Hardeskyf

'n Hardeskyf is 'n toestel wat gebruik word vir die stoor van data op 'n magnetiese oppervlak in die vorm van hardeskyfplate.

Meganika en magnetiese werking 

'n Hardeskyf gebruik roterende skywe (plate). Elke plaat het 'n gladde magnetiese oppervlak waarop digitale data gestoor kan word.  Inligting word op die plaat gestoor deur die aanwending van 'n magnetiese veld baie naby aan die magnetiese oppervlak deur die lees-en-skryfkop.  Die magnetiese medium (film) op die skyfoppervlak verander sy magnetiese toestand in mikroskopies-klein kolle (bisse) as gevolg van die werking van die skryfkop se magnetiese veld. Die inligting kan dan weer teruggelees word deur 'n magnetoresistiewe (MR) lees-sensor wat deel is van die kop se struktuur. Die lees-sensor tel die magnetiese vloed op wat vanaf die bis oorgange wat daaronder verbybeweeg uitgestraal word deur die klein veranderinge in die weerstand van die magnetoresistiewe sensor te meet.

'n Tipiese hardeskyfontwerp bestaan uit 'n as waarom die plate teen 'n konstante aantal omwentelinge per minuut roteer.  Oor en tussen die plate deur beweeg die lees- en skryfkoppe wat op 'n gesamentlike arm gemonteer is, met een kop vir elke kant van 'n plaat.  Die aandrywerarm beweeg die koppe op 'n boog (byna radiaal) oor die plate terwyl hulle spin, wat elke kop toelaat om byna die totale oppervlak van die plaat by te kom.

Die elektronika beheer die beweging van die aandrywerarm en die draai van die skyf en voer die lees- en skryfbewerkinge uit op aanvraag van die skyfbeheerder. 'n Moderne hardeskyf se ingeboude programmatuur (firmware) maak dit moontlik om lees- en skryfbewerkinge op die skyfoppervlak doeltreffend te skeduleer en om 'n herindeling van die skyfsektore te doen om die beskadigde dele van die oppervlak te vermy.

Verder ondersteun die meeste hardeskyf- en moederbordvervaardigers nou self monitering- en analisetegnologie, wat dit moontlik maak om dreigende faling te voorspel en dit vir die gebruiker moontlik maak om dataverliese te vermy.

Die omhulsels is geseël en beskerm die binnedele teen stof, kondensasie en ander vorme van kontaminasie.  Die hardeskyf se lees-skryf koppe vlieg skaars 'n paar nanometer bo die skyf oppervlak op 'n luglaer of lugkussing.  In die lig van die submikroskopiese gaping tussen die skyf en die kop is dit dus baie belangrik om die skyf se interne omgewing skoon te hou om te verhoed dat vingerafdrukke, hare, stof of rookpartikels dit beskadig.

Die stelsel maak staat op die lugdruk binne-in die hardeskyf om die koppe op die regte "vlieghoogte" te hou terwyl die hardeskyf in beweging is.  'n Hardeskyf vereis 'n sekere lugdrukbestek om behoorlik te funksioneer.  Die verbinding met die buitewêreld vind plaas deur 'n klein asemhalingsgaatjie in die omhulsel wat dikwels ook 'n koolstof-filter aan die binnekant insluit.  Indien die lugdruk te laag is sal daar nie genoeg stukrag onder die kop wees nie en sal die kop nie op die regte hoogte dryf nie en bestaan daar die gevaar dat die skyf teen die oppervlak kan krap en dat data verloor kan word.  Pasgemaakte skywe wat in 'n omhulsel onder druk verseël word, word benodig vir toepassings by hoë hoogtes bo seespieël (so om en by 3000 meter).  Dit is egter nie van toepassing op ruimtes wat reeds onder druk gehou word nie soos onder ander die kajuit van 'n vliegtuig nie.

'n Baie hoë humiditeit oor 'n lang tydperk kan versnelde verwering van die skyfkoppe tot gevolg hê as gevolg van korrosie.  As die skyf CSS (Contact Start/Stop) tegnologie gebruik om die kop op die skyf te "parkeer" wanneer dit nie werk nie, kan hoë vogtigheid ook daartoe lei dat die kop vassteek aan die skyf.  Dit kan fisiese skade op die skyfoppervlak tot gevolg hê. Asemhalingsopeninge kan op die meeste hardeskywe waargeneem word en daar is gewoonlik 'n plakker daarlangs om die gebruiker te waarsku om nie die openinge toe te maak nie.  Die lug aan die binnekant van die skyf beweeg ook voortdurend as gevolg van die wrywing van die draaiende hardeskyfplate.  Die lug beweeg deur die interne filter waar enige oorblywende kontaminant verwyder word.  Ander oorsake van skyfbeskadiging is deur elektroniese faling, 'n skielike kragonderbreking, fisiese skok, verwering, korrosie of swak vervaardigde skywe en koppe.  In die meeste hardeskywe van tafel- en bedienerrekenaars word die koppe na 'n landingstrook beweeg wanneer die krag afgeskakel word.  Hierdie landingstrook is gewoonlik naby aan die binneste diameter van die skyf waar inligting nie gestoor word nie.  Hierdie gebied word die CSS-sone genoem.

In ouer modelle kon skielike kragonderbrekings veroorsaak het dat die skyf tot stilstand kom met die kop nog steeds bo-op die datasone.  Nuwer hardeskywe voorkom dit deur die draaimomentum van die plate te gebruik om die koppe veilig te parkeer.  IBM het in 1995 'n nuwe tegnologie bekendgestel waar die landingsone vervaardig word deur 'n laserproses wat 'n matriks van baie gladde nanometerskaal "hobbels" op die landingsone ets en sodoende die vassteek en verwering van die koppe verhoed.  'n Paar jaar later het IBM 'n nuwe tegnologie bekendgestel waar die koppe van die plate afgelig word deur dit op 'n plastiek "oprit" naby aan die kant van die skyf te laat oploop.  Sodoende word die gevaar dat die kop teen die skyf vassit geheel en al verwyder en is die skokbestandheid van 'n skyf wat nie in werking is nie, ook heelwat hoër. Sedert 2006 word beide hierdie tegnologieë steeds deur hardeskyfvervaardigers gebruik.  Beide het sy voordele en nadele in terme van verlies aan stoorruimte, probleme met die beheer van meganiese toleransies en koste van implementering.

Die gebruik van hardeplate en die verseëling van die hardeskyf maak nouer toleransies as in 'n sagteskyf moontlik.  Dit bring mee dat 'n hardeskyf baie meer data kan stoor en data baie vinniger kan lees en oordra.  In 2006 was dit algemeen vir 'n hardeskyf om tussen 80- en 500 GG te stoor, teen tussen 7 200 en 10 000 opm. te draai en 'n data-oordrag snelheid van meer as 50 MG/s te hê.  Die vinnigste hardeskywe draai teen 15 000 opm en kan data-oordrag snelhede van meer as 80 MG/s bereik.

Die plate word vervaardig uit 'n nie-magnetiese materiaal, gewoonlik glas of aluminium en aan beide kante met 'n dun laag magnetiese materiaal bedek.  Ouer skywe het yster(III)oksied gebruik, maar huidige aandrywers gebruik 'n dun film van 'n kobalt-gebaseerde legering wat met 'n sputtertegniek aangewend word.

Die magnetiese oppervlak van die hardeskyf word in klein magnetiese gebiede, kleiner as 'n mikrometer in grootte verdeel, met elkeen wat 'n enkele binêre eenheid van inligting verteenwoordig.  Elkeen van hierdie magnetiese gebiede word verder onderverdeel in 'n paar honderd magnetiese korrels.  Elke korrel vorm dan 'n magnetiese dipool wat in 'n sekere rigting wys en 'n magnetiese veld daarom veroorsaak.  Al die korrels in 'n magnetiese gebied wys in dieselfde rigting om 'n magnetiese dipoolmoment vir die gebied as 'n geheel te gee met sy ooreenstemmende magnetiese veld.

Die data word gekodeer deur die verandering in magnetiese veld by die gebied grens, eerder as die rigting van die magneetveld van die gebied.  As die magnetisering tussen twee magnetiese domeine omkeer, dui dit 'n toestand aan, en daar waar geen verandering plaasvind nie, word 'n ander toestand aangedui.  Om verskeie redes word die binêre data as 'n reeks van hierdie moontlike toestande gekodeer, eerder as deur een van die toestande alleen.  Die meeste hardeskywe gebruik byvoorbeeld 'n vorm van kodering waar die looplengte sonder 'n magnetiese oorgang beperk word om onsekerheid uit te skakel en heet RLL kodering.

By die gebiedgrens waar die magnetiese veld omkeer sal die magnetiese veldlyne dig wees en loodreg ten opsigte van die medium.  Die leeskop is ontwerp om hierdie verandering waar te neem.

In ouer hardeskywe was die leeskop, gewoonlik 'n klein induktor, wat dikwels met paramagnetiese materiaal gevul was om die sein te versterk.  Soos dit oor die grens, waar 'n magnetiese omkeer voorkom beweeg, het die leeskop 'n magnetiese vloed ervaar, wat deur die induktor na 'n elektriese stroom omgeskakel is.  Moderne hardeskywe het 'n kop wat gebruik maak van die Reuse Magnetoresistiewe effek, wat veroorsaak dat die weerstand van sekere materiale verander in die teenwoordigheid van 'n sterk magnetiese veld.  As hierdie soort kop oor 'n grensgebied met magnetiese omkeer beweeg sal die sterk magnetiese veld veroorsaak dat die weerstand meetbaar verander.

Een rede waarom magnetiese korrels eerder as 'n kontinue magnetiese medium gebruik word is dat hulle die spasie verminder wat 'n magnetiese gebied vereis.  In kontinue magnetiese materiale vorm sogenaamde Neel pieke, wat pieke van teenoorgestelde magnetiese pole is en vorm om dieselfde rede as wat staafmagnete sal neig om hulself in teenoorgestelde rigtings te oriënteer.  Dit veroorsaak probleme omdat die pieke mekaar uitkanselleer.  Korrels skakel hierdie probleem uit omdat dit diskrete magnetiese domeine vorm wat nie groei of krimp om die pieke te veroorsaak nie.

Toegang deur Koppelvlakke 
Daar word deur 'n verskeidenheid soorte busse toegang verkry tot die gegewens op 'n hardeskyf wat onder andere insluit ATA (IDE, EIDE), Serie ATA, SCSI, SAS, IEEE 1394 (Firewire), USB en Fibre Channel.

Voorheen in die dae van die ST-506 koppelvlak was die koderingskema ook 'n baie belangrike faktor.  Die eerste ST-506 skywe het MFM-kodering (Engels: Modified Frequency Modulation) gebruik en word nog steeds op die "1.44 MG" 3.5 duim sagteskywe gebruik.  Data is teen 'n snelheid van 5 megagrepe per sekonde oorgedra.  Latere beheerders wat die 2,7 RLL-kodering gebruik het, kon die data teen 'n snelheid van 7.5 megagrepe per sekonde oordra en het ook 'n verdubbeling in skyfkapasiteit tot gevolg gehad.

Die ESDI-koppelvlak het ook verskeie data snelhede ondersteun (ESDI het ook van 2,7 RLL gebruik gemaak maar met 10, 15 of 20 megagrepe per sekonde data snelhede).

SCSI is oorspronklik met slegs een spoed bekendgestel naamlik 5 MHz (wat 'n maksimum datasnelheid van 5 megagrepe per sekonde meegebring het), maar latere weergawes het die spoed dramaties verbeter.  Die spoed van die SCSI-bus hou geen verwantskap met die skyf se interne snelheid nie omdat daar 'n databuffer tussen die bus en die skyf se interne bus voorsien word.  Baie vroeë skywe het egter 'n baie klein buffer gehad en moes dikwels herformateer word wanneer dit op stadiger rekenaars (soos die eerste IBM versoenbare rekenaars) geïnstalleer is.

Die ATA hardeskywe het as gevolg van hulle beheerderontwerp nie die probleme gehad met datasnelhede nie, maar die vroeë modelle was geneig om nie versoenbaar te wees nie en kon nie in 'n meester/slaaf konfigurasie (twee hardeskywe op dieselfde kabel) hardloop nie.  Die tekortkoming is grootliks aangespreek in die 1990's toe ATA se spesifikasie gestandaardiseer is.  Probleme kom egter nog steeds voor wanneer Ultra DMA en nie-UDMA toestelle gemeng word.

Serie-ATA doen geheel en al weg met die meester/slaafkonfigurasies, en plaas elke hardeskyf op sy eie kanaal (met sy eie stel toevoer/afvoerpoorte).

FireWire/IEEE 1394 en USB (1.0/2.0) hardeskywe is gewoonlik eksterne eenhede wat ATA of SCSI hardeskywe bevat met poorte aan die rugkant om maklike verbinding en draagbaarheid te verseker.  Die meeste FireWire/1394 modelle kan aan 'n string verbind word sodat addisionele toestelle by die rekenaar gevoeg kan word sonder dat ekstra poorte op die rekenaar self vereis word.

Ander belangrike eienskappe 
 Kapasiteit (word in gigagrepe gemeet)
 Fisiese grootte (duime)
 Bykans alle hardeskywe kom in 3.5" of 2.5" groottes wat in tafel- en skootrekenaars onderskeidelik gebruik word.  'n Toenemend gewilde grootte is die 1.8" hardeskywe vir gebruik in draagbare MP3's en miniatuurskootrekenaars.  Ander selfs kleiner vorme is ook deesdae op die mark beskikbaar vir gebruik in draagbare toepassings.
 Betroubaarheid: Gemiddelde Tyd Tussen Faling (GTTF)
 SATA 1.0 hardeskywe ondersteun omwentelingsnelhede van 10 000 opm. en 'n GTTF van tot 'n miljoen ure vir 'n agt-uur ligte diens siklus.
 Aantal Toevoer/Afvoer bewerkinge per sekonde
 Moderne skywe kan rondom 50 ewe toegang- of 100 opeenvolgende toegangbewerkinge per sekonde verrig.
 Kragverbruik (veral belangrik vir battery-aangedrewe skootrekenaars)
 Geraasvlak (in dBA/decibel)
 G-skok bestandheid (verbasend hoog in moderne hardeskywe)
 Oordragtempo
 Binneste sone: tussen 44.2 MG/s tot 74 MG/s
 Buitenste sone: tussen 74.0 MG/s tot 111.4 MG/s
 Ewe toegangstyd: tussen 5 ms tot 15 ms

Adresseermodus 
Daar is twee modusse wat gebruik word om datablokke op moderne hardeskywe te adresseer.  Die ouer modus is CHS adressering wat op ouer ST-506 en ATA hardeskywe gebruik is asook intern deur die PC se BIOS.  'n Meer onlangse ontwikkeling is die LBA Logiese blok adressering, wat in SCSI en nuwer ATA hardeskywe gebruik word (Alhoewel ATA hardeskywe nog aanskakel in CHS-modus vanweë geskiedkundige redes).

CHS beskryf die skyfspasie in terme van sy fisiese dimensies, datagewys;  dit is die tradisionele manier om 'n skyf op IBM versoenbare rekenaars te adresseer.  Al het dit goed gewerk vir sagteskywe en klein hardeskywe het dit probleme veroorsaak toe skywe die ontwerpbeperkinge van CHS oorskry het.  Die oorspronklike CHS limiet was 1024 silinders, 16 koppe en 63 sektore; op 'n hardeskyf met 512 greep per sektor, lewer dit 528 megagrepe of 504 Mebigrepe.  Die oorsprong van hierdie limiet lê in 'n kombinasie van die beperkinge van die IBM BIOS koppelvlak  en 'n hardeware beperking op die AT se hardeskyfbeheerder.

SCSI skyfaandrywers het egter nog altyd van LBA gebruik gemaak wat die skyf as 'n lineêre, opeenvolgend-genommerde stel blokke beskryf het.  SCSI mode blad bevele kan gebruik word om die fisiese spesifikasies van die skyf te verkry maar dit word nie gebruik om data te lees of te skryf nie.  Omdat IBM versoenbare persoonlike rekenaars intern van CHS gebruik maak, moet die toevoer/afvoer kode op die SCSI aansluiters 'n CHS-tot-LBA vertaling doen en 'n stel CHS-skyf parameters aan die rekenaar voorsien wat die totale aantal LBA-blokke so na as moontlik verteenwoordig.  Deesdae maak ATA hardeskywe ook van LBA modus gebruik soos gedefinieer in die ATA-2 spesifikasie.

Vervaardigers 
Die meeste hardeskywe word deesdae slegs deur 'n handjievol groot firmas vervaardig: Seagate, Maxtor (deur Seagate in 2006 oorgeneem), Western Digital, Samsung (Samsung se hardeskyf-afdeling is in 2011 deur Seagate oorgeneem en Hitachi wat basies die voormalige hardeskyf vervaardigingsafdeling van IBM was.  Fujitsu maak nog steeds hardeskywe vir draagbare en bedienerrekenaars maar het in 2001 uit die mark vir tafelrekenaars getree.  Toshiba is 'n groot vervaardiger van 2.5" en 1.8" hardeskyf draagbare rekenaars.

Sien ook 
 Vastetoestand-skyf

Verwysings

Eksterne skakels 

 The PC Guide:
 'n Kort oorsig oor die geskiedenis van hardeskywe
 Artikel oor die giet van die omhulsel van 'n hardeskyf
 Meer oor die lugsirkulasie en -filtrasie in 'n hardeskyf
 Binêr teenoor Digitaal
 Artikel oor skyfkopfalings
 Oriëntasie en montering van 'n hardeskyf
 'n Tegniese ensiklopedie oor hardeskywe
 Artikel oor die binnekant van 'n hardeskyf
 Hardeskyf koppelvlak en pen gids
 Tegniese witskrif (geen bemarking) getiteld:  Comprehensive Overview of Modern Recording Techniques and Hard Disk Drive Technologies
 Windows NT Server Hulpbron oor die hardeskyf bestuur
 Behold the God Box – Less se wet en die toekomstige implikasies van groot goedkoop hardeskywe
 Verduidelik hoe hardeskywe werk
 Digest 2005 – State of the art hard disk drives in 2005
 Laptop’s Hard Drives: Speed Also Matters 
 A bigger hard disk collection 
 12.8 petabyte cubic cm hard drive

Hardeware
Rekenaarterminologie