Apa itu Harddisk atau Cakram Keras?

Harddisk atau disk drive atau biasa disebut HDD singkatan dari hard drive, merupakan salah satu perangkat keras komputer jenis media penyimpanan/storage dengan karakteristik non-volatile, random access, dan medium berupa data digital magnetik. Data disimpan sebagai pulsa magnetik pada piringan metal yang berputar yang terintegrasi. Pengguna bahasa Indonesia memadankan harddisk dengan cakram keras (hard=”keras”; disk=”cakram”) sebab karakteristik fisik dari medium berbentuk piringan platter adalah berbahan logam yang keras.

Harddisk kali pertama diperkenalkan oleh IBM pada 1956 (diberi nama IBM 350 RAMAC) dengan ukuran yang terbilang besar (bulk size), sebesar 2 kali lemari pendingin dan mampu menyimpan 5 juta 6-bit karakter (atau sama dengan 3,75 juta 8-bit bytes) dalam 50 cakram bertumpuk. 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).

Komponen 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. Head ini yang membaca (read) atau menulis (write) data di atas disk yang berputar.

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.

Piringan (platter) terbuat dari bahan non-magnetis, biasanya alumunium alloy, kaca atau keramik yang dilapisi satu lapisan tipis bahan magnetis setebal 10-20 nanometer yang kemudian dilapisi karbon sebagai pelindung terluar. Sebagai perbandingan, tebal selembar kertas standar adalah 0,07 – 0,18 millimeter.

Piringan pada cakram keras modern berputar secara bervariasi mulai dari 4.200 ppm hingga 7.200 ppm. Cakram keras generasi pertama hanya berputar pada kecepatan 1.200 ppm, generasi berikutnya menggunakan kecepatan 3.600 ppm. Pada perangkat ringan hemat energi untuk server berkinerja tinggi putaran pringan sampai 15.000 ppm. Tingkat kecepatan putaran piringan hard disk diukur dalam satuan RPM (rotation per minute/putaran per menit). Semakin cepat putaran hard disk, maka jumlah data yang dapat dibaca oleh head semakin banyak. Demikian pula sebaliknya.

Selain 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 ini juga ditambahkan media penyimpanan sementara yang berfungsi sebagai buffer dan hadir dalam bentuk solid state (chip memory).

Teknologi – Cara Kerja Harddisk

HDD me-record atau menyimpan data dengan cara memagnetisasi (magnetizing) atau memagnetkan selaput tipis 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 piringan dengan cara mendeteksi transisi arah magnetisasi (pemagnetan) dan hasilnya di-decode sesuai dengan maksud data aslinya. Dengan kata lain data pengguna disandikan menggunakan skema pengkodean yang menentukan bagaimana data ditampilkan ulang berdasarkan perubahan medan magnet. Berbagai macam skema decoding digunakan, di antaranya adalah modified frequency modulation, group code recording, run-length limited encoding, dan beberapa skema lainnya.

Data atau informasi dibaca dan ditulis pada piringan berputar melalui alat pembaca-tulis (bagian head read/write) yang bekerja sangat dekat (sekitar 10 nanometer) di atas permukaan piringan magnetis. Pembaca-tulis ini dipergunakan untuk mendeteksi dan mengubah kemagnetan media yang ada di bawahnya. Sebuah lengan bertuas (head support arm) menggerakan pembaca-tulis seperti busur melintasi piringan yang berputar, memungkinkan masing-masing pembaca-tulis mengakses hampir seluruh permukaan piringan. Head read/write dikendalikan oleh elektronik amplifier yang ditempatkan dekat dengan actuator melalui printed-circuit cable yang terpasang di sepanjang support arm. Head support arm didesain agar memiliki bobot sangat ringan namun cukup kuat yang mampu menahan akselerasi hingga 550 g.

Cakram keras model lama menuliskan data secara tetap dalam bit per detik, sehingga setiap alur memiliki ukuran data yang sama. Model terbaru (sejak tahun 1990an) menggunakan sistem perekaman area bit (zone bit recording) yang bisa menambah kecepatan penulisan dari piringan area terdalam ke area terluar. Dengan demikian data yang tersimpan di area terluar akan lebih banyak.

Cakram modern lebih kecil dibanding pendahulunya tetapi daya tampung lebih besar, kecilnya ukuran bidang magnetis membahayakan area kemagnetannya dari kemungkinan kehilangan karena efek panas (superparamagnetism). Untuk mengatasi hal ini, piringan dilapisi dengan dua lapisan magnetis sejajar, dipisahkan sejauh 3 atom menggunakan bahan non-magnetis ruthenium dan dua lapisan bermagnet yang arahnya bersebrangan saling memperkuat satu sama lain.

Interface Harddisk

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

Interface IDE selanjutnya diubah ke ATA (Advanced Technology Attachment) atau biasa juga disebut P-ATA (paralel ATA) karena mulai munculnya interface SATA. Versi awal interface ATA menggunakan transfer data paralel 8-bit. Dalam perkembangan berikutnya, interface ATA mampu mentransmit serial data lebih dari satu bit dalam satu waktu atau paralel yaitu 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 mentransmit 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.

Dimensi Harddisk (Form Factor )

Cukup banyak ukuran form factor harddisk 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 × 4,624 in × 14,25 in (241,3 mm × 117,5 mm × 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 × 3,25 in × 8 in (146,1 mm × 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 × 1 in × 5,75 in (101,6 mm × 25,4 mm × 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 × 0,275–0,59 in × 3,945 in (69,85 mm × 7–15 mm × 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. Dalam 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 × 8 mm × 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 × 5 mm × 36,4 mm. Form factor  ini diperkenalkan oleh IBM pada 1999 dalam produk IBM Microdrive agar cukup dipasangkan dalam CF card slot TypeII.
• 0.85 Inci
  Ukuran dimensi harddisk 24 mm × 5 mm × 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.

Jenis – Jenis Harddisk

Jenis hard disk bermacam-macam, tergantung pada kategori yang digunakan. Misalnya, berdasarkan jenis interface-nya, tingkat kecepatan transfer data, serta kapasitas penyimpanan data. Berdasarkan jenis interface yaitu:

• ATA (IDE, EIDE)
• Serial ATA (SATA)
• SCSI (Small Computer System Interface)
• SAS
• IEEE 1394
• USB
• Fibre Channel.

Di antara sekian banyak jenis interface, hanya tiga jenis hard disk yang sering digunakan, yaitu IDE, SATA, dan SCSI. Hard disk SCSI biasanya banyak digunakan pada server, workstation, dan komputer Apple Macintosh. Sedangkan harddisk yang banyak digunakan pada komputer personal (PC) adalah jenis SATA.

Harddisk ATA
AT Attachment (ATA) adalah antarmuka standar untuk menghubungkan peranti penyimpanan seperti hard disk, drive CD-ROM, atau DVD-ROM di komputer. ATA singkatan dari Advance Technology Attachment. Standar ATA dikelola oleh komite yang bernama X3/INCITS T13. ATA juga memiliki beberapa nama lain, seperti IDE dan ATAPI. Karena diperkenalkannya versi terbaru dari ATA yang bernama Serial ATA, versi ATA ini kemudian dinamai Parallel ATA (PATA) untuk membedakannya dengan versi Serial ATA yang baru. Parallel ATA hanya memungkinkan panjang kabel maksimal hanya 18 inchi (46 cm) walaupun banyak juga produk yang tersedia di pasaran yang memiliki panjang hingga 36 inchi (91 cm). Karena jaraknya pendek, PATA hanya cocok digunakan di dalam komputer saja. PATA sangat murah dan lazim ditemui di komputer. Nama standar ini awalnya adalah PC/AT Attachment. Fitur utamanya adalah bisa mengakomodasi koneksi langsung ke ISA BUS 16-bit sehingga dinamai AT Bus. Nama ini kemudian disingkat menjadi AT Attachment untuk mengatasi masalah hak cipta.

Harddisk SATA
SATA adalah pengembangan dari ATA. SATA didefinisikan sebagai teknologi yang didesain untuk menggantikan ATA secara total. Adapter dari serial ATA mampu mengakomodasi transfer data dengan kecepatan yang lebih tinggi dibandingkan dengan ATA sederhana. Antarmuka SATA generasi pertama dikenal dengan nama SATA/150 atau sering juga disebut sebagai SATA 1. SATA 1 berkomunikasi dengan kecepatan 1,5 GB/s. Kecepatan transfer uncoded-nya adalah 1,2 GB/s. SATA/150 memiliki kecepatan yang hampir sama dengan PATA/133, namun versi terbaru SATA memiliki banyak kelebihan (misalnya native command queuing) yang menyebabkannya memiliki kecepatan lebih dan kemampuan untuk melakukan bekerja di lingkungan multi task.

Beberapa fitur SATA adalah:

• Menggunakan line 4 sinyal yang memungkinkan kabel yang lebih ringkas dan murah dibandingkan dengan PATA.
• Mengakomodasi fitur baru seperti hot-swapping dan native command queuing.
• Drive SATA bisa ditancapkan ke kontroler Serial Attached SCSI (SAS) sehingga bisa berkomunikasi dengan kabel fisik yang sama seperti disk asli SAS, namun disk SAS tidak bisa ditancapkan ke kontroler SATA. Kabel power dan kabel SATA mengalami perubahan yang cukup signifikan dibandingkan kabel Parallel ATA. Kabel data SATA menggunakan 7 konduktor di mana 4 di antaranya adalah line aktif untuk data. Oleh karena bentuknya lebih kecil, kabel SATA lebih mudah digunakan di ruangan yang lebih sempit dan lebih efisien untuk pendinginan.

Harddisk SCSI
SCSI (Small Computer System Interface) dibaca “skasi” adalah standar yang dibuat untuk keperluan transfer data antara komputer dan periferal lainnya. Standar SCSI mendefinisikan perintah-perintah, protokol dan antarmuka elektrik dan optik yang diperlukan. SCSI menawarkan kecepatan transfer data yang paling tinggi di antara standar yang lainnya. Penggunaan SCSI paling banyak terdapat di hard disk dan tape drive. Namun, SCSI juga terdapat pada scanner, printer, dan peranti optik (DVD, CD, dan lainnya). Standar SCSI digolongkan sebagai standar yang device independent sehingga secara teoritis SCSI bisa diterapkan di semua tipe hardware.

Beberapa merek hard disk yang banyak digunakan, antara lain Western Digital (WDC), Quantum, Seagate, Maxtor, Samsung, IBM, Toshiba, dan Hitachi.

Kinerja Harddsik

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

Access Time
Access time ini merupakan salah satu parame ter 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- kan data 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 perkembangan berikutnya, actuator menggunakan penggerak jenis voice coil yang memiliki kecepatan hingga 20 ms.

Rotational Latency
Adalah waktu (delay) yang dibutuhkan untuk memutar disk agar didapatkan 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.

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 gagal tindakan (operational failure) yang makin tinggi pada komputer server besar.

Seberapa besar harddisk yang Anda butuhkan?
Tentu sesuai dengan kebutuhan. Anda tidak membutuhkan harddisk berukuran 1TB hanya untuk menyimpan file dokumen. Semuanya yang dapat disimpan di hard disk diukur berdasarkan ukurannya. Ukuran teks sangat kecil, sedangkan gambar lebih besar, musik bahkan lebih besar lagi, dan videolah yang terbesar dari semuanya. Hard disk itu seperti skala. Tidak bisa membedakan antarbenda yang ada di dalamnya; hanya ukuran yang diketahuinya. File diukur dalam satuan kilobyte (KB),  megabyte (MB), gigabyte (GB), dan terabyte (TB.) Secara kasar, 1 kilobyte sama dengan 1000 byte, 1 megabyte sama dengan 1 juta byte, 1 gigabyte sama dengan 1 miliar byte, dan 1 terabyte sama dengan 1 triliun byte.

Tabel Perbandingan

Sebagai contoh, jika Anda memiliki sebuah harddisk berkapasitas 500 GB maka Anda dapat mengisinya dengan file MP3 hingga penuh dan Anda akan menghabiskan waktu 8.330 jam untuk memutar semuanya, atau Anda dapat memenuhinya dengan 160.000 foto digital, atau 500 jam video, atau 125 film DVD. Jadi, jika Anda akan mengoleksi 500 film DVD maka Anda membutuhkan harddisk 2 TB 🙂

	Musik Digital (MP3)	Foto Digital*	Video Digital	Film Kualitas DVD †
500 GB ††	8.330 jam	160.000	500 jam	125
1 TB	16.660 jam	320.000	1.000 jam	250
1,5 TB	24.990 jam	480.000	1.500 jam	375
2 TB	33.320 jam	640.000	2.000 jam	500

* Ukuran file rata-rata yang menggunakan mode JPEG resolusi tertinggi kamera. Jumlah gambar aktual per hard disk akan beragam, dan bergantung pada model kamera serta kompatibilitas pemandangan yang difoto.

† Film kualitas DVD 2 jam.

†† Jika mengacu pada kapasitas hard disk, satu gigabyte, atau GB sama dengan satu miliar byte. Kapasitas yang bisa diakses mungkin bervariasi tergantung lingkungan operasi dan pemformatan. Contoh penggunaan kuantitatif untuk berbagai aplikasi ditujukan untuk keperluan ilustrasi. Jumlah aktual akan bervariasi berdasarkan berbagai faktor, termasuk ukuran file, format file, fitur, dan perangkat lunak aplikasi.

 

Referensi:
– http://id.wikipedia.org/wiki/Cakram_keras
– PC MEDIA 11-2011
– http://www.seagate.com/id/id/do-more/everything-you-wanted-to-know-about-hard-drives-master-dm/