دیسک سخت (به انگلیسی: hard disk) یکی از قطعات رایانه است. دیسک سخت (هارد دیسک) وسیلهای است با یک یا چند صفحه انعطافپذیر که سطح آنها با موادی پوشش داده شده که بتوان دادهها را به طور مغناطیسی بر روی آنها ضبط نمود. این وسیله علاوه بر صفحههای مذکور حاوی هدهای خواندن و نوشتن، سازوکار تعیین محل هد، و موتوری است که در محفظهای جای داده میشود تا از آلودگیهای خارجی در امان باشد. این محیط محافظت شده به هدها امکان میدهد تا به اندازه 10 تا 25 میلیونیم اینچ از سطح صفحهای که عموما 3600 تا 2700 دور در دقیقه میزند فاصله داشته باشد بنایراین حجم دادههای قابل ذخیره سازی وسرعت دستیابی به آنها نسبت به فلاپیدیسکها بسیار بیشتر است. در دیسکهای سخت جدید که به آنها دوربالا نیز گفته می شود، سرعت چرخش دیسک به 10000 دور در دقیقه می رسد. ظرفیت دیسکهای سخت به مراتب از فلاپی دیسکها بیشتر بوده و هر روز به ظرفیت آنها افزوده میشود به عنوان مثال امروزه ظرفیت متوسط دیسکهای سخت در حدود 700 گیگابایت است. در دیسکهای سخت چند صفحه دیسک جای داده میشود تا دیسک گردان بتواتند به بیش از یک صفحه دستیابی داشته باشد.
فنآوری ساخت
یک دیسک سخت اطلاعات را روی یک یا چند دیسکت مدور تخت که صفحه نامیده میشوند ذخیره میکند. صفحات بر روی یک محور استوار میشوند در حالیکه در بین هر صفحه یک جدا کننده یا اسپیسر و در انتهای پایینی آن محور موتور قرار دارد. برای خواندن و نوشتن بر روی سطح صفحات، درایو از یک قطعه کوچک الکترومغناطیسی استفاده میکند که یک سر این قطعه در انتهای بازوی محرک واقع شده است و هر سر آن روی سطح صفحه میباشد. صفحات با سرعت بسیار بالایی در حال چرخش هستند تا به نوکهای بازوی محرک اجازهٔ حرکت سریع را بدهند. در مقابل نوک دیگر بازوی محرک مرکز چرخش بازوست و در قسمت انتهایی آن یک پیچک صدا وجود دارد که سر بازو را حرکت میدهد. بالا و پایین هر پیچک صدا (پیچ تنظیم) یک آهنربای زمین شده قرار دارد که این عمل باعث میشود سر بازو به قسمت مرکزی و یا به سمت نوار کناری دیسک به صورت شعاعی حرکت کند.
قسمت کنترل کننده دیسک از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال برای کنترل جریان الکتریکی استفاده میکند که از طریق ییچ تنظیم که در بازوی محرک قرار دارد این عمل صورت می گیرد. پیچ تنظیم به صورت یک آهنربای مغناطیسی عمل میکند و یک میدان مغناطیسی تولید میکند که این میدان متقابلا بر میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط مغناطیس کنندههای موجود در بالا و پایین پیچ تنظیم تاثیر می گذارد و این فرآیند باعث میشود تا پیچ تنظیم بتواند بازوی محرک و در نتیجه نوک دیگر متصل به بازوی محرک را به حرکت در آورد. بنابر این اگر پیچ تنظیم از یک انتها به سمت جلو فشرده شود، قطعه از سمت بالایی به سمت مرکز دیسک و اگر از انتهای دیگر فشرده شود، قطعه از قسمت بالایی به سمت لبههای دیسک حرکت میکند. مبدل دیجیتال به آنالوگ باعث میشود که کنترل کنندههای دیسک در یک مرحله بسیار کوچک و مستقیما به سمت سرها حرکت کنند.
صفحات از مواد غیر مغناطیسی مثل آلومینیوم و شیشه ساخته شده اند و با یک لایه بسیار نازک مغناطیسی پوشانده شده اند. دیسکهای قدیمی از اکسید آهن3 به عنوان ماده مغناطیس کننده استفاده شده در حالیکه در دیسکهای امروزی از آلیاژهای کبالت استفاده میشود.
قسمت درونی یک دیسک سخت همراه با صفحات و محور چرخاننده موتوری با توپی متحرک. سمت چپ قسمت مرکزی بازوی محرک (نوک خواندن و نوشتن) قرار گرفته. نوک قرمز و سفید آن در قسمت انتهاِیی بازو قرار دارد. سر لغزنده آن نیز درست پشت نوک آن یعنی در سطح پايينی بازو قرار گرفته. سیمهای نارنجی رنگ کنار بازو نوک بازو را به قسمت کنترل مرتبط میکنند. نقطه مرکزی (محور) شامل یک پیچ مدور میباشد که قبل از صفحه فلزی قرار گرفته. صفحه فلزی نیم دایرهای در قسمت بالایی در گوشه سمت چپ قرار گرفته که در واقع یک آهنربای دایم جهت حرکت بازوست. پیچ تنظیم در قسمت پایینی قرار گرفته که شامل یک آهنربای ثانویه در قسمت زیر آن میباشد. فیلتر هوا در داخل محفظه پلاستیکی در سمت چپ پايطن آن قرار گرفته.
سطح مغناطیسی هر یک از صفحات به تعداد زیادی نواحی مغناطیسی با اندازه میکرومتری تقسیم شده اند. که هر یک از آنها برای کد گذاری یک واحد دودویی منفرد شامل اطلاعات استفاده میشود. در هارد درایوهای امروزی هر یک از این نواحی مغناطیسی ترکیبی از چند صد ذره مغناطیسی میباشند. هر قسمت مغناطیسی به صورت یک دو قطبی مغناطیسی میباشد که یک میدان مغناطیسی متمرکز در اطراف خود ایجاد میکنند که این میدان نوک نوشتاری سطح مغناطیسی را با ایجاد یک میدان مغناطیسی قوی در اطراف آن مغناطیس میکند. دیسکهای سخت امروزی از یک بوبین (القاگر) برای خواندن اطلاعات آنهم از طریق ایجاد میدان مغناطیسی توسط آهنربای الکتریکی استفاده میکنند. نسخههای اخیر شامل نوکهای القایی، نوک های نوار مغناطیسی (MIG) و با نوکهای غشای نازک میباشند. نوکهای تولید شده امروزی المانهای نوشتن و خواندن جدا از هم هستند اما هر کدام در مجاورت یکدیگرند و تنها سهم کوچکی از بازوی محرک راتشکیل میدهند. المان خواندنی معمولا از نوع مقاومت مغناطیسی است در حالیکه المان نوستنی از نوع غشای نازک القایی است.
ساختار دیسک های سخت طوری محکم به هم بسته شده که از ورود گردو خاک و دیگر منابع آلودگی به داخل آن جلوگیری کند. در واقع این ذرات مزاحم عملکرد صحیح دیسک های سخت هستند. دیسکهای سخت هوابندی شده (مانع از ورود هوا) نیستند، اما از یک فیلتر هوا برای جلوگیری از ورود هوا به محفظه درونی دیسکها استفاده میکنند. چرخش صفحات باعث ایجاد یک جریان هوای گرددابی میشود که این جریان هرگونه ذرات و گرد و غبار را به سمت فیلتر حرکت میدهند. همچنین چرخش صفحات به نوکهای دیسک های سخت اجازه میدهد 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 نسبت به floppy disk ها میشود. در نتیجه دیسک های سخت میتوانند مقدار بیشتری از اطلاعات را نسبت به فلاپی دیسکها در خود ذخیره کنند. و همچنین دسترسی به اطلاعات نیز بسیار سریعتر است. در سال 2007 یک نمونه تولیدی دیسک سخت در یک ایستگاه کاری حدود 160 گیگا بایت تا 1 ترا بایت اطلاعات را در خود ذخیره میکند در حالیکه چرخشی حدود 7200 یا 10000 درو در دقیقه (RPM) دارد.در هارد درایو موبایلها و لپ تاپها که از نظر فیزیکی کوچکتر از کامپیوترهای شخصی هستند لزوما کم حجمتر و کند تر هستند. در سال 1990 حداکثر چرخش 4200 دور در دقیقه بود.در سال 2007 هارد درایو نمونههایی از تلفنهای همراه با سرعت چرخش 5400 دور در دقیقه و با هزینهای بسیار ناچیز موجود میباشد.
ظرفیت و سرعت دسترسی
دیسک سخت یک کامپیوتر شخصی که ظرفیت آن بر حسب گیگا بایت بیان شده است. تابع به صورت لگاریتمی میباشد که خط ثابت به صورت نمایی افزایش یافته است. افزایش نمایی وار در حافظه دیسک ها و سرعت دسترسی به اطلاعات در هارد درایوها به تولید کنندگان تجاری قابلیت تولید دیسک های سخت با ظرفیت ذخیره سازی بالا برای کاربرد بهتر مصرف کنندگان ایجاد میکنند. مانندشرکت اپل آی پد اجرا کنندههای موسیقی و شرکت TiVOضبط کننده تصویری. به علاوه وجود تعداد زیادی از چیپ های ذخیره سازی بستر مناسب را برای تنوع سیستمهای که ساختارشان بر طبق صفحات وب است ایجاد کرده که در آنها به ظرفیت بسیار بالایی نیاز است. همانند سیستم جستجو و ایمیلی که توسط شرکت های بزرگی همچون گوگل سفارش داده شده است.
روش اصلی برای کاهش زمان دسترسی به اطلاعات افزایش سرعت چرخش میباشد. در حالیکه راه اصلی برای افزایش ظرفیت ذخیره سازی افزایش چگالی سطحی است. نائب رئیس شرکا سی گیت تکنولوژی رشد آتی در مورد چگالی دیسک هارا به اندازه 40٪ در هر سال پیش بینی کرده است. از سال 2006 دیسک درایوها از تکنولوژی ذخیره سازی به صورت عمودی استفاده میکنند تا بتوانند میزان ذخیره اطلاعات و توان عملیاتی را افزایش دهند.
اولین دیسک سخت 3.5 اینچی که قابلیت ذخیره 1 ترا بایت اطلاعات را داشت از نوع الگو هیتاچی دسک استار7کی 1000 بود. این درایو شامل 5 صفحه بود که هر کدام ازحدود 400 گیگا بایت حافظه تشکیل شده بود که قادر بود 935.5گیگا بایت فضای قابل استفاده ایجاد کند. هیتاچی از آن زمان با تولید دیسکهای سخت 1 ترا بایت به شرکت های سامسونگ و سی گیت پیوست.
اندازه گیری ظرفیت
ظرفیت یک دیسک سخت میتواند توسط ضرب تعداد سیلندرها، تعداد نوکها، تعداد شیارها، تعداد شیار بایتها محاسبه شود. در یک درایو ATA بزرگتر از 8 گیگا بایت، مقادیر به صورت 16383 سیلندر، 16 نوک، 63 شیار برای سازگاری با سیستمهای عامل قدیمی تر میباشند. باید توجه داشته باشیم که مقدار سیلندرها، نوکها، شیارهای یک درایو پیشرفته معادل مقادیر واقعی در هنگام کارکرد نیستند و در قسمت ذخیره سازی بیتها تعداد بخشهای مختلف توسط نواحی آنها شناخته میشوند. تولید کنندگان دیسکها سخت ظرفیت دیسکها را با استفاده از پیشوندهای سیستم SI مگا، گیگا، ترا معین میکنند که به اختصار به صورت M،G،T بیان میشوند. بایت نیز به صورت B بیان میشود.
سیستمهای عامل متناوبا میزان ظرفیت را با استفاده از همین علامت های اختصاری گزارش میکنند، البته با ترجمه آنها به صورت دودویی. برای مثال پیشوند الگو مگا همچنین به صورت 2 (1048576) بیان میشود که تقریبا معادل 1000000 است. کاربردهای مشابه برای اندازههای بزرگتر با پیشوندهای دیگر به کار میروند. این نتایج در تفاوت های محاسباتی بین سازندگان دیسک ها به صورت ظرفیت و مشخصات سیستم بیان میشوند. این اختلاف در رنجهای چند گیگا بایتی مشهود تر است. برای مثال الگو ویندوز ماکروسافت ظرفیت دیسک ها را هم به صورت دهدهی با افزایش ارقام تا 12 تعریف کرده و هم به صورت دودویی با افزایش ارقام تا 3. بنابر این یک دیسک که توسط شرکت سازنده آن به عنوان ```30 گیگا بایتی``` تعیین شده است ممکن است توسط ویندوز 2000 به دو صورت 30065098 بایتی و هم به صورت 28.0 گیگابایتی بیان شود. اگر چه به دلیل سودمندی بیشتر ویندوز از این امکان استفاده کرده باشد که یک گیگا بایت را به صورت 1.073.741.824 بایت (2بایت) گزارش میکند در حالیکه سیستم عامل آنرا 28.0 گیگا بایت گزارش کند.
تاریخچه
سالها پیش دیسک های سخت بسیار بزرگ و سنگین بودند و برای محیط های حفاظت شده مانند مرکز اطلاعات یا ادارههای بزرگ، بسیار مناسبتر از محیطهای صنعتی (به دلیل ظرافت و میزان دقت) و ادارههای کوچک و خانهها (به دلیل اندازه و توان مصرفی بالای آنها) بودند. پیش از اوایل سال 1980 بیشتر دیسک های سخت صفحات 8 اینچی (20 سانتی متری) یا 14 اینچی (35 سانتی متری) داشتند که شامل تجهیزات مدارات متحرک با سطح ساختمانی زیاد بودند (به خصوص دیسک های بزرگ تجهیزات متحرک که گاهی به نام ماشین های عیب یاب عنوان میشوند.). و در موارد بسیاری به جریان بالا یا حتی توان سه فاز نیاز دارند. آنهم به دلیل وجود موتورهای بزرگی که در ساختار آنها به کار رفته بود. به همین دلیل، دیسک های سخت به طور رایج تا سال 1980 برای میکرو کامپیوترها مورد استفاده قرار نگرفت. بعد از 1980 شرکت سی گیت تکنولوژی نوع ST-506 را ساخت که اولین دیسک سخت 5.25 اینچی با ظرفیت 5 مگا بایت بود. در حقیقت در پیکر بندی کارخانهای (کامپیوترهای شخصی شرکتIBM) با دیسک های سخت تجهیز نشده بود.
بیشتر دیسک های سخت میکرو کامپیوترها در اوایل سال 1980 تحت نام کارخانه سازنده اشان به فروش نمیرفتند مگر توسط شرکت OEMs آنهم به عنوان یک بخش از دستگاههای جانبی بزرگ مانند Corves Disk System و Apple Profile. کامپیوترهای نوع XTشرکت IBM شامل دیسک سخت داخلی بودند. و این روند شرووعی به سمت خرید دیسک های خام (حتی توسط سفارشات پستی) شد که به طور مستقیم و بی واسطه به سیستم وصل میشدند. تولید کنندگان دیسک های سخت شروع به بازار یابی برای مصرف کنندگان، همانند شرکت OEMs نمودند و در اواسط 1990، دیسک های سخت در هر مغازه جزئی فروشی نیز یافت میشد.
زمانیکه دیسک های داخلی یکی از گزینههای انتخاب کامپیوتر حتی شخصی شدند، دیسک های خارجی همچنان در اپل مکینتاش و دیگر تولید کنندگان مورد استفاده بود. اولین اپل مکینتاش بین سالهای 1984 و 1986 ساخته شد که یک ساختمان کاملا بسته داشتند و هیچ دیسک سخت داخلی و یا خارجی دیگر را پوشش نمیداد. در سال 1986 اپل یک پورت SCSI در پشت قطعه مزبور افزود که ارتباطات خارجی را امکان پذیر می نمود. درایو هایی که شامل SCSI های خارجی بودند در میکرو کامپیوترهای قدیمی نیز بسیار مورد استفاده قرار میگرفتند مانند سری اپل 2 که به طور وسیعی در سرویس ها مورد استفاده بودند. (کاربردی که همچنان نیز مورد توجه است). در اواخر 1990 پورتهای خروجی با سرعت بالا مانند USB و Fire Wire باعث شدند سیستمهایی با دیسک های خارجی در انواع کامپیوترهای شخصی بیشتر مورد توجه قرار گیرند به خصوص برای استفاده کنندگان از لپ تاپها، کاربرهایی که از سیستمعامل لینوکس استفاده میکنند و همچنین کاربرهایی که می خواهند مقدار زیادی اطلاعات را بین دو یا چند منطقه مبادله کنند. بیشتر تولید کنندگان دیسک های سخت امروزه دیسکها خود را با پورتهای خروجی دار می سازند.
مشخصات دیسک های سخت
ظرفیت دیسک سخت معمولا بر حسب گیگابایت بیان میشود. هاردهای قدیمی تر که ظرفیت کمتری نیز داشتند بر حسب مگابایت بیان میشدند. سرعت انتقال اطلاعات در قسمت داخلی در بازه 44.2 مگابایت در ثانیه تا 74.5 مگابایت در ثانیه تغییر میکند و این در حالیست که سرعت انتقال اطلاعات در واحدهای خارجی 74.0 مگا بایت در ثانیه تا 111.4 مگا بایت در ثانیه متغییر است. یک دیسک سخت با زمان دسترسی تصادفی در بازههای بین 5 میلی ثانیه تا 15 میلی ثانیه تغییرات دارد.
اندازه فیزیکی یک دیسک سخت بر حسب اینچ بیان میشود. اکثر هارد درایوها که در کامپیوترهای شخصی از آنها استفاده میشود حدود 3.5 اینچ عرض دارند و این در حالیست که لپ تاپها و کامپیوترهای قابل حمل حدود 2.5 اینچ عرض دارند. در اوایل سال 2007 کارخانجات تولید هارد، اقدام به فروش SATA و SASهای 2.5 اینچی برای استفاده در کامپیوترهای شخصی و اداری نمودند.
یک سازه رایج که امروزه به طور وسیعی از آن در ساخت اجرا کنندههای موسیقی و نوت بوک ها استفاده میشود سازه 1.8 اینچی ATA-7LIF نام دارد که دارای حدود 100 گیگا بایت حافظه ذخیره سازی با توان تلفاتی پایین و خواندن اطلاعات به طور سریع میباشند. سری 1.8 اینچی قبلی که در ظرفیتهای 2-5 گیگا بایتی موجود میباشند مستقیما قابل اتصال به کامپیوترهای شخصی هستند از این دسته سری کوچکتر 1 اینچی این سازهها ساخته شد و طراحی آن بدینگونه بود که در CF های نوع 2 جای گیرد و این سازه همچنین برای انجام ذخیره سازی در وسایل قابل حمل مثل دوربین های دیجیتالی مورد استفاده قرار میگرفت. در واقع سازه 1 اینچی یک سازه عملی بود که از میکرو درایوهای شرکت IBM نشات گرفته بودند. اما در حال حاضر، عموما فقط سازه یک اینچی نامیده میشوند. و این به دلیل آن است که تولید کنندگان دیگر نیز محصولات مشابهی تولید میکنند. همچنین سری 0.85 اینچی نیز وجود دارد که کارخانه توشیبا آن را برای استفاده در سیستم تلفن های همراه و کاربردهای مشابه عرضه کرده است. که از این سری محصولات میتوان SD/MMC های سازگار با دیسک های سخت را نام برد که برای کاربردهای ذخیره سازی تصویری تا ظرفیت 4 گیگا بایت بهینه شده اند.
اندازه طراحی نسبت به نوع عملکرد در نام گذاری قطعات بیشتر مد نظر قرار میگیرد. اسامی قطعات بیانگر عرض قطعه میباشد که روی دیسک مندرج شده است. یک درایو 5.25 اینچی دارای عرض وافعی 5.75 اینچ است و یک درایو 3.5 اینچی به عرض 4 و 2.5 اینچی با عرض 2.75 میباشد. یک درایو 1.8 اینچی میتواند اجزای مختلفی داشته باشد که به نوع کاربرد و عوامل ساخت آن بستگی دارد. یک درایو نوع PCMCIA عرض 54 میلی متری دارد در حالیکه درایو ATA-7LIF عرض 2.12 اینچی دارد.
دیسک های سخت زمانیکه دارای ارتفاعی معادل 3.25 اینچ باشند یک دیسک سخت با ارتفاع کامل نامیده میشوند. و با ارتفاع 1.625 اینچ دارای ارتفاع نیم هستند. یک هارد با ارتفاع کم یا مقطع کوچک ارتفاع حدود 1 اینچ دارد. درایوهای با مقطع خیلی کوچک ارتفاعی حدود 0.75 اینچ، 0.65 اینچ و 0.4 اینچ و یا 0.37 اینچ دارند. |