Magnetic storage dapat berupa analog atau digital, dengan akses secara berurutan (sequential) atau acak (random). Teknologi penyimpanan magnetik modern meliputi tape drive, hard disk, dan flash disk. Hard disk menyimpan data secara digital dan random, menggunakan cakram magnetik dan kepala pembaca untuk menulis dan membaca bit-bit data.

1. Magnetic Storage

2.  Download slide di
 http://rumah-belajar.org

3. Berdasarkan Tipe Data Yang Disimpan
• Analog Recording
• Material tertentu dapat menyimpan nilai reminan magnet ( disebut
material magnet) yang besarnya tergantung dari kekuatan medan
yang diterapkan .
• Writing head akan melakukan proses magnetisasi pada material
magnet dimana arus mengalir sebanding dengan sinyal yang
disimpan
• Magnetic material biasanya dalam bentuk pita. Partikel magnet
(FeO2 atau CrO2) ukuran 0.5 micrometer disebarkan pada
permukaan pita platik atau atau film polyester
• Ketika merekam pita bergerak dalam kecepatan konstan .
• Masih populer sebagai penyimpan sinyal audio. Untuk penyimpanan
data sudah tidak digunakan lagi (tergantikan digital recording)
• Digital Recording
• Material tertentu dapat menyimpan dalam karakteristik hysterisis
nilai reminan magnet sehingga hanya memiliki 2 keadaan (Ms+, Ms-)
yang stabil .

4. Berdasarkan Tipe Akses
• Sequential Acces
• Lokasi membaca/menulis data secara berurutan
• Masih populer sebagai penyimpan data digital cadangan (back-up)
, tidak untuk akses setiap waktu karena persoalan seek time dan
rotational delay.
• Random Acces
• Lokasi membaca/menulis data secara acak
• Data dismpan dalam piring/cakram (plate) magnetik dengan
Writing/Reading Head yang bergerak

5. Digital Tape Drive
• Tipe data yang disimpan : digital
• Tipe akses : sequential
• Writing/Read Head : Diam
• Namun dengan teknologi yang sekarang
• (multiple head track) Bitstream sangat tinggi pada saat continuous data
transfer
• Kapasitas besar > 1 Tera Byte
• Standar Yang digunakan Linear Tape Open
• LTO 5 /Ultrium (Seagate, HP, IBM) digunakan pada Mainframe
• Bitstream 140 MB/s (2010 : 270 MB/s)
• WORM (Write Once Read Many)
• Kapasitas 1,5 Tbyte
• Panjang pita 820 m
• Ketebalan bahan magnetik 8,8 mikro
• Jumlah Track 896

6. Hardisk : Karakteristik Umum
 Tipe data yang disimpan : Digital
 Metoda akses : Random Acces
 Bentuk Media penyimpanan : Cakram
magnetik (disc magnetic), dengan ukuran
diameter 2,5”, 3,5”, 51/2” – 20 inch
 Kecepatan Putar Cakram (Spindle Speed) :
7200 rpm – 15.000 rpm (laptop 5400 rpm)
 Writing/Read Head : Bergerak

7. Bagian Hardisk

8. Bagian Hardisk

9. Platter
 Merupakan cakram melingkar
tempat data pada harddisk
disimpan.
 Platter terbuat dari bahan non-
magnetic (glass, ceramic atau
aluminium alloy)
 Platter dilapisi bahan magnetis.
Pada awalnya digunakan
Iron(III)oxide,kemudian nickel-
iron alloy dan pada saat ini Penampakan platter pada harddisk IBM
cobalt- based alloy.
 Pada tahun 2006, satu bit
menempati 200-250 nm radial
dan 25-30 nm arah jari-jari
platter
 Setiap bit data terdiri dari
beberapa ratus magnetic grain

10. Proses Pelapisan platter
 Pertama platter dilapisi dengan lapisan
metallic non-magnetis dengan proses
magnetron sputtering
 Diatasnya kemudian dilapisi lapisan
pelindung berbahan karbon
 Diatasnya dilapisi lapisan pelumas
berbentuk polymer .
 Kemudian memasuki proses
penghilangan cacat produksi pada platter
dengan menggunakan sensor khusus
yang ditumpangkan pada head harddisk Penampang lapisan-lapisan pada platter
harddisk

11. antiferromagnetically-coupled (AFC)
media
 Merupakan teknologi pelapisan
platter yang ditemukan IBM pada
tahun 2001 untuk meningkatkan
kapasitas penyimpanan harddisk
 Diantara dua lapisan magnetik
platter ditambahkan lapisan elemen
ruthenium(serupa dengan platinum)
setebal 3 atom yang dapat
memperkecil ukuran fisis dari 1 bit
data.
 Kepadatan yang sebelumnya hanya
mencapai 20-40 Gb/inch2 meningkat
menjadi 100 Gb/inch2

12. Magnetic grain vs Continuous
magnetic
 Magnetic grain merupakan teknologi penempatan bagian magnetis
pada platter dimana bagian magnetis tersebut berbentuk titik-titik kecil
 Dengan magnetics grain akan mengurangi ukuran tempat yang
diperlukan oleh 1bit data.
 Pada continuous magnetic terjadi bentuk Neel spikes yaitu pembagian
daerah yang tidak rata (spikes)pada dua daerah magnetis yang
berbeda polarisasinya.

13. Metode Penyimpanan Magnetis pada
platter
 Longitudional Recording :
Proses penyimpanan data
dimana arah medan magnet
yang digunakan untuk
merepresentasikan bit adalah
secara horisontal kekanan atau
kekiri
 Perpendicular Recording:
Proses penyimpanan data
terbaru dimana arah medan
magnet yang digunakan untuk
merepresentasikan bit adalah
secara vertikal keatas atau
kebawah sehingga bisa
memperkecil ukuran fisis bit
data

14. Grafik perkembangan kepadatan data
pada platter

15. Pembagian Platter dalam harddisk
 Silinder : Track pada semua
permukaan platter harddisk
yang memiliki jarak yang sama
terhadap pemutar(spindle)
 Track : Lingkaran-lingkaran
kecil pada permukaan cakram
tempat data disimpan
 Sektor : Bagian-bagian kecil
dari track yang dibagi secara
radial dan biasanya dengan
kapasitas 512 bytes

16. Head
 Merupakan bagian harddisk yang
digunakan untuk membaca atau
menulis data pada platter.
 Ketika bekerja, heads melayang
diatas permukaan platter sejauh
kira-kira 3 nanometer dan pada
teknologi baru akan terus berkurang
agar memungkinkan kepadatan Microphotograph dari harddisk head .
data yang lebih tinggi pada platter. Ukuran depan sekitar 0,3*1 mm. Bagian
 Ketinggian heads terhadap platter oranye merupakan bagian yang bekerja
untuk menulis/ membaca data
dikontrol oleh desain air bearing
yang dicetak pada permukaan slider
yang menghadap ke platter.
 Apabila head mengenai permukaan
platter, maka hal itu bisa menggores
permukaan magnetis platter dan
merusak harddisk

17. Perkembangan teknologi head
 Ferrite head : Terbuat dari sepotong kecil material yang termagnetisasi
berbentuk C bernama ferrite yang dililit oleh kabel coil.
 Metal in Gap (MIG) head : head ferrit dengan sepotong kecil logam
pada head gap yang bertugas mengkonsentrasikan medan magnet
dan membolehkan head untuk membaca/tulis pada area lebih kecil.
 Thin film head : Mirip dengan Ferrite head tetapi diproduksi
menggunakan proses photolithographic sehingga menghasilkan head
yang kecil dan bisa membaca/tulis pada area yang lebih kecil
dibandingkan MIG. Kapasitas pada 1995 mencapai 5 GByte
 Magnetoresistive(MR)read head (1996): Optimalisasi dari thin film
head untuk menulis dengan memanfaatkan medan magnet untuk
merubah resistansi dari material agar mudah ditulis dan MR head
terpisah untuk membaca. Memanfaatkan Dikembangkan lagi menjadi
Giant Magnetoresistive (GMR ) head.
 Tunneling Magnetoresistive(TMR) head (2005) : teknologi terbaru
MR yang memanfaatkan koil pemanas untuk mengubah bentuk bagian
transduser dari head pada saat beroperasi.

18. Perkembangan teknologi head(cont)

19. Teknologi GMR
 Giant Magneto-Resistive Tech
merupakan teknologi material
masa kini
 GMR menggunakan material TFI &
anisotropic MR
 Thn 1988 menggunakan MR tech
dengan material nickel-iron alloys
 Thn 1992 IBM berexperimen
menggunakan GMR pertama kali
 Thn 1997 harddisk komersil
pertama menggunakan GMR
buatan IBM
 Areal Density GMR mencapai
4.1Gbits / in2 dengan sensor
Material magnetis penyusun GMR
thickness 0.04 micron
 Skrg areal density GMR mencapai
10 Gbits / in2, sensor 0.02 micron

20. Mekanisme GMR
 Head terdiri dari 3 bagian, yaitu :
shield, read solenoid, write solenoid
 Write solenoid memiliki medan yg
besar untuk membalik-balik polaritas
magnetic pada material.
 1 block bernilai 1 bit, arah polarisasi
menentukan bit yang disimpan
 Makin tinggi recording density, makin
kecil physical size, makin kecil power
Mekanisme read-write pada platter
consumption, makin tinggi kecepatan Teknologi GMR
recording, head makin ringan

21. Konstruksi Head GMR

22. MEKANIK
 Bagian mekanik dari harddisk adalah spindle motor dan actuator arm
 Motor digunakan untuk memutar platter, actuator untuk menggerakkan
head slider

23. Head Slider
 Merupakan tempat untuk head berada dan berfungsi untuk memegang head
dan memastikan head pada posisi yang benar
Kiri adalah penampang slider pada harddisk 5,25’’ kapasitas 40 MB dengan ferrite head. Kanan
adalah penampang slider pada harddisk 3,25” kapasitas 3,2 GB dengan MR-head

24. Head Arms
 Merupakan sepotong logam tipis
yang biasanya berbentuk segitiga
dimana head sliders ditempatkan.
Setiap read/write head memiliki satu
Arms yang terhubung pada aktuator
head untuk membentuk satu
kesatuan. Artinya ketika aktuator
bergerak, maka setiap head akan Gambar penampang head arms pada harddisk. Arms
tidak berbentuk solid tapi berlubang untuk
bergerak bersamaan secara mengurangi massa arms sehingga memungkinkan
sinkron. Head tidak bisa bergerak pergerakan lebih cepat dan peningatan ketelitian.
secara individu pada track yang
berbeda.

25. Head Actuator
 Merupakan alat untuk memposisikan head arms ke tracks yang berbeda pada
permukaan platter. Karena kecepatan mekanis lebih lambat dibandingkan
elektronis, maka pergerakan aktuator sangat mempengaruhi kecepatan
harddisk
 Stepper motor merupakan aktuator harddisk generasi awal. Harddisk modern
menggunakan servomotor sebagai aktuator.
Penampang stepper motor pada harddisk Penampang servo motor pada harddisk

26. Landing Zone
 Karena sangat dekatnya jarak antara head dan permukaan
disk, kontaminasi dari head read-write nya bisa menyebabkan head
crash.
 Head crash bisa disebabkan oleh electronic failure, a power failure yang
tiba-tiba, physical shock, pemakaian dalam jangka waktu yang
lama, korosi, platters dan heads yang dimanufaktur secara buruk.
 Sistem spindle dari hard disk bergantung pada tekanan udara di dalam
enclosure nya untuk menyangga head nya pada jarak yang tepat di atas
perputaran platter. Untuk menjaga tekanan udara serta kondisi
lingkungan tetap dalam jangkuan yang aman bagi operasional, hard disk
drive sekarang ini dilengkapi dengan sensor temperatur dan breather
hole untuk penjagaan tekanan udara.

27. Landing Zones
 Pada hard disk model lama, sudden power interruptions dan
power failure menyebabkan hard disk mati dengan posisi head
pada data zone yang berisiko kehilangan data. Biasanya diatasi
dengan metode parking yang manual sebelum melakukan
proses shut down.
 Untuk mencegah hal tersebut, hard disk modern ketika powering
down, memindahkan head nya ke landing zone (sebuah daerah
pada platter yang biasanya terletak di diameter dalam yang
biasanya tidak terdapat data dan biasa disebut juga dengan
Contact Start/Stop Zone).

28. HARDDISK LOGIC BOARD
 Prosesor  mengatur interfacing sistem elektronik (mis :
interrrupt, block transfer) dan penempatan mekanik pada track dan
sector (mis : motor servo, voice coil pada arm).
 ADC, DAC  mengubah sinyal digital menjadi tegangan untuk induksi
magnetik dan sebaliknya
 Data Cache  storage sementara untuk melakukan block transfer

29. CACHE
 Perbedaan kecepatan antara hard drive (mekanik) dengan
harddisk interface (elektronik) merupakan alasan utama adanya
internal buffer.
 Merupakan storage sementara untuk melakukan block transfer
 Static RAM dengan ukuran 256KB – 16MB
 Cache mempercepat data transfer rate
Write Cache pada Seagate Barracuda (4MB)

30. File System
Merupakan cara Sistem operasi dalam mengorganisasikan harddisk.
Tabel beberapa sistem file yagn digunakan pada saat ini dan ukuran harddisk yang bisa ditangani

31. FAT (File AlocationTable) file system
 Pertama kali diperkenalkan oleh MS-DOS pada 1981. Fungsi dari FAT
adalah untuk menyediakan pemetaan clusters(unit terkecil
penyimpanan pada operating system) dan lokasi fisis dari data pada
silinder, track dan sektor dalam bentuk pengalamatan yagn digunakan
oleh harddisk kontroller.
 FAT berisi setiap alamat dari cluster awal tiap file. Setiap cluster
memiliki pointer kepada cluster selanjutnya dalam file itu atau petunjuk
end of file yang berbentuk (0xFFFF).
 Semakin kecil cluster maka pemakaian harddisk semakin efisien
karena apabila satu cluster sudah dipesan oleh satu file maka file lain
tidak bisa memakainya walaupun masih banyak yang kosong.
Contoh sistem FAT dengan 3 file pada harddisk dimana file1.txt menempati cluster 2,3,dan 4, file2.txt
menempati cluster 5,6,8 dan file3.txt menempati cluster 7

32. NTFS
 Adalah sistem file baru dari Windows NT
 NTFS mengatur filenya dalam bentuk direktori dan file.
Daftar file dalam suatu direktorinya tersusun terurut.
 Pada FAT jika satu sektor terjadi kerusakan, maka
rusaklah seluruh file sistemnya, akan tetapi NTFS tidak
demikian, karena memiliki kemampuan untuk
memperbaiki file yang rusak.
 NTFS memiliki kelemahan yaitu jika terjadi kegagalan
pada komputer (karena listrik mati, problem OS, dll) dan
sistem file belum sempat menulis datanya ke hard
disk, maka kerusakan pada sistem file akan sukar
diperbaiki.
 Untuk mengatasi kelemahan NTFS tersebut, NTFS
mengikuti model database. Transaksi – transaksi
terhadap sistem file tercatat dalam suatu transaksi. Jika
terjadi kerusakan maka perbubahan sistem dapat

33. Perbandingan FAT dan NTFS
Sistem File FAT NTFS
Nama file/direktori 8 titik 3 255 karakter
Max. besar file 4 GB (232 B) 4 GB (232 B)
Max. besar partisi 540 MB 2,1 GB
Atribut Dasar Lebih extended
Struktur direktori Link list B-tree
Dapat dimanipulasi oleh DOS, OS/2, Win 98 Win NT

34. PERFORMANSI
 Kapasitas  Banyaknya data yang dapat disimpan.
Kapasitas = track / platter(surface) * sector / track * byte / sector
Kapasitas bergantung pada areal density dari platter juga.
 Seek time  waktu yang diperlukan head untuk menemukan physical
location pada platter
 Rotational Latency  waktu yang diperlukan oleh suatu sector yg
diakses untuk menempatkan diri dibawah head
 Command Processing Overhead
 Average Access time  waktu antara request sampai data diberikan
oleh harddisk. Access time = seek + latency + overhead
Performance harddisk modern
 Maxtor 7B300S0 MaXLine III  300GB, 7200rpm, SATA/150, 16MB
cache, average seek time < 9.0ms
 Seagate Technology ST373453LW Cheetah  73GB, Ultra320
SCSI, 15000rpm, average seek time = 3.6ms

35. Faktor-faktor yang mempengaruhi
kecepatan Harddisk
 Kecepatan Putaran
 Jumlah Sectors per Track
 Seek time / head switch time / cylinder switch
time
 Waktu Akses Data
 Besar cache dalam Harddisk
 Cara pengorganisasian data pada Harddisk
 Kecepatan transfer Data
 Jenis Interface(EIDE/SCSI)