3.2.6. Tvrdi disk - Prostorna gustoća diska/medija

Prostorna gustoća, također ponekad zvana „bit density“ (gustoća biti), se odnosi na količinu podataka koje je moguće pohraniti na zadanom prostoru diska/medija. Kako je površina diska/medija dvodimenzionalna, prostorna gustoća se mjeri kao broj bitova koji mogu biti pohranjeni u jedinici površine. Ona se obično mjeri u bitima po kvadratnom inču (BPSI).

Kako je prostorna gustoća dvodimenzionalna, ona se mjeri kao umnožak dviju jednodimenzionalnih mjera gustoće:

• Gustoća staze: Ovo je mjera koja mjeri koliko dobro su koncentrične staze zapakirane na disku/mediju odnosno koliko staza se može staviti u radijus po jednom inču na disk/medij. Na primjer, ako imam disk/medij koji je velik 3,74 u promjeru, to je otprilike 1,87''  u radijusu. Naravno unutarnji dio diska/medija zadržava mjesto za osovinu te potpuno vanjski, rubni dio diska/medija se također ne može iskoristiti za pohranu podataka. Recimo da je otprilike 1,2'' dužine radijusa pogodno za pohranu podataka. Ako u toj veličini prostora tvrdi disk ima 22.000 staza, gustoća staze na tom disku/mediju će biti približno 18.333 staza po inču (TPI) i
• Linearna ili gustoća zapisivanja: Ova mjera pokazuje koliko su dobro zapakirani bitovi podataka na dužini jedne staze. Ako u zadanom inču jedne staze možemo zapisati 200.000 bitova, tada je linearna gustoća za tu stazu iznosi 200.000 bitova po inču i po stazi (BPI). Svaka staza na površini diska/medija je drugačije dužine (zato što staze se nalaze u koncentričnim krugovima), i svaka staza nije pisana sa jednakom gustoćom. Proizvođači, kada prikazuju podatke, obično prikazuju maksimalnu linearnu gustoću korištenu u svakom tvrdom disku.

Umnožak ove dvije jednodimenzionalne vrijednosti pokazuje prostornu gustoću mjerenu u bitovima po kvadratnom inču. Ako je maksimalna linearna gustoća nekog tvrdog diska više od 300.000 bita po inču na stazi, tada maksimalna prostorna gustoća će biti 5.500.000.000 bita po kvadratnom inču ili u više konvencionalnom obliku 5,5 Gbits/in². Noviji tvrdi diskovi imaju prostornu gustoću koja nadmašuje i 10 Gbits/in². U laboratorijskim uvjetima IBM je 1999. godine dostigao 35,3 Gbits/in² ili 524.000 BPI linearne gustoće i 67.300 TPI gustoće staze. Za razliku od prvih računala koja su u sebi imala tvrde diskove sa prostornom gustoćom od otprilike 0,004 Gbits/in².
Katkad možemo vidjeti prostornu gustoću zapisanu u drugačijem obliku: Gigabajtima po disku/mediju (GB/mediju). Ovakva mjerna jedinica se često koristi kada se uspoređuju dva tvrda diska, ali nije niša drugo nego prikaz u drugom obliku. Kada se koristi, većini ljudi je lakše pojmovno usporediti dva tvrda diska. Na primjer; tvrdi disk A ima 10GB/mediju, a tvrdi disk B ima 6GB/mediju, znači A ima veću prostornu gustoću. Također je generalno lakše izračunati kada pravu prostornu gustoću nije lako pronaći. Dok god tvrdi diskovi imaju istu veličinu, usporedba je valjana. U suprotnom kao da uspoređujemo kruške sa jabukama.
Linearna gustoća tvrdog diska nije konstantna preko cijela površine. Ovo moramo imati u vidu kada čitamo podatke o prostornoj gustoći koji obično prikazuju samo maksimalnu gustoću diska/medija. Gustoća varira zato što dužine staza se povećavaju kako se pomičemo iz unutra prema van po disku/mediju, tako da vanjske staze mogu pohraniti više podataka nego unutarnje. Ovo bi značilo da, ako pohranimo jednaku količinu podataka na vanjske staze kao i na unutarnje, linearna gustoća vanjskih staza će biti manja od linearne gustoće unutarnjih staza. Ovo je zapravo način na koji su tvrdi diskovi pohranjivali podatke sve dok se nije pojavila metoda „zone bit recording“ (zonsko pakiranje bitova), koja pakira više podataka na vanjske staze kako bi iskoristila njihovu veću dužinu (slika 13). Ali, unutarnje staze, generalno, imaju veću gustoću od onih vanjskih, tako se gustoća postepeno smanjuje kako se pomičemo sa unutarnjih staza ka vanjskim stazama. 

Slika 13: Zonsko pakiranje bitova

Postoje dva načina kako se može povećati prostorna gustoća: povećanjem linearne gustoće pakiranjem bitova bliže jedne drugima na stazama kako bi svaka staza mogla pohraniti više podataka; ili povećanjem gustoće staze kako bi svaki disk/medij mogao imati više staza (slika 14). Nove generacije tvrdih diskova se koriste objema metodama. Vrlo je važno razumjeti da povećanje prostorne gustoće dovodi do ne samo većih tvrdih diskova, nego i bržih, sa svim ostalim podjednakim osobinama. Prostorna gustoća tvrdih diskova utječe na dva glavna faktora karakteristike: brzinu pozicioniranja i brzinu prijenosa podataka.

Slika 14: Ilustracija gustoće staze, mala gustoća s lijeve strane i visoka gustoća sa desne

Povećanje prostorne gustoće tvrdog diska je zahtjevan zadatka koji zahtjeva mnoge napretke i promjene u tehnologiji različitih komponenti tvrdog diska. Kako podatke pakiramo sve bliže i bliže jedne drugima, problem nastaje sa interferencijom između bitova. Ovaj problem se obično rješava smanjenjem jačine magnetskog signala koji se pohranjuje na disk/medij, ali tada nastaju drugi problemi kao što je osiguravanje stabilnosti signala na disku/mediju i osiguravanjem dovoljne blizine i osjetljivosti glava kako bi bolje pročitala slabije signale. U nekim slučajevima glave moraju lebdjeti bliže disku/mediju, što dovodi inženjere na nove izazove, kao što je osiguravanje da su diskovi/mediji dovoljno ravni kako bi se smanjila mogućnost sudara glave. Promjene sloja medija na disku/mediju, pokretačima ruku glava, kontrolnoj elektronici i na ostalim komponentama tvrdog diska se konstantno nadograđuju kako bi zadovoljila zahtjeve povećanja prostorne gustoće. Glave tvrdih diskova imaju posebnu ulogu u svom ovom napretku jer svakih par godina nastaje nova tehnologija glava za čitanje i pisanje koja  značajno utječe na porast prostorne gustoće. A to je još jedan razlog zašto su tvrdi diskovi udvostručili svoju veličinu pohrane podataka tako često , katkad i za manje od godinu dana.