Pevný disk (HDD): definice, kapacity a fungování

Pevný disk (HDD): co je to, jak funguje a jaké má kapacity — praktický průvodce výběrem, typy GB/TB a tipy pro spolehlivé ukládání dat.

Pevný disk (HDD) je zařízení pro ukládání dat v počítačích a dalších elektronických zařízeních. Ukládá data na rotující kotouče potažené magnetickou vrstvou, tzv. záznamovou vrstvou, a pro čtení i zápis využívá čtecí/zapisovací hlavy. Kapacita se běžně uvádí v gigabajtech (GB) nebo — u větších disků — v terabajtech (TB). Pozor na rozdíl mezi desetinnými a binárními jednotkami: v desetinném (SI) systému platí 1 GB = 1 000 000 000 bajtů a 1 TB = 1 000 GB, zatímco v binárním značení se používají gibibajty a tebibyty (1 GiB = 1 073 741 824 bajtů, 1 TiB = 1 024 GiB). Často se setkáte s tím, že výrobce udává kapacitu v SI (např. 1 TB = 1 000 000 000 000 bajtů), ale operační systém ji může zobrazit v binárním přepočtu, což je častý zdroj nejasností. Dále: 1 GB = 1 000 megabajtů (SI) a 1 MB = 1 000 000 bajtů (SI); v praxi se ale často používají i binární ekvivalenty (MiB, GiB).

Z čeho se HDD skládá

• Kotouče (platters) – rotující disky z kovu nebo skla, na jejichž povrchu je magnetická vrstva pro uložení dat.
• Čtecí/zapisovací hlavy – malé elektromagnetické elementy umístěné na konci ramene, které čtou a zapisují data bez kontaktu s povrchem kotouče.
• Aktuátor (rameno) – přesouvá hlavy nad příslušné stopy na kotouči.
• Tahové a otáčivé části – včetně motoru otáčejícího kotouče (spindle motor) a ložisek.
• Elektronika (PCB) – řídí pohyb, zpracování signálu, mezipaměť (cache) a komunikaci s počítačem.
• Kryt – hermeticky uzavřená skříň chránící vnitřní součásti před prachem a vlhkostí.

Jak HDD funguje

Data se na kotoučích zapisují magnetizací malých oblastí (bitů) v tzv. stopách a sektorech. Kotouče se rychle otáčejí (typicky 5 400, 7 200, 10 000 nebo 15 000 ot./min), zatímco hlava se přesouvá na správnou stopu. Zápis probíhá magnetizací oblasti v určitém směru, čtení detekcí směru magnetizace. Pro přesné polohování se používají servo informace uložené na kotouči a pro korekci chyb se používají algoritmy ECC (error-correcting code).

Kapacita a jednotky – praktické dopady

Výrobci obvykle uvádějí kapacitu v SI (např. 1 TB = 1 000 000 000 000 bajtů). Operační systémy mohou kapacitu zobrazit v GiB (binárně), takže disk označený jako 1 TB výrobce může v systému zobrazit přibližně 931 GB (či spíše 931 GiB). Proto při koupi disku očekávejte, že dostupná kapacita bude o něco menší, než je štítek.

Výkonnostní parametry

• Rychlost otáček (RPM) – ovlivňuje průměrnou dobu přístupu; vyšší RPM znamená nižší mechanické zpoždění a obvykle vyšší propustnost.
• Doba hledání (seek time) – čas potřebný k přesunu hlavy nad správnou stopu (desítky ms u průměrných disků).
• Rotational latency – čekání na otáčení kotouče tak, aby požadovaný sektor byl pod hlavou (polovina doby jedné otáčky v průměru).
• Sekvenční propustnost – MB/s při čtení nebo zápisu velkých souborů.
• IOPS – počet vstupně-výstupních operací za sekundu; u HDD je náhodný přístup poměrně pomalý ve srovnání s SSD.

Formáty a rozhraní

• Formát – nejběžnější jsou 3,5" (desktop) a 2,5" (laptopy, NAS). Existují i menší nebo speciální formáty.
• Rozhraní – SATA (běžné v PC a externích diskových skříních), SAS (enterprise), USB (externí disky) a dříve IDE/PATA. HDD nepodporují NVMe — to je rozhraní pro SSD.

SMR vs CMR

Existují různé technologie zápisu: CMR (Conventional Magnetic Recording) umožňuje nezávislý zápis stop, zatímco SMR (Shingled Magnetic Recording) přepisuje překrývající se stopy a zvyšuje hustotu záznamu, ale může zpomalit zápis při náročných operacích. Pro NAS nebo aplikace s vysokým zatížením zapisování volte disky s CMR nebo disky určené pro NAS.

HDD vs SSD – kdy použít který

• HDD – výhodné pro velké kapacity za nízkou cenu (archivy, zálohy, multimédia, NAS). Nevýhodou je pomalejší náhodný přístup, vyšší spotřeba energie a mechanické opotřebení.
• SSD – mnohem rychlejší, bez mechanických částí, vhodné pro systémový disk a aplikace náročné na I/O. Vyšší cena za GB než u HDD.

Údržba, bezpečnost a zálohování

• Pravidelně zálohujte důležitá data (HDD selhávají). Používejte 3-2-1 pravidlo: tři kopie, na dvou typech médií, jedna mimo lokalitu.
• Sledování stavu disku pomocí SMART (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology) pomůže odhalit předzvěst selhání.
• Na HDD má still benefit defragmentace souborového systému (u moderních OS a SSD se defragmentace nedoporučuje).
• Chraňte disky před otřesy, horkem a vlhkostí; při manipulaci s otevřeným diskem riskujete jeho poškození.
• Pro citlivá data zvažte šifrování (hardware nebo software) a bezpečné mazání (přepis nebo degaussing u fyzicky dostupných disků).

Kdy a kde HDD používat

Pevné disky jsou ideální pro dlouhodobé ukládání velkého množství dat, zálohování, mediální knihovny a servery NAS. Pro operační systém, programy a rychlé databáze jsou vhodnější SSD nebo kombinace SSD (pro systém a cache) + HDD (pro data).

Tip: Při nákupu zkontrolujte typ záznamu (SMR/CMR), RPM, velikost cache a rozhraní; u NAS/enterprise nasazení volte disky určené pro 24/7 provoz a s vyšším MTBF.

Různá rozhraní

V průběhu let se objevilo mnoho typů diskových rozhraní, ačkoli všechny používaly stejnou technologii záznamu na rotující plotnu. Rozdíly byly ve způsobu kódování dat do binární podoby, integritě dat, rychlosti přenosu dat, požadavcích na kabeláž a ceně. V roce 2009 bylo běžné připojovat pevný disk pomocí připojení Serial ATA. Předcházející připojení se nazývalo "IDE" a dnes se nazývá Parallel ATA. Ve velkých datových centrech se často používá Fibre Channel.

U serverů je velmi oblíbené rozhraní SCSI. Existuje několik typů a verzí rozhraní SCSI, například paralelní a Serial Attached SCSI, přičemž každé z nich je rychlostně a cenově náročnější. V rámci serverů se často používá několik jednotek SCSI ve vzájemné kombinaci, aby se zajistila ochrana proti ztrátě nebo poškození dat (toto se nazývá RAID - a na výběr je mnoho konfigurací).

Kabely Serial ATA jsou běžným způsobem připojení pevných disků.

Otázky a odpovědi

Otázka: Co je to pevný disk?

Otázka: Jak se obvykle měří kapacita pevného disku?

Otázka: Co představuje jeden gigabajt?

Otázka: Existují nějaké větší kapacity než gigabajty?

Hledání podle dopisu