Sabit disk sürücüsü

Sabit disk ya da Hard disk kısaca HDD ya da Türkçesi ile sabit disk sürücüsü veri depolanması amacı ile kullanılan manyetik kayıt ortamlarıdır. Önceleri büyük boyutları ve yüksek fiyatları nedeni ile sadece bilgisayar merkezlerinde kullanılan sabit diskler, cep telefonları ve sayısal fotoğraf makineleri içine sığabilecek kadar küçülen boyutları ile günlük hayatımıza girmişlerdir.
Sabit disklerin en yoğun kullanım yeri bilgisayarlardır. Ses, görüntü, yazılımlar, veritabanları gibi büyük miktarlarda bilgi, gerektiğinde kullanılmak üzere sabit disklerde saklanır.
Günümüzde sabit diskler veri aktarımında son derece hızlanmış olsalar da elektromekanik yapıda olduklarından RAM'lara göre yavaştırlar. Bilgisayarlarda yardımcı ve kalıcı bellek olarak kullanılırlar.
Bir bilgisayar yazılımı işletilmeye başladığında, yazılımın çalışması için gerekli olan bilgiler sabit diskten okunarak çok daha hızlı olan RAM belleğe aktarılır. Gereksinim duyulan kısım RAM'a sığmayacak kadar büyükse, bilgisayar sabit diskin bir bölümünü RAM bellek gibi kullanır.
Bilgisayar sabit diskleri genellikle bilgisayarların içinde sabitlenmiş durumda bulunurlar, bilgisayarlara dışarıdan bağlanabilen taşınabilir olanları da vardır.
Yapı
Hard disklerde veri yazımı; metal, cam veya plastikten yapılmış, yüzeyi demir oksit ya da başka manyetik özellikteki malzeme ile kaplı diskler üzerine yapılır. Bu kayıt ortamlarında veriler mıknatıslanma yolu ile kaydedildiğinden istenerek silinene kadar sabit kalırlar, elektrik kesintileri gibi durumlarda bilgisayar bellek yongalarındaki gibi kaybolmazlar, bu nedenle anılan şekilde adlandırılmışlardır.
Bir sabit diskte çoğunlukla metal olan bir veya birden fazla sayıda kayıt diski bulunur. Metal disk ya da diskler 3600, 4200, 5400, 5900, 7200, 10000, 15000 d/d (devir/dakika) gibi hızlarla dönerken disk yüzeyleri üzerinde gezinen kafa veya kafalar okuma-yazma işlemlerini yaparlar.
Gelişen teknoloji sabit disklerin boyutlarını küçültmüş ve bilgi saklayabilme yeteneklerini arttırmıştır. Birkaç megabayt büyüklüğündeki ilk örneklerin yerini günümüzde 500-750-1000-1500 GB (gigabyte) veri saklayabilmekte olanları almıştır ve her geçen yıl bu artmaktadır.
Günümüzde bir bilgisayar sabit diskinin küçültülmüş örnekleri olan, 20 gramdan daha az ağırlıkta kompakt flaş ölçüsünde (42,8x36,4x5 mm) 64 GB'a varan veri saklama olanaklı küçük sabit diskler de üretilmektedir.
2017 itibarıyla 2.5 inç'lik bir sabit diskin maksimum kapasitesi 5 TB miktarına, 3.5 inç'lik bir sabit diskin maksimum kapasitesi de 12 TB miktarına ulaşmıştır.
Tarihçe
Sabit disklerden önce yerlerine kullanılan veri depolama birimleri "manyetik şeritler" ve "manyetik davul" olarak adlandırılan birimlerdi. 1950 yılında yapılmış olan ilk ticari örnek ERA 110 manyetik davul, 1 megabit (1 bit=1/8 bayt) veri saklayabilmekte ve bir sözcüğü 5000 saniyede okuyabilmekteydi.
Konu ile ilgili diğer önemli tarihler:
1956 - IBM firması 50 adet 61 cm çapında diskten oluşan 5 MB'lık 305 RAMAC'ı üretti.
1973 - IBM 3340 Winchester markalı 30 MB'lık ünlü sabit diski üretti, bazı ülkelerde sabit disk hala bu şekilde adlandırılmaktadır.
1980 - Seagate firması günümüzdeki 5,25 inç'lik CD sürücülerinin iki katı yükseklikteki 5 MB'lık ST 506 modelini üretti.
1983 - IBM'in ürettiği PC/XT bilgisayarları ile birlikte sabit disk birçok kişisel bilgisayar için temel donanım haline geldi.
1985 - Günümüzdeki 5,25 inç'lik CD sürücülerinin büyüklüğünde (1,6 inç yükseklikte) sabit diskler üretildi.
1987 - 3,5 inç'lik, 500 MB'a varan büyüklüklerde sabit diskler üretildi.
1997 - IBM masaüstü bilgisayarlar için 16,8 GB'lık bir sabit diski piyasaya sürdü.
1998 - 25 GB'lık diskler piyasaya çıktı.
1999 - 10,000 d/d hızında 73 GB disk üretildi.
2000 - IBM, 1 GB'lık Microdrive'ı üretti.
2007 - Hitachi, 1000 GB'lık (1 TB (Terabyte)) sabit sürücüyü üretti.
2008 - Western Digital, 2000 GB'lık (2 TB (Terabyte)) (3,5" 5400 RPM) sabit sürücüyü üretti ve 2009'un ilk çeyreğinde satışına başlandı.
2011 - Seagate, 3000 GB'lık (3 TB (Terabyte)) (3,5") sabit sürücüyü üretti ve satışa sundu.
2015 - Western Digital, 10000 GB'lık (10 TB (Terabyte)) (7200 RPM) sabit sürücüyü üretti.
Özellikler
Fiziksel Büyüklük
Günümüzde genellikle, masaüstü bilgisayarlarda 3.5 ve dizüstü bilgisayarlarda 2.5 inç büyüklükteki sabit diskler kullanılır. Düşük kapasiteli, daha az enerji tüketimli, daha yavaş ve darbelere daha dayanıklı olan 2.5 ve 1.8 inç büyüklükteki sabit diskler taşınabilir MP3 oynatıcıları gibi ürünlerde, daha da küçük boyutlu olan kompakt flaş biçemindeki Microdrive'lar ise sayısal kameralar, cep telefonları, küçük MP3 oynatıcılar gibi ürünlerde kullanılmaktadır. Bu ölçülendirme mantığında belirtilen ölçüler yaklaşık olarak, sabit disk içindeki metal kayıt diskinin ölçülerini belirtir, dış ölçüler biraz daha büyüktür. 3.5 inç'lik bir sabit diskin boyu üreticisine göre değişken olup yaklaşık 4 inç, yüksekliği ise 1 inç kadardır.
Kapasite
Sabit disklerin kapasiteleri bayt (B) cinsinden ifade edilir. 400 GB (Gigabayt), 1 TB (Terabayt) gibi, depolanabilecek bilgi miktarını belirtir. ASCII standartında her harf ya da özel karakter 8 bit'ten oluşan bir bayt ile ifade edilir. Bir bayt bir harf olarak düşünülebilir. Sabit disk üreticileri disk kapasitelerini 1000'in katlarına göre sınıflandırmaktadır, ancak gerçek kapasite 1024'ün katlarına göre hesaplanır. Örneğin 250 GB olarak aldığınız bir sabit disk gerçek anlamda 232,83 GB'dır.
Disk üreticilerine göre 250 GB olan bir harddiskin işletim sisteminde ne kadar göründüğünü hesaplayalım,
250 gigabayt = 250.000 megabayt
250.000 megabayt = 250.000.000 kilobayt
250.000.000 kilobayt = 250.000.000.000 bayt miktarında bayt içerir.
250.000.000.000 bayt / 1024 = 244.140.625 kilobayt
244.140.625 kilobayt / 1024 = 238.418,5791015625 megabayt
238.418,5791015625 megabayt / 1024 = 232,83064365386962890625 gigabayt olarak işletim sisteminde görüntülenir.
Bağlantı Ara Birimleri
Sabit disklerin bilgisayarlara iletişimi için çeşitli ara birimler vardır. Sabit diskin bilgisayara bağlanabilmesi için hem sabit diskin hem de anakartın o arabirimi desteklemesi gerekmekdedir. Bu arabirim türleri:
ST506 - Günümüzde artık kulanılmayan bu denetleyici okuma ve yazma hızı bakımından oldukça yavaş kalmaktadır. En fazla 16 kafa sayısını destekleyebilmekteydi.
IDE - 1989 yılında Western Digital firması tarafından geliştirilen, sabit disk ve ana kart arasındaki iletişimi ayarlayan standart. En yaygın kullanılan modeldir.
S-ATA (SATA veya Serial ATA) - 2000 yılında değişik bilgisayar firmaların işbirliği ile kararlaştırılan yeni ve daha hızlı standart. Ultra ATA'ya seçenek olarak çıkmıştır. 2005 itibarıyla yeni bilgisayarlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
SCSI - 1986'da yürürlüğe geçen, özellikle sunucu bilgisayarlarda kullanılan, çok hızlı ama çok pahalı olan SCSI sabit disklerin bağlanma standardı.
USB veya Firewire - Taşınabilir disklerin veya başka dış birimlerim bilgisayarlara bağlanmalarında kullanılan ara birimdir.
SAS - SATA ile aynı arayüzü kullanan ancak kuruluşa özgü bazı özellikler ekleyen SCSI'nin gelişmiş halidir. SAS sürücüleri genellikle sunucularda ve ileri teknoloji iş istasyonlarında bulunur.
NVMe - özellikle SSD'ler için tasarlanmış daha yeni bir arayüzdür. Doğrudan bilgisayarın PCIe veri yoluna bağlanarak SATA veya SAS'tan çok daha hızlı veri aktarım hızlarına olanak tanır.
Hız
Sabit disklerde hız kavramı büyük önem taşır. Bir sabit diskin hızında fiziksel dönüş hızı, erişim süresi, ve aktarma hızı olmak üzere üç özellik etkileşimli olarak rol oynar. Bu özellikler tek başlarına hız hakkında kesin bir fikir vermezler.
Fiziksel Dönüş Hızı
Kayıt diskinin dönme hızıdır, d/d (devir/dakika) cinsinden ifade edilir. Kayıt diski üzerindeki verilere ulaşılması için geçen zaman büyük ölçüde bu hıza bağlıdır. Günümüz sabit diskleri; 3.600, 4.200, 5.400, 7.200, 10.000, 15.000 d/d (rpm) gibi yüksek hızlarda çalışırlar. Bilgisayarın en hantal donanımlarından biridir.
Aktarma Süresi ve Aktarma Hızı (seek time)
Okuma kafasının veriye ulaşması ile bu verinin ana sisteme ulaşması arasında geçen zamana aktarma süresi denir.
Günümüzde sabit disklerde veriler okuma kafasınca okunduktan sonra, sabit diskin içinde yer alan ön belleğe aktarılarak oradan ana sisteme iletilirler. Ön bellek işlemler sırasında zaman kaybını önlemek için kullanılır.
Sabit disk üreticileri kayıt diskinden ön belleğe ve ön bellekten ana sisteme iletim hızlarını ayrı olarak belirtmektedirler. Ön belleğe iletim hızı Mbit/sn, ana sisteme iletim hızı ise MB/sn cinslerinde ifade edilir.
Dosya Atama Tablosu
FAT
File Allocation Table, Türkçeye çevirmek gerekirse "Dosya Atama Tablosu". Bu sistemde partisyon her biri belli miktarda sektör içeren cluster isimli parçalara ayrılır. Ve hangi dosyaların bu cluster parçalarından hangilerine yerleştiği, hangi cluster parçalarının boş, hangilerinin dolu olduğu gibi bilgiler FAT üzerine yazılır. İşletim sistemi de herhangi bir dosyaya erişmek istediğinde dosyayı bulmak için FAT üzerine yazılan bu bilgilerden faydalanır. Her ihtimale karşı sabit disk üzerinde bir kopyası bulundurulur.
FAT16
DOS, Windows 3.1 ve OSR2 sürümü öncesi Windows 95'in kullandığı dosya sistemidir. Eski bir dosya sistemi olduğu için birtakım dezavantajları ve eksiklikleri vardır. Bunlardan bir tanesi kök dizinin (root) sınırlandırılmış olmasıdır. FAT16 sisteminde açılıştaki primary partisyona ait root dizini, FAT tablosu ve boot sektörü Cluster içinde yer almazlar ve sayısı belli olan sıralı sektörlerde tutulurlar. Bu sayının belli olması kök dizinine yapılacak eklentilerin belli bir sınırı olması sonucunu doğurur. Kısacası altdizin istenildiği kadar uzatılabilmekle birlikte kök dizinde belli uzunlukta girişle sınırlandırılmıştır. İkincisi FAT16 dosya sisteminde adresleme 16 bit olduğundan adreslenebilecek maksimum Cluster sayısı 65525tir ve bu Clusterların boyutu 32 KB olabilir (Aslında Cluster sayısı 65536 olmalıdır, ama bazıları özel amaçlar için tutulur). Bu da bizi FAT16'da kullanılan bir partisyonun 2 GB'dan daha büyük olmayacağı sonucuna götürür. Üçüncüsü FAT16 elindeki boş sabit diski ya da partisyon alanının bir şekilde elindeki Clusterlara dağıtmak zorundadır. Bu nedenle sabit diskin boyutu büyümeye başladıkça Clusterın boyutu da büyür. Örneğin 1 MB'lık bir dosya birçok Cluster üzerine sıralanıp yerleşirken 10 KB uzunluğundaki tek bir dosya bir Cluster'ı kaplar. Bu durumda özellikle disk boyutu 1-2 GB arasında ise FAT16 Cluster boyutu 32 KB olacaktır ve Cluster üzerinde 10 KB'lık dosyadan artakalan 22 KB'lık boşluk değerlendirilemeyerek boşa gidecektir. Özellikle çok miktarda ufak dosya barındıran sabit disklerde bu durum bolca olur.
FAT32
Windows 95 OSR2, Windows 98, Windows 2000 ve Linux tarafından tanınan ve FAT16'dan daha gelişmiş bir dosya sistemidir. İlk olarak FAT32'de herhangi bir kök dizin sınırlaması yoktur. İkinci olarak FAT32, FAT16'daki 16 bitlik adresleme yerine 32 bitlik adresleme kullanır. Bu da 2 TB'a kadar olan disklerin tanınmasını sağlar. Üçüncü olarak FAT32 cluster boyutunu azaltarak boş alan israfını azaltır.
NTFS
Windows NT teknolojisi ile geliştirilen disk yönetim sistemidir. Kullanılan işletim sistemleri Windows NT 4, Windows NT 5, Windows 2000, Windows XP, Windows Vista, Windows 7, Windows 8, Windows 8.1 ve Windows 10 çeşitleridir. Bunun dışında Linux işletim sistemlerine özgü formatlar da vardır.
Gelişmeler
Bildiğimiz, günümüzün sabit diskleri geliştirilerek Karma Sabit Disk ve bütünleşmiş flaş bellekten oluşan Katı Hal Disk'e dönüştürülmüştür.
Karma Sabit Disk
Bilinen 2,5 inçlik dizüstü sabit disklerine 128 MB veya 256 MB flaş bellek eklenmiştir.
Katı Hal Diski (SSD)
Bu tür, tamamen flaş bellekten oluşturulmuştur.
Geliştirmenin amacı, dizüstü bilgisayarların daha yaygın hale gelmesi ve dizüstü bilgisayarlardaki sabit disklerin düşme, sarsılma sonrası içindeki verilerin, sabit diskin bozulması sonucu kaybedilmesidir. Normal sabit diskler, 2 milisaniye içinde 350 G'ye dayanabilirken, SSD'ler 0,5 Milisaniye içinde 1500 G'ye dayanabiliyor. İçinde hareketli parça olmaması, tabii ki büyük kolaylık. Bu da, enerji tüketimini olumlu yönde etkiliyor. Normal 2,5 inçlik dizüstü sabit diskleri 2 Watt harcarken, SSD'ler 0,5 Watt harcamaktadır.
SSD'ler, ısı değişimine daha dayanıklı. Bilinen sabit diskler 0 - 60oC'de çalışırken, SSD'ler -25 - 85oC'de çalışabilir.
Zor tarafı ise, HDD'lere göre çok pahalı olması. Yalnız SSD'lerin yaygınlaşması ile fiyatların gün geçtikçe düşüşe geçtiği gözlemlenmektedir.
Sorunlar
Sabit disklerin 4500, 5400, 7200 veya 10.000 d/d ile çalışma sırasında alacağı şok darbeler (genelde 3G üzeri) okuma kolunun disk üzerine temasına sebep olurlar ve bu sektörlerdeki mekanik darbeler sonucu (bad sectors) oluşan okunamaz sektörler, bilgilerin ebediyen kaybolmaları sebep verir. Bu oluşum zamanla büyüyerek sabit disk in (Head Crash) tamamen bozulmasıyla son bulur. Buna karşı alınan tedbirlerden biri de HITACHI/IBM'nin buluşu olan Harddisk Anti Shock mekanizmasıdır. Herhangi bir şiddet anında veya sarsıntıda okuma-yazma kolu geçici bir süre için park durumuna getirilir. Bunu IBM/LENOVO Thinkpad T41 modellerinden itibaren uygulamaya başladılar.
Sabit diskler özellikle çalışma esnasında son derece hassas durumdadırlar. Çalışır durumdaki sabit diskler darbe, sarsıntı, elektriksel değişimler gibi dış etkenlerle karşılaştıklarında arızalanabilir ve veri kayıplarına yol açabilirler. Sabit disklerde oluşabilecek hataların muhtemel kaynaklarına örnek olarak:
Elektriksel arızalar,
Düşme-çarpma gibi nedenlerle diskte meydana gelen hasarlar,
Yanma, ıslanma gibi nedenlerle oluşan fiziksel hasarlar,
Diskin kullanım ömrünün dolması yüzünden yaşanan sorunlar,
gösterilebilir.