Háttértárak A háttértár olyan számítógépes hardver, amely nagy mennyiségű adatot képes tárolni, és azokat a számítógép kikapcsolása után is megőrzi. A mai számítógépek bináris számokkal dolgoznak, minden adatot (kép, hang, egyéb) számok formájában dolgoznak fel és azokat kell, hogy eltárolják. A tároló eszközök különböző (mechanikai, mágneses, elektronikus és optikai) elveken tárolják az adatokat. Merevlemez (winchester) = HDD = hard disc drive = merevlemezes meghajtó A merevlemezben több, egymás felett elhelyezkedő, mágneses réteggel bevont könnyűfém lemezt helyeznek el. Az adatokat ebben az esetben az író-olvasó fej segítségével lehet elérni. Minden lemezhez tartozik egy-egy ilyen fej, amelyet egy fejmozgató egységre szerelnek fel. Az állandó sebességgel, gyorsan forgó lemezektől a fej kis távolságban mozog. A fej körülbelül 1 nanométeres légpárnán repül a lemez felett, ezért egy apró porszem is tönkreteheti azt.
1
A forgási sebességet rpm-ben adják meg, rotations\minute, azaz percenkénti fordulatszám, „fordulat per perc”). Ez általában 5400 – 7200, SCSI csatolásúaknál 10.000 – 15.000 közötti érték. Összeszerelésük ezért speciális körülmények között, pormentes üzemcsarnokban, úgynevezett tisztatérben történik. A merevlemezek zárt külső borítása védi az adatokat tartalmazó lemezeket a külső mechanikai sérülésektől és szennyeződésektől. A merevlemezben elhelyezkedő lemezek sávokra, a sávok pedig szektorokra vannak beosztva. A merevlemezek nem egy szektort, hanem egyszerre többet kezelnek. A több egységből álló szektort klaszternek nevezzük. A merevlemezeket a számítógép házába építik be, a külső, hordozható háttértárolók bármelyik számítógépben felhasználhatóak. Az első merevlemezt az IBM angliai Winchester városa mellett található Hursleyparki laboratóriumában fejlesztették ki, ezért kapta a winchester nevet. Az adatok lemezre írásakor az író-olvasó fejbe áramot vezetnek attól függően, hogy a jel egyes vagy nulla. Ez az áramimpulzus az író-olvasó fejben mágneses teret gerjeszt. A mágneses tér megmágnesezi a kör alakú lemez egy adott pontját. Az adatok beolvasásakor az író-olvasó fej repül a mágneses lemezfelület felett. Ha a lemez egy mágneses pontja a fej alá kerül, akkor a fejben a mágneses tér miatt egy pillanatra áram keletkezik. Ez az áram erősebb, vagy gyengébb, így a jel egyes vagy nulla lesz. Mindez a mágneses indukció elvén működik.
2
Tárolókapacitás: ez jellemzi a winchestert abból a szempontból, hogy mennyi adat fér rá, a kezdetekben csak pár megabájt volt, manapság már 80 GB – 8 TB között mozog. Csatolófelület: ezen keresztül történik az adatátvitel, több fajta létezik: ATA (PATA), SATA (SATA I, SATA II, SATA III), SCSI, SAS (Serial Attached SCSI), FC (Fiber Channel). A merevlemezt az egyre nagyobb kapacitású, gyorsabb, és sokkal kisebb fogyasztású flash memóriák, azaz szilárdtest meghajtók (SSD) szoríthatják ki, először a hordozható számítógépek terén. Több merevlemezgyártó tervezi nemsokára a hibrid merevlemezek bevezetését, amelyek ötvözik a két technikát. Az SSD-k hátránya a rövidebb élettartam. 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. Formattálás/Formázás: Ahhoz hogy a mágneslemezeken lévő mágneses réteg alkalmas legyen adatok tárolására, létre kell hozni a tároláshoz szükséges rendszert. Ezt formattálásnak vagy formázásnak nevezzük. Formázáskor jönnek létre a sávok, szektorok. A formattálást egy bizonyos partícióra hajtjuk végre. Formattáláskor az adott partíción lévő fájlok törlődnek. Fájlrendszer: Ahhoz, hogy fájlokat tároljunk egy merevlemezen, a PC-nek fájlrendszerre van szüksége, amely megadja a fájl nevét, helyét. Hasonlít egy katalógusra. Ma az NTFS-t (New Technology File System) rendszert használjuk. Töredezettség: A HDD-n lévő fájlok egy idő után logikailag töredezetté válnak. 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. Ezt az állapotot töredezettségnek nevezzük. Ezt különböző szoftverek segítségével könnyen lehet orvosolni. A merevlemezek, biztonságosak, tartósan eltárolják legalább 5 évig az adatokat. Gyorsak, de az SSD-k gyorsabbak. Nem érzékenyek a hőmérséklet változásaira, viszont nem érheti őket mágnese hatás. Működés közben nem viselik el a durvább mozgatást, ütést. Áramszünet esetén sérülhetnek a rajtuk tárolt adatok. 3
Az optikai meghajtók – A CD lemez A 80-as évek elején felmerült, hogy létrehoznak egy olyan eszközt és adathordozó médiumot, amely a korábbi, mágneses elven működő adathordozók hibáit, korszerűtlenségét kiküszöböli. A digitális technikát alkalmazó „lézer hanglemez”, a CD-A 1982-ben jelent meg, melyet a Philips és a Sony fejlesztett ki. A CD (Compact Disc = préselt lemez) 700 MB kapacitású optikai tároló, amely hang, kép, valamint adat digitális formátumú tárolására használatos. Méreteit tekintve a CD 120 mm átmérőjű, és 1,2 mm vastag. Léteznek Mini–CD lemezek, 80 mm-es átmérővel is. Az írható CD-ken az információt a polikarbonát-hordozó réteg alatt elhelyezkedő nagyon vékony, filmszerű szerves festékrétegbe égetik be. Erre a célra infravörös lézerdiódákat alkalmaznak. Ezek fényét fókuszálva a festékrétegben maradandó, kis tűszerű kráterek (pitek), elváltozások keletkeznek. Az információ kiolvasása szintén lézerfény segítségével történik, csak csökkentett energiaszinttel. Az optikai tárolók működése a fény visszaverődésén alapul, a különböző fényvisszaverési értékű területek hordozzák az információtartalmat. Íráskor a lemezre irányított lézersugár, amelynek intenzitása nagyon nagy, lokálisan felmelegíti, megégeti a lemezt, és megváltoztatja az 1 bitnyi terület fényvisszaverő tulajdonságát. Olvasásakor az olvasó lézersugár segítségével, a visszaverődő fény alapján érzékeli az adathordozó rétegen található bemélyedéseket (pit) és sima felületeket (land). A letapogatás során egy alacsony teljesítményű lézersugár fókuszálódik a lemez felületére. A visszavert fény az optikai fejbe jut, majd egy tükörrendszer vetíti azt egy fényérzékeny elemre. A pit-ekről a fény jóval kisebb mennyiségben verődik vissza, mint a land-ekről. A visszavert fény az optikai fej érzékelőjében elektromos jellé alakul. Mivel az információt lézersugár olvassa ki, ezért a lemez nincs kitéve komoly fizikai igénybevételnek. A CD-k – fizikai felépítésük szerint – a következők szerint csoportosíthatók: CD-ROM = préseléssel készült (csak olvasható) CD-R (egyszer írható) CD-RW (újraírható, azaz legalább 1000-szer letörölhető és új adatok írhatók rá) 4
Az optikai lemezeknél is vannak szektorok. Csak egyetlen spirális sáv van, mely belülről indul, és hossza 5.734 méter. Mivel a szektorok fizikai hossza állandó, ezért, ha a forgási sebesség állandó lenne, akkor a spirálnak az olvasó fejhez viszonyított sebessége a lemez külső részén sokkal nagyobb lenne, mint a lemez belső részein.
Az optikai meghajtó olyan rendszert használ, mely képes változtatni a meghajtó sebességét attól függően, hogy a lemez melyik részét olvassa. Mint minden lemezes adattárolónál, az optikai adattárolók írásához és olvasásához is meghajtóra van szükség. A meghajtók lehetnek a számítógép házba építettek, vagy külsőleg csatlakoztathatóak.
DVD – (Digital Video Disc / Digital Versatile Disc) - 1995 A DVD külsőre hasonlít a CD-lemezekhez. Tárolási kapacitása azonban nagyságrendekkel nagyobb annál, mivel rövidebb hullámhosszú lézert használ. A DVD-n csökkent a pit-ek mérete, ezáltal megnőtt a spirális sávok sűrűsége, ezért egy ugyanakkora méretű lemez nagyobb mennyiségű információt tud tárolni: 4,7 GB-tól egészen 18 GB-ig. 5
A DVD két 0,6 mm vastagságú lemez összeragasztásával készül. Mindkét oldalon tárolhat adatokat, sőt egy oldalon két réteg is kialakítható. Az oldalak és a rétegek számának kombinálásából jött létre a DVD négy alaptípusa. A DVD meghajtókban általában elhelyeznek nagyobb hullámhosszúságú lézerfényt is, amely a CD-k olvasására is alkalmas. Kétféle írási technológiával lehet a lemezeket írni, a DVD-R és a DVD+R lemezek bevonata különböző, de manapság olyan meghajtókat gyártanak, melyek már képesek felismerni és írni mindkét fajtát. BD – Blu-ray Disc - 2006 A Blu-ray lemezekre az adatok rögzítése úgy történik, hogy egy erősen fókuszált lézersugár a lemez adathordozó rétegében deformációt hoz létre, hasonlóan a DVD lemezekhez. Az adatokat kék lézersugár írja fel és olvassa ki. Az adatok körkörös spirálvonal mentén helyezkednek el. A kisebb fénynyalábbal pontosabban lehet fókuszálni. A kisebb gödröcskék, a kisebb fénysugár, és a rövidebb sáv-hüvelyk együttese révén az egyrétegű Blu-ray lemezen 25 GB információt tudunk tárolni, egy dupla rétegű Blu-ray lemezen pedig 50 GB-nyi adat tárolható.
6
SSD = Solid State Drive - 2007 Az SSD magyarul szilárdtest-meghajtó, félvezetős memóriát használó adattároló eszköz. Bővebben, az SSD egy olyan, mozgó alkatrészek nélküli adattároló eszköz, ami saját memóriában tárolja az adatot, a számítógéphez a merevlemezekhez hasonlóan SATA vagy egyéb csatlakozófelülettel. Az SSD eszközökben a gyártók különböző típusú memóriákat használhatnak, mint pl. flash vagy különböző RAM fajták – ezt az ár- és a teljesítmény-igények határozzák meg. A szilárdtest szó arra utal, hogy ez a technológia nem tartalmaz mozgó alkatrészeket, mint a hagyományos merevlemezek. A mozgó alkatrészek hiánya miatt kevésbé sérülékeny, mint a hagyományos merevlemez, hangtalan, kevés hőt termel, nincsenek a mechanikából adódó késleltetések, az adathozzáférés egyenletesen gyors. Az SSD-ket előszeretettel építik be laptopokba, notebook-okba, netbook-okba, valamint PC-kbe is, annak ellenére, hogy ezek tárolási egységre vetített ára nagyobb, mint a hagyományos merevlemeznek. Emiatt ahol lehetőség van több adattárolót alkalmazni, ott elsődlegesen az operációs rendszer és programok gyorsítására használják, az egyéb adatokat hagyományos merevlemezeken tárolják. A nem felejtő memórián alapuló SSD-k nem régen jelentek meg, de egyre nagyobb szerepet kapnak. A flash memória leglényegesebb tulajdonsága, hogy áramfelhasználás nélkül is megőrzi az adatokat. Előnyök a merevlemezzel szemben:
rövid indulási idő, nincs felpörgés mozgó alkatrészek teljes hiánya olvasási sebesség 520 MB/s írási sebesség 320 MB/s alacsony áramfelvétel kis hőtermelés zaj teljes hiánya (nincsenek mozgó alkatrészek, például motor vagy fej) mechanikai megbízhatóság — képes elviselni szélsőséges ütést, vibrációt, nyomást, hőmérsékletet széles hőmérsékleti tartományban képes működni — a tipikus merevlemez 5 +55 °C között, míg a flash SSD -40 +85 °C között is működőképes viszonylagosan állandó olvasási és írási teljesítmény kis fizikai méret és tömeg 7
Az SSD hátránya az, hogy az újraírások száma korlátozott. Kezdetben a flash memória maximum 10.000-szer volt írható, manapság ez akár az 5 milliót is elérheti.
Normál méretű Kingston SSD és egy M-SATA csatolós mini SSD.
Merevlemez és SSD belseje. 8
