هارد درایو چیست و چگونه کار می نماید؟ - پیوند تجارت

به گزارش پیوند تجارت، به طور روزمره مدام از هارد درایوهای مختلف به منظور پیش بردن کارهای کامپیوتری خود استفاده می کنیم، اما آیا برای تان تا به حال سوال شده که چگونه اطلاعات روی هارد درایو ذخیره می گردد؟ به زبانی ساده تر، چطور اطلاعات روی هارد درایو نوشته و در مرحله بعدی مجدد خوانده می گردد؟

به طور معمول در یک لپتاپ 500 دلاری، فضای ذخیره سازی SSD 256 گیگابایتی در نظر گرفته می گردد و کلی دیتای مختلف را می توان روی این مدل هارد درایو قرار داد. با این حال در این مطلب می خواهیم به این موضوع بپردازیم که چطور اطلاعات شما روی هارد ذخیره می گردد. در پاسخ کوتاه می توان این طور اعلام کرد که هارد درایو نصب شده روی سیستم شما از مغناطیس برای ذخیره اطلاعات استفاده می نماید. وقتی این مسئله را با سی دی مقایسه می کنیم، این رویکرد می تواند کارآمدتر باشد. در حقیقت اگر می خواستیم همچنان اطلاعات حجیم خود را روی سی دی رایت بزنیم، به مرور زمان با تعداد بسیار زیادی از سی دی ها روبه رو می شدیم که هم نگهداری از آنها کار سختی بود و هم خرید سی دی های جنس خوب هزینه بر به نظر می رسد.

اس اس دی اینترنال وسترن دیجیتال مدل Green WDS240G2G0A ظرفیت 240 گیگابایت

729,000

تومان

اس اس دی اینترنال ام اس آی مدل SPATIUM M390 NVMe M.2 ظرفیت 250 گیگابایت

1,395,000

تومان

خرید حافظه اس اس دی از پیوند تجارت

مشاهده همه

چگونه هارد درایو کار می نماید؟

برای فهم کامل درباره یک هارد درایو، شما باید از لحاظ فیزیکی با این قطعه آشنا شوید. به طور کلی، درون یک هارد درایو قطعات دیسک وجود داشته و در بالای این اجزا، فضایی در حد چند میلیمتر وجود دارد. به این دیسک ها، بشقاب (Platter) هم گفته می گردد. این بشقاب ها به صورت یک سطح بسیار صاف و آینه ای پولیش شده و می توانند مقدار زیادی اطلاعات را روی آن قرار داد.

در بخش بعدی، ما بازو را داریم. این جزء اطلاعات روی دیسک را خوانده و رایت می زند. این بازو مدام از بخش مرکزی به لبه دیسک رفته و اطلاعات را به وسیله سرهای بسیار کوچکی که دارد خوانده یا می نویسد. بازو به طور میانه در درایوهای خانگی می تواند تقریبا 50 بار در ثانیه نوسان داشته باشد. این عدد در بسیاری از ماشین ها با مشخصات بالا و بعلاوه دستگاه هایی که به منظور محاسبات پیچیده استفاده می شوند می تواند به هزاران هم افزایش پیدا کند.

برای فهم بهتر، برای هارد درایوهایی که روی دور RPM 5400 اجرا می شوند، بازو در هر ساعت 62 مایل حرکت می نماید. بعلاوه، بازو تنها 10 نانومتر دورتر از بشقاب قرار داشته و بازو باید در این فاصله بسیار اندک، اطلاعات را خوانده یا روی بشقاب رایت بزند. هارد درایوها برای انجام این فرایند از مفهوم مغناطیس استفاده می نمایند. برای فهم بیشتر این که چطور هارد درایو کار می نماید باید چند مفهوم پایه ای را با یکدیگر آنالیز کنیم.

تشریح اثر مغناطیس در عملکرد هارد درایو

قبل از این که وارد هارد درایوها شویم، بهتر است درباره مفاهیمی صحبت کنیم که هارد درایو به وسیله آنها اطلاعات را ذخیره می نماید.

به زبان بسیار ساده، هارد درایوها از قابلیت فرومغناطیس برای ذخیره تمامی فایل های شما در چند ثانیه استفاده می نمایند اما شاید این سوال در همین الان در فکر تان شکل گرفته که فرومغناطیس چیست؟

احتمالا شما هم قبلا به واسطه درس های علوم تجربی با این آزمایش روبرو شده اید که چند تکه کاغذ را در جوار یک مغناطیس قرار داده تا در نهایت کاغذها قابلیت مغناطیسی پیدا نمایند. این رفتارِ فلزات خاصی است که وقتی نزدیک آهنربا قرار می گیرند، ویژگی های مغناطیسی پیدا می نمایند. از این مواد به عنوان فرومغناطیس یاد می نمایند. این تغییر در ویژگی ِ آهن های مذکور برای ذخیره سازی اطلاعات روی هارد درایو استفاده می گردد.

با این که بشقاب روی درایو شبیه به یک آینه زیر یک سطح است، بشقاب از میلیاردها دانه ریز تشکیل شده است. این دانه ها در واقع ویژگی های ذاتی شبیه به همان تکه های کاغذ در آزمایش های دوران دبیرستان هستند و می توانند اطلاعات مغناطیسی را در جوار یک میدان مغناطیسی ذخیره نمایند. برای ذخیره اطلاعات، این دانه ها می توانند دو حالت مختلف داشته باشند و این حالات به عنوان لحظات مغناطیسی شناخته می شوند.

علاوه بر این مورد، برخلاف تکه های کاغذ، مقدار دانه ها بسیار کوچک بوده و یک اینچ مربع از بشقاب می تواند صدها گیگابایت اطلاعات را ذخیره کند. بنابراین، یک الکترومغناطیس با یک سر بسیار کوچک به منظور نوشتن اطلاعات روی این دانه های کوچک مورد استفاده قرار می گیرد. در ادامه، به این مسئله می پردازیم که چطور اطلاعات با استفاده از یک الکترومغناطیس روی این دانه های مذکور نوشته می شوند.

نحوه نوشتن اطلاعات روی هارد درایو

فرض کنید که کامپیوتر شما می خواهد یک فایل را روی هارد درایوتان ذخیره کند. این اطلاعات در واقع شماری از اعداد صفر و یکی هستند که جهتِ جریان را در سرِ نوشتن تغییر می دهند. به علت تغییر حالت جاری، قطبیتِ الکترومغناطیس، یک میدان مغناطیسی متفاوتی را در بشقاب زیر خود القا می نماید. همین تفاوت ها در میدان های مغناطیسی روی بشقاب است که لحظات مغناطیسی مختلفی را در دانه ها ایجاد می نماید.

بنابراین، اگر سیستم شما تصمیم به ذخیره اطلاعات 1 را دارد، دانه مورد نظر باید یک لحظه مغناطیسی متفاوتی در مقایسه با اطلاعات 0 داشته باشد. این تفاوت ها در ویژگی های مغناطیسی دانه ها به هارد درایو قدرت می دهد تا اطلاعات را ذخیره کند.

درک روش های مختلف ذخیره سازی اطلاعات روی یک بشقاب

انسان ها در حال فراوری اطلاعات دیجیتالی به مراتب بیشتر از گذشته هستند. در واقع، در سال 2021 میلادی بیشتر از 75 زتابایت اطلاعات فراوری شده، ذخیره شده، کپی شده و حتی در سطح جهانی مصرف شده است. به همین ترتیب، بر اساس اعداد سرسام آوری که پیش تر به آن اشاره شد، هارد درایوها باید اطلاعات بیشتری را نسبت به قبل در خود ذخیره نمایند. به همین علت، دانه های موجود بر سطح بشقاب ها، باید کوچک تر ساخته شده و تا جایی که ممکن است نسبت به هم نزدیک تر باشند.

با کوچک تر ساختنِ دانه ها، چالش ها و مسائل جدیدی هم بروز پیدا می نماید. برای مثال دانه های کوچک می توانند اطلاعات مغناطیسی را به علت فاکتورهای محیطی راحت تر از دست دهند. بنابراین، لحظات معناطیسی باید در آرایش متفاوت نظم پیدا نموده تا این مشکل حل گردد.

در ادامه چند روش متفاوت برای ذخیره سازی اطلاعات روی بشقاب ها مطرح می گردد:

ضبط مغناطیسی طولی

همان طور که از نام این روش برمی آید، ضبط مغناطیسی طولی (LMR) به طور طولی اطلاعات را ذخیره می نماید. این روش یعنی دوقطبی های مغناطیسی همان آرایشی را دارا هستند که سرِ بازو در حین حرکت برای نوشتن دارد. با این که روش LMR کارایی خوبی دارد، مقدار دوقطبی ها روی هارد درایو با بهره برداری از فناوری LMR فضای بسیار زیادی را می گیرد. به همین علت، یک تراکمی از 100 گیگابایت به ازای هر اینچ مربع به وسیله LMR انجام می گردد.

ضبط مغناطیسی عمودی

ضبط مغناطیسی عمودی (PMR) که به ضبط مغناطیسیِ مرسوم هم معروف است، نسبت به روش LMR فضای ذخیره سازی بیشتری را ارائه می دهد. علت این افزایش، تفاوت در آرایش دوقطبی های مغناطیسی است. اطلاعات در روش LMR به طور طولی ذخیره شده اما در فناوری PMR، دوقطبی ها به صورت عمودی نظم پیدا می نمایند. بنابراین، دو قطبی ها روی یک درایو PMR نسبت به حرکت سر بازو در حین نوشتن، عمود است. این تغییر در نظم بخشی موجب افزایش تراکم اطلاعات می گردد. به همین ترتیب، هر دو قطبی فضای کمتری در مقایسه با دو قطبی مورد استفاده در تکنولوژی LMR می گردد. به همین علت، در روش PMR می توان یک تراکم 300 الی 400 گیگابایتی را در هر اینچ مربع قرار داد.

ضبط مغناطیسی پوششی

همان طور که قبلا به آن اشاره شده، اطلاعات روی دانه های ریزی درون هارد درایو ذخیره می گردد. این دانه های ذخیره نماینده اطلاعات در یک مدار حلقوی روی هارد درایو قرار می گیرند. در واقع این مدار و مسیرها هستند که سر بازو برای نوشتن و ذخیره اطلاعات روی آن حرکت می نمایند. با این که این مسیرها نزدیک به یکدیگر در فناوری های PMR و LMR قرار داده شده اند، این مسیرها با یکدیگر هم پوشانی ندارند. اگر هم پوشانی رخ دهد، مسائلی در حین خوانش اطلاعات می تواند رخ دهد. در روش ضبط مغناطیسی پوششی (SMR)، مسیرها با یکدیگر هم پوشانی داشته تا مقدار اطلاعاتی که می تواند روی یک درایو ذخیره گردد افزایش پیدا کند. به علت هم پوشانی مسیرها، فناوری SMR موجب افزایش تراکم ذخیره سازی تا 25 درصد می گردد.

ضبط مغناطیسی به یاری حرارت

با این که تغییر از فناوری LMR به PMR موجب افزایش حیاتی در مقدار اطلاعاتی که می تواند روی یک هارد درایو ذخیره گردد شده، این فناوری همچنان برای ابر شرکت هایی نظیر گوگل، فیس بوک، مایکروسافت و آمازون که حداقل 1200 پتابایت اطلاعات دارند کافی نیست. بنابراین، برای افزایش تراکم اطلاعات موجود روی هارد درایو، روشی تحت عنوان ضبط مغناطیسی با یاری حرارت (HAMR) ابداع شده است. این فناوری در حقیقت بشقاب را با استفاده از لیزرهایی حرارت داده تا دانه ها بتوانند در نزدیکی یکدیگر قرار گرفته تا اطلاعاتی که آنها ذخیره می نمایند به علت عوامل محیطی از دست نرود. به علت این پیشرفت، هارد درایوهایی که از تکنیک HAMR بهره برداری می نمایند، در هر اینچ مربع می توانند بیش از 2 ترابایت اطلاعات را ذخیره نمایند.

علاوه بر نحوه آرایش و نظمِ دوقطبی ها، این که هارد درایو شما چطور پارتیشن بندی می گردد هم روی عملکرد اثرگذار خواهد بود.

خوانش اطلاعات از هارد درایو

حالا که متوجه شده ایم چطور اطلاعات روی هارد درایوها نوشته می گردد، در مرحله بعدی به این موضوع می پردازیم که چطور هارد درایو می تواند اطلاعاتِ نوشته شده را بخواند.

همان طور که در تصویر زیر قابل رویت است، هارد درایو از مجموعه ای از مسیرها تشکیل شده است. همان طور که اشاره نموده ایم این میسرها هستند که اطلاعات را ذخیره می نمایند. وقتی شما یک فایل را روی کامپیوتر ذخیره می کنید، سرِ نوشتنیِ بازو در بخشی از این مسیر، عملیات نوشتن را انجام داده و هارد درایو محل فایل را به خاطر خواهد داشت.

وقتی شما فایل را باز می کنید، پردازنده (CPU) از هارد درایو تقاضا می نماید تا همین کار را انجام دهد. هارد درایو بازو را در همان مسیری قرار می دهد که اطلاعات قبلا در آن بخش نوشته شده بود.

در این بخش است که سرِ خوانشِ هارد درایو باید عملکرد خود را نشان دهد. درست همچون سرِ نوشتنِ هارد، یک الکترومغناطیس بسیار بزرگ (GMR) برای سر خوانش وجود دارد. اگرچه، برخلافِ سر نوشتن که میدان مغناطیسی را القا می نماید، سر GMR تغییرات را در میدان های مغناطیسی روی بشقاب شناسایی می نماید. به علت این ویژگی ها در سر خوانش، این سر می تواند اطلاعات را از بشقاب بخواند. همین فرایند های خواندن و نوشتن اطلاعات است که موجب می گردد سر و صدای خاصی از هارد درایو به گوش برسد. البته ناگفته نماند سر و صدای هارد درایو در حد نویز با فرکانس کم طبیعی است. اگر شدت صدای نویز بیشتر از حالت مرسوم باشد، محتمل است هارد درایو در خواندن اطلاعات با مسائلی روبه رو شده است.

SSD یا HDD؛ کدام هارد برای خرید بهتر است؟

هارد درایوهای حالت جامد یا SSD از لحاظ تکنولوژی مدرن تر از HDD هستند. SSDها سرعت خواندن و نوشتن بیشتری را به کاربر ارائه می دهند و این موضوع قطع به یقین به نفع کاربر است تا با صرف هزینه بیشتر، امکانات و راحتی بهتری را برای خود فراهم کند. با این حال، می توان با خریداری SSD با ظرفیت حجم کمتر، در هزینه هم تا حدودی صرفه جویی کرد.

با تمام این تفاسیر، اگر مجموعه و کالکشن عظیمی از بازی های ویدیویی را در اختیار دارید که چند ترابایت حجم را روی هارد درایو اشغال می نماید، همچنان برترین تصمیم، خرید یک هارد درایو مکانیکی است تا ضمن هزینه کمتر، حجم بیشتری از اطلاعات را در اختیار خود داشته باشید. با این حال، باید مراقبت و اقدامات لازم را برای SSD و HDD به کار بگیرید تا هارد درایو برای مدت زمان طولانی سالم باقی بماند.

منبع: makeuseof

منبع: دیجیکالا مگ