Interna hårddiskar

Interna hårddiskar

Det finns en uppsjö av tekniker för att lagra data. Vilket sätt som passar bäst beror bland annat på hur länge informationen ska lagras, hur snabbt det ska gå att hämta fram den samt vad det får kosta. Detta första kapitel om lagring fokuserar på den interna hårddisken och hur den fungerar.

Kapacitet

Hur mycket som får plats på ett lagringsmedium anges i antal bytes (B). Eftersom det rör sig om stora mänger data används SI-prefix såsom kilo, mega och giga för att beskriva tusental, miljontal eller miljardtal bytes. Kilobyte, megabyte och gigabyte förkortas kB, MB respektive GB. Ibland kan det även skrivas som kbyte, Mbyte och Gbyte för att undvika förvirringen med begreppet bit. Mer om bit och byte finns att läsa i Dator 1.6.

Mängden information som går att lagra har ökat i snabb takt. I mitten av nittiotalet var det nästan otänkbart med hårddiskar som rymde 1 GB. Idag är det inte ovanligt med hårddiskar på 4 TB.

Exempel på lagringskapacitet hos olika medier:

Storleken är angiven i antalet megabyte (MB).

Tyvärr används SI-prefixen något felaktigt i datavärlden. SI-prefixen kilo, mega, giga, tera och peta motsvarar egentligen jämna tusenmultiplar. Ett kilogram motsvarar exakt tusen gram och en kilometer motsvarar exakt tusen meter. Det innebär att förhållandet mellan kilobyte, megabyte, gigabyte och terabyte ser ut på följande sätt:

1 kB (kilobyte) = 1000B
1 MB (megabyte) = 1000 kB
1 GB (gigabyte) = 1000 MB
1 TB (terabyte) = 1000 GB

Det är på ovanstående sätt som hårddisk- och minneskorttillverkarna räknar när de skriver ut storleken på sina lagringsenheter. Operativsystemen räknar dock på ett annat sätt som stämmer bättre med talbasen två, vilken är den som datorn alltid använder.

1 "kB" ("kilobyte") = 1024 B
1 "MB" ("megabyte") = 1024 kB
1 "GB" ("gigabyte") = 1024 MB
1 "TB" ("terabyte") = 1024 GB

Skillnaden i räknesätt gör tyvärr att kapaciteten som står tryckt på hårddisken är ­mindre än den som operativsystemet visar. En hårddisk som rymmer 640 GB enligt hårddisk­tillverkaren rymmer endast 596 ”GB” enligt operativsystemet.

640 • 1000 • 1000 • 1000 = 640 • 109 = 596
1024 • 1024 • 1024 230

Det har tagits fram en ny uppsättning prefix som är lämpligare att använda i data­världen. De passar bättre in på datorns sätt att räkna (talbasen två istället för talbasen 10) och de hamnar inte i konflikt med de etablerade SI-prefixen. Än så länge brukar de endast användas när det finns behov av att tydliggöra vilket av räknesätten som ­används, men förhoppningsvis blir de branschstandard inom kort.

EnhetNamnMotsvararMotsvarar
1 kiB kibibyte 1024 B 210 B
1 MiB mebibyte 1024 kiB 220B
1 GiB gibibyte 1024 MiB 230 B
1 TiB tebibyte 1024 GiB 240 B
1 PiB pebibyte 1024 TiB 250 B
1 EiB exbibyte 1024 PiB 260 B

Ju större hårddiskens totala kapacitet är, desto fler gigabyte är det som skiljer mellan de två sätten att räkna. På grund av detta är det många som idag uppmärksammar den ”missvisande” kapacitetsangivelsen när de köper en ny större hårddisk. Att det ”saknades” någon enstaka gigabyte på den gamla hårddisken märktes knappt, men när det ”saknas” nästan 100 GB på en ny 1 TB-hårddisk verkar det lite konstigt. Det har riktats kritik mot tillverkarnas sätt att välja den siffra som låter bäst, men att åstadkomma en förändring är svårt då alla tillverkare måste byta räknesätt samtidigt. Annars ser en tillverkares hårddiskar dyrare ut än en annans. Det positiva med att alla räknar på samma sätt är att det inte försvårar prisjämförelser mellan olika hårddiskar.

Hårddisken har länge stått ohotad på sin plats som bästa lagringsmedium för stora datamängder. Kapacitetsmässigt har utvecklingen gått fort genom åren, men tekniken är fortfarande lik den ursprungliga. Hårddisken är uppbyggd av roterande magnetiska skivor från och till vilka en mekanisk arm läser och skriver data. Denna upp­byggnad gör hårddisken känslig för mekaniska påfrestningar som uppstår om den till exempel skakas eller tappas i golvet. Skivorna finns i olika storlekar, kapaciteter och hastig­heter, och läsarmen kan vara mer eller mindre intelligent. Alla dessa faktorer gör att det finns många varianter av hårddiskar att välja mellan. Läs mer om den tekniska upp­byggnaden i Dator 9.

Storlek och kapacitet

Det finns två vanligt förekommande fysiska storlekar på hårddiskar. Storleken anges i tum och baseras på skivornas storlek. 3,5” är den vanligaste storleken för stationära datorer och traditionella externa hårddiskar. Den mindre 2,5”-hårddisken sitter främst i bärbara datorer och i externa portabla hårddiskar. Kapacitetsmässigt har 3,5”-modellen ett stort övertag då den i skrivande stund kan rymma upp till 8 TB. Den största 2,5”-modellen som samtidigt finns på marknaden rymmer 2 TB.

En 3,5"-hårddisk bredvid en motsvarande 2,5"-variant

2,5”-hårddiskarna är normalt 9,5 mm tunna. Det må låta tunt, men i takt med att våra bärbara datorer blivit allt tunnare har behovet av ännu tunnare 2,5”-hårddiskar uppstått. Numera är därför även 7 mm tunna hårddiskar vanligt förekommande. I externa sammanhang har utvecklingen gått åt andra hållet. Där är det nu vanligt med upp till 15 mm tjocka externa 2,5”-hårddiskar (t.ex. vissa 2 TB-hårddiskar 2015).

7 mm tunn 2,5"-hårddisk bredvid normaltunn (9,5 mm) 2,5"-hårddisk.

En del bärbara datorer med 2,5”-hårddiskar är utrustade med sensorer som känner av om datorn håller på att falla i golvet. Hårddisken avbryter omedelbart alla läsningar och skrivningar om sensorn registrerar häftiga rörelser. Om hårddisken skriver eller läser samtidigt som den utsätts för mekaniska påfrestningar finns det nämligen risk för att hårddisken tar skada.

Hårddiskar i 1,8”-storlek finns också, men de säljs sällan löst. Normalt sitter de inbyggda i någon produkt, till exempel Ipod Classic. De förekommer också som lagringsmedium i extremt små portabla hårddiskar.

Relaterade produkter

Prestanda

Siffran som oftast syns i samband med hårddiskars hastighet är antalet RPM (revolutions per minute). Ju högre siffran är desto snabbare snurrar hårddisken. De flesta 3,5”-hårddiskar ligger på 5400 RPM eller 7200 RPM medan de mindre 2,5”-modellerna nästan alltid ligger på 5400 RPM (även om det finns snabbare, t.ex. 10000 RPM).

Det är inte bara rotationshastigheten på skivorna som spelar roll för den totala prestandan.  Tekniken som används för att läsa och skriva påverkar också. Genom att använda smart läsning och intelligenta skrivhuvuden kan hårddiskens prestanda ökas ytterligare.

Accesstiden är den tid det tar för läshuvudet att förflytta sig till den position där begärd data ska läsas ifrån. Om läshuvudet redan befinner sig där det ska läsa går det fort. Om det däremot måste förflytta sig tar det längre tid. Accesstiden anges därför som ett medelvärde. Normal accesstid ligger på åtta millisekunder i genomsnitt, men det finns hårddiskar med bättre accesstid. Den ska vara så låg som möjligt.

Alla moderna hårddiskar har ett integrerat minne (cacheminne). Det fungerar som en buffert där data som nyligen lästs sparas. Cacheminnet gör också att det går att skriva snabbare till hårddisken än vad den egentligen klarar av. Informationen kan mellanlagras och efterhand skrivas ner till skivorna. Cacheminnet varierar mellan 8 MB och 64 MB beroende på hårddiskens pris. Ju större cache-minne, desto bättre.

Sata-gränssnittet

Det har funnits flera gränssnitt för anslutning av hårddiskar. Idag används Sata-gränssnittet (Serial ATA) som helt och hållet har ersatt föregångaren EIDE (även känd som Pata).

Två hårddisk-gränssnitt: SATA överst och EIDE underst.

Sata har många fördelar:

  • Kontakter och kablar är mindre.
  • Kabeln är enklare att dra i chassit.
  • Sata klarar högre överföringshastighet.
  • Det används alltid en kabel per enhet. Det gör att besväret med jumperkonfigurationer är ett minne blott.

Sata finns i tre versioner som kallas Sata 1,5 Gb/s, Sata 3 Gb/s respektive Sata 6 Gb/s. Förr kallades Sata-versionerna Sata 1, Sata 2 respektive Sata 3, men Sata 3 (d.v.s. Sata 6 Gb/s) blev lätt förväxlat med Sata 3 Gb/s (d.v.s. ”Sata 2”). Ibland benämns Sata-versionerna utifrån hur många megabyte per sekund de kan överföra när overhead-datan är borträknad (den data som beskriver datan som skickas).

sata-versiongammalt namnHastighet
Sata 1,5 Gb/s Sata 1 (Sata I) 150 MB/s
Sata 3 Gb/s Sata 2 (Sata II) 300 MB/s
Sata 6 Gb/s Sata 3 (Sata III) 600 MB/s

Sata 6 Gb/s behövs numera eftersom dagens SSD-enheter är snabbare än vad Sata 3 Gb/s klarar av. De olika Sata-versionerna är kompatibla med varandra, vilket gör att exempel­vis en Sata 6 Gb/s-hårddisk kan kopplas till en Sata 3 Gb/s-port på moderkortet.

Det vanligaste är att moderkortet har fyra eller fler Sata-portar och det krävs en port för varje enhet. Idag använder även optiska enheter Sata, vilket gör att det ibland uppstår en brist på Sata-portar. Detta går enkelt och billigt att lösa med ett expansionskort (en extra Sata-kontroller som kopplas till en PCI-express- eller PCI-sockel).

Sata-kabeln som används för att ansluta mellan moderkort och hårddisk är betydligt smalare än EIDE-kabeln, vilket gör att den inte är i vägen för luftflödet på samma sätt.

Sata-kabel med låsclips.

Kontakten för strömförsörjning skiljer också från den på EIDE-hårddiskarna, men en del Sata-hårddiskar utrustas med båda kontakttyperna (Sata-power och 4-pin Molex). Endast en av de två anslutningarna ska då användas. Om nätaggregatet saknar den nya Sata-power-kontakten och hårddisken saknar den äldre 4-pin Molex-kontakten, finns det adaptrar som löser problemet.

Adapter från 4-pin Molex-kontakt till Sata-power.

Till skillnad från de gamla EIDE-hårddiskarna använder Sata-motsvarigheterna samma data- och strömanslutningar för både 3,5”- och 2,5”-storlekarna.

Alternativa Sata-kontakter

Marknadens efterfrågan på fysiskt mindre hårdvara ökar ständigt. I och med bytet från parallell kommunikation till seriell sådan kunde kablarna göras betydligt mindre än ­tidigare. Det har också öppnat för vidareutveckling av Sata-kontakterna till ännu mindre varianter än ursprungskontakten.

Slim-Sata

Slim-SATA (även kallad Slimline-SATA) är en SATA-kontakt som främst används till ultratunna DVD-spelare som sitter monterade i bärbara datorer. Den vanliga SATA-kontakten har sju stift för dataöverföring och 15 stift för strömmatning. Slim-SATA-kontakten är något mindre och strömanslutningen har endast sex stift.

Slim SATA bredvid vanlig SATA (med strömförsörjning)

Slim-Sata kan utan problem övergå till vanliga Sata med hjälp av en passiv adapter. Det gör det möjligt att använda en DVD-brännare med Slim-Sata i en vanlig dator. Framför­allt vinner lösningen mark i ultrasmå skrivbordsdatorerna.

Micro-Sata (μSata)

Mikro-SATA kallas även uSATA, vilket är ett sätt att skriva μSATA utan att använda grekiska tecken (grekiska bokstaven μ uttalas ”my” och är standardbeteckningen för mikro). Mikro-SATA används bland annat på små 1,8”-hårddiskar. Kontakten består av en dataanslutning och en strömanslutning, där den sistnämnda i sin tur är uppdelad i sju plus två stift. Mellan stiftgrupperna i strömanslutningen sitter en plastupp­höjning, vilken ger Mikro-SATA sitt karakteristiska utseende. Mikro-SATA kan precis som Slim-SATA enkelt övergå till vanliga SATA med hjälp av passiva adaptrar.

Mikro SATA. Lägg märke till upphöjningen i kontakten.

Mini-Sata (mSata)

Mini-Sata är främst ämnad för SSD-diskar i bärbara datorer. Än så länge har SSD-diskarna oftast tillverkats enligt de befintliga formaten, men egentligen finns det ingen anledning för det. I och med att bärbara datorer ska vara så små som möjligt är det ju bättre att uppfinna en ny anslutning, än att tillverkarna måste fortsätta bygga in sina SSD-diskar i tillräckligt stora lådor för att anslutningen ska få plats.

Vanlig SATA-anslutning och nya Mini SATA. Bildkälla: Toshibas pressarkiv.

Mini-Sata-kontakten har inte heller de plastramar som de övriga Sata-kontakterna har runt om sig. Det gör att anslutningen blir ännu mindre. Jämför med bilden där två SSD-enheter ligger bredvid varandra. Den vänstra har den traditionella Sata-anslutningen medan den högra har den nya Mini-Sata-anslutningen.

Sata-express

I takt med SSD-diskarnas utveckling på marknaden uppkom ett behov att uppdatera Sata-gränssnittet. Sata 6 Gb/s var inte tillräckligt snabbt för SSD-diskarna. I stället för att utveckla en helt ny version av Sata lanserades Sata-express.

Sata-express-anslutning på Gigabyte Gaming G1.

Sata-express kan använda antingen Sata-gränssnittet eller PCI-express x2. Det möjliggör högre hastigheter än Sata-gränssnittet och behåller kompatibiliteten med äldre Sata-utrustning. Sata-express stödjer hastigheter upp till 1969 MB/s över PCI-express 3.0, mer än tre gånger så snabbt som Sata 6 Gb/s.

Det finns få SSD-diskar på marknaden som ansluts med Sata-express. I konkurrens med andra standarder har Sata-express haft svårt att hävda sig och har därför inte slagit igenom på marknaden.

M.2 (NGFF)

M.2 (före detta Next Generation Form Factor) har till stor del ersatt mSata-kontakten. M.2 är en flexibel formfaktor med många möjligheter. M.2 är inget eget gränssnitt utan kan i stället använda sig av andra gränssnitt som till exempel Sata, PCI-express, Displayport och USB. Det gör att en M.2-kontakt kan användas för att ansluta SSD-diskar, wifi-moduler, GPS-mottagare och mycket mer.

Samsung 850 Evo är  en SSD som ansluts med M.2.

Vilka gränssnitt som M.2-anslutningen använder beror på vilket gränssnitt tillverkaren av moderkortet och enheten har valt att implementera. En M.2-SSD-disk kan använda sig av antingen Sata- eller PCI-express för dataöverföring. För enklare SSD-diskar används oftast Sata-gränssnittet för överföring eftersom det är billigt att implementera. Med PCI-express går det att nå högre överföringshastigheter (upp till 4 GB/s) och det används därför där hög prestanda vill uppnås.

Fysisk utformning

Ett M.2-kort placeras direkt i anslutningen. Det finns tolv olika M.2-socklar som stödjer olika gränssnitt. I dagsläget används fyra av socklarna, men i framtiden kommer vi antagligen se de övriga i andra användningsområden. Socklarna benämns med en bokstav för att berätta vilka gränssnitt de stödjer. Många expansionskort stödjer fler än en anslutning. En SSD-disk stödjer till exempel ofta två anslutningar (B och M). Nedan följer en lista med vilka anslutningar som stödjer vilka gränssnitt.

BenämningGränssnitt som stödsAnvändningområden
A PCI-express x2, USB 2.0, I2C, Displayport x4 Bluetooth, wifi, mobila anslutningar (t.ex. 4G)
B PCI-express x2, Sata 6 Gb/s, USB 2.0, USB 3.0, ljud, PCM, IUM, SSIC, I2C SSD-diskar
E PCI-express x2, USB 2.0, I2C, SDIO, UART, PCM Bluetooth, wifi, mobila anslutningar (t.ex. 4G)
M PCI-express x4, Sata 6 Gb/s Prestanda-SSD-diskar

Instickskorten för M.2-anslutningar kan även ha olika fysiska storlekar. Ett M.2-kort benämns med bredd och längd, till exempel 2280, där de två första siffrorna anger bredden och de sista siffrorna längden. Kortet i exemplet ovan är alltså 22 mm bred och 80 mm lång. Ju längre ett M.2-kort är, desto fler moduler får plats. Fler moduler möjliggör till exempel högre lagringskapacitet för SSD-diskar eller fler funktioner för ett annat instickskort. Moderkortstillverkare anger vilka storlekar på M.2-kort som deras moderkort är kompatibla med.

Asus Z170-Premium har stöd för M.2-storlekarna 2242, 2260, 2280 och 22110.

U.2

Om M.2 är ersättaren till mSata så är U.2 ersättaren Sata-express. U.2 inte ett eget gränssnitt utan använder sig av både Sata- och PCI-express-gränssnittet. U.2-kontakten sitter på 2,5”-diskar och ansluts till moderkortet med kabel. Skillnaden mellan U.2 och Sata-express är att U.2 använder sig av en mindre kontakt på moderkortet och stödjer högre hastigheter.

U.2 kan använda fyra PCI-express-banor (PCI-express x4). Det innebär en teoretisk hastighet på 2 GB/s med PCI-express 2.0 och 4 GB/s med PCI-express 3.0. U.2 kan även använda dubbla Sata 6 Gb/s-anslutningar (1,2 GB/s). Till skillnad från en Sata-kabel ser inte en U.2-kabel likadan ut i båda ändarna. Anslutningen mot U.2-disken ser ut som en Sata-kontakt medan anslutningen till moderkortet är en kvadratisk kontakt.

U.2 och M.2 har många likheter med varandra. De använder samma gränssnitt och är faktiskt kompatibla med varandra via en adapter. M.2 används i små utrymmen medan U.2 kopplas med kabel och kan således husera lagringen en bit från moderkortet. Eftersom en U.2-disk är fysiskt större än en M.2-disk är högre lagringskapacitet möjlig med U.2-diskar.

M.2- till U.2-adapter från MSI.

NVM-express (NVME)

Ofta benämns snabba SSD-diskar som NVME-diskar. NVME är en benämning för hur PCI-express-baserad lagring kommunicerar med datorns processor. NVME är klart snabbare än konkurrerande tekniker, till exempel AHCI som är standard för Sata-baserad lagring.

NVME är inte en indikation på vilken anslutning som används. NVME-protokollet kan användas på U.2-diskar, M.2-diskar och SSD-diskar som ansluts i PCI-express-sockeln. Gemensamt för alla NVME-diskar är att de kommunicerar med datorn via PCI-express-gränssnittet.

Senast ändrad: 2016-08-09