Jelajah Harddisk
B. Setyo RyantoBayangkanlah, jika tidak tersedia harddisk pada PC Anda. Di mana Anda akan menyimpan data, kumpulan lagu MP3, melakukan editing video, dan seterusnya? Bagaimanakah sebenarnya harddisk bekerja?
Harddisk Drive (HDD) adalah salah satu perangkat media penyimpanan pada sistem PC. Termasuk dalam salah satu kategori permanen, meskipun di dalamnya kebanyakan juga terdapat bagian dari virtual memory, yang dimanfaatkan oleh sistem operasi.
Jika tidak ada harddisk, kemungkinan kita masih akan mengandalkan floppy disk. Baik untuk menyimpan data, juga menjalankan aplikasi, atau bahkan sistem operasi. Maka tidak mengherankan, jika harddisk termasuk dalam salah satu komponen terpenting untuk PC di jaman sekarang ini.
Jauh sebelum bentuk harddisk seperti sekarang ini, harddisk kali pertama ditemukan pada tahun 1950-an. Baru mulai dikenal oleh masyarakat lebih luas pada tahun 1956. International Business Machines (IBM)-lah yang memproduksinya secara masal, saat masih dengan sebutan RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control), terdiri dari 50 keping plat berdiameter 24 inci, dan dimensi dengan pelindungnya yang kurang lebih seukuran kulkas besar.
Hukum Moore juga berlaku pada media penyimpanan, namun untuk harddisk agak sedikit berbeda. Kecenderungan dari lebih 50 tahun perkembangan harddisk, kapasitas harddisk akan bertambah 130% selama 18 bulan. Bahkan untuk periode tertentu, kapasitas harddisk meningkat 100% hanya dalam 9 bulan.
Selain kapasitas yang terus meningkat, boleh dibilang hanya sedikit peningkatan dalam teknologi harddisk. Sebagian besar hanya berkutat pada peningkatan kecepatan, dengan perbaikan interface yang digunakan.
Membedah HarddiskHarddisk terdiri dari spindle yang merupakan pusat putaran satu atau lebih keping media penyimpan data. Spindle ini akan berputar dengan cepat. Untuk itu, digunakan high quality bearing. Pada harddisk terdahulu masih mengandalkan ball bearing, namun untuk harddisk terkini sudah menggunakan fluid bearing. Dengan fluid bearing, gaya friksi yang terjadi semakin minim, begitu juga dengan tingkat kebisingan yang semakin minim.
Keping atau disk inilah yang menyimpan data secara digital, pada permukaan magnetiknya. Proses read ataupun write dilakukan oleh read-write head, saat keping berputar dengan kecepatan tinggi. Read-write head ini melayang dengan jarak yang sangat tipis dengan magnetik medium (biasanya berupa lapisan film). Mengubah kutub magnetik secara mikroskospik, sesuai dengan data informasi yang ditulis. Untuk proses read, sebuah sensor magnetik membaca magnetic flux dari lokasi tersebut. Dari read sensor ini, informasi kembali diterjemahkan menjadi digital, 0 dan 1.
Setiap keping atau disk akan memiliki satu head. Jika jumlah keping lebih dari satu, maka otomatis jumlah head akan disesuaikan. Hal ini dikarenakan pergerakan head hanya radial, sesuai dengan spindle. Head tidak akan bergerak naik turun antar disk.
Pergerakan rotasi spindle, proses read dan write ataupun aktivitas harddisk yang lain, dikendalikan secara lokal oleh disk controller. Ialah yang menentukan efisiensi pelaksanaan proses read dan write. Pengembangan firmware terkini untuk harddisk controller, memungkinkannya lebih efisien lagi. Sekaligus memungkinkannya melakukan remapping disk sector yang gagal beroperasi. Itu sebabnya, pada harddisk terbaru, tidak lagi ditemukan bad sector.
Self-monitoring, analysis, and reporting technology (S.M.A.R.T.) juga merupakan sebuah fitur penting pada harddisk. SMART dikirimkan ke motherboard, untuk memberi peringatan dini kepada penggunanya, jika terjadi malfunction yang memungkinkan terjadinya kerusakan data.
Jika penutup harddisk dibuka, terlihat read-write arm dan electromagnets motor.
Enclosures atau Lapisan Pembungkus
Harddisk yang kita lihat secara kasat mata adalah lapisan pembungkusnya (enclosures). Tugas utamanya adalah memastikan perangkat internalnya terhindar dari debu, kelembaban, dan faktor eksternal lain yang memungkinkan kerusakan data.
Read-write head pada harddisk bergerak hanya dengan jarak satuan nanometer, di atas permukaan kepingan disk. Bayangkan jika harddisk tidak dilengkapi enclosures. Jarak setipis ini dapat berubah, hanya karena tekanan udara akibat hembusan udara, debu, sidik jari, dan seterusnya.
Jika melihat pada spesifikasi sebuah harddisk, terlihat juga range operasional untuk ketinggian dari permukaan air. Intinya, tekanan udara di sekitar harddisk. Hal ini akan berpengaruh pada tekanan di dalam pembungkus harddisk. Enclosure pada harddsik ini memang sengaja tidak dibuat kedap tekanan udara, dikarenakan adanya breath filter, yang fungsi utamanya melepaskan udara panas dari dalam enclosure.
Jika tekanan udara terlalu rendah, menyebabkan jarak antara head dan kepingan data terlalu dekat. Ada kemungkinan head dan lapisan kepingan data bergesekan, yang dapat menimbulkan hilangnya data.
Tingkat kelembaban yang tinggi juga memicu percepatan kerusakan akibat korosi pada harddisk, khususnya pada kepingan data dan head. Pada harddisk dengan teknologi CSS (Contact Start/Stop), head akan memarkir dirinya pada keping data, saat idle. Dengan tingkat kelembaban yang tinggi, korosi antar head dan disk makin tinggi risikonya.
Kapasitas dan Keunggulan HarddiskDengan disk dan enclosure yang jauh lebih kokoh dibandingkan media penyimpanan lainya, harddisk memungkinkan mempunyai daya tahan yang lebih tinggi. Kapasitas yang jauh lebih besar, dengan kecepatan transfer data yang jauh lebih cepat. Sekarang, tidak jarang kita mendengar harddisk dengan kapasitas hingga 500 GB, dan kecepatan spindel hingga 10.000 rpm. Ini dapat menghasilkan sequential transfer speed hinggal 80 MB/s. Sedangkan untuk harddisk notebook, sudah mulai tersedia dengan 7.200 rpm untuk high performance. Itulah keunggulan utama harddisk, dibanding media penyimpanan lainnya.
Teknologi Plat pada Harddisk
Sebetulnya, plat disk di dalam harddisk terbuat dari materi non-magnetic. Bahan yang banyak digunakan adalah kaca (Si-Ge) atau aluminium. Kemudian dilapisi dengan lapisan magnetik material yang tipis.
Harddisk-harddisk terdahulu menggunakan bahan lapisan magnetic iron(III) oxide. Sedangkan untuk harddisk sekarang sudah menggunakan material campuran antara cobalt dan aluminium. Ini lebih memperkecil risiko korosi, dan membuatnya lebih reliable.
Lapisan magnetik pada lempengan harddisk, terbagi menjadi bagian-bagian region yang sangat kecil. Masing-masing region mewakili 1 binary unit dari informasi data yang tertulis. Di dalam magnetic region, terdapat butiran-butiran magnetik, yang masing-masing memiliki kutub sendiri. Saat data sudah tertulis, diharapkan gabungan medan magnet dari butiran magnetik ini akan menghasilkan kutub tertentu. Setiap magnetic region akan memiliki medan magnet dengan kutub magnet tertentu, sesuai dengan datanya.
Proses encoding data, dengan membaca perubahan kutub magnet, dari satu magnetic region ke region lain. Jika ada perubahan (reverse) antar region dan reverse lain pada region berikutnya, akan dianggap sebagai ‘1’. Jika tidak ada perubahan (no reverse) kemudian terjadi perubahan pada region berikutnya (reverse), dianggap sebagai ‘0’. Tugas read head-lah yang membaca perubahan fluktuasi magnetik pada region.
Pada harddisk terdahulu, read head berupa sebuah induktor berukuran sangat kecil. Dilengkapi dengan material paramagnetic, untuk memperkuat sensitivitasnya. Ketika melalu perbatasan region magnetic, read head akan mengalami magnetic flux. Oleh induktor, flux ini akan diubah menjadi aliran listrik.
Pada harddisk terbaru, sudah tidak lagi menggunakan induktor, namun memanfaatkan Giant Magnetoresistive effect, yang merupakan sebuah terobosan dalam quantum mekanik. Membuat read head lebih sensitif lagi, juga menjaga reabilitas data.
Mengapa Menggunakan Butiran Magnetik?
Salah satu tujuan utama digunakannya magnetic grains (butiran magnetik) adalah penyusutan ruang yang dibutuhkan, dibandingkan menggunakan medium continuous magnetic. Dengan butiran magnetik, jarak transisi antar magnetic region dapat dibuat lebih minim. Semakin kecil butiran magnetik yang digunakan, semakin kecil pula jarak transisi antar region.
Access dan Interfaces
Selama sejarah harddisk yang cukup panjang, ia menggunakan banyak sekali jenis interface. Saat digunakannya interface ST-506, masih menggunakan data encoding dengan metoda Modified Frequency Modulation (MFM). Sebuah encoding data yang juga digunakan pada floppy disk. Data transfer rate yang mampu dihasilkan dengan interface ini adalah 5 Mbps (Mega bit per second). Kemudian sedikit meningkat dengan digunakannya metoda encoding 2,7 RLL, hingga mencapai angka data transfer rate sebesar 7,5 Mbps.
Pada Enhanced Small Disk Interface (ESDI), mendukung penggunaan multiple data rates. Secara otomatis harddisk dan controller akan menyesuaikan, sesuai dengan perangkat yang terpasang. Data transfer rate yang mampu dihasilkan adalah 10, 15 dan 20 Mbps.
Awalnya, pada SCSI tersedia satu kecepatan transfer rate, yaitu 5 Mbps. Kemudian interface yang satu ini meningkat drastis. Pada perangkat ber-interface ini, tidak ada batasan. Digunakannya buffer, baik pada SCSI bus controller atau juga pada drive sendiri, memungkinkan hal ini.
ATA drive memiliki kelebihan pada controller yang terintegrasi. Awalnya membuat sedikit masalah dengan kompatibilitas. Terlebih dalam konfigurasi master/slave, di mana dua drive terhubung dengan satu kabel data. Masalah ini terselesaikan di tahun 1990-an, ketika spesifi kasi ATA mulai distandardisasi. Meskipun masih ada sedikit masalah, ketika menggabungkan perangkat DMA (direct memory access) dan non-DMA.
Serial ATA menghilangkan konfigurasi master dan slave. Setiap drive dilayani oleh satu channel I/O eksklusif, dengan satu kabel data.
Alternatif penggunaan FireWire/IEEE 1394 dan USB(1.0/2.0) juga mulai dikenal belakagan ini. Sebenarnya, di dalam perangkatnya adalah sebuah ATA ataupun SATA drive, yang ditambahkan dengan adapter interface untuk USB atau FireWire. Selain dapat digunakan secara eksternal, alternatif ini juga digunakan karena kemudahannya. Tidak perlu menambahkan port ataupun harddisk controller card, sekiranya jumlah port controller yang tersedia tidak lagi mencukupi.
Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology
Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology, atau disingkat S.M.A.R.T., adalah sistem monitoring harddisk. Dengan SMART, harddisk mampu mendeteksi dan melaporkan berbagai indikator yang terkait dengan reabilitas data, dengan tujuan mengantisipasi terjadinya kerusakan.
Fungsi SMART
Pada dasarnya, harddisk dapat mengalami gagal fungsi berdasarkan dua pembagian kelas, yaitu:
- Kegagalan yang dapat diprediksi. Seperti umur mekanis, seiring lamanya penggunaan. System monitoring SMART dapat mendeteksi hal seperti ini. Harddisk dapat memberikan status, sebelum mengalami malfunction.
- Kegagalan yang tidak dapat diprediksi. Kerusakan seperti ini, disebabkan misalnya kerusakan komponen electronik, akibat terbakar, ataupun kerusakan fisik lainnya.
Berdasarkan data yang ada, 60% kerusakan harddisk sebenarnya dapat diprediksi waktunya. Dan ini kebanyakan disebabkan umur mekanis. SMART dapat memperingatkan penggunanya sebelum hal itu terjadi, dan memberikan kesempatan untuk melakukan tindakan preventif yang diperlukan, seperti mem-backup data.
Standar dan Implementasi
SMART dipelopori oleh Compaq. Namun hampir semua produsen harddisk dan motherboard, sudah menggunakannya. Biasanya, motherboard akan menampilkan pesan pada BIOS POST report.
Meskipun demikian, masih ada beberapa masalah kompatibilitas untuk SMART. Beberapa produsen harddisk terkadang menyebut produknya SMART compatible, namun terkadang tidak untuk semua fungsi reporting yang ada pada SMART. Katakanlah dengan tidak menyertakan temperatur sensor, yang kemungkinan oleh pengguna nya diharapkan mengacu pada SMART compatible. Temperatur harddisk adalah salah satu faktor penting, yang juga akan mempengaruhi reabilitasnya.
Fasilitas baik pada motherboard juga software SMART monitoring, belum tentu mampu melaporkan semua atribut SMART. Hal ini bisa disebabkan karena keterbatasan interface yang digunakan. Katakanlah saat menggunakan harddisk eksternal, dengan interface USB ataupun FireWire. Hal yang sama juga dapat terjadi pada harddisk dengan konfi gurasi RAID mirroring. Terlebih software monitor RAID yang bekerja di dalam lingkungan sistem operasi. Hal ini dikarenakan sistem operasi tidak dimungkinkan untuk melihat harddisk secara individual, di balik konfigurasi RAID.
Attributes SMART
Jika dalam kondisi ideal, baik harddisk yang digunakan, interface yang digunakan harddisk, motherboard, dan software SMART monitor yang digunakan, akan cukup banyak informasi attribute yang dapat ditampilkan.
Masing-masing attribute akan mencantumkan nilai antara 1 sampai 253. Nilai terkecil (1) menyatakan nilai atau kondisi terburuk. Sedangkan nilai tertinggi (253) menyatakan kondisi terbaik. Tiap produsen memiliki batasan yang berbeda untuk menentukan kondisi normal. Biasanya harddisk masih dinyatakan dalam kondisi normal, jika nilai attribute-nya tidak kurang dari 100. Jika ini masih dirasakan merepotkan, Anda cukup melihat hasil kesimpulan pada penilaian Fitness dan Performance.
Contoh infromasi SMART yang ditampilkan oleh SpeedFan 4.29.
Perpendicular Recording
Kebutuhan storage berupa harddisk tidak saja digunakan pada PC. Beberapa consumer electronic juga membutuhkan harddisk. Contohnya, Portable multimedia player berlomba menawarkan kapasitas yang lebih besar, ataupun sebuah mobile phone yang mendukung multimedia.
Jika pada PC, harddisk dituntut memiliki kapasitas yang terus lebih besar, maka pada consumer electronic dituntut ukuran fisik yang mengecil. Ini memicu perkembangan teknologi yang digunakan harddisk. Solusi teknologi yang digunakan adalah perpendicular recording.
Mengapa Perpendicular Recording Diperlukan?
Harddisk menyimpan data pada lempengan magnetik. Hal inilah merupakan tantangan utama bagi para produsen harddisk, yakni mendesain media penyimpanan magnetik yang reliable.
Di mana ukuran magnetic region, akan berbanding lurus dengan energi yang dibutuhkan untuk demagnetized. Semakin besar ukuran magnetic region, data semakin stabil. Ini tentu saja sangat terbalik dengan kebutuhan media penyimpanan, yang mendambakan kapasitas yang besar, tanpa ukuran dimensi yang bertambah besar. Ataupun ukuran fisik yang semakin kecil dengan data yang besar.
Ada batasan minimum sebuah magnetic region akan tetap stabil dalam suhu ruangan. Jika lebih kecil dari batasan minimum tersebut, maka magnetic region tersebut akan dengan mudah berubah kutub magnetnya secara acak.
Perpendicular recording adalah alternatif yang digunakan, karena teknik ini tidak memperkecil ukuran magnetic region. Hanya mengubah orientasi tata letak, agar lebih efisien menggunakan tempat yang terbatas. Hal ini yang tidak dapat dicapai dengan mengandalkan longitudinal recording, seperti yang digunakan pada harddisk selama ini.
Perbandingan cara kerja longitudinal recording (standard) dengan perpendicular recording.
Bagaimana Cara Kerja Perpendicular Recording?
Perpendicular recording mengubah arah bit orientasi kutub pada elemen magnetic. Dibandingkan longitudinal (standar) recording, arah kutub magnetik sejajar dengan plat pada disk. Sedangkan pada perpendicular recording, kutub magnet mengarah tegak lurus dengan plat. Lebih jelasnya, dapat melihat pada gambar ilustrasi.
Dengan mengatur kutub region magnetic secara perpendicular (tegak lurus) dari permukaan media, membuat jarak antar region semakin dekat. Secara tidak langsung juga memperbanyak kapasitas data, dalam sebuah luas permukaan yang sama.
Untuk mengaplikasikan metode ini, diperlukan sebuah lapisan tambahan. Material yang digunakan pada lapisan tambahan ini, berguna untuk mengatur arah orientasi kutub magnet. Lapisan ini terletak di antara kepingan plat, dan lapisan magnetik film.
Dengan menggunakan metode perpendicular recording, memungkinkan digunakannya bahan material magnetik, dengan tingkat koefisiensi magnetik (coercivity) yang lebih tinggi. Artinya, dibutuhkan medan magnetik yang lebih besar, untuk dapat mengubah medan magnet yang ada. Atau pendek kata lebih stabil. Ini memungkinkan penggunakan material dengan magnetic grain, yang membutuhkan region magnetic yang jauh lebih kecil lagi. Sehingga secara keseluruhan, perpendicular recording akan semakin meningkatkan tingkat kepadatan data, pada tiap kepingan yang digunakannya.
Penggunaan Perpendicular Recording.Toshiba adalah produsen pertama yang memproduksi harddisk perpendicular recording dengan form factor 1,8 inci, pada tahun 2005 yang lalu. Sayangnya, produk ini mengalami masalah dalam hal kestabilan dan reabilitas data.
Pada Januari 2006, Seagate memproduksi harddisik dengan teknologi ini, ditujukan untuk notebook dengan form factor 2,5 inci. Seagate Momentus 5400.3 adalah produk pertamanya. Berawal dari sini, Seagate mencanangkan akan menerapkan penggunaan teknologi ini, pada kebanyakan produk harddisk selanjutnya. Tentu saja, langkah ini kemudian diikuti oleh produsen harddisk yang lainnya.
Seagate mulai memperkenalkan harddisk 3,5 inci dengan perpendicular recording, pada April 2006. Diawali dengan Cheetah 15K.5 berkapasitas 300 GB, dengan kecepatan spindle 15.000 rpm untuk interface SCSI. Harddisk ini diklaim memiliki peningkatan kinerja hingga 30%, dibanding seri Cheetah sebelumnya. Untuk interface ATA, Seagate memulai dengan Barracuda 7200.10. Harddisk dengan form factor 3,5 inci, dengan kapasitas maksimal 750 GB.
Toshiba juga menggunakan perpendicular recording untuk harddisk 2,5 inci, berkapasitas 200 GB. Produk ini diumumkan pada Juni 2006, namun baru akan tersedia di pasar pada Agustus 2006. Ini akan memberikan kesempatan pada pengguna notebook, untuk menggunakan harddisk dengan kapasitas 200 GB.
Fujitsu menginformasikan akan mulai menggunakan teknologi perpendicular recording pada Agustus 2006, dimulai dengan harddisk 2,5 inci, dengan interface SATA, berkapasitas 160 GB. Hitachi akan menerapkannya pada Microdrive berkapasitas 20 GB, dan 1 TB untuk harddisk 3,5 inci.
Informasi Lebih Lanjut
Sumber
0 comments:
Posting Komentar