TEKNOLOGI HARD-DISK Ahmad Ardaning S.M., 111070143 Fakultas Elektronika dan Telekomunikasi Institut Teknologi Telkom Hard disk merupakan salah satu piranti yang tidak terpisahkan dalam sistem komputer masa kini. Mulai dari komputer personal hingga mesin sekelas mainframe dan superkomputer menggunakan piranti hard disk sebagai media penyimpanan datanya. Hard disk pertama kali ditemukan pada dekade 1950-an. Tidak seperti saat ini, hard disk kala itu memiliki ukuran diameter hingga 20 inci dengan kapasitas hanya beberapa megabyte. Pada masa itu, piranti ini disebut sebagai fixed disks atau winchesters (nama kode untuk produk keluaran IBM). Belakangan produk itu dikenal sebagai hard disk untuk membedakannya dengan floppy disks. Dalam tingkatan yang paling sederhana, hard disk tidak seberapa berbeda dengan kaset pada tape. Keduanya sama-sama menggunakan teknik perekaman secara magnetik dan memanfaatkan keunggulan media perekaman tersebut dimana data yang tersimpan didalamnya dapat dirubah atau dihapus sewaktu-waktu. Hard disk memiliki sebuah cakram keras (hard platter) yang mengandung media magnetik, sebagai kebalikan dari lembaran film plastik pada floppy disk dan tape. Secara umum, komponen-komponen pokok yang menyusun sebuah hard disk terdiri dari: Platter: Piringan, biasanya dibuat dari alumunium yang dilapisi dengan bahan magenetik. Pada permukaan platter inilah data pada hard disk disimpan. Sebuah had disk bisa memiliki beberapa buah platter yang bekerja simultan. Lengan pembaca: Komponen ini menyangga head yang berfungsi untuk membaca/menulis pada permukaan platter. Lengan ini dikontrol melalui sebuah mekanisme yang digerakkan oleh sebuah motor-linear. Mekanisme ini bergerak dengan kecepatan dan presisi yang sangat tinggi. Lengan pembaca pada kebanyakan hard disk saat ini mampu bergerak dari pusat hingga pinggir platter, dan kemudian kembali ke pusat sebanyak 50 kali sedetik. Data tersimpan di dalam hard disk dalam bentuk file. Sebuah file adalah sebutan untuk sekumpulan byte. File bisa berisi sederetan karakter atau kode ASCII yang membentuk sebuah dokumen, atau bisa juga berupa rangkaian instruksi untuk software aplikasi untuk dijalankan oleh komputer. Ringkasnya, Tidak peduli, apapun isinya, file adalah rangkaian pola-pola byte. Saat sebuah program dijalankan atas perintah komputer, hard disk akan membaca rangkaian byte itu dan mengirimkannya ke CPU. Permukaan platter menyimpan data dalam sector dan track. Kalau dilukiskan, track membentuk lingkaran-lingkaran kosentris sepanjang permukaan
platter. Setiap track akan dibagi lagi menjadi beberapa sector. Tracks adalah bagian dari sepanjanjang keliling lingkaran dari luar sampai ke dalam.sedangkan sector adalah bagian dari tracks.sectors memiliki jumlah bytes yang sudah diatur. Bahan Pembuat Hardisk Saat ini hd dibuat dengan teknologi material media magnetik disebut thin film.lebih rapat, masa pakainya, kecil, ringan dari bahan oxide Permukaan platter dibagi menjadi sector dan track. Bagian yang berwarna kuning adalah track, sementara warna biru merepresentasikan sector. Suatu sector akan berisi byte dalam jumlah tetap, misalnya 256 atau 512 byte. Namun demikian, pada tingkatan drive atau sistem operasi, beberapa sector sering dikelompokkan bersama dalam sebuah cluster. Sector dan track dibentuk melalui proses yang disebut low level format, dimana titik awal dan akhir dari setiap sector dituliskan pada platter. Proses ini mempersiapkan sebuah hard disk untuk menyimpan blok-blok byte. Setelah itu, proses high level format akan menuliskan strutur penyimpanan file, seperti file-allocation table (FAT) pada sector. Proses ini mempersiapkan hard disk untuk menyimpan file. Ada ribuan sector dalam HD. 1 sectors normalnya menyimpan 512 byte informasi Ukuran yang paling sering dipakai dalam menilik sebuah hard disk adalah seberapa besar kapasitasnya. Hard disk yang terpasang pada komputer masa kini umumnya memiliki kapasitas mulai dari puluhan hingga ratusan gigabyte. Namun, selain kapasitas, hal lain yang tidak kalah penting untuk diperhatikan adalah performanya, khususnya dalam masalah kecepatan. Ada dua parameter yang biasa dipakai untuk menentukan performa sebuah hard disk: Data rate: Adalah jumlah byte per detik yang dapat dihantarkan ke CPU. Besaran yang umum berkisar antara 5 hingga 40 megabyte per detik. Seek time: Adalah selang waktu yang diperlukan antara saat CPU merequest sebuah file dengan saat byte pertama terkirim ke CPU. Besaran yang umum berkisar pada 10 hingga 20 milisekon. Disamping kedua hal diatas, performa sebuah hard disk juga ditentukan oleh jenis interface yang digunakan dan kecepatan putar piringan (platter) dari hard disk tersebut. Secara garis besar saat ini tersedia dua jenis interface untuk hard disk yaitu ATA/Ultra ATA dan SCSI. Interface yang paling umum untuk
keperluan personal adalah Ultra ATA. Hard disk yang menggunakan interface ini terbagi atas ATA 100 dan ATA 133. Angka 100 dan 133 menunjukkan kecepatan transfer datanya. Untuk ini ATA 133 lebih cepat. Sementara itu hard disk SCSI lebih banyak digunakan untuk server atau sistem yang memerlukan hard disk yang sangat cepat, misalnya untuk keperluan multimedia. Karena harganya cukup mahal, maka interface ini jarang digunakan untuk keperluan personal. Sementara itu, kecepatan putaran pada hard disk berkorelasi dengan kecepatan akses datanya. Makin tinggi kecepatan putar sebuah hard disk (dinyatakan dalam RPM, Race Per Minutes/putaran per menit) maka aksesnya akan lebih cepat. Saat ini, untuk interface Ultra ATA, tersedia kecepatan 5400 dan 7200 RPM. Ada juga vendor yang menawarkan kecepatan putar hingga 9500 RPM walaupun masih jarang. Data ditulis menggunakan Write-core head. Data tersimpan dalam bentuk bit. Pada saat disk dimagnetisasi pada satu arah, nilainya 0 dan ketika arahnya berlawanan bernilai 1. Perubahan arah magnetic pada setiap bit ini akan diterjemahkan sebagai kombinasi 0 dan 1. Satu bit akan menyimpan satu informasi dalam bentuk angka biner kombinasi 1 dan 0. Proses penulisan data Saat kita memasukan data pada hard drive untuk disimpan, drive tersebut diolah menggunakan sebuah formula matematikal yang kompleks yang menambahkan sebuah bit ekstra pada data tersebut. bit ekstra berfungsi untuk mendeteksi dan mengkoreksi kesalahan acak yang disebabkan oleh variasi dari medan magnet di dalam drive. Kemudian, drive menggerakkan head melalui track yang sesuai dari platter. Ketika berada di atas track yang benar, drive menunggu sampai platter berputar hingga sector yang diinginkan berada di bawah head. Ketika komponen elektronik drive menentukan bahwa sebuah head berada di atas sector yang tepat untuk menulis data, drive mengirimkan pulsa elektrik pada head tersebut. Pulsa tersebut menghasilkan sebuah medan magnetik yang mengubah permukaan magnetik pada platter. Variasi yang terekam tersebut sekarang mewakili sebuah data. Drive memposisikan bagian pembaca dari head di atas track yang sesuai, kemudian menunggu sector yang tepat untuk berputar di atasnya. Saat spektrum magnetik tertentu yang mewakili data kita, pada sector dan track yang tepat berada tepat di atas head pembaca, komponen elektronik drive mendeteksi perubahan kecil pada medan magnetik dan mengubahnya menjadi bit. Saat drive tersebut selesai mengecek error pada bit dan membetulkannya jika perlu, ia kemudian mengirimkan data tersebut pada sistem operasi.
Proses baca tulis dilakukan oleh lengan head, dengan media Fisik magnetikhead hardisk melakukan konversi bits ke pulse magnetik dan menyimpannya ke dalam platters, dan mengembalikan data jika proses pembacaan dilakukan Hard disk memiliki Hard platter yang berfungsi untuk menyimpan medan magnet. Jenis harddisk Ada berbagai macam harddisk sesuai dengan interfacenya, interface adalah hardware yang mengelola pertukaran data antara komputer dan hard drive. Yang sering digunakan oleh komputer personal atau PC adalah jenis interface PATA dan SATA, Perbedaan yang paling mencolok dari kedua harddisk ini adalah bentuk kabelnya, bisa dilihat dari gambar dibawah ini. sendiri menggunakan ribbon-cable yang lebar. kecepatan transfer data dimulai dari 33Mbps,66Mbps,100Mbps, sampai 133 Mbps(ATA 33/66/100/150) SATA (Serial ATA) Interface ini merupakan pengembangan dari PATA, yang pertama dirilis pada tahun 2002. Kabel sata menggunakan kabel yang lebih kecil dari PATA (15-pin cmiww). Walaupun menggunakan kabel lebih kecil, tapi SATA lebih cepat daripada PATA. Jika kecepatan PATA mencapai 133 Mbps, SATA memiliki kecepatan lanjutannya, yaitu 150 Mbps (SATA I), 300 Mbps (Sata II), dan 600 Mbps (SATA- 600/SATA III). SCSI (Small Computer System Interface) SCSI dibaca skasi, awalnya bernama SASI ( Shugart Associate System Interface ). SCSI banyak digunakan untuk koneksi dalam Server dan juga sering digunakan oleh apple. SCSI mempunyai berbagai macam versi, yaitu SCSI, Ultra-2 SCSI dan Ultra-3 SCSI.. Ada pula jenis interface yang lain, seperti SCSI, SAS, dan esata (eksternal SATA). Sebelumnya akan dijelaskan satu persatu PATA (Paralel ATA) / IDE ATA sendiri merupakan singkatan dari Advance Technology Attachment, sebuah standar yang digunakan untuk menghubungkan hard disk, drive CD-ROM, atau DVD-ROM pada komputer. Panjang kebel Parallel ATA mencapai hanya 18 inchi (46 cm), banyak juga produk yang tersedia di pasaran yang memiliki panjang hingga 36 inchi (91 cm). Kabelnya SCSI-1 memiliki 2 macam kecepatan yang bekerja secara asinkron, yaitu 3.5 MB/detik atau 5MB/detik. Panjang kabel ini mencapai 6 meter. Lalu pada tahun 1989 SCSI versi 2 diluncurkan, pada versi ini terdapat 2 varian yaitu Fast SCSI yang memiliki kecepatan 10MBps dan Wide SCSI yang memiliki kecepatan 20 MBps. Kemudian dilanjut dengan kehadiran SCSI versi 3 yang memiliki 2 varian pula, yaitu Ultra SCSI dan Ultra Wide SCSI. Lalu pada tahun 1997 Ultra-2 SCSI diluncurkan dan mempunyai 2 varian pula, yaitu Ultra2 SCSI yang memiliki kecepatan 40MBps dan Ultra2 Wide SCSI yang memiliki kecepatan 80Mbps. Keduanya
menggunakan kabel mencapai 12 meter. Lalu pada versi Ultra-3 SCSI mempunyai kecepatan 160Mbps. SAS (Serial Attached SCSI) SAS dikembangkan oleh SAS Working Group pada tahun 2001 yang terdiri dari bebrapa perusahaan komputer raksasa seperti IBM, HP, Maxtor, Seagate, dan LSI logic. Kecepatan yg dimiliki SAS adalah 300MBps, pada tahun 2010 SAS diharapkan dapat melakukan transmisi sampai dengan kecepatan 1,25 GBps. Gambar 1 : Evolusi Teknologi Hardisk Menurut IBM Dari gambar tersebut dapat dilihat dari tahun 1984 sampai dengan 2006 mendatang, perkembangan teknologi penyimpanan data berkembang cepat. Mulai dari ukuran mikro untuk penggunaan laptop sampai ukuran normal untuk penggunaan PC Desktop. sekitar 0.004 Gbits/in2 tetapi pada tahun 1999 labortorium IBM sudah ada sekitar 35.3 Gbits/in2. Tetapi menurut www.bizspaceinfotech.com akan diperkenalkan apa yang dinamakan TerraBit density. Harddisk pada awal perkembangannya, bahan yang digunakan sebagai media penyimpan adalah iron oxide. Tetapi sekarang banyak digunakan media thin film. Media ini merupakan media yang lebih banyak menyimpan data dari pada iron oxide pada luasan yang sama dan juga sifatnya yang lebih awet. b. Struktur head baca/tulis Head baca/tulis merupakan perantara antara media fisik dengan data elektronik. Lewat head ini data ditulis ke medium fisik atau dibaca dari medium fisik. Head akan mengubah data bit menjadi pulsa magnetik dan menuliskannya ke medium fisik. Pada proses pembacaan data prosesnya merupakan kebalikannya. Trend perkembangan harddisk dapat kita amati dari beberapa karakteristik berikut : a. Kerapatan Data/Teknologi Bahan Merupakan ukuran teknologi bahan yang digunakan seberapa besar bit data yang mampu disimpan dalam satu satuan persegi. Dalam hal kerapatan data dari awal sampai sekarang terjadi evolusi yang sangat kontras. Pada awal perkembangannya kerapannya Gambar 2 Desain karakteristik kebanyakan head baca/tulis Proses baca tulis data merupakan hal yang sangat penting, oleh karena itu mekanismenya juga perlu diperhatikan. Dalam pendahuluan sebelumnya terdapat perbedaan letak fisik head dalam operasinya.
Dulu head bersentuhan fisik dengan metal penyimpan. Kini antara head dan metal penyimpan sudah diberi jarak. Bila head bersentuhan dengan metal penyimpan, hal ini akan menyebabkan kerusakan permanen fisik, head yang aus, tentu saja panas akibat gesekan. Apalagi teknologi sekarang kecepatan putar harddisk sudah sangat cepat. Selain itu teknologi head harddiskpun juga mengalami evolusi. Evolusi head baca/tulis harddisk : Ferrite head, Metal-In-Gap (MIG) head, Thin Film (TF) Head, (Anisotropic) Magnetoresistive (MR/AMR) Heads, Giant Magnetoresistive (GMR) Heads dan sekarang yang digunakan adalah Colossal Magnetoresistive (CMR) Heads. Ferrite head, merupakan teknologi head yang paling kuno, terbuat dari inti besi yang berbentuk huruf U dan dibungkus oleh lilitan elektromagnetis. Teknologi ini diimplementasikan pada pertengahan tahun 1980 pada harddisk Seagate ST-251. Kebanyakan terdapat pada harddisk yang ukurannya kurang dari 50MB. Metal-In-Gap (MIG), merupakan penyempurnaan dari head Ferrite. Biasanya digunakan pada harddisk yang ukurannya 50MB sampai dengan 100MB. Thin Film (TF) heads, berbeda jauh dengan jenis head sebelumnya. Head ini dibuat dengan proses photolothografi seperti yang digunakan pada pembuatan prosessor. (Anisotropic) Magnetoresistive (MR/AMR) Heads, head ini digunakan untuk membaca saja. Untuk penulisannya digunakan head jenis Thin Film. Diimplementasikan pada harddisk ukuran 1GB sampai dengan 30GB. Giant Magnetoresistive (GMR) Heads, merupakan penemuan dari peneliti Eropa Peter Gruenberg and Albert Fert. Digunakan pada harddisk ukuran besar seperti 75GB dan kerapatan tinggi sekitar 10 Gbits/in2 sampai dengan 15 Gbits/in2. Karena teknologi Giant Magnetoresistive (GMR) mulai ditarik dari pasaran, sebagai penggantinya adalah Colossal Magnetoresistive (CMR). c. Kecepatan Putar Disk Kecepatan putar pada jaman awal sekitar 3600RPM. Dengan semakin berkembangnya teknologi, kecepatan putar ditingkatkan menjadi 4500RPM dan 5400RPM. Karena kebutuhan media penyimpan yang mempunyai kemampuan tinggi dibuatlah dengan kecepatan 7200RPM yang digunakan pada harddisk SCSI. Berikut tabel kecepatan harddisk yang diaplikasikan pada berbagai jenis interface yang berbeda : d. Kapasitas Kapasitas harddisk pada saat ini sudah mencapai orde ratusan GB. Hal ini dikarenakan teknologi bahan yang semakin baik, kerapatan data yang semakin tinggi. Teknologi dari Western Digital saat ini telah mampu membuat harddisk 200GB dengan kecepatan 7200RPM. Sedangkan Maxtor dengan Maxtor MaxLine II-nya yaitu harddisk berukuran 300GB dengan kecepatan 5400RPM. Beriringan dengan transisi ke ukuran harddisk yang lebih kecil dan kapasitas yang semakin besar terjadi
penurunan dramatik dalam harga per megabyte penyimpanan, membuat hardisk kapasitas besar tercapai harganya oleh para pemakai komputer biasa. Gambar 3 Sistem kontrol head Pada tiap piringan penyimpan terdapat satu head. Untuk menjangkau tengah pinggir piringan digunakan sliders sebagai perantaranya.