Wat is een HDD?

Een HDD is een harde schijf, omdat deze gebruikmaakt van vaste platen bedekt met een magnetische film om gegevens op te slaan voor verschillende apparaten, vandaar de woorden 'harde schijf' in de naam. Deze opslagapparaten worden al sinds de jaren vijftig in computers gebruikt en worden nog steeds gebruikt, hoewel op veel kleinere schaal voor consumentenapparaten dan in voorgaande decennia vanwege de opkomst van solid-state drives als snellere vervanging.

Harde schijven zijn niet-vluchtige apparaten, wat betekent dat ze gegevens kunnen opslaan, zelfs wanneer er geen stroom naar de schijf gaat. Dit is het tegenovergestelde van pc-geheugen, ook wel DRAM genoemd, dat vluchtig is en stroom nodig heeft om gegevens op te slaan.

De belangrijkste onderdelen van een HDD zijn de metalen of keramische schijven die bedekt zijn met een magnetische film waarop gegevens worden opgeslagen, en lees-/schrijfkoppen die boven het oppervlak van de schijven zweven en gegevens heen en weer naar het hostsysteem overbrengen. Deze lees-/schrijfkoppen worden op elk schijfoppervlak van een harde schijf gebruikt, dus ze bevinden zich doorgaans aan beide zijden van een schijf. Als het een schijf met 10 schijven betreft, zijn er dus meestal 20 lees-/schrijfkoppen. Deze kleine lees-/schrijfkoppen zijn bevestigd aan actuatorarmen die vanaf de basis van de schijf over de schijven uitsteken, waar een kleine motor hun werking regelt. De gemagnetiseerde platters worden doorgaans 'media' genoemd, omdat ze gegevens kunnen opslaan.

Het belangrijkste voordeel van een harde schijf is dat deze tegen zeer lage kosten veel gegevens kan opslaan, waardoor deze schijven al meer dan 60 jaar de standaardopslag voor computers zijn. Tegenwoordig worden ze nog steeds overal ter wereld gebruikt, maar steeds vaker in bedrijfsomgevingen zoals datacenters en servers, omdat ze in vergelijking met solid-state drives tegen zeer lage kosten enorme hoeveelheden gegevens kunnen opslaan.

Wanneer gegevens worden opgevraagd vanuit het hostsysteem, bijvoorbeeld wanneer iemand naar een map navigeert en dubbelklikt op een bestand of map, wordt de actuatorarm met de lees-/schrijfkoppen in positie gebracht boven de draaiende schijf waar dat specifieke stukje gegevens zich bevindt, en wordt het kleine stukje gegevens door de schijf gelezen en naar het hostsysteem gestuurd.

Wanneer gegevens naar de schijf worden geschreven, verloopt het proces in omgekeerde volgorde: de arm gaat naar een leeg gebied en de lees-/schrijfkop voegt nieuwe gegevens toe aan de schijf of overschrijft gegevens die zijn gemarkeerd voor verwijdering.

De gegevens op de schijven worden opgeslagen in zogenaamde 'bits', die lijken op microscopisch kleine rijstkorrels. De lees-/schrijfkoppen kunnen magnetische velden creëren met de bits op de schijven, waarbij het ene uiteinde van de bit de noordpool is en het andere uiteinde de zuidpool. Deze oriëntatie vertegenwoordigt de binaire toestand van elke bit op de schijf. De lees-/schrijfkop onderzoekt de magnetische velden van de bits en vertaalt deze naar bruikbare gegevens. Wanneer gegevens worden geschreven, kunnen de lees-/schrijfkoppen bepaalde delen van de schijf magnetiseren, waardoor de bits in een omhoog- of omlaag-toestand worden gezet en zo de binaire basis van alle gegevens vormen.

De bit is de kleinste eenheid van gegevens op een harde schijf. Acht bits vormen een byte, 1000 bytes vormen een kilobyte, duizend kilobytes vormen een megabyte en elke groep van 1000 eenheden leidt tot een gigabyte, terabyte, petabyte, enzovoort. Zo meten we de totale capaciteit van een harde schijf, die tegenwoordig in terabytes wordt uitgedrukt.

Harde schijven zijn uit de gratie geraakt voor consumentenapparaten door de komst van solid-state drives, of kortweg SSD's, die zoals de naam al aangeeft geen bewegende onderdelen hebben. Door het ontbreken van bewegende onderdelen zijn ze veel sneller dan schijven met een draaiende plaat, omdat u niet hoeft te wachten tot de lees-/schrijfkop in de juiste positie staat en de 'zoektijd', de tijd die nodig is om de kop te verplaatsen, bij een SSD niet bestaat omdat er geen bewegende onderdelen zijn.

De meeste, zo niet alle prestatieknelpunten die bij harde schijven door hun ontwerp ontstaan, doen zich bij SSD's niet voor. Daardoor zijn SSD's veel sneller dan HDD's en ook veel betrouwbaarder, omdat ze tegen een stootje kunnen zonder dat de lees-/schrijfkop tegen de schijf kan 'botsen', wat een harde schijf onherstelbaar kan beschadigen. Het nadeel is dat SSD's nog steeds veel duurder zijn dan HDD's. Daarom vertrouwen datacenters en servers nog steeds op harde schijven voor het opslaan van grote hoeveelheden gegevens, omdat dit met SSD's nog steeds onbetaalbaar is.

Hoewel harde schijven tegenwoordig niet veel meer worden gebruikt in consumentenapparaten vanwege de talloze voordelen van SSD's, zijn ze nog steeds wonderen van moderne techniek. De lees-/schrijfkoppen moeten bijvoorbeeld boven de draaiende schijven zweven zonder deze ooit te raken, maar wel dichtbij genoeg zijn om de gegevens op de schijf te kunnen manipuleren. De afstand tussen de kop en de schijf is dan ook slechts ongeveer 3-5 nanometer, wat even dun is als een menselijke vingerafdruk of de hoogte van enkele strengen menselijk DNA op elkaar gestapeld. Ter vergelijking: de breedte van een menselijke haar is 80.000 nanometer.

Wat nog verbazingwekkender is, is dat het draaien van de platen zorgt voor de luchtstroom waardoor de kop boven de plaat kan 'zweven'. Ondanks de turbulentie die wordt veroorzaakt door de schijf die direct onder hem draait, meestal met een snelheid van 7200 omwentelingen per minuut of 120 omwentelingen per seconde, kan hij op deze onmogelijk kleine afstand blijven zweven.

Ondanks hun relatief trage prestaties zijn de techniek en precisie die in een moderne harde schijf zitten adembenemend, althans voor nerds zoals wij (en misschien ook voor jou).