Kiintolevy

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Kiintolevy avattuna

Kiintolevy, varsin usein myös kovalevy on tietokoneeseen kiinteästi asennettu levymuisti, jota käytetään tietokoneen massamuistina. Siihen tallennetaan ohjelmat ja muut tiedostot. Se tallentaa tiedon yhden tai useamman pyörivän metalli- tai lasikiekon pinnalla olevaan magneettiseen materiaaliin.[1] Tiedot säilyvät kiintolevyllä myös ilman tehonsyöttöä.[2] Levyperustaisen kiintolevyn korvaavaksi massamuistiksi on yleistymässä SSD-puolijohdelevy, erityisesti sulautetuissa järjestelmissä.

Vaihtolevy on levy, jonka levypakan eli levykön voi vaihtaa; kiintolevyn pakkaa ei voi vaihtaa, se on kiinteä. 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).[3]selvennä[4]

Toimintaperiaate[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kiintolevyn lukuvarsi ja lukupää voimakkaasti heijastavan levypinnan päällä
1. Levypinnan rakenne:
(A) Raita
(B) Geometrinen sektori
(C) Raidan sektori
(D) Sektoreista koostuva klusteri eli rypäs

Tieto tallennetaan kiintolevyn kiekoille magneettisesti.[1] Kirjoitettu tieto kirjoitetaan bitti kerrallaan jonoihin, ympyränmuotoisille raidoille tai urille, jotka on jaettuna tasakokoisiin tallennusyksiköihin, sektoreihin. Magneettikenttiin tallennettu data saadaan muutettua sähköiseksi, kun lukupään ohi liikkuva magneettinen varaus indusoi lukupäähän heikon sähkövirran. Virran muutokset tulkataan signaaleiksi, jotka muutetaan ohjauselektroniikan avulla käyttökelpoiseen muotoon.

Levyn tallennuskapasiteetti ilmoitetaan nykyisin 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 edelleen gibitavuina, (lyhenne GiB) kahden potensseina, eli gigatavu on 230 eli 1 073 741 824 tavua.[5] Muita valmistajien ilmoittamia ominaisuuksia ovat

  • pyörimisnopeus (rpm)
  • saantiaika, keskimääräinen lukupään siirtämiseen ja pyydetyn sektorin saataville tulemiseen kuluva aika (ms)
  • tiedonsiirtonopeus, keskimääräinen jatkuva kirjoitus- tai lukunopeus kiintolevyn ja keskusmuistin välillä (Mt/s).
  • puskurimuistin koko (Mt tai MiB).
  • äänenvoimakkuus (dB (A))
  • tehonkulutus (W)
  • keskimääräinen vikaantumisväli (engl. MTBF: Mean Time Between Failure)
  • iskunkestävyys (G)

Yleisimmät PC-tietokoneisiin tai työasemiin tarkoitetut levyasemat ovat nykyään kooltaan 3,5 tuumaa. Tuumakoko tarkoittaa levyaseman sisällä olevan kiekon halkaisijaa. Tosin samankokoisissa koteloissa voi olla myös pienempiä levyjä jolloin haetaan parempaa suorityskykyä nostamalla pyörintänopeutta. Tällaisia 10 000 tai 15 000 rpm levyjä käytetään yleensä vain järeämmissä levyjärjestelmissä. Levyasemien kapasiteetti vaihtelee 40 gigatavun ja kohta myös viiden teratavun välillä, pyörimisnopeus 5 400–15 000 kierrosta minuutissa. Siirtonopeus on tyypillisesti 90-130 megatavua sekunnissa. On olemassa myös 2,5, 1,8 ja jopa 1 tuuman kokoisia kiintolevyjä, jotka ovat tyypillisesti kapasiteetiltaan pienempiä (≤ 1 teratavu). Niiden pyörimisnopeus on myös useimmiten pienempi, 5400–7200 kierrosta minuutissa. 5¼ tuuman levyt, joiden pyörimisnopeus oli tyypillisesti 3 600 rpm, ovat jo poistuneet markkinoilta.

Liitännät[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

3,5-tuumaisen Western Digital WD400 -kiintolevyn ylä- ja alapuoli.

Yleisimmät levyjen liitäntätavat ovat SATA, IDE/ATA sekä SCSI. Nykyaikainen PC:n emolevy on yleensä varustettu neljällä tai useammalla SATA-liittimellä. Vanhempia IDE-liittimiä on tarjolla useimmiten ainakin yksi.

IDE-liitäntä on hiljalleen väistymässä uudemman SATA-liitännän tieltä. Liitäntä tunnetaan myös nimillä ATA ja P-ATA. IDE-väylässä tiedonsiirto on rinnakkaista. Yhteen IDE-liittimeen voidaan kytkeä kaksi kiintolevyä.

SCSI-väylä on palvelimissa ja ammattilaislaitteissa suosittu liitäntätyyppi, joka vaatii yleensä erillisen sovitin- tai ohjainkortin. Oman ohjaimen ansiosta SCSI-kiintolevyt eivät kuormita koneen suoritinta niin kuin erillisohjaimettomat levyt. Yhteen SCSI-liitäntään voidaan standardista riippuen liittää enimmillään 8–16 laitetta.

SATA on uusin liitäntätyyppi, jossa tiedonsiirto on sarjamuotoista ATA:ssa käytetyn rinnakkaisuuden sijaan. Sarjaliitännän nopeus korvaa rinnakkaisten linjojen määrän. SATA-liitännän etuja IDE:en nähden ovat myös kapeammat kaapelit ja pienemmät liittimet, jotka vievät vähemmän tilaa tietokoneen kotelossa ja emolevyllä.

Kuluttajakäyttöön löytyy myös ulkoisia kiintolevyjä. Ulkoinen kiintolevy on yleensä tavanomaisen levyn sekä sen tarvitseman ohjaimen sisältävä ulkoinen kotelo. Kotelossa on lisäksi kaapelointi, jonka avulla sen voi kytkeä tietokoneen ulkoiseen liitäntään, kuten USB-, FireWire- tai eSATA-väylään. Näin ulkoisiin liittymiin voidaan kytkeä massatuotettuja, huokeita levyjä, jolloin myös vara- ja päivitysosien saanti on taltioiden osalta helpompaa. Ulkoisissa koteloissa voi myös olla RAID-ohjaimia, vaihtokehyksiä ja muita lisäominaisuuksia.

On myös olemassa ensisijaisesti palvelinkäyttöön tarkoitettuja fibre channel -kiintolevyjä.

Luotettavuus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kiintolevyt kuluvat käytössä suhteellisen nopeasti.[6] Kovalevyrikon riski kasvaa levyn ikääntymisen myötä. Toisaalta kovalevyt voivat rikkoutua melko todennäköisesti minkä ikäisinä tahansa. [6]

Valmistajan ilmoittama MTBF ei takaa yksittäisen levyn kestävyyttä.[7] Käytännön olosuhteet ovat varsin erilaiset kuin MTTF:n mittaamat.[6] Tutkimuksessa havaittiin, että kun valmistajat ilmoittivat MTTF-lukuja, jotka tarkoittaisivat enintään 0,88 % levyistä joutuvan vaihdettaviksi, käytännössä levyistä vaihdettiin 1–13 %.[6] Siten todellinen MTBF "miljoonan käyttötunnin" levylle on 300 000 tunnin tienoilla.[8] Tämäkin luku tarkoittaisi noin 30 vuoden yhtäjaksoista käyttöaikaa, kun tyypillisesti kovalevyjä käytetään vain muutamia vuosia. Tyypillinen käyttöikä on 3–5 vuotta, mutta kovalevy voi kestää yli kymmenenkin vuotta. [9]

On havaittu, että SCSI-, FC- ja SATA-levyjä joudutaan vaihtamaan yhtä usein. Täten on päätelty, että käyttöolosuhteet vaikuttavat vaihtotarpeeseen enemmän kuin komponentin ominaisuudet.[6] Googlen tekemässä luotettavuuskartoituksessa puolestaan selvisi, että lämpötila ja kova käyttö olivat luultua vähemmän yhteydessä kiintolevyn vikaantumiseen.[10] Koska tietty levytyyppi ei takaa kovalevyn luotettavuutta, joissakin tapauksissa on esitetty olevan perusteltua käyttää kuluttajahintaisia kovalevyjä myös datakeskuksissa.[7]

S.M.A.R.T. on epävarma tapa ennustaa tietyn levyn vikaantumista.[7] S.M.A.R.T. keskittyy mekaanisiin vikoihin, mutta sähköiset viat jäävät siltä huomaamatta.[7] S.M.A.R.T. ennustaa joidenkin vikojen ilmaantumista, mutta levy voi vikaantua S.M.A.R.T.:n sitä havaitsematta.[10]

Tilastoa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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

Maailman ensimmäinen kiintolevy, IBM 350, joka oli osa IBM 305 RAMAC -tietokonetta, tuli markkinoille vuonna 1956. Muistivälineenä oli 50 kappaletta halkaisijaltaan 24-tuumaista eli noin 61-senttimetristä kiekkoa. Koko kiintolevyyn pystyi tallentamaan 5 miljoonaa merkkiä eli alle 5 megatavua tietoa eli yhden kiekon kapasiteetti oli alle 100 kilotavua.

Kapasiteetiltaan suurimmat kiintolevyt ovat 2010-luvun alussa 3,5 tuuman kokoluokassa.lähde? Niihin voidaan tallentaa mallista riippuen jopa 3 teratavua eli 3 000 gigatavua tietoa. Tällainen kiintolevy on kapasiteetiltaan jopa yli 600 000 kertaa suurempi kuin vuoden 1956 ensimmäinen kiintolevy samalla kun sen kiekot ovat halkaisijaltaan yli 20 tuumaa pienempiä ja niitä on lukumääräisesti noin kymmenesosa kuin vuoden 1956 kiintolevyssä.

Japanilainen Toshiba esitteli maailman pienimmän sarjavalmisteisen kiintolevyn, jonka halkaisija on 0,85 tuumaa, vuonna 2004. Sen tilavimmassa mallissa oli kapasiteettia 8 gigatavua. Malli suunniteltiin MP3-soittimiin, digitaalikameroihin ja vastaaviin kannettaviin laitteisiin, mutta muistikorttien kehityksen vuoksi niiden valmistus on lopetettu.

Vuonna 2002 maailman uudesta tallennetusta tiedosta 92 prosenttia oli magneettisessa muodossa, siis lähinnä tietokoneiden kiintolevyillä ja varmistusnauhoilla.[11]

SSD-puolijohdelevy[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: SSD

Alun perin 1970-luvulla kehitettyä SSD-muistia voidaan jo käyttää kiintolevyn korvaajana. SSD-levy tallentaa tiedot magneettisen materiaalin sijasta flash-muistipiireille. Näin ollen se ei sisällä kiintolevyn mekaanista koneistoa, vaan pelkästään puolijohdepiirejä.

Laitteen virrankulutus on kiintolevyä pienempi, hakuaika nopeampi ja se on äänetön. Laitteen iskunkestävyys on myös paljon suurempi kuin kiintolevyllä, mikä on tärkeää esimerkiksi kannettavissa tietokoneissa. Laitteen liitäntä tietokoneisiin tapahtuu samoilla liitäntätavoilla kuin kiintolevynkin.

SSD on toistaiseksi valmiissa tietokoneissa vielä harvinainen, mutta on vahva suunnannäyttäjä kiintolevyjen kehitykselle.

Valmistajat[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kiintolevyjen valmistus on keskittynyt viidelle suurelle valmistajallelähde?. Historian aikana valmistajia on ollut kymmeniä, mutta pienempien valmistajien vetäytyessä markkinoilta sekä syntyneiden yritysostojen ja fuusioiden myötä jäljelle ovat jääneet vain suurimmat. Vuonna 2009 kiintolevyjä valmistavat: Seagate, Western Digital, Hitachi, Samsung ja Toshiba. Puolijohdelevyjen valmistajia on puolestaan runsaasti. Niiden markkinoita jakavat perinteiset kiintolevyvihin ja flash-muisteihin erikoistuneet valmistajat.

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]