Pengertian dan Sejarah Harddisk
Cakram keras (bahasa Inggris: harddisk
atau harddisk drive disingkat HDD atau hard drive
disingkat HD) adalah sebuah
komponen perangkat
keras yang menyimpan data
sekunder dan berisi piringan magnetis.
Cakram keras diciptakan pertama kali oleh insinyur IBM, Reynold Johnson pada tahun 1956. Cakram keras pertama tersebut terdiri
dari 50 piringan berukuran 2 kaki (0,6 meter) dengan kecepatan rotasinya
mencapai 1.200 rpm (rotation per
minute) dengan kapasitas penyimpanan 4,4 MB. Cakram keras zaman
sekarang sudah ada yang hanya selebar 0,6 cm dengan kapasitas 750 GB. Kapasitas terbesar
cakram keras saat ini mencapai 3 TB
dengan ukuran standar 3,5 inci. Jika dibuka, terlihat mata cakram keras pada ujung
lengan bertuas yang menempel pada piringan yang dapat berputar.
Data yang disimpan
dalam cakram keras tidak akan hilang ketika tidak diberi tegangan listrik (non-volatile).
Dalam sebuah cakram keras, biasanya terdapat lebih dari satu piringan untuk
memperbesar kapasitas data yang dapat ditampung.
Dalam perkembangannya
kini cakram keras secara fisik menjadi semakin tipis dan kecil namun memiliki
daya tampung data yang sangat besar. Cakram keras kini juga tidak hanya dapat
terpasang di dalam perangkat (internal) tetapi juga dapat dipasang di luar
perangkat (eksternal) dengan menggunakan kabel USB ataupun FireWire.
Karena sifatnya yang
rapuh dan tidak tahan guncangan, cakram keras bisa dikategorikan sebagai barang
pecah belah.
Sejarah
Cakram keras
ditemukan pada tahun 1956 sebagai media penyimpan data untuk perangkat pengolah
transaksi IBM dan dibuat untuk
penggunaan umum pada komputer
mainframe maupun komputer
mini. IBM 350 RAMAC adalah cakram keras pertama yang
memiliki ukuran sebesar 2 kali lemari pendingin dan mampu menyimpan 5 juta
6-bit karakter (atau sama dengan 3,75 juta 8-bit bytes) dalam 50 cakram
bertumpuk.
Pada tahun 1961 IBM
memperkenalkan cakram keras model 1311 yang berukuran sebesar mesin cuci dan menyimpan 2
juta karakter pada sebuah paket cakram mudah bongkar. Pengguna dapat
membeli paket tambahan dan menggantinya apabila diperlukan sebagaimana halnya pita magnetik. Paket cakram mudah bongkar
model selanjutnya menjadi keharusan dalam kebanyakan instalasi komputer dan
mencapai kapasitas 300 megabytes pada awal tahun 1980an.
Beberapa cakram keras
kinerja tinggi seperti IBM 2305 dibuat dengan satu pembaca-tulis (read and write
head) di tiap alurnya untuk mengurangi kehilangan waktu dari pergerakan
pembaca. Sistem pembaca-tulis tetap atau pembaca-tulis tiap alur ini harganya
sangat mahal dan tidak diproduksi lagi.
Pada tahun 1973, IBM
memperkenalkan cakram keras jenis baru dengan kode "Winchester".
Perbedaan pokok dari jenis ini, pembaca-tulis tidak sepenuhnya diam di susunan
plat ketika cakram keras mati. Pembaca-tulis diletakan di tempat khusus pada
permukaan cakram saat tidak berputar dan kembali ke posisi kerja saat cakram
keras dihidupkan lagi. Ini lumayan banyak mengurangi biaya produksi motor
penggerak lengan (actuator) mekanis pembaca-tulis, namun membatasi
penggantian cakram seperti pada paket cakram model sebelumnya. Bahkan, model
pertama dari cakram berteknologi Winchester ini memiliki fasilitas modul cakram
mudah bongkar, termasuk paket cakram dan perakitan pembaca-tulis, meninggalkan
motor penggerak pengan dalam cakram saat pemindahan. Di kemudian hari cakram
Winchester tidak dipergunakan lagi dan kembali ke sistem plat cakram yang tidak
mudah bongkar.
Seperti paket cakram
mudah bongkar pertama, cakram Winchester jenis pertama menggunakan plat cakram
berdiameter 14" atau 360 mm. Kemudian, desainer mencoba memperkecil
ukuran plat untuk menambah keuntungan. Cakram tetap dibuat menggunakan plat
berukuran 8" sehingga cakram keras bisa berukuran 5 1/4" atau
130 mm dan dapat dipasang pada dudukan pembaca disket. Yang terakhir ini ditujukan untuk
pasar komputer
pribadi (PC).
Awal tahun 1980an,
cakram keras termasuk barang langka dan dianggap perangkat tambahan yang sangat
mahal pada komputer pribadi. Namun pada akhir 1980an, harganya bisa ditekan
sehingga bisa menjadi perlengkapan standar pada komputer pribadi berharga
murah.
Awal tahun 1980an
kebanyakan cakram keras dipakai pengguna akhir komputer pribadi sebagai
perangkat luar untuk tambahan subsistem. Subsistem ini tidak dijual atas nama
pabrik cakram melainkan atas nama produsen subsistem semacam Corvus System atau Tallgrass Technologies. Bisa juga atas
nama pabrikan personal komputer misalnya Apple ProFile. IBM PC/XT pada tahun 1983 sudah menyertakan cakram keras
internal berukuran 10MB dan tak lama kemudian cakram keras internal berkembang
pada komputer pribadi.
Cakram keras luar
tetap populer lebih lama pada Apple Macintosh. Setiap Mac
buatan tahun 1986 sampai 1998 memiliki sebuah port SCSI di bagian belakang supaya penambahan
cakram luar lebih mudah. Masalahnya Compact Mac tidak mungkin dipasang pada
dudukan cakram keras seperti pada kasus Mac Plus atau dudukan cakram keras umumnya. Makanya pada
model tersebut, tambahan cakram keras SCSI pemakaian luar menjadi pilihan yang
masuk akal.
Mengikuti kepadatan
media penyimpanan yang meningkat dua kali lipat setiap 2 sampai 4 tahun sejak
awal ditemukan, cakram keras terus berkembang karakteristiknya, dengan sedikit
poin penting sebagai berikut :
- Kapasitas per cakram bertambah dari 3,75 MB menjadi 4 TB atau lebih, meningkat jutaan kali lipat.
- Ukuran fisik cakram keras berkurang dari 1,9 m3 (setara dengan dua buah lemari pendingin) menjadi kurang dari 20 mm
- Berat berkurang dari 920 kg menjadi 48 gram.
- Harga berkurang dari USD 15.000 per MB menjadi kurang dari USD 0.00006 per MB
- Waktu akses rata-rata berkurang dari 100 millidetik menjadi 40 kali lebih cepat.
- Aplikasi pasar berkembang dari komputer mainframe pada akhir tahun 1950 ke berbagai aplikasi penyimpanan data termasuk konten hiburan.
Teknologi
Sebuah cakram keras
menyimpan data dengan cara memagnetkan selaput tipis material ''ferromagnetik'' pada piringan. Urutan
perubahan arah pemagnetan akan mewakili data biner bit. Pembacaan data dari piringan dengan cara
mendeteksi perubahan pemagnetan. Data pengguna disandikan menggunakan skema
pengkodean yang menentukan bagaimana data ditampilkan ulang berdasarkan
perubahan medan magnet.
Umumnya
cakram keras terdiri dari sebuah poros (spindle) yang menjaga putaran
piringan (platter) tempat data disimpan. Piringan terbuat dari bahan
non-magnetis, biasanya alumunium alloy, kaca atau keramik yang dilapisi
satu lapisan tipis bahan magnetis setebal 10-20 nanometer yang kemudian
dilapisi karbon sebagai pelindung
terluar. Sebagai perbandingan, tebal selembar kertas standar adalah 0,07 - 0,18
millimeter.
Piringan
pada cakram keras modern berputar secara bervariasi mulai dari 4.200 ppm pada perangkat ringan hemat energi sampai
15.000 ppm untuk server berkinerja tinggi. Cakram keras generasi pertama
berputar pada kecepatan 1.200 ppm. Generasi berikutnya menggunakan kecepatan
3.600 ppm dan pada umumnya saat ini bekerja pada 5.400 - 7.200 ppm.
Informasi
dibaca dan ditulis pada piringan berputar melalui alat pembaca-tulis (disk
read and write head) yang bekerja sangat dekat (sekitar 10 nanometer) di
atas permukaan piringan magnetis. Pembaca-tulis ini dipergunakan untuk
mendeteksi dan mengubah kemagnetan media yang ada di bawahnya.
Pada
cakram modern ada satu pembaca-tulis yang terpasang pada lengan bertuas untuk
masing-masing permukaan piringan. Sebuah lengan bertuas menggerakan
pembaca-tulis seperti busur melintasi piringan yang berputar, memungkinkan
masing-masing pembaca-tulis mengakses hampir seluruh permukaan piringan. Lengan
ini digerakan menggunakan motoran penggerak lengan sistem gulungan. Cakram
keras model lama menuliskan data secara tetap dalam bit per detik, sehingga
setiap alur memiliki ukuran data yang sama. Model terbaru (sejak tahun 1990an)
menggunakan sistem perekaman area bit (zone bit recording) yang bisa
menambah kecepatan penulisan dari piringan area terdalam ke area terluar.
Dengan demikian data yang tersimpan di area terluar akan lebih banyak.
Pada
cakram modern, kecilnya ukuran bidang magnetis membahayakan area kemagnetannya
dari kemungkinan kehilangan karena efek panas (superparamagnetism).
Untuk mengatasi hal ini, piringan dilapisi dengan dua lapisan magnetis sejajar,
dipisahkan sejauh 3 atom menggunakan bahan
non-magnetis ruthenium dan dua lapisan
bermagnet yang arahnya bersebrangan saling memperkuat satu sama lain. Teknologi
lain digunakan untuk mengatasi efek panas yang memungkinkan perekaman dengan
kepadatan tinggi dibuat pertama kali tahun 2005 dan pada tahun 2007
teknologinya sudah banyak dipakai pada cakram keras.
Komponen
Umumnya
cakram keras memiliki dua motor listrik. Satu motoran poros pemutar cakram dan
satu motoran penggerak lengan untuk pembaca-tulis yang terpasang melintasi
piringan berputar. Motoran cakram memiliki rotor yang terpasang pada piringan
dengan gulungan terpasang pada tempat yang tetap. Bersebrangan dengan motor
penggerak lengan pada ujung lengan terdapat alat pembaca-tulis. Sirkuit kabel
tercetak menghubungkan pembaca-tulis dengan penguat elektronik yang terpasang
pada poros motor penggerak lengan. Penyangga pembaca-tulis ini sangat ringan
namun kuat. Pada cakram modern, percepatan pada pembaca-tulis mencapai 550 Gaya Gravitasi (G-Force).
Motor
penggerak lengan adalah sebuah magnet
permanen dan gulungan bergerak untuk mengayunkan pembaca-tulis ke posisi yang
diinginkan. Sebuah plat logam menyangga magnet NIB(neodymium iron boron)
bermedan kuat. Di bawah plat ini ada gulungan bergerak yang sering disebut
sebagai gulungan suara (voice coil yang
disamakan dengan gulungan pada pengeras suara) yang terpasang pada as motor
penggerak lengan dan di bawahnya terdapat magnet NIB kedua dipasang dibawah
plat motoran. Namun ada juga beberapa cakram keras yang hanya memiliki satu
magnet.
Gulungan
suara itu sendiri bentuknya hampir mirip kepala panah dan terbuat dari kawat
magnet berlapis tembaga ganda. Lapisan dalam adalah penyekat sedangkan lapisan
luar adalah plastik tahan panas (thermoplastic) yang melekat pada
gulungan menempel dasar secara mandiri. Bagian dari gulungan sepanjang dua sisi
kepala panah (yang mengarah ke pusat bantalan motor penggerak lengan)
mempengaruhi medan
magnet membentuk gaya tangensial yang menggerakan motor penggerak
lengan. Aliran arus keluar menjari sepanjang sisi kepala panah dan jari-jari
masuknya pada hasil lain dari medan magnet. Jika medan magnetnya seragam,
masing-masing sisi akan menghasilkan gaya bersebrangan yang akan membatalkan
keluaran satu sama lain. Oleh karena itu permukaan magnet sebagian berkutub
utara (N Pole) dan sebagian lain berkutup selatan (S Pole),
dengan jari-jari yang membagi jalur pada bagian tengah, menyebabkan kedua sisi
dari gulungan kelihatan terpisah medan magnetnya dan menghasilkan gaya yang
menambah bukannya membatalkan. Arus sepanjang atas dan bawah gulungan jari-jari
menghasilkan gaya yang tidak memutar pembaca-tulis.
Kontrol
elektronik cakram keras mengatur gerakan motor penggerak lengan dan putaran piringan,
juga melakukan pembacaan dan penulisan sesuai permintaan kontrol cakram (disk
controller). Umpan balik dari bagian elektronik cakram didapat dengan
mengartikan bagian khusus dari cakram untuk diserahkan ke pelayan umpan balik.
Ini merupakan satu lingkaran sempurna (dalam kasus teknologi pelayan khusus /dedicated
servo technology) atau bagian yang diselingi dengan data sebenarnya (dalam
kasus teknologi pelayan tertanam / embedded servo technology). Pelayan
umpan balik mengoptimalkan sinyal ke rasio penganggu dari sensor GMR dengan
menyesuaikan gulungan suara pada lengan penggerak. Putaran piringan juga
menggunakan sebuah motor pelayan. Perangkat usaha (firmware) cakram
modern mampu menjadwalkan pembacaan dan penulisan secara efisien pada permukaan
piringan dan memetakan ulang sektor yang mengalami kegagalan.
Penanganan Kesalahan
Cakram
keras modern dibuat secara luas menggunakan koreksi kesalahan lanjutan (forward
error correction), khususnya koreksi kesalahan Reed-Solomon. Teknik
ini menyimpan bit tambahan yang ditentukan menggunakan rumus matematika untuk
masing-masing blok data. Bit tambahan memungkinkan banyak kesalahan dibetulkan
tanpa terlihat. Bit tambahan itu sendiri memakan tempat di cakram keras namun
memungkinkan kepadatan perekaman lebih tinggi bisa dilakukan tanpa menyebabkan
kesalahan yang tak bisa dibetulkan dalam banyak media penyimpanan berkapasitas
besar. Pada cakram keras terbaru keluaran setelah tahun 2009, kode pemeriksaan
keseimbangan kepadatan rendah atau LDPC (low-density
parity-check code) menggantikan Reed-Solomon. LDPC memungkinkan
kinerja cakram keras mendekati Batas Shannon dan menyediakan media penyimpan
dengan kepadatan tertinggi.
Umumnya
cakram keras mencoba untuk memetakan ulang data dalam sebuah sektor fisik dari
kegagalan menyediakan sektor fisik yang diharapkan, sementara kesalahan dalam
sektor rusak belum terlalu banyak dan ECC bisa memulihkan tanpa ada yang
hilang. Teknologi pengawasan mandiri, analisa dan pelaporan ''S.M.A.R.T'' akan menghitung jumlah kesalahan
dalam cakram keras oleh ECC dan jumlah keseluruhan dari pemetaan ulang. Dengan
demikian banyaknya kasus kesalahan dapat digunakan untuk memperkirakan
kegagalan cakram keras (HDD failure).
Pengembangan Masa Depan
Kepadatan
areal cakram keras yang ditunjukan oleh tingkat pertumbuhan tahunan jangka
panjang sebetulnya tidak berbeda dari Hukum Moore, pengembangan
terbaru berada di kisaran 20-25% per tahun, pada cakram berukuran 3,5"
diperkirakan akan mencapai 12 TB pada tahun 2016. Teknologi penyimpanan
magnetik baru dibangun untuk mendukung pertumbuhan areal kepadatan yang lebih
tinggi dan memperbaiki daya saing cakram keras terhadap perangkat penyimpanan
lain seperti SSD (Solid-state drive)
yang berbasis memori
kilat.
Teknologi
baru cakram keras ini termasuk :
- Perekaman magnetik dibantu panas (HAMR / Heat-assisted magnetic recording)
- Perekaman bit terpola (BPR / Bit-patterned recording)
- Arus tegak lurus ke pesawat (CPP / Current perpendicular to plane) atau Magnet berdayatahan besar (GMR / Giant magneto resistance)
- Pengatapan penulisan (shingled write)
Dengan
teknologi baru ini posisi relatif antara cakram keras dan SSD dengan
memperhitungkan harga dan kinerja tidak akan berubah sampai tahun 2016
Ukuran performa
Waktu akses (access time)
Hal
yang membatasi waktu akses biasanya berkaitan dengan perputaran piringan dan
gerakan pembaca piringan.
Waktu pencarian data (seek time)
Waktu
pencarian data adalah ukuran lamanya pembaca piringan untuk bergerak ke bagian
piringan yang berisi data. Waktu pencarian yang lebih cepat memerlukan lebih
banyak energi untuk menggerakkan pembaca piringan.
Kecepatan pemindahan data (data transfer rate)
Kecepatan
pemindahan data pada cakram keras bergantung pada kecepatan rotasi dari
piringan dan kerapatan dari penyimpanan data. Selain itu, letak data dalam
piringan juga menentukan kecepatan; semakin luar letaknya, maka semakin cepat
karena terdapat lebih banyak sektor data.
Sumber
:
Komentar
Posting Komentar