HDD – Dysk twardy (Hard Disk Drive)

HDD – Dysk twardy (Hard Disk Drive)

HDD, czyli dysk twardy (ang. Hard Disk Drive), to jedno z podstawowych urządzeń służących do trwałego przechowywania danych w komputerach i innych systemach elektronicznych. W odróżnieniu od pamięci RAM, dane zapisane na HDD nie znikają po wyłączeniu zasilania. Dziś pokażę Ci, jak działa klasyczny dysk twardy, jakie są jego kluczowe komponenty, a także dlaczego – mimo rosnącej popularności nośników SSD – HDD nadal znajduje szerokie zastosowanie w technice.

Budowa dysku twardego

Podstawowym elementem HDD są wirujące talerze pokryte materiałem magnetycznym. Dane są zapisywane na tych talerzach za pomocą głowic magnetycznych, które poruszają się nad powierzchnią z dużą precyzją. Każdy dysk zawiera również silnik napędzający talerze, ramię z głowicą, elektronikę sterującą oraz bufor pamięci podręcznej (cache), który zwiększa wydajność operacji odczytu i zapisu.

Zasada działania HDD

Dane są kodowane magnetycznie na powierzchni talerza w postaci zer i jedynek. Gdy komputer potrzebuje odczytać konkretny plik, głowica przesuwa się do odpowiedniego sektora i odczytuje zmiany pola magnetycznego. Ruch głowicy oraz obrót talerzy są zsynchronizowane w czasie rzeczywistym. Typowa prędkość obrotowa wynosi 5400 lub 7200 RPM (obrotów na minutę), choć w zastosowaniach serwerowych spotyka się dyski o prędkości 10 000 RPM i więcej.

Interfejsy komunikacyjne

HDD komunikuje się z płytą główną poprzez interfejs SATA (Serial ATA), dawniej PATA (Parallel ATA). W serwerach często używa się również SAS (Serial Attached SCSI). Różne interfejsy wpływają na przepustowość danych oraz sposób adresowania sektorów. O ile sam interfejs nie zmienia zasady działania dysku, to ma duże znaczenie dla jego wydajności i kompatybilności z systemem.

Typowe zastosowania HDD

• Komputery stacjonarne i laptopy jako główny lub pomocniczy nośnik danych
• Serwery, zwłaszcza w systemach backupu lub archiwizacji danych
• Systemy DVR do nagrywania obrazu z kamer
• Przemysłowe rejestratory danych i urządzenia pomiarowe

Zalety i ograniczenia dysków HDD

Największą zaletą HDD jest jego niski koszt w przeliczeniu na gigabajt oraz duża pojemność – standardowe modele oferują od 500 GB do nawet 20 TB. Jednak ze względu na mechaniczny charakter pracy, są bardziej podatne na uszkodzenia mechaniczne oraz wolniejsze w porównaniu do SSD. Czas dostępu, czyli czas potrzebny na znalezienie i odczyt danych, to około 10-15 ms, podczas gdy w SSD jest to ułamki milisekundy.

Technologia zapisu i pozycjonowanie danych

Współczesne HDD wykorzystują techniki takie jak PMR (Perpendicular Magnetic Recording) oraz SMR (Shingled Magnetic Recording), które pozwalają zwiększyć gęstość zapisu. Do pozycjonowania głowicy używane są serwomechanizmy kontrolowane przez sygnały z serwotorów, a każdy ruch jest monitorowany i korygowany w czasie rzeczywistym. W tym kontekście warto wspomnieć o roli firmware, który zarządza błędami, zarządza cache’em oraz implementuje algorytmy korekcji ECC.

HDD a SSD – porównanie technologii

Choć SSD coraz częściej zastępuje HDD w komputerach osobistych, to w środowiskach, gdzie najważniejszy jest stosunek ceny do pojemności – np. w archiwach lub systemach monitoringu – HDD nadal pozostaje nie do pobicia. Dyski SSD wykorzystują pamięci flash NAND i pozbawione są ruchomych części, dzięki czemu są szybsze i bardziej odporne na wstrząsy. Jednak w dużych serwerowniach i systemach NAS nadal stosuje się HDD jako magazyn danych, często w konfiguracjach RAID.

Wybrane parametry techniczne HDD

W systemach embedded, np. w rejestratorach danych lub sterownikach PLC, często wykorzystuje się mniejsze dyski HDD, w tym 2.5-calowe modele, które mogą być montowane w szafach rackowych czy obudowach odpornych na wstrząsy. Co ciekawe, w systemach takich stosuje się też technologie pokrewne jak eMMC czy UFS, ale to już świat bardziej zbliżony do pamięci flash, o którym powiemy sobie innym razem.

Wczoraj poznaliśmy budowę i zasadę działania AF – sygnałów audio, które często są przechowywane właśnie na HDD jako pliki dźwiękowe czy nagrania systemowe. Jutro natomiast przyjrzymy się, jak działa SSD i dlaczego jego architektura tak diametralnie różni się od klasycznego dysku twardego.