Harddisk Drive

Oleh Wawa Sundawa 

Media storagre/penyimpanan harddisk tentu sudah tidak asing lagi bagi pengguna komputer. Kali ini kami mengupas operasi harddisk agar pembaca mengetahui sebenarnya apa yang terjadi di dalam harddisk. 

Harddisk atau biasa disebut HDD (Harddisk Drive), merupakan salah satu jenis media penyimpanan/storage di dalam komputer dengan karakteristik non-volatile, random access, dan medium berupa data digital magnetik. Karakteristik fisik dari medium berbentuk piringan platter adalah berbahan logam. Platter berbentuk piringan dan ada penggunaan bahan logam sehingga dinamakan harddisk.

Sedikit menyentuh sejarahnya, hard disk kali pertama diperkenalkan oleh IBM pada 1956 dengan ukuran yang terbilang besar (bulk size). Namun, seiring dengan pesatnya perkembangan produksi komponen dan teknologi sto­rage, ukuran harddisk berangsur-angsur mengecil, tetapi dengan kapasitas daya tampung data yang lebih besar. Hal ini menyebabkan harddisk menjadi komponen dominan dalam hal storage sekunder setelah main memory sejak awal 1960-an. HDD paling mutakhir saat ini beroperasi pada interface serial berkecepatan tinggi Serial ATA (SATA) atau serial attached SCSI (SAS). 

Sebagai batasan bahasan, kami hanya menyampaikan sisi storage harddisk yang berbasiskan karakter mekanis dan magnetis. Karena itu, perihal teknologi storage sekunder lainnya yang juga berfungsi sama, seperti SSD maupun flash storage, tidak kami bahas dalam artikel ini. 

Teknologi 

HDD merecord data dengan cara memagnetisasi (magnetizing) mate­rial ferromagnetic (platter) berdasarkan posisi arah magnet. Perubahan secara sekuensial dari arah magnet ini merepresentasikan pola bit data biner dalam komputer. Pembacaan (read) data dari disk dengan cara mendeteksi transisi arah magnetisasi dan hasilnya Ai-decode sesuai dengan maksud data aslinya. Berbagai macam skema decoding digunakan, di antaranya adalah modified frequency modulation, group code recording, run-length limited encoding, dan beberapa skema lainnya. 

  • Longitudal 

Longitudal adalah proses magne­tisasi pada material ferromagnetic dengan menggunakan konfigurasi head harddisk ring. Hasil magnetisasi data per bit hadir dalam bentuk po­sisi arah arus elektromagnetik secara horizontal atau sejajar dengan posisi platter. Dengan kenyataan ini, diperlukan bidang yang lebih luas pada permukaan platter untuk merekam satu bit data hasil magnetisasi. Hal ini berujung pada daya tampung kapasitas data dalam platter yang tidak terlalu besar. 

  • Perpendicular  

Perpendicular adalah pengembangan proses magne­tisasi pada platter dengan tujuan mendapatkan daya tampung tiap platter yang jauh lebih besar lagi dibandingkan longitudal. Per­pendicular recording meng­gunakan konfigurasi head monopole. Lebih jelasnya, posisi arah arus eletromagnetik hasil magnetisasi dengan perpendicular bersilangan dengan platter atau diposisikan se­cara vertikal. 

Komponen 

Untuk lebih memperjelas operasi HDD, pembaca harus mengenal terlebih dahulu berbagai komponen pembangun harddisk. Bentuk standar harddisk biasanya memiliki dua motor elektris utama. Pertama adalah motor untuk menggerakkan disk (platter), sedangkan kedua adalah motor actuator yang ber­fungsi sebagai pengatur posisi head un­tuk membaca (read) atau menulis (write) yang ada di atas yang berputar. 

Motor listrik untuk disk platter ini memiliki rotor eksternal yang menempel langsung dengan disk. Bagian stator sendiri ditempatkan secara permanen pada body enclosure harddisk keseluruhan. Rotor sendiri merupakan bagian motor yang tersusun dari magnet permanen. Sementara itu, stator merupakan komponen motor yang tersusun dari kumparan kabel yang didesain sedemikian rupa untuk menghasilkangayamagnet yang dapat dikendalikan. 

Lebih jelas pada bagian head read/write, secara fisik ia diposisikan jauh dari motor actuator dengan terhubung ke motor actuator via support arm. Head read/write dikendalikan oleh elektronik amplifier yang ditempatkan dekat dengan actuator melalui printed- circuit cable yang terpasang di sepanjang support arm. Agar tidak mengganggu pergerakan suppor arm yang digerakkan oleh actuator, printed-circuit cable hadir dalam bentuk pita (ribbon). 

Head support arm sendiri didesain agar memiliki bobot sangat ringan. Meskipun begitu, ia adalah salah satu komponen paling kokoh dalam harddisk. Sebagai gambaran, bagian head mengalami akselerasi hingga 550 g. Karena itu, diperlukan bolder!suppor arm yang cukup kuat. 

Masih berkisar pada bagian actuator, secara keseluruhan motor actuator tidak difungsikan untuk memutar hingga 360 derajat, tetapi hanya dibutuhkan untuk memutar atau lebih tepatnya mengayunkan support arm. Pasalnya, posisi head hanya diperlukan untuk berada pada bagian sektor dalam hingga sektor luar disk platter. Untuk alasan ini, ben­tuk motor actuator cukup unik karena magnet permanen dan kumparan dipo­sisikan di samping pivot (poros putar) actuator berupa voice coil. 

Selain bagian utama harddisk yang rata-rata berupa komponen mekanis, harddisk juga memiliki komponen elektronis utama. Komponen elektronis ini berfungsi sebagai controller keseluruhan operasi harddisk dan komunikasi I/O antara harddisk dengan komponen lain di komputer. Pada komponen controller elektronis ini juga ditambahkan media penyimpanan sementara yang berfungsi sebagai buffer dan ia hadir dalam bentuk solid state (chip memory). 

Interface 

Agar dapat berkomunikasi dengan kom­ponen lain di dalam komputer, harddisk harus memiliki standar interface tertentu yang didukung oleh platform komputer tertentu. Standarnya, untuk ukuran saat ini dan terbatas pada pengguna kom­puter rumahan, dikenal dua interface harddisk yang populer. Pertama adalah IDE (Integrated Drive Electronics) dan berikutnya yang makin marak saat ini adalah SATA (Serial ATA). 

Interface IDE, yang selanjutnya diubah ke ATA (Advanced Technology Attachment) atau biasa juga disebut PATA (paralel) karena mulai munculnya interface SATA, termasuk golongan word serial interface. Golongan interface ini men-transmit serial data lebih dari satu bit dalam satu waktu atau paralel. 

Versi awal interface ATA menggunakan transfer data paralel 8-bit. Dalam perkembangan berikutnya, juga terdapat interface yang menggunakan data paralel 16-bit dan 32-bit dalam satu kali transmit. Koneksi data dan control harddisk dengan bus adapter (saat ini terintegrasi di chipset di motherboard) melalui sebuah kabel yang memiliki 80 konduktor dan koneksi 39 pin ke harddisk. Selain kabel data/control. Harddisk memerlukan koneksi power terpisah yang secara langsung terhubung ke PSU. 

Interface SATA, ia termasuk golongan bit serial interface di mana dalam sekali waktu hanya dapat men-transmit satu bit data atau disebut serial. Sama seperti standar interface IDE atau ATA, ia memiliki koneksi data/control dengan menggunakan sebuah kabel dan sebuah kabel lagi untuk kebutuhan daya lang­sung dari PSU. Perbedaannya dengan transfer data hanya satu bit sekali waktu adalah bentuk kabel data/control hanya dibangun dari tujuh konduktor dan tujuh pin di harddisk. 

Form Factor 

Cukup banyak ukuran form factor hard- disk yang diakomodasi oleh produsen. Beberapa di antaranya yang cukup populer, terutama di segmen komputer PC atau rumahan, memiliki kesesuaian kompatibilitas dengan ukuran drive bay untuk floppy disk yang menjadi standar yang harus dimiliki oleh casing. 

  • 8 Inci 

Ukuran dimensi harddisk 9,5 in x 4,624 in x 14,25 in (241,3 mm x 117,5 mm x 362 mm). Ukuran form factor ini digunakan pada 1979 oleh Shugat Associates untuk produk SA1000. Form factor ini kompatibel dengan form factor 8″ FDD (Floppy Disk Drive). 

  • 5,25 Inci 

Ukuran dimensi harddisk 5,75 in x 3,25 in x 8 in (146,1 mm x 82,55 mm 203 mm). Form factor yang lebih kecil ini kali pertama digunakan pada 1980 oleh HDD Seagate. Hanya saja, versi Seagate memiliki ukuran tinggi dua kali lipat sehingga memakan tempat dua drive bay. Versi harddisk terakhir yang menggunakan form factor ini adalah Quantum Bigfoot dengan ukuran ketinggian yang lebih rendah. 

  • 3,5 Inci 

Ukuran dimensi harddisk 4 in x 1 in x 5,75 in (101,6 mm x 25,4 mm x 146 mm). Form factor ini digunakan kali pertama oleh HDD Rodime pada 1983. Rodime menerapkan ketinggian harddisk hingga 1,63 inci, yang dalam perkembangannya berangsur bergeser pada form fac­tor 3,5 inci dengan ketinggian 1 inci saja. Ketinggian yang lebih slim ini menjadi standar ukuran HDD yang ada saat ini. 

  • 2,5 Inci 

Ukuran dimensi harddisk adalah 2,75 in x 0,275-0,59 in x 3,945 in (69,85 mm x 7-15 mm x 100 mm). Form fac­tor yang lebih kecil ini diperkenalkan oleh TrairieTek pada 1988. Tidak ada hubungan lagi dengan ukuran FDD untuk jenis form factor 2,5 inci. Lalam penggunaannya, form factor ini lebih untuk solid-state drive dan harddisk untuk mobile device, seperti notebook dan media player. Pada 2008 sendiri, form factor ini mulai digunakan untuk komputer kelas enterprise dan console game. 

  • 1,8 inci 

Ukuran dimensi harddisk 54 mm x 8 mm x 71 mm. Awalnya form fac­tor ini diperkenalkan oleh Integral Peripherals pada 1993 dan telah berkembang menjadi ATA-7 LIF. Penggunaan form factor ini awalnya banyak digunakan untuk digital audio player dan subnotebook, tetapi saat ini penggunaannya sudah jarang. 

  • 1 inci 

Ukuran dimensi harddisk adalah 42,8 mm x 5 mm x 36,4 mm. Form factor ini diperkenalkan oleh IBM pada 1999 dalam produk IBM Microdrive agar cukup dipasangkan dalam CF card slot Typell. 

  • 0.85 inci 

Ukuran dimensi harddisk 24 mm x 5 mm x 32 mm. Toshiba mengumumkan form factor ini pada 2004 lalu. Form factor ini dimaksudkan untuk digunakan pada mobile phone dan gadget serupa, seperti HDD yang dapat dipasangkan pada SD/MMC slot dan dioptimalkan untuk storage video di handset 4G. Saat ini Toshiba memiliki varian produk 4 GB dan 8 GB untuk form factor ini dan memegang Record Guiness sebagai hard disk drive terkecil di dunia. 

Performance 

Terdapat beberapa karakteristik HDD yang bisa dilihat untuk menentukan performanya. Rata-rata, selain sisi trougbput aktual hingga dapat diakses oleh sistem komputer, karakteristik performa berbasiskan kemampuan komponen mekanis yang dimiliki HDD. 

  • Access Time 

Access time ini merupakan salah satu parameter yang sangat bergantung pada kemampuan mekanis harddisk yang bersangkutan. Pasalnya, waktu akses berhubungan erat dengan kecepatan putaran disk platter dan kecepatan ayunan actuator untuk menggerakkan head read/write. Makin cepat putaran disk dan ayunan actuator, maka makin sedikit waktu yang dibutuhkan untuk mendapat-kandata yang diinginkan di dalam HDD. 

  • Interleave 

Sebenarnya, interleave adalah karak­teristik HDD yang sudah cukup usang. Interleave sendiri berhubung­an dengan waktu akses yang mana jika mundur ke masa ketika kompu­ter zaman dahulu masih kurang cepat, ia digunakan untuk mengakses data yang kontinu dari harddisk. Untuk itu, diciptakan interleave yang berfungsi sebagai celah (jarak) atau semacam delay untuk setiap sektor data yang ditulis pada HDD. Hal ini agar memberikan waktu bagi komputer yang lamban agar siap mengakses set data selanjutnya di harddisk. Teknologi komputer yang lebih maju saat ini tidak memerlukan lagi interleave karena kemampuan komputer sudah lebih dari cukup untuk mengakses sektor data harddisk berikutnya tanpa perlu celah ataupun delay. 

  • Seek Time

Seek time (waktu cari) berhubung­an erat dengan karakter mekanis kecepatan actuator dalam mengayunkan head untuk mendapatkan data/menulisnya. Awalnya, actuator menggunakan motor stepper untuk menggerakkan support arm. Namun, karena kecepatan motor stepper yang tidak terlalu tinggi, dalam perkem- bangan berikutnya, actuator meng­gunakan penggerak jenis voice coil yang memiliki kecepatan hingga 20 ms. 

  • Rotational Latency 

Adalah waktu (delay) yang dibutuh­kan untuk memutar disk agar di- dapatkan sektor data yang diinginkan ketika mekanisme read maupun write. Kinerja rotational latency bisa dibandingkan dengan karakter putaran harddisk atau RPM. Rotasi tertinggi saat ini baru mencapai 15000 rpm dengan average latency 2 ms. 

Berbagai Form Factor dari HDD – scatmania.org

Power 

Konsumsi daya menjadi hal yang sangat penting dalam komponen komputer. Bukan hanya untuk mobile device seperti laptop, tetapi juga untuk komputer ser­ver maupun komputer desktop standar. Dalam hubungannya dengan komponen harddisk, konsumsi daya meningkat seiring dengan makin tingginya karakter mekanis (putaran disk, ayunan actua­tor). Selain itu, makin tinggi pergerakan mekanis, maka semakin tinggi pula suhu yang dihasilkan, yang mana berujung pada kecenderungan operational failure yang makin tinggi dan pendinginan pada komputer server besar. 

Dengan kenyataan ini, makin banyak produsen yang memproduksi harddisk jenis green (baca: ramah lingkungan) agar mengurangi konsumsi daya mau­pun suhu. Salah satu teknik yang menarik dari usaha ini adalah mengatur waktu seek agar head tiba pada titik tujuan tepat ketika waktunya untuk membaca/menulis sektor data yang dituju. Cara lain yang lebih sederhana biasanya adalah membuat harddisk yang berjalan pada kecepatan rotasi yang tidak terlalu tinggi (<5400 rpm). Bahkan, pada beberapa pilihan jenis HDD modern yang saat ini seharusnya berstandar 7200 rpm, digunakan ke­cepatan putaran 5900 rpm. Teknik lain- nya adalah mengurangi konsumsi daya dengan cara parking bead ketika disk sedang tidak digunakan. Selain itu, hal ini mencegah terjadinya gesekan head dan platter yang tidak perlu. 

Noise 

Pada komponen yang sebagian besar terbentuk secara mekanis, harddisk tentu tidak terhindar dari sisi noise au­dio atau suara bising yang dihasilkan. Sama seperti noise audio biasanya, noise HDD diukur dalam satuan dBA. Walau tingkat kebisingan tidak berhubungan dengan kinerja, bagi pengguna yang sangat kritis akan tingkat kesunyian ope- rasi, hal ini menjadi sangat penting. ■ 

LEBIH LANJUT

Sumber: PCMedia, Edisi 11/2011