Kõvaketas

Kõvaketaste salvestustehnoloogia põhineb magnetismil. Plaadi magnetkihis moodustuvad 10 nm suurused magnetilised domeenid, mille magnetpoolused on orienteeritud kas üht- või teistpidi. Positiivne või negatiivne pidisus vastab arvutitehnoloogias kasutatava kahendsüsteemi ühele '1' ja nullile '0'. Andmeid salvestatakse ja loetakse magnetpeade abil, mis liiguvad kõvaketta plaatide vahel. Magnetpead koos moodustavad ühtse jäiga ploki, nn koogu, mida juhitakse lineaarse täiturmootoriga ning mida kõvaketta kontroller saab positsioneerida kettapaketi erinevatele raadiustele. Andmete kettale kirjutamisel antakse konkreetsele magnetpeale elektriimpulss, mis tekitab pea ja ketta vahele magnetvoo, ning selle tulemusel muutub konkreetse magnetdomeeni polarisatsioon. Andmete lugemise võimaluse tagab pea ja plaadi vaheline suur kiirus, sest kõrvuti paiknevad ning pidevalt vahelduva polaarsusega magnetpoolused tekitavad magnetpeas elektriimpulsse, mida võimendatakse ja mis suunatakse kontrollerisse töötlemiseks.

Tänapäeval sisaldab kõvaketas enamasti 1–4 pöörlevat plaati, kuigi varasemad mudelid võisid sisaldada kuni 16 plaati. Peadeplokki saab positsioneerida mööda ketta raadiust (koogu raadiusele vastav kaar). Kõvaketta juhtplokk (kontroller) on elektroonikalülitus, mis juhib andmepeade ploki vajalikule salvestusreale plaadil ning hoolitseb veaparanduse eest andmevoos. Andmeid loetakse kettalt andmeplokkide kaupa, tänapäevaste ketaste plokisuurus on 4096. Kettal asuvaid plokke saab lugeda või kirjutada mistahes järjekorras. Kõvaketas liigitatakse seega juhupöördusega (ingl random access) plokkseadmeks (ingl block device), mitte jadapöördusseadmeks.  

Kõvaketaste ühendamiseks kontrollerplaadi või tänapäeval juba otse arvuti emaplaadiga on olemas erinevad liidesed, millest ajalooliselt olulisimad on ST-412, PATA (IDE), SATA, SCSI ja SAS, kuid SCSI teisendina on kasutusel ka FC liides. Väliste kõvaketaste ühendamiseks arvutiga on tarvitusel FireWire, USB ja RJ-45 pistikud koos vastavate kontrollerite, liideste, protokollide ja vahekihtidega.

Konstruktsioon
Magnetpea tekitab salvestuse käigus kettale vastandtüübiliste magnetpoolustega alasid (domeene). Tänapäeva kõvaketastel on iga plaadi igal poolel oma magnetpea, kuid kõik magnetpead moodustavad konstruktsioonilise terviku ning neid positsioneeritakse koos.
Täiturmootor liigutab kooku, mille küljes on peadeplokk.
Plaate võib ühes kõvakettas olla üks või mitu. Need on üldjuhul valmistatud alumiiniumist või klaasist, harvemini keraamilisest või muust materjalist. Et liikuv pea magnetkihti ei vigastaks, peab plaadi pind olema võimalikult sile (poleeritud). Ketta alusmaterjal on kaetud õhukese, enamasti 10–20 nm paksuse ferrooksiidlakiga, mida omakorda kaitseb õhuke süsinikukiht.
Mootori ülesanne on tagada kettaplaatide pöörlemine. Mootorina on tavaliselt kasutusel harjatu alalisvoolumootor (BLDC).
Liideste abil ühendatakse kõvaketas elektritoitega ja kontrolleriga. Moodsatel ketastel on modulatsiooni ja veaparandusega tegelev kontroller integreeritud otse kõvaketta trükkplaadile, kõrgema taseme kontroller on viidud arvuti emaplaadile.
Korpus kaitseb sisemust välise keskkonnamõju eest ning aitab säilitada vajalikku siserõhku. Vajadusel on paigaldatud õhufiltrid. Korpus võib õhu asemel olla täidetud ka heeliumiga.

Ajalugu
Kõvaketaste tehnoloogia väljatöötamist stimuleerisid sõjaväelised tellimused. 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 kB (1024 baiti) andmeid.

1956. aastal valminud IBM-i 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. Kuivõrd sel kettapaketil oli 30 MB püsimälu ja 30 MB muutmälu (summaarselt 30/30) ja vintpüssi Winchester tuntud mudeli nimetus oli samuti 30/30, hakati seda ja hiljem teisigi kõvakettaid kutsuma WinchesteriksDefinition of Winchester, PC Magazine, sellest on tulnud ka eestikeelne kõnekeelne nimetus "vint".

1980. aastal valmistas USA ettevõte Seagate (tollal veel Shugart) personaalarvutite jaoks sobiva kõvaketta mahuga 5 MB. See kasutas salvestuseks MFM-i modulatsiooni ning selle kontrollerist ST-402 kujunes IBM PC tööstusharu standard. Samal ajal valminud kõvaketaste tippmudel firmalt IBM mahutas 1 GB (1 048 576 baiti) andmeid ja kaalus 250 kg.

1983. aastal lansseeriti tänapäeval kõige levinuma läbimõõduga (3,5 tolli) kõvakettatüüp, 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 pöörlemiskiirusega 7200 pööret minutis (revolutions per minute, rpm). 

2003. aastal võeti kasutusele Serial-ATA standard, mis asendas 2010. aasta paiku senise IDE (teise nimega PATA (IDE)) standardi.

2006. aastal hakati müüma ristsalvestusegaLongitudinal & Perpendicular Recording, Wixsite, by user alexlowyongjun (ingl perpendicular recording, PMR) kõvakettaid. See tehnoloogia võimaldas suurendada kõvaketaste salvestustihedust, kuivõrd magnetdomeenid paiknesid poolusega magnetpea suunas, mitte paralleelselt salvestusrajaga nagu eelneva LMR-i tehnoloogia puhul (L – longitudinal).

2014. aastal ilmusid esimesed sindeltehnoloogial (SMR – shingle magnetic recording) põhinevad kõvakettad. Nende hind on odavam, salvestustihedus oluliselt suurem, kuid neil on suuri puudusi, mistõttu nad sobivad üksnes arhiiviketasteks. Sindelketastele on salvestusrajad paigutatud mõningase ülekattega, mistõttu andmebloki modifitseerimine keset salvestusrada võib tähendada mitme salvestusraja lugemist välismälusse koos tagasisalvestamisega. Kuna selleks kulub aega, ei sobi SMR-kettad failiserveritele ja andmebaasidele. Tootjad ei pruugi olla huvitatud CMS- ja SMR-ketaste selgest märgistamisest sellistena.

Viimastel aastakümnetel on kõvaketaste tehnoloogiat edasi arendatud ja nende suurust on vähendatud (vahepeal olid näiteks fotoaparaatides kasutusel 1,8-tollised mikrokõvakettad). Ketaste pöörlemiskiirust (standardväärtused 4200, 5400, 7200, 10 000 ja 15 000 rpm) ja andmeedastuskiirust ning andmemahtu on korduvalt suurendatud. Kui esimeste kõvaketaste mahtu mõõdeti megabaitides, siis praegu on tüüpse ketta maht mitu terabaiti ning salvestusfarmide maht võib ulatuda koguni petabaitidesse.  

Enim kõvakettaid toodeti 2010. aastal (651 miljonit), kuid seejärel on nende tootmise maht märgatavalt vähenenud. Suurem langus kaasnes liikuvate osadeta pooljuhtketaste tehnoloogia kasutuselevõtuga laiatarbearvutites alates 2000. aastatest.  

Vaata ka
 Lugemis-kirjutuspea
 Puhasruum
 Pooljuhtketas (SSD)
 Väline kõvaketas

Viited

Kategooria:Arvuti mälu