هارد دیسک چیست و چه کاربرد و انواعی در ذخیره سازی داده ها دارد؟

ممکن است برایتان سوال پیش آمده باشد که حافظه هارد دیسک چیست؟، هارد دیسک، یکی از قطعات اصلی و معمولا بزرگترین حافظه جانبی موجود در کامپیوتر می باشد، به طوری که تمام داده ها از قبیل سیستم عامل، فایل ها، برنامه ها و غیره روی این حافظه قرار می گیرند.

معمولا اندازه هارد دیسک ها بین 3.5 تا 6 اینچ می باشد. هارد دیسک از یک یا چند صفحه شبیه CD که سطح آنها با مواد مغناطیسی پوشش داده شده، تشکیل شده است. این نوع قطعه سخت افزاری علاوه بر صفحه ذکر شده دارای هدهای خواندن و نوشتن می باشد و همچنین دارای موتوری که در محفظه ای قرار گرفته تا از آلودگی های خارجی محفوظ بماند. وظیفه هارد دیسک، حفظ دائمی داده ها می باشد و هر داده دیجیتالی که برای ذخیره کردن به هارد دیسک فرستاده می شود و تا وقتی که بر روی سکتور حذف نشود، در همان جا باقی خواهد ماند.   از هارد دیسک ها در انواع سرورهای اچ پی استفاده می شود. برخی از سرورها مانند سرور hp dl380  می تواند تا 24 هارد دیسک را پشتیبانی کند. برخی از سرورهای قوی تر نظیر فرین سرورهای سینرژی می توانند تا 44 هارد را در خود جای دهند. با این حال استوریج ها محل اصلی ذخیره سازی داده ها هستند و می توانند تعداد قابل توجهی از هارد دیسک ها را در خود جای دهند.

تاریخچه هارد دیسک

هارد دیسک کامپیوتر در سال 1950 میلادی ابداع شد. هارد دیسک های اولیه دارای دیسک های بزرگ با قطر 20 اینچ بودند که نمی توانستند چندین مگابایت بیشتر را ذخیره کنند که به این نوع دیسک ها، دیسک ثابت می گفتند. هارد دیسک ها دارای پلاتر برای نگهداری محیط مغناطیسی هستند و عملکرد Hard Disk شبیه به یک نوار کاست می باشد که از یک روش یکسان برای ضبط مغناطیسی استفاده می کنند. هارد دیسک  و نوار کاست هر دو برای ذخیره سازی مغناطیسی استفاده می شوند و به آسانی می توان اطلاعات را حذف و دوباره بازنویسی کرد.

لازم به ذکر است که اطلاعات ذخیره شده در این نوع رسانه ها برای مدت طولانی باقی خواهند ماند. یک Hard Disk می تواند حجم بالایی از اطلاعات را در فضای اندکی ذخیره کند و با سرعت بسیار بالا می توان اطلاعات را بازیابی کرد. اطلاعات ذخیره شده بر روی یک Hard disk در قالب مجموعه ای از فایل ها ذخیره می شوند. وقتی برنامه ای اجرا می شوند و درخواست فایلی داده می شود، هارد دیسک می تواند اطلاعات را بازیابی کند و آنها را برای استفاده پردازنده ارسال خواهد کرد.

تفاوت های بین هارد دیسک و نوار کاست

از جمله تفاوت های بین هارد دیسک و نوار کاست می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• لایه مغناطیسی یک نوار کاست بر روی یک سطح پلاستیکی نازک پخش می شود ولی لایه مغناطیسی یک Hard Disk بر روی یک دیسک شیشه ای و یا یک آلومینیوم قرار دارد.
• امکان بازیابی اطلاعات ذخیره شده در یک نوار کاست باید به صورت ترتیبی با سرعت بالا در مکان مورد نظر مستقر انجام شود در حالی که در هارد دیسک می توان به سرعت در هر مکان دلخواه مستقر اقدام به بازیابی اطلاعات کرد.
• هد مربوط به خواندن و نوشتن در یک نوار کاست باید سطح نوار را به صورت مستقیم لمس کند در حالی هد مربوط به خواندن و نوشتن در یک Hard Disk هرگز سطح دیسک را لمس نخواهد کرد و به پرواز در می آید.
• گرداننده نوار کاست در هر ثانیه 2 اینچ جابه جا می شود در حالی که گرداننده Hard disk در هر ثانیه 3000 اینچ جابه جا می شود.

انواع هارد دیسک

انواع هارد دیسک به شرح زیر می باشد:

• هارد اتصال موازی تکنولوژی پیشرفته (PATA)
• Hard disk سریال (SATA)
• هارد رابط سیستم کامپیوتر کوچک (SCSI)
• Hard disk های وضعیت جامد (SSD)

اجزای مختلف Hard Disk

اجزای مختلف هارد دیسک ها عبارتند از:

• قسمت کنترل کننده مرکزی (Actuator): نوعی مغز هارد دیسک است که وظیفه آن کنترل قسمت های مختلف هارد را بر عهده دارد. این قسمت بسیار دقیق می باشد و وظیفه دارد تا با دیگر قطعات کامپیوتر در ارتباط باشد.
• قسمت بازوی مکانیکی (Head Arm): وظیفه این قسمت وظیفه این است که هد را به محل مورد نظر برساند. این قسمت نیز می تواند سر هد را از مرکزی ترین نقطه پلاتر تا کناری ترین نقطه آن بفرستد. برای هر پلاتر دو قسمت بازوی مکانیکی همراه با سر Head وجود دارد.
• قسمت هد خواندن و نوشتن: این جز از هارد دیسک توسط Head Arm حرکت می کند و کار آن خواندن و نوشتن داده ها به صورت باینری بر روی قسمت های بسیار ریز موجود در platter می باشد. وقتی که هد وظیفه ذخیره داده ها را دارد و مقادیر صفر و یک را در این قسمت های بسیار ریز قرار می دهد و وقتی که قصد خواندن داده ها را دارد، برعکس عمل نوشتن، مقادیری را در هر یک از قسمت هایی که توسط کنترل کننده مرکزی مشخص می شود. قسمت هد با پلاتر خود تنها چند نانومتر فاصله دارد.
• قسمت پلاتر: وظیفه صفحات پلاتر حفظ داده ها به صورت صفر و یک در قسمت های بسیار ریز می باشد که به این بخش های بسیار ریز، سکتور گفته می شود و می توانند یک بیت را در خود ذخیره می کنند. در هر اینچ از این صفحات حدود 30000 قسمت ریز برای ذخیره داده ها وجود دارد و اندازه هر یک از این قسمت ها حدود 846 nm می باشد. معمولا در هر هارد دیسک بیش از یک صفحه پلاتر وجود دارد. لازم به ذکر است که جنس این صفحات از شیشه یا سرامیک می باشد.
• قسمت موتور چرخان دیسک ها (Spindle): این قسمت فقط وظیفه چرخاندن پلاترها را بر عهده دارد و بدین ترتیب قسمت هد می تواند داده ها را بر روی نقاط مختلف صفحات دیسک بخواند و بنویسد. قسمت موتور چرخان دیسک ها می تواند از 4200 تا 15000 دور در دقیقه بچرخد.

برخی از تولید کنندگان هارد دیسک عبارتند از:

• Seagate
• Western Digital
• Hitachi Global Storage
• Maxtor
• IBM

چگونه Hard Disk کار می کند؟

دستورها همراه با داده ها توسط کنترل کننده دیسک تفسیر می شوند که این تفسیر بدین معنا می باشد که هارد دیسک در می یابد که طبق دستور داده شده مکان مورد نظر داده در کجا قرار دارد و طبق آن عمل خواندن و نوشتن را شروع می شود.

وقتی که operating system و یا یکی از قطعات سخت افزاری به ذخیره کردن داده و یا دریافت آن احتیاج دارند، کنترل کننده دیسک وارد عمل می شود و دستور مورد نظر را برای قسمت کنترل کننده مرکزی ارسال می کند.

حال قسمت Actuator وظیفه دارد تا بازوی مکانیکی هد را به قسمت های مختلف پلاتر هدایت کند زیرا امکان ذخیره داده های یک فایل در مکان های مختلفی بر روی پلاتر وجود دارد. بنابراین بازوی مکانیکی هد ممکن است بین قسمت های platter جابه جا شود و قسمت هد وظیفه دارد طبق دستور خواندن یا نوشتن کار خود را بر روی sector فیزیکی مورد نظر انجام دهد.

در صورتی که کنترل کننده دیسک دستور خواندن را داشته باشد در این صورت هد وظیفه دارد تا داده های صفر و یک را بر روی قسمت های مختلف پلاتر بخواند و آن را به قسمت کنترل کننده مرکزی بفرستد و سپس این قسمت داده های خوانده شده را به کنترل کننده دیسک برمی گرداند تا پردازش شوند.

ولی در صورتی که کنترل کننده دیسک، داده ای را برای ذخیره کردن به Hard disk ارسال می کند و در این صورت قسمت Actuator وظیفه دارد که داده ها را یکی یکی به هد ارسال کند تا قسمت هد، این داده ها را به صورت صفر و یک در فضاهای ذخیره سازی پلاتر ذخیره کند.