HardDisk

6.Sabit (Hard) Disk:
Bilgilerimize ev sahipliği yapan bu enteresan cihazlar aslında ufak ama bir o
kadar da karmaşık yapılara sahiptirler. Temelde bilgisayarın ana iş yapma
materyali olan “0” ve “1” sayılarını kullanan sabit disklerin en ufak
parçası mıknatıslardır. Hepimizin bildiği gibi bir mıknatıs artı ve
eksi kutuplara sahip olan, aynı yönlü iki tanesi yan yana gelince birbirini
iten ve tersi durumda da çekim işlemini yapan doğal materyaldir. İşte sabit
diskler de bu tip itip çekme mantığını kullanmaktadır. Milyonlarca küçük
mıknatıstan oluşan sabit diskte, yan yana duran bu mıknatısların durumları
birer 0 ve 1 rakamını oluşturmakta ve bu rakamların bir arada bulunması da
verileri meydana getirmektedir.

Verileri bu şekilde mıknatıs
üzerinden okumak ve mıknatıslara yazmak çok ilginç bir olaydır. Yani eğer
biz 1 rakamını mıknatısı belli bir yönde kutuplayarak elde ediyorsak, bu
demektir ki sıfır rakamını elde etmek için ise bu yönün tam tersini
kullanmak zorundayız. Sabit disklerin yapısı tabiki sadece mıknatıslardan
oluşmuyor. Örneğin bir inşaatın kumu neyse, sabit diskinde kumu da mıknatıstır.
1 Gigabyte’lık bir disk üzerinde 8 589 934 592 adet küçük mıknatıs
bulunmaktadır.   Bu mıknatısların
saniyede milyonlarcasının yer değiştirmesiyle veriler üzerinde işlem yapılmaktadır.
İşte bu mıknatısların bir araya gelmesiyle de silindir dediğimiz tabaklar
meydana gelmektedir. Bu tabakalar sabit diskler üzerinde gözle görülür en
önemli parçalardandır ve  kendi içinde
daha bir çok parçaya ayrılmaktadır. Mıknatısların yönünün değişmesini
sağlayan parça kafa denen ve çok hızlı hareket edebilen bir yapıdır.
Bilgilerimiz sabit disk üzerinde manyetik kaplamaya sahip bir alanda
tutulmaktadır.  Bu manyetik
ortamdan verileri çekip çıkartabilecek ve gerektiğinde oraya farklı
bilgileri yazabilecek parçada kafadır. Kafaların dışında bu plaka ve
kafaları hareket ettiren motorlar, kafalar tarafından yakalanan verilere anlam
kazandıran elektronik çipler ve bu çipleri üzerinde barındıran kartlar bir
sabit diski oluşturan diğer bileşenlerdir.

Ana
hatları ile yapısını anladığımız sabit disklerin çalışmaları ve görevini
yerine getirebilmeleri de enteresan bir çok olay sonucu meydana gelmektedir.
Sabit disklerin veri depolama ünitelerinin silindir şeklindeki tabakalar olduğunu
ve bu tabakaların da ufak mıknatıslardan meydana geldiğini anlatmıştım.
Bunların yanısıra verileri götürmesi gereken yere götürüp koyan ve
gerektiğinde de bu yerlerden alan yapının 
da kafalar olduğunu öğrenmiştik. Ama nasıl bilgisayarın açılması
kasanın elektrik düğmesine bastığımızda kafalar sabit disk içindeki
elektriği açınca motorlar tarafından daima sabit olan bir başlangıç
noktasına gelirler? Bu sırada tabakalar da dakikada bir kaç bin devirle dönmeye
başlarlar. Kafalarda bu dönen tabakalar üzerine içten dışa veya tam tersi
mıknatıslar üzerinden okluma yaza işlemine başlarlar. Bu dönme ve
okuma-yazma  hızı o kadar yüksek
seviyelerdedir ki kafa  ile disk
arasında aslında hiç bir temas yoktur.  Bu
iki bileşenin hız konusunda yaşadığı çekişme kafa ile plaka arasında
bir hava boşluğunun oluşmasına ve  sürtünmenin
ortadan kalkmasına neden olmaktadır.  Ama
bu boşluk öyle gözle görülür bir seviyede değildir. 

Şimdi sıra, bulunan kafaya
istediğimiz bilgiyi bulması için emir verdikten sonra o yere ulaşmasına
geldi. Kafa bu iş için içten dışa doğru hareket ederken plakalarda dönmeye
devam eder. İstediğimiz mekana ulaşınca veriye kilitlenir. Verileri okumaya
başlayan kafa bunları elektronik çiplere gönderir. Gelenleri anlamaya çalışan
kontrol üniteleri de  çevre
birimlerini kontrol eden arabirim kartına oradan da BIOS’a gönderir. İşin
ehli olan BIOS’ta zaten ne yapacağını bilir ve verileri gereken yere işlemek
için gönderir. Bu işlemler inanılmaz bir hızda gerçekleşir. 

Bir 
sözlük düşünün ki o kadar geniş kapasiteye ve her türlü bilgi çeşidine
sahip olsun. Teknolojiden tutunda edebiyata kadar geniş yelpazede kelime dağarcığına
sahip olan bir sözlük. Bir de bu sözlüğün alıştığımız şekilde düzenli,
harf sırasına göre değil, tam tersine rasgele şekilde hazırlanmış olsun.
Bilgileri aklınızda tutmak bu bilgileri aramaktan daha kısa sürerde olacaktır.
İşte bu örnekte olduğu gibi sabit disk gibi kompleks yapıya sahip bir kütüphanede
gerektiği gibi düzenlenmemiş olsaydı hiçbir işimize yaramazdı. Bu türlü
bir karışıklığa meydan vermemek için 
belirli bir düzene göre sabit diskler yapılmıştır. Bu hiyerarşi büyük
parçaların mümkün olduğu kadar ufak bileşenlere ayrılması ve her birine
belli bir adresin verilmesi mantığı ile hareket edilmektedir.

Sabit disk içindeki plakalar
belli hızlarda dönerek aynı merkezli birçok halkaya yani “track”lere ayrılmıştır.
Bu tracklerde adına sektör denilen diğer yapılardan oluşurlar. Bu hiyerarşinin
oluşmasında trackleri oluşturan sektörlerin ve plakaları meydana getiren
tracklerin sayısı da büyük önem taşımaktadır. Çünkü adresleme bu sayılar
üzerinden yapılmaktadır. Günümüzün çoğu sabit diskinde bu sayılar
GB’ da 8 veya 16 tane plaka, her bir plakada 2 yada 4 tane kafa. her kafanın
ulaşabileceği 1024 track ve track başına 63 tane sektör şeklinde sıralanmaktadır. 
Bir diskin manyetik yüzeyine kayıt yapma işlemi floppy ve diğer
dijital teyplerden farklı değildir. Temelde dediğim gibi yüzeyler nokta şeklindeki
dizilere ayrılmış  ve verilerde
bu dizelerin belli isimler adreslenmesi ile bulunmaktadır. Bu adreslerin oluşturulması
işlemi ise kafanın verileri disk yüzeyi üzerinde bulmasını sağlayacak bir
rehberin bulunması sayesinde olacaktır. İşte bu rehberi sabit diskleri
kullanmadan önce yaptığımız “format” işlemi gerçekleştirir.
Formatlanmış bir diskte kafa her şeye hakimdir ve neyin nerde olduğu anında
bulur. Format her bir track ve sektöre birer adres verir ve verilerin yönetimini
kolaylaştırır. Ama bazen verilerin bu şekilde tasnifi, diki daha verimli
kullanmayı engellemektedir. Bu sebeple sektörlerde “cluster” denilen ve işletim
sistemince sanal olarak oluşturulan daha ufak parçalara ayrılmıştır. Bir
diskteki clusterların büyüklüğü ise “partition” denilen disk parçalarının
büyüklüğüne göre değişmektedir.

Yandaki tablodan da anlaşılabileceği
gibi disk sığası büyüdükçe yönetim daha da zorlaşmaktadır. Bir
bilgisayar istenilen veriyi okumak istediği zaman, verinin yerini bulması işletim
sisteminin görevidir. İşletim sistemi ise       ilk
olarak    adına FAT (File
Allocation Table-Dosya  Yerleştirme
Tablosu) denilen ve bir  verinin
yerini bilen, nerede başlayıp nerede son bulacağını aklında tutan bir
tabloya bakar. Bu tablo işletim sistemine verinin hangi track üzerinde hangi
sektörde olduğunu söyler. Bu bilgileri alan işletim sistemi de kafayı
“git şu adresteki bilgiyi bana getir” şeklinde bir emirle görevlendirilir
ve veri oradan okunur. Ama Cluster şeklindeki bir yapının oluşumu da tam
anlamıyla diskin verimli kullanılmasını sağlamamaktadır. Çünkü her
cluster tek bir veri kümesini yani tek bir programa ait veriyi tutabilir.
Mesela 4 Kilobyte’lık bir cluster yapısı içerisine 6 Kilobyte’lık bir
veriyi sığdırmak istiyoruz. Bu verinin 4 KB’lık kısmı clustere sığar
geri kalan 2 KB’lık kısım ise başka bir cluster’a yazılır. Peki bu
cluster’ın kalan bölümü ne olacak? Tabiki boş kalacak. Yani kullanılmayacak.
Bu da fazla yer kaplamasına ve diskin performansının düşmesine neden
olacaktır.  

Yandaki
grafikte sarı renkle gösterilen kısım izlere yeşil renkle gösterilen kısım
ise sektörlere işaret etmektedir.

Sabit
diskler üzerinde verinin tutulduğu yerlerin belirlenmesi için önce
formatlanması gerekir. Şimdi de sabit diskinizi lojik formatlama işlemi 
gerçekleştirmek için gereken Boot Sector bilgisini oluşturmak ve işletim
sisteminin bilgisayarı açması için çeşitli partitisyonlara ayırmanız
gerekir. Bu şart bir koşul değildir. Ama verilere daha hızlı ulaşmak ve
diski daha verimli kullanmak için önerilen bir durumdur. Ayırma işleminin
gerçekleştirdikten sonra sıra dosya sistemine gelmiştir. Günümüzün en çok
tutulan dosya sistemleri NTFS ve FAT32’dir. Bir sabit diskin üzerinde sistemi
yönetecek olan işletim sistemi için ayrılmış çeşitli sektörler
bulunmaktadır. Bu sektörler işletim sisteminin yönetimini başlatması,
bitirmesi ve ara işlerin gerçekleştirilmesi için kullanılan yönteme
“Boot Sector” denir. Bilgisayarı açma tuşuna bastıktan sonra bilgisayarın
sabit disk üzerinde baktığı ilk yer ana kayıt noktası MBR (Master Boot
Record)’dir. MBR, işletim sistemini içeren ilk sektör işaretçilerine
sahiptir. Ve bu sektör, işletim sisteminin bilgisayarı açması için gerekli
bilgileri içerir. Bu bilgileri okuyan işletim sistemi de, sistemi kontrol
ettikten sonra bilgisayarı açar.

FAT16’da bir cluster’ın
boyutu 2 GB’lık bir sabit disk partitisyonunda 
32KB büyüklüğündedir ve kullanacağınız alan 1KB bile olsa bu
kadar büyük bir alanı işgal etmek gerekecektir. FAT16 dosya sistemi 12 veya
16 bitlik adresleme sistemini kullanır ve maksimum 65526 adet cluster’ı
adresleyebilir. Bu türlü fazla yer kaplama gibi sebeplerden dolayı Windows 95
işletim sistemini kullanan çoğu profesyonel kullanıcı diskini 512 MB’dan
daha küçük parçalara ayırmaktadır. Çünkü bir disk üzerindeki
partitisyonların boyutları ne kadar küçükse cluster boyutları da o oranda
ufalmakta ve böylece disk daha verimli kullanılmaktadır. Ama ne kadarda bölsek
FAT16 artık eskimiş bir sistemdir. FAT32 ise FAT16’dan farklı bir şekilde
2 üzeri 28 adet cluster’ı adresleyebilir. Bu kadar çok cluster’ın
adreslenebilmesi sadece 4KB’lık bir cluster boyutunda 8GB’lık partitisyon
büyüklüğünün kullanılabilmesini mümkün kılmıştır. Bu sayede disk üzerindeki
alanın daha uygun şekilde kullanımı ve kontrolü sağlanmıştır. Ama
FAT32’nin getirdiği en önemli özellikler çok büyük partitisyonlara
maksimum 2TB (2048GB)’lık imkan tanımasıdır. Bu yüzden 
diskin verimli ve performanslı kullanılması açısından disk üzerine
kuracağımız işletim sistemi de disk seçimi kadar önemlidir.

Sabit disklerin hızlı çalışmasında
bir çok önemli etken rol oynamaktadır.  Bunlar
eğer kombine bir şekilde araya getirilir ve çalışırsa 
o diskten en üst düzeyde verim almak mümkün olacaktır. Bir sabit
diskin hızlı olup olmadığını genel sistem performansı üzerinde düşündüğünüzden
daha fazla rol oynamaktadır. Sistem ne kadar güçlü olursa olsun sabit disk
yavaş olursa o sistemden hiçbir verim elde edemeyiz. Bu yüzden performansı yüksek
bir bilgisayar sisteminin ana anahtarını sabit disk oluşturur diyebiliriz.

Bir Sabit Diskin Performansı
Nelere Bağlıdır?

Bir sabit diskin performansı Dönme
hızı, Bir track üzerindeki sektör sayısı, Seek (arama) zamanı, kafa ve
silinidir dönme zamanı, rotasyonel gecikme, veri erişim süresi, sabit disk
üzerindeki Cache (Ön bellek) miktarı, verilerin disk üzerindeki
organizasyonu, transfer oranı ve arabirime bağlıdır.  

Bu özelliklerden dönme hızı
dikkat edilmesi gereken en önemli unsurlardan birisidir. Dönme hızı dediğimiz
özellikle sabit disk içindeki verilerinin üzerine yazıldığı plakaların
kendi eksenleri etrafında, m