obicei beneficiaza de timp de cautare scazut si de latenta mica. Aceste avantaje sunt obtinute prin eliminarea intarzierilor mecanice din cazul hard-diskurilor. O unitate SSD este de obicei compusa din o memorie non-volatila tip NAND sau dintr-o memorie volatila tip DRAM. Cei mai multi producatori de SSD utilizeaza memoria flash non-volatila pentru a crea alternative mai rezistente si mai compacte la hard-diskuri. Aceste memorii flash nu necesita baterii, permitand astfel producatorilor sa le realizeze in mai multe forme fizice (1.8 inch, 2.5 inch sau 3.5 inch). In plus, memoria non-voatila permite stocarea de informatii chiar si in timpul unor eventuale scaderi de tensiune, securizand datele. Unitatile SSD bazate pe memorie volatila tip DRAM sunt caracterizate prin timp de acces foarte bun, mai putin de 0.01 milisecunde si se folosesc in mod principal pentru a accelera aplicatiile care de obicei ar fi incetinite de latenta unitatilor hard-disk. Unitatile bazate pe DRAM de obicei incorporeaza o baterie interna si un sistem de backup disk pentru a asigura siguranta datelor stocate. SSD-ul este de obicei folositor pe un computer care a atins maximul capacitatii RAM. De exemplu, un computer bazat pe arhitectura x86-32 bit poate fi extins din punct de vedere al capacitatii RAM peste 4 GB doar utilizand o unitate SSD pentru SWAP sau pentru paging file, sporind astfel considerabil viteza.
Resursele tehnologice si datele stiintifice necesare pentru fabricarea unei unitati HDD moderne au dus ca in 2007 peste 98% din productia de HDD sa fie impartita intre cativa corporatii. Astfel enumeram Seagate (care de curand detine Maxtor), Western Digital, Samsung si Hitachi (care detine fosta divizie bazata pe HDD de la IBM). Fujitsu continua sa creeze HDD, dar doar pentru piata PC-urilor mobile, retragandu-se de pe piata PC-urilor desktop din 2001 in timp ce Toshiba este un producator major al HDD de laptop de 2.5 inch si 1.8 inch.
Sfatul specialistului
In alegerea unui HDD sunt anumiti factori pe care ar trebui sa ii luati in considerare. Daca va intereseaza in mod special capacitatea, un HDD de 7200 de RPM si 300-500 GB SATA 2 de la oricare din firmele producatoare va va fi suficient. Daca in schimb cautati o performanta cat mai mare solutiile cu viteze mari (cum este de exemplu Western Digital Raptor) 10000 sau 15000 de RPM va sunt mai potrivite, desi sunt deficitare la capitolul capacitate de stocare. Solutia acestei probleme este utilizarea unui HDD de mare viteza pentru instalarea sistemultui de operare si al programelor, alaturi de un alt HDD de viteza mai mica dar de capacitate mare, pentru stocare.
