در ادامه سری آموزشهای سخت افزاری به معرفی یکی دیگر از قطعات داخلی و اصلی کامپیوتر یعنی دیسک سخت می رسیم. در این مقاله به معرفی دیسک سخت (Hard Disk)، اجزاء و جنس هارد دیسک، نحوه قرارگیری اطلاعات بر روی هارد، شرکت های سازنده، عمر مفید یک هارد، ظرفیت هارد، رابط های IDE و SATA، آناتومی حافظه های SSD و انواع حافظه های فلش از جمله آخرین تکنولوژی USB یعنی USB3 می پردازیم.
دیسک سخت (Hard Disk)
با اینکه دیسک های نرم توانایی ذخیره اطلاعات را دارند، اما دارای معایبی نیز می باشند. از جمله این عیب ها گنجایش و سرعت کم دسترسی به اطلاعات را می توان نام برد. در صورتیکه دیسک سخت اینگونه نمی باشد.تمام رایانه های امروزی حداقل یک هارد دیسک دارند اما بعضی سیستم ها ممکن است دارای دو یا چند هارد دیسک باشند. در واقع هارد دیسک یک محیط ذخیره سازی دائم برای داده ها می باشد.اطلاعات در رایانه به گونه ای تبدیل می گردند که بتوان آنها را به طور دائم بر روی هارد ذخیره کرد. هارد دیسک در سال 1950 اختراع گردید. در آن زمان هارد دیسک ها با قطر 20 اینچ یعنی 8/50 سانتی متر و توانایی ذخیره سازی چندین مگابایت را داشتند. به این دیسک ها دیسک ثابت می گفتند. اما برای تمایز آنها با فلاپی دیسک، هارد دیسک نام گرفتند.
این هارد دیسک ها دارای یک صفحه برای نگهداری محیط مغناطیسی می باشند. در واقع هارد دیسک مشابه یک نوار کاست می باشد . از روش نوار کاست برای ضبط مغناطیسی استفاده می نمایند. در این حالت به سادگی می توان اطلاعات را حذف و بازنویسی کرد. این اطلاعات مدت ها باقی خواهند ماند. در هارد دیسک لایه مغناطیسی بر روی دیسک شیشه ای و یا یک آلومینیوم اشباع شده قرار خواهد گرفت که به خوبی سطح آنها صیقل داده می شود.
در هارد دیسک می توان به سرعت در هر نقطه دلخواه اطلاعات را ذخیره و یازیابی نمود، به این صورت که احتیاجی به ترتیب ذخیره اطلاعات نمی باشد.در هارد دیسک هد خواندن و نوشتن دیسک را لمس نخواهد کرد. گرداننده هارد دیسک هد مربوط به هارد را در هر ثانیه 3000 اینچ به چرخش در می آورد. هارد دیسک می تواند حجم بسیار بالایی از اطلاعات را در فضایی کم و با سرعت بالا ذخیره سازد. این اطلاعات در قالب فایل ذخیره می شوند. در واقع فایل مجموعه ای از بایت هاست.
معرفی اجزای هارد دیسک
یک هارد دیسک معمولا متشکل از مجموعه ای از دیسکهای دایره ای شکلی است که روی هم قرار می گیرند و اطلاعات بر روی آنها ذخیره می گردد.
این مجموعه برای حفاظت در مقابل گرد و خاک و سایر عوامل مخرب در داخل یک پوشش دربسته قرار می گیرد. در واقع هارد دیسک جعبه ای فلزی است که از چند صفحه دیسک و چند هد تشکیل می شود. هر دیسک دارای دو سطح است که می توان داده ها را بر روی آنها ذخیره کرد. پس در زمان خواندن و نوشتن بر روی هر یک از دیسک ها دو هد قرار می گیرد.از نظر نوع نصب و کاربرد هارد دیسک به دو دسته دیسک های سخت قابل حمل و دیسک های سخت ثابت تقسیم می شود.
نکته: دیسک های قابل حمل را بدون اینکه اطلاعات آنها صدمه ببیند می توان حمل کرد، در صورتیکه دیسک های ثابت در داخل جعبه رایانه نصب می شود.توجه داشته باشید که در زمان روشن بودن رایانه آن را حرکت ندهید زیرا دیسک سخت صدمه می بیند.
جنس هارد دیسک
همانطور که گفته شد دیسک های سخت دارای چند صفحه هستند که به طور عمودی روی هم قرار دارند. جنس این صفحه ها عموما از شیشه، آلیاژ آلومینیوم، ترکیب سرامیک و شیشه، سرامیک و سایر مواد ساخته می شود. به این علت که دسک ها باید سبک و مقاوم باشند و در اثر سرما و گرما تغییر حالت ندهند. به طور کلی جنس دیسک ها از آلومینیوم همراه با پوششی از اکسید آهن یا آلیاژ کبالت است که بسیار با ظرافت بر روی آن قرار می گیرد. این پوشش مغناطیسی به سطح حامل اطلاعات امکان مغناطیسی شدن می دهد. علاوه بر این بسیار نازک می باشد و در برابر برخورد با هد قابل خواندن و نوشتن است. کارایی یک هارد دیسک از دو طریق زیر اندازه گیری می شود :
- اندازه گیری زمان جستجو : مدت زمان بین درخواست یک فایل توسط پردازنده تا ارسال اولین بایت فایل مورد نظر.
- اندازه گیری میزان داده: تعداد بایت های ارسالی در هر ثانیه برای پردازنده که این اندازه معمولا بین 5 تا 40 مگابایت در هر ثانیه است.هارد دیسک دارای موتوری می باشد که این موتور باعث چرخش صفحات هارد دیسک می شود.
نحوه قرار گیری اطلاعات در هارد
اطلاعات بر روی هر یک از صفحات دیسک سخت در مجموعه ای به نام سکتور و شیار ذخیره می گردد. شیارها دوایر متحدالمرکزی هستند که برای هر یک از آنها تعداد محدودی سکتور با ظرفیتی بین 256 و 512 بایت ایجاد می گردد. زمانی که درایو رایانه تحت عملیات Low Level Format قرار می گیرد سکتورها و شیارها ایجاد می شود و زمانی که درایو High Level Format می گردد با توجه به نوع سیستم عامل بستر مناسبی برای استقرار فایل های اطلاعاتی فراهم می آید.
مهمترین شرکت های سازنده هارد دیسک
یکی از مسائلی که پس از گنجایش و عمر مفید هارد دیسک حائز اهمیت است، کارایی آن می باشد. اما در حال حاضر هارد دیسک ها از نظر کارایی اختلاف چندانی با هم ندارند. خرید هارد دیسک نسبت به گذشته بسیار آسان می باشد. زیرا تولید کنندگان ضعیف از صحنه خارج شده اند. از لحاظ مارک و یا کارخانه سازنده دیسک سخت شرکتهای زیر عمده تولید هارد دیسک را برعهده دارند: مکستور – سی گیت – وسترن دیجیتال – سامسونگ – کوانتوم – hp – فوجیتسو – توشیبا – IBM و ... این دیسک ها دارای تفاوتهای گوناگون در گنجایش، گونه، تعداد دیسک، سرعت چرخش، زمان متوسط جستجو، حافظه واسطه و مدت زمان ضمانت نامه می باشند.
عمر مفید دیسک های سخت
در سال های گذشته عمر دیسک های سخت بسیار کوتاه بود. اما در حال حاضر عمر مفید دیسک سخت افزایش یافته است. عمر مفید با واژه MTFB نشان داده می شود. این واژه سرواژه کلمات زیر به معنای میانگین پایداری عملی و یا زمان میانگین میان خرابی هاست.
Mean Time Between Failure
این علامت نشان دهنده متوسط فاصله زمانی استفاده از دیسک سخت، تا پیش آمدن یک اشکال برای آن است. عمر مفید بر حسب ساعت نشان داده می شود. سازندگان دیسک سخت عمر مفید آن را 40000 تا 1000000 ساعت در نظر می گیرند. در صورتی که رایانه به طور مستمر روشن نباشد و کار نکند، این مقدار افزایش خواهد یافت. زمانی که عمر مفید تمام می شود دیسک سخت یکباره خراب نمی شود بلکه ممکن است به مرور دچار فرسودگی شود.
گنجایش یا ظرفیت دیسک سخت
در زمان انتخاب ظرفیت هارد دیسک به این فکر نکنید که چه گنجایشی نیاز شما را برطرف می کند بلکه به این فکر کنید که در آینده به ظرفیت بیشتری نیاز خواهید داشت. البته نوع برنامه هایی که استفاده می کنید راهنمای خوبی برای تعیین ظرفیت هارد دیسک می باشد. دیسک های سخت اولیه دارای ظرفیت 640 و 850 مگابایت و حتی کمتر بودند. لیکن با توجه به گسترش فرهنگ ذخیره سازی اطلاعات بر روی رسانه های دیجیتال بویژه استفاده از فایلهای تصویری با کیفیت در سالهای اخیر موجب شده تا سازندگان به فکر تولید هاردهای با ظرفیت بسیار بالا همچون 4 ترابایت یعنی چند هزار برابر هاردهای اولیه باشند. در حال حاضر یافتن یک هارد 250 گیگابایتی با رابط ساتا مشکل شده است و اکثر سیستم ها های رایانه ای خانگی بیش از 500 گیگا بایت حافظه دارند.
شرکت های مختلفی که دیسک های سخت تولید می کنند گنجایش های مختلفی را می سازند که ساختار آنها تقریبا یکسان است. اما تعداد صحفه های تشکیل دهنده دیسک و تعداد هدها یا نوک های خواندن و نوشتن متفاوت است. بدین صورت اگر دیسکی را با گنجایش و سرعت زیاد می خواهید تعداد نوک های خواندن و نوشتن آن برای هر صفحه باید 5 یا بیشتر باشد تا سرعت انتقال داده ها افزایش پیدا کند.
زمان دستیابی
با توجه به اینکه صنعت ساخت دیسک سخت پیشرفت زیادی کرده است، با این حال زمان دستیابی به اطلاعات و مقایسه میلی ثانیه ها و بحث درباره سرعت همچنان اهمیت دارد.ویژگی هایی که دارای اهمیت می باشند موارد ذیل می باشند :
- زمان جستجو- زمانی که هدها و نوک های خواندن و نوشتن به شیار یا ترک(Track) خواسته شده انتقال پیدا می کند.
- زمان آرامش یا سکون- زمانی است که دیسک سخت مکان خواسته شده برای داده ها را می یابد. (زمان دستیابی اهمیت زیادی دارد)
- سرعت انتقال داده ها- سرعتی است که داده ها روی دیسک نوشته و یا خوانده می شوند. این سرعت تا اندازه زیادی به رابط های دیسک سخت و رایانه مربوط می شود.
- گذرگاه- برای بهره گیری از توانایی های دیسک سخت باید از گذرگاه های داده ای سریع و پهن استفاده نمود.
- حافظه بافر- هارد دیسک هم همانند سایر قطعات سخت افزاری دارای یک حافظه موقت بسیار سریع می باشد. هر چه مقدار این حافظه افزایش یابد اطلاعات بیشتری را در خود جای داده و در صورت نیاز CPU با سرعت به سمت آن ارسال می گردد. در حال حاضر هاردهای 500 گیگابایتی در چند نوع 8 و 16 و یا 32 مگابایتی عرضه می شوند که این اعداد بیانگر میزان حافظه موقت یا Cache می باشد.
- سرعت چرخش یا دوران- می دانیم که هرچه دیسک سخت سریع تر بگردد داده ها با سرعت بیشتری از روی سطح دیسک خوانده می شود، این عمل باعث افزایش سرعت انتقال می شود. سرعت گردش دیسک با واحد یا یکای دور در دقیقه اندازه گیری می شود. این یکا به صورت <<PRM>> جمع سرواژه های <<Rotation Per Minute>> می باشد. به طور مثال دیسک های سخت دارای سرعت چرخش 5400، 7200، 10000، 12000 دور در دقیقه و بالاتر هستند.
نکته: دیسک های اسکازی دارای سرعت دوران دهها هزار دور در دقیقه هستند.
هارد دیسک های IDE و SATA
تکنولوژی دیسک سخت (HARD DRIVE) بر پایه فرایند انتقال موازی اطلاعات عمل می کنند و بدین معناست که اطلاعات به صورت بسته هایی به روشهای مختلف (رندوم) به باس اطلاعاتی فرستاده می شوند. اطلاعات از دیسک سخت در فاصله های زمانی کاملا تصادفی می آیند و وارد باس اطلاعاتی شده و در نهایت به سمت مقصد نهایی می رود.IDE مخفف Integrated Drive Electronics می باشد. رابط IDE گاهی با عنوان ATA شناخته می شود که مخفف AT Attachment است.این تکنولوژی از سال 1990 به عنوان استاندارد کامپیوترهای شخصی (PC) برای هارد دیسک ها بوده است و این زمانی بود که تکنولوژی مذکور جای درایوهای ESDI و MFM را گرفت یعنی زمانی که هارد دیسک ها به طور متوسط حجمی معادل 200 مگابایت داشتند. در سال 1990 اولین هارد دیسک یک گیگاباتی وارد بازار شد و قیمتی برابر 200 دلار در بازار آمریکا داشت از آن پس تا یکی دو سال گذشته IDE تکنولوژی مورد استفاده بوده زیرا هارد دیسکها را با قیمت پایین در اختیار مصرف کننده قرار می داد، جای کمتری می گرفت و سرعت مناسبی داشت.
همتای IDE در آن زمان SCSI که مخفف Small Computer System Interface است بود. SCSI کمی از IDE سریعتر است اما بسیار گرانتر است. به علاوه احتیاج به خرید یک آداپتور SCSI که ارزان هم نیست احتیاج دارید. به عبارت دیگر IDE بازار هارد دیسک های کامپیوترهای شخصی را در انحصار خود گرفت. هارد دیسک های IDE از کابلهای ریبون پهنی استفاده می کنند که در داخل کامپیوتر بسیار به چشم می آیند و مرتب کردن این کابلها در داخل کامپیوتر خود هنری است.
تکنولوژی هارد دیسک های ساتا (SATA) بر اساس پردازش اطلاعات متوالی (سریال) است. یعنی انتقال اطلاعات از هارد دیسک به باس دیتا و در جهت عکس به طور منظم و در دوره های زمانی مشخص انجام می گیرد.هارد دیسک های ساتا از کابلهای ریبون با پهنای باند کمتر استفاده می کنند. این کابلهای نازک دارای کانکتورهای بست داری هستند که کار کردن با آنها را ساده تر می کند. هارد دیسک های ساتا اطلاعات را با سرعت متوسط 150Mb بر ثانیه انتقال می دهند.
آناتومی حافظه های SSD
حافظه های SSD که مخفف Solid State Drive است در حقیقت یک وسیله ذخیره سازی اطلاعات و فایل ها و برنامه های کامپیوتری درست مانند هارد دیسک ها هستند. اما برای ذخیره سازی اطلاعات از چیپ های حافظه فلش استفاده می کنند. در حالیکه هارد دیسک ها اطلاعات را روی دیسک های مغناطیسی ذخیره می کنند. چون حافظه های SSD اطلاعات را به صورت الکتریکی ذخیره می کنند. در مقایسه با ذخیره سازی اطلاعات در هارد دیسک ها که به صورت مغناطیسی است به مراتب سریعتر هستند.
ما می توانیم دو دلیل برای سرعت بالاتر حافظه های SSD ذکر کنیم: اول، احتیاج به تبدیل اطلاعات از مغناطیسی به الکتریکی و بالعکس برای تبادل اطلاعات با مادر برد وجود ندارد. دوم اینکه هیچ قطعه مکانیکی در حافظه های SSD وجود ندارد، بنابراین اطلاعات به سهولت در دسترس هستند. در حالیکه در یک هارد دیسک به اندازه زمانیکه هد به محل ذخیره اطلاعات برسد زمان نیاز است.
حافظه های SSD در اندازه های متنوعی در بازار یافت می شوند اما اندازه معمول آنها 4.75 در 6.35 سانتی متر است این اندازه استاندارد هارد دیسکهایی است که برای لپ تاپ ها استفاده می شود و جالب است بدانید حافظه های SSD اولین بازاری را که هدف گرفتند بازار لپ تاپ ها و وسایل الکترونیکی قابل حمل نقل بود. البته در این بازار مزایای قابل توجهی برای رقابت با هارد دیسک ها هم دارند. اولین مزیت حافظه های SSD مصرف برق کمتر در آنهاست هرچند این اختلاف برای یک کامپیوتر شخصی که تغذیه خود را از پریز برق می گیرد خیلی قابل لمس نیست ولی برای یک لپ تاپ که تغذیه خود را از باتری می گیرد قابل توجه است. دوم اینکه حافظه های SSD نسبت به هارد دیسک ها نسبت به ضربه و تکان های شدید بسیار مقاوم تر هستند و اطلاعات خود را از دست نمی دهند. در حالیکه در هارد دیسک در اثر ضربه یا تکان های شدید ممکن است به سادگی همه اطلاعات خود را از دست بدهید.حافظه های SSD با درگاه های رابط مختلف برای تبادل اطلاعات یافت می شوند ولی معمولا حافظه های SSD با درگاه ساتا ارائه می شوند.در داخل حافظه های SSD سه قسمت اصلی وجود دارد ،حافظه فلش، کنترلر و بافر که مختصری در مورد هر کدام صحبت خواهیم کرد.
حافظه های فلش
حافظه های فلش همان جایی است که اطلاعات ذخیره می شوند. این همان نوع حافظه های USB و کارتهای حافظه وجود دارد این نوع حافظه وقتی
تغذیه اش قطع می شود اطلاعات را در خود نگه می دارد. در حالیکه درحافظه های الکترونیکی دیگر مانند آنهایی که در رم کامپیوتر شما وجود دارد اینگونه نیست و با قطع تغذیه این اطلاعات از بین می روند. علت گرانی یک حافظه SSD هم در این است که تعداد زیادی از این چیپ ها را در خود جای داده است.
حافظه بافر
- یک چیپ حافظه SDRAM با توان مصرفی پایین است که برای افزایش سرعت تبادل اطلاعات بین کنترلر و درگاه SATA مورد استفاده قرار می گیرد.
- کنترلر: کنترلر در حقیقت مغز SSD است و همان قسمتی از حافظه SSD است که تعیین کننده سرعت آن می باشد. تا کنون فقط چند شرکت خاص این نوع چیپ ها را تولید کرده اند که معروفترین آنها عبارتند از Indilinx، اینتل، سامسونگ و JMicron.
آشنایی با حافظه فلش USB
حافظه فلش USB یک وسیله ذخیره اطلاعات سبک وزن است که می تواند به هر کامپیوتر که دارای پورت یا سوکت USB باشد متصل شود. پورت USB کامپیوتر می تواند USB1.1 یا USB2.0 و یا آخرین تکنولوژی USB یعنی USB3 باشد. USB2.0 و USB3 : USB2.0 تحولی در پروتکل ورودی خروجی های USB بود که سرعت انتقال اطلاعات را بسیار افزایش داد.
USB1.1 ماکزیمم سرعتی برابر 12 مگابایت بر ثانیه دارد. این استاندارد امروز در کارخانجات با برچسب Full-Speed یا USB مشخص شده اند.
USB2.0 ماکزیمم سرعتی برابر 480 مگابایت بر ثانیه دارد که این استاندارد امروزه با برچسب High Speed USB مشخص شده اند.توجه داشته باشید که این سرعت برابر توان دستگاهی که دارای پورت USB است نمی باشد بلکه این ماکزیمم سرعتی است که می توان اطلاعات را از پورت USB انتقال داد.
در حاشیه مطلب بدانید موس و کیبورد فقط به 1.5 مگابایت بر ثانیه نیاز دارد. این سطح از کارایی را Low Speed USB می نامند.سرعت انتقال اطلاعات در این هارد دیسک های USB3.0 در حدود 4.8 Gbps است که در مقایسه با هارد دیسک های USB2.0 که 4.8Gbps سرعت دارند، واقعا عالی به نظر می رسد. البته این هارد با USB2.0 هم سازگار است. باید توجه داشت در مادربردهایی که فاقد پورت USB 3.0 هستند، می توان برای استفاده از این پورت و سرعت خیره کننده انتقال اطلاعات، از کارتهای PCI- USB 3.0 Express استفاده کرد.
پورت USB 3.0 از نظر تئوری قادر است اطلاعات را با سرعت 5 گیگابیت در ثانیه منتقل کند. شرکت وسترن دیجیتال برای کامپیوترهای رومیزی و لپ تاپ هایی که هنوز مجهز به پورت USB3 نیستند هم کارایی ارائه کرده که با قیمت 25 یورو فروخته می شود و کامپیوتر شما را به پورت USB3 مجهز خواهد کرد.
برای پی بردن به کارایی USB3 تنها کافی است نگاهی به تفاوت زمانی کپی یک فیلم HD با حجم 25 گیگابایت توسط انواع مختلف USB بیاندازید:
با USB 1.1 حدود 9.3 ساعت، با USB 2 حدود 14 دقیقه و با USB 3 حدود 70 ثانیه.
هر گاه خبر های بد را به عنوان یک نیاز به تغییر و نه یک خبر منفی پذیرفتید شما از آن شکست نخورده اید بلکه از آن چیزهای تازه آموخته اید
( بیل گیتس )
نویسنده: عاطفه حسین زاده
منبع: جزیره سخت افزار و تجهیزات دیجیتال وب سایت توسینسو