آشنایی با چگونگی کار کرد هارد دیسک

هارد دیسک چیست؟

بر روی هر کامپیوتر حداقل یک هارد دیسک وجود دارد.برخی از سیستم ها ممکن است دارای بیش از یک هارد دیسک باشند. هارد دیسک یک محیط ذخیره سازی دائم برای اطلاعات را فراهم می نماید . اطلاعات دیجیتال در کامییوتر می بایست بگونه ای تبدیل گردند که بتوان آنها را بصورت دائم بر روی هارد دیسک مغناطیسی  ذخیره کرد.

مبانی 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 بسادگی 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 بخوبی صیقل داده می شود.

در نوار کاست برای استفاده از هر یک از آیتم های ذخیره شده می بایست بصورت 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 بسرعت در هر نقظه دلخواه مستفر 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 ( 5/08 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 بنوعی 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.

برای اندازه گیری کارآئی یک هارد دیسک از دو روش عمده استفاده می گردد:

میزان داده (Data rate) . تعداد بایت هائی ارسالی  در هر ثانیه برای پردازنده است . اندازه فوق بین 5 تا 40 مگابایت در هر ثانیه است .

زمان جتسجو (Seek Time) . مدت زمان بین درخواست یک فایل توسط پردازنده  تا ارسال اولین بایت فایل مورد نظربرای پردازنده را می گویند.

کالبد شکافی هارد دیسک

بهترین روش شناخت نحوه عملکرد هارد دیسک کالبد شکافی آن است .شکل زیر یک هارد دیسک را نشان می دهد.

یک پوسته ( قاب ) آلومینیومی که کنترل کننده هارد دیسک در درون آن ( یک سمت دیگر ) قرار دارد. کنترل کننده فوق مکانیزمهای 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.

در صورتیکه روکش مربوطه را از روی درایو برداریم با وضعیتی مشابه شکل زیر برخورد خواهیم کرد.

Platters ( صفحات ) این صفحات می توانند با سرعت 3600 تا 7200 دور در دقیقه چرخش نمایند.

بازوئی که هد  خواندن و نوشتن را نگاه داشته است . این بازو با سرعتی معادل 50 بار در ثانیه قادر به حرکت در طول هر یک از صفحات است ( حرکت شعاعی )

به منظور افزایش ظرفیت هارد دیسک می توان تعدادی از صفحات را استفاده کرد . شکل زیر هارد دیسکی با سه صفحه و شش هد خواندن / نوشتن را نشان می دهد.

مکانیزمی که باعث حرکت بازوها بر روی  هارد دیسک می گردد ، سرعت و دقت را تضمین می نماید.در این راستا از یک موتور خطی با سرعت بالا استفاده می گردد.

ذخیره سازی داده ها

اطلاعات بر روی سطح هر یک از صفحات هارد دیسک در مجموعه هائی با نام سکتور و شیار ذخیره می گردد. شیارها دوایرمتحدالمرکزی می باشند ( نواحی زرد) که بر روی هر یک از آنها تعداد محدودی سکتور(نواحی آبی ) 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 ساختارهائی نظیر :  جدول اختصاص فایل ها،   جدول آدرس دهی فایل ها و...  ایجاد، تا بستر مناسب برای استقرار فایل های اطلاعاتی فراهم گردد.