Úložiště tvoří jeden z hlavních prvků, které se podílí na celkové rychlosti počítače. Jak se ale v discích vyznat a správně se na trhu zorientovat?
V minulém článku jsme se podívali na technologie LCD displejů a řekli jsme si, podle čeho vybrat ten správný panel pro vaše potřeby. Nyní se zaměříme na úložiště a podíváme se, jaké se nabízí možnosti. Jaké jsou hlavní rozdíly mezi plotnovými disky a SSD. Na které parametry se při výběru nového notebooku, či výměně stávajícího disku za novější, zaměřit.
Nepřehlédněte:
Rotující plotny
Primárním účelem disku je trvalé uchování dat i po vypnutí počítače a tedy odpojení napájení. Je potřeba najít způsob, jak docílit toho aby i bez napětí zůstaly data neporušena a my je tak později mohli znovu přečíst. K tomuto účelu dobře poslouží magneticky měkký materiál, u kterého můžeme v určitých bodech měnit orientaci vektoru magnetické indukce, přičemž se bez dalšího zásahu dále nemění. Tak to funguje na plotnách klasického disku.
Vodorovný a kolmý zápis na plotnu • Složení pevného disku
Plotny v pevných discích jsou právě naše nosiče dat. Jsou to nejčastěji kovové nebo skleněné destičky pokryté výše zmíněným materiálem. Na ten můžeme pomocí zapisovací hlavy s cívkou a elektrického proudu ukládat data v podobě jedniček a nul (na disku jsou interpretovány jako kladný nebo záporný vektor magnetické indukce). Plotna v pevném disku je neohebná, z toho také vychází název samotné komponenty (Hard Disk Drive). Na rozdíl od plotny v disketě, která je ohebná (anglicky floppy).
Dříve se používal zejména podélný zápis, u kterého jsou pole orientována vodorovně s plotnou disku. Při vyšší hustotách zápisu ovšem dochází k vzájemné interakci a můžeme tak o data přijít. V současné době se proto používá technologie kolmého zápisu. Vektory magnetické indukce jsou orientovány kolmo k plotně disku, můžeme tak navýšit hustotu zápisu a je možné dosahovat větších kapacit u stejně velkých ploten. Pro kolmý zápis bylo ovšem nutné vyvinout novou hlavu a pod datovou vrstvu přidat vrstvu další.
Pohyb hlavy vúči plotně • Hlava disku zblízka
Při přechodu z kladně orientovaného vektoru magnetické indukce na záporně orientovaný se v cívce čtecí hlavy indukuje elektrický proud. Na základě této fyzikální vlastnosti jsme schopni zpětně odečíst uloženou hodnotu. V běžných pevných discích bývá umístěno několik ploten nad sebou, přičemž dochází k zápisu na obě jejich strany. Každá strana plotny tak má i svou čtecí hlavu. Prvek, který dopraví čtecí hlavu na správné místo, se nazývá vystavovací mechanismus. Bývá poháněn přesným krokovým motorkem, dnes však již častěji lineárním motorkem.
Podle rychlosti otáčení rozlišujeme disky na dvě hlavní kategorie. Disky s 7 200 otáčkami za minutu a 5 400 ot./min. Větší rychlost otáčení samozřejmě znamená kratší přístupovou dobu a tím rychlejší přesun dat, či jejich načítání. Pomalejší disky jsou naopak tišší a také se o něco méně zahřívají. Disky s otáčkami 7 200 ot./min však nejsou nejrychlejší, existují i ještě rychlejší, například až s 15 000 ot./min. Takové disky se ale do běžných domácích počítačů neumisťují, natož do notebooků.
Motorek disku • Vnitřní části disku bez obalu
Dalším rozlišovacím prvkem je velikost plotny pro ukládání dat. Standardně dělíme na 2,5" a 3,5" rozměry. V noteboocích pak najdeme pouze 2,5“ disky. Mají menší plotnu, na kterou se vejde méně dat, jsou ale energeticky úspornější a především jsou fyzicky menší. Větší 3,5" disky se používají ve stolních počítačích, kde nejsou kladeny takové nároky na rozměry, spíše na větší kapacitu. Jiné rozměry se vyrábějí také, nasazují se ale většinou ve speciálních strojích.
Plovoucí hradlo je rychlejší
Rozšiřující se SSD už klasické pevné disky z notebooků vytlačují. Jedná se o uložiště, které nemá žádnou pohyblivou část, proto také jeho název - Solid State Drive. Místo točící se plotny a pohybující se čtecí hlavy je uvnitř flash paměť. Ta se skládá z pole unipolárních tranzistorů s plovoucím hradlem, přičemž jeden tranzistor reprezentuje jeden bit informace (SLC – Single Level Cell).
Princip uložení hodnoty (0 nebo 1) je následující. Tranzistor s plovoucí hradlem je klasický MOSFET, jen má dvě hradla. Jedno ovládací hradlo (Control Gate) a druhé plovoucí (Floating Gate). Plovoucí hradlo říkáme, protože se nachází ve vrstvě oxidu, která ho dělí od NPN přechodu, díky jeho izolaci je možno přivedené elektrony na něj „uložit“. Elektrony na plovoucím hradle poté ovlivňují prahové napětí tranzistoru. To znamená, že musí být přivedeno větší napětí na kontrolní hradlo, aby došlo k sepnutí tranzistoru. Přivedením napětí o velikosti někde mezi původním prahovým a současným prahovým napětím, tak můžeme ověřit, zda je plovoucí hradlo záporně nabito elektrony a přečíst tak stav tranzistoru.
MOSFET s plovoucím hradlem • NAND chip na 256 GB SSD Samsung, dohromady jich je na celém disku 16
V případě MLC (Multi Level Cell), buňky které ukládají větší informaci než jeden bit, odečítáme konkrétní hodnotu proudu, abychom dokázali přesněji určit náboj na plovoucím hradle, a nezajímá nás jen, zda tranzistor sepnul nebo ne. Pro vymazání se přivede větší napětí mezi kontrolní hradlo a elektrodu source, elektrony jsou poté z plovoucího hradla vysány.
Obrovskou výhodou SSD disků oproti těm plotnovým je přístupová doba. V praxi jsou mnohem rychlejší, zároveň naprosto tiché a jsou energeticky úspornější. Rovněž se nemusíte bát o poškození disku vlivem pádu. Úsporu času můžeme pozorovat asi nejvíce u startu nebo probouzení počítače, kdy je načtení dat u flashového uložiště mnohem rychlejší.
SSD v obalu o shodné velikosti jako 2,5" disky • SSD do slotu mSATA • SSD bez obalu
Zásadní vliv zde pak má fragmentace dat na disku. Zatímco u SSD to není žádná překážka a čtení či zápis do různých sektorů nemá žádný vliv na rychlost, u plotnových disků je to přesně naopak. Čtení fragmentovaných dat znamená neustále přetáčení plotny a posouvání hlavy na správné místo. Doporučuje se proto často defragmentovat plotnové disky, aby se soubory dat umístily na plotně co nejblíže k sobě. U SSD disku se defragmentace důrazně nedoporučuje z důvodu opotřebování buněk, které mají omezenou životnost. Provedená defragmentace na rychlost SSD disku stejně nemá žádný vliv.
Výkon SSD disků časem slábne. Zejména s ubývajícím volným prostorem nebo v případě, když je potřeba zapisovat data do již obsazených buněk, které se mají přemazat. Děje se tak, když operační systém spolu s diskem nesprávně komunikuje. Operační systém totiž bloky určené ke smazání pouze označí jako nepoužívané, ale nesmaže je. Disk potom musí danou buňku nejprve přečíst, nastavit na nulu a až poté zapsat potřebnou hodnotu. Tento problém se řeší pomocí příkazu TRIM. Ten zajišťuje, aby měl SSD disk o volném prostoru lepší informace. SSD disk tak může s větší efektivitou přistupovat k buňkám a rozkládat data tak, aby docházelo k rovnoměrnému opotřebení všech buněk.
