یکی از مهمترین اجزای هر رایانه ای؛ هار دیسک یا صفحه سخت است که در حقیقت حافظه و محل نگهداری کلیه اطلاعات سیستم شما محسوب می شود. قابل توجه است که در حین انجام برخی عملیات خاص توسط رایانه، نظیر ویرایش فیلم ها، بازی های کامپیوتری و یا پخش موزيک، استفاده از یک دیسک سخت با ظرفيت بالا، سرعت مناسب و قابل اطمينان به طور قابل توجهی می تواند در روند عملیات و سرعت آن و خصوصا ذخيره و بازيابی اطلاعات موثر باشد.
هارد دیسک یا دیسک سخت یکی از مهمترین عناصر سخت افزاری رایانه بوده که از یک یا چند دیسکت مدور تخت به نام صفحه تشکیل شده است. علاوه بر آن، این دیسک سخت دارای هدهای خواندن و نوشتن، مکانیسم یا ساز و کار تعیین محل هد و یک موتور است.
تاریخچه ساخت دیسک های سخت
دیسک های سخت در دهه 1950 میلادی اختراع شدند. در ابتداد دیسک های سخت ساخته شده بسیار بزرگ و سنگین بوده و برای محیط های حفاظت شده مانند مرکز اطلاعات یا اداره های بزرگ، بسیار مناسب تر از محیط های صنعتی و یا اداره های کوچک و خانه ها بوده اند و و این نمونه های اولیه تنها مقدار محدودی از داده ها و اطلاعات را ذخیره می کردند. در ابتدا آنها را دیسک های ثابت یا ماندنی می نامیدند. پس از مدتی برای تشخیص دیسک های سخت از فلاپی دیسک ها، عنوان هارد دیسک یا همان دیسک های سخت بر آن ها نهاده شد.
بیشتر دیسک‌های سخت پیش از اوایل دهه 1980 میلادی دارای صفحاتی 8 یا 14 اینچی (20 یا 35 سانتی متر) بوده وشامل تجهیزات مداراهای متحرک با سطح ساختمانی زیاد بودند و به دلیل وجود موتورهای بزرگی که در ساختار آنها به کار رفته بود، بیشتر به جریان بالا یا حتی توان برق سه فاز نیاز داشتند. پس از آن، شرکتی به نام سی گیت تکنولوژی، دیسکی به نام ST-506 ساخت که اولین دیسک سخت 5.25 اینچی با ظرفیت 55 مگابایت بوده است.
در اوایل دیسک‌های سخت میکرو کامپیوترها به عنوان یک بخش از دستگاه های جانبی بزرگ توسط شرکت سازنده به فروش می رسید و باعث شد تا ساخت و فروش دیسک های خام که به طور مستقیم و بی واسطه به سیستم وصل می شدند، آغاز شود. در اواسط سال 1990 میلادی دیسک های سخت در هر مغازه جزئی فروشی نیز پیدا می شد.
فن آوری دیسک سخت
هارد دیسک یا دیسک سخت یکی از مهمترین عناصر سخت افزاری رایانه بوده که از یک یا چند دیسکت مدور تخت به نام صفحه تشکیل شده است. علاوه بر آن، این دیسک سخت دارای هدهای خواندن و نوشتن، مکانیسم یا ساز و کار تعیین محل هد و یک موتور است. در حالی که بین هر صفحه یک جدا کننده یا اسپیسر و در انتهای پایینی آن محور موتور قرار دارد، باید این صفحات روی یک محور استوار شوند. این صفحات از مواد غیر مغناطیسی همانند آلومینیوم و یا شیشه ساخته شده‌اند و با یک لایه بسیار نازک مغناطیسی پوشانده می شوند. ماده مغناطیس کننده دیسک های قدیمی اکسید آهن 3 بوده اما در دیسک های جدید برای این منظور از آلیاژهای کبالت استفاده می شود.
در واقع سطح این صفحات با موادی پوشش داده شده که بتوان داده ها و اطلاعات را به طور مغناطیسی روی آن ها ذخیره کرد. در این فناوری، یک قطعه کوچک الکترومغناطیسی وجود دارد که یک سر این قطعه در انتهای بازوی محرک واقع شده و دیگری روی سطح صفحه است. صفحات با سرعت بسیار بالایی می چرخند تا به نوک های بازوی محرک امکان حرکت سریع را بدهند. در مقابل، نوک دیگر بازوی محرک، مرکز چرخش بازو است و در بخش انتهایی آن پیچ تنظیم (که به آن پیچ صدا نیز گفته می شود) وجود دارد که باعث می شود تا سر بازو حرکت کند. در بخش های بالایی و پایینی این پیچ تنظیم، یک آهنربایی وجود دارد که به سر بازو کمک می کند تا در بخش مرکزی و یا به سمت نوار کناری دیسک به صورت شعاعی حرکت کند.
دیسک در بخش کنترل کننده، از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال استفاده کرده و از طریق پیچ تنظیم که در بازوی محرک قرار دارد، جریان الکتریکی را کنترل می کند. این پیچ تنظیم به صورت یک آهنربای مغناطیسی عمل کرده و یک میدان مغناطیسی تولید می کند که بر میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط مغناطیس کننده های موجود در بالا و پایین پیچ تنظیم تأثیر می گذارد. همین فرآیند کمک می کند تا پیچ تنظیم بتواند بازوی محرک و در نتیجه نوک دیگر متصل به بازوی محرک را به حرکت درآورد.
لازم به ذکر است که موتور مذکور در محفظه ای جای داده می شود تا از آلودگی های خارجی در امان باشد. در واقع این محیط محافظت شده به هدها امکان می دهد تا به اندازه 10 تا 25 میلیونیم اینچ از سطح صفحه ای که معمولا 3 هزار و 600 تا 7 هزار و 200 دور در دقیقه می زند، فاصله داشته باشد، بنابراین حجم داده ها و اطلاعات قابل ذخیره سازی و سرعت دستیابی به آن ها نسبت به فلاپی دیسک ها بسیار بیشتر است. قابل توجه است که در دیسک های سخت جدید سرعت چرخش دیسک به 15 هزار دور در دقیقه می رسد.
به طور کلی می توان گفت توان اجرایی یک دیسک سخت به موارد زیر بستگی دارد:
- سرعت انتقال اطلاعات و داده ها: سرعت انتقال اطلاعات برابر است با تعداد بایت هایی که دیسک سخت می تواند در هر ثانیه در اختیار CPU قرار دهد. به طور معمول سرعت ها در حد 5 تا 40 مگابایت در ثانیه هستند.
- زمان جستجو: مقدار زمان بین درخواست CPU برای یک فایل و اولین بایت فرستاده شده به CPU زمان جستجو نامیده می شود. زمان هایی بین 10 تا 20 میلی ثانیه معمول هستند.
- ظرفیت دیسک: ظرفیت دیسک عبارت است از تعداد بایت هایی که دیسک سخت می تواند در خود نگهداری کند.
بر اثر پیشرفت روزانه فن آوری های کامپیوتری، ظرفیت دیسک‌های سخت همیشه در حال افزایش است برای نمونه می توان گفت که امروزه ظرفیت متوسط دیسک های سخت در حدود 3 ترابایت است.
دیسک های سخت چگونه کار می کنند؟
هارد دیسک ها یا دیسک های سخت اطلاعات دیجیتال را به یک شکل تقریبا همیشگی ذخیره می کنند و در رایانه ها آنها را نمایش می دهند. در واقع ذخیره تقریبا دائمی اطلاعات و داده ها تنها وظیفه دیسک سخت است. یعنی تا زمانی که داده ها از روی سکتورها حذف نشود، در محل خود باقی می ماند. البته شرایط محیطی در حفظ این داده ها نیز موثر است.
قابل ذکر است که در ساده ترین حالت یک دیسک سخت هیچ تفاوتی با یک نوار کاست ندارد چرا که هم دیسک سخت و هم نوار کاست برای ذخیره کردن اطلاعات، از یک تکنیک استفاده می کنند. در واقع هر دوی آنها مزایای عمده ذخیره سازی مغناطیسی به کار می گیرند. اطلاعات به آسانی بر میدان مغناطیسی ذخیره شده، پاک و دوباره نوشته می شود و این میدان به راحتی اطلاعات ذخیره شده را به یاد می آورد.
همانطورکه گفته شد دیسک سخت دارای هدهای خواندن و نوشتن، مکانیسم یا ساز و کار تعیین محل هد و یک موتور است. مدارهای الکترونیکی در میان بایت ها روی سطح دیسک، یک میدان مغناطیسی برای خواندن و یک میدان مغناطیسی دیگر، متفاوت با میدان اولی، برای نوشتن ایجاد می کنند که روی یک بورد کوچک جمع شده تا از دیگر اجزاء جدا شوند. در بخش زیرین بورد، اتصالات موتور چرخاننده صفحات قرار دارد و همچنین حفره ای فیلتر شده برای جلوگیری از ورود گرد و غبار و برای یکسان کردن فشار هوای بیرون و درون دیسک سخت دیده می شود. در واقع ذرات گرد و غبار در عملکرد صحیح دیسک های سخت اختلال ایجاد می کند. دیسک های سخت هوابندی شده (مانع از ورود هوا) نیستند، اما از یک فیلتر هوا برای جلوگیری از ورود هوا به محفظه درونی دیسک ها استفاده می کنند. چرخش صفحات باعث ایجاد یک جریان هوای گردابی مانند می شود که این جریان هر گونه ذرات و گرد و غبار را به سمت فیلتر می کشاند. علاوه بر آن، چرخش صفحات به نوک های دیسک های سخت کمک می کند تا توسط همان جریان ایجاد شده در بالای سطح صفحات، به صورت شناور بمانند. استفاده از صفحات سخت و محکم و آب بندی واحدها باعث افزایش قدرت و استحکام آنها می شود.
می توان گفت که اطلاعات روی صفحات دیسک سخت به صورت قطاع های دایره ای (Sectors) و شیارها (Tracks) ذخیره می شوند. شیارها، دایره های متحدالمرکز و سکتورها بخش های جدا شده ای روی این شیارها هستند.
یک سکتور تعداد ثابتی از بایت ها، مثلا 256 یا 512 بایت را در خود دارد. این سکتورها در سیستم عامل گروه بندی می شوند و به هر گروه از این سکتورها یک خوشه (Cluster) گفته می شود. قابل ذکر است که شیارها و سکتورها در مرحله شکل دادن سطح پایین (Low Level Format) شکل می گیرند که در آن نقاط شروع و پایان سکتورها بر روی صفحات نوشته می شود. در پی آن درایو آماده می شود تا بلوک هایی از بایت ها را در خود نگهداری کند. ساختمان بندی درایو برای ذخیر فایل ها در شکل دادن سطح بالا (High Level Format) صورت می گیرد. این نوع فرمت، درایو را برای نگهداری فایل ها آماده می کند.
گزارش: فاطمه کردی
No tags for this post.