Harde schijven

Een harde schijf (Engels: Harddisk, afkorting HDD), is een magnetisch opslagmedium van computertechnologie, waarbij gegevens worden geschreven op het oppervlak van roterende schijven (ook wel “platter” genoemd) . Voor het schrijven wordt de harde magnetische coating van het schijfoppervlak contactloos gemagnetiseerd in overeenstemming met de te registreren informatie. De remanentie (resterende magnetisatie) slaat de informatie op. De informatie wordt uitgelezen door contactloos de magnetisatie van het plaatoppervlak te scannen.

In tegenstelling tot sequentieel geadresseerde opslagmedia zoals magnetische tape of ponsband, worden harde schijven toegewezen aan direct-adresseerbare opslagmedia (DASD) omdat er geen lineaire run nodig is om naar een specifieke opslaglocatie te gaan. Vóór gebruik in de pc-omgeving vanaf de jaren tachtig werden harde schijven voornamelijk gebruikt in het mainframegebied. De gegevens kunnen in verschillende organisatievormen op de harde schijven worden opgeslagen. CKD (count key data) georganiseerde harde schijven bevatten datablokken van verschillende lengtes, afhankelijk van het recordformaat. FBA (fix block architecture) georganiseerde harde schijven bevatten datablokken van dezelfde lengte, die gewoonlijk 512 of 4096 bytes groot zijn. Een toegang moet altijd bestaan ​​uit een geheel aantal blokken.

Sinds 2007 worden ook flash-geheugen (zogenaamde solid-state drives, afgekorte SSD) en hybride geheugen (combinaties van SSD en conventionele harde schijven) aangeboden in de eindklantenmarkt, die worden aangepakt en vereenvoudigd via dezelfde interfaces (specificatie volgens SATA, enz.) aangeduid als “harde schijven”. Een goedkope desktop-SSD (vanaf oktober 2018) is ongeveer zeven tot acht keer zo duur als een goedkope conventionele desktop-harde schijf per terabyte, maar behaalt aanzienlijk kortere toegangstijden en hogere schrijf- en leessnelheden. Vanwege de lagere prijs per opslageenheid worden conventionele harde schijven nog steeds veel gebruikt, vooral in toepassingen die hoge capaciteiten vereisen maar geen hoge snelheden vereisen (bijvoorbeeld bij gebruik in NAS voor mediaopslag in een privéomgeving).

De term “harde schijf” beschrijft enerzijds dat de magnetische schijf, in tegenstelling tot de “verwijderbare schijf”, stevig is aangesloten op de drive of de computer. Anderzijds komt het overeen met de Engelse term “harde schijf”, die, in tegenstelling tot flexibele (floppy) schijven in diskettes, uit stijf materiaal bestaat. Dienovereenkomstig werd tot de jaren negentig een harde schijf gebruikt.

Algemene technische gegevens

Harde schijven zijn voorzien van een toegangsstructuur door middel van (zogenaamde “low-level”) formattering. Sinds het begin van de jaren negentig met de komst van IDE harde schijven is dit door de fabrikant gedaan en kan alleen door de fabrikant worden uitgevoerd. De term “formatteren” wordt ook gebruikt om een ​​bestandssysteem te creëren (“formatteren op hoog niveau”).

In de opmaak op laag niveau worden verschillende markeringen en de sectorkoppen geschreven, die track- en sectornummers bevatten voor navigatie. De servo-informatie die nodig is voor huidige harde schijven met lineaire motoren kan niet door de gebruiker worden geschreven. Servo-informatie is nodig zodat het hoofd het “spoor” betrouwbaar kan volgen. Een puur mechanische geleiding is niet meer mogelijk met een hogere spoordichtheid en te onnauwkeurig – met een spoordichtheid van 5,3 sporen / µm is een spoor slechts 190 nm breed.

Opslagcapaciteit

De opslagcapaciteit van een harde schijf wordt berekend uit de grootte van een datablok (256, 512, 2048 of 4096 bytes) vermenigvuldigd met het aantal beschikbare blokken. De grootte van de eerste harde schijven werd gespecificeerd in megabytes, vanaf ongeveer 1997 in gigabytes, sinds ongeveer 2008 zijn er schijven in het terabyte-bereik.

Was de manier om de gegevens van de eerste schijven “zichtbaar van buitenaf” op te slaan (de harddiskcontroller, het BIOS en het besturingssysteem moesten de sectoren per track kennen, aantal tracks, aantal heads, MFM- of RLL-modulatie) dit veranderde met de introductie van de IDE-platen begin jaren negentig. Er was steeds minder te zien hoe de gegevens intern worden opgeslagen; de schijf wordt aangesproken via een interface die de binnenkant van de buitenkant verbergt. Soms rapporteerde de harde schijf “verkeerde” informatie voor het aantal tracks, sectoren en heads om systeembeperkingen te omzeilen: BIOS en besturingssysteem werkten op basis van deze “verkeerde” waarden, de logica van de harde schijf zette ze vervolgens om in interne waarden die eigenlijk overeenkomen met hun eigen geometrie .

De ontwikkeling van de maximale capaciteit van de harde schijf in de tijd vertoont een bijna exponentiële trend, vergelijkbaar met de ontwikkeling van rekenkracht volgens de wet van Moore. De capaciteit is ongeveer elke 16 maanden verdubbeld, waarbij de prijzen licht zijn gedaald, hoewel de capaciteitstoename sinds ongeveer 2005 is afgenomen (januari 2007: 1 terabyte, september 2011: 4 terabytes, december 2019: 16 terabytes).

Fabrikanten van harde schijven gebruiken voorvoegsels in hun SI-conforme decimale betekenis voor opslagcapaciteiten. Een capaciteitsspecificatie van één terabyte verwijst naar een capaciteit van 1012 bytes. Microsoft Windows en enkele andere oudere besturingssystemen gebruiken dezelfde voorvoegsels bij het specificeren van de capaciteit van harde schijven, maar – in lijn met historisch gebruik, maar in strijd met IEC-normen die sinds 1998 van kracht zijn – in hun binaire betekenis. Dit leidt tot een schijnbare tegenstrijdigheid tussen de groottespecificatie van de fabrikant en die van het besturingssysteem. Het besturingssysteem specificeert bijvoorbeeld een harde schijf met een capaciteit van één terabyte die door de fabrikant is gespecificeerd als een capaciteit van slechts 931 “gigabytes”, aangezien een “terabyte” daar 240 bytes aangeeft (de IEC-conforme naam voor 240 bytes is Tebibyte). Dit effect treedt niet op onder de IEC-compatibele systemen OS X (vanaf 10.6) en Unix.

Maten (mechanisch)

De afmetingen van harde schijven worden traditioneel gegeven in inches. Dit is geen exacte maatspecificatie, maar een vormfactor. Gebruikelijke vormfactoren voor de breedte zijn 5,25 “, 3,5”, 2,5 “en 1,8” voor de hoogte z. B. 1 ″, 1⁄2 ″ en 3⁄8 ″. De douane-informatie komt meestal ongeveer overeen met de diameter van de schotels, niet met de breedte van het aandrijfhuis. In sommige gevallen worden echter kleinere platen gebruikt om hogere snelheden mogelijk te maken.

In de loop van de technische ontwikkeling werden de afmetingen herhaaldelijk in het voordeel van de kleinere gesteld, omdat ze naast de kleinere benodigde ruimte minder gevoelig zijn voor trillingen en een lager energieverbruik hebben. Allereerst betekent minder ruimte dat een drive kleinere platters heeft en dus minder opslagruimte beschikbaar is. De ervaring leert dat de snelle technologische ontwikkeling naar hogere datadichtheden deze beperking op korte termijn compenseert.

De eerste IBM 350 harde schijf uit 1956 was een kast met een 24 ″ schijfstack. Halverwege de jaren zeventig verschenen modellen met een grootte van 8 ″, die relatief snel werden vervangen door veel compactere en vooral lichtere 5,25 ″ harde schijven. Ondertussen waren er maten van 14 9 en 9 ″.

5.25 ″ harde schijven werden in 1980 geïntroduceerd door (Shugart Technology) Seagate, hun schijven zijn ongeveer zo groot als een cd / dvd / Blu-Ray. Deze maat is sinds 1997 niet meer geproduceerd. Sommige SCSI-serverstations en de Quantum LowCost ATA-schijf BigFoot zijn de laatste vertegenwoordigers van dit formaat. De grootte van deze schijven is gebaseerd op die van 5,25 ″ schijfstations: de breedte van deze schijven is 53⁄4 146 (146 mm), de hoogte voor schijven met volledige hoogte 31⁄4 ″ (82,6 mm), voor halfhoge aandrijvingen 15⁄8 ″ (41,3 mm). Er waren modellen met een nog lagere hoogte: de modellen van de BigFoot-serie hadden een hoogte van 3⁄4 ″ (19 mm) en 1 ″ (25,4 mm). De diepte van 5,25 ″ harde schijven is niet gespecificeerd, maar mag niet significant hoger zijn dan 200 mm.

3.5 ″ harde schijven werden in 1987 door IBM geïntroduceerd met de PS / 2-serie en zijn al lang standaard op desktopcomputers. De grootte van deze schijven is gebaseerd op die van 3,5 “schijfstations: De breedte van deze schijven is 4” (101,6 mm), de hoogte is gewoonlijk 1 “(25,4 mm). Met de ST1181677 bracht Seagate een harde schijf uit met twaalf schijven en een hoogte van 1,6 ″ (40,64 mm); Fujitsu bood ook schijven van deze hoogte aan. De diepte van 3,5 inch harde schijven is 5 mm (146 mm).

In veel gebieden werden 3,5 “harde schijven grotendeels vervangen door 2,5” modellen of SSD’s.

2,5 “harde schijven zijn oorspronkelijk ontwikkeld voor notebooks. een. Gebruik in servers en speciale apparaten (multimediaspelers, USB-harde schijven); nu zijn ze wijdverbreid. De breedte is 70 mm, de diepte 100 mm. De traditionele hoogte was 1⁄2 ″ (12,7 mm); er zijn nu hoogtes tussen 5 mm en 15 mm, 5 mm, 7 mm en 9,5 mm komen veel voor. De toegestane hoogte is afhankelijk van het apparaat waarin de harde schijf wordt geïnstalleerd. De interfaceverbinding is gewijzigd in vergelijking met de grotere ontwerpen; bij ATA wordt de afstand tussen de pinnen verkleind van 2,54 mm naar 2 mm. Er zijn ook vier pinnen (in totaal 43 pinnen) die de afzonderlijke voedingsconnector van de grotere modellen vervangen. 2,5 ″ harde schijven hebben slechts een bedrijfsspanning van 5 V nodig; de tweede bedrijfsspanning van 12 V die nodig is voor grotere panelen wordt geëlimineerd. 2,5 “SATA harde schijven hebben dezelfde aansluitingen als de 3,5” schijven, alleen de 5 mm hoge schijven hebben vanwege de geringe hoogte een speciale SFF-8784 aansluiting.

Seagate, Toshiba, Hitachi en Fujitsu bieden sinds 2006 2,5 “harde schijven aan voor gebruik in servers. Sinds april 2008 brengt Western Digital de Velociraptor, een 2,5 “harde schijf (15 mm hoog) met een 3,5” montageframe op de markt, als een desktop harde schijf.

1.8 ″ harde schijven worden sinds 2003 gebruikt in subnotebooks, diverse industriële toepassingen en grote mp3-spelers. De breedte is 54 mm, de diepte tussen 71 en 78,5 mm, de hoogte 8 mm. Er zijn schijven met de installatiebreedte en -hoogte van 2,5 “harde schijven (Hitachi Travelstar C4K40).

Zelfs kleinere formaten met 1,3 ″, 1 ″ en 0,85 ″ spelen nauwelijks een rol. Microdrives waren een uitzondering in de begindagen van digitale fotografie – met een grootte van 1 ″ maakten ze relatief hoge capaciteit en goedkope geheugenkaarten in CompactFlash Type II-formaat voor digitale camera’s mogelijk, maar zijn sindsdien vervangen door flash-geheugen. In 2005 waren er harde schijven van Toshiba met een grootte van 0,85 ″ en een capaciteit van 4 gigabyte voor toepassingen zoals mp3-spelers.