Media Penyimpanan Data Eksternal

Magnetic Disk

Magnetic Disk merupakan piranti penyimpanan sekunder yang paling banyak dijumpai pada sistem komputer modern. Disk adalah sebuah piringan bundar yang dibuat dari logam atau plastic yang dilapisi dengan bahan yang dapat dimagnetisasi. Data yang dikirim akan direkam di atasnya dan kemudian dapat dibaca dari disk dengan menggunakan kumparan penginduksi (conducting coil) yang dikenal dengan sebutan head. Selama operasi pembacaan dan penulisan, headakan bekerja dengan sifat stasioner, sedangkan piringan berputar dibawah head tersebut.

Pada saat disk digunakan, motor drive berputar dengan kecepatan yang sangat tinggi (biasanya 60 - 100 putaran per detik). Mekanisme penulisan berdasarkan pada medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir melalui sebuah kumparan, tegangan dikirim ke head, dan pola magnetik direkam pada permukaan di bawahnya, dengan pola yang berbeda di dalam kumparan yang dihasilkan oleh medan listrik yang bergerak relatif terhadap kumparan. Pada saat disk melintasi bagian bawah head, maka permukaan disk mengeluarkan arus yang mempunyai polaritas yang sama dengan polaritas waktu merekam pada disk tersebut.

Lebar piringan disk berkisar antara 1,8 sampai 14 inci. Disk yang berukuran besar terdapat pada sistem-sistem yang besar karena daya simpannya juga sengat besar dan proses transfer datanya yang tinggi. Disk yang kecil biasanya dipakai pada PC (personal computer).

Gambar : Susunan Magnetik Disk

Head merupakan perangkat kecil yang dapat membaca dan menulis dari bagian piringan yang ada di bawahnya. Hal ini sangat berpengaruh dalam organisasi data pada piringan untuk membentuk track. Masing-masing track mempunyai lebar sama dengan head, bisa dilihat pada Gambar berikut :

Gambar : Hard Disk Layout

Sebuah disk magnetik terdiri dari satu atau lebih piringan aluminium dengan sebuah lapisan yang dapat melekat. Awalnya piringan-piringan ini berdiameter 50 cm, namun kini diameternya hanya 3 – 12 cm, dengan piringan untuk komputer-komputer notebook telah berdiameter kurang dari 3 cm dan masih dapat lebih kecil lagi. Sebuah head disk yang berisi sebuah koil induksi menggantung di atas permukaan, yang tertahan pada sebuah buntalan udara (kecuali untuk floppy disk, dimana head disk ini menyentuh permukaan). Ketika sebuah arus positif atau negatif melewati head tersebut, arus tersebut menarik permukaan di bawah head itu, dengan menyatukan partikel-partikel magnetik yang menghadap ke kiri atau menghadap ke kanan, tergantung pada polaritas arus drive tersebut. Ketika head tersebut melewati daerah yang bermagnet, sebuah arus positif dan negatif dimunculkan pada head tersebut, yang memungkinkannya untuk membaca kembali bit-bit yang telah disimpan sebelumya. Jadi ketika piringan itu berputar di bawah head disk, serangkaian bit-bit dapat ditulis dan kemudian dibaca kembali.

Urutan melingkar bit-bit yang ditulis ketika disk melakukan sesuatu putaran penuh disebut track. Setiap track dibagi ke dalam sektor-sektor yang memiliki panjang tetap, yang berisi 512 byte data, yang didahului oleh sebuah permulaan yang memungkinkan head disk disinkronisasikan sebelum menulis atau membaca. Setelah data adalah Error-Correcting Code (ECC), entah itu sebuah kode Hamming, atau lebih umum lagi, sebuah kode yang dapat mengoreksi berbagai macam kesalahan yang disebut kode Reed-Solomon. Antara sektor-sektor yang berurutan terdapat sebuah gap antarsektor kecil. Beberapa perusahaan pembuat komputer membuat kapasitas-kapasitas disk mereka dalam keadaan tidak diformat (seolah-olah setiap track hanya berisi data), anmun suatu ukuran yang sebenarnya adalah kapasitas yang telah diformat, yang tidak memasukkan permulaan, ECC dan gapgap sebagai data. Kapasitas yang telah diformat biasanya sekitar 15 persen lebih rendah daripada kapasitas yang tidak diformat.

Semua disk memiliki lengan-lengan yang mampu bergerak keluar-masuk pada kumparan dan piringan yang berputar sehingga terbentuk jarak-jarak radial yang berbeda. Pada setiap jarak radial, sebuah track berbeda dapat ditulis. Jadi, track-track adalah serangkaian lingkaran-lingkaran konsentrik di sekitar kumparan. Lebar sebuah track tergantung pada seberapa besar head tersebut dan seberapa akurat head itu dapat ditempatkan secara radial. Harus diperhatikan bahwa sebuah track bukan sebuah alur fisik pada permukaan, tetapi hanya sebuah cincin berbahan magnet, dengan daerah-daerah pelindung kecil yang memisahkannya dari track-track di dalam atau di luar track tersebut.

Densitas bit linier pada lingkaran track tersebut berbeda dari densitas bit radial. Densitas ini ditentukan sebagian besar oleh kebersihan permukaan dan kualitas udara yang mendukung. Sebagian besar disk terdiri dari banyak piringan yang disusun secara vertikal. Setiap permukaan memiliki lengan dan headnya sendiri. Seluruh lengan disatukan sehingga dapat bergerak ke posisi-posisi radial berbeda sekaligus. Kumpulan track-track pada suatu posisi radial tertentu disebut silinder.

Kinerja disk tergantung pada berbagai macam faktor. Untuk membaca atau menulis sebuah sektor, pertama-tama lengan harus digerakkan ke posisi radial sebelah kanan. Gerakan ini disebut sebagai sebuah pencarian. Waktu pencarian rata-rata (antara tracktrack acak) berkisar dalam jangka 5 sampai 15 msec, meskipun pencarian antara tracktrack yang berurutan kini kurang dari 1 msec. Setelah head berada pada posisi radial, terjadi suatu penundaan, yang disebut latensi rotasi, sampai sektor yang diinginkan berotasi di bawah head itu. Sebagian besar disk berotasi pada 3600, 5400, atau 7200 RPM, sehingga penundaan rata-rata (separuh rotasi) adalah 4 sampai 8 msec. Disk yang berotasi pada 10.800 RPM (yaitu 180 rotasi/detik) juga tersedia. Waktu transfer bergantung pada densitas linier dan kecepatan rotasi. Dengan laju kecepatan transfer sekitar 5 hingga 20 MB/detik, sebuah sektor 512 byte membutuhkan antara 25 dan 100 msec. Oleh karena itu, waktu pencarian dan latensi rotasi mendominasi waktu transfer. Membaca sektor-sektor acak pada disk seluruhnya jelas merupakan cara yang tidak efisien untuk beroperasi.

Penting untuk dikemukakan bahwa disebabkan karena permulaan, ECC, jarak antarsektor, waktu pencarian, dan latensi rotasi, terdapat perbedaan besar antara kecepatan picu maksimun sebuah drive dengan kecepatan tetap maksumun. Kecepatan picu maksimun adalah tingkat kecepatan data setelah head melewati bit data pertama. Komputer harus mampu menangani data yang muncul dengan kecepatan ini. Tetapi, drive hanya dapat mempertahankan kecepatan tersebut untuk satu sektor. Untuk beberapa aplikasi, seperti multimedia, selain kecepatan tetap rata-rata dalam suatu periode dengan hitungan detik, yang juga perlu diperhatikan adalah diperlukan adanya pencarian dan penundaan-penundaan rotasi.

Ketika disket berotasi pada kecepatan 60 hingga 120 revolusi/detik, disket tersebut menjadi panas dan memuai, sehingga mengubah geometri fisiknya. Beberapa drive perlu menyesuaikan kembali mekanisme-mekanisme posisinya secara berkala untuk mengimbangi pemuaian ini. Drive-drive melakukan ini dengan memaksa head-head keluar atau masuk. Penyesuaian kembali (rekalibrasi) tersebut dapat merusak aplikasi-aplikasi multimedia, yang mengharapkan paling tidak aliran bit-bit yang konstan dengan kecepatan tetap maksimum. Untuk menangani aplikasi-aplikasi multimedia, beberapa perusahaan membuat drive-drive disk audio-visual khusus, yang tidak memmiliki rekalibrasi termal ini.

Yang berhubungan dengan setiap drive adalah pengontrol disk, yaitu sebuah chip yang mengontrol drive. Beberapa pengontrol berisi sebuah CPU penuh. Tugas-tugas pengontrol tersebut antara lain menerima perintah-perintah dari software, seperti READ, WRITE, dan FORMAT (menulis semua permulaan), mengontrol gerakan lengan, mendeteksi dan memperbaiki kesalahan-kesalahan, dan mengkonversi baca byte 8 bit dari memori menjadi aliran bit serial dan sebaliknya. Beberapa pengontrol juga bertugas menyangga banyak sektor, menyembunyikan Baca sektor untuk pemakaian dimasa mendatang, dan memetakan kembali sektor-sektor yang rusak. Fungsi terakhir ini disebabkan oleh keberadaan sektor-sektor dengan spot yang jelek (yang selalu mengandung magnet). Ketika pengontrol menemukan sebuah sektor yang jelek, ia menggantikannya dengan salah satu sektor-sektor cadangan yang disiapkan untuk tujuan ini dalam setiap silinder atau zona.

Teknologi RAID ( Redundant Array of Independent Disks )

RAID (Redundant Array of Independent Disks) atau dalam bahasa indonesia penyimpan data redundan yaitu sebuah teknologi dalam penyimpanan data yang digunakan untuk meminimalkan kesalahan pada saat penyimpanan dan pembacaan data dengan menggunakan redundansi (penumpukan data) dengan menggunakan perangkat lunak atau menggunakan hard disk itu sendiri. Pola RAID terdiri atas enam level dan level nol sampailima. Level ini tidak mengartikan hubungan hierakis (urutan tingkat) namun penandaan arsitektur rancangan yang berbeda yang mempunyai tiga karakteristik umum :

1. RAID merupakan sekumpulan disk drive yang dianggap oleh sistem operasi sebagai sebuah drive logical tunggal.
2. Data didistribusikan (disalurkan) ke drive fisik.
3. Kapasitas redundant disk digunakan untuk menyimpan informasi paritas (penggunaan sandi),yang menjamin pemulihan data ketika terjadi kegagalan disk.

 RAID level 0

RAID 0 merupakan non-redundant disk array, tidak memiliki redundansi sama sekali. skema ini memberikan peningkatan performa dan penambahan media penyimpanan namun tanpa toleransi fault. Semakin banyak disk yang digunakan semakin besar pula kemungkinan disk failurnya. peningkatan bandwidth namun memiliki resiko kehilangan data yang lebih besar. Biasanya digunakan untuk komputer yang membutuhkan performa dan kapasistas yang besar, bukan reliabilitas, seperti pada lingkungan super-computing. Data dibagi-bagi dan ditulis dalam satuan yang disebut blok-blok. urutan blok ini ditandai dengan stripe-size yang merupakan paramater konfigurasi array. masing-masing blok dituliskan pada disk yang berbeda secara simultan. ini memungkinkan bagian yang lebih kecil dari keseluruhan data untuk dibaca secara parallel dari drive-drive, sehingga performa I/Onya didapatkan

gambar :  RAID 0

RAID 0 yang dikenal juga dengan metode striping digunakan untuk mempercepat kinerja hard disk. Kapasitas total hard disk pada metode ini adalah jumlah kapasitas hard disk pertama ditambah hard disk kedua. Metodenya dilakukan dengan cara membagi data secara terpisah ke dua hard disk. Jadi, separuh data ditulis ke hard disk pertama dan separuhnya lagi ditulis ke hard disk kedua. Secara teoritis cara ini akan mempercepat penulisari / pembacaan hard disk. Keburukan dari cara ini adalah apabila salah satu hard disk rusak maka seluruh data akan hilang.

RAID level 1

Skema yang digunakan pada RAID 1 adalah mirrorring. data yang dituliskan pada satu drive akan diduplikasi atau dituliskan juga pada drive lainnya. pada umumnya skema ini diterapkan dengan 2 harddisk/diskdrive tapi aplikasi mengunakan 3 atau lebih disk drive juga memungkinkan. dengan skema ini didapatkan data yang reliable, kerusakan pada satu disk tidak akan mempengaruhi disk yang lain, sistem akan tetap bekerja selama salah satu disk berada dalam kondisi yang baik. kekurangannya adalah penurunan performa pada penulisan data. Cara ini dapat meningkakan kinrja disk, tetapi jumlah disk yang dibutuhkan menjadi dua kali lipat, sehingga biayanya menjadi sangat mahal. Pada level 1 (disk duplexing dan disk mirroring) data pada suatu partisi hard disk disalin ke sebuah partisi di hard disk yang lain sehingga bila salah satu rusak, masih tersedia salinannya di parrisi mirror.

gambar : RAID level 1

Metodenya dilakukan RAID 1yaitu dengan cara menyalin isi hard disk pertama ke hard disk kedua. Jadi, apa yang ditulis pada hard disk pertama juga akan ditulis di hard disk kedua. Apabila salah satu hard disk rusak, maka data pada hard disk yang satunya masih ada. Keburukan dan cara ini adalah tidak adanya peningkatan kinerja sama sekali, performanya malah akan sedikit lebih pelan dibanding performa hard disk single (nonRAID). Selain itu kapasitas total yang kamu dapat dengan metode ini hanyalah sebesar kapasitas satu hard disk saja.

RAID level 2 

RAID level 2 pada level ini, menggunakan teknik akses paralel, seluruh anggota disk berpartisipasi dalam mengeksekusi setiap request I/O. Umumnya, pemutaran setiap drive disinkronisasikan sehingga seluruh head disk selalu berada pada posisi yang sama pada setiap disk yang terdapat pada array.

gambar : RAID level 2 

Pada RAID level 2 digunakan striping data, dengan RAID level 2 code errorcorrecting dihitung melalui semua bit-bit yang bersangkutan pada setiap disk data. RAID Level 2 hanya akan menjadi pilihan yang tepat untuk lingkungan yang sering mengalami disk error. Pada keadaan rehabilitas disk dan disk drive yang tinggi RAID Level 2 tidak tepat untuk digunakan. 

Pada RAID2 data di stripe untuk beberapa disk dengan putaran disk yang sama, masing-masing bit data dimasukkan kedalam masing-masing disk, disertai dengan parity yang digunakan untuk melakukan identifikasi disk yang error/salah dan melakukan error recovery. bit level party pada RAID type ini diterapkan menggunakan Hamming Code. karena striping dan parity dilakukan pada level bit sesuai dengan Hamming Code maka dibutuhkan disk-disk khusus untuk menyimpan masing masing bit paritynya yang jumlahnya akan menyesuaikan dengan jumlah harddisk utama yang ingin digunakan.

RAID level 3

Gambar : RAID level 3

Pada level ini pengorganisasian sama dengan pada level 2. Perbedaan yang mendasar adalah level 3 hanya mebutuhkan disk redundant tunggal, tidak bergantung pada besarnya array disk. Level 3 menggunakan akses paralel dengan data yang didistribusikan dalam bentuk-bentuk kecil, code error-correcting tidak dihitung, melainkan bit paritas sederhana yang dihitung untuk sejumlah bit-bit individual yang berada dalam posisi yang sama pada seluruh disk data.

RAID level 4

gambar : RAID level 4

RAID level 4 menggunakan konsep yang sama dengan RAID level 3 hanya saja pada RAID 4 striping dilakukan pada blok-blok yang ukurannya didefinisikan dalam stripesize. ukuran masing-masing blok pada umumnya dalam satuan KiB. Stripe size yang ada biasanya dalam rentang 2KiB hingga 512 Kib, dengan ukuran yang diijinkan adalah dalam 2 pangkat x, (2, 4, 8, ... ) KiB. dengan ukuran blok seperti ini dan dedicated parity / parity yang disimpan khusus dalam sebuah drive dapat timbul bottleneck. Request pembacaan file yang ukurannya lebih kecil dari stripe-size akan mengakses hanya 1 disk. Request penulisan file harus melakukan update terhadap blok dan melakukan penghitungan parity.

Untuk file besar yang penulisannya membutuhkan striping pada setiap disk (semua disk), maka perhitungan parity akan mudah dilakukan, sedang untuk penulisan file yang ukurannya lebih kecil dari 1 blok maka harus dilakukan pengaksesan dan penulisan pada blok yang telah ada. Perbandingan data baru dan data lama pada blok tersebut juga harus dilakukan untuk kemudian dituliskan parity-nya. Proses ini disebut juga read-modifywrite procedure. Bottleneck dapat timbul karena pada setiap penulisan file, parity mungkin akan dihitung ulang dan diupdate, efeknya timbul pada pengaksesan secara lebih pada disk yang digunakan untuk khusus menyimpan parity

RAID level 5
RAID 5 mirip dengan RAID 4 dalam skema blok stripingnya, namun RAID 5 menggunakan parity yang didistribusikan ke dalam tiap disk, tentu saja untuk menghilangkan bottleneck yang mungkin timbul pada skema RAID 4. Skema ini memiliki performa yang paling baik untuk request pembacaan file kecil dan penulisan file yang berukuran besar. peningkatan performa pembacaan karena semua disk dapat berkontribusi dalam pengaksesan. Kekurangan dari skema ini adalah pada penulisan file berukuran kecil karena proses read, modify, write yang terjadi untuk penulisan file kecil.

Prosedure ini juga mengakibatkan penulisan file kecil pada RAID 5 kurang efisien dibandingkan dengan mirrorring pada RAID 1.

Gambar : RAID level 5

RAID level 6
RAID level 6 disebut juga redundansi P + Q. Mirip seperti RAID level 5, tetapi menyimpan informasi redundan tambahan untuk mengantisipasi kegagalan dan beberapa disk sekaligus.RAID level 6 melakukan dua perhitungan paritas yang herbeda, kemudian disimpan di dalam blok-blok yang terpisah pada disk-disk yang berbeda. Jadi, jika disk data yang digunakan sebanyak n buah disk, maka jumlah disk yang dibutuhkan untuk RAID level 6 ini adalah n + 2 disk. Keuntungan dari RAID level 6 ini adalah kehandalan data yang sangat tinggi, karena untuk menyebabkan data hilang, kegagalan harus terjadi pada tiga buah disk dalam interval rata-rata untuk perbaikan data (Mean Time To Repair atau MTTR). Kerugiannya yaitu pinalti waktu pada saat penulisan data, karena setiap penulisan yang dilakukan akan mempengaruhi dua paritas blok.

Gambar : RAID level 6

RAiD level 0 + I dan I + 0

RAID level 0 + 1 dan 1 + 0 ini merupakan kombinasi dan RAID level 0 dan 1. RAID Level 0 memiliki kinerja yang baik, sedangkan RAID level 1 memiliki kehandalan. Namun, dalam kenyataannya kedua hal ini sama pentingnya. Dalam RAID 0 + 1, sekumpulan disk di-strip,kemudian strip tersebut di-mirror ke disk-disk yang lain, menghasilkan strip-strip data yang sama. Kombinasi Iainnya yaitu RAID 1 + 0, di mana disk-disk di-mirror secara berpasangan,dan kemudian hasil pasangan mirromya di-strip.

Gambar : RAiD level 0 + I dan I + 0

RAID 1 + 0 ini mempunyai keuntungan lebih dibandingkan dengan RAID 0 + 1. Sebagai contoh, jika sebuah disk gagal pada RAID 0 + 1, seluruh strip-nya tidak dapat diakses, hanya sebagian strip saja yãng dapat diakses, sedangkan pada RAID 1 + 0, disk yang gagal tersebut tidak dapat diakses, tetapi pasangan mirror-nya masih dapat diakses, yaitu disk-disk selain dan disk yang gagal.

Metode ini merupakan kombinasi RAID 0 dan RAID 1. Selain memperoleh kecepatan juga memperoleh keamanan data. Untuk metode ini diperlukan minimal 4 hard disk. Kapasitas total yang kamu dapat adalah sejumlah kapasitas 2 hard disk.

Lihat juga : Pengertian, Ciri dan Jenis Optical Disk

Bagikan Artikel ini