Háttértárak A háttértár olyan számítógépes hardver, amely nagy mennyiségű adatot képes tárolni, és azokat a számítógép kikapcsolása után is megőrzi. A mai számítógépek bináris számokkal dolgoznak, minden adatot (kép, hang, egyéb) számok formájában dolgoznak fel és azokat kell, hogy eltárolják. A tároló eszközök különböző (mechanikai, mágneses, elektronikus és optikai) elveken tárolják az adatokat. Merevlemez (winchester) = HDD = hard disc drive = merevlemezes meghajtó A merevlemezben több, egymás felett elhelyezkedő, mágneses réteggel bevont könnyűfém lemezt helyeznek el. Az adatokat ebben az esetben az író-olvasó fej segítségével lehet elérni. Minden lemezhez tartozik egy-egy ilyen fej, amelyet egy fejmozgató egységre szerelnek fel. Az állandó sebességgel, gyorsan forgó lemezektől a fej kis távolságban mozog. A fej körülbelül 1 nanométeres légpárnán repül a lemez felett, ezért egy apró porszem is tönkreteheti azt. 1
A forgási sebességet rpm-ben adják meg, rotations\minute, azaz percenkénti fordulatszám, fordulat per perc ). Ez általában 5400 7200, SCSI csatolásúaknál 10.000 15.000 közötti érték. Összeszerelésük ezért speciális körülmények között, pormentes üzemcsarnokban, úgynevezett tisztatérben történik. A merevlemezek zárt külső borítása védi az adatokat tartalmazó lemezeket a külső mechanikai sérülésektől és szennyeződésektől. A merevlemezben elhelyezkedő lemezek sávokra, a sávok pedig szektorokra vannak beosztva. A merevlemezek nem egy szektort, hanem egyszerre többet kezelnek. A több egységből álló szektort klaszternek nevezzük. A merevlemezeket a számítógép házába építik be, a külső, hordozható háttértárolók bármelyik számítógépben felhasználhatóak. Az első merevlemezt az IBM angliai Winchester városa mellett található Hursleyparki laboratóriumában fejlesztették ki, ezért kapta a winchester nevet. Az adatok lemezre írásakor az író-olvasó fejbe áramot vezetnek attól függően, hogy a jel egyes vagy nulla. Ez az áramimpulzus az író-olvasó fejben mágneses teret gerjeszt. A mágneses tér megmágnesezi a kör alakú lemez egy adott pontját. Az adatok beolvasásakor az író-olvasó fej repül a mágneses lemezfelület felett. Ha a lemez egy mágneses pontja a fej alá kerül, akkor a fejben a mágneses tér miatt egy pillanatra áram keletkezik. Ez az áram erősebb, vagy gyengébb, így a jel egyes vagy nulla lesz. Mindez a mágneses indukció elvén működik. 2
Tárolókapacitás: ez jellemzi a winchestert abból a szempontból, hogy mennyi adat fér rá, a kezdetekben csak pár megabájt volt, manapság már 80 GB 8 TB között mozog. Csatolófelület: ezen keresztül történik az adatátvitel, több fajta létezik: ATA (PATA), SATA (SATA I, SATA II, SATA III), SCSI, SAS (Serial Attached SCSI), FC (Fiber Channel). A merevlemezt az egyre nagyobb kapacitású, gyorsabb, és sokkal kisebb fogyasztású flash memóriák, azaz szilárdtest meghajtók (SSD) szoríthatják ki, először a hordozható számítógépek terén. Több merevlemezgyártó tervezi nemsokára a hibrid merevlemezek bevezetését, amelyek ötvözik a két technikát. Az SSD-k hátránya a rövidebb élettartam. Particionálás: A merevlemezt particionálással több logikai meghajtóra oszthatjuk fel. Ezek a partíciók fizikailag egy lemezen vannak, ám az operációs rendszer több meghajtóként érzékeli, és kezeli őket. Formattálás/Formázás: Ahhoz hogy a mágneslemezeken lévő mágneses réteg alkalmas legyen adatok tárolására, létre kell hozni a tároláshoz szükséges rendszert. Ezt formattálásnak vagy formázásnak nevezzük. Formázáskor jönnek létre a sávok, szektorok. A formattálást egy bizonyos partícióra hajtjuk végre. Formattáláskor az adott partíción lévő fájlok törlődnek. Fájlrendszer: Ahhoz, hogy fájlokat tároljunk egy merevlemezen, a PC-nek fájlrendszerre van szüksége, amely megadja a fájl nevét, helyét. Hasonlít egy katalógusra. Ma az NTFS-t (New Technology File System) rendszert használjuk. Töredezettség: A HDD-n lévő fájlok egy idő után logikailag töredezetté válnak. Oka az, hogy a merevlemez nem tud egy szektornál kisebb egységet címezni, így amikor ír egy fájlt, és az nem tölti be teljesen a szektort, kihasználatlan hely keletkezik. Ezt az állapotot töredezettségnek nevezzük. Ezt különböző szoftverek segítségével könnyen lehet orvosolni. A merevlemezek, biztonságosak, tartósan eltárolják legalább 5 évig az adatokat. Gyorsak, de az SSD-k gyorsabbak. Nem érzékenyek a hőmérséklet változásaira, viszont nem érheti őket mágnese hatás. Működés közben nem viselik el a durvább mozgatást, ütést. Áramszünet esetén sérülhetnek a rajtuk tárolt adatok. 3
Az optikai meghajtók A CD lemez A 80-as évek elején felmerült, hogy létrehoznak egy olyan eszközt és adathordozó médiumot, amely a korábbi, mágneses elven működő adathordozók hibáit, korszerűtlenségét kiküszöböli. A digitális technikát alkalmazó lézer hanglemez, a CD-A 1982-ben jelent meg, melyet a Philips és a Sony fejlesztett ki. A CD (Compact Disc = préselt lemez) 700 MB kapacitású optikai tároló, amely hang, kép, valamint adat digitális formátumú tárolására használatos. Méreteit tekintve a CD 120 mm átmérőjű, és 1,2 mm vastag. Léteznek Mini CD lemezek, 80 mm-es átmérővel is. Az írható CD-ken az információt a polikarbonát-hordozó réteg alatt elhelyezkedő nagyon vékony, filmszerű szerves festékrétegbe égetik be. Erre a célra infravörös lézerdiódákat alkalmaznak. Ezek fényét fókuszálva a festékrétegben maradandó, kis tűszerű kráterek (pitek), elváltozások keletkeznek. Az információ kiolvasása szintén lézerfény segítségével történik, csak csökkentett energiaszinttel. Az optikai tárolók működése a fény visszaverődésén alapul, a különböző fényvisszaverési értékű területek hordozzák az információtartalmat. Íráskor a lemezre irányított lézersugár, amelynek intenzitása nagyon nagy, lokálisan felmelegíti, megégeti a lemezt, és megváltoztatja az 1 bitnyi terület fényvisszaverő tulajdonságát. Olvasásakor az olvasó lézersugár segítségével, a visszaverődő fény alapján érzékeli az adathordozó rétegen található bemélyedéseket (pit) és sima felületeket (land). A letapogatás során egy alacsony teljesítményű lézersugár fókuszálódik a lemez felületére. A visszavert fény az optikai fejbe jut, majd egy tükörrendszer vetíti azt egy fényérzékeny elemre. A pit-ekről a fény jóval kisebb mennyiségben verődik vissza, mint a land-ekről. A visszavert fény az optikai fej érzékelőjében elektromos jellé alakul. Mivel az információt lézersugár olvassa ki, ezért a lemez nincs kitéve komoly fizikai igénybevételnek. A CD-k fizikai felépítésük szerint a következők szerint csoportosíthatók: CD-ROM = préseléssel készült (csak olvasható) CD-R (egyszer írható) CD-RW (újraírható, azaz legalább 1000-szer letörölhető és új adatok írhatók rá) 4
Az optikai lemezeknél is vannak szektorok. Csak egyetlen spirális sáv van, mely belülről indul, és hossza 5.734 méter. Mivel a szektorok fizikai hossza állandó, ezért, ha a forgási sebesség állandó lenne, akkor a spirálnak az olvasó fejhez viszonyított sebessége a lemez külső részén sokkal nagyobb lenne, mint a lemez belső részein. Az optikai meghajtó olyan rendszert használ, mely képes változtatni a meghajtó sebességét attól függően, hogy a lemez melyik részét olvassa. Mint minden lemezes adattárolónál, az optikai adattárolók írásához és olvasásához is meghajtóra van szükség. A meghajtók lehetnek a számítógép házba építettek, vagy külsőleg csatlakoztathatóak. DVD (Digital Video Disc / Digital Versatile Disc) - 1995 A DVD külsőre hasonlít a CD-lemezekhez. Tárolási kapacitása azonban nagyságrendekkel nagyobb annál, mivel rövidebb hullámhosszú lézert használ. A DVD-n csökkent a pit-ek mérete, ezáltal megnőtt a spirális sávok sűrűsége, ezért egy ugyanakkora méretű lemez nagyobb mennyiségű információt tud tárolni: 4,7 GB-tól egészen 18 GB-ig. 5
A DVD két 0,6 mm vastagságú lemez összeragasztásával készül. Mindkét oldalon tárolhat adatokat, sőt egy oldalon két réteg is kialakítható. Az oldalak és a rétegek számának kombinálásából jött létre a DVD négy alaptípusa. A DVD meghajtókban általában elhelyeznek nagyobb hullámhosszúságú lézerfényt is, amely a CD-k olvasására is alkalmas. Kétféle írási technológiával lehet a lemezeket írni, a DVD-R és a DVD+R lemezek bevonata különböző, de manapság olyan meghajtókat gyártanak, melyek már képesek felismerni és írni mindkét fajtát. BD Blu-ray Disc - 2006 A Blu-ray lemezekre az adatok rögzítése úgy történik, hogy egy erősen fókuszált lézersugár a lemez adathordozó rétegében deformációt hoz létre, hasonlóan a DVD lemezekhez. Az adatokat kék lézersugár írja fel és olvassa ki. Az adatok körkörös spirálvonal mentén helyezkednek el. A kisebb fénynyalábbal pontosabban lehet fókuszálni. A kisebb gödröcskék, a kisebb fénysugár, és a rövidebb sáv-hüvelyk együttese révén az egyrétegű Blu-ray lemezen 25 GB információt tudunk tárolni, egy dupla rétegű Blu-ray lemezen pedig 50 GB-nyi adat tárolható. 6
SSD = Solid State Drive - 2007 Az SSD magyarul szilárdtest-meghajtó, félvezetős memóriát használó adattároló eszköz. Bővebben, az SSD egy olyan, mozgó alkatrészek nélküli adattároló eszköz, ami saját memóriában tárolja az adatot, a számítógéphez a merevlemezekhez hasonlóan SATA vagy egyéb csatlakozófelülettel. Az SSD eszközökben a gyártók különböző típusú memóriákat használhatnak, mint pl. flash vagy különböző RAM fajták ezt az ár- és a teljesítmény-igények határozzák meg. A szilárdtest szó arra utal, hogy ez a technológia nem tartalmaz mozgó alkatrészeket, mint a hagyományos merevlemezek. A mozgó alkatrészek hiánya miatt kevésbé sérülékeny, mint a hagyományos merevlemez, hangtalan, kevés hőt termel, nincsenek a mechanikából adódó késleltetések, az adathozzáférés egyenletesen gyors. Az SSD-ket előszeretettel építik be laptopokba, notebook-okba, netbook-okba, valamint PC-kbe is, annak ellenére, hogy ezek tárolási egységre vetített ára nagyobb, mint a hagyományos merevlemeznek. Emiatt ahol lehetőség van több adattárolót alkalmazni, ott elsődlegesen az operációs rendszer és programok gyorsítására használják, az egyéb adatokat hagyományos merevlemezeken tárolják. A nem felejtő memórián alapuló SSD-k nem régen jelentek meg, de egyre nagyobb szerepet kapnak. A flash memória leglényegesebb tulajdonsága, hogy áramfelhasználás nélkül is megőrzi az adatokat. Előnyök a merevlemezzel szemben: rövid indulási idő, nincs felpörgés mozgó alkatrészek teljes hiánya olvasási sebesség 520 MB/s írási sebesség 320 MB/s alacsony áramfelvétel kis hőtermelés zaj teljes hiánya (nincsenek mozgó alkatrészek, például motor vagy fej) mechanikai megbízhatóság képes elviselni szélsőséges ütést, vibrációt, nyomást, hőmérsékletet széles hőmérsékleti tartományban képes működni a tipikus merevlemez 5 +55 C között, míg a flash SSD -40 +85 C között is működőképes viszonylagosan állandó olvasási és írási teljesítmény kis fizikai méret és tömeg 7
Az SSD hátránya az, hogy az újraírások száma korlátozott. Kezdetben a flash memória maximum 10.000-szer volt írható, manapság ez akár az 5 milliót is elérheti. Normál méretű Kingston SSD és egy M-SATA csatolós mini SSD. Merevlemez és SSD belseje. 8