A háttértár olyan számítógépes hardverelem, mely nagy mennyiségű adatot képes tárolni, és azokat a számítógép kikapcsolása után is megőrzi. Erre azért van szükség, mert a számítógép műveleti memóriájában csak ideiglenesen lehet adatot tárolni, ennek tartalma a számítógép kikapcsolása után törlődik.
Az adatoknak a memóriából háttértárra írását az adatok mentésének nevezzük.
A mai számítógépek legtöbbje digitális, azaz minden adatot (kép, hang, egyéb) számokká alakítva kap meg, dolgoz fel és tárol. A manapság használatos háttértárak mágneses, optikai és elektronikus elveken tárolják az adatokat.
A kezdeti időkben használatos háttértárak szekvenciális (soros) adatelérésűek voltak, ami azt jelenti, hogy a háttértáron tárolt adatok csak sorban egymás után voltak visszaolvashatók. Ilyen adattároló volt a lyukszalag, vagy később a mágnesszalag. (Ha a mágnesszalag közepén lévő zeneszámot akartuk meghallgatni, akkor először az elejétől a közepéig kellett tekercselni a szalagot, majd csak ezután kezdődhetett a lejátszás.) Manapság már csak olyan esetben használnak szekvenciális elérésű adattárat, amikor a tárolt adatok visszaolvasására csak ritkán van szükség (pl. biztonsági mentések).
Az ún. direkt (közvetlen) adatelérésű háttértárakon bármelyik adat azonos idő alatt érhető el, függetlenül annak fizikai elhelyezkedésétől. Az író-olvasó eszköz képes azonnal a kívánt adat tárolási helyére állni, és az adatbeolvasást azonnal elkezdeni. A manapság használatos háttértárak döntő többsége direkt adatelérésű.
Mágneses elven működő háttértárak
Mágnesszalag
A digitális mágnesszalagok az adatokat kettes számrendszerben ábrázolva, egy mágnesezhető réteggel bevont, műanyag szalagon tárolják. (Az első digitális mágnesszalag 1952-ben került a piacra. Ez a lyukszalag mágneses változatának volt tekinthető.) A mágnesszalagokat kezdetben egy-egy orsóra feltekercselve tárolták, később zárt kazettákban hozták forgalomba. Mágnesszalagokat manapság már csak olyan esetben használnak, amikor a tárolt adatokat csak ritkán kell visszaolvasni (pl. adatmentések).
mágnesszalag
magnókazetta
Hajlékonylemez
A mágneslemezeken az adattárolás elve megegyezik a mágnesszalagokéval, vagyis a mágnesezhető réteg megfelelő polaritású mágnesezésével tároljuk az adatokat. A különbség azonban, hogy nem szalag alakú a tároló, hanem kör alakú, az információ pedig koncentrikus körök mentén van tárolva.
Legnagyobb előnye a direkt adatelérés, azaz nem kell a kívánt adat előtt elhelyezkedő összes adatot végigolvasni, hanem az olvasó fejet közvetlenül a kívánt adatra lehet ráállítani. Az adatok koncentrikus körök mentén helyezkednek el a lemez mindkét oldalán. A
koncentrikus körök hivatalos elnevezése sáv. A sávot tovább szokás osztani szektorokra.
Matematikai értelemben a szektor körcikk, tehát egy körlap része, amit a kör középpontja, két sugara és az általuk közrefogott ív határol (lásd az ábrán a szürke területet!). A merevlemez szektora (sárga rész) így a merevlemez egy sávja és a matematikai szektor metszéspontjára utal.
mágneslemez részei
A szektor a háttértárak legkisebb, elemi foglalási egysége. Ettől kisebb rész különálló módon nem írható vagy olvasható. Egy lemez minden szektora fix méretű, a PC-kben alkalmazott lemezes egységek (winchester) esetében a szektor tipikus mérete 512 bájt. A CD-ROM szektorainak hossza 2 kilobájt (2352 bájt).
Tulajdonképpen a szektor a lemez legkisebb önállóan elérhető része. A szektort mind írni, mind olvasni csak együtt lehet, ami azt jelenti, hogy egy-egy byte elérésére közvetlenül nincs lehetőség, csak úgy, ha a memóriába a szektort beolvasva, ott megkeressük a kívánt byte-ot.
Az első direkt elérésű háttértárak az ún. hajlékonylemezek (floppy disc) voltak. A hajlékonylemez egy mindkét oldalán mágnesezhető réteggel ellátott, műanyagból készült korong. A külső fizikai behatásoktól egy tok védi meg, aminek a belső oldala a nagyobb méretű lemezeknél filc borítású. A lemezt a használathoz nem kell (és nem is lehet) kivenni a tokjából. Az író-olvasó fejnek és a lemezt forgató mechanikának a megfelelő rések ki vannak vágva a tokon.
hajlékony (nagy)lemez, 5,25”
hajlékony (kis)lemez, 3,5”
A hajlékonylemezek manapság már nemigen használatosak, mivel csak kis adatmennyiség tárolására alkalmasak és meglehetősen sérülékenyek.
Merevlemez
A hajlékonylemez továbbfejlesztéseként jött létre az ún. merevlemez. A merevlemezes egységben több, egymás felett elhelyezkedő, mágneses réteggel bevont könnyűfém lemezt helyeznek el. Az adatokat az író-olvasó fejek segítségével lehet elérni. Minden lemezhez tartozik két ilyen fej (a lemez két oldalán), amelyet egy fejmozgató egységre szerelnek fel. Az állandó sebességgel, gyorsan forgó lemezektől a fej kis távolságban mozog. A merevlemezek zárt külső borítása védi az adatokat tartalmazó lemezeket a külső mechanikai sérülésektől és szennyeződésektől. (Az első merevlemezt az IBM angliai Winchester városa mellett található laboratóriumában fejlesztették ki, ezért kapta a winchester nevet.)
HDD = winchester = merevlemez
A merevlemezes egység lemezein az egyes oldalakon egymás fölött elhelyezkedő sávoknak külön elnevezése is van: cilinder. Az ábrán látható, hogy a merevlemez minden író/olvasó feje egyszerre mozgatható egyik sávról a másikra. Így tulajdonképpen az adatok elérése akkor a leggyorsabb, ha nem kell elmozdítani a fejeket, vagyis ha azok minden része ugyanannak a cilindernek a különböző részein található.
Manapság a merevlemezek a legnagyobb kapacitású és sebességű háttértárak. A merevlemezen tárolódnak az operációs rendszer és az egyéb programok működéséhez szükséges állományok (fájlok), valamint azok az adatok, amelyek időnként megváltoz(hat)nak.
A merevlemezeket általában a számítógép házába szerelik be, de léteznek ún. külső merevlemezek is, amelyek USB porton keresztül csatlakoztathatók a számítógéphez.
Optikai elven működő háttértárak
A CD és DVD lemezek (1.2 mm vastag 120 mm átmérőjű) polikarbonát korongok, amelyeket egy nagyon vékony alumínium réteggel tesznek fényvisszaverővé. Az adatok tárolása az alumínium rétegbe égetett vagy nyomott apró lyukacskák segítségével történik. Ezek a lyukacskák a lemez közepéből kiinduló spirál mentén kerülnek elhelyezésre. A lemezek tároló kapacitása elsősorban az olvasásra használt lézer fény hullámhosszának a függvénye: minél rövidebb hullámhosszú fényt használunk, annál több és kisebb lyukacskát tudunk elhelyezni egy-egy lemez felszínén.
Egy CD keresztmetszete
pit – land
A kiemelkedő (az írott CD esetén bemélyedő) gödröcskék (pit) hordozzák az információt egy fél mikron széles sávban. Köztük egy 1,6 mikron széles elválasztó sáv (land) található.
CD – a lézer működése
DVD – Blu-Ray összehasonlítása
CD, DVD, BD írása
Az első CD (compact disc) lemezt 1981-ben mutatták be és eredetileg hifi minőségű zene tárolására szolgált. A CD lemezen a lemez olvasásánál használt (780 nanométer hullámhosszú) közel infravörös lézerfény biztosította felbontásnak megfelelően a szabványos CD 12 cm átmérőjű korongján maximálisan 700 MB információ tárolását teszi lehetővé.
A CD-lemezeknek, meghajtóknak ma már több fajtáját különböztetjük meg. Az egyik típusa a CD-ROM. Ezeket a lemezeket gyárilag írják meg, ezután adatokat ráírni, illetve törölni nem lehet róluk. A CD-R típusú lemezek üresen kerülnek forgalomba, egyszer írhatók (de több menetben), s írás után már csak olvasni tudjuk a rajta lévő adatokat. Ilyen lemez írásához CD-író szükséges. A legújabb CD-k lehetővé teszik azt is, hogy a felírt adatokat letöröljük, s a lemezeket újraírjuk. Ezek a CD-RW típusú lemezek, amelyekre több menetben is írhatunk adatokat, törölni viszont csak egyszerre az egész lemezt tudjuk.
Az optikai lemezek egy újabb, nagyobb kapacitású változata a DVD (digital video disc; 1995), amelyet eredetileg nagy felbontású videofilmek tárolására fejlesztettek ki (innen a neve). A nagyobb kapacitás elsősorban annak köszönhető, hogy rövidebb hullámhosszú lézerfényt használ, amely lehetővé teszi a kisebb adattárolási méret alkalmazását. Így a lemezen a lyukak sűrűbben helyezkednek el, mint a CD esetén. A DVD lemezek maximális kapacitása 4,7 GB. További újításként bevezették a kétrétegű írást, ennek megfelelően a szabvány méretű lemezek kapacitását 8,5 GB-ra növelték. A DVD fizikai mérete megegyezik a CD lemez méretével, így a DVD meghajtók alkalmasak CD lemezek kezelésére is.
A DVD lemezeknek létezik egy- és kétoldalas változata is. A CD-hez hasonlóan itt is van egyszer írható (DVD-R, DVD+) és újraírható (DVDRW, DVD+RW).
Az ún. Blu-ray lemez a DVD lemezek továbbfejlesztett változata. Lényege, hogy amíg a szabványos DVD lemezek olvasására vörös fényű lézert használnak, addig ezeket a lemezeket rövidebb hullámhosszú ibolya színű lézer fénnyel lehet írni/olvasni, így az információ tárolásra szolgáló lyukacskák közti távolság tovább csökkent, ami adattároláskor jóval nagyobb adatsűrűséget jelent. Az egyrétegű BD-lemez kapacitása 25GB, a kétrétegűé 50GB.
Mivel az optikai háttértárak írása lassú folyamat, az adatok törlése pedig csak korlátozott mértékben lehetséges (az egész lemez törölhető egyszerre), ezért optikai lemezeken olyan adatokat szokás tárolni, amelyek nem változnak: fényképek, filmek, programfájlok.
Elektronikus elven működő háttértárak
A legújabb típusú számítógépes adattároló technológia az ún. flash-memória, amelyet – nevével ellentétben – általában nem a számítógép operatív táraként alkalmaznak, hanem háttértárként. A flash-memória teljesen elektronikus elven működik, nem tartalmaz mozgó alkatrészt, ezért jobban ellenáll a mechanikai behatásoknak (pl. a rázkódásnak), mint a merevlemez.
A flash-memória a – RAM-mal ellentétben – nem felejtő, megmaradó, amely azt jelenti, hogy nincs szüksége tápfeszültségre ahhoz, hogy a benne tárolt információt megőrizze. (Az adatok rögzítéséhez és olvasásához természetesen szükséges az elektromos áram, de a tárolt adat az áramellátás megszűnése után is megmarad.) A flash-memória adattárolási és elérési sebessége viszont jelentősen elmarad a RAM sebességétől, ezért nem alkalmas arra, hogy operatív tárként alkalmazzák. Tárolókapacitás tekintetében nem veheti fel a versenyt a merevlemezekkel. Ráadásul az ismételt írást/törlést kevésbé jól bírja, mint a merevlemez.
Előnyös és hátrányos tulajdonságaiból következően a flash-memóriát olyan esetekben alkalmazzák, amikor fontos a kis méret, a külső behatásokkal szembeni ellenálló képesség és a hordozhatóság. Az alkalmazás példái a digitális audio-lejátszók (mp3-lejátszók), digitális kamerák, mobiltelefonok, kéziszámítógépek. A flashmemóriát használják az USB-csatolású pendrive-okban is, melyek az adatok általános tárolói és szállítói a számítógépek között.
Manapság többféle flash-memória van forgalomban – az általános szabvány elsősorban azért várat magára, mert a fejlesztők új és még újabb megoldásokat találnak ki arra, hogy a lapkák fizikai mérete csökkenjen, miközben a kapacitás és az átviteli sebesség növekszik. A régebbi digitális fényképezőgépek CompactFlash (CF) kártyát használnak, az utóbbi időkben a Secure Digital (SD) kártya a legelterjedtebb. A hagyományos SDkártya mellett később megjelentek a kisebb méretű MiniSD, majd a még kisebb MicroSD kártyák is.