Kiintolevy

Wikipedia

Kiintolevy avattuna.

Kiintolevy, kovalevy tai umpilevy (puhekielessä joskus kovo^[1][2]) 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.^[3] Tiedot säilyvät kiintolevyllä myös ilman tehonsyöttöä.^[1] 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).

[muokkaa] Toimintaperiaate

Kiintolevyn lukupää

Kiintolevyn kiekoille tieto tallentuu magneettisesti.^[3] 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)
• hakuaika, uuden tiedon kohdalle lukupäältä siitymiseen kuluva aika (ms)
• tiedonsiirtonopeus, suuren tietomäärän kirjoitus- tai lukunopeus kiintolevyn ja keskusmuistin välillä (Mt/s).

Yleisimmät PC-tietokoneisiin tai työasemiin tarkoitetut levyasemat ovat nykyään kooltaan 3,5 tuumaa. Niiden kapasiteetti vaihtelee 40 GB:n ja 2 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 (8–500 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

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.

[muokkaa] Luotettavuus

Kiintolevyt kuluvat käytössä suhteellisen nopeasti.^[4] Kovalevyrikon riski kasvaa levyn ikääntymisen myötä. Toisaalta kovaleyt voivat rikkoutua melko todennäköisesti minkä ikäisinä tahansa. ^[4]

Valmistajan ilmoittama MTBF ei takaa yksittäisen levyn kestävyyttä.^[5] Käytännön olosuhteet ovat varsin erilaiset kuin MTTF:n mittaamat.^[4] Tutkimuksessa havaittiin, että kun valmistajat ilmoittivat MTTF-lukuja, jotka tarkoittaisivat enintään 0,88% levyistä joutuvan vaihdettaviksi, käytännössä levyistä vaihdettiin 1–13%.^[4] Siten todellinen MTBF "miljoonan käyttötunnin" levylle on 300 000 h tienoilla.^[6] Tämäkin luku tarkottaisi n. 30 vuoden yhtäjaksoista käyttöaikaa, kun tyypillisesti kovalevyjä käytetään vain muutamia vuosia. Tyypillinen käyttöikä on 3-5 vuotta, mutta kovalevy voi kestää yli kymmenenkin vuotta. ^[7]

On havaittu, että SCSI-, FC- ja SATA-levyjä joudutaan vaihtamaan yhtä usein. Täten on päätelty, että käyttöolosuhteet vaikuttavat vaihtotarpeeseen enemmän kuin komponentin ominaisuudet.^[4] Googlen tekemässä luotettavuuskartoituksessa puolestaan selvisi, että lämpötila ja kova käyttö olivat luultua vähemmän yhteydessä kiintolevyn vikaantumiseen.^[8] Koska tietty levytyyppi ei takaa kovaleyn luotettavuutta, joissakin tapauksissa on esitetty olevan perusteltua käyttää kuluttajahintaisia kovalevyjä myös datakeskuksissa.^[5]

S.M.A.R.T. on epävarma tapa ennustaa tietyn levyn vikaantumista.^[5] S.M.A.R.T. keskittyy mekaanisiin vikoihin, mutta sähköiset viat jäävät siltä huomaamatta.^[5] S.M.A.R.T. ennustaa joidenkin vikojen ilmaantumista, mutta levy voi vikaantua S.M.A.R.T.:n sitä havaitsematta.^[8]

[muokkaa] Tilastoa

IBM 305 RAMAC -tietokone 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. Kiintolevyn 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.^[9]

Toshiba esitteli maailman pienimmän sarjavalmisteisen kiintolevyn 0,85 tuuman koossa vuonna 2004. Sen tilavimmassa mallissa on nykyisin kapasiteettia 8 gigatavua.

Maailman tilavimmat kiintolevyt valmistetaan nykyisin 3,5 tuuman kokoluokassa. Tällä hetkellä niihin voidaan tallentaa mallista riippuen jopa 2 teratavua eli 2048 gigatavua tietoa. Tällainen kiintolevy on kapasiteetiltaan jopa yli 400 000 kertaa suurempi, samalla kun sen kiekot ovat halkaisijaltaan yli 20 tuumaa pienempiä ja niitä on lukumääräisesti noin kymmenesosa vuoden 1956 ensimmäiseen kiintolevyyn verrattuna.

[muokkaa] Puolijohdelevy

1970-luvulla kehitettyä SSD puolijohdemuistia, puolijohdelevyä käytetään nykyään myös kiintolevyn korvaajaajana. Tiedot säilyvät SSD:lla koska Flash-muisti on haihtumaton muistityyppi, jossa tieto säilyy jopa 10 vuotta ilman sähkönsyöttöä. 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 (Serial ATA ja PATA), tai USB- väylän kautta.

[muokkaa] Valmistajat

Kiintolevyjen valmistus on keskittynyt viidelle suurelle valmistajalle^lähde?. Historian aikana valmistajia on ollut kymmeniä, mutta pienempien valmistajien vetäytyessä markkinoilta sekä syntyneiden yritysostojen ja fuusioiden myötä jäljelle ovat jääneet vain suurimmat. Vuonna2009 kiintolevyjä valmistavat: Seagate, Western Digital, Hitachi, Samsung ja Toshiba. Puolijohdelevyjen valmistajia on puolestaan runsaasti. Niiden markkinoita jakavat perinteiset kiinotelevyvalmistajat ja flash-muisteihin erikoistuneet valmistajat.

[muokkaa] Lähteet

[muokkaa] Katso myös

Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Kiintolevy.

• Kiintolevyn osiointi
• Gibitavu
• Levyke