دیسک سخت چیست

رضا باقری 01 فوریه 2016 , 23:11 مقاله / آکادمیک

(1 رای, میانگین: 1٫00 از 5)

سال‌ها پیش حوالی دهه‌ی 80 و 90 میلادی هنوز کسی با نام دیسک سخت آشنا نبود. در آن سال‌ها غالب رایانه‌های شخصی و اداری از دیسک نرم مغناطیسی یا همان فلاپی (Floppy) جهت ذخیره‌سازی اطلاعات و نگهداری سیستم‌عامل استفاده می‌کردند. جالب است بدانید که دیسک‌های نرم متداول در بهترین حالت ظرفیتی معادل 1.47 مگابایت داشتند. سرعت دسترسی به اطلاعات و یا به عبارتی سرعت خواندن اطلاعات در این دیسک‌ها بین شش ثانیه تا یک دقیقه زمان‌بر بود. همزمان در همین دوره دیسک‌های سخت مغناطیسی یا HDD به تعداد محدودی به سفارش برخی از شرکت‌های فعال در حوزه تکنولوژی ساخته شدند. این دیسک‌های سخت که اندازه‌های بسیار بزرگی بعضا در حد یک جاروبرقی یا ماشین لباس‌شویی داشتند دارای چندین دیسک بزرگ 35 سانتی‌متری بودند. برای گردش این دیسک‌ها انرژی بسیار زیادی لازم بود و اغلب این دیسک‌های سخت عظیم الجثه، به برق سه‌فاز برای ادامه فعالیت نیازمند بودند! سپس در اوایل دهه 90 میلادی اولین‌ دیسک سخت با اندازه معقول 5.25 اینچ با تلاش‌های کمپانی نام آشنای سیگیت، ساخته شد. این دیسک سخت که ST-506 نام‌گرفت هنوز یک مشکل بزرگ را با خود حمل می‌کرد؛ ST-506 تنها توان ذخیره‌ی پنج مگابایت اطلاعات داشت اما دیری نپایید که دیسک‌های سخت جایگاه خود را در بین مصرف‌کنندگان یافتند و به تدریج جایگزین دیسک‌های نرم مغناطیسی شدند. تکنولوژی ساخت HDD ها با شتاب خوبی رشد کرد و هر روز بر سرعت و توان ذخیره‌سازی HDD ها افزوده شد تا جایی که امروزه پا را از مرز‌های گیگابایت فراتر گذاشته‌ است.

HDD ها (Hard Disk Drive) که جزو حافظه‌های دائم هستند برای ذخیره سازی اطلاعات از یک دیسک سخت مغناطیسی به همراه هد که خود بر روی یک بازوی متحرک سوار است و یک موتور گرداننده استفاده می‌کنند. دیسک دایره‌ای شکل که عوام به اشتباه آن‌را سیلندر می‌خوانند پلاتر نام دارد. پلاترها از دایره‌هایی متحدالمرکز تشکیل شده‌اند. هر دو دایره متوالی یک شیار را تشکیل می‌دهند که با توجه به ظرفیت و چگالی دیسک سخت شماره‌گذاری می‌شوند. شیارهای بیرونی به دلیل شعاع و مساحت بیشتری که دارند چگالی اطلاعاتی کم‌تری داشته و هر چه به سمت شیارهای داخلی و کوچکتر پیش می‌رویم چگالی اطلاعاتی افزایش می‌یابد. بنابراین، محل ذخیره سازی اطلاعات درست داخل این شیارها است. به علاوه دیسک سخت از عرض‌ هم دارای تقسیماتی به نام Sector یا قطاع است. همچنین در HDDهایی که از چند دیسک سخت برای ذخیره‌سازی اطلاعات استفاده می‌کنند، شیار‌های هم شماره در دیسک‌های مختلف نوعی تقسیم بندی دیگر به نام سیلندر را شکل می‌دهند. با دقت به تصاویر زیر می‌توانید به درک بهتری نسبت به این مسئله برسید.

دیسک‌های گردان داخل HDDها غالبا از مواد غیر مغناطیسی همچون فلز آلومینیوم و شیشه ساخته می‌شوند که یک لایه بسیار نازک مغناطیسی همچون تری اکسید آهن روی آن‌را می‌پوشاند. البته امروزه از آلیاژهای فلز کبالت به جای تری اسکید آهن، به عنوان ماده‌ی مغناطیسی استفاده می‌شود که توضیح دلایل این مسئله از حوصله مقاله خارج است. پلاتر توسط یک موتور قدرتمند با سرعت بالا (بین 5400 تا 15000 دور در دقیقه) به گردش در آمده و اطلاعات توسط هد که فاصله بسیار کمی با پلاتر دارد و با کمک نیروی الکترومغناطیسی خوانده یا نوشته می‌شوند. در گذشته هد خواندن و نوشتن در هارد دیسک‌ها مشترک بود ولی امروزه هد خواندن و هد نوشتن مجزا از هم هستند. محتوای درونی HDD ها به دلیل ساختار مکانیکی این نوع از حافظه‌ها، دارای شرایط خاصی است. محفظه‌ی فلزی هارد دیسک علاوه بر مواردی که ذکر شد شامل رطوبت‌گیر و فیلتر هوا نیز، است. دلیل این امر فقط و فقط ساختار هد وپلاتر و فاصله بسیار کم این دو قطعه نسبت به هم است؛ تصور کنید که چند ذره گردوغبار یا دود وارد محفظه دیسک سخت رایانه شما بشوند، همین چند ذره قادر به صدمه زدن به پلاتر و از بین بردن تمام اطلاعات حیاتی سیستم شما هستند؛ بنابراین وجود چنین مواردی داخل دیسک سخت چندان دور از ذهن به نظر نمی‌رسد.

قسمت قابل مشاهده HDD ها، مدارات و IC ها هستند که جهت برقراری ارتباط بین رایانه و دیسک سخت به کار می‌روند. کابل انتقال توان هارد دیسک و همچنین کابل انتقال اطلاعات به همین قسمت توسط پورت‌های تعبیه شده متصل می‌گردند. این پورت‌ها ممکن است درگاه USB در هارد دیسک‌های قابل حمل، و یا درگاه IDE و SATA در هارد دیسک‌های داخلی باشند. درگاه IDE که در گذشته استفاده‌ی زیادی در اتصال هارد دیسک‌ها و دستگاه‌های DVD ROM به رایانه داشت امروزه به دلیل کارایی پایین، چندان مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. درگاه SATA که خود دارای 3 نسخه است در آخرین ویرایش به اوج کارایی خود رسیده و از سرعت نسبتا قابل قبولی برخوردار است. علاوه بر سرعت گردش پلاتر و نوع درگاه استفاده شده جهت انتقال اطلاعات مابین رایانه و هارد دیسک، حافظه بافر هم در سرعت دسترسی به اطلاعات یک دیسک سخت موثر است. حافظه‌های بافر معمولا بر روی همان مدار قابل مشاهده بیرون هارد دیسک نمایان هستند. کار این حافظه‌ها چیزی شبیه حاظفه‌ی Cache در پردازنده است. حافظه موقت بافر اطلاعات اخیری که کاربر به آن‌ها دسترسی داشته است در خود نگاه می‌دارد، سپس در صورت نیاز به دسترسی مجدد به همان اطلاعات، بدون مراجعه به دیسک سخت اطلاعات از درون حافظه بافر با سرعت بالاتر نسبت به دیسک سخت فراخوانی می‌شوند. حافظه بافر در کنار افزایش سرعت، باعث بهینه سازی در مصرف انرژی و افزایش طول‌عمر دیسک سخت می‌گردد.

هارد دیسک‌ها با تمام پیچیدگی‌ها و محدودیت‌هایی که دارند هنوز هم با وجود تولید نسل جدیدی از حافظه‌های ذخیره ساز دائم موسوم به SSD یا هارد جامد، پای ثابت سیستم‌های متدوال امروزی هستند. شاید دلیل این موضوع قیمت بالای هاردهای جامد و ظرفیت نسبتا کمتر آن‌ها باشد اما از سرعت بسیار بالای این دسته از حافظه‌های دائمی هم نمی‌توان به راحتی گذشت. منتظر مقاله آینده سخت افزار در رابطه با هاردهای جامد SSD باشید.