💽 Úložiště: HDD, SSD a RAID

Gramofon a šuplíky

O čem to je

Fotky, hry i operační systém musí někde zůstat, i když počítač vypneš. Operační paměť RAM se po vypnutí vymaže. Proto má počítač úložiště: pevný disk nebo SSD.

Podle typu úložiště se počítač zapne za 10 sekund, nebo za minutu. A když disk odejde, rozhoduje záloha, jestli o data přijdeš.

Pevný disk jako gramofon

HDD (pevný disk)Úložiště s rotujícími kovovými nebo skleněnými kotouči – plotnami. Data jsou zapsaná magneticky.3,5" disk 4 TB v domácím úložišti.

Čtecí a zápisová hlavaDrobná součástka na rameni, která se pohybuje nad plotnou ve výšce nanometrů a čte nebo zapisuje magnetické stopy.Jako jehla gramofonu, ale plotny se nedotýká.

Přístupová dobaČas, než disk začne číst požadovaná data: hlava se musí přesunout a plotna pootočit. U HDD jsou to milisekundy, u SSD desetiny milisekundy i méně.HDD 7 200 ot./min má přístupovou dobu kolem 10 ms.

HDD má pohyblivé části. Je proto citlivý na otřesy a pády, hlučí a pomalu čte malé soubory rozházené po plotně. Zato je levný za terabajt.

SSD jako skříň plná šuplíků

SSDÚložiště bez pohyblivých částí. Data drží v čipech flash paměti NAND. Řídí ho vlastní čip – řadič.NVMe SSD 1 TB v notebooku.

Buňka NANDNejmenší „šuplík“ flash paměti. Podle toho, kolik bitů drží, se značí SLC (1 bit), MLC (2), TLC (3), QLC (4).Levné velké SSD bývají QLC.

Čím víc bitů v buňce, tím je SSD levnější a větší, ale pomalejší při zápisu a dřív se opotřebí. Buňka totiž snese jen omezený počet přepisů.

TBWTerabytes Written – kolik terabajtů výrobce dovoluje na disk zapsat, než se může opotřebit. Je to údaj záruky.SSD s TBW 600: když zapíšeš 60 TB ročně, vystačí zhruba 10 let.

TRIMPříkaz, kterým operační systém řekne SSD, které bloky už jsou smazané. Řadič je může předem uklidit a zápis je pak rychlejší.Windows i Linux TRIM u SSD zapínají automaticky.

Kudy data tečou

SATA III a NVMeSATA III je starší rozhraní s limitem 6 Gb/s (prakticky asi 550 MB/s). NVMe je protokol pro SSD přes linky PCIe – mnohem rychlejší.SATA SSD ≈ 550 MB/s, NVMe PCIe 4.0 x4 až kolem 7 000 MB/s.

SSD má TBW 300 TB. Denně na něj zapíšeš 50 GB. Na kolik let vydrží záruční limit?

Za rok: 50 GB · 365 = 18 250 GB ≈ 18,25 TB. 300 : 18,25 ≈ 16 let. Limit TBW tedy běžný uživatel nevyčerpá.

RAID a zálohy

RAIDSpojení několika disků do jednoho celku kvůli rychlosti nebo odolnosti proti výpadku disku.Dva disky zrcadlené v RAID 1.

RAID	Jak	Kapacita z n disků	Vydrží výpadek
0	data rozdělená střídavě	n disků	žádný disk
1	zrcadlo, obě kopie stejné	1 disk	n − 1 disků
5	data + parita rozprostřená	n − 1 disků	1 disk
10	zrcadla spojená do RAID 0	n / 2 disků	1 v každém zrcadle

Máš 4 disky po 2 TB v RAID 5. Jaká je využitelná kapacita?

RAID 5 ztratí na paritu kapacitu jednoho disku: (4 − 1) · 2 TB = 6 TB. Vydrží výpadek jednoho disku.

✗Mám RAID 1, takže zálohu nepotřebuju.

✓RAID chrání jen před selháním disku. Záloha chrání data i před smazáním, virem nebo požárem.

Když smažeš soubor nebo ho zašifruje ransomware, RAID 1 změnu okamžitě zkopíruje na druhý disk.

Na zálohy se používá pravidlo 3-2-1: 3 kopie dat, na 2 různých typech médií, z toho 1 mimo domov (jinde nebo v cloudu).

HDD je levný a velký, ale pomalý a citlivý na otřesy. SSD je rychlé a tiché, opotřebení udává TBW. RAID zvyšuje rychlost nebo odolnost, ale nenahrazuje zálohu 3-2-1.

Porovnej a spočítej

O čem to je

V obchodě vidíš „SSD M.2 1 TB“, „HDD 4 TB 7200 rpm“ a „NVMe Gen4“. Co z toho je tvar, co rozhraní a co rychlost? Rozebereme to tabulkami a výpočty.

Nové pojmy

ÚložištěZařízení, které uchová data i bez napájení. Na rozdíl od RAM se po vypnutí nesmaže.

HDDMagnetický disk s rotujícími plotnami a hlavami na rameni. Otáčky se udávají v ot./min (rpm), běžně 5 400 nebo 7 200.

SSDDisk z flash čipů NAND s řadičem, bez pohyblivých částí.

Formát vs. rozhraníFormát je tvar a konektor (2,5", 3,5", M.2). Rozhraní / protokol je jazyk, kterým disk mluví (SATA, NVMe). Jsou to dvě různé věci.M.2 SSD může být SATA i NVMe.

Srovnávací tabulka

	HDD	SSD SATA	SSD NVMe
čtení (orientačně)	≈ 150–250 MB/s	≈ 550 MB/s	≈ 3 500–7 000+ MB/s
přístupová doba	ms	desetiny ms	desetiny ms
pohyblivé části	ano	ne	ne
cena za TB	nejnižší	střední	střední až vyšší
typické použití	archiv, NAS	upgrade starších PC	systém, hry, práce

Rychlosti jsou orientační a liší se podle modelu i generace PCIe.

Bity v buňce

Buňka NAND rozlišuje úrovně náboje. SLC 1 bit = 2 úrovně, MLC 2 bity = 4 úrovně, TLC 3 bity = 8 úrovní, QLC 4 bity = 16 úrovní. Čím víc úrovní, tím jemněji se musí rozlišovat a tím je buňka pomalejší a méně odolná.

SLC – 1 bit na buňku – nejrychlejší, nejodolnější, nejdražší
MLC – 2 bity na buňku
TLC – 3 bity – dnes nejběžnější
QLC – 4 bity – levná velká kapacita, nižší výdrž
TRIM – OS řekne SSD, které bloky jsou volné
TBW – kolik TB lze zapsat v rámci záruky

RAID: počítání kapacity

RAIDPole disků, které se navenek tváří jako jeden disk. Číslo (0, 1, 5, 10) říká, jak jsou data rozložena.

ParitaKontrolní údaj vypočtený z dat ostatních disků. Když jeden disk vypadne, data se z parity dopočítají.RAID 5 potřebuje aspoň 3 disky.

Zjisti počet disků n a kapacitu jednoho disku (u různých velikostí se počítá s nejmenším).

RAID 0: kapacita = n · disk, odolnost žádná.

RAID 1: kapacita = 1 disk, ostatní jsou kopie.

RAID 5: kapacita = (n − 1) · disk, vydrží 1 vadný disk.

RAID 10: kapacita = n / 2 · disk, potřebuje aspoň 4 disky.

Server má 6 disků po 4 TB. Jaká je kapacita v RAID 10 a v RAID 5?

RAID 10: 6 / 2 · 4 = 12 TB. RAID 5: (6 − 1) · 4 = 20 TB. RAID 10 je rychlejší při zápisu a rychleji se obnovuje, RAID 5 dá víc místa.

Dva disky 1 TB v RAID 0. Jedna jednotka selže. Co se stane?

RAID 0 má data rozdělená střídavě na oba disky. Každý soubor má kousky na obou. Selháním jednoho disku přijdeš o všechna data v poli.

Zálohování 3-2-1

3 kopie dat (originál + 2 zálohy)
na 2 různých typech médií (např. SSD v PC a externí HDD)
1 kopie mimo místo (cloud, jiná budova)

✗Disk je M.2, tak je určitě NVMe a rychlý.

✓M.2 je jen tvar. Existují i M.2 SSD s rozhraním SATA, ty mají rychlost jen kolem 550 MB/s.

Formát a protokol jsou různé věci. Rychlost určuje protokol (NVMe přes PCIe vs. SATA).

Rozlišuj formát (M.2, 2,5") a protokol (SATA, NVMe). Kapacitu RAID počítej podle typu: 0 = n, 1 = 1, 5 = n − 1, 10 = n/2 disků. Data chrání jen záloha 3-2-1.

🧩Základní deska a sběrnice🌀Zdroj a chlazení