Shrnutí na Pevné disky (HDD): Princip a funkce

## Úvod Magnetické rotační jednotky, běžně známé jako HDD (Hard Disk Drive), jsou nevolatilní zařízení pro dlouhodobé ukládání dat. Používají magnetické záznamy na otáčejících se plotnách a jsou stále široce používány díky nízké ceně za gigabyte a velké kapacitě. ## Základní princip ukládání dat Data jsou na HDD uložena fyzicky na hladině magnetické vrstvy na rotujících plotnách. Zápis a čtení provádějí čtecí/zapisovací hlavy, které mění nebo detekují magnetickou orientaci malé oblasti na povrchu plotny. > **Definice:** Magnetický záznam je ukládání informací změnou magnetické orientace částic na povrchu média. ### Jak to funguje krok za krokem 1. Plotna se otáčí rychlostí definovanou v ot./min (např. $5\,400$, $7\,200$, $10\,000$ ot./min). 2. Raménko s hlavou se pohybuje radiálně a umístí hlavu nad požadovanou stopu (track). 3. Počkejte na správný sektor na otáčející se plotně (rotational latency). 4. Hlavy čtou nebo zapisují magnetickou orientaci sektorů. > **Definice:** Sektor je nejmenší adresovatelná část stop na plotně. Cylindr je sada stop nad sebou na všech plotnách. ## Konstrukce HDD Hlavní součásti: - **Plotny** – kovové nebo skleněné disky pokryté magnetickou vrstvou - **Vřeteno (spindle)** – drží a otáčí plotny - **Čtecí/zapisovací hlavy** – bezdotykové nebo velmi blízko povrchu - **Raménko (aktuátor)** – přesouvá hlavy přes poloměr plotny - **Řídicí elektronika** – zpracování signálu, řízení pohybu, rozhraní HDD je uzavřen v hermetickém pouzdře, které chrání vnitřní části před prachem a mechanickým poškozením. ## Organizace dat na disku - **Stopy (tracks):** soustředné kružnice na ploše plotny - **Sektory:** části stop, tradičně 512 bajtů nebo 4096 bajtů (4K) - **Cylindr:** soubor stop na různých plotnách pod stejným poloměrem - **Adresování:** moderní disky používají LBA (Logical Block Addressing) pro přímé adresování bloků ## Přístup k datům a doba přístupu Doba přístupu se skládá z několika složek: - **Seek time:** čas potřebný k přesunu hlavy na správnou stopu - **Rotational latency:** průměrné čekání na natočení správného sektoru pod hlavou (polovina otáčky v průměru) - **Přenosová doba:** čas pro skutečný přenos dat > **Definice:** Přístupová doba je součet seek time, rotational latency a přenosové doby. Praktický dopad: mechanické pohyby znamenají, že HDD má výrazně vyšší latence než SSD. ## Parametry a rozdíly - **Kapacita:** stovky GB až jednotky TB - **Otáčky:** typicky $5\,400$, $7\,200$, $10\,000$ ot./min - **Cache (vyrovnávací paměť):** zrychluje krátkodobé operace - **Rozhraní:** SATA, SAS - **Přenosová rychlost:** závisí na hustotě záznamu, otáčkách a rozhraní ## Výhody a nevýhody Výhody: - nízká cena za 1 GB - velká kapacita - dlouhá životnost při správném používání Nevýhody: - pomalejší přístup k datům kvůli mechanice - náchylnost na otřesy a mechanické selhání - vyšší hlučnost a spotřeba v porovnání s SSD Věděli jste, že HDD mohou mít vyjádřenou spolehlivost jako MTBF (Mean Time Between Failures) a že průměrná doba mezi poruchami se pohybuje v desítkách tisíc hodin u serverových disků? ## Praktické příklady a použití - **Stolní počítače:** úsporné a kapacitní úložiště pro data a multimédia - **Servery a NAS:** ukládání velkých objemů dat, zálohování - **Datová úložiště (archivy):** dlouhodobé ukládání levných dat - **Zálohování:** externí HDD pro offline zálohy Příklad kombinace: Systém může mít operační systém na rychlém SSD a data/archivy na HDD pro optimální poměr výkon/cena.