Hårddisken i närbild

Hårddisken i närbild

De två första kapitlen visade vilka hårddiskar som finns och hur de kopplas till datorn. Detta kapitel tar vid där det första slutade och förklarar hur hårddisken fungerar och används. Kapitlet kommer bland annat att behandla formatering, partitionering och defragmen­tering.

Den mekaniska uppbyggnaden

Hårddisken består i huvudsak av en eller flera roterande magnetiska skivor som ligger ovanpå varandra. Varje sida av skivan har sitt eget skrivhuvud som läser från eller skriver till skivan. Det finns alltså vissa likheter med en gammal vinylspelare. Skivan roterar under skrivhuvudet, vilket i sin tur kan flytta sig fram och tillbaka över skivan för att komma åt olika delar.

Cylinder, skrivhuvud och sektor

På hårddisken finns det tre begrepp som är bra att känna till. Dessa är cylinder, huvud och sektor. Här följer en förklaring av dem i tur och ordning.

Spår på en skiva (ej skalenligt)

Likt vinylskivan finns det flera spår på hårddiskens skiva. När skrivhuvudet har letat sig fram till rätt spår kan det stå still där och läsa eller skriva data, under tiden skivan roterar under.

Hårddisken på bilden består av fyra skivor.

Hårddiskarna kan som nämnts bestå av flera skivor. De spår som ligger på samma ställe på varje skiva kallas tillsammans en cylinder. Tänk exempelvis spåret näst längst ut på samtliga fyra skivor. De utgör tillsammans en cylinder.

Exempel på två markerade sektorer (ej skalenligt)

De enskilda skivorna delas även upp i flera så kallade sektorer. Sektorn är den minsta delen av en hårddisk som går att adressera. Varje sektor är normalt 512 B stor, men det håller faktiskt på att ändras. Läs mer om det i Dator 9.6. Eftersom det inte ryms speciellt mycket i en sektor läggs ofta flera sektorer samman till ett större kluster.

När hårddisken ska hitta en bestämd sektor måste den få reda på följande:

  • Vilken cylinder datan ligger på. På så sätt bestäms vilken placering som skriv­huvudena ska ha. Sedan kan de läsa in data från spåret utan att flytta sig.
  • Vilket skrivhuvud som ska användas. Eftersom hårddisken består av flera skriv­huvuden måste hårddisken få reda på vilket skrivhuvud som ska användas.
  • Vilken sektor som datan ligger i.

Vid läsning eller skrivning ställer rätt skrivhuvud in sig på rätt cylinder och väntar sedan tills rätt sektor har snurrat fram.

Denna teknik kallas egentligen CHS-adressering (cylinder, head, sector), men den är föråldrad. Datorn beskriver inte längre dessa punkter var för sig. Grundprincipen finns fortfarande kvar men nu har blocken istället numrerats efter ordningen de ligger i. Den nya tekniken kallas LBA (Logical Block Addressing). Första sektorn får helt enkelt nummer 0, nästa sektor nummer 1 och så vidare.

Fördröjningar

Hårddiskens fysiska uppbyggnad gör att den lider av två fördröjningar. Den ena fördröjningen uppstår när skrivhuvudet ska hitta rätt plats på skivan. Till en början ska skrivhuvudet ställa sig över rätt spår och sedan ska det vänta tills rätt sektor har snurrat fram. Sedan finns också fördröjningen när informationen läses in, alltså den tid det tar för skivan att snurra fram hela informationsblocket medan skrivhuvudet läser det. Dessa två fördröjningar existerar inte på den traditionella hårddiskens uppföljare: SSD-disken. Läs mer om den i Dator 10.3.

Filsystem

En hårddisk kan lagra stora mängder data och för att hålla ordning på den används ett filsystem. Det finns många typer av filsystem och vilket som används beror bland annat på datorns operativsystem. I exempelvis Windows 8 inleds installationen med att användaren får välja vilken hårddisk operativ­systemet ska ligga på. Därefter formaterar installationsprogrammet hårddisken med filsystemet NTFS.

Här följer några exempel på vanliga filsystem.

Fat32

Fat32 (File Allocation Table 32) användes som standardfilsystem i tidiga versioner av Windows, men har numera blivit ersatt av NTFS. Fördelen med Fat32 är att det fungerar med nästan alla operativsystem. Externa hårddiskar kommer därför ofta förformaterade i Fat32. Detta för att de ska fungera direkt till alla datorer. Det är alltså inga problem att flytta en fil till en Fat32-hårddisk i Windows och sedan redigera den i Mac OS X. Problemet med Fat32 är att det inte går att lagra filer som är större än 4 GB. Den som lagrar filer som är större (exempelvis rena kopior på DVD-skivor) måste därför välja ett annat filsystem.

Exfat

Exfat (Extended File Allocation Table, även kallat Fat64) är en uppföljare till Fat32 som Microsoft tog fram eftersom Fat32 har problem med stora filer. Exfat bedöms av många som lämpligt för större USB-minnen och minneskort. Bland annat valde SD Association filsystemet Exfat till sina nya SDXC-kort.

USB-minnen och minneskort med Exfat kan läsas från och skrivas till av datorer med Windows 7, Windows 8 och Windows 10 direkt från start. Datorer med Windows Vista måste uppdateras till Service Pack 1 och datorer med Windows XP måste få en speciell patch installerad. Den finns att ladda ned gratis från Microsofts webbplats (sök efter KB955704).

Macar kan även läsa och skriva till Exfat-formaterade diskar, under förutsättning att de kör Mac OS X Snow Leopard (10.6) eller senare. Snow Leopard måste dessutom vara uppdaterat då systemet inledningsvis saknade stöd för Exfat.

NTFS

NTFS (New Technology File System) är det filsystem som Windows använder främst idag. Det är ett betydligt bättre filsystem än Fat32 och det har inte problemet med 4 GB-gränsen. Tyvärr fungerar det endast på Windows-plattformen, men det finns tilläggsprogram för både Mac OS X och Linux som gör att de kan använda NTFS-­formaterade hårddiskar. Paragon Software Group erbjuder exempelvis sådana lösningar för Mac OS X (se www.paragon-software.com/mac). Utan det kan Mac OS X endast läsa NTFS-hårddiskar.

HFS+

HFS+ (Hierarchical File System Plus) kallas även Mac OS Extended och är det fil­system som används av Apples datorer. Datorer med Windows kan inte skriva till en HFS+-formaterad hårddisk. Körs Windows på en av Apples datorer som har Boot Camp ­installerat kan operativsystemet dock läsa sådana hårddiskar.

EXT2, EXT3, EXT4

EXT2 samt dess uppföljare är vanliga filsystem på Linux. Många avancerade nätverks­produkter använder något av dessa filsystem. En nätverkshårddisk formateras exempelvis ofta i något EXT-format. Då hårddisken är nätverksansluten spelar det ­ingen roll att andra operativsystem inte kan läsa EXT-formaten eftersom datan skickas som nätverkstrafik. Jämför det med att en dator kan visa alla webbplatser på internet oavsett vilket filsystem serverdatorn använder.

Val av filsystem

Valet av filsystem handlar i första hand om datorns operativsystem och vad lagrings­enheten ska användas till.

FilsystemKompatibilitetAnvändningsområde
FAT32 Nästan alla operativsystem Portabel lagringsmedia (max 4 GB/fil)
ExFAT Windows Vista och senare
Windows RT
Mac OS X Snow Leopard och senare
Portabel lagringsmedia för stora filer. Obs!
Fungerar sällan i mediaspelare, bilstereoapparater etc.
NTFS Windows 2000 och senare
Windows RT
Systemhårddisk i Windows
HFS+ Mac OS X Systemhårddisk i Mac OS X

Tänk på att om det är en extern hårddisk som ska fungera på alla plattformer (utan något extra tilläggsprogram) är det endast Fat32 och i viss utsträckning Exfat som kan användas.

Tänk på att all lagrad information försvinner vid byte av filsystem. Se därför till att ha en säkerhetskopia.

Partitionering

En och samma hårddisk kan ha flera partitioner. När hårddisken partitioneras delas den upp i flera delar där användaren upplever varje del som om det vore en separat hårddisk. Varje partition dyker upp som en ny hårddisk i Utforskaren i Windows eller i Finder i Mac OS X. De får även en egen enhetsbokstav i Windows (till exempel D:\, E:\ eller F:\).

Det finns flera anledningar till att dela upp en hårddisk i flera partitioner. Det kan till exempel vara bra att skilja operativsystemet från de egna filerna.  Nya bärbara datorer levereras sällan med en installationsskiva. I stället brukar det finnas en dold partition där hela grundkonfigurationen som datorn levererades med ligger lagrad. Om datorn behöver ominstalleras kan användaren genom ett återställningsprogram återskapa den ursprungliga installationen med hjälp av innehållet på den gömda partitionen. Slutligen är flera partitioner också användbart för dem som vill ha två operativsystem installerade på samma hårddisk. Programmen Grub och Lilo är så kallade boot-loaders som kan användas om Windows och Linux ska köras från varsin partition. När datorn startar får användaren välja vilket av operativsystemen som ska köras igång. Samma princip används även av Boot Camp på Macar för att användaren ska kunna välja mellan att köra Mac OS X eller Windows.

Exempel på en hårddisk där hela ytan används till en Windowspartition.
Exempel på en hårddisk där en partition används för Windows och en för Linux.
Exempel på en bärbar dators hårddisk där det finns en återställningspartition.

För att ändra en partitionsstorlek måste ofta hela hårddisken formateras om. Det är därför viktigt att bestämma hur hårddisken ska vara uppdelad innan den börjar användas. Följande guide visar hur ett USB-minne eller en hårddisk kan partitioneras och formateras (se även Dator 10.2). Tänk på att all lagrad data går förlorad vid de här operationerna.

För att nå verktyget i Windows 10, Windows 8, Windows 7 och Windows Vista höger­klickar man på Dator (antingen på skrivbordet, Startmenyn eller Startskärmen) och väljer Hantera. I Windows XP högerklickar man på Den här datorn på skrivbordet och väljer Hantera. I övrigt är tillvägagångssättet likadant. 

I den vänstra kolumnen finns applikationen Diskhantering. Genom att högerklicka på någon av diskarna i den går det att göra förändringar i partitionstabellen. Alla nya ­volymer som skapas måste formateras efteråt. Formateringen görs genom att höger­klicka på den aktuella enheten och välja Formatera. Tänk på att all information ­försvinner och inte går att återskapa på något enkelt sätt.

Diskhanteraren i Windows 10

Mac OS X

I programmappen finns undermappen Verktygsprogram. Öppna den och starta programmet Skivverktyg. Markera den enhet som ska ändras och gå till fliken Partitionera. Där går det att göra egna förändringar i partitionstabellen. Tänk på att all information försvinner och inte går att återskapa på något enkelt sätt.

Skivverktygsprogrammet i Mac OS X El Capitan.

Defragmentering

När en fil sparas till hårddisken lagras den ofta uppdelad på flera lediga platser. De olika delarna av filen ligger alltså inte alltid snyggt uppradade efter varandra, utan kan ligga utspridda över hårddisken. För att öka datorns prestanda är det bra att ibland defragmentera hårddisken. Det betyder att alla fragment kopplas ihop och läggs i följd efter varandra. Programmet Diskdefragmenteraren kan användas för att göra just detta. I Windows 7 och Windows Vista är det lättast att bara skriva program­namnet i sök­rutan så dyker programmet upp. I Windows XP hittas programmet på Start­menyn ­under Tillbehör och Systemverktyg. Det är rekommenderat att defrag­mentera hård­disken med jämna mellanrum för att inte förlora prestanda. Därför finns det i Windows 7 ett ­inbyggt schemaläggningsverktyg för detta. Observera att SSD-enheter (se Dator 10.3) inte bör defragmenteras.

I Windows 10 och Windows 8 har Diskdefragmenteraren ersatts av programmet Optimera enheter. Det känner av om lagringsenheten är en mekanisk disk eller en SSD-enhet. Om det är en mekanisk disk utför programmet vid behov en defragmentering, medan om det är en SSD-enhet utför programmet istället bara lätta optimeringar (se Trim i Dator 10.4).

Diskoptimeraren i Windows 10

Börja med att markera den volym som ska optimeras. Klicka sedan på knappen Analysera disk så undersöker datorn hur pass fragmenterad volymen är. Klicka där­efter på Optimera (kallat Defragmentera disk i Windows 7 och Windows Vista) om det ­behövs. Tänk på att det kan ta flera timmar. Ta för vana att göra en säkerhetskopia på allt material innan defragmenteringen påbörjas.

I Mac OS X behöver användaren normalt inte defragmentera hårddisken. Filsystemet hanterar filerna på ett sätt som gör att fragmenteringen inte blir lika allvarlig5

Advanced Format Technology

Sedan 1980-talet har sektorerna på hårddiskarna varit 512 B stora. Tekniken har inte uppdaterats förrän nu eftersom tillverkarna inte har velat bryta den närmast perfekta kompatibilitet som har rått. På hårddiskar med den nya Advanced Format-tekniken är dock sektorerna åtta gånger större (4 kB). Detta sparar plats eftersom det alltid måste finnas ett litet mellanrum mellan varje sektor. Varje sektor måste också både inledas och avslutas med information som beskriver datan i sektorn istället för att innehålla faktisk data. Det är bland annat felkorrigeringsdata som lagras där. Genom att göra sektorerna större minskas det totala outnyttjade utrymmet, eftersom både avstånden mellan ­sektorerna blir färre och den beskrivande sektorinformationen minskar6. Det gör att tillverkarna kan tillverka hårddiskar med ännu högre kapacitet. Observera att det inte betyder att en 1 TB-hårddisk med Advanced Format Technology rymmer mer än en vanlig 1 TB-hårddisk. Det innebär bara att den bygger på framtidens teknik. 

Logotypen som används för att visa att en hårddisk använder Advanced Format.

Dagens Advanced Format-hårddiskar är visserligen inga ”riktiga” 4 kB-sektordiskar. De lagrar datan i 4 kB-sektorer, men i kommunikationen med operativsystemen låtsas de använda 512 B-sektorer.

En 512e-hårddisk har 4 kB-sektorer men emulerar 512 B-sektorer.

Dagens 512 B-emulerande Advanced Format-hårddiskar kallas 512e-hårddiskar. De fungerar tack vare emuleringen utan problem i följande operativsystem.

  • Windows Vista och senare
  • Mac OS X Tiger (10.4) och senare.

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

En av nyheterna i Windows 8 var ett riktigt stöd för 4 kB-sektorer. Det kommer ­behövas för framtidens hårddiskar som både använder 4 kB-sektorer och rapporterar 4 kB-­sektorer till operativsystemet. De hårddiskarna har alltså inget emuleringslager, vilket ger högre skrivprestanda men samtidigt bryter kompatibiliteten med äldre operativ­system. Anledningen till att emuleringslagret sänker skrivprestandan är att operativsystemet genom det kan be hårddisken att byta ut data i en 512 B-sektor, vilket inte är möjligt eftersom det endast finns 4 kB-sektorer i verkligheten. När operativsystemet vill skriva över en 512 B-sektor måste hårddisken därför läsa in hela den berörda 4 kB-sektorn till cacheminnet, byta ut 512 B av 4 kB-sektorn och sedan skriva tillbaka den (istället för att bara skriva över den).

Hårddiskar större än 2,2 TB

Idag finns det hårddiskar på marknaden som rymmer hela 10 TB. De är lite ­speciella eftersom de överstiger gränsen för vad äldre datorer kan hantera. Som det visades ­inledningsvis i detta kapitel delas en hårddisk upp i flera sektorer. Den första sektorn kallas MBR (Master Boot Record). Den används bland annat för att lagra information om hårddiskens partitionstabeller och nödvändiga instruktioner för att starta ett operativ­system. Bios läser därför av hårddiskens MBR-sektor när datorn startas.

Sektorerna är normalt 512 B stora. De adresseras med 32-bitarsadresser vilket innebär att det totalt finns 4 294 967 296 adresser. Så många sektorer på 512 B vardera kan sammanlagt lagra 2,2 TB.

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

Därefter tar det slut. Det finns inte fler adresser att använda. En tänkbar lösning på problemet vore att utöka sektorstorleken till 4 kB, men det är tiden inte mogen för ännu på grund av bristande kompatibilitet. Advanced Format-diskarna som behandlades i förra avsnittet använder visserligen 4 kB-sektorer, men de rapporterar fortfarande till systemet som om de vore 512 B-sektordiskar.

Lösningen på problemet heter istället GPT (Guid Partition Tables). Det är en ­alternativ teknik som kan användas istället för MBR. Den använder 64-bitarsadresser och kan därmed adressera flera miljarder gigabyte (264 B). Problemet med GPT är att Bios inte förstår det. För att det ska gå att boota från en GPT-formaterad hårddisk måste datorn vara utrustad med Uefi (se Dator 6.6). Det gör att det endast är Intelbaserade Macar och ­datorer med Uefi-moderkort som kan det. Det krävs dessutom ett 64-bitarsbaserat operativ­system. Om hårddisken ska användas som en sekundär hårddisk fungerar det dock med både 32- och 64-bitarssystem. Här följer en sammanställning7:

Win. XPWin. Vista 32-bitWin. Vista 64-bitWin. 7 32-bitWin. 7 64-bit
Boot-disk Nej Nej Ja, med Uefi Nej Ja, med Uefi
Sekund. disk Nej Ja Ja Ja Ja

Win. 8 32-bitWin. 8 64-bitWin. 10 32-bitWin. 10 64-bitMAC OS X
Boot-disk Nej Ja, med Uefi Nej Ja, med Uefi Ja
Sekund. disk Ja Ja Ja Ja Ja

* Mac OS X Leopard (10.5) och senare.

När det gäller USB-anslutna hårddiskar med kapaciteter över 2,2 TB använder olika tillverkare olika lösningar. Verbatim delar exempelvis upp sin 3 TB-hårddisk i två delar för att den ska få bättre kompatibilitet. Se aktuell USB-hårddisks datablad för närmare information.

Referenser

5. Apple. About disk optimization with Mac OS X. Hjälpartikel senast uppdaterad 2010-02-10, hämtad 2011-07-18. support.apple.com/kb/HT1375

6. Western Digital (2010). Advanced Format Technology. Whitepaper hämtat 2011-07-18.
www.wdc.com/wdproducts/library/WhitePapers/ENG/2579-771430.pdf

7. Western Digital (2011). Large Capacity Drives. Webbartikel publicerad mars 2011, hämtad 2011-07-18. www.wdc.com/wdproducts/library/WhitePapers/ENG/2579-771501.pdf 

Senast ändrad: 2016-08-08