Sabit Disk(Hard Disk) Nedir? Nasıl Çalışır?

Sayfayı Yazdır

hdd-custom.jpgİlk sabit disk 1950′li yıllarda keşfedilmiştir. O zamanlar disk plakalarının çapı 50cm civarındaydı, bu boyuta karşılık ancak birkaç megabyte depolanabiliyordu. Önceleri IBM’in deyimiyle “fixed disks” olarak adlandırılmış, daha sonra ise “hard disks” olarak gerçek kimliğine kavuşmuş ve bu haliyle literatüre geçmiştir. Sabit diskten sonra ilerleyen teknolojiyle beraber “floppy disks” olarak bilinen disketler üretilmiştir. Veri taşımanın tarihteki ilk adımı 5.25 inç’lik floppy disklerle atılmıştır. Disketler esnek plastik film plakası üzerine manyetik olarak veri yazılması prensibiyle çalışır. Bu, sabit disklerdeki teknikle aynıdır sadece depolama için kullandıkları plakalar farklı metaryellerden üretilmiştir.

Günümüzde bir masaüstü bilgisayar çoğunlukla 60GB ile 300GB arasında veri depolama kapasitesine sahiptir. Diske yüklenen dosyalar, plaka üzerinde byte denilen en küçük veri paketçikleri şeklinde saklanır. Aslında 1 byte 8 bitten oluşur, bunu düşündüğümüzde en küçük birim bit denilebilir fakat 1 bitin depolama olarak bir anlamı yoktur. Çünkü diske yazılan her veri byte olarak paketlenir. Örneğin bir programın açılması için çağrılan dosyalar byte’lar halinde işlemciye gönderilir.

Bir sabit diskin performansını ölçebilmek için iki yol vardır;

  • Veri Akış Hızı – Saniye başına CPU’ya gönderilen byte miktarıdır. Güncel disklerde bu değer 5 ile 80MB arasında değişmektedir.
  • Tepki Süresi – Çağrılan bir dosyanın tek byte’ının işlemciye ulaşma süresidir. Genellikle 10 ile 20 milisaniye arasında değişir.

Sabit diski oluşturan parçalar;

  • hard-disk7-wince.jpgPlakalar – Plakaları dakikada 3600, 4200, 5400, 7200, 10000 ve 15000 devir ile dönebilen sabit diskler mevcuttur. Bunlardan 7200RPM(revolution per minute)’in üzerindekiler SCSI disklerdir. Devir sayısı ne kadar fazla olursa erişim süresi o kadar düşer ve diskin performansına doğrudan olumlu yönde etkiler. Tabi hızlanmanın da aşırı ısınma ve veri güvenliğinin azalması gibi dezavantajları da vardır.
  • hard-disk11-wince.jpgOkuma-Yazma Kafası – Sabit diskin asıl işi yapan kısmıdır. Ultra hafif bir malzemeden üretilmiştir. Plaka yüzeyine çok çok yakındır fakat asla değmez. Eğer bir sarsıntı anında park konumuna geçemeden plakalara değerse “bad sector” denilen bozuk kısımlar oluşur. Okuma -Yazma kafası plaka sayısı kadardır ve sabit disk içerisindeki her plakanın üzrinde bir tane bulunur. Plakaların dairesel merkezinden kenarlarına doğru yüksek hızda hareket eder ve oluşturduğu manteyik akı ile verileri sektörler üzerine işler. Sektörler yollar(tracks) üzerinde dairesel olarak sıralanıp, “clusters” içerisine dizilmiştir. okuma yazma kafası sektörlere veri yazarken merkezden en kenara saniyede 50 kez gidip gelebilir. Yani bu denli hızlı çalışır ve çoğu zaman hareketi gözlemleyebilmek mümkün değildir.

Veri akış hızı teorik olarak IDE’de 66MB/s, IDE ATA-100′de 100MB/s, SATA’da 150MB/s ve SATA 2′de 300MB/s ile sınırlıdır. Fakat aslında bunlar sadece basit bir göz boyamadan ibarettir. Günümüzde 100MB/s’nin üzerinde veri aktarımı yapabilecek bir disk bile bulamazsınız. Peki neden SATA 2 bile gerek duyuluyor? Çünkü insanlar sabit diski bir kere alıp çok uzun yıllar kullanıyor. Sabit disk pazarının durağan havasını değiştirmek ve kazançları arttırmak için de farklı ve gelişmiş bir teknolojiymiş gibi Serial-ATA dedikleri kavramı piyasaya sürdüler. Bu veriyoluna sahip disklerin performansı halefi olan IDE disklerle neredeyse aynıdır. Buna karşılık bütün soket çıkışları ve anakart girişleri farklıdır. Yani yeni diske ihtiyaç duyan bir bilgisayar kullanıcısı piyasada bulunmadığından IDE disk alamıyor. SATA aldığında da kullanabilmek için yeni bir anakarta ihtiyaç duyuyor. Yeni bir anakart almışken de CPU’yu yenileyeyim diyor. Tabi yeni ramler ve güç kaynağı da ihtiyaç listesine otomatik olarak eklendiğinden, kullanıcının cebinden çıkan para HDD’nin 8-10 misli oluyor. İşte ticaretin çarklarının nasıl döndüğünü anlayabileceğimiz çok güzel bir örnek.

Peki bu disklerin performanslarını nasıl değerlendireceğiz?
Öncelikle disklerdeki veri akış hızı ister 500mb/s(farz-ı misal) olsun, ister 50mb/s olsun pek bir önem taşımaz. Çünkü bu büyüklükteki veri akışı sadece video düzenleme işleriyle uğraşan, yani büyük dosyaları sürekli aktarması gereken kişileri ilgilendirir. Günlük yaşantımızda bir program kullanırken veya bir oyun oynarken bu tarz büyük veri aktarımlarına hiç gerek duymayız. Burada asıl önemli olan tepki ve erişim süreleridir. Erişim süresi; diskin farklı yerlerine yazılmış dosyalara ulaşım süresi olarak düşünülebilir. Fakat bu ortalama bir değerdir ve en önemli olanı rastgele erişim süresi olarak adlandırılır.

Günümüz sabit diskleri genellikle 12 ile 15 milisaniye arasında rastgele erişim sürelerine sahiptir. Bu süre de disklerin dönüş hızına doğrudan bağlıdır. Örneğin 15K ile dönen SCSI bir disk 4ms seviyesinde rastgele erişim süresine sahiptir ki, birsürü küçük dosyalardan oluşan ve herbirine hızlı hızlı erişip işlem yapılması gereken durumlarda IDE ve SATA disklere göre 2-3 kat daha hızlıdır. Örneğin içerisinde 1000 tane font olan bir klasörü, diskin başka bir yerine taşıyacaksınız. Burada rastgele erişim süresi düşük olan disk avantajlıdır ve dosyalara çok daha kısa sürede erişip 1000 yazıtipini kolaylıkla taşır. Büyük bir video dosyası örneğin 4.3GB’lık bir DVD medyayı diskin farklı bir yerine taşırken de veri iletim hızı yüksek olan disk avantajlıdır. IDE ve SCSI diskler veri iletiminde başabaştırlar. Fakat erişim süresi olarak SCSI diskler çok daha iyidir. Bu nedenle çok dosyayla uğraşılar sunucu sistemlerinde SCSI diskler tercih edilmektedir. Bu diskler anakart üzerindeki kontrolcüsü yardımıyla dosyaları belirli bir düzene sokarak işlerler.

Benzer şekilde yine anakart üzerindeki RAID kontrolcüsü ile IDE ve SCSI diskler birbirlerine seri veya paralel bağlanabilirler. Bu konuya fazla girmeyeceğim fakat, RAID sistemi genel olarak bir verinin iki veya daha fazla diske aynı anda yazılmasını sağlar. Bu da işlem süresini ciddi miktarda kısaltır. Mesela bir video dosyasını RAID olarak bağlı iki diske yüklerken, video iki parçaya bölünür ve disklere o şekilde yazılır. Diğer bir RAID şeklinde de, veri iki diske de aynen yazılır. Bunun performans olarak bir getirisi yoktur fakat disklerden birisi bozulursa veri diğer diskten kurtarılabilir. Performans arttırmak için yapılan RAID sistemlerinde ise, disklerden birisine birşey olursa, bütün veriler kullanılamaz hale gelir. Çünkü veriler iki diske birden yazıldığından, disklerden birisi bozulduğunda yarım dosyaların bir anlamı olmaz.

Performans adına veri güvenliğimizi teklikeye attığımız RAID sistemleri bir yana, yakın gelecekte SSD(Solid State Disk) teknolojisi masaüstü PC’lerde de kullanılabilir hale gelecek. Şu an laptoplarda tercih edilen bu sabit diskler, hiçbir mekanik parça barındırmıyor. Yani USB Flash Bellekler ile aynı şekilde çalışıyorlar. Şu an 64 ve 128GB’lıkları revaçta olan sabit disklerin en büyük problemi ise, kapasite. İleride daha yüksek kapasitelerde daha uygun maliyetlerle üretim yapılabildiğinde, mekanik sabit disklerin yavaş yavaş tarih olacağını söyleyebiliriz. Çünkü en hızlı SCSI bir diskin bile 4ms gibi bir rastgele erişim süresi varken, SSD’ler 0.01ms’lik erişim süresine sahip. Bu demek oluyor ki, dosyalara erişim ve okuma-yazma işlemleri şu ankinden en az 100 kat hızlı. Son olarak bir örnek vermek gerekirse, SSD kullanan ortalama bir sisteme Windows XP 5dk’dan kısa bir sürede kurulabiliyor.

ZD YouTube FLV Player

Yukarıdaki videodan içi açılmış bir sabit diskin çalışmasını izleyebilirsiniz. Fakat HDD’ler aslında tamamen tozdan arındırılmış steril ortamlarda açılabilir. Aksi halde en ufak bir tozun plaka üzerine gelmesi bozuk sektör oluşmasına neden olacaktır. Ayrıca sabit diskler ancak vakumlu ve tozdan arındırılmış özel odalarda tamir edilmekte veya veri kurtarma işlemleri yapılmaktadır. Ev ortamında açılmış bir disk en fazla birkaç saat çalışabilir, daha sonra hata verip açılmaz ve işleyemez duruma gelecektir.