|
Hard Disk Nasıl
Çalışır?
Artık bütün masaüstü
sistemlerde en az bir hard disk bulunuyor. Hatta VCR
cihazlarından camcorderlara ve mp3 playerlara kadar pek
çok elektronik alette de hard diskleri görmeye yavaş
yavaş alışıyoruz. Nerede kullanılırsa kullanılsın bütün
hard diskler tek bir amaç için üretilir: Sayısal
bilgileri kalıcı şekilde depolamak.
Bir hard
disk bilgisayarlarımızda kullandığımız ana belleğin
aksine güç kesilse bile içindeki bilgileri korur ve bu
özelliğiyle bilgisayarımıza "hatırlama" yeteneği
kazandırır. Hard diskinize bir kez kaydettiğiniz bir
dosyaya bilgisayarınızı defalarca açıp kapatsanız bile
onu silmediğiniz sürece ulaşabilirsiniz.
İçeriye giriyoruz
Bütün hard
diskler temelde aynı yapıdadır. Bir hard disk en basit
haliyle şu parçalardan oluşur: Bilgilerin manyetik
olarak depolandığı bir veya daha fazla sayıda plaka
(platter), okuma yazma kafaları, plakalarla okuma yazma
kafalarının hareketini sağlayan motorlar ve diskin
kontrolünden sorumlu devreleri üzerinde barındıran
kontrol kartı.
Şimdi bu parçaları ve bir
hard diskin nasıl çalıştığını
inceleyelim.
Plakalar
Bilgileri saklamak
için kullanılan plakalar alümünyum, cam gibi manyetik
duyarlılığı olmayan maddelerden yapılır. Plakalarda daha
uygun ısı direnci özellikleri ve daha ince yapıda
kullanılabildiği için temel madde olarak modern
disklerde alüminyum yerine cam kullanılır ve cama
kırılmasını engelleyecek kadar da seramik karıştırılır.
Daha sonra bu plakaların yüzeyleri manyetik duyarlılığı
olan bir filmle kaplanır.
Bir hard diskte birden fazla plaka
bulunabilir.
Eskiden plakaların yüzeylerine temel
maddesi demir oksit olan bir sıvı dağıtılarak sürülürdü
fakat hard disklerin kapasitelerinin artmasıyla bu
teknolojinin sınırlarına ulaşılması çok sürmedi. Ayrıca
okuma/yazma kafasının plakaya çarpması durumunda da bu
yöntemle üretilen plakalar kurtulamıyordu ve diski
değiştirmekten başka çare yoktu. Günümüzdeyse
electroplating denen bir yöntemle plakaların yüzeyi
kobalttan oluşan bir filmle kaplanır. Son olarak da bu
filmin üzerine kafa çarpmalarına karşı bir miktar koruma
sağlayan bir tabaka daha çekilir.
Bilgiler
plakalarda sektörler (sector) ve izler (track) halinde
saklanır. Her sektör 256, 512 gibi belirli bir sayıda
byte içerir ve plaka boyunca yanyana duran bütün
sektörlerin oluşturduğu yapılara da iz denir. Diskin
kendisi veya işletim sistemi sektörleri gruplayarak
onları cluster denen yapılar halinde topluca işler. Low
level formatting denen işlemle plakalar üzerinde
sektörler ve izler oluşturulur, bunların başlangıç ve
bitiş noktaları plakalar üzerinde belirlenir. Daha sonra
da high level formatting yapılarak dosya depolama
yapıları oluşturulur ve dosyaların palakarda oluşturulan
sektörlere ve izlere hangi düzende yazılacağı
belirlenir. Low ve high level formatting işlemleri
sonrasında plakalar okuma/yazmaya hazır hale gelir.
Aşağıdaki şekilde mavi renkle bir sektör, sarıyla da bir
iz gösteriliyor.
Plakar üzerinde veri depolanan
noktalar moleküler boyutta olduklarından hard diskin
içindeki bir toz tanesi bile plakaları çizerek onlara
zarar verebilir. Bunun için hard diskler tozsuz ortamda
üretilir ve üretildikten sonra kapatılır. İç basınçla
dış basıncın dengelenmesi için de çok iyi filtrelenmiş
bir havalandırma deliği bulunur.
Plakalar ortalarından geçen bir mil
üzerine belirli aralıklarla yerleştirilirler ve bu mil
etrafında bir motor tarafından belirli bir hızda sürekli
döndürülürler. Böylece plakanın üzerinde duran
okuma/yazma kafası plakanın yaptığı bu dönme hareketi
sayesinde bir iz boyunca işlem
yapabilir.
Okuma/Yazma
Kafaları
Bir okuma/yazma kafasının görevi adından
da anlaşıldığı gibi plaka üzerinde okuma/yazma
işlemlerini yapmaktır.
Aslında bir okuma/yazma kafası
yaklaşık 1 mm2 çapındaki minyatür bir elektromıknatıstan
başka bir şey değildir. Aşağıdaki resimde en basit
haliyle bir okuma/yazma kafasını görebilirsiniz. Kafalar
okuma yazma işlemi sırasında plakayla temas etmezler,
dönen plakaların yarattığı hava akımı kafaları
plakaların sürekli bir miktar yukarısında tutar. Eski
disklerde plakayla kafa arasında 0,2 mm civarında bir
boşluk varken modern disklerde bu boşluk 0,07 mm
civarındadır. Disk çalışmadığı zaman da kafalar plakalar
üzerinde Landing Zone denilen bölgelerde sabit olarak
dururlar. Bu bölge bilgi depolamak için kullanılmaz.
Güçte ani bir kesilme veya dengesizlik sonucu kafa disk
yüzeyine çarpar ve Head Crash dediğimiz kafa çarpma
olayı olur. Kafa landing zone yerine bir sektörün
üzerine düşerse o sektör hasar görerek kullanılamaz hale
gelir ve kullanılamayan bu bozuk sektöre Bad Sector
denir. Diski tekrar sorunsuz kullanabilmek için Scandisk
gibi bir araç kullanarak diskteki bad sectorler
kullanılmamaları için işaretlenmelidir. Başka bir
yöntemse diske low level format atarak sektörleri tekrar
oluşturmaktır, bu esnada sektörler plakadaki bozuk
kısımlar atlanarak sağlam bölgelerde tekrar oluşturulur.
Okuma/yazma işlemi aslında çok karmaşıktır; bunu
sizlere en basit haliyle anlatmaya çalışacağım: Bir
plakaya bilgi yazmak için kafadan plakaya akım dalgaları
gönderilir ve bu akımla yüzeydeki hedef nokta
polarlanır. O nokta manyetik polarizasyonuna göre 0 veya
1 değerini alır ki ikili sistemle çalışan
bilgisayarlarımız için anlamı olan tek değerler
bunlardır. Okuma sırasındaysa okunacak noktanın kafadaki
boşlukta yarattığı manyetik alanın yönüne göre o
noktanın değerine (0 veya 1) ulaşılır.
Aslında bir kafada okuma ve
yazma için ayrı kısımlar bulunur ve yukarıdaki şekilde
olduğundan çok daha karmaşıktır.
Kafaların disk
yüzeyinde içeriye ve dışarıya doğru hareketini sağlayan
ayrı bir motor vardır ve kafalar bu motora bağlı
kolların ucunda dururlar. Kafayı tutan kolla kafadan
oluşan yapıya Head Gimbal Assembly (HGA) denir. Bu motor
sayesinde kafa, plaka üzerindeki farklı izler üzerinde
işlem yapabilir. Modern disklerde voice coil adı verilen
motor teknolojisi kulanılır. Çalışma prensibi hoparlörle
aynıdır.
Sarımlardan akım geçtiğinde HGA denen
yapı hareket eder ve sarımlardan geçen bu akımın yönüne
göre kafa plaka yüzeyinde içe ve dışa doğru hareketler
yapar. Bu sayede bir okuma/yazma kafası palaka
üzerindeki farklı izlere gidip gelebilir.
Kontrol
Kartı
Son olarak inceleyeceğimiz kısım ise
kontrol kartı. Bir kontrol kartının diski “kontrol”
ettiğini söyleyebiliriz. Plakalardaki sektölerin,
izlerin, hatalı sektörlerin ve landing zone denen
bölgenin fiziksel yerleri kontrol kartına kaydedilir ve
kontrol kartı da kafaları bu bölgelere yönlendirir. Hard
diskler bilgisayarlarımızla veriyollarını kullanarak
haberleşirler ve veriyoluyla hard disk arasındaki
bağlantıyı kurmak da kontrol kartının en önemli
görevlerindendir.
Diskin tamponlama için kullandığı
bellek ve veriyoluyla haberleşmesini sağlayan kontrol
yongaları bu kartın üzerindedir. Hard disk arızaları
kontrol kartı yüzünden de meydana gelebilir, bu durumda
diskinizin kontrol kartını aynı model bir kontrol
kartıyla değiştirerek diskinizi tekrar kullanılabilir
hale geitrebilirsiniz. Kontrol kartı hard diskin alt
kısmına vidalanır ve sadece tek bir bağantıyla diske
bağlanır, bu yüzden kontrol kartını değiştirmek çok
kolay bir iştir.
Bir Hard Diskin
Kapasitesini ve Performansını Belirleyen Özellikler
Bir hard diskin nasıl çalıştığını öğrendikten
sonra bir hard disk hakkında yorum yapabilmek için
bilmemiz gerekenlere kısaca bir göz atalım.
Hard
disklerde kapasiteyi plakalardaki veri yoğunluğu ve
plaka sayısı belirler. Modern disklerde çift yüzlü ve 80
GB`a kadar veri depolayan plakalar kullanılır. Bir hard
diskin performansı hakkında yorum yaparken kullandığımız
en önemli kavramlar plakaların dönüş hızı, erişim süresi
ve veri aktarım hızıdır.
-
Dönüş Hızı: Plakarın dönüş hızıdır. Plakalar
masaüstü sistemlerimizde kullandığımız IDE disklerde
genelde 5400 veya 7200 RPM (Rotates Per Second,
dakikadaji dönüş hızı) hızında dönerken SCSI disklerde
bu hız 15000 RPM`ye kadar çıkabilir.
- Erişim Süresi: Okuma/yazma
kafasının disk üzerindeki bir noktaya ulaşması için
geçen süre. Ortalama erişim süresi modern IDE disklerde
10 ms`nin altındayken SCSI disklerde daha da
düşüktür.
- Veri Aktarım
Hızı: Hard diskin saniyede aktarabildiği veri
miktarıdır. Kullanılan arabirime ve diskin özelliklerine
göre değişir.
Arabirimler
Günümüzde hard
diskler için en çok kullanılan arabirimler masaüstü
sistemlerimizde görmeye alışıtığımız IDE ve sunucularla
iş istasyonları pazarına hakim olan SCSI`dir.
IDE
bir donanım standardı değil, işlemciyle hard disk
arasındaki veri akışının kontrolüyle ilgili bir
standarttır. IBM`in Advanced Technology (AT)
arabiriminden geliştirilen Paralel ATA (AT Attachment)
arayüzüyle arabirim için bir komut seti tanımlanarak
hard disk ve bilgisayar arasındaki haberleşme için
evrensel bir standart oluşturuldu. IDE arabirimin
yaratılış amacı uygun fiyat ve uyumluluktur, bu yüzden
de masaüstü sistemlerde kısa zamanda en yaygın arabirim
haline geldi. Paralel ATA arayüzü sürekli gelişerek
günümüzde Ultra ATA/133`le 133 MB/s hızına ulaştı ve
bundan sonra da yerini Serial ATA`ya bırakması
bekleniyor.
Serial ATA`da veri iletimi paralel
değil seri olarak yapılıyor, Paralel ATA`ya göre
avantajlarını kısaca aşağıdaki gibi
sıralayabiliriz:
#Daha
az pin ve daha düşük voltaj.
#Daha ince bağlantı kablosu (Belki
de biz son kullanıcıların ilgisini en çok çeken özellik,
bu sayede kasa içi hava akımını düzenlemek çok daha
kolay olacak).
#Daha
gelişmiş hata bulma ve düzeltme olanakları.
SCSI arabirimiyse günümüzde
profesyonel uygulamar için sunucularda ve iş
istasyonlarında kullanılır. SCSI arabirminin maliyeti
IDE`ye göre oldukça yüksektir. SCSI arabiriminin IDE
arabirimine göre en büyük avantajı asenkron
çalışmasıdır, yani IDE aygıtlarda olduğu gibi aynı
kontrolcüye bağlı SCSI aygıtlar birbirlerinin
performansından ve veri aktarımından çalmazlar. Ayrıca
SCSI arabirimi için kullanılan “SCSI Host Adapter”
kartlar üzerlerinde veri aktarımını düzenlemek için ayrı
bir işlemci ve çoğu zaman da tampon olarak kullanmak
için ek bir bellek bulundururlar ve bu yüzden SCSI
aygıtlar sisteme IDE aygıtlara göre çok daha az yük
bindirirler. Paralel ATA ile kanal başına sadece iki
aygıt kullanılabilirken SCSI arabirimiyle her kanala 15
taneye kadar cihaz bağlanabilir. Bu sayı stanadart
masaüstü sistemlerin ihtiyaçlarının çok üstünde olsa da
özellikle sunucuların ihtiyaçlarını düşünürsek onlar
için bir gerekliliktir.
IDE arabirimini
kullanan disklerin aksine, SCSI diskler uzun yıllar
boyunca sorunsuz çalışmak için üretilirler ve çalışma
ömürleri IDE disklerden çok daha uzundur, sunucular için
bu da bir gerekliliktir. Ayrıca sisteme bindirdiği yükün
fazla olmaması ve erişim süresinin de daha az olmasından
dolayı özellikle video montajı gibi sisteme çok ağır yük
bindiren ve verilerin sabit bir hızda kesintiye
uğramadan su gibi akması gereken uygulamalarda SCSI
diskler IDE disklerden çok daha üstündür. SCSI disklerin
bir avantajı da yapıları gereği çoklu erişim için uygun
olmalarıdır. Bir IDE diskte bir dosyaya aynı anda iki
kaynak ulaşmak isterse performans çok düşer ama SCSI
disklerde bu performans düşüşü IDE disklerdeki gibi
abartılı boyutlarda olmaz ki bu da sunucular için hayati
öneme sahiptir. Eğer evinizde bir ağınız varsa ağdan
kopyalanmakta olan bir dosyayı siz de kullanmaya
çalıştığınızda bunu açıkça görebilirsiniz. SCSI hakkında
detaylı bir yazımıza buradan
ulaşabilirsiniz.
PC LABS - http://www.pclabs.gen.tr
Volkan
Sonek - 03 Mart 2003, Pazartesi
Kaynaklar:
http://www.pctechguide.com/04disks.htm
http://www.howstuffworks.com/hard-disk.htm
http://www.pcmech.com/show/internal/65/
|
