Manyetik Disk Nedir? Hard Disk Nedir? Nasıl Çalışır? [Soru Çözümlü Örneklerle]

Manyetik Disk Nedir?

Manyetik disk bilgisayarlarda veri depolamak için manyetik teknolojiyi kullanan bir aygıttır.

Hard Disk(Sabit Disk, HDD) Nedir?

• HDD, belirli bir dönme hızına sahip (RPM), manyetik yüzeylerde veri depolayan bir aygıttır.
• Günümüzde SSD'lerin yaygınlaşması ile HDD'lerin kullanımı hızla azalmaktadır.

Bu yazımızda manyetik disklerin bir alt başlığı olan HDD ile manyetik disk konusunu ele alacağız.

Hard Disk Bileşenleri Nelerdir?

1. Platters(Plaka):

• Hard diskin dönen yüzeyleridir.
• Veriler plaka/plakaların üzerlerine yazılır.
• Bir hard disk'de bir ya da daha fazla plaka olabilir.
• Genellikle Alüminyum veya camdan yapılır.
• Tek yüzeyli (veriler sadece 1 kısmına yazılır) veya çift yüzeyli (veriler iki tarafa da yazılır) olabilirler.

2. Actuator Arm:

• Okuma/yazma kafasını plak üzerinde doğru pozisyona taşıyan koldur.

3. Actuator Axis:

• Aktüatör kolunun yatay eksende dönmesini sağlayan parçadır.

4. Actuator:

• Aktüatör kolunun hareketini sağlayan motordur.
• Plakalar üzerinde okuma/yazma kafalarının konumlanmasını sağlar.

5. Spindle:

• Plakaları döndüren motordur.
• Hard disk içinde plakalar bu mil üzerinde dönmektedir.

6. Clamp:

• Spindle üzerine yerleştirilen, plakaları sabitleyen parça.

7. R/W Head:

• Verileri okuyan ve yazan kafa. Her plaka yüzeyi için ayrı bir okuma/yazma kafası bulunur ve bu veriler kafalar aracılığı ile okuma/yazma işlemleri gerçekleştirilir.

Hard Disk'de Kullanılan Terminolojiler

1. Kafa (Head):

• Plaka/plakalar üzerinde yazma/okuma işlemlerini gerçekleştiren bileşen.
• Genellikle plakalardaki yüz sayısı ile aynı sayıda bulunurlar. (Örn: 1 plaka var ve 2 yüzlü, 2 okuyucu vardır.)

2. İz (Track):

• Plakaların yüzeyinde, merkezden kenara doğru dairesel şekillerdeki alanlar.
• Bir plaka yüzeyi üzerinde binlerce bulunur.

3. Sektör (Sector):

• İzlerin daha küçük, sabit boyutlu bölümleri.

• Her bir iz içerisinde yüzlerce sektör bulunur.

• Veriler, sektörlere yazılır ve genellikle her sektör 512 byte veya 4KB veri tutar.

Şekil 2.'de 4 plaka ve 8 kafa bulunduğunu görmekteyiz. Buradan da plakaların 2 yüzeyli olduğunu anlayabiliriz.

Hard Disk Kapasite Hesaplamaları

Yukarıdaki bileşenlere ve terimleri incelediğimizde aşağıdaki eşitliklere ulaşırız.

$Kapasite = (byte/sector) \times (ort. sector/iz) \times (iz/yuzey) \times (yuzey/plaka) \times (plaka/disk)$

Örnek: Çift yüzlü 4 plakadan oluşan, plakanın bir yüzeyinde 50 iz, bir izde 100 sektör olan ve her sektörün 512-byte veri sakladığı bir diskin kapasitesini bulunuz.

• $Kapasite = (512) \times (100) \times (50) \times (2) \times (4)$
• $Kapasite = 20480000 byte$
• $Kapasite = 20.48 GB\space veya \space Kapasite = 19.53125 MiB$

Hard Disk Performans Hesaplamaları

Hard Disk performansı ortalama erişim süresi ile hesaplanabilir. Ortalama erişim süresi kabaca aşağıdaki 3 bileşenden meydana gelir:

$Ortalama \space erisim \space suresi (T_a) = Konumlanma suresi (T_s) + Donus gecikmesi (T_r) + Aktarım \space suresi (T_t)$

1. Seek Time ($T_s$ Konumlanma Süresi, Arama Süresi):

   • Hard disklerdeki okuma/yazma kafasının doğru veriye ulaşması için geçen zamandır.
   • Verinin bulunduğu track (iz) üzerinde kafa ne kadar hızlı hareket ediyorsa, disk de bir o kadar hızlıdır.

2. Rotational Latency ($T_r$ Ortalama Dönüş Gecikmesi, Rotasyonel gecikme):

   • Okuma/yazma kafasının track (iz) içerisindeki belirlenen sektörün başına hizalanması için geçen süredir.

   • Okuma/yazma kafası hizalandıktan sonra ilgili sektörün başına ulaşmak için plakanın dönmesini bekler.

   • Ortalama gecikme süresi genellikle 1/2 disk dönme süresi olarak hesaplanır.

     Yaklaşık 9ms (3-15ms)

     • $T_r = \frac{1}{2} \times r$
     • $r$: Diskin bir tam tur donus suresi (saniye).

   • Hard disklerde dönme hızı RPM (Revolution per minute) ile ifade edilir.

   • Ortalama dönüş gecikmesi aşağıdaki gibi hesaplanabilir:

     $T_r = \frac{1}{2} \times \frac{60}{RPM}$

   • Örnek: 5700 RPM hard disk için ortalama dönüş gecikmesi ve 1 turunu tamamlaması için gerekli süreyi hesaplayın.

   $$bir \space saniyedeki \space tur \space say. = \frac{5700}{60} = 95_{\frac{tur}{saniye}}$$ $$r = \frac{60}{5700} \approx 0.0105 s$$ $$T_r = \frac{1}{2} \times 0.0105 \approx 5.25 ms$$

3. Aktarım Süresi ($T_t$ Transfer Time)

   İki farklı şekilde ifade edilebilir:

   • 3.1. Bir sektörü aktarmak için geçen süre ($T_{ts}$)
   • 3.2. Belirli miktarda byte aktarmak için geçen süre ($T_{tb}$)

   3.1. Bir Sektörü Okumak için Geçen Süre

   • $T_{ts} = \frac{1}{ort.sector/iz} \times \frac{60}{RPM} (saniye)$

   • Örnek: 5700 RPM dönüş hızına sahip bir diskin, bir izinde ortalama 200 sektör varsa bir sektörün aktarım süresi nedir?

     $T_{ts} = \frac{1}{200} \times \frac{60}{5700} \approx 52.6 ns$

   3.2. Belirli Miktarda Byte Aktarmak için Geçen Süre ($T_{tb}$)

   • b: Aktarılacak byte sayısı.
   • N: Bir izdeki byte sayısı.
   • $T_{tb} = \frac{b}{N} \times \frac{60}{RPM} (saniye)$

Örnek: 5700 RPM dönüş hızına sahip bir diskin, bir izinde ortalama 200 sektör varsa ve ortalama konumlanma süresi 9ms ise erişim süresini hesaplayın.

• Ort. Donus gecikmesi ($T_r$): $\frac{1}{2} \times \frac{60}{5700} \approx 5.26ms$
• Aktarım süresi: ($T_t$): $\frac{60}{5700} \times \frac{1}{200} \approx 52.6ns$
• Erişim süresi $\approx$ $9ms + 5.26ms + 52.6ns = 14.3126ms$

❤️ Kaynakça:

• Şeker, S. E. (n.d.). Disk Yönetimi. https://www.sadievrenseker.com/os/hafta4.html

• BUZLUCA, F. (n.d.). İTÜ e-öğrenim merkezi. ninova. https://ninova.itu.edu.tr/tr/dersler/bilgisayar-bilisim-fakultesi/22/blg-322/ekkaynaklar?g769275