Kiintolevy

Wikipedia

Tämä artikkeli tai sen osa sisältää päällekkäistä tietoa artikkelin Levymuisti kanssa.
Yhdistämisestä saatetaan keskustella artikkelin keskustelusivulla.

Kiintolevy avattuna.

Kiintolevy (puhekielessä usein kovalevy tai kovo^[1]) on levymuisti, tietokoneen pitkäaikainen massamuisti. Se tallentaa tiedon yhden tai useamman pyörivän metalli- tai lasikiekon pinnalla olevaan magneettiseen materiaaliin. Tiedot säilyvät kiintolevyllä myös ilman tehonsyöttöä.

Vaihtolevy on kovalevy, jonka levypakan eli levykön voi vaihtaa; kiintolevyn pakkaa ei voi vaihtaa. Umpilevyn (eli winchester-levyn, winsun) kiekot ja lukupäät ovat pölytiiviissä kotelossa. Ensimmäinen umpilevy, IBM 3340, sai lempinimensä Winchester siitä, että se suunniteltiin käyttämään kahta 30 megatavun vaihtolevypakkaa (eräs aikanaan Winchester-kiväärejä varten lanseerattu keskisytytteinen kiväärikaliiperi on 30-30).

[muokkaa] Toimintaperiaate

Kiintolevyn lukupää

Kiintolevyn kiekoille tieto tallentuu magneettisesti. Kirjoitettu tieto kirjoitetaan bitti kerrallaan jonoihin, ympyränmuotoisille raidoille tai urille. Magneettikenttiin tallennettu data saadaan muutettua sähköiseksi, kun lukupään ohi liikkuva magneettinen varaus indusoi siihen sähkövirran. Virran muutokset tulkataan signaaleiksi, jotka muutetaan ohjauselektroniikan avulla käyttökelpoiseen muotoon.

Levyn tallennuskapasiteetti ilmoitetaan gigatavuina (lyhenne Gt tai GB, 1 000 000 000 tavua) tai joskus megatavuina (lyhenne Mt tai MB, 1 000 000). On syytä huomata, että käyttöjärjestelmät esittävät levyn kapasiteetin yleensä gibitavuina, kahden potensseina, eli gigatavu on 2³⁰ eli 1 073 741 824 tavua. Muita valmistajien ilmoittamia ominaisuuksia ovat

tehonkulutus (W)
kierrosnopeus (rpm)
äänekkyys (db (A))
keskimääräinen vikaantumisväli (engl. MTBF: Mean Time Between Failure)
iskunkestävyys (G).

Yleisimmät PC-tietokoneisiin tai työasemiin tarkoitetut levyasemat ovat nykyään kooltaan 3,5 tuumaa. Niiden kapasiteetti vaihtelee 40 GB:n ja 1 TB:n välillä, pyörimisnopeus 7 200 rpm–15 000 rpm (kierrosta minuutissa). Siirtonopeus on tyypillisesti 50 megatavua sekunnissa, On olemassa myös 1,8 ja 2,5 tuuman kokoisia kannettavien tietokoneiden kiintolevyjä, jotka ovat tyypillisesti kapasiteetiltaan pienempiä (8–250 GB) kuin pöytäkoneiden vastaavat. Niiden pyörimisnopeus on myös pienempi (4200–5400 rpm, joissain malleissa 7 200 rpm) virrankulutuksen vähentämiseksi. 5¼-tuuman levyt ovat jo poistuneet markkinoilta.

[muokkaa] Liitännät

Western Digital WD400 3,5" kiintolevy ylä- ja alapuolelta kuvattuna. 40 Gt, 7200 rpm.

Yleisimmät levyjen liitäntätavat ovat IDE/ATA, SCSI sekä SATA.

PC-tietokoneen emolevy on yleensä varustettu kahdella (tai uusimmissa, SATA-painotteisilla vain yhdellä) ATA eli IDE-liitännällä. Kumpaankin IDE/ATA-liitäntään voidaan liittää kaksi laitetta (CD/DVD-asemia, levyasemia, nauha-asemia) master ja slave. Laite, joka liitetään IDE/ATA-väylään, määritellään toimimaan slavena tai masterina siltauksilla.

SCSI-väylä (sl. lausutaan "skasi") on palvelimissa ja ammattilaislaitteissa suosittu liitäntätyyppi, joka mahdollistaa useampien laitteiden liittämisen sekä laitteiden nopeamman toiminnan. SCSI-laitteet vaativat yleensä oman sovitin- tai ohjainkortin. SCSI-kiintolevyt eivät kuormita koneen suoritinta niin paljon oman ohjaimensa ansiosta. Yhteen SCSI-liitäntään voidaan liittää huomattavasti enemmän laitteita kuin IDE/ATA-väylään.

SATA tai S-ATA (Serial ATA) on uusin liitäntätyyppi, jossa tiedonsiirto on sarjamuotoista entisten rinnakkaisten linjojen sijaan. Sarjaliitynnän nopeus korvaa rinnakkaisten linjojen määrän. Liitynnässä käytävä keskustelu on samanlaista kuin SCSI-liitännässä.

Kuluttajakäyttöön löytyy myös ulkoisia USB- ja FireWire-väylään kytkettäviä kiintolevyjä, jotka ovat näppäriä tietojen siirrossa koneelta toiselle sekä varmuuskopioinnissa.

Näiden lisäksi on myös ensisijaisesti palvelinkäyttöön tarkoitettuja fibre channel -kiintolevyjä.

Yleinen tapa toteuttaa "ulkoinen kiintolevy" on käyttää ulkoista koteloa joka sisältää tavanomaisen levyn sekä tarvittavan ohjaimen, logiikan tai/ja kaapeloinnin sen kytkemiseen ulkoiseen liitäntään joka koneesta löytyy. Tällä tavoin tavallisia levyjä voi näennäisesti liittää muun muassa USB tai Centronics (rinnakkais) liitäntöihin varsinaista ulkoista toimintaa tukevien väylien (esimerkiksi SCSI) lisäksi. Tällaisissa koteloissa voi usein olla myös RAID ohjaimia, vaihtokehyksiä ym lisäominaisuuksia. Tällä tavoin moninaisiin liitäntöihin voidaan kytkeä samanlaisia massatuotettuja huokeita levyjä ja vara- ja päivitysosien saanti on taltioiden osalta helpompaa.

[muokkaa] Luotettavuus

Kiintolevyt kuluvat käytössä nopeasti^[2]. Mitä vanhemmat levyt ovat kyseessä, sen todennäköisemmin ne joudutaan vaihtamaan^[3].

SCSI-, FC- ja SATA-levyjä joudutaan vaihtamaan yhtä usein, joten käyttöolosuhteet vaikuttanevat vaihtoihin enemmän kuin komponentin ominaisuudet^[4]. Niinpä, kun yksi saman ryhmän levyistä rikkoutuu, toisenkin rikkoutuminen on todennäköistä^[5] Jotkut ihmiset kannattavat tavallisten, kuluttajahintaisten levyjen käyttöä myös datakeskuksissa^[6].

Valmistajan ilmoittama MTBF ei takaa yksittäisen levyn kestävyyttä^[7]. Käytännön olosuhteet ovat varsin erilaiset kuin MTTF:n mittaamat^[8]. Tutkimuksessa havaittiin, että kun valmistajat ilmoittivat MTTF-lukuja, jotka tarkoittaisivat enintään 0,88% levyistä joutuvan vaihdettaviksi, käytännössä levyistä vaihdettiin 1–13%^[9]. Siten todellinen MTBF "miljoonan käyttötunnin" levylle on 300 000 h tienoilla^[10].

Googlen suuressa tutkimuksessa selvisi, että lämpötila ja kova käyttö olivat luultua vähemmän yhteydessä kiintolevyn vikaantumiseen^[11].

S.M.A.R.T on lähes kelvoton tapa ennustaa tietyn levyn vikaantumista^[12]. S.M.A.R.T. keskittyy mekaanisiin vikoihin, mutta sähköiset viat jäävät siltä huomaamatta^[13]. S.M.A.R.T. ennustaa joidenkin vikojen ilmaantumista, mutta levy voi vikaantua S.M.A.R.T.:n sitä havaitsematta^[14].

[muokkaa] Tilastoa

IBM 305 RAMAC vuodelta 1956. Etualalla kaksi IBM 350 -kiintolevykaappia yhteiskapasiteetiltaan 10 megatavua.

Maailman ensimmäinen kiintolevy, IBM 350, joka oli osa IBM 305 RAMAC -tietokonetta, tuli markkinoille 1956. Siinä käytettiin 50 kappaletta läpimitaltaan 24-tuumaista eli noin 61-senttimetristä kiekkoa. Levyn kapasiteetti oli alle 5 megatavua, jolloin yhden kiekon kapasiteetiksi muodostui alle 100 kilotavua.

Vuonna 2002 maailman tallennetusta tiedosta 92 prosenttia oli magneettisessa muodossa, siis lähinnä tietokoneiden kiintolevyillä ja varmistusnauhoilla.^[15]

Toshiba esitteli maailman pienimmän sarjavalmisteisen, 0,85" kiintolevyn vuonna 2004. Sen kalleimmassa mallissa on nykyisin kapasiteettia 8 gigatavua.

Ensimmäinen teratavun eli 1024 gigatavun kiintolevy, Hitachi 7K1000, julkistettiin vuoden 2007 alussa 3,5" kokoluokassa. Sen kapasiteetti on 200 000 kertaa suurempi, samalla kun se on tuumakooltaan yli 20 tuumaa pienempi sekä käyttää huomattavasti vähemmän kiekkoja kuin vuoden 1956 ensimmäinen kiintolevy.