hard disk

HDDs (introduced in 1956 as data storage for an IBM accounting computer)^[7] were originally developed for use with general purpose computers. During the 1990s, the need for large-scale, reliable storage, independent of a particular device, led to the introduction of embedded systems such as RAIDs, network attached storage (NAS) systems, and storage area network (SAN) systems that provide efficient and reliable access to large volumes of data. In the 21st century, HDD usage expanded into consumer applications such as camcorders, cellphones (e.g. the Nokia N91), digital audio players, digital video players, digital video recorders, personal digital assistants and video game consoles.

[edit] Technology

HDDs record data by magnetizing ferromagnetic material directionally, to represent either a 0 or a 1 binary digit. They read the data back by detecting the magnetization of the material. A typical HDD design consists of a spindle that holds one or more flat circular disks called platters, onto which the data is recorded. The platters are made from a non-magnetic material, usually aluminum alloy or glass, and are coated with a thin layer of magnetic material, typically 10–20 nm in thickness — for reference, standard copy paper may be between 0.07 millimetres (70,000 nm) and 0.18 millimetres (180,000 nm) thick.^[8] — with an outer layer of carbon for protection. Older disks used iron(III) oxide as the magnetic material, but current disks use a cobalt-based alloy.^{[citation needed]}
The platters are spun at very high speeds. Information is written to a platter as it rotates past devices called read-and-write heads that operate very close (tens of nanometers in new drives) over the magnetic surface. The read-and-write head is used to detect and modify the magnetization of the material immediately under it. There is one head for each magnetic platter surface on the spindle, mounted on a common arm. An actuator arm (or access arm) moves the heads on an arc (roughly radially) across the platters as they spin, allowing each head to access almost the entire surface of the platter as it spins. The arm is moved using a voice coil actuator or in some older designs a stepper motor.
The magnetic surface of each platter is conceptually divided into many small sub-micrometre-sized magnetic regions, each of which is used to encode a single binary unit of information. Initially the regions were oriented horizontally, but beginning about 2005, the orientation was changed to perpendicular. Due to the polycrystalline nature of the magnetic material each of these magnetic regions is composed of a few hundred magnetic grains. Magnetic grains are typically 10 nm in size and each form a single magnetic domain. Each magnetic region in total forms a magnetic dipole which generates a highly localized magnetic field nearby. A write head magnetizes a region by generating a strong local magnetic field. Early HDDs used an electromagnet both to magnetize the region and to then read its magnetic field by using electromagnetic induction. Later versions of inductive heads included metal in Gap (MIG) heads and thin film heads. As data density increased, read heads using magnetoresistance (MR) came into use; the electrical resistance of the head changed according to the strength of the magnetism from the platter. Later development made use of spintronics; in these heads, the magnetoresistive effect was much greater than in earlier types, and was dubbed "giant" magnetoresistance (GMR). In today's heads, the read and write elements are separate, but in close proximity, on the head portion of an actuator arm. The read element is typically magneto-resistive while the write element is typically thin-film inductive.^[9]
HD heads are kept from contacting the platter surface by the air that is extremely close to the platter; that air moves at, or close to, the platter speed.^{[citation needed]} The record and playback head are mounted on a block called a slider, and the surface next to the platter is shaped to keep it just barely out of contact. It's a type of air bearing.
In modern drives, the small size of the magnetic regions creates the danger that their magnetic state might be lost because of thermal effects. To counter this, the platters are coated with two parallel magnetic layers, separated by a 3-atom-thick layer of the non-magnetic element ruthenium, and the two layers are magnetized in opposite orientation, thus reinforcing each other.^[10] Another technology used to overcome thermal effects to allow greater recording densities is perpendicular recording, first shipped in 2005,^[11] and as of 2007 the technology was used in many HDDs.^[12][13][14]

Harddisk merupakan media penyimpan yang didesain untuk dapat digunakan menyimpan data dalam kapasitas yang besar. Hal ini dilatar belakangi adanya program aplikasi yang tidak memungkinkan berada dalam 1 disket dan juga membutuhkan media penyimpan berkas yang besar misalnya database suatu instansi.  Tidak hanya itu, harddisk diharapkan juga diimbangi dari kecepatan aksesnya. Kecepatan harddisk bila dibandingkan dengan disket biasa, sangat jauh. Hal ini dikarenakan harddisk mempunyai mekanisme yang berbeda dan teknologi bahan yang tentu saja lebih baik dari pada disket biasa.  Bila tanpa harddisk, dapat dibayangkan betapa banyak yang harus disediakan untuk menyimpan data kepegawaian suatu instansi atau menyimpan program aplikasi. Hal ini tentu saja tidak efisien. Ditambah lagi waktu pembacaannya yang sangat lambat bila menggunakan media penyimpanan disket konvensional tersebut.  

Sejarah Perkembangan Harddisk

 Harddisk pada awal perkembangannya didominasi oleh perusahaan raksasa yang menjadi standard komputer yaitu IBM. Ditahun-tahun berikutnya muncul perusahaan-perusahaan lain antara lain Seagate, Quantum, Conner sampai dengan Hewlet Packard’s di tahun 1992.  Pada awalnya teknologi yang digunakan untuk baca/tulis, antara head baca/tulisnya dan piringan metal penyimpannya saling menyentuh. Tetapi pada saat ini hal ini dihindari, dikarenakan kecepatan putar harddisk saat ini yang tinggi, sentuhan pada piringan metal penyimpan justru akan merusak fisik dari piringan tersebut.  

 

Gambar 1 : Evolusi Teknologi Hardisk Menurut IBM

 Dari gambar tersebut dapat dilihat dari tahun 1984 sampai dengan 2006 mendatang, perkembangan teknologi penyimpanan data berkembang cepat. Mulai dari ukuran mikro untuk penggunaan laptop sampai ukuran normal untuk penggunaan PC Desktop.  

Trend Perkembangan HardDisk

 Trend perkembangan harddisk dapat kita amati dari beberapa karakteristik berikut :  
 Merupakan ukuran teknologi bahan yang digunakan seberapa besar bit data yang mampu disimpan dalam satu satuan persegi. Dalam hal kerapatan data dari awal sampai sekarang terjadi evolusi yang sangat kontras. Pada awal perkembangannya kerapannya sekitar 0.004 Gbits/in² tetapi pada tahun 1999 labortorium IBM sudah ada sekitar 35.3 Gbits/in². Tetapi menurut www.bizspaceinfotech.com akan diperkenalkan apa yang dinamakan TerraBit density. Harddisk pada awal perkembangannya, bahan yang digunakan sebagai media penyimpan adalah iron oxide. Tetapi sekarang banyak digunakan media thin film. Media ini merupakan media yang lebih banyak menyimpan data dari pada iron oxide pada luasan yang sama dan juga sifatnya yang lebih awet.  

b. Struktur head baca/tulis

 Head baca/tulis merupakan perantara antara media fisik dengan data elektronik. Lewat head ini data ditulis ke medium fisik atau dibaca dari medium fisik. Head akan mengubah data bit menjadi pulsa magnetik dan menuliskannya ke medium fisik. Pada proses pembacaan data prosesnya merupakan kebalikannya.
   
Gambar 2 Desain karakteristik kebanyakan head baca/tulis  
Proses baca tulis data merupakan hal yang sangat penting, oleh karena itu mekanismenya juga perlu diperhatikan. Dalam pendahuluan sebelumnya terdapat perbedaan letak fisik head dalam operasinya. Dulu head bersentuhan fisik dengan metal penyimpan. Kini antara head dan metal penyimpan sudah diberi jarak. Bila head bersentuhan dengan metal penyimpan, hal ini akan menyebabkan kerusakan permanen fisik, head yang aus, tentu saja panas akibat gesekan. Apalagi teknologi sekarang kecepatan putar harddisk sudah sangat cepat. Selain itu teknologi head harddiskpun juga mengalami evolusi.  Evolusi head baca/tulis harddisk : Ferrite head, Metal-In-Gap (MIG) head, Thin Film (TF) Head, (Anisotropic) Magnetoresistive (MR/AMR) Heads, Giant Magnetoresistive (GMR) Heads dan sekarang yang digunakan adalah Colossal Magnetoresistive (CMR) Heads. Ferrite head, merupakan teknologi head yang paling kuno, terbuat dari inti besi yang berbentuk huruf U dan dibungkus oleh lilitan elektromagnetis. Teknologi ini diimplementasikan pada pertengahan tahun 1980 pada harddisk Seagate ST-251. Kebanyakan terdapat pada harddisk yang ukurannya kurang dari 50MB. Metal-In-Gap (MIG), merupakan penyempurnaan dari head Ferrite. Biasanya digunakan pada harddisk yang ukurannya 50MB sampai dengan 100MB. Thin Film (TF) heads, berbeda jauh dengan jenis head sebelumnya. Head ini dibuat dengan proses photolothografi seperti yang digunakan pada pembuatan prosessor.  (Anisotropic) Magnetoresistive (MR/AMR) Heads, head ini digunakan untuk membaca saja. Untuk penulisannya digunakan head jenis Thin Film. Diimplementasikan pada harddisk ukuran 1GB sampai dengan 30GB. Giant Magnetoresistive (GMR) Heads, merupakan penemuan dari peneliti Eropa Peter Gruenberg and Albert Fert. Digunakan pada harddisk ukuran besar seperti 75GB dan kerapatan tinggi sekitar 10 Gbits/in² sampai dengan 15 Gbits/in².
 Kecepatan Putar Disk
 Berikut tabel kecepatan harddisk yang diaplikasikan pada berbagai jenis interface yang berberda :

 Kapasitas harddisk pada saat ini sudah mencapai orde ratusan GB. Hal ini dikarenakan teknologi bahan yang semakin baik, kerapatan data yang semakin tinggi. Teknologi dari Western Digital saat ini telah mampu membuat harddisk 200GB dengan kecepatan 7200RPM. Sedangkan Maxtor dengan Maxtor MaxLine II-nya yaitu harddisk berukuran 300GB dengan kecepatan 5400RPM. Beriringan dengan transisi ke ukuran harddisk yang lebih kecil dan kapasitas yang semakin besar terjadi penurunan dramatik dalam harga per megabyte penyimpanan, membuat hardisk kapasitas besar tercapai harganya oleh para pemakai komputer biasa.   Gambar 3 Sistem kontrol head  Pada tiap piringan penyimpan terdapat satu head. Untuk menjangkau tengah pinggir piringan digunakan sliders sebagai perantaranya.

Teknologi Harddisk masadepan

 Harddisk dimasa mendatang salah satunya dititik beratkan pada kecepatan akses dan kapasitasnya. Hal ini dapat dilakukan dengan mereduksi komponen mekanis dari fisik harddisknya. Komponen mekanis yang tidak mampu bekerja pada frekuensi tinggi digeser dengan komponen yang bersifat elektris yang mampu bekerja dalam orde MHz bahkan GHz.

Kecapatan 160 mb/detik Jenis SCSI (SCASI I, Wide SCSI, Ultra wide)Menggunakan card tersendiriMB teknologi baru sudah menyertakan card SCSInya .
Kabel IDE terdapat strip warna merah Power supply ditancapkan bersebelahan atau sejajar dengan warna merah pada kabel IDEJika salah komputer tidak akan bootingLakukan deteksi HD lewat BIOS 
Saat sebuah sistem operasi mengirimkan data kepada hard drive untuk direkam, drive tersebut memproses data tersebut menggunakan sebuah formula matematikal yang kompleks yang menambahkan sebuah bit ekstra pada data tersebut.Bit tersebut tidak memakan tempat: Di kemudian hari, saat data diambil, bit ekstra tersebut memungkinkan drive untuk mendeteksi dan mengkoreksi kesalahan acak yang disebabkan oleh variasi dari medan magnet di dalam drive tersebut. Kemudian, drive tersebut menggerakkan head melalui track yang sesuai dari platter tersebut. Waktu untuk menggerakkan head tersebut dinamakan “seek time”. Saat berada di atas track yang benar, drive menunggu sampai platter berputar hingga sector yang diinginkan berada di bawah head. Jumlah waktu tersebut dinamakan “drive latency”. Semakin pendek waktu `seek` dan `latency`, semakin cepat drive tersebut menyelesaikan pekerjaannya. Saat komponen elektronik drive menentukan bahwa sebuah head berada di atas sector yang tepat untuk menulis data, drive mengirimkan pulsa elektrik pada head tersebut. Pulsa tersebut menghasilkan sebuah medan magnetik yang mengubah permukaan magnetik pada platter. Variasi yang terekam tersebut sekarang mewakili sebuah data. Membaca data memerlukan beberapa proses perekaman. Drive memposisikan bagian pembaca dari head di atas track yang sesuai, dan kemudian menunggu sector yang tepat untuk berputar di atasnya. Saat spektrum magnetik tertentu yang mewakili data Anda pada sector dan track yang tepat berada tepat di atas head pembaca, komponen elektronik drive mendeteksi perubahan kecil pada medan magnetik dan mengubahnya menjadi bit. Saat drive tersebut selesai mengecek error pada bit dan membetulkannya jika perlu, ia kemudian mengirimkan data tersebut pada sistem operasi. 
Sectors dan Tracks 
Tracks adalah bagian dari sepanjanjang keliling lingkaran dari luar sampai ke dalam.Sedangkan sector adalah bagian dari tracks.Sectors memiliki jumlah bytes yang sudah diatur. 
Ada ribuan sector dalam HD
1 sectors normalnya menyimpan 512 byte informasi 
Bahan Pembuat Hardisk 
Saat ini hd dibuat dengan teknologi material media magnetik disebut thin film.Lebih rapat, masa pakainya, kecil, ringan dari bahan oxide 
Mekanisme Kerja Hard Disk
Proses baca tulis dilakukan oleh lengan hd dengan media Fisik magnetikHead hardisk melakukan konversi bits ke pulse magnetik dan menyimpannya ke dalam platters, dan mengembalikan data jika proses pembacaan dilakukan Hard disk memiliki “Hard platter” yang berfungsi untuk menyimpan medan magnet.Pada dasarnya cara kerja hard disk adalah dengan menggunakan teknik perekaman medan magnet. Cara kerja teknik magnet tersebut memanfaatkan Iron oxide (FeO) atau karat dari besi, Ferric oxide (Fe2O3) atau oxida lain dari besi. 2 oxida tersebut adalah zat yang bersifat ferromagnetic , yaitu jika didekatkan ke medan magnet maka akan ditarik secara permanen oleh zat tersebut