HDD (Hard Disk Drive – Sabit Disk Sürücüsü) ve Yapısı

HDD (Hard Disk Drive), verileri manyetik olarak dönen plakalar üzerinde depolayan bir veri saklama cihazıdır. İçinde bir veya birden fazla döner disk (platter) bulunur ve bu disklere, okuma/yazma kafaları ile erişilir. Plakaları ve kafaları kontrol eden elektronik kartlar vardır. Plakalar dakikada 5400, 7200, 10000 ve 15000 devire ulaşabilir türdedir. Bu devir/dakika hızına RPM (Revolutions per Minute) denir. HDD’ler uzun yıllardır yaygın olarak kullanılan birincil depolama cihazlarıdır.

Bir HDD’nin temel bileşenleri:

• Disk (Platter) – Veri Depolama Diski: Manyetik kaplamaya sahip disklerdir. Veriler burada saklanır.
• Head (Okuma/Yazma Kafası): Verileri okumak ve yazmak için kullanılır.
• Suspension (Süspansiyon): Okuma/yazma kafasını (head) diskin yüzeyinde sabit tutan esnek ve hafif bir metal bileşendir.
• Pivot (Dönme Ekseni): Okuma/yazma kafasını taşıyan kolun (actuator arm) dönebilmesini sağlayan merkezi eksendir.
• VCM (Voice Coil Motor – Ses Bobini Motoru): Okuma/yazma kafasını hareket ettiren motordur.
• Spindle Motor (Mil Motoru): Disklerin (platter’ların) yüksek hızda dönmesini sağlayan motor sistemidir.
• Data Track (Veri İzi): Disk yüzeyinde dairesel olarak düzenlenmiş veri saklama yollarıdır.
• E-Block (Elektronik Blok): HDD’nin tüm mekanik bileşenlerini taşıyan merkezi yapıdır.

HDD’nin Çalışma Prensibi (Özet)

1. Spindle motor, diskleri belirli bir hızda döndürmeye başlar.
2. VCM motoru, actuator arm’ı pivot etrafında döndürerek head’i doğru track üzerine getirir.
3. Head (Okuma/Yazma Kafası), süspansiyon sistemi ile desteklenerek diske yaklaşır.
4. Head, manyetik alanları değiştirerek veri yazar veya okur.
5. Okunan veri, E-Block içindeki bileşenler aracılığıyla HDD denetleyicisine iletilir.
6. Veri işlenerek bilgisayara gönderilir.

Track, Sector, Cluster, Fragment Kavramları

• Veriler yazılabilmesi ve bulunabilmesi için adreslenirler.
• Plaka yüzeylerini adreslemek için 3 terim kullanılır.

1. Track (İz): Plaka yüzeyindeki çemberlerin arasıdır. Yatay yöndedir.

2. Sector (Sektör): Plakanın iç merkezinden dışarıya doğru oluşan iz parçalarıdır. Dikey yöndedir.

3 Cluster (Küme): Sektörler üzerinde oluşturulan bölümlerdir. Formatlama ve dosya sistemi boyutuna göre oluşturulurlar.

HDD’de Okuma ve Yazma İşlemi Nasıl Gerçekleşir?

Yazma İşlemi (Write Operation)

Bir veriyi sabit diske yazmak için aşağıdaki adımlar gerçekleşir:

Adım 1: İşletim Sistemi Yazma İsteğini Gönderir

• Bir program, belge veya dosya oluşturduğunuzda veya bir veriyi diske kaydetmek istediğinizde, işletim sistemi (OS) bu isteği HDD denetleyicisine (controller) gönderir.
• Denetleyici, verinin nereye yazılacağını belirler ve boş bir alan (cluster) olup olmadığını kontrol eder.

Adım 2: Okuma/Yazma Kafası Hareket Eder

• VCM (Voice Coil Motor), actuator arm (hareketli kol) ve pivot (dönme ekseni) yardımıyla okuma/yazma kafası (head) doğru konuma yönlendirilir.
• Disk dönerken (spindle motor sayesinde), head hedef track üzerine hareket eder.

Adım 3: Manyetik Alan Kullanılarak Veri Yazılır

• Okuma/yazma kafası, manyetik alan kullanarak diskin yüzeyindeki ferromanyetik taneciklerin yönünü değiştirir.
• Manyetik alan yönleri 0 ve 1’leri temsil eder:
  • Kuzey-Güney yönü = 1
  • Güney-Kuzey yönü = 0
• Veri, sektör ve cluster’lara uygun şekilde kodlanarak saklanır.

Adım 4: ECC (Hata Kontrolü) Kullanılarak Doğrulama Yapılır

• HDD, ECC (Error Correction Code – Hata Düzeltme Kodu) kullanarak verinin doğru yazıldığını kontrol eder.
• Veri hatasız yazıldıysa, işlem tamamlanır ve HDD denetleyicisi işletim sistemine başarıyla tamamlandığını bildirir.

Özet: Yazma işlemi, manyetik alandaki değişiklikler ile ferromanyetik taneciklerin yönlerini 0 ve 1 olarak kodlayarak gerçekleşir.

2. Okuma İşlemi (Read Operation)

HDD’den bir veriyi okumak için aşağıdaki adımlar gerçekleşir:

Adım 1: İşletim Sistemi Okuma İsteğini Gönderir

• Kullanıcı bir dosyayı açtığında veya bir program çalıştırdığında, işletim sistemi HDD denetleyicisine “Belirtilen konumdan veriyi oku” isteğini gönderir.

Adım 2: Okuma/Yazma Kafası Hareket Eder

• HDD denetleyicisi, aranan verinin hangi track ve sektörde olduğunu belirler.
• VCM motoru, actuator arm’ı pivot ekseni etrafında hareket ettirerek head’i doğru track üzerine getirir.
• Disk yüzeyi spindle motor tarafından döndürülür ve doğru veri alanı head’in altına gelir.

Adım 3: Manyetik Alan Algılanır ve Dönüştürülür

• Okuma/yazma kafası, disk yüzeyindeki manyetik alan değişikliklerini algılar.
• GMR (Giant Magnetoresistance) veya TMR (Tunneling Magnetoresistance) teknolojisi kullanılarak manyetik değişimler elektrik sinyallerine dönüştürülür.
• Bu sinyaller analog sinyallerden dijital verilere (0 ve 1’lere) çevrilir.

Adım 4: ECC ile Veri Doğrulama Yapılır

• Okunan verinin hatasız olup olmadığı ECC (Error Correction Code) ile kontrol edilir.
• Eğer hata tespit edilirse, HDD hata düzeltme algoritmalarını kullanarak veriyi onarmaya çalışır.
• Okunan veri, işletim sistemine iletilir ve kullanıcının erişimine sunulur.

Özet: Okuma işlemi, manyetik alan değişikliklerinin algılanarak elektrik sinyallerine dönüştürülmesiyle gerçekleşir.

HDD Okuma-Yazma İşleminde Önemli Faktörler

RPM (Devir Hızı)

• HDD’de okuma/yazma hızını doğrudan etkileyen faktörlerden biri diskin dönüş hızıdır (RPM – Revolutions Per Minute).
• 5400 RPM HDD’ler daha yavaşken, 7200 RPM HDD’ler daha hızlıdır.
• 10,000 veya 15,000 RPM HDD’ler, sunucu sistemlerinde ve yüksek performans gerektiren ortamlarda kullanılır.

Fragmentation (Parçalanma)

• Dosyalar ardışık olmayan sektörlere bölünerek kaydedilirse, okuma süresi uzar.
• Defragmentasyon işlemi, dosyaların ardışık hale getirilmesini sağlayarak okuma/yazma hızını artırır.

Cache (Önbellek)

• HDD’lerde okunan veriler önbellek belleğinde (Cache Memory) tutulur.
• Önbellek ne kadar büyükse, sık erişilen verilere ulaşmak o kadar hızlı olur.

Veri Yoğunluğu (Areal Density)

• Plaka başına düşen veri yoğunluğu arttıkça, okuma/yazma hızı da artar.
• Modern HDD’ler, eski modellere göre daha yüksek yoğunlukta verileri saklayarak performansı artırır.

HDD’nin Avantajları ve Dezavantajları

Avantajları:

• Uygun Fiyatlıdır: Aynı kapasitedeki SSD’lere göre çok daha ekonomiktir.
• Yüksek Depolama Kapasitesi Sunar: 1 TB ila 16 TB gibi büyük depolama seçenekleri mevcuttur.
• Veri Kurtarma Mümkündür: Mekanik arızalarda, özel laboratuvarlarda veri kurtarma şansı SSD’lere göre daha yüksektir.

Dezavantajları:

• Daha Yavaş Okuma/Yazma Hızına Sahiptir: SSD’ler ile karşılaştırıldığında çok daha düşük hızlara sahiptir.
• Fiziksel Darbelere Karşı Hassastır: Mekanik bileşenler içerdiği için düşme veya sarsıntıya karşı daha dayanıksızdır.
• Gürültü ve Isınma Sorunu Vardır: Dönen diskler ve hareketli parçalar nedeniyle çalışma sırasında ısınabilir ve ses çıkarabilir.

HDD vs SSD Karşılaştırması

SSD’ler, daha yüksek hız ve dayanıklılık sunduğu için işletim sistemleri ve uygulamaların yüklenmesi gibi performans odaklı işlemlerde tercih edilir. HDD’ler ise büyük boyutlu verilerin (filmler, yedekler, arşivler) saklanması için daha ekonomik bir seçenek sunar.

HDD Kullanım Alanları

• Kişisel Bilgisayarlar: Ekonomik ve büyük depolama ihtiyacı olan kullanıcılar için idealdir.
• Sunucular ve Veri Merkezleri: Yüksek kapasite gereksinimi nedeniyle bazı veri merkezlerinde hâlâ HDD’ler kullanılmaktadır.
• Oyun Konsolları: Konsolların geniş oyun arşivlerini saklamak için HDD’ler hâlâ yaygın bir tercihtir.
• Yedekleme ve Arşivleme: Uzun vadeli veri saklama çözümlerinde HDD, fiyat/kapasite avantajı sunduğu için tercih edilir.

Sonuç

HDD’ler, depolama teknolojileri gelişse de hâlâ geniş kapasiteli ve uygun maliyetli bir seçenek olarak önemini korumaktadır. Ancak hız ve dayanıklılık gerektiren durumlarda SSD’ler daha iyi bir tercih olabilir. Kişisel kullanım veya kurumsal ihtiyaçlarınıza göre doğru depolama çözümünü seçmek için hız, kapasite ve maliyet faktörlerini göz önünde bulundurmanız önemlidir.