Veriler Disklerde Nasıl Depolanıyor?

Dijital ortamlarda verileriniz baytlar halinde depolanır. Her bir bayt, 8 bitten oluşmaktadır. Her bit de 0 ve 1 değerlerinden birine sahiptir. Verilerin bu sistem içerisinde depolanması işlemlerine ikili sayı sistemi adı verilir. Bilgisayar sistemlerinde yer alan tüm veri depolama işlemleri ikili sayı sistem kullanılarak kayıt altında tutulmaktadır.

Diskler uçucu olmayan (non-volatile) manyetik depolama yöntemi ile çalışır. Bu sayede elektrik kesildiğinde bile veriler kaybolmaz ve ekstra bir güç kaynağına ihtiyaç duyulmaz. Mıknatıslar eksi ve artı kutuplara sahiptir; bu iki kutup yönü, ikili sayı sistemindeki 0 ve 1 değerlerine karşılık gelir.

Hard Disk depolama birimleri veya plaklar, demir ve mıknatıslı bir yüzeye sahiptir. Mıknatıslı yüzeyler manyetik alan adı verilen küçük bölgelere ayrılmıştır. Veriler, manyetik alanların mıknatıslanma yönlerinin değiştirilmesi ile kaydedilir.

Hard Disklerde (HDD) Veri Nasıl Depolanır?

Hard diskler (HDD), verileri manyetik depolama prensibiyle kaydeden mekanik depolama cihazlardır. İçerisinde bir spin motor ile yüksek hızda döndürülen cam veya alüminyum plakalar bulunur. Bu plakalar ince bir manyetik tabaka ile kaplanmıştır. Veriler bu yüzeylere yazılır. Plakalar dakikada 5.400 ile 7.200 devir (RPM) hızında dönerken, kurumsal sınıf SAS HDD disklerde bu hız 10.000 ve hatta 15.000 RPM'e kadar çıkabilir.

Verilerin diske yazılması ve okunması, plaka yüzeyinin nanometre düzeyinde üzerinde süzülen okuma/yazma (Read/Write Head) kafaları tarafından gerçekleştirilir. Yazma işleminde kafa, elektromanyetik akı kullanarak plaka üzerindeki manyetik parçacıkların kutup yönünü değiştirir. Kuzey-güney yönlü bir polarizasyon "1", güney-kuzey yönlü bir polarizasyon ise "0" değerine karşılık gelir. Bu sayede ikili (binary) veri fiziksel olarak diske kaydedilmiş olur. Hard disk nasıl çalışır içeriğimizde bu mekanizmanın teknik detaylarını inceleyebilirsiniz.

Disk yüzeyi mantıksal olarak iz (track), sektör (sector) ve silindir (cylinder) adı verilen bölgelere ayrılmıştır. Her bir iz, plakanın merkez etrafındaki eşmerkezli dairelerinden biridir. İzler sektörlere bölünmüştür ve her sektör geleneksel disklerde 512 bayt veri barındırır. Modern disklerde ise Advanced Format teknolojisi ile sektör boyutu 4.096 bayta (4K) çıkarılarak depolama verimliliği artırılmıştır. Hard diskler hangi parçalardan oluşur sayfamızda bu yapıyı detaylandırdık.

Hard disklerde veri kaydı iki temel teknoloji ile yapılmaktadır: CMR (Conventional Magnetic Recording) ve SMR (Shingled Magnetic Recording). CMR teknolojisinde her iz birbirinden bağımsız olarak yazılır ve okuma-yazma performansı dengelidir. SMR teknolojisinde ise izler kısmen üst üste bindirilir; böylece daha yüksek depolama yoğunluğu elde edilir ancak rastgele yazma performansı düşer. SMR ve CMR arasındaki farklar hakkında detaylı bilgi alabilirsiniz.

SSD Disklerde Veri Nasıl Depolanır?

Katı hal sürücüleri (SSD), hard disklerden farklı olarak hiçbir hareketli parçaya sahip değildir. Veriler, NAND flash bellek çipleri üzerine elektriksel olarak kaydedilir. NAND flash, milyarlarca transistörden oluşan hücrelere sahiptir ve her hücre elektrik yükü tutarak veri depolar. Bir hücredeki elektrik yükünün varlığı veya yokluğu, 0 ve 1 değerlerini temsil eder.

SSD'lerde kullanılan NAND flash bellekler hücre başına depoladıkları bit sayısına göre sınıflandırılır: SLC (Single-Level Cell) hücre başına 1 bit, MLC (Multi-Level Cell) hücre başına 2 bit, TLC (Triple-Level Cell) hücre başına 3 bit ve QLC (Quad-Level Cell) hücre başına 4 bit veri depolar. Hücre başına düşen bit sayısı arttıkça depolama kapasitesi yükselir ancak yazma hızı ve dayanıklılık azalır. SSD ile HDD arasındaki farklar yazımızda bu konuyu karşılaştırmalı olarak ele aldık.

SSD'ler veri yönetimi için bir controller (denetleyici) çip kullanır. Bu denetleyici; verilerin hangi hücrelere yazılacağını belirler, wear leveling algoritması ile yazma işlemlerini tüm hücrelere eşit dağıtır ve TRIM komutu sayesinde  işletim sistemi tarafından silinmiş olarak işaretlenmiş verilerin bulunduğu hücreleri nand kontrolcüye bildirilir. Kontrolcü bu alanaları yeniden kullanıma hazır tutmak için arka planda belleği temizler. Bu mekanizmalar SSD'nin ömrünü uzatır ve performansını korur. Fakat veri kurtarma açısından (silinen verilerin kurtarılması) en zor vaka tipidir. SSD'lerin ömrünü uzatmak için 8 ipucu sayfamızda bu konuyu detaylandırdık.

Veri Depolama Teknolojileri Karşılaştırması

Bilgisayarda Verileri Depolama Yöntemleri

Bilgisayarda veri depolama ile ilgili günümüzde birbirinden farklı ve kullanışlı yöntemler öne çıkmaktadır. Teknolojinin günden güne gelişmesi ile birlikte veri depolama yöntemleri de çeşitlenmektedir. Son yıllarda bilgisayarda veri depolama ile ilgili en çok öne çıkan aygıtlar hard disk ve ssd'dir. 

Bilgisayarda veri depolama yöntemlerinden bir diğeri, bulut çözümleridir. Bulut çözümleri, dosyaların internet üzerinden yer alan sunucularda depolanmasına olanak sağlamaktadır. Fakat yüksek depolama ihtiyaçları, maliyetler gibi faktörlerden dolayı bireysel kullanıcılar için pek tercih edilmemektedir. İş yerlerinde sıklıkla kullanılan depolama yöntemi ise NAS sistemleridir. NAS sistemleri sayesinde yetkilendirilmiş aynı ağa bağlı kullanıcılar ortak bir depolama alanına erişim sağlayabilmektedir.

Depolama türünüz ne olursa olsun veri kaybı yaşadığınızda GOLD DATA olarak veri kurtarma desteği sağlamaktayız.

Bulut Depolama Nedir?

Bulut depolamada dosyalarınızı kendi depolama cihazlarınıza değil de uzaktaki sunuculara kaydettiğiniz depolama sistemleridir. Bu sunucular hizmet veren tarafında sürekli yedeklenir ve veri güvenliği için şifrelenir. Çoğunlukla kurumsal ölçekte kullanılan bulut hizmetleri her geçen gün bireysel kullanıcılar tarafından da daha fazla tercih edilmektedir.

Dosya Sistemleri ve Veri Organizasyonu

Veriler disklerde fiziksel olarak kaydedildikten sonra bu verilerin düzenli bir şekilde yönetilmesi, bulunması ve erişilmesi dosya sistemi adı verilen yazılımsal katman tarafından sağlanır. Dosya sistemi; her dosyanın disk üzerinde hangi sektörlerde yer aldığını, dosya adını, boyutunu, oluşturulma tarihini ve erişim izinlerini bir tablo halinde tutar. Bu tablo bozulduğunda dosyalara erişim kaybolur ancak fiziksel veri hâlâ disk üzerinde bulunmaya devam eder.

Günümüzde en yaygın kullanılan dosya sistemleri arasında Windows işletim sistemlerinde standart olan NTFS, taşınabilir depolama cihazlarında tercih edilen FAT32 ve exFAT, Linux sistemlerinde kullanılan ext4 ve Apple cihazlarında kullanılan APFS yer almaktadır. Her dosya sistemi farklı özellikler sunar: NTFS büyük dosya desteği ve güvenlik izinleri sağlarken, FAT32 geniş cihaz uyumluluğu sunar ancak 4 GB dosya boyutu sınırlamasına sahiptir. APFS gelişmiş şifreleme ve işlem günlüğü sayesinde geriye dönük tüm değişiklikleri kayıt altına alır.

Veriler Silinirse Ne Olur?

Bazı durumlarda dikkatli bir şekilde veri depolama yaptığınız disklerden verileriniz silinebilir veya erişilemez hale gelebilir. Yanlışlıkla silme, format atma, dosya sistemi bozulması veya fiziksel arızalar en yaygın veri kaybı senaryolarıdır. Güç kaybı yaşandığı durumlarda da yazma işlemi sırasında kesinti oluşursa veri bütünlüğü bozulabilir.

Veriler disk üzerinde fiziksel olarak depolanır ve dosya sistemleri tarafından yönetilir. Dosya sistemi, her dosyanın hangi sektörlerde tutulduğunu bir tablo aracılığıyla takip eder. Büyük dosyalar diskin farklı bölgelerine parçalanarak (fragmentation) kaydedilebilir; işletim sistemi bu parçaları dosya sistemi tablosu sayesinde birleştirerek kullanıcıya tek bir dosya olarak sunar.

Disklerde depolama işlemi uygulanırken ortaya çıkan disk okuma hataları ile ilgili hazırladığımız disk okuma hatası nedir yazımızda bu problemin detaylarını sizlerle paylaştık.

HDD'lerde silme işlemi sırasında dosya sistemi tablosundaki kayıt kaldırılır ancak fiziksel veri plaka üzerinde kalmaya devam eder. Veri, ancak üzerine yeni veri yazıldığında kaybolur. SSD'lerde ise durum farklıdır: TRIM komutu aktifse işletim sistemi silinen dosyaların bulunduğu hücreleri boşaltması için SSD'ye komut gönderir ve veri kalıcı olarak silinebilir. Bu nedenle TRIM atılmış SSD'lerden veri kurtarma işlemi HDD'ye kıyasla çok daha zordur.

Sıkça Sorulan Sorular