# 06 — Pevný disk > [!abstract] O tématu > ==**Pevný disk**== = ==**hlavní vnitřní úložiště**== počítače pro **trvalé uchovávání dat** (operační systém, programy, soubory). Dva typy: ==**HDD**== (magnetický, mechanický) a ==**SSD**== (polovodičový, bez pohyblivých částí). > [!info] Maturitní otázka > **a)** Parametry a charakteristika > **b)** Fyzická a logická struktura > **c)** Typy rozhraní > **d)** Konfigurace --- ## a) Parametry a charakteristika > [!abstract] Základní požadavky na pevný disk > Co největší ==**kapacita, rychlost, spolehlivost, životnost**==. Co nejmenší ==**rozměry, hmotnost, spotřeba, hlučnost, cena**==. **Některé požadavky se vzájemně vylučují.** ### HDD vs SSD | | ==**HDD**== | ==**SSD**== | |---|---|---| | **Princip** | magnetické plotny + mechanická hlava | flash paměť (NAND) | | **Rychlost** | pomalé (~100–200 MB/s) | rychlé (500 MB/s SATA, **až 7000+ MB/s NVMe**) | | **Hlučnost** | tiká, vibruje | **zcela tiché** | | **Odolnost** | citlivé na otřesy | odolné | | **Životnost** | mechanické opotřebení | omezený počet zápisů (TBW) | | **Cena/GB** | nízká | vyšší | | **Kapacita** | až **24 TB+** | typicky **do 8 TB** (consumer) | ### Klíčové parametry - ==**Kapacita**== (GB / TB) — závisí na **hustotě dat** na plotně (dnes až 20 TB+) - ==**RPM**== (otáčky za minutu, jen HDD) — **5400** (notebook), **7200** (desktop), **10 000–15 000** (server). Dříve 3600 ot/min. - ==**Cache**== (vyrovnávací paměť) — **64–256 MB** u HDD, ~1 GB DRAM u SSD - ==**Přenosová rychlost**== (MB/s, GB/s) — čtení/zápis - ==**Přístupová doba (latence)**== — součet ==**vyhledávací doby**== a ==**rotační čekací doby**==. U HDD **~7–8 ms** (SATA), u SSD **<<1 ms** - ==**MTBF**== (Mean Time Between Failures) — střední doba mezi poruchami, **300 tis. – 1 mil. provozních hodin** (spolehlivost) - ==**S.M.A.R.T.**== (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology) — automatické sledování parametrů disku: vzdálenost hlav, chybné zápisy/čtení, teplota — zvyšuje spolehlivost - ==**Form factor**==: **3,5"** (desktop HDD), **2,5"** (laptop HDD i SSD), **1,8"/1,3"** (drobná zařízení), **M.2** (NVMe SSD) --- ## b) Fyzická a logická struktura ### Fyzická struktura HDD > [!quote] Jak HDD fyzicky vypadá > Uvnitř HDD je ==**stoh kruhových magnetických ploten**== (1–8 nad sebou), mezi kterými se pohybují ==**čtecí/zapisovací hlavy**== na otočném ramenu. Plotny se točí, hlavy „létají" mikroskopickou vzdálenost nad povrchem. **Mechanika je prachotěsně uzavřena — nesmí se otevírat!** - ==**Plotny (platters)**== — magnetické kotouče (1–8 ks). Povrch musí být **dokonale hladký, lehký, tepelně stabilní**. Magnetický povlak = ==**oxidy kobaltu, železa, niklu**==. - ==**Čtecí/zapisovací hlavy**== — jedna na každé straně každé plotny, „létá" **cca 5 µm** nad povrchem na ==**vzduchovém polštáři**==. Při vypnutí dosedne do ==**parkovací zóny**== (nejblíže středu, nezapisují se zde data). - ==**Rameno (actuator arm)**== — pohybuje hlavami radiálně. Pohon ==**vychylovací cívkou**== (dříve krokový motorek). - ==**Motor s ložisky**== — otáčí plotnami (RPM) - ==**Elektronika (řadič)**== — řídí pohyb hlav, čtení/zápis a komunikaci s PC - ==**Filtr**== — uvnitř je **vzduch (ne vakuum)**, ale s filtrem proti prachu ### Princip zápisu a čtení > [!info] Magnetický princip > ==**Zápis:**== hlava (miniaturní podkovový magnet) vytváří magnetické pole, kterým ==**uspořádá magnetické částice**== na povrchu plotny do dipólů (S–N). > ==**Čtení:**== hlava bez napětí, ve cívce se ==**indukuje napětí**== vlivem magnetických pulsů. - **S–S nebo N–N → puls → logická 1** - **S–N nebo N–S → bez pulsu → logická 0** - Kvalita čtení závisí na ==**obvodové rychlosti**== a ==**šířce stopy**== ### Logická struktura HDD > [!info] Tři historické úrovně organizace dat > ==**Stopy → sektory → cylindry**==. Dnes se používá moderní LBA, ale CHS pojmy se stále zmiňují. - ==**Stopy (tracks)**== — soustředné kružnice na plotně - ==**Sektory (sectors)**== — výseče stopy, ==**základní jednotka dat**== (typicky **512 B** nebo **4 KB** = "Advanced Format") - ==**Cylindry (cylinders)**== — stejné stopy na všech plotnách dohromady (=hlava nemusí měnit pozici) - ==**Blok**== — základní jednotka úložiště - ==**Cluster**== — skupina několika bloků (jak OS vidí data) ### Adresování — CHS vs LBA - ==**CHS**== (Cylinder-Head-Sector) — historický 3-rozměrný způsob adresování. Limit ~8 GB. - ==**LBA**== (Logical Block Addressing) — moderní lineární adresování. ==**Sektory očíslované 0, 1, 2…**==. Bez velikostního limitu. ### Fragmentace ==**Fragmentace**== = soubory jsou rozptýleny po různých místech disku → zpomaluje čtení. ==**Defragmentace**== = OS přerozdělí data, aby ležela souvisle (jen u HDD! **SSD se nedefragmentuje**). ### Logická struktura disku v OS - ==**MBR / GPT**== — způsob rozdělení disku (viz [d) Konfigurace]) - ==**Oddíly (partitions)**== — logické rozdělení disku - ==**Souborový systém**== — NTFS, FAT32, ext4, APFS (struktura souborů — viz otázka 16) --- ## c) Typy rozhraní ### Aktuální | Rozhraní | Použití | Rychlost | |---|---|---| | ==**SATA III**== | HDD i SSD (2,5"/3,5") | **6 Gb/s** (~550 MB/s reálně) | | ==**M.2 NVMe**== (PCIe) | moderní SSD | **až 14 GB/s** (PCIe 5.0) | | ==**SAS**== (Serial Attached SCSI) | **serverové disky** (vylepšené SCSI) | 12–24 Gb/s | ### Historické / zastaralé - ==**IDE / PATA**== (Parallel ATA) — starší **široký 40/80-žilový kabel**, max 4 zařízení. Nahrazeno SATA. - ==**EIDE**== — vylepšená IDE (Ultra ATA 100/133 MB/s) - ==**SCSI**== — staré profesionální/serverové rozhraní, více zařízení na jednom řadiči. Nahrazeno SAS. ### Externí připojení - ==**USB 3.x / USB-C**== — externí HDD i SSD - ==**Thunderbolt**== — rychlé externí SSD (40 Gb/s) - ==**eSATA**== — externí varianta SATA (zastaralé) - ==**FireWire**== — starší Apple rozhraní (zastaralé) --- ## d) Konfigurace ### 1. Rozdělení disku (partitioning) ==**Vytvoření oddílů (partitions)**==. Můžeme mít víc oddílů na jednom disku (např. **C:** pro systém, **D:** pro data). Dvě schémata rozdělení: | | ==**MBR**== (Master Boot Record) | ==**GPT**== (GUID Partition Table) | |---|---|---| | **Stáří** | starší (~1983) | moderní (od UEFI) | | **Max. kapacita** | **2 TB** | prakticky neomezená | | **Max. oddílů** | 4 primární (nebo 3 + 1 rozšířený) | **128+** | | **Boot** | s BIOSem | s UEFI | | **Zabezpečení** | žádné kopie | **více záložních kopií** tabulky | ### 2. Formátování ==**Vytvoření souborového systému**== na oddílu — bez něj OS nemůže oddíl použít. - **Rychlé formátování** — jen nová prázdná tabulka, data jsou „neviditelná" ale stále tam - **Plné formátování** — přepíše celý oddíl, ověří sektory Hlavní souborové systémy: - ==**NTFS**== — Windows (standardní) - ==**FAT32**== — univerzální, USB flashky, limit **4 GB na soubor** - ==**exFAT**== — vylepšený FAT32, **bez 4 GB limitu** - ==**ext4**== — Linux - ==**APFS / HFS+**== — macOS ### 3. Konfigurace v BIOSu/UEFI - ==**Boot order**== — z jakého disku startovat - ==**SATA mode**== — **AHCI** (moderní, podporuje hot-swap a NCQ) vs **IDE** (kompatibilita) vs **RAID** - ==**TRIM**== pro SSD — udržuje výkon ### 4. RAID (Redundant Array of Independent Disks) ==**Spojení více disků do jednoho logického celku**==. Pro výkon nebo zálohu. Detail v otázce 16. - **RAID 0** — výkon (data dělená přes víc disků, **žádná záloha**) - **RAID 1** — zrcadlení (kopie 1:1) - **RAID 5** — výkon + jedna disková rezerva - **RAID 10** — RAID 1 + RAID 0 kombinace --- ## Shrnutí > [!summary] Co si pamatovat > **a) Parametry:** ==HDD (mechanický) vs SSD (flash)==. Klíčové: ==kapacita, RPM (jen HDD), cache, přenosová rychlost, přístupová doba==, ==MTBF, S.M.A.R.T.==, form factor (3,5" / 2,5" / M.2). > > **b) Struktura:** Fyzicky = ==plotny + hlavy (5 µm nad povrchem) + rameno + motor + řadič==. Zápis = ==magnetické dipóly (S–S=1, S–N=0)==. Logicky = ==stopy → sektory → cylindry==, bloky a clustery. Adresování ==**CHS** (staré) vs **LBA** (moderní)==. ==**Defragmentace**== jen u HDD. > > **c) Rozhraní:** ==**SATA III (6 Gb/s)**==, ==**M.2 NVMe (PCIe, až 14 GB/s)**==, **SAS** (servery). Zastaralé: IDE/PATA, EIDE, SCSI, FireWire. Externí: USB-C, Thunderbolt. > > **d) Konfigurace:** ==**Partitioning** (MBR vs GPT)==, ==**Formátování** (NTFS, FAT32, exFAT, ext4)==, BIOS (boot order, AHCI vs IDE vs RAID), ==**RAID**== (0/1/5/10).