Σκληρός δίσκος

Ο σκληρός δίσκος είναι ένα μαγνητικό αποθηκευτικό μέσο - συσκευή που χρησιμοποιείται στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές, στις ψηφιακές βιντεοκάμερες, στα φορητά MP3 players, στα επιτραπέζια ψηφιακά βίντεο, στις κονσόλες βιντεοπαιχνιδιών, στους ψηφιακούς επίγειους και δορυφορικούς τηλεοπτικούς δέκτες κλπ. Ένας σκληρός δίσκος αποθηκεύει μεγάλες ποσότητες δεδομένων και η χωρητικότητα των σκληρών δίσκων που κυκλοφορούν στο εμπόριο ξεκινά από τα 500 GB και φτάνει έως τα 6 ΤΒ. Για μεγαλύτερες χωρητικότητες που αγγίζουν τα 12 TB (terabyte) χρησιμοποιούνται κυκλώματα πολλαπλών σκληρών δίσκων, με τη μορφή συρταρωτής διάταξης. Η ταχύτητα προσπέλασης των δεδομένων είναι ταχύτερη από το DVD/R/RW αλλά πολύ πιο αργή από τη μνήμη του υπολογιστή.

Οι σκληροί δίσκοι χρησιμοποιούνται στους υπολογιστές για την αποθήκευση δεδομένων, κυρίως προγραμμάτων και αρχείων που είναι απαραίτητο να διατηρηθούν, σε αντίθεση με τη μνήμη RAM όπου τα δεδομένα διαγράφονται με τη διακοπή τροφοδοσίας ηλεκτρικού ρεύματος. Επίσης όλοι οι σκληροί δίσκοι πλέον, έχουν ενσωματωμένη κρυφή μνήμη (cache RAM) για προσωρινή αποθήκευση που η χωρητικότητα της ξεκινά από τα 8MB (ελάχιστοι πλέον) και φτάνει τα 128MB. 

Σταδιακά οι σκληροί δίσκοι δίνουν τη θέση τους σε δίσκους στερεάς κατάστασης (SSD, Solid State Drives), οι οποίοι εξελίσσονται με ραγδαίο ρυθμό κυρίως λόγω της χαμηλής τους κατανάλωσης σε ρεύμα (που οφείλεται στην παντελή έλλειψη ηλεκτροκινητήρα) και το φθηνό σχετικά κόστος παραγωγής. 
Από τον Οκτώβριο του 2010 λόγω της τεχνολογίας SSD είναι δυνατή η λειτουργία των NetBooks για χρονικό διάστημα περίπου 10 ωρών συνεχόμενα.

Εξωτερική θωράκιση 
Τα ευαίσθητα και ευπαθή μέρη του σκληρού δίσκου προστατεύονται από σκληρό μεταλλικό περίβλημα που υπηρετεί ταυτόχρονα πολλαπλούς σκοπούς:
 Μηχανική προστασία από χτυπήματα και πίεση που μπορεί να αναπτυχθεί στο εσωτερικό ενός κουτιού υπολογιστή.
 Ηλεκτρομαγνητική θωράκιση από ηλεκτρομαγνητικά πεδία που υπάρχουν στο χώρο αποθήκευσης ή / και λειτουργίας του.
 Θερμική μόνωση για την ευκολότερη απαγωγή της θερμότητας από το εσωτερικό του δίσκου ώστε το μαγνητικό υλικό να λειτουργεί σε θερμοκρασίες εντός των προδιαγραφών του.
 Ατμοσφαιρική απομόνωση: οι κεφαλές εγγραφής / ανάγνωσης βρίσκονται σε απόσταση μικρότερη από τη διάμετρο μιας ανθρώπινης τρίχας από την ή τις μαγνητικές επιφάνειες, με αποτέλεσμα ο παραμικρός κόκκος σκόνης να καταστρέψει την ακεραιότητα του συστήματος. Εάν προσθέσουμε και θέματα υγρασίας, το αποτέλεσμα για τη μεταφορά, την αποθήκευση και τελικά τη λειτουργία του σκληρού δίσκου θα ήταν καταστροφικό. Για αυτό το λόγο οι σκληροί δίσκοι δεν θα πρέπει να ανοίγονται παρά μόνο σε ειδικά διαμορφωμένους χώρους (εργαστήρια).

Διαφορές από τις εύκαμπτες δισκέτες 
Οι εύκαμπτες δισκέτες και οι σκληροί δίσκοι κατατάσσονται συχνά στη κατηγορία της περιφερειακής μόνιμης μνήμης (μνήμη που είναι διαθέσιμη και μετά από τον τυπικό κύκλο κλεισίματος - εκκίνησης ενός υπολογιστή). Στην πραγματικότητα ο χρόνος που μπορεί να διατηρηθούν τα στοιχεία στο ένα ή το άλλο μέσο αποθήκευσης έχει άμεση σχέση με σειρά εξωγενών παραγόντων όπως ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, ηλιακό φως, θερμοκρασία, υγρασία περιβάλλοντος κ.α.
Στην κατηγοριοποίηση των κατασκευαστών περιφερειακών συσκευών οι εύκαμπτες δισκέτες θεωρούνται αναλώσιμα ενώ οι σκληροί δίσκοι θεωρούνται περιφερειακά. Οι βασικές τους διαφορές είναι σε συντομία οι παρακάτω:

 Πηγή αναφορικά με μετρικά στοιχεία δισκετών Computer Peripherals

Σκληρός δίσκος έναντι SSD 
Οι σκληροί δίσκοι χρησιμοποιούν περιστρεφόμενους δίσκους και μαγνητικές επιφάνειες για την αποθήκευση δεδομένων, γεγονός που τους καθιστά φθηνότερους από τους SSD αλλά όχι τόσο γρήγορους ή αξιόπιστους. Οι σκληροί δίσκοι καταναλώνουν επίσης περισσότερη ενέργεια από τους αντίστοιχους στερεάς κατάστασης, καθιστώντας τους λιγότερο ενεργειακά αποδοτικούς με την πάροδο του χρόνου.

Από την άλλη πλευρά, οι μονάδες δίσκου στερεάς κατάστασης (SSD) είναι μια πολύ νεότερη τεχνολογία που δεν βασίζεται σε περιστρεφόμενους δίσκους για την αποθήκευση δεδομένων. Αντίθετα, χρησιμοποιούν τσιπ μνήμης παρόμοια με αυτά που βρίσκονται σε μονάδες flash USB ή κάρτες μνήμης. Αυτό τους καθιστά πολύ πιο γρήγορους από τους σκληρούς δίσκους, ενώ καταναλώνουν λιγότερη ισχύ και είναι πιο αξιόπιστοι λόγω της έλλειψης κινητών εξαρτημάτων — η απουσία περιστρεφόμενων δίσκων σημαίνει λιγότερες πιθανότητες για μηχανική βλάβη με την πάροδο του χρόνου. Ωστόσο, αυτή η αυξημένη απόδοση έχει ένα τίμημα. Οι SSD τείνουν να είναι πιο ακριβοί ανά gigabyte σε σύγκριση με τους σκληρούς δίσκους όταν αγοράζετε νέες συσκευές υλικού, όπως φορητούς υπολογιστές ή υπολογιστές.

Χωρητικότητα και ταχύτητα προσπέλασης 
Η χρήση άκαμπτων υλικών και ή σφράγιση της μονάδας προσδίδει πολύ μεγαλύτερη αντοχή στους δίσκους σε σχέση με τις δισκέτα. Κατά συνέπεια, οι σκληροί δίσκοι μπορούν να αποθηκεύσουν, να προσπελάσουν και να μεταφέρουν πολύ περισσότερα δεδομένα και σε λιγότερο χρόνο από ότι οι δισκέτες:
 Τον Ιανουάριο του 2008, ένας τυπικός σκληρός δίσκος για επιτραπέζιο υπολογιστή (desktop), μπορούσε να αποθηκεύσει από 120 έως 1000 GB δεδομένων, να περιστραφεί με ταχύτητες 5.400 έως 10.000 rpm και να μεταφέρει δεδομένα με ρυθμό 1 Gbit/s ή ταχύτερο. (1 GB = 109 B; 1 Gbit/s = 109 bit/s).
 Τον Ιούλιο του 2008, η μέγιστη χωρητικότητα έφτασε το 1,5 TB ενώ το Σεπτέμβριο του 2009 ένας δίσκος έχει χωρητικότητα μέχρι και 2 TB. 
 Ο ταχύτερος σκληρός δίσκος επαγγελματικών προδιαγραφών περιστρέφεται με 10.000 έως 15.000 rpm, και μπορεί να επιτύχει μεταφορά δεδομένων με ρυθμό πάνω από 1,6 Gbit/s και σταθερή ταχύτητα μεταφοράς μέχρι 125 Mbytes/sec. Οι δίσκοι που περιστρέφονται με αυτήν την ταχύτητα έχουν μικρότερα platters λόγω της αντίστασης του αέρα και κατά συνέπεια έχουν και μικρότερη χωρητικότητα από την αντίστοιχη των δίσκων για επιτραπέζιους υπολογιστές.
 Το Σεπτέμβριο του 2009 ο ρυθμός μεταφοράς δεδομένων αυξήθηκε στα 6Gbit/s με τη χρήση διπλού καναλιού SATA 3Gbit/s (από ανακοινώσεις κατασκευαστών) διπλασιάζοντας με αυτό το τρόπο και τη σταθερή ταχύτητα μεταφοράς στα 300Mbps. 
 Οι σκληροί δίσκοι για φορητούς υπολογιστές, που είναι συγκριτικά μικρότεροι σε μέγεθος από αυτούς για επιτραπέζιους ή τους επαγγελματικούς, τείνουν να είναι και πιο αργοί αλλά και με λιγότερη χωρητικότητα. Ένας τυπικός δίσκος για φορητό υπολογιστή περιστρέφεται από 5400 rpm μέχρι 7200 rpm. Εξαιτίας του μικρού μεγέθους τους, αυτοί οι δίσκοι έχουν αρκετά μικρότερη χωρητικότητα από τους μεγάλους δίσκους για επιτραπέζιους υπολογιστές.

Δομή 
 

Ένας σκληρός δίσκος αποτελείται από:
 μαγνητικούς δίσκους κατασκευασμένους από μέταλλο ή πλαστικό και επικαλυμμένους από ένα λεπτό στρώμα οξειδίου του σιδήρου ή άλλο μαγνητικό υλικό.
 τον άξονα κίνησης γύρω από τον οποίο περιστρέφονται οι μαγνητικοί δίσκοι με την ίδια ταχύτητα.
 κεφαλές ανάγνωσης/εγγραφής επάνω σε βραχίονες πάνω και κάτω από κάθε επιφάνεια δίσκου, που μετακινούνται εμπρός-πίσω. Ο συνδυασμός της κίνησης των βραχιόνων με την κίνηση των δίσκων, επιτρέπουν στις κεφαλές να έχουν πρόσβαση σε όλα τα σημεία των δίσκων.
 τον βηματικό ηλεκτροκινητήρα που είναι υπεύθυνος για την ακριβή τοποθέτηση των κεφαλών ανάγνωσης/εγγραφής στο σωστό σημείο έτσι ώστε να είναι εφικτή η εγγραφή ή/και η ανάγνωση των δεδομένων από τις κεφαλές.
 ηλεκτρονικά εξαρτήματα που εξυπηρετούν τη λειτουργία του σκληρού δίσκου, επικοινωνώντας με τον υπολογιστή και αναλαμβάνοντας την κίνηση των κεφαλών και τη μεταφορά των δεδομένων.

Τρόπος αποθήκευσης 

Τα δεδομένα αποθηκεύονται στον σκληρό δίσκο ως ακολουθίες bit (αφού οι υπολογιστές λειτουργούν με το δυαδικό σύστημα). Οι κεφαλές γράφουν κάθε bit αλλάζοντας το μαγνητικό πεδίο στην επιφάνεια των μαγνητικών δίσκων και το διαβάζουν απλώς αναγνωρίζοντας το μαγνητικό πεδίο. Κάθε bit δεδομένων καταλαμβάνει τον δικό του χώρο στην επιφάνεια του δίσκου, ωστόσο οι ακολουθίες bit- μπορεί να καταρεύσει που αποτελούν τα δεδομένα, δεν είναι απαραίτητο να εγγράφονται σειριακά στον δίσκο, αλλά είναι δυνατό να κατακερματιστούν και να εγγραφούν σε διάφορες θέσεις.

Λόγοι κατάρευσης δίσκων

Είδη 
Με βάση το πρωτόκολλο επικοινωνίας και το interface οι δίσκοι διακρίνονταν σε: IDE, SATA, SATA II, SCSI. Σήμερα έχει επικρατήσει πλήρως το πρωτόκολλο SATA III.

Σύστημα αρχείων 

Η οργάνωση των δεδομένων σε ένα σκληρό δίσκο γίνεται μέσω ενός συστήματος ανάγνωσης, ταξινόμησης και εγγραφής το οποίο καλείται σύστημα αρχείων. Υπάρχουν πολλών ειδών τέτοια συστήματα, τα οποία εξυπηρετούν διαφορετικούς σκοπούς και πληρούν διαφορετικές προδιαγραφές το καθένα. Ενδεικτικά στα PC, υπάρχει το σύστημα NTFS, το οποίο χρησιμοποιείται στη σειρά λειτουργικών συστημάτων Windows από την έκδοση XP και έπειτα, και τα ext2 και ext3, τα οποία αποτελούν συνήθη επιλογή σε λειτουργικά συστήματα με τον πυρήνα Linux.

Παραπομπές

Πηγές 

 PowerQuest Corporation, Understanding Hard Disks Basic Concepts

Ψηφιακή τεχνολογία
Μνήμη υπολογιστή
Μέσα αποθήκευσης