Σκληρός δίσκος

Ο σκληρός δίσκος είναι ένα μαγνητικό αποθηκευτικό μέσο – συσκευή που χρησιμοποιείται στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές , στις ψηφιακές βιντεοκάμερες , στα φορητά mp3 players , επιτραπέζια ψηφιακά βίντεο, κονσόλες παιχνιδομηχανών, ψηφιακούς επίγειους και δορυφορικούς τηλεοπτικούς δέκτες κ.τ.λ. .

Ένας σκληρός δίσκος αποθηκεύει μεγάλες ποσότητες δεδομένων και η συνήθης χωρητικότητα των σκληρών δίσκων που κυκλοφορούν στο εμποριο είναι 80 GB έως 2TB. Για μεγαλύτερες χωρητικότητες που αγγίζουν τα 4 TB(terabyte) χρησιμοποιούνται κυκλώματα πολλαπλών σκληρών δίσκων, με τη μορφή συρταρωτής διάταξης. Η ταχύτητα προσπέλασης των δεδομένων είναι ταχύτερη από το DVDR/W αλλά πολύ πιο αργή από την μνήμη του υπολογιστή.

Οι σκληροί δίσκοι χρησιμοποιούνται στους υπολογιστές για την αποθήκευση δεδομένων, κυρίως προγραμμάτων και αρχείων που είναι απαραίτητο να διατηρηθούν, σε αντίθεση με την μνήμη RAMόπου τα δεδομένα διαγράφονται με την διακοπή τροφοδοσίας ηλεκτρικού ρεύματος. Επίσης όλοι οι σκληροί δίσκοι πλέον, έχουν ενσωματωμένη μνήμη (cache RAM) για προσωρινή αποθήκευση που η χωρητικότητα της ξεκινά από 8MB και φτάνει τα 32MB.

Σταδιακά οι σκληροί δίσκοι δίνουν τη θέση τους σε δίσκους στερεάς κατάστασης () που εξελίσονται με ραγδαίο ρυθμό κυρίως λόγω της χαμηλής τους κατανάλωσης σε ρεύμα (που οφείλεται στην παντελή έλλειψη ηλεκτροκινητήρα) και το φθηνό σχετικά κόστος παραγωγής. Σήμερα (10ος 2009) λόγω της τεχνολογίας SSD είναι δυνατή η λειτουργία των NetBooks για χρονικό διάστημα περίπου 10 ωρών συνεχόμενα.

Εξωτερική θωράκιση

Τα ευαίσθητα και ευπαθή μέρη του σκληρού δίσκου προστατεύονται από σκληρό μεταλλικό περίβλημα που υπηρετεί ταυτόχρονα πολλαπλούς σκοπούς :

1. Μηχανική προστασία από χτυπήματα και πίεση που μπορεί να αναπτυχθεί στο εσωτερικό ενός κουτιού υπολογιστή.
2. Ηλεκτρομαγνητική θωράκιση από ηλεκτρομαγνητικά πεδία που υπάρχουν στο χώρο αποθήκευσης ή / και λειτουργίας του.
3. Θερμική μόνωση για την ευκολότερη απαγωγή της θερμότητας από το εσωτερικό του δίσκου ώστε το μαγνητικό υλικό να λειτουργεί σε θερμοκρασίες εντός των προδιαγραφών του.

Εσωτερικό σκληρού δίσκου. Οι κεφαλές και το πλατώ.

1. Ατμοσφαιρική απομόνωση: οι κεφαλές εγγραφής / ανάγνωσης βρίσκονται σε απόσταση μικρότερη από τη διάμετρο μιας ανθρώπινης τρίχας από την ή τις μαγνητικές επιφάνειες, με αποτέλεσμα ο παραμικρός κόκκος σκόνης να καταστρέψει την ακεραιότητα του συστήματος. Εάν προσθέσουμε και θέματα υγρασίας, το αποτέλεσμα για την μεταφορά, την αποθήκευση και τελικά τη λειτουργία του σκληρού δίσκου θα ήταν καταστροφικό. Για αυτό το λόγο οι σκληροί δίσκοι δεν θα πρέπει να ανοίγονται παρά μόνο σε ειδικά διαμορφωμένους χώρους (εργαστήρια).

Διαφορές από τις εύκαμπτες δισκέτες

Οι εύκαμπτες δισκέτες και οι σκληροί δίσκοι κατατάσσονται συχνά στη κατηγορία της περιφερειακής μόνιμης μνήμης (μνήμη που είναι διαθέσιμη και μετά από τον τυπικό κύκλο κλεισίματος – εκκίνησης ενός υπολογιστή). Στην πραγματικότητα ο χρόνος που μπορεί να διατηρηθούν τα στοιχεία στο ένα ή το άλλο μέσο αποθήκευσης έχει άμεση σχέση με σειρά εξωγενών παραγόντων όπως ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, ηλιακό φως, θερμοκρασία, υγρασία περιβάλλοντος κ.α. Στην κατηγοριοποίηση των κατασκευαστών περιφερειακών συσκευών ο σκληρός δίσκος θεωρείται αναλώσιμο, εν πολλοίς σαν τα toner των εκτυπωτών laser ή τα μελανοδοχεία των εκτυπωτών έκχυσης μελάνης (ink jet) που συνδυάζουν το πραγματικό αναλώσιμο (γραφίτης/ μελάνι) με άλλα ηλεκτρονικά και μηχανικά μέρη (φωτοευαίσθητος κύλινδρος / ελεκτής θερμοκρασίας ακροφυσίων μελάνης, πλαστικό ή άλλο σκληρό περίβλημα), ανήκοντας στην ίδια οικογένεια με τις δισκέτες . Οι βασικές τους διαφορές είναι σε συντομία οι παρακάτω:

Χωρητικότητα και ταχύτητα προσπέλασης

Η χρήση άκαμπτων υλικών και ή σφράγιση της μονάδας προσδίδει πολύ μεγαλύτερη αντοχή στους δίσκους σε σχέση με τις δισκέτα. Κατά συνέπεια, οι σκληροί δίσκοι μπορούν να αποθηκεύσουν, να προσπελάσουν και να μεταφέρουν πολύ περισσότερα δεδομένα και σε λιγότερο χρόνο από ότι οι δισκέτες. :

• Τον Ιανουάριο του 2008, ένας τυπικός σκληρός δίσκος για desktop υπολογιστή, μπορούσε να αποθηκεύσει από 120 έως 1000 GB δεδομένων, να περιστραφεί με ταχύτητες 5.400 έως 10.000 rpm και να μεταφέρει δεδομένα με ρυθμό 1 Gbit/s ή ταχύτερο. (1 GB = 10⁹ B; 1 Gbit/s = 10⁹ bit/s).
• Τον Ιούλιο του 2008, η μέγιστη χωρητικότητα έφτασε το 1,5 TB ενώ το Σεπτέμβριο του 2009 ένας δίσκος έχει χωρητικότητα μέχρι και 2 TB.
• Ο ταχύτερος σκληρός δίσκος επαγγελματικών προδιαγραφών περιστρέφεται με 10.000 έως 15.000 rpm, και μπορεί να επιτύχει μεταφορά δεδομένων με ρυθμό πάνω από 1,6 Gbit/s και σταθερή ταχύτητα μεταφοράς μέχρι 125 Mbytes/sec. Οι δίσκοι που περιστρέφονται με αυτήν την ταχύτητα έχουν μικρότερα platters λόγω της αντίστασης του αέρα και κατά συνέπεια έχουν και μικρότερη χωρητικότητα από την αντίστοιχη των δίσκων για desktop.
• Το Σεπτέβριο του 2009 ο ρυθμός μεταφοράς δεδομένων αυξήθηκε στα 6Gbit/s με τη χρήση διπού καναλιού SATA 3Gbit/s (από ανακοινώσεις κατασκευαστών) διπλασιάζοντας με αυτό το τρόπο και την σταθερή ταχύτητα μεταφοράς στα 300Mbps.
• Οι σκληροί δίσκοι για φορητούς υπολογιστές, που είναι συγκριτικά μικρότεροι σε μέγεθος από τους desktop ή τους επαγγελματικούς, τείνουν να είναι και πιο αργοί αλλά και με λιγότερη χωρητικότητα. Ένας τυπικός δίσκος για φορητό υπολογιστή περιστρέφεται με 5.400 rpm, ενώ τα μοντέλα που περιστρέφονται με 7.200 είναι ελαφρώς πιο ακριβά. Εξαιτίας του μικρού μεγέθους τους, αυτοί οι δίσκοι έχουν αρκετά μικρότερη χωρητικότητα από τους μεγάλους δίσκους γα desktop.

Δομή

Ένας σκληρός δίσκος αποτελείται από:

• μαγνητικούς δίσκους κατασκευασμένους από μέταλλο ή πλαστικό και επικαλυμμένους από ένα λεπτό στρώμα οξειδίου του σιδήρουή άλλο μαγνητικό υλικό.
• τον άξονα κίνησης γύρω από τον οποίο περιστρέφονται οι μαγνητικοί δίσκοι με την ίδια ταχύτητα.
• κεφαλές ανάγνωσης/εγγραφής επάνω σε βραχίονες πάνω και κάτω από κάθε επιφάνεια δίσκου, που μετακινούνται εμπρός-πίσω. Ο συνδυασμός της κίνησης των βραχιόνων με την κίνηση των δίσκων, επιτρέπουν στις κεφαλές να έχουν πρόσβαση σε όλα τα σημεία των δίσκων.
• τον βηματικό ηλεκτροκινητήρα που είναι υπεύθυνος για την ακριβή τοποθέτηση των κεφαλών ανάγνωσης/εγγραφής στο σωστό σημείο έτσι ώστε να είναι εφικτή η εγγραφή ή/και η ανάγνωση των δεδομένων από τις κεφαλές.
• ηλεκτρονικά εξαρτήματα που εξυπηρετούν την λειτουργία του σκληρού δίσκου, επικοινωνώντας με τον υπολογιστή και αναλαμβάνοντας την κίνηση των κεφαλών και τη μεταφορά των δεδομένων.

Τρόπος αποθήκευσης

Τα δεδομένα αποθηκεύονται στον σκληρό δίσκο ως ακολουθίες bit (αφού οι υπολογιστές λειτουργούν με το δυαδικό σύστημα). Οι κεφαλές γράφουν κάθε bit αλλάζοντας το μαγνητικό πεδίο στην επιφάνεια των μαγνητικών δίσκων και το διαβάζουν απλώς αναγνωρίζοντας το μαγνητικό πεδίο. Κάθε bit δεδομένων καταλαμβάνει τον δικό του χώρο στην επιφάνεια του δίσκου, ωστόσο οι ακολουθίες bit που αποτελούν τα δεδομένα, δεν είναι απαραίτητο να εγγράφονται σειριακά στον δίσκο, αλλά είναι δυνατό να κατακερματιστούν και να εγγραφούν σε διάφορες θέσεις.

Είδη

Με βάση το πρωτόκολλο επικοινωνίας και το interface οι δίσκοι διακρίνονται σε: IDE, SATA, SATAII, SATAIII, SCSI.

Σύστημα αρχείων

Η οργάνωση των δεδομένων σε ένα σκληρό δίσκο γίνεται μέσω ενός συστήματος ανάγνωσης, ταξινόμησης και εγγραφής το οποίο καλείται σύστημα αρχείων. Υπάρχουν πολλών ειδών τέτοια συστήματα, τα οποία εξυπηρετούν διαφορετικούς σκοπούς και πληρούν διαφορετικές προδιαγραφές το καθένα. Ενδεικτικά στα PC, υπάρχει το σύστημα NTFS, το οποίο χρησιμοποιείται στην σειρά λειτουργικών συστημάτων WINDOWS από την έκδοση XP και έπειτα, και τα EXT2 και EXT3, τα οποία αποτελούν συνήθη επιλογή σε λειτουργικά συστήματα με τον πυρήνα LINUX.