Sərt Disk (HDD) — məlumatların daimi saxlanması üçün nəzərdə tutulmuş, maqnit prinsipi ilə işləyən mexaniki saxlama qurğusudur. HDD içərisində yüksək sürətlə fırlanan maqnit örtüklü metal disklərdən (platters) və bu disklərin səthində hərəkət edən oxuma/yazma başlıqlarından ibarətdir. Elektrik kəsildikdə və ya kompüter söndürüldükdə məlumatlar silinmir və onilliklər boyu saxlanıla bilir.

Sərt Disk nədir?

Sərt Disk (Hard Disk Drive, Hard Drive, Fixed Disk) kompüterin əsas daimi yaddaş qurğusu olaraq məlumatların uzunmüddətli saxlanması üçün istifadə olunan elektromexaniki cihazdir. RAM-dan fərqli olaraq, HDD-də saxlanan məlumatlar non-volatile (uçucu olmayan) xarakterə malikdir — yəni elektrik olmadıqda da məlumatlar qorunur.

HDD mürəkkəb mexaniki sistemdir: içərisində bir və ya bir neçə alüminium və ya şüşə əsaslı disk yüksək sürətlə (5400-15000 RPM) fırlanır, oxuma/yazma başlıqları iskinə nanometr məsafədə bu disklərin səthində "uçaraq" məlumat oxuyur və yazır. Məlumat maqnit sahələrinin orientasiyası şəklində saxlanılır — hər maqnit sahə bir bit (0 və ya 1) təmsil edir.

Sərt disklər 1956-cı ildən bəri istifadə olunur və kompüter tarixinin ən uzunömürlü texnologiyalarından biridir. Bu gün də milyardlarla HDD istifadədədir və terabaytlarla, hətta petabaytlarla məlumat saxlayır. Baxmayaraq ki, SSD texnologiyası sürət baxımından üstünlük qazanır, HDD tutum-qiymət nisbəti sayəsində aktual qalır.

Sərt Diskin tarixi və inkişafı

HDD texnologiyasının tarixi kompüter sənayesinin inkişafı ilə sıx bağlıdır və altmış ildən çox müddəti əhatə edir.

İlk nəsil: RAMAC (1956): Dünyanın ilk kommersiya sərt diski IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) 1956-cı ildə təqdim edildi. Bu nəhəng sistem 50 ədəd 24-düym diametili diskdən ibarət idi, cəmi 5 MB tutuma malik idi və bir tondan çox çəkiyə malikdi. Qiyməti $50,000 civarında idi və aylıq icarə $3,200 təşkil edirdi. RAMAC kommersiya məqsədləri üçün ilk praktik saxlama həlli idi.

Kiçilmə dövrü (1960-1970-ci illər): 1960-cı illərdə IBM və digər şirkətlər daha kiçik və daha tutumlu HDD-lər hazırladılar. 1961-ci ildə IBM 1301 disk sistemi 28 MB tutum təklif etdi. 1963-cü ildə çıxarıla bilən (removable) disk paketləri təqdim edildi. 1973-cü ildə IBM 3340 ("Winchester" kod adı) təqdim edildi — bu, müasir HDD-lərin əsasını qoydu. Winchester mühürlü disk və başlıq mexanizmi, daha yüksək sıxlıq və etibarlılıq təklif edirdi.

Şəxsi kompüter dövrü (1980-ci illər): 1980-ci ildə Seagate Technology ST-506 modelini təqdim etdi — ilk 5.25-düym form faktorlu HDD. 5 MB tutuma malik idi və $1,500 qiyməti vardı. IBM PC XT (1983) ilk dəfə standart olaraq 10 MB HDD ilə təchiz edildi. Bu dövrdə MFM (Modified Frequency Modulation) və RLL (Run Length Limited) kodlama metodları inkişaf etdi. 1980-ci illərin sonunda 20-40 MB diskləri adi hala gəldi.

İnterfeys inqilabları (1980-1990-cı illər): 1986-cı ildə SCSI (Small Computer System Interface) standartı təqdim edildi və server sistemlərində populyarlaşdı. 1986-cı ildə IDE (Integrated Drive Electronics, sonradan PATA - Parallel ATA) interfeysinin standartlaşması şəxsi kompüterlər üçün əsas interfeys yaratdı. 1990-cı illərin əvvəllərində tutumlar 100+ MB səviyyəsinə çatdı.

Gigabayt dövrü (1990-cı illər): 1991-ci ildə ilk 2.5-düym noutbuk HDD-ləri təqdim edildi. 1992-ci ildə ilk 1 GB tutumlu şəxsi kompüter HDD-si bazara çıxdı. GMR (Giant Magnetoresistive) başlıqlarının ixtirası (1997) sıxlığın kəskin artmasına səbəb oldu. 1990-cı illərin sonunda 10-20 GB diskləri adi hala gəldi. Fırlanma sürətləri də artdı — 5400 RPM-dən 7200 RPM və 10,000 RPM-ə.

Perpendicular Recording və böyük tutumlar (2000-ci illər): 2005-ci ildə perpendicular magnetic recording (PMR) texnologiyası təqdim edildi və sıxlıq əhəmiyyətli artdı. Bu, longitudinal (horizontal) recording texnologiyasından üstün idi. 2000-ci illərdə tutumlar sürətlə artdı: 40 GB (2000), 80-120 GB (2002), 250-500 GB (2005), 1 TB (2007). 2007-ci ildə Hitachi ilk 1 TB HDD-ni təqdim etdi.

SATA dövrü (2003-2024): 2003-cü ildə SATA (Serial ATA) interfeysinin təqdimatı PATA-nı əvəz etməyə başladı. SATA daha sürətli, daha sadə kabellər və hot-swap dəstəyi təklif edirdi. SATA I (1.5 Gb/s), SATA II (3 Gb/s), SATA III (6 Gb/s) versiyaları ardıcıl olaraq təqdim edildi. Bu gün SATA III dominant interfeys olaraq qalır.

Multi-terabyte dövrü (2010-2020-ci illər): 2010-cu illərdə 2-4 TB diskləri mainstream oldu. Helium doldurulmuş HDD-lər (2013, HGST/WD tərəfindən) daha çox disk yerləşdirməyə və daha az sürtünməyə imkan verdi. SMR (Shingled Magnetic Recording) texnologiyası (2013) sıxlığı daha da artırdı, lakin yazma performansını azaltdı. 2017-ci ildə Seagate və WD 12-14 TB diskləri təqdim etdilər.

Müasir nəhəng tutumlar (2020-ci ildən indiyə qədər): MAMR (Microwave-Assisted Magnetic Recording) və HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording) texnologiyaları ultra yüksək sıxlıq təklif edir. 2020-ci ildə WD 18-20 TB diskləri təqdim etdi. 2023-cü ildə Seagate 24 TB HAMR disklərini buraxdı. 2024-cü ildə 30+ TB disklərin kommersiya istifadəsi başladı. Enterprise sektoru üçün 50+ TB disklərin inkişafı davam edir.

SSD rəqabəti: 2010-cu illərdən etibarən SSD texnologiyası sürət üstünlüyü ilə HDD bazarını sıxışdırmağa başladı. Bu gün operating sistem və proqramlar üçün SSD, böyük həcmli arxiv və media üçün HDD hibrid istifadə modeli geniş yayılıb.

Sərt Diskin strukturu və komponenetləri

HDD mürəkkəb elektromexaniki sistem olub bir neçə əsas hissədən ibarətdir:

1. Platters (Diskler): Alüminium, şüşə və ya keramik əsasdan ibarət dairəvi disklər. Səth maqnit materialla örtülmüşdür (kobalt əsaslı ərintilər). Müasir HDD-lərdə 1-9 disk ola bilər. Hər disk iki səthə malikdir (üst və alt) və hər səth məlumat saxlayır. Disklərin diametri adətən 3.5 düym (desktop) və ya 2.5 düym (laptop/portable) olur.

2. Spindle Motor (Mil Motoru): Diskləri sabit sürətlə fırlatmaq üçün elektrik motoru. Desktop HDD-lər 5400, 7200, 10,000 və ya 15,000 RPM (rotation per minute) sürətində fırlanır. Laptop diskləri adətən 5400 RPM. Daha yüksək RPM daha sürətli məlumat əldə edilməsi deməkdir.

3. Read/Write Heads (Oxuma/Yazma Başlıqları): Hər disk səthi üçün ayrıca başlıq mövcuddur. Başlıqlar maqnit sahələrini oxuyur və dəyişdirir. Müasir başlıqlar GMR və ya TMR (Tunneling Magnetoresistance) texnologiyasından istifadə edir. Başlıqlar disk səthinə toxunmur — bir neçə nanometr hava yastığı üzərində "uçur".

4. Actuator Arm (Hərəkət Qolu): Başlıqları disklərin radiusu boyunca hərəkət etdirən mexaniki qol. Voice coil motor (VCM) vasitəsilə idarə olunur və çox sürətli və dəqiq hərəkət edir. Aktuator başlıqları lazımi track-ə (iz) yerləşdirir.

5. Voice Coil Motor (VCM): Elektromaqnit prinsiplə işləyən və aktuator qolunu hərəkət etdirən motor. Audio speaker-lərdəki voice coil-a bənzər prinsip istifadə edir, buna görə belə adlanır.

6. Logic Board (Məntiq Lövhəsi / PCB): Diskin altında yerləşən elektron lövhə. Firmware, cache memory (8-256 MB DRAM), DSP (Digital Signal Processor), interfeys kontrolleri və motor idarəetmə elektronikası burada yerləşir. Bu lövhə disk ilə kompüterin ana platası arasında əlaqəni təmin edir.

7. Firmware: HDD-nin əməliyyat sistemi. Oxuma/yazma əmrlərini idarə edir, səhv düzəltmə alqoritmləri işlədir, disk səthinin xəritəsini (defect mapping) saxlayır və performans optimallaşdırması aparır.

8. Cache/Buffer Memory: Tez-tez istifadə olunan məlumatların saxlandığı sürətli DRAM bufer. Müasir HDD-lərdə 64 MB, 128 MB, 256 MB və ya daha çox cache olur. Cache oxuma/yazma performansını artırır.

9. Mühürlənmiş korpus: Diskler və mexanizm tozdan və rütubətdən qorunan mühürlənmiş metal korpusda yerləşir. Korpusda kiçik bir filtr (breather filter) var ki, təzyiq dəyişikliklərini kompensasiya etsin, lakin toz içəri girməsin. Enterprise helium disklərdə korpus hermetic şəkildə möhürlənir.

10. Connector (Bağlantı Portu): SATA, SAS və ya köhnə interfeyslər (PATA, SCSI) üçün konnektorlar. Həmçinin qida konnektoru (SATA power və ya Molex).

HDD-nin işləmə prinsipi

Sərt diskin işləmə prinsipi maqnetizm fizikasına əsaslanır:

Məlumat saxlama: Disk səthi mikroskopik maqnit sahələrə bölünmüşdür. Hər sahə şimal və ya cənub qütbünə maqnitləşdirilə bilir ki, bu da 0 və ya 1 bitini təmsil edir. Milyardlarla belə sahə terabaytlarla məlumat saxlayır.

Yazma prosesi: Yazma başlığı elektromaqnitdir. Ötürülən elektrik cərəyanı maqnit sahəsi yaradır və disk səthinə təsir edərək maqnit sahələrini lazımi qütbə yönləndirir. Disk fırlandığı üçün başlıq ardıcıl sahələri "yazır".

Oxuma prosesi: Oxuma başlığı GMR və ya TMR sensor istifadə edir. Disk səthinə yaxın keçərkən maqnit sahələrinin qütblülüyü sensorun elektrik müqavimətini dəyişir. Bu dəyişikliklər elektrik siqnallarına çevrilir və rəqəmsal məlumata deşifrə olunur.

Geometrik təşkilat: Disk səthi konsentrik dairələrə (tracks) bölünür. Hər track sektorlara bölünür (adətən 512 bayt və ya 4096 bayt - Advanced Format). Bütün disklərin eyni radiusundakı track-ləri birlikdə "cylinder" (silindr) adlanır. Əməliyyat sistemi məlumatı CHS (Cylinder-Head-Sector) və ya LBA (Logical Block Addressing) vasitəsilə ünvanlandırır.

Seek, latency və transfer:

• Seek time: Başlığın lazımi track-ə hərəkət etməsi vaxtı (2-15 ms).
• Rotational latency: Diskdə lazımi sektorun başlığın altına gəlməsi üçün fırlanma vaxtı (ortalama 4-8 ms).
• Transfer time: Məlumatın faktiki oxunması/yazılması vaxtı.

SMART (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology): Müasir HDD-lər öz sağlamlığını monitorinq edir. Reallocation sector count, temperature, spin-up time, seek error rate kimi parametrləri izləyir və disk nasazlığını proqnozlaşdırmağa kömək edir.

HDD növləri və kateqoriyaları

Desktop/Consumer HDD (3.5"): Şəxsi kompüterlər üçün ən geniş yayılmış format. 1-22 TB tutum, 5400-7200 RPM. Western Digital Blue, Seagate Barracuda nümunələrdir. Qiymət-tutum balansı ilə seçilir.

Laptop/Portable HDD (2.5"): Noutbuk və xarici disk qutular üçün. 500 GB - 5 TB tutum, 5400 RPM (bəziləri 7200 RPM). Daha az enerji istehlak edir və daha kompaktdır. WD Blue Mobile, Seagate Mobile HDD nümunələrdir.

Performance/Gaming HDD: Daha yüksək RPM (7200-10,000) və böyük cache (256 MB) ilə daha sürətli oxuma/yazma. WD Black, Seagate FireCuda seriyaları.

NAS (Network Attached Storage) HDD: Şəbəkə saxlama sistemləri üçün optimallaşdırılmış. 24/7 işləmə üçün nəzərdə tutulub, vibrasiya müqaviməti, daha uzun zəmanət. WD Red, Seagate IronWolf seriyaları. 1-22 TB tutum.

Surveillance HDD: Video nəzarət sistemləri üçün. Davamlı yazma əməliyyatları üçün optimallaşdırılıb. WD Purple, Seagate SkyHawk seriyaları.

Enterprise/Server HDD: Data mərkəzləri və server sistemləri üçün. Yüksək etibarlılıq, 2+ milyon saat MTBF, SAS interfeys, 10,000-15,000 RPM, dual port, ECC, advanced RAS features. WD Ultrastar, Seagate Exos seriyaları. 2-24 TB tutum.

Helium HDD: Korpus heliumla doldurulub. Helium havadan 7 dəfə yüngül və daha az sıx olduğundan daha çox disk yerləşdirmək, daha az enerji istehlak etmək və daha soyuq işləmək mümkün olur. 10+ TB disklərdə geniş istifadə olunur.

SSHD (Solid State Hybrid Drive): HDD və kiçik SSD cache (8-32 GB) kombinasiyası. Tez-tez istifadə olunan məlumatları SSD cache-də saxlayır. Seagate FireCuda seriyası nümunədir.

İnterfeys növləri

SATA (Serial ATA): Müasir desktop və laptop HDD-lər üçün standart. SATA III 6 Gb/s (750 MB/s) sürət təklif edir. Sadə quraşdırma, hot-swap, geniş uyğunluq.

SAS (Serial Attached SCSI): Enterprise və server HDD-lər üçün. 12 Gb/s və ya 22.5 Gb/s sürət, dual-port (redundant path), daha yüksək etibarlılıq, daha uzun kabellər.

PATA/IDE (Parallel ATA): Köhnə interfeys (1986-2000-lər). Geniş lent kabel, daha yavaş (133 MB/s maksimum). Bu gün demək olar ki, istifadə olunmur.

SCSI (Small Computer System Interface): Köhnə enterprise interfeys. SAS tərəfindən əvəz edilib.

USB (Xarici HDD): Xarici disklərdə SATA-USB bridge çip istifadə olunur. USB 3.0 (5 Gb/s), USB 3.1 (10 Gb/s), USB 3.2 (20 Gb/s) sürətləri mövcuddur.

Thunderbolt: Apple və professional sistemlər üçün yüksək sürətli interfeys. Thunderbolt 3/4 40 Gb/s sürət təklif edir.

HDD xarakteristikaları

Tutum (Capacity): GB və ya TB ilə ölçülür. Desktop: 500 GB - 22 TB, Laptop: 500 GB - 5 TB, Enterprise: 1 TB - 24 TB.

Fırlanma sürəti (RPM): Rotation Per Minute. 5400 RPM (laptop, budget), 7200 RPM (mainstream desktop), 10,000 RPM (performance), 15,000 RPM (enterprise, köhnə).

Cache/Buffer: 8 MB - 512 MB DRAM. Daha böyük cache daha yaxşı performans təklif edir, xüsusilə kiçik fayllar üçün.

Transfer rate (Ötürmə sürəti): Sequential read/write sürəti. Müasir HDD-lər 80-250 MB/s arasında. Enterprise və 7200 RPM disklər daha sürətlidir.

Seek time (Axtarış vaxtı): Average seek time 8-15 ms. Daha az seek time daha sürətli random access deməkdir.

MTBF (Mean Time Between Failures): Ortalama nasazlıq arası vaxt. Desktop: 600,000-1,000,000 saat, NAS: 1,000,000 saat, Enterprise: 2,000,000-2,500,000 saat.

Zəmanət: Desktop/Consumer: 1-2 il, NAS: 3 il, Enterprise: 5 il.

Enerji istehlakı: 2.5" laptop: 1-3W idle, 2-5W active. 3.5" desktop: 3-8W idle, 6-12W active. Enterprise: 10-15W active.

Səs-küy səviyyəsi: dB (decibel) ilə ölçülür. Laptop diskləri daha sakit, desktop orta, 10K/15K RPM daha səs-küylü.

İşləmə temperaturu: 0-60°C aralığı. Optimal işləmə 25-40°C arası hesab olunur.

HDD-nin üstünlükləri

Qiymət-tutum nisbəti: HDD ən ucuz GB/TB başına saxlama həllidir. 1 TB HDD $20-40, 1 TB SSD $50-100. Böyük tutumlar üçün fərq daha böyükdür.

Böyük tutum: 20+ TB tək disk mümkündür. SSD-lərdə maksimum kommersiya tutum 8-16 TB və çox bahadır.

Uzunömürlülük: Düzgün istifadə ilə 5-10 il işləyə bilər. Məlumat onilliklər boyu saxlanıla bilər.

Data recovery: Fiziki zədələnmə halında məlumat bərpası çox hallarda mümkündür. SSD-də bu daha çətindir.

Yazma dövrü limiti yoxdur: HDD istənilən qədər dəfə yazıla bilər. SSD-də P/E cycle limiti var.

HDD-nin dezavantajları

Yavaş sürət: SSD-dən 5-100 dəfə yavaşdır. Sequential: 80-250 MB/s (SSD-də 3000-7000 MB/s). Random: çox yavaş.

Mexaniki hissələr: Fırlanan disklər, hərəkət edən başlıqlar nasazlıq risqini artırır. Zərbələrə həssasdır.

Enerji istehlakı: SSD-dən 3-10 dəfə çox enerji istifadə edir. Mobil cihazlar üçün problemdir.

Səs-küy: Fırlanma və başlıq hərəkəti səs yaradır. SSD səssizdir.

İstilik: Daha çox istilik ayrılması. Soyutma tələb edə bilər.

Ölçü və çəki: Mexaniki komponentlər ucbatından SSD-dən böyük və ağırdır.

Vibrasiya həssaslığı: Zərbə və vibrasiya məlumat itkisinə və nasazlığa səbəb ola bilər.

Boot vaxtı: Disklərin spin-up olması vaxt tələb edir. SSD dərhal hazırdır.

HDD seçimi və istifadə ssenarilər

Operating sistem və proqramlar üçün: SSD tövsiyə olunur. HDD bu məqsəd üçün yavaşdır.

Böyük media arxiv və backup: HDD ideal seçimdir. Filmlər, fotolar, video footage, backup-lar üçün çox tutum lazımdır və sürət o qədər kritik deyil.

Budget sistemlər: Məhdud büdcə ilə böyük tutum lazımsa HDD yeganə seçimdir.

Hibrid konfiqurasiya (tövsiyə olunan): OS və proqramlar SSD-də, data və media HDD-də. Bu ən balanslaşdırılmış yanaşmadır.

NAS və file server: Çox sayda HDD RAID konfiqurasiyasında. NAS HDD-lər xüsusi seçim.

Video nəzarət: Davamlı yazma üçün surveillance HDD-lər.

Enterprise storage: SAS HDD-lər RAID konfiqurasiyasında, critical data üçün.

RAID və HDD

RAID 0 (Striping): İki və ya daha çox disk paralel işləyir, sürət ikiqat artar, lakin etibarlılıq azalır. Bir disk nasaz olsa hamısı itir.

RAID 1 (Mirroring): İki disk eyni məlumatı saxlayır. Etibarlılıq artır, tutum yarıya düşür.

RAID 5: 3+ disk, distributed parity. Bir diskin nasazlığına dözümlü, yaxşı balans.

RAID 6: 5+ disk, double parity. İki diskin nasazlığına dözümlü.

RAID 10 (1+0): Mirroring və striping kombinasiyası. Yaxşı performans və etibarlılıq, lakin bahadır.

HDD-nin gələcəyi

HAMR və MAMR: 50+ TB tutumlar 2025-2030-cu illərdə gözlənilir. 100 TB texniki cəhətdən mümkündür.

SSD ilə rəqabət: SSD qiymətləri düşür, lakin HDD hələ də böyük tutumlar üçün iqtisadi üstünlük qoruyur.

Enterprise və cloud sektoru: Data mərkəzlərində cold storage və arxiv üçün HDD tələb davam edir.

Consumer bazarında azalma: Şəxsi kompüterlərdə SSD istifadəsi artır, HDD ikinci disk və ya xarici backup olaraq istifadə olunur.

Hibrid texnologiyalar: Optane, SCM (Storage Class Memory) kimi texnologiyalar HDD və SSD arasında körpü rolunu oynaya bilər.

Nəticədə, sərt disk altmış ildən çox müddət ərzində kompüter sənayesinin əsas saxlama texnologiyası olmuşdur. Baxmayaraq ki, SSD sürət baxımından üstünlük qazanır, HDD tutum-qiymət nisbəti sayəsində hələ də geniş istifadə olunur və böyük həcmli məlumat saxlanması üçün əvəzolunmaz olaraq qalır. Texnoloji inkişafla HDD-lər daha böyük tutumlar təklif etməkdə davam edir və data mərkəzləri, arxiv sistemləri və budget istifadəçilər üçün əhəmiyyətini qoruyur.