آشنایی با نحوه کارکرد هارد دیسک یا HDD

هارد دیسک HDD چیست؟

هارد دیسک یا حافظه HDD نوعی دستگاه ذخیره‌سازی اطلاعات الکترومکانیکی هست که بخاطر غیر فرار (non-volatile) بودنش، امروزه در بیشتر کامپیوتر‌ها، لپتاپ‌ها و سرور‌ها استفاده می‌شود. تاریخچه پیدایش هارد دیسک‌ها یکی از مهم‌ترین بخش‌های پیشرفت فناوری و بیشتر شدن کاربرد کامپیوتر‌ها در زندگی روزمره ما هست. برای آشنایی با تاریخچه هارد دیسک‌ها، نحوه کارکرد و مدل‌های مختلف مانند هارد اکسترنال در ادامه با ما همراه باشید.

تاریخچه هارد HDD

داستان پیدایش هارد HDD در سال 1956 میلادی توسط شرکت IBM آغاز شد و غول IBM 350 که تقریبا به اندازه دوتا یخچال بزرگ بود و تنها 3.75 مگابایت ظرفیت ذخیره‌سازی داشت اولین هارد HDD بود که در آن سال ساخته شد. هرچند با وجود همین ظرفیت کم و اندازه بزرگ توانست اولین قدم در شروع عصر جدید دستگاه‌های ذخیره‌سازی اطلاعات را بردارد.

دهه‌های بعد شاهد پیشرفت چشمگیر هارد دیسک‌ها و عرضه مدل‌هایی با ظرفیت بیشتر‌، سرعت بالاتر و اندازه کوچک‌تر بودیم و هارد HDD به یکی از مهم‌ترین قطعات در کامپیوتر‌های شخصی و سرورها تبدیل شد. برای درک بهتر از مسیر پیشرفت هارد دیسک و فراز و نشیب‌هایی که در طی سال‌ها داشته می‌توانیم نگاهی کلی به مسیر آن‌ در دهه‌های گذشته داشته باشیم:

دهه 1950 :‌ ظهور اولین مدل‌های هارد HDD با اندازه بزرگ و هزینه نگه داری بسیار بالا که تنها برای استفاده‌های سازمانی مناسب بودند.

دهه 1960 : هارد دیسک‌ها با ابعاد 14 تا 8 اینچ وارد بازار شدند و ظرفیت ذخیره‌سازی آن‌ها به صورت قابل توجهی افزایش یافت.

دهه 1970 : هارد دیسک‌هایی با ابعاد 5.25 اینچ تولید شدند که قابلیت استفاده در کامپیوتر‌های شخصی هم بودند.

دهه 1980 : تولید هارد HDD در ابعاد 3.5 اینچی باعث محبوبیت بیشتر آن و استفاده فراوان در کامپیوتر‌های شخصی شد.

دهه 1990 : استفاده از هارد HDD در کامپیوتر‌های شخصی رواج پیدا کرد به صورتی که یکی از بخش‌های اصلی کامپیوتر بود.

دهه 2000 :‌ حافظه فلش وارد بازار شدند و با سرعت بالاتر و مقاومت بیشتر در برابر شوک، تبدیل به یک رقیب جدی برای هارد HDD شدند.

دهه 2010 : افزایش سرعت و ظرفیت هارد دیسک‌های جدید باعث شده همچنان به عنوان یک گزینه مقرون به صرفه برای ذخیره سازی اطلاعات استفاده شوند.

امروزه هارد اکسترنال در کنار حافظه‌ SSD نقش مهمی در ذخیره‌سازی اطلاعات ایفا می‌کنند، هرچند با پیشرفت روزافزون فناوری احتمالا باید شاهد کمرنگ‌تر شدن نقش آن باشیم.

نحوه کارکرد هارد HDD

هارد دیسک، حافظه‌ای دائمی برای ذخیره‌سازی اطلاعات در کامپیوترها و لپ‌تاپ‌ها است؛ به عبارت دیگر این قطعه نقش یک انبار دیجیتالی را برای شما ایفا می‌کند که و عکس‌ها، فیلم‌ها، موسیقی‌ها، اسناد و سایر فایل‌ها را نگه‌داری می‌کند. اگر این سوال برای شما پیش اومده که هارد HDD چطور کار می‌کنه، ابتدا باید با قطعات تشکیل دهنده آن آشنا شوید:

دیسک مغناطیسی: صفحات مغناطیسی که درون هارد HDD وجود دارد وضیفه نگه داری و ذخیره اطلاعات در خود را دارند.

بازو و هد: این بخش از قسمت‌های مختلفی تشکیل شده، اما به صورت کلی می‌توان آن را یک بازوی مکانیکی در نظر گرفت که در حین چرخش دیسک در قسمت‌های مشخص آن حرکت می‌کند تا اطلاعات را بخواند.

موتور: این بخش وظیفه چرخاندن دیسک با سرعت بالا هست تا هد بتواند به تمام سطح آن دسترسی داشته باشد و اطلاعات را بخواند.

کنترل: این بخش درواقع یک مدار الکتریکی هست که وظیفه برقرار کردن ارتباط بین هارد دیسک و کامپیوتر را بر عهده دارد.

برای نوشتن اطلاعات بر روی هارد HDD ابتدا موتور شروع به چرخاندن دیسک می‌کند که سرعت آن در هارد دیسک‌های معمولی به 5400 تا 7200 دور در دقیقه می‌رسد، سپس بازو‌های مکانیکی، هدر که توانایی تشخیص امواج‌های الکترومغناطیسی سطح دیسک داره رو روی قسمت‌های مختلف دیسک قرار می‌دهد. هدر هم پس از به دست اوردن اطلاعات مورد نیاز اونا رو به کنترلر می‌فرستد تا به رم کامپیوتر ارسال شود.

اطلاعات در کامپیوتر‌ها به صورت واحد‌های باینری، یعنی 0 یا 1 ذخیره می‌شوند که به آن‌ها بیت می‌گویند؛ اما نحوه ثبت هر بیت در یک دیسک مغناطیسی چگونه است؟ دیسک‌ها دارای دامنه‌های مغناظیسی بسیار کوچکی هستند که هر بیت به صورت میدان‌های مغناطیسی با جهت‌های مخالف روی آن‌ها ذخیره می‌شود و هدر با رد شدن از روی آن‌ها و تشخیص این میدان‌ها، متوجه کد‌های باینری می‌شود.

عوامل تاثیری گذار در عملکرد هارد HDD

یکی از مهم‌ترین عوامل تاثیر گذار در سرعت  انتقال داده هارد HDD سرعت چرخش دیسک آن‌ است. سرعت چرخش دیسک مدل‌‌های مختلف می‌تواند متفاوت باشد و مدل‌هایی با 5400 تا 7200 دور در دقیقه بسیار رایج هستند، اما مدل‌هایی با سرعت چرخش 10000 یا 15000 دو در دقیقه هم وجود دارند که برای در سرور‌ها استفاده می‌شوند.

حافظه کش هارد که به عنوان حافظه بافر هم شناخته می‌شود یکی دیگر از عوال تاثیر گذار در سرعت دسترسی به اطلاعات هارد HDD هست. حافظه کش یک فضای ذخیره سازی پر سرعت برای نگه داری اطلاعاتی هست که مکررا استفاده می‌شوند. حجم کش هارد دیسک‌ها بسته به ظرفیت و مدل آن‌ها متفاوت هست و هرچقدر حجم آن بیشتر باشد سرعت و عملکرد سیستم شما بهتر می‌شود.

دیسک هارد HDD از سه لایه مختلف شامل لایه پایه، لایه مغناطیسی و لایه محافظ تشکیل می‌شوند. قطعا استفاده از مواد مرغوب‌تر در ساخت دیسک دوام و عملکرد هارد رو بهبود می‌بخشد اما برخی مواد ممکن است دوام کم‌تری داشته باشند و در عوض سرعت هارد رو بهبود ببخشند؛ استفاده از لایه پایه شیشه‌ای یا سرامیکی به‌جای پایه فلزی یکی از این موارد است.

رابط اتصال هم تاثیر قابل توجهی در سرعت انتقال داده هارد HDD دارد چرا که حتی اگر سرعت چرخش دیسک و حافظه کش بالا باشد در صورت نبود اتصال مناسب نمی‌توان حداکثر بهره را از آن‌ها برد. اکثر هارد دیسک هایی که امروزه در کامیپوتر‌های خانگی استفاده می‌شوند از رابط SATA III استفاده می‌کنند که حداکثر سرعت 600 مگابایت را پشتیبانی می‌کنند؛ اما برای سرور‌ها از رابط SAS و برخی از کامپیوتر های قدیمی از رابط IDE که سرعت بسیار پایین‌تری از SATA دارند استفاده می‌شود.

انواع هارد دیسک

هارد دیسک‌ها بسته به نوع کاربری، ویژگی‌های فنی و مشخصات فیزیکی به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند که در این مطلب چهار مورد از مهم‌ترین آن‌ها را بررسی می‌کنیم.

هارد دیسک دسکتاپ: این مدل رایج‌ترین نوع هارد HDD هست که در ابعاد 3.5 اینچی تولید می‌شود و در کامپیوتر‌های دسکتاپ استفاده می‌شود. رابط اتصال این نوع از هارد دیسک SATA هست و بخاطر اندازه بزرگ و سرعت چرخش بالا سرعت بالایی ارائه می‌دهد.

هارد دیسک اکسترنال: هارد خارجی یا هارد اکسترنال از ابعاد کوچک‌تری بهره می‌برد قابلیت حمل و استفاده در هر مکانی با استفاده از رابط‌هایی مانند USB و Thunderbolt را دارند. معمولا این نوع هارد HDD با کاور محافظ ضد ضربه و استاندارد‌های مقاومتی مانند IP68 تولید می‌شوند.

هارد دیسک لپ‌تاپ: هارد دیسک‌هایی که داخل لپ‌تاپ استفاده می‌شود برای گرفتن فضای کم‌تر در ابعاد 2.5 اینچی تولید می‌شوند و معمولا سرعت چرخش دیسک در آن‌ها کمتر هست که باعث می‌شود سرعت انتقال داده در آن‌ها پایین‌تر باشد.

هارد دیسک سرور: این نوع از هارد دیسک‌ها در ظرفیت‌های بیشتر، دوام و طول عمر بسیار بالاتر از هارد دیسک‌های عادی دارند، چرا که باید به صورت 24 ساعته در سرور‌ها مشغول به کار باشند و حجم بسیار زیادی از اطلاعات حساس را نگه داری کنند.

بهترین برند‌های هارد HDD

همان‌طور که در قسمت تاریخچه هارد دیسک‌ها توضیح دادیم، اولین برندی که پا در این عرصه گذاشت و باعث تحول در فناوری‌های ذخیره‌سازی اطلاعات شد IBM بود، اما در سال‌های بعد با پیشرفت این فناوری و رواج استفاده از هارد HDD در انواع کامپیوتر‌های خانگی، شرکت‌های دیگری وارد این حوزه شدند که سیگیت و وسترن دیجیتال دو مورد از قدیمی‌ترین و معروف‌ترین آن‌ها هستند که همچنان هم به فعالیت خود ادامه می‌دهند و محصولات با کیفیتی تولید می‌کنند.

سوالات متداول