Přeskočit na hlavní obsah

Otázka č. 4 - Pevný disk HDD a SSD

Video jak vypadá disk vevnitř

  • Pevný disk je paměť pracující na magnetickém principu
  • Skládá se z několika částí:
  • médium, na němž jsou uložena data (3,5“ a 2,5“)
  • magnetické hlavy pro zápis a čtení
  • mechanika pohybující hlavami
  • motorek točící diskem
  • elektronika disku řídící práci disku
  • desku rozhraní, zajištující připojení HDD z základní desce (Dneska SATA)

Složení disku​

Datové médium HDD je složeno -

  • z tuhých kotoučů – ploten, umístěných v několika patrech nad sebou
  • data se zapisují do magnetické vrstvy, která je nanesena na každý kotouč
  • s tímto povrchem pracují magnetické čtecí/zapisovací hlavy, které se vznášejí nad povrchem (μm)

Plotny

Prekompenzace​

  • Díky geometrii disku jsou vnější stopy delší než vnitřní
  • sektor stopy 0 (první vnější stopa) je delší než stejný sektor poslední stopy, přesto oba sektory nesou stejné množství dat

Dipóly jsou malými magnety

  • mají své severní a jižní póly
  • stejné póly se odpuzuji, opačné přitahují
  • na vnitřních stopách, kde jsou dipóly blízko u sebe
  • hrozí nebezpečí, že při jisté kombinaci kladných a záporných impulsů, např. 1100..., mohou v důsledku přitažlivých a odpudivých sil vniknout bity do sebe, čímž se informace naruší a data budou nečitelná
  • Obrana je prekompenzace
  • řadič počítá s pohybem dipólů a posouvá zapisované impulsy proti směru předpokládaných přitažlivých sil
  • bity jsou úmyslně ukládány na geometricky špatné místo, ale působením vzájemných magnetických sil se srovnají
  • pro prekompenzaci používá zkratka CPZ

Hlavy a cylindry​

  • Nad každým povrchem „létá“ jedna hlava
  • zapisuje/čte data
  • má-li pevný disk 5 kotoučů, může mít až 10 hlav (každý kotouč má 2 povrchy)
  • Všechny hlavy jsou umístěny na společném rameni
  • pokud řadič posune hlavu číslo 3 (patřící třetímu povrchu) nad stopu 134, posunou se i hlavy nad ostatními kotouči naci stopu 134 svého povrchu
  • díky společnému rameni se tedy hlavy vždy vznášejí nad stejnou stopou všech povrchů
  • stejným stopám na různých površích se říká cylindr, řidčeji válec

Zápis

Cache (Vyrovnávací paměť)​

= Stejně jako mikroprocesory i pevné disky používají vyrovnávací paměť = do ní se načítají data z disku a odtud se pak přenášejí na sběrnici = cache podstatně zrychluje práci = dnes o velikosti 8 MB až 256 MB

Kapacita​

  • Je nejdůležitějším kritériem disku
  • první počítače IBM-XT vůbec pevné disky neměly
  • postupně se začaly objevovat disky s kapacitou 10 MB
  • horní hranice kapacity dnešních disků je 32 TB

Rychlost otáčení​

  • Typická rychlost otáčení ploten: 7 200 ot./min (běžné HDD)
  • Existují i pomalejší (5 400 ot./min – notebooky) a rychlejší (10 000–15 000 ot./min – servery)
  • Přístupová doba = doba vyhledání (seek time) + rotační latence (čekání než se data dorotují pod hlavu)

S.M.A.R.T.​

  • Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology
  • Technologie zabudovaná v disku pro sledování vlastního zdraví
  • Monitoruje parametry jako počet přečtení/zápisů, teplotu, realokované sektory apod.
  • Umožňuje předpovědět selhání disku dříve, než k němu dojde
  • Podporováno OS i nástroji třetích stran (např. CrystalDiskInfo)

SATA​

  • Jde o sériové rozhraní
  • přenosová rychlost SATA je 150, 300 nebo 600 MB/s
  • je možné připojení a odpojení disku za chodu
  • možnost vytvoření RAID polí
  • jelikož jde o sériový přenos nedochází k přeslechům - zvýšení frekvence sběrnice

SSD – Solid State Drive

  • Pracuje na elektronickém principu – žádné pohyblivé části
  • Uchovává data ve flash paměti (NAND)
  • Výrazně rychlejší než HDD, odolnější vůči otřesům, tišší, nižší spotřeba

Princip NAND flash​

  • Data jsou uložena v buňkách tranzistorů
  • Počet bitů na buňku určuje typ:
    • SLC (Single Level Cell) – 1 bit/buňku – nejrychlejší, nejdelší životnost, nejdražší
    • MLC (Multi Level Cell) – 2 bity/buňku
    • TLC (Triple Level Cell) – 3 bity/buňku – nejběžnější
    • QLC (Quad Level Cell) – 4 bity/buňku – nejvyšší kapacita, kratší životnost
  • Buňky jsou sdruženy do stránek (pages) a stránky do bloků (blocks)
  • Mazání probíhá po celých blocích – při zápisu jedné stránky musí řadič celý blok přečíst, smazat a zapsat znovu (write amplification)

Rozhraní​

  • SATA III – kompatibilní s konektory HDD, max ~550 MB/s; pomalejší, ale levnější
  • NVMe (Non-Volatile Memory Express) – moderní protokol přes PCIe sběrnici; dramaticky rychlejší (až ~7 GB/s u PCIe 4.0)
  • M.2 – fyzický formát (tvarový faktor) konektoru přímo na základní desce; může přenášet jak SATA, tak NVMe

Výhody SSD oproti HDD​

  • Mnohonásobně vyšší rychlost čtení/zápisu
  • Tichý provoz, žádné pohyblivé části
  • Odolnost vůči otřesům a pádu
  • Nižší spotřeba energie
  • Menší rozměry

Nevýhody SSD​

  • Vyšší cena za GB (oproti HDD)
  • Omezený počet zápisových cyklů (opotřebení buněk)
  • Při selhání obtížnější obnova dat než u HDD