Kõvaketas

Kõvaketas (inglise keeles hard disk drive, lühend HDD) on andmetalletusseade. See kasutab andmete salvestamiseks jäiku pöörlevaid kettaid, mis on elektromagneetiliselt laetud. Kettaid valmistatakse enamasti alumiiniumsulamist või klaasist, mis kaetakse magneetilise laengu andmiseks õhukese ferrooksiidlaki kihiga. Andmed kirjutatakse kettale digitaalse kahendkoodina ning need säilivad ka voolu katkestamisel. Kõvaketaste salvestustehnoloogia põhineb magnetismil. Tänapäeva kõvaketastes kasutatakse tahkete püsimagnetite omadust säilitada neile antud laengut. Positiivne või negatiivne laeng vastab arvutitehnoloogias kasutatavale kahendsüsteemile. Andmete salvestamine ja nende kettalt lugemine toimub kõvaketta sisse ehitatud andmepeade abil, mida saab ketaste peal soovitud kohta liigutada. Andmete kirjutamiseks tekitatakse andmepea ja ketta vahele magnetvoog, millega muudetakse ketta magneetilise kihi elektrilaengut. Andmete lugemiseks luuakse pöördmenetlus, mille tulemusena muundatakse magnetkihil tekkiv magnetvoog elektriimpulsiks. Tänapäeval koosneb kõvaketas ühest kuni mitmekümnest ühtlase kiirusega pöörlevast kettast. Iga ketta peal olevat andmepead saab liigutada mööda ketta raadiust. Pead liigutatakse kõvaketta seaduriga (inglise keeles controller), mis kujutab endast sisuliselt elektroonikalülitust, mis liigutab andmepea kirjutamiseks või lugemiseks soovitud kohta ketta peal. Andmeid loetakse ja kirjutatakse juhupöördumisega, mis võimaldab kõvakettalt andmeid lugeda suvalises järjestuses. Kõvaketaste ühendamiseks arvuti emaplaadiga on olemas erinevad liidesed, millest tuntumad on SATA, PATA (IDE), SCSI ja SAS, kuid kasutatakse ka FC liidest. Väliste kõvaketaste ühendamiseks arvutiga kasutatakse FireWire, USB ja RJ-45 liideseid. Andmesalvestus-lugemispea ehk andmepea (inglise keeles head) tekitab kettale vastandtüübilise laenguga alasid. Varasematel kõvaketastel oli igal kettal eraldi pea, kuid hiljem hakati kõvakettaid valmistama kokkuseotud peadega, mis liiguvad ketastel paralleelselt. Seadur on vajalik selle külge kinnitatud andmepeade liigutamiseks sobivasse kohta ketastel. Kettaid võib ühes kõvakettas olla üks kuni paarkümmend. Need on üldjuhul valmistatud alumiiniumist või klaasist, harvemini keraamilisest või muust materjalist. Andmepeade ühtlaseks liikumiseks peab ketaste pind olema võimalikult sile. Ketta pind on kaetud õhukese, enamasti 10–20 nanomeetri paksuse ferrooksiidlakiga, mida kaitseb õhuke süsinikukiht. Mootor paneb kettad pöörlema ja selle käigus eraldub ka soojust. Liideste abil ühendatakse kõvaketas elektritoitega ja andmekaabliga. Kest hoiab kõvaketta osi koos, aitab säilitada vajalikku siserõhku ja kaitseb sisemust välise keskkonnamõju eest. Kesta sisu võib olla õhu asemel täidetud ka heeliumiga. Kõvaketaste tehnoloogia leiutamisel oli tähtis roll sõjaväelisel tellimusel. Tehnoloogia arendamist hoogustas Ameerika Ühendriikide tehnoloogiaettevõte IBM. 1950. aastal valmistas Ameerika Ühendriikide ettevõte Engineering Research Associates of Minneapolis USA mereväe tellimusel esimese kõvaketta, mis mahutas 1 kilobaidi (1024 baiti) andmeid. 1956. aastal valminud IBMi kõvaketas mahutas juba umbes 5000 korda rohkem andmeid (5 MB) ning oli palju odavam ja laiemalt kättesaadav. 1973. aastal tutvustas IBM oma kõvakettamudelit 3340 Winchester, mis pani aluse tänapäeva kõvaketaste tehnoloogiale. Eri mudelivariantide andmemahutavus oli 30–70 MB. 1980. aastal valmistas USA ettevõte Seagate personaalarvutite jaoks sobiva kõvaketta mahuga 5 MB. Samal ajal valminud IBMi kõvaketaste tippmudel mahutas 1 GB (1 048 576 baiti) andmeid ja kaalus 250 kg. 1983. aastal tutvustati tänapäeval kõige levinuma läbimõõduga (3,5 tolli) kõvakettaid, mida kasutatakse nii lauaarvutites kui ka serverites. 1991. aastal tutvustati avalikkusele esimest sülearvuti kõvaketast läbimõõduga 2,5 tolli ja andmemahutavusega 100 MB. 1997. aastal toodi turule esimene kõvaketas pöörlemissagedusega 7200 pööret minutis (inglise keeles revolutions per minute, rpm). 2003. aastal võeti kasutusele Serial-ATA standard, mis asendas 2010. aasta paiku senise IDE standardi. 2006. aastal hakati müüma kõvakettaid, kus kasutati ristsalvestust (inglise keeles perpendicular recording, PMR). See võimaldas kõvaketaste mahtu mitmekordistada. Viimastel aastakümnetel on kõvaketaste tehnoloogiat edasi arendatud ja nende suurust on vähendatud (kasutusel on ka 1,8-tollised kõvakettad). Ketaste pöörlemissagedust (kasutusel on 4200, 5400, 7200, 10 000 ja 15 000 rpm kettad), andmeedastuse kiirust ning andmesalvestuse mahtu on suurendatud (neid arvestatakse nüüd giga-, tera- või isegi petabaitides). Kõvakettaid toodeti kõige enam 2010. aastal (651 miljonit tükki), kuid seejärel on nende tootmise maht märgatavalt kahanenud. Suurem langus kaasnes liikuvate osadeta pooljuhtketaste tehnoloogia kasutuselevõtuga laiatarbearvutites 2000. aastatest alates. Lugemis-kirjutuspea Puhasruum Pooljuhtketas Väline kõvaketas IBM RAMAC disc drive, San Jose, Silicon Valley https://en.wikipedia.org/wiki/Perpendicular_recording