Pevný disk (zkratka HDD, anglicky Hard Disk Drive) je elektromechanické zařízení pro záznam a čtení adresovatelných dat, paměť o velké kapacitě a s pomalejším přístupem než operační paměť RAM. Používá se v počítačích jako sekundární a záložní paměť, ve spotřební elektronice (např. videorekordéry) k dočasnému nebo trvalému uchovávání většího množství dat. Ukládání a čtení probíhá pomocí magnetické indukce. Skládá se z pohonu a vřetene, na něž je navlečena kruhová deska, či několik desek (podle potřebné kapacity) s magnetickým povrchem, který zapisují a snímají pohyblivé hlavy, zpravidla po jedné na každém povrchu (jedna deska má dva povrchy a každý povrch svou hlavičku).
Předchůdcem pevných disků byla magnetická páska a magnetický buben, tyto ovšem trpěly o několik řádu delšími přístupovými dobami (než se pásek převinul). První komerční pevné disky se objevily v roce 1956, nejprve pro sálové počítače. Díky stále důmyslnějším technologiím se parametry pevných disků za 50 let zlepšily o 3 až 8 řádů, tento trend se však od roku 2010 patrně zpomaluje, protože disky se blíží hranici fyzikálních možností (limity se obcházejí zahřívání povrchu leserem obdobně jako u CD-ROM, plnění speciálními plyny atd.). Jejich největším konkurentem jsou polovodičové paměti SSD, které neobsahují žádné pohyblivé součásti. Jsou menší, úspornější, o tři řády rychlejší a spolehlivější než paměti magnetické. Na rozdíl od „volatilní“ RAM paměti, jejíž obsah se při odpojení od zdroje proudu ztrácí, jsou HDD/SSD non-volatilní, tedy jejich obsah zůstává zachován (ovšem časem degraduje a za několik desítek let se stává nečitelným). Označení „pevný disk“ se často užívá v širokém slova smyslu, takže může zahrnovat i SSD úložiště a další druhy pamětí, pokud plní stejnou funkci a pro software se jeví jako vnější paměťové zařízení, které se dá adresovat.
Mezi hlavní charakteristiky pevného disku patří jeho kapacita (KB, MB, GB, TB), přístupová doba (ms) a přenosová rychlost (MB/s). Určitá část jeho kapacity není pro uživatele dostupná, protože je používána souborovým a operačním systémem počítače (MBR, tabulka rozdělení disku, nealokované sektory připravené jako náhrada chybných sektorů apod), případně má vestavěnou redundanci pro opravu chyb a obnovu. Výkon je určen rychlostí přenosu dat a přístupovou dobou, která má dvě složky: čas k přesunu hlav na určenou stopu nebo válec a tzv. latenci, tj. čas, než se požadovaný sektor (blok) dostane pod hlavu. Latence tedy závisí na rychlosti otáčení disku (typicky 5400, 7200, 10000 otáček za minutu). Moderní pevné disky mají nejčastěji průměr 3,5 palce pro stolní počítače a 2,5 palce především pro notebooky či servery. HDD jsou připojeny k systémům kabely SATA (Serial ATA), kdysi PATA (Parallel ATA), USB nebo SAS (Serial Attached SCSI), či nově bez kabelů přímo přes M.2 konektory na základní desce.
Velikosti disků
Tabulka vpravo ukazuje, jak se parametry disků zlepšily za necelých 60 let. Prvním diskovým systémem byl IBM 350 RAMAC z roku 1956, který měl na 50 plotnách o průměru 61 cm kapacitu 3,75 MB dat. Roku 1962 se objevil disk IBM 1311 s výměnnými svazky o kapacitě 2 MB a roku 1973 model IBM 3340, přezdívaný Winchester, s kapacitou až 70 MB. Nejstarší disky měly velice složitý vystavovací mechanismus, u IBM 350 se dvojice hlav navíc ještě přesouvala svisle a obsluhovala všech 50 ploten. U disků s výměnným svazkem se hlavičky pohybovaly v přímce po poloměru ploten do středu, což bylo technologicky i energeticky náročné.
| Parametr | V roce 1956 | V roce 2017 | Poměr |
|---|---|---|---|
| Kapacita (formátovaná) | 3.75 MB | 14 TB | 3,73×106 |
| Objem | 1,9 m3 | 34 cm3 | 56 000 |
| Hmotnost | 910 kg | 62 g | 15 000 |
| Přístup | asi 600 ms | 2.5 až 10 ms | asi 200 |
| Cena | USD 9 200 za MB (1961) | USD 0,032 za GB (2015) | 3×108 |
| Hustota dat | 31,25 bit/mm2 | 20,3 GB/mm2 (2015) | 6,5×108 |
| Poruchovost | ~2000 hodin MTBF | ~2 500 000 hod MTBF | 1250 |
S prvními přenosnými počítači bylo nutné zmenšit rozměry disků a s nástupem počítačů napájených z baterií také jejich energetickou náročnost. K tomu výrazně přispěl zjednodušený vystavovací mechanismus: plotny nejsou výměnné a místo lineárního pohybu ke středu byly hlavy umístěny na výkyvném raménku, které se otáčí kolem pevné osy. Na jednodušší připojení se zaměřila firma Seagate a vyvinula diskové rozhraní ST-506/412, které se stalo standardem pro výrobce disků ve své době. První 2,5″ disk vyvinula společnost PrairieTek v roce 1988 a měl kapacitu 20 MB. Tato velikost disků se stala standardem v oblasti stolních počítačů. IBM se vrátila do hry v oblasti disků pro osobní počítače v roce 1999 s modelem Microdrive o kapacitě 170 MB. Záhy však tento segment opustila a prodala jej japonské společnosti Hitachi. Postupně tak vstoupily na trh kromě Seagate také firmy Western Digital, Toshiba a další s disky s paralelním rozhraním PATA a později sériovým SATA.
Nároky na kapacitu disků prudce vzrostly, když se na ně vedle textů začaly ukládat obrázky a akustické záznamy, kdežto filmy a hry si vynutily i daleko vyšší přenosové rychlosti. Rychlost otáčení se zvyšovala od 5400 přes 7200 a 10 000 až k 15 000 otáček za minutu, kdy už odstředivé síly působí velké potíže. Tyto rychlé disky byly původně určeny pro podnikové servery, ale díky jejich skvělým vlastnostem a cenové dostupnosti si je pořizovali i milovníci počítačových her.
Veškerá data jsou ukládána ve formátu jedniček a nul a nejmenší jednotkou, která takto uloženou informaci reprezentuje, je jeden bit. Osm bitů pak dává jeden byte, česky bajt. Další jednotky jsou:
- 1 kB (kilobajt) = 1 024 B (bajtů)
- 1 MB (megabajt) = 1 024 kB (kilobajtů) = 1 048 576 B (bajtů)
- 1 GB (gigabajt) = 1 024 MB (megabajtů) = 1 073 741 824 B (bajtů)
- 1 TB (terabajt) = 1 024 GB (gigabajtů) = 1 099 511 627 776 B (bajtů)
Zatímco počítač pracuje v dvojkové soustavě, člověk běžně přemýšlí v desítkové soustavě. Pokud nahlédneme do soustavy jednotek SI, tak zjistíme, že předpony používané u kapacit pamětí najednou nabývají odlišný význam:
- kilo = 103 = 1 000 (tisíc)
- mega = 106 = 1 000 000 (milion)
- giga = 109 = 1 000 000 000 (miliarda)
- tera = 1012 = 1 000 000 000 000 (bilion)