همه چیز در مورد هارد دیسک

هارد دیسک در سال 1950 اختراع گردید. هارد دیسک های اولیه شامل دیسک های بزرگ با قطر 20 اینچ (50/8 سانتیمتر) بوده و توان ذخیره سازی چندین مگابایت بیشتر را نداشتند. به این نوع دیسک ها در ابتدا " دیسک ثابت " می گفتند. در ادامه به منظور تمایز آنها با فلاپی دیسک ها از واژه " هارد دیسک " استفاده گردید. هارد دیسک ها دارای یک Platter ( صفحه ) به منظور نگهداری محیط مغناطیسی می باشند. عملکرد یک هارد دیسک مشابه یک نوار کاست بوده و از یک روش یکسان برای ضبط مغناطیسی استفاده می نمایند. هارد دیسک ونوار کاست از امکانات ذخیره سازی مغناطیسی یکسانی نیز استفاده می نمایند.در چنین مواردی می توان به سادگی اطلاعاتی را حذف و یا مجددا" بازنویسی کرد. اطلاعات ذخیره شده بر روی هر یک از رسانه های فوق، سالیان سال باقی خواهند ماند. علیرغم وجود شباهت های موجود، رسانه های فوق در مواردی نیز با یکدیگر متفاوت می باشند:
لایه مغناطیسی بر روی یک نوار کاست بر روی یک سطح پلاستیکی نازک توزیع می گردد. در هارد دیسک لایه مغناطیسی بر روی یک دیسک شیشه ای ویا یک آلومینیوم اشباح شده قرار خواهد گرفت. در ادامه سطح آنها به خوبی صیقل داده می شود. 
در نوار کاست برای استفاده از هر یک از آیتم های ذخیره شده می بایست به صورت ترتیبی ( سرعت معمولی و یا سرعت بالا) در محل مورد نظر مستقر تا امکان بازیابی ( شنیدن ) آیتم دلخواه فراهم گردد. در رابطه با هارد دیسک ها می توان به سرعت در هر نقطه دلخواه مستقر و اقدام به بازیابی ( خواندن و یا نوشتن ) اطلاعات مورد نظر کرد.
در یک نوار کاست، هد مربوط به خواندن / نوشتن می بایست سطح نوار را "مستقیما" لمس نماید. در هارد دیسک هد خواندن و نوشتن در روی دیسک به پرواز در می آید! ( هرگز آن را لمس نخواهد کرد ).
نوار کاست موجود در ضبط صوت در هر ثانیه 2 اینچ (5/80 سانتیمتر ) جابجا می گردد. گرداننده هارد دیسک می تواند هد مربوط به هارد دیسک را در هر ثانیه 3000 اینچ به چرخش در آورد.
یک هارد دیسک پیشرفته قادر به ذخیره سازی حجم بسیار بالائی از اطلاعات در فضائی اندک و بازیابی اطلاعات با سرعت بسیار بالا است. اطلاعات ذخیره شده برروی هارد دیسک در قالب مجموعه ای از فایل ها ذخیره می گردند. فایل نامی دیگر برای مجموعه ای از بایت ها است که به نوعی در آنها اطلاعاتی مرتبط به هم ذخیره شده است. زمانیکه برنامه ای اجراء و در خواست فایلی را داشته باشد، هارد دیسک اطلاعات را بازیابی و آنها برای استفاده پردازنده ارسال خواهد کرد.

دیسک سخت یا هارد دیسک چیست؟

می‌توان گفت دیسک سخت یا (Hard Disk Drive) بزرگترین حافظه جانبی موجود در کامپیوتر است. تقریبا همه داده‌ها از جمله سیستم عامل (Operating System)، فایل‌ها، برنامه‌ها و ... روی حافظه جانبیِ دیسک سخت قرار می‌گیرند. هارد دیسک‌ها معمولا به اندازه یک کتابچه با اندازه‌ای بین ۳.۵ تا ۶ اینچ هستند.

هارد دیسک چه وظیفه‌ای دارد؟

دیسک سخت یک وظیفه دارد و آن حفظ دائمی داده‌ها است. هر داده دیجیتالی و اطلاعاتی که برای ذخیره سازی به هارد دیسک ارسال می‌شود، تا زمانی که حذف نشود بر روی سکتورها، در مکان‌ خود باقی خواهد ماند. البته ممکن است شرایط محیطی نیز در از بین رفتن این داده‌ها اثر بگذارد.

کالبد شکافی هارد دیسک
  
بهترین روش شناخت نحوه عملکرد هارد دیسک کالبد شکافی آن است. یک پوسته ( قاب ) آلومینیومی که کنترل کننده هارد دیسک در درون آن ( یک سمت دیگر ) قرار دارد. کنترل کننده فوق مکانیزم های خواندن، نوشتن و موتوری که باعث چرخش صفحات هارد دیسک می شود را کنترل می نماید. در نزدیکی برد کنترل کننده کانکتورهای مربوط به موتوری که باعث چرخش صفحات هارد می شود قرار دارد.

قسمت‌های مختلف هارد دیسک

هارد دیسک اجزاء و قطعات مختلفی دارد که همگی آن‌ها در کنار هم داده‌ها را ذخیره کرده یا می‌خوانند.

۱- قسمت Actuator (کنترل کننده مرکزی)

این قسمت وظیفه دارد تا بازوی مکانیکی را کنترل کند. این قسمت به نوعی مغز هارد دیسک است که وظیفه کنترل کردن قسمت‌های مختلف هارد را بر عهده دارد.

قسمت Actuator بسیار دقیق است. این قسمت وظیفه دارد تا با سایر قطعات کامپیوتر در ارتباط باشد.

۲- قسمت Head Arm (بازوی مکانیکی)

                                          -

این قسمت وظیفه دارد تا Head را به نقطه مورد نظر برساند. قسمت بازوی مکانیکی  می‌تواند سر Head را از مرکزی ترین نقطه Platter (قسمت ۴) تا کناری ترین نقطه آن ببرد.

برای هر Platter (دیسک) دو Head Arm همراه با سر Head  وجود دارد.

۳- قسمت Read/Write Head (سر خواندن و نوشتن به اصطلاح Head)

این قسمت توسط Head Arm (قسمت ۲) جابجا می‌شود. کار این قسمت خواندن و نوشتن داده‌ها به صورت ۰ و ۱ (دیجیتالی) بر روی قسمت‌های بسیار ریز موجود در Platter است.

زمانی که Head وظیفه ذخیره داده‌ها را دارد، مقادیر مغناطیسی صفر و یک را در این قسمت‌های بسیار ریز قرار می‌دهد و زمانی که قصد خواندن داده‌ها را دارد، برعکس حالت نوشتن، مقادیری را در هر یک از قسمت‌هایی که توسط  Actuator مشخص می‌شود، می‌خواند.

قسمت Head فقط چند نانومتر (۱ سانتی متر = ۱۰۰۰۰۰۰۰ نانومتر) با Platter خود فاصله دارد.

۴- قسمت Platter (دیسک)

وظیفه این صفحات، حفظ داده‌ها (به صورت مغناطیسی صفر و یک) در قسمت‌های بسیار ریز است. این قسمت‌های بسیار ریز سکتور (Sector) نامیده می‌شوند و می‌توانند یک بیت را در خود نگه دارند. در هر اینچ (هر اینچ = ۲.۵۴ سانتی متر) از این صفحات حدود ۳۰۰۰۰ قسمت ریز برای ذخیره وجود دارد. اندازه هر یک از این قسمت ها در حدود ۸۴۶ نانومتر است.

معمولاً در هر هارد دیسک تعداد بیشتر از یک صفحه Platter قرار می گیرد. این صفحات از جنس شیشه یا سرامیک بوده و خودشان مغناطیسی نیستند.

۵- قسمت Spindle (موتور چرخان دیسک‌ها)

وظیفه این قسمت فقط چرخاندن Platter هاست. به این ترتیب قسمت Head می‌تواند داده‌ها را بر روی نقاط مختلف صفحات مغناطیسی بخواند یا بنویسد. قسمت Spindle می‌تواند از ۴۲۰۰ (در هاردهای کم مصرف قابل حمل) تا ۱۵۰۰۰ (در هاردهایی مثل Cheetah 15K.4 محصول سی‌گیت) دور در دقیقه (RPM) بچرخد.

ذخیره سازی داده ها

اطلاعات بر روی سطح هر یک از صفحات هارد دیسک در مجموعه هایی با نام سکتور و شیار ذخیره می گردد. شیارها دوایر متحدالمرکزی می باشند که بر روی هر یک از آنها تعداد محدودی سکتور با ظرفیت بین 256، 512 بایت ایجاد می گردد. سکتورهای فوق در ادامه و همزمان با آغاز فعالیت سیستم عامل در واحد های دیگر با نام " کلاستر " سازماندهی می گردند. زمانیکه یک درایو تحت عملیاتی با نام Low level format  قرار می گیرد، شیارها و سکتورها ایجاد می گردند. درادامه و زمانیکه درایو High level  format  گردید، با توجه به نوع سیستم عامل و سیاست های راهبردی مربوطه ساختارهایی نظیر : جدول اختصاص فایل ها، جدول آدرس دهی فایل ها و... ایجاد، تا بستر مناسب برای استقرار فایل های اطلاعاتی فراهم گردد.

نحوه ی انتخاب یک هارد دیسک

هارد دیسک(Hard disk)، یکی از مهمترین عناصر سخت افزاری درکامپیوتر پس از پردازنده و حافظه است. از هارد دیسک، به منظور ذخیره سازی اطلاعات استفاده می گردد. اطلاعات مربوط به راه اندازی سیستم، برنامه ها و داده ها، جملگی بر روی هارد دیسک ذخیره می گردند. در زمان انجام برخی عملیات خاص توسط کامپیوتر، نظیر ویرایش فیلم ها، بازی های کامپیوتری و یا پخش موزیک، استفاده از یک هارد دیسک با ظرفیت بالا، سرعت مناسب و قابل اطمینان، به طرز محسوسی بهبود محیط عملیاتی خصوصا" ذخیره و بازیابی اطلاعات را به دنبال خواهد داشت. در سالیان اخیر تکنولوژی ساخت هارد دیسک به سرعت و در ابعاد متفاوت رشد و گسترش یافته است. در نتیجه ما باید توجه کنیم که هارد دیسکی که انتخاب می کنیم از هر جهت با کیفیت باشد.

جایگاه هارد دیسک

با توجه به رشد چشمگیر تکنولوژی ساخت هارد دیسک، ظرفیت آنان درفواصل زمانی بین دوازده تا هیجده ماه، دو برابر می شود. بدین ترتیب، عملا" کامپیوترهای شخصی به سمت ماشین های چند رسانه ای حرکت نموده که می توان حجم بالایی از اطلاعات شامل صوت، تصویر و گرافیک را بر روی آنان ذخیره نمود. بیشترین ظرفیت هارد دیسک قابل نصب بر روی کامپیوترهای Desktop ، معادل 250 گیگابایت می باشد. ظرفیت فوق، ده برابر بیش از ظرفیت هارد دیسک های سه سال پیش است. 
تولید کنندگان در صدد ارائه اینترفیس های سریال ATA بوده که نسبت به مدل های پیشین (اینترفیس های موازی) ATA دارای سرعت به مراتب بیشتری می باشند. محصولات تولید شده در سالهای آینده، از تکنولوژی فوق استفاده خواهند کرد. عملکرد تمامی هارد دیسک ها در زمان اجرای یک برنامه مشابه یکدیگر بوده و استفاده از درایوهای با سرعت بالا، مزایا و امتیازات متعددی را برای کاربرانی که قصد پردازش داده هایی با حجم بالا ( تصاویر و ویدئوهای دیجیتال ) را دارند، بدنبال خواهد داشت.
بر اساس آزمایشات متعدد انجام شده توسط برنامه Photoshop، مشخص شده است که انجام عملیات پیچیده ای نظیر: اعمال فیلترها، گردش و ویرایش تصاویر در هارد دیسک های با سرعت بالا، شصت درصد سریعتر از سیستم هایی است که دارای درایوهایی با سرعت پائین می باشند.

هارد دیسک چگونه کار می‌کند؟

دستورها همراه با داده‌های ارسالی یا دریافتی از هارد دیسک، توسط Disk Controller (کنترل کننده دیسک) تفسیر می‌شوند. تفسیر کردن به این معناست که هارد دیسک می‌فهمد که طبق دستور داده شده، مکان داده مورد نظر در کجا قرار داشته و طبق آن عمل خواندن یا نوشتن شروع می‌شود. زمانی که سیستم عامل یا یکی از قطعات سخت افزاری نیاز به ذخیره کردن داده یا دریافت آن داده‌ها را دارند، دیسک کنترلر وارد عمل می‌شود و دستور مورد نظر را برای Actuator ارسال می‌کند.

حال قسمت Actuator وظیفه دارد تا Head Arm (بازوی مکانیکی Head) را به قسمت‌های مختلف Platter هدایت کند. چون امکان دارد داده‌های یک فایل در مکان‌های مختلفی بر روی Platter ها ذخیره شود، بنابراین Head Arm ممکن است بین قسمت‌های مختلف پلاتر جابجا شود. حال قسمت Head وظیفه دارد تا با توجه به دستور داده شده (خواندن یا نوشتن داده) کار خود را بر روی سکتور فیزیکی مورد نظر انجام دهد.

درصورتی که دیسک کنترلر دستور خواندن نوشته را داده باشد، در این صورت Head وظیفه دارد تا داده‌های مغناطیسی صفر و یک را بر روی قسمت‌های مختلف Platter بخواند و آن را به Actuator بفرستد. سپس Actuator داده‌های خوانده شده را به دیسک کنترلر باز می‌گرداند تا مورد پردازش قرار گیرد.

اما در صورتی که دیسک کنترلر داده‌ای را برای ذخیره کردن به هارد دیسک بفرستد، در این صورت Actuator وظیفه دارد داده‌ها را تک به تک به Head ارسال کند تا قسمت Head این داده‌ها را به صورت صفر و یک در فضا های ذخیره سازی Platter ذخیره کند.

قسمت داخلی هارد دیسک‌ها معمولاً مهر و موم شده هستند تا از ورود گرد و غبار به داخل، و اختلال در کار قطعات جلوگیری شود. همچنین در داخل هارد دیسک‌ها یک فیلترینگ هوا برای فیلتر و خارج کردن گرد و غبار، جاسازی می‌شود.