Dysk twardy (hard drive disk, HDD) to nieulotna pamięć, która pozwala na zapisywanie i odczytywanie informacji przy pomoc urządzenia do którego jest podłączona, najczęściej komputera.
Budowa dysków twardych
Dysk twardy składa się z jednego lub więcej talerzy, czyli magnetycznych krążków, napędzanych przez silnik, na których dane zapisywane są za pomocą głowicy, a wszystko to odbywa się w zamkniętej obudowie wykonanej ze stopów metali. Właśnie między innymi ze względu na budowę oraz materiał, z którego nośniki są wytwarzane, dyski określane są jako twarde, w przeciwieństwie np. do dyskietek, taśm magnetycznych, czy płyt CD lub DVD. Wewnętrzne dyski twarde montowane w tradycyjnych stacjach roboczych (pecetach) instalowane były zwykle we wnęce na napęd i łączone z płytą główną za pomocą kabla ATA (IDE), SATA, czy SCSI. Oczywiście dysk musi być również połączony z zasilaczem, który podaje prąd do elektroniki nośnika, a ta z kolei uruchamia pozostałe elementy dysku. Dlatego wszelkie awarie zasilaczy, przepięcia w sieci, czy po prostu niewłaściwe podłączenie dysku kończą się zwykle spaleniem dysku – jego elektroniki, bądź układu mechanicznego.
Zastosowanie dysków twardych
Dyski twarde montuje się najczęściej w komputerach stacjonarnych i laptopach, a także obudowach zewnętrznych i półkach, bądź szafach serwerowych. Te instalowane w serwerach zestawiane są często w różne konfiguracje macierzy RAID, pozwalające na zwiększenie przestrzeni do przechowywania danych, bądź maksymalizację bezpieczeństwa informacji.
Komputer nie jest w stanie działać bez dysku twardego, bowiem to na nim instalowany jest m.in. system operacyjny – bez niego praca na komputerze jest praktycznie niemożliwa. Na dysku nagrywane są również programy użytkowe i osobiste pliki użytkowników. Dyski zewnętrzne, podłączane do komputera poprzez kabel USB zwykle nie są wyposażane w żaden system – nośnik sterowany jest poprzez oprogramowanie komputera, z którym jest połączony.
Coraz częściej, z uwagi na miniaturyzację nośników, dyski twarde instalowane są także w innych urządzeniach – kamerach, systemach do obsługi monitoringu, nagrywarkach, a także urządzeniach przemysłowych obsługujących np. taśmy technologiczne w zakładach produkcyjnych. W takich przypadkach dysk zawiera oprogramowanie sterujące pracą maszyny, czy projekty wytwarzanych produktów.
Pamięć ulotna i nieulotna
Wielu użytkowników myli dysk twardy z pamięcią podręczną RAM, która odpowiada za aktualnie wykonywane operacje i w której przechowywane są dane przetwarzane na bieżąco w danej chwili. Zawartość pamięci RAM ulega utracie niezwłocznie po odłączeniu jej od zasilania, dlatego nazywamy ją pamięcią ulotną, w przeciwieństwie do dysków twardych, które stanowią pamięć nieulotną. Dane na dysku nie ulegają utracie na skutek odłączenia go od źródła prądu, oczywiście pod warunkiem, że dane zostały w ogóle zapisane na nośniku. Niemniej, dysków twardych nie omija problem utraty danych, jednak wynika ona zwykle z awarii samego nośnika, bądź błędów popełnianych przez użytkowników, nie zaś z samego faktu odcięcia dysku od prądu.
Pojemności dysków twardych
Pierwsze dyski twarde miały gabaryty szafy, przy jednoczesnej bardzo małej pojemności – dysk IBM 350 wyprodukowany w 1956 roku ważył prawie tonę, miał pojemność zaledwie 5 MB i składał się z pięćdziesięciu 24 – calowych talerzy. Dziś, 56 lat później, dyski mają pojemności dochodzące do 20 TB, a gabaryty niektórych z nich osiągają rozmiar 1,8”. Przeskok technologiczny w procesie budowy, konstrukcji i pracy dysków twardych jest zatem ogromny. Zresztą z roku na rok producenci wprowadzają zmiany w procesie produkcji swoich nośników, dążąc do optymalizacji mającej na celu zwiększenie szybkości i wydajności pracy, przy jednoczesnym nieustannym zwiększaniu przestrzeni do przechowywania danych. Dyski pracujące w komputerach stacjonarnych mają zwykle rozmiar 3,5”, zaś te montowane w laptopach – 2,5”. Miniaturyzacja nośników sprawia, że na niewielkich powierzchniach talerzy upychane są coraz większe ilości danych, co sprawia, że producenci przez cały czas muszą udoskonalać technologię ich zapisu.
W jaki sposób zapisywane są i odczytywane dane na dysku?
Dane wysyłane do dysku oraz odczytywane z niego interpretowane są przez kontroler na elektronice nośnika, który steruje jego pozostałymi elementami. Kiedy zachodzi potrzeba zapisania danych, bądź uzyskania dostępu do informacji zarchiwizowanych już na nośniku, kontroler sięga do tablicy alokacji plików, by ustalić ich położenie, ewentualnie znaleźć wolne miejsce dla nowych danych. Po ustaleniu tych informacji sterownik inicjalizuje silnik, by przesunął ramię głowicy. Ponieważ poszczególne pliki rozproszone są w różnych lokalizacjach na wszystkich talerzach dysku, głowica musi przez cały czas być w ruchu, by uzyskać dostęp do wszystkich fragmentów plików.
Dyski twarde wewnętrzne i zewnętrzne
Wraz z rozwojem technologicznym oraz wytwarzaniem przez ludzkość coraz większych ilości danych cyfrowych pojawiła się pilna potrzeba rozwiązania problemu ich archiwizacji. Jednym z rozwiązań było wprowadzenie do sprzedaży dysków zewnętrznych, tj. pracujących poza komputerem, dzięki połączeniu kablem USB. Pod względem technologicznym dyski zewnętrzne tak naprawdę nie różnią się niczym od tradycyjnych HDD – po prostu zamknięte są w dedykowanej im obudowie ułatwiającej przenoszenie i chroniącej nieco dysk przez uszkodzeniami fizycznymi. Jeszcze kilka lat temu w obudowach instalowane były dokładnie te same dyski, co w komputerach, dziś różnią się nieco płytką elektroniki, dzięki czemu nie trzeba stosować dodatkowych przejściówek do połączenia ze złączem USB.
Dyski przenośne choć są wygodne w użyciu i coraz częściej stosowane przez użytkowników, są nieco bardziej narażone na awarie mechaniczne, związane z ich mobilnym charakterem. Po prostu komputer stoi zwykle w jednym miejscu, nie jest bez potrzeby przesuwany, czy przenoszony. Dysk zewnętrzny bywa w ciągłym ruchu – wykorzystywany w miejscu pracy, podczas nadgodzin w domu, czy w czasie prezentacji u klienta, co wymaga jego transportowania. Nośnik przenoszony jest najczęściej w neseserze, torebce, czy po prostu w ręku, przez co łatwo uderzyć nim wywołując uszkodzenie mechaniczne. Do usterek dochodzi często także w trakcie pracy, kiedy użytkownik przez nieuwagę pociąga za kabel nośnika, zrzucając nośnik na podłogę.
Dyski SSD konkurencją dla tradycyjnych dysków twardych
Od kilku lat dyski twarde muszą konkurować o swą pozycję z dyskami SSD, opartymi o nieco inną technologię produkcji. Dyski SSD nie posiadają układu mechanicznego i podobnie jak nośniki pamięci typu flash w całości zbudowane są z elektroniki – wszystkie elementy na dysku, w tym kość pamięci oraz kontroler sterujący pracą nośnika zainstalowane są na płycie głównej urządzenia. Dyski SSD są niezwykle wygodne w użytkowaniu, są bowiem zdecydowanie szybsze i cichsze od swoich poprzedników. Jedyną ich wadą jest dziś dosyć wysoka cena w stosunku do małych pojemności – największy dziś w sprzedaży dysk SSD mogący pomieścić 2 TB danych kosztuje ponad 2 tysiące złotych. Cena jego talerzowego odpowiednika to koszt dziesięciokrotnie niższy, czyli ok. 200 złotych. I choć wydawać by się mogło, że dyski SSD z racji swej budowy są mniej narażone na usterki fizyczne, nie posiadają bowiem wrażliwego układu mechanicznego, to statystycznie psują się nie rzadziej niż HDD – usterkom ulegają po prostu inne elementy. Natomiast koszt odzyskiwania danych z dysku opartego o technologię NAND, z uwagi na poziom skomplikowania prac może być kilkukrotnie wyższy, niż w przypadku dysków twardych
