Harddisken i nærbilde

Harddisken i nærbilde

De to første kapitlene viste hvilke harddisker som finnes, og hvordan de kobles til data­maskinen. Dette kapittelet fortsetter der det første slapp, og forklarer hvordan hard­disken fungerer og brukes. Kapittelet vil blant annet ta for seg formatering, partisjonering og defragmentering.

Den mekaniske konstruksjonen

Harddisken består hovedsakelig av én eller flere roterende magnetiske plater som ligger oppå hverandre. Hver side av platen har sitt eget skrivehode som leser fra eller skriver til platen. Det er altså visse likheter med gamle platespillere. Platen roterer under skrive­hodet, som igjen kan gå frem og tilbake over platen for å komme til i de forskjellige delene.

Sylinder, skrivehode og sektor

På harddisken er det tre begreper som det er lurt å kjenne til. Begrepene er sylinder, hode og sektor. Her følger en forklaring på begrepene i tur og orden.

Spor på en plate (ikke korrekt skala) 

Som på vinylplater finnes det flere spor på harddiskens plate. Når skrivehodet har funnet frem til rett spor, kan det stå stille der og lese eller skrive data mens disken roterer nedenfor.

Harddisken på bildet består av fire plater.

Harddisker kan som nevnt bestå av flere plater. Sporene som ligger på samme sted på hver plate, kalles samlet en sylinder. Ta for eksempel sporet nest ytterst på alle de fire platene. De utgjør til sammen en sylinder.

Eksempel på to utvalgte sektorer (ikke korrekt skala)

De enkelte platene deles også opp i flere såkalte sektorer. Sektoren er den minste delen av en harddisken som kan adresseres. Hver sektor er vanligvis 512 B stor, men dette er i ferd med å endres. Les mer om det i Datamaskin 9.6. Ettersom det ikke er plass til spesielt mye i en sektor, blir flere sektorer ofte samlet i en større klynge.

Når harddisken skal finne en bestemt sektor, må den finne ut følgende:

  • Hvilken sylinder dataene ligger på. Slik avgjøres skrivehodenes posisjon. Deretter kan de lese inn data fra sporet uten å flytte seg.
  • Hvilket skrivehode som skal brukes. Ettersom harddisken består av flere skrive­hoder, må harddisken finne ut hvilket skrivehode som skal brukes. 
  • Hvilken sektor dataene ligger i.

Ved lesing eller skriving stiller rett skrivehode seg inn på rett sylinder og venter til riktig sektor er funnet frem.

Denne teknologien kalles egentlig CHS-adressering (cylinder, head, sector), men den benevnelsen er utdatert. Datamaskinen beskriver ikke lenger disse punktene enkeltvis. Det grunnleggende prinsippet er der fortsatt, men nå får blokkene i stedet nummer ­etter rekkefølgen de ligger i. Den nye teknologien kalles LBA (Logical Block Addressing). Den første sektoren blir ganske enkelt nummer 0, neste sektor nummer 1, og så videre.

Forsinkelser

Harddiskens fysiske konstruksjon gjør at den lider av to forsinkelser. Den ene forsinkelsen oppstår når skrivehodet skal finne frem til rett sted på platen. Først må skrivehodet legge seg over rett spor, og så må det vente til rett sektor har snurret frem. Det oppstår også en forsinkelse når informasjonen leses inn, dvs. tiden det tar for platen å snurre frem hele informasjonsblokken mens skrivehodet leser den. Disse to forsinkelsene finnes ikke på den tradisjonelle harddiskens oppfølger: SSD-stasjonen. Les mer om den i Datamaskin 10.3.

Filsystem

En harddisk kan lagre store mengder data, og for å holde styr på dem blir et filsystem brukt. Det finnes mange typer filsystemer, og hvilket som brukes, avhenger blant annet av datamaskinens operativsystem. I Windows 8 begynner f.eks. installasjonen med at brukeren kan velge hvilken harddisk operativsystemet skal ligge på. Deretter formaterer installasjonsprogrammet harddisken med filsystemet NTFS.

Her er noen eksempler på vanlige filsystemer.

Fat32

Fat32 (File Allocation Table 32) ble brukt som standard filsystem i tidlige versjoner av Windows, men er nå erstattet med NTFS. Fordelen med Fat32 er at det fungerer med nesten alle operativsystemer. Eksterne harddisker er derfor ofte forformaterte i Fat32. Dette gjøres for at de skal fungere umiddelbart på alle datamaskiner. Det er derfor ikke noe problem å flytte en fil til en Fat32-harddisk i Windows, og deretter redigere den i Mac OS X. Problemet med Fat32 er at det ikke er mulig å lagre filer som er større enn 4 GB. Den som vil lagre større filer enn dette (for eksempel rene kopier av DVD-plater), må derfor velge et annet filsystem.

Exfat

Exfat (Extended File Allocation Table, også kjent som Fat64) er en oppfølger til Fat32 som Microsoft tok i bruk fordi Fat32 har problemer med store filer. Exfat anses av mange som passende for større USB-minner og minnekort. Blant annet valgte SD Asso­ciation Exfat som filsystem for sine nye SDXC-kort.

USB-minner og minnekort med Exfat kan leses fra og skrives til umiddelbart av data­maskiner som kjører Windows 7, Windows 8 og Windows 10. Datamaskiner med Windows Vista må oppdateres til Service Pack 1, og datamaskiner med Windows XP må ha en spesiell oppdatering installert. Den kan lastes ned gratis fra Microsofts nettsider (søk etter KB955704).

Mac-er kan også lese og skrive til Exfat-formaterte stasjoner, forutsatt at de kjører Mac OS X Snow Leopard (10.6) eller senere. Snow Leopard må også være oppdatert, ettersom systemet opprinnelig manglet støtte for Exfat.

NTFS

NTFS (New Technology File System) er det filsystemet som Windows bruker mest i dag. Det er et betydelig bedre filsystem enn Fat32, og det har ikke problemet med 4 GB-grensen. Dessverre fungerer det bare på Windows-plattformen, men det finnes tilleggsprogram for både Mac OS X og Linux som gjør at de kan bruke NTFS-formaterte harddisker. Paragon Software Group tilbyr f.eks. slike løsninger for Mac OS X (se www.paragon-software.com/mac). Uten et slikt tilleggsprogram kan Mac OS X bare lese NTFS-stasjoner.

HFS+

HFS+ (Hierarchical File System Plus) er også kjent som Mac OS Extended, og er det filsystemet som brukes av Apple-datamaskiner. Datamaskiner med Windows kan ikke skrive til en HFS+-formatert harddisk. Hvis Windows blir kjørt på en av Apples datamaskiner som har Boot Camp installert, kan operativsystemet derimot lese slike harddisker.

EXT2, EXT3, EXT4

EXT2 og oppfølgerne er vanlige filsystemer på Linux. Mange avanserte nettverksprodukter bruker et av disse filsystemene. En nettverksstasjon formateres for eksempel ofte i et EXT-format. Ettersom harddisken er koblet til nettverket, spiller det ingen rolle at andre operativsystemer ikke kan lese EXT-formatene, ettersom dataene sendes som nettverkstrafikk. Det kan sammenlignes med at en datamaskin til å vise alle nettsteder på Internett uansett hvilket filsystem serverdatamaskinen bruker.

Valg av filsystem

Valget av filsystem handler primært om datamaskinens operativsystem og hva lagringsenheten skal brukes til.

Filsystem Kompatibilitet Bruksområde
Fat32 Nesten alle operativsystemer Flyttbare lagringsmedier (maks 4 GB/fil)
ExFAT Windows Vista og senere
Windows RT
Mac OS X Snow Leopard og senere
Bærbare lagringsmedier for store filer. Obs! Fungerer sjelden i mediespillere, bilstereoer osv.
NTFS Windows 2000 og senere
Windows RT
Systemharddisk i Windows
HFS+ Mac OS X Systemharddisk i Mac OS X

Husk at hvis det er en ekstern harddisk som må fungere på alle plattformer (uten noe tilleggsprogram), er det bare Fat32 og til en viss grad Exfat som kan brukes.

Husk at all lagret informasjon går tapt når du endrer filsystem. Sørg derfor for å ha en sikkerhetskopi.

Partisjonering

Én enkel harddisk kan ha flere partisjoner. Når harddisken blir partisjonert, deles den opp i flere deler, og brukeren opplever hver del som om det var en separat harddisk. Hver partisjon vises som en ny harddisk i Filutforsker i Windows eller Finder i Mac OS X. De får også en egen stasjonsbokstav i Windows (f.eks. D:\, E:\ eller F:\).

Det er flere grunner til å dele en harddisk opp i flere partisjoner. For eksempel kan det være lurt å skille operativsystemet fra personlige filer.  Nye bærbare datamaskiner leveres sjelden med en installasjonsplate. I stedet har de vanligvis en skjult partisjon hvor hele grunnkonfigurasjonen som datamaskinen ble levert med, ligger lagret. Hvis datamaskinen må installeres på nytt, kan brukeren bruke et gjenopprettingsprogram for å gjenskape den opprinnelige installasjonen ved hjelp av innholdet på den skjulte partisjonen. Flere partisjoner kan også være nyttig for de som vil ha to operativsystemer installert på samme harddisk. Programmene Grub og Lilo er såkalte boot-loaders som kan brukes om Windows og Linux skal kjøres fra hver sin partisjon. Når datamaskinen starter, kan brukeren velge hvilket av operativsystemene som skal kjøres. Det samme prinsippet brukes også av Boot Camp på Mac-er for at brukeren skal kunne velge mellom å kjøre Mac OS X eller Windows.

Eksempel på en harddisk hvor all plassen brukes til en Windows-partisjon.
Eksempel på en harddisk hvor én partisjon brukes for Windows og én for Linux
Eksempel på en bærbar datamaskins harddisk med en gjenopprettingspartisjon.

For å endre størrelsen på en partisjon må ofte hele harddisken omformateres. Det er derfor viktig å bestemme hvordan harddisken skal deles opp før den tas i bruk. Følgende veiledning viser hvordan et USB-minne eller en harddisk kan partisjoneres og formateres (se også Datamaskin 10.2). Husk at alle lagrede data går tapt under disse operasjonene.

For å åpne verktøyet i Windows 10, Windows 8, Windows 7 og Windows Vista høyreklikker du på Denne PCen (enten på skrivebordet, Start-menyen eller Hjem-skjermen) og velger Behandle.

I den venstre kolonnen ligger programmet Diskbehandling. Ved å høyreklikke på en av diskene er det mulig å gjøre endringer i partisjonstabellen. Alle nye volumer som opprettes, må formateres etterpå. Formateringen foregår ved å høyreklikke på den aktuelle enheten og velge Formater. Husk at all informasjon forsvinner, og at det ikke finnes noen enkel måte å gjenopprette den på.

Diskbehandling i Windows 10

Mac OS X

I Programmer-mappen finnes det en undermappe som heter Verktøy. Åpne den og start programmet Diskverktøy. Velg enheten du vil endre, og gå til Partisjoner. Her er det mulig å gjøre egne endringer i partisjonstabellen. Husk at all informasjon går tapt og ikke kan gjenopprettes på en enkel måte.

Diskverktøy-programmet i Mac OS X El Capitan.

Defragmentering

Når en fil lagres til harddisken, lagres den ofte oppdelt på flere ledige steder. De ulike delene av filen ligger altså ikke pent på rekke, men kan ligge spredt utover harddisken. For å øke ytelsen til datamaskinen er det lurt å defragmentere harddisken av og til. Det innebærer at alle fragmentene knyttes sammen og legges i rekkefølge. Programmet Diskdefragmentering kan brukes til å gjøre akkurat dette. I Windows 7 og Windows Vista er det lettest å bare skrive inn programnavnet i søkeboksen, så dukker programmet opp. Det er anbefalt å defragmentere harddisken regelmessig for å opprettholde god ytelse. Derfor har Windows 7 et innebygd planleggingsverktøy for dette. Merk at SSD-enheter (se Datamaskin 10.3) ikke bør defragmenteres.

I Windows 10 og Windows 8 er Diskdefragmentering erstattet av Optimaliser stasjoner. Programmet merker om lagringsenheten er en mekanisk disk eller en SSD-stasjon. Hvis det er en mekanisk disk, utfører programmet defragmentering ved behov. Hvis det er en SSD-stasjon, utfører programmet i stedet bare enkle optimaliseringer (se Trim i Data­maskin 10.4).

Diskoptimalisering i Windows 10

Først velger du volumet som skal optimaliseres. Klikk deretter på knappen Analyser, så undersøker datamaskinen hvor fragmentert volumet er. Klikk deretter på Optimaliser, om nødvendig. Vær oppmerksom på at dette kan ta flere timer. Gjør det til en vane å ta en sikkerhetskopi av alle data før defragmenteringen begynner.

I Mac OS X trenger brukeren normalt ikke å defragmentere harddisken. Filsystemet håndterer filene på en måte som gjør at fragmenteringen ikke blir like omfattende4.

Advanced Format Technology

Siden 1980-tallet har sektorene på harddiskene vært like store: 512 B. Teknologien har ikke blitt oppdatert før nå, fordi produsentene ikke har ønsket å bryte med den nesten perfekte kompatibiliteten som har rådet. På harddisker med den nye Advanced Format-teknologien er sektorene derimot åtte ganger større (4 kB). Dette sparer plass fordi det alltid må være et lite mellomrom mellom hver sektor. Hver sektor må også både begynne og avslutte med informasjon som beskriver dataene i sektoren i stedet for å inneholde faktiske data. Blant annet blir feilkorrigeringsdata lagret der. Ved å gjøre sektorene større har den totale uutnyttede plassen blitt mindre, ettersom avstanden mellom sektorene blir mindre og den beskrivende sektorinformasjonen reduseres5. Dette betyr at produsentene kan utvikle harddisker med enda større kapasitet. Merk at dette ikke betyr at en 1 TB-harddisk med Advanced Format Technology rommer mer enn en vanlig 1 TB-harddisk. Det betyr bare at den er basert på fremtidens teknologi.

Logoen som brukes for å vise at en harddisk bruker Advanced Format.

Dagens Advanced Format-harddisker er ingen «ekte» 4 kB-sektordisker. De lagrer data i 4 kB-sektorer, men i kommunikasjonen med operativsystemet later de som de bruker 512 B-sektorer.

En 512e-harddisk har 4 kB-sektorer, men etterligner 512 B-sektorer.

Dagens 512 B-emulerende Advanced Format-harddisker kalles 512e-harddisker. Takket være emuleringen fungerer de uten problemer på følgende operativsystemer.

  • Windows Vista og senere
  • Mac OS X Tiger (10.4) og senere.

Exempel på etikett som bärs av en hårddisk med Advanced Format Technology

En av nyhetene i Windows 8 var skikkelig støtte for 4 kB-sektorer. Det vil være behov for dette på fremtidens harddisker, som både bruker 4 kB-sektorer og rapporterer 4 kB-sektorer til operativsystemet. Harddiskene har altså ikke emuleringslagring, noe som gir høyere skriveytelse, men samtidig bryter kompatibiliteten med eldre operativsystemer. Grunnen til at emuleringslagring senker skriveytelsen, er at operativsystemet dermed kan be harddisken om å bytte ut data i en 512 B-sektor, noe som ikke er mulig fordi det i realiteten bare finnes 4 kB-sektorer. Når operativsystemet vil overskrive en 512 B-sektor, må harddisken derfor lese inn hele den berørte 4 kB-sektoren til hurtigbufferminnet, erstatte 512 B av 4 kB-sektoren og deretter skrive den tilbake (i stedet for bare å overskrive den).

Harddisker som er større enn 2,2 TB

I dag finnes det harddisker på markedet med en kapasitet på hele 10 TB. De er litt spesielle ettersom de overskrider grensen for hva eldre datamaskiner kan håndtere. Som vi viste i begynnelsen av dette kapitlet, deles en harddisk opp i flere sektorer. Den første sektoren kalles MBR (Master Boot Record). Det brukes blant annet til å lagre informasjon om harddiskens partisjonstabeller og nødvendige instruksjoner for å starte opp et operativsystem. BIOS leser derfor av harddiskens MBR-sektor når datamaskinen startes.

Sektorene har vanligvis en størrelse på 512 B. De adresseres med 32-biters adresser, noe som betyr at det totalt finnes 4 294 967 296 adresser. Alle disse sektorene på 512 B hver, har en total lagringskapasitet på 2,2 TB.

232 • 512 B = 2 199 023 255 552 B = 2,2 TB

Deretter er det fullt. Det er ingen flere adresser å bruke. En mulig løsning på problemet ville være å utvide sektorstørrelsen til 4 kB, men det kan ikke skje ennå på grunn av manglende kompatibilitet. Advanced Format-stasjonene som ble omtalt i forrige avsnitt, bruker 4 kB-sektorer, men de rapporter fortsatt til systemet som om de var 512 B-sektordisker.

Løsningen på dette problemet kalles i stedet GPT (Guid Partition Tables). Det er en alterna­tiv teknologi som kan brukes i stedet for MBR. Den bruker 64-biters adresser, og kan dermed adressere flere milliarder gigabyte (264 B). Problemet med GPT er at BIOS ikke forstår det. For å starte opp fra en GPT-formatert harddisk må datamaskinen være utstyrt med Uefi (se Datamaskin 6.6). Dette betyr at det er bare Intel-baserte Mac-er og datamaskiner med Uefi-hovedkort som har denne muligheten. Det krever også et 64-­biters operativsystem. Hvis harddisken brukes som en sekundær harddisk, fungerer det med både 32-biters og 64-biters systemer. Her kommer en oppsummering6:

Win. XP Win. Vista 32 Win. Vista 64 Win. 7 32 Win. 7 64
Oppstartsdisk Nei Nei Ja, med Uefi Nei Ja, med Uefi
Sekundærdisk Nei Ja Ja Ja Ja

Win. 8 32 Win. 8 64 Win. 10 32 Win. 10 64 Mac OS X*
Oppstartsdisk Nei Ja, med Uefi Nei Ja, med Uefi Ja
Sekundærdisk Ja Ja Ja Ja Ja

* Mac OS X Leopard (10.5) og senere.

Når det gjelder USB-tilkoblede harddisker med en kapasitet på over 2.2 TB, bruker de forskjellige produsentene ulike løsninger. Verbatim deler f.eks. opp sin 3 TB-harddisk i to deler for å få bedre kompatibilitet. Se databladet for den aktuelle USB-harddisken for mer informasjon.

Referanser

4. Apple. About disk optimization with Mac OS X. Artikkelen ble sist oppdatert 10.02.2010, og hentet
18.07.2011. support.apple.com/kb/HT1375

5. Western Digital (2010). Advanced Format Technology. Whitepaper lastet ned 18.07.2011.
www.wdc.com/wdproducts/library/WhitePapers/ENG/2579-771430.pdf

6. Western Digital (2011). Stasjoner med stor kapasitet. Artikkelen ble publisert i mars 2011, og hentet 18.07.2011. www.wdc.com/wdproducts/library/WhitePapers/ENG/2579-771501.pdf 

Sist endret: 2015-10-20