SSD disky – 1. díl

SSD disky jsou poměrně čerstvou novinkou a pravděpodobně se s nimi v budoucnu budeme potkávat i v běžných uživatelských počítačích. Zatím se díky své vysoké ceně usadily v oblasti serverů. V prvním díle bych se chtěl zaměřit na současné technologie využívané k záznamu dat a ukázat jejich výhody a nevýhody. V druhém díle se už vrhneme na samotné SSD disky.

Pevný disk

Pevný disk


Současné zařízení pro ukládání dat pracují nejčastěji na principu magnetické indukce. Nejznámějšími zástupci jsou magnetická páska, disketa a pevný disk. První dva patří již historii, s magnetickou páskou se ještě můžeme setkat v případech, kdy je potřeba zálohovat velké objemy dat.

Abychom si mohli popsat funkci pevného disku, potřebujeme zabrousit do fyziky, přesněji do magnetismu. Magnetismus je fyzikální jev, který se projevuje silovým působením na pohybující se nabitá tělesa. Známe několik druhů magnetismu – diamagnetismus, ferrimagnetismu, ferromagnetismus, antiferromagnetismus a paramagnetismus. V souvislosti s datovými médii nás budou zajímat hlavně ferromagnetismus.

Ferromagnetismus je nejsilnější formou magnetismu. Materiály, které jej vykazují se skládají z tzv. Weissových domén. Všechny magnetické dipóly v rámci jedné domény mají shodnou orientaci. Výsledný magnetický moment jednotlivých domén je v nepřítomnosti vnějšího magnetického pole orientován náhodně a proto se látka navenek jeví jako nemagnetická (momenty jednotlivých domén se navzájem vyruší). Jakmile na materiál začneme působit vnějším magnetickým polem, dojde ke sjednocování orientace momentů jednotlivých domén s tímto polem. Vnějším projevem tohoto efektu je zesílení působícího magnetického pole, zesílení bude tím větší, čím silnější bude budící pole. Mezi ferromagnetické materiály patří např. kobalt, železo, nikl a některé jejich slitiny.

Po malém připomenutí fyziky ze střední školy se vraťme zpět k pevným diskům. Jejich konstrukce je dosti složitá, ale my se podíváme jen na nejdůležitější části. Disk můžeme rozdělit na plotny poháněné motorkem, čtecí a zápisové hlavy a řídící elektroniku.

Diskové plotny jsou kovové (hliníkové) nebo skleněné kulaté desky, pokryté tenkou (10-20 nm) vrstvou ferromagnetického materiálu (nejčastěji jde o slitinu kobaltu). tato vrstva slouží jako nosič dat. Je rozdělena na obrovský počet magnetických oblastí o velikosti asi 200-250 nm na délku a 25-30 nm na šířku. Každá tato oblast reprezentuje jeden bit informace a podle směru magnetizace nabývá hodnot 0 nebo 1. To odpovídá hustotě asi 15,5 GB na čtvereční centimetr. Aby bylo dosaženo potřebné kapacity, obsahuje každý disk více ploten, v jejichž středu je umístěn společný rotor.

Čtecí/zápisová hlava
Čtecí a zápisová hlava je zařízení, které se pohybuje nad plotnami disku a převádí magnetické pole na informaci nebo naopak zapisuje na disk informaci ve formě magnetizace jednotlivých domén. Vzdálenost hlavy od plotny disku je asi 3 nm a je udržována pomocí vzduchového polštáře. Pokud se během provozu hlava dotkne rotujících ploten, dojde k nevratnému poškození povrchu disku (tzv. head crash). Pohyb hlavy je ovládán pomocí lineárního elektromotoru (dříve byl používán krokový motor), který pracuje proti magnetickému poli silného, permanentního magnetu (nejčastěji na bázi slitin neodymu nebo gadolinia). Doba, která je potřebná k přípravě hlavy ke čtení (tzn. nastavení a ustálení hlavy v potřebné poloze a nalezení začátku bloku dat na plotně) se nazývá latence. U běžných disků se pohybuje kolem 9 ms, u rychlejších disků určených pro servery může dosahovat pouhých 3 ms.

Řídící elektronika slouží ke koordinaci pohybu hlav, ovládá rotaci ploten a samozřejmě zajišťuje komunikaci disku. V současné době se používají tři základní rozhranní – ATA (dnes již zasataralé), SATA a SCSI.

V toto článku jsem chtěl přiblížit funkci klasických pevných disků, na závěr se podíváme na jejich klady a zápory. Velkou výhodou je nízká cena za 1 GB a vysoká kapacita současných pevných disků (která silně převyšuje kapacitu dostupných SSD disků). Nevýhodou je poměrně vysoká poruchovost a nízká životnost, která je dána přítomností pohyblivých součástí (plotny, hlava), citlivostí ploten i hlavy na prach, dále je problémem i možnost znehodnocení dat působením vnějšího magnetického pole a samozřejmě poměrně velká spotřeba energie a velké množství vyzařovaného tepla.

V příštím díle se už podrobně podíváme na slibované SSD disky.

O Zdeněk Moravec

Autor v současné době dokončuje postgraduál v oboru anorganická chemie. Mezi jeho koníčky patří tvorba webových aplikací, programování v jazycích Java, .NET (C#), Perl, elektronika a sport (běh). Hojně využívá sázecí systém LaTeX.