با ساختار هارددرایو ، پلاتر، هد، شیار و سکتور و کمیت‌های مهم در تخمین سرعت هارد آشنا شوید

شب‌هنگام در سکوت مطلق احتمالاً صدای تیک هارددرایو لپ‌تاپ یا کامپیوتر خود را شنیده‌اید! صدای تیک هارد و ساختار پلاتر و هد و تعاریفی مثل سکتور و شیار مباحث این مقاله‌ی بخش دانش‌نامه است.

در ابتدا به این نکته دقت کنید که این مقاله صرفاً بخشی از دانش‌نامه‌ی اینتوتک نیست بلکه برای خرید یک هارددیسک خوب هم می‌توانید از آن استفاده کنید.

نکته‌ی دیگر اینکه هارد دیسک درایو که به اختصار HDD گفته می‌شود، درایوی متشکل از هارددیسک‌های دوار است. بهتر است بگوییم هارد دیسک درایو یا هارد درایو اما اصطلاح هارددیسک هم کاملاً مصطلح شده و به هارددرایوهایی که می‌شناسیم اطلاق می‌شود.

صدای تیک و نویز هارددرایو کاملاً طبیعی است

صدای تیک هارددیسک شاید به اندازه‌ی تیک و تاک ساعت بلند نباشد اما احتمالاً موافقید که گاهی روی اعصاب راه می‌رود! و از آن گذشته گاهی نگران‌کننده است. این نگرانی را کسانی که تازه لپ‌تاپ خریده‌اند، به وفور تجربه می‌کنند، احتمالاً با خودشان می‌گویند نکند هارددرایو یا قطعه‌ی دیگری مشکل دارد و ممکن است به زودی خراب شود؟

در SSDها که دیسک‌های حالت جامدی از همان جنس آشنای رم و فلش‌مموری و کارت حافظه‌هایی مثل eMMC هستند، چنین نجوای متناوبی را نمی‌شنویم.

در ادامه به ساختار هارددیسک، پلاتر، هد و تاریخچه‌ای مختصری از آن می‌پردازم.

درون یک هارددیسک ساده چه می‌گذرد؟

در تصویر زیر نمای ساده‌ای از محتویات هارددرایو‌ را مشاهده می‌کنید. چند دیسک مغناطیسی گردان (Discs) که بیشتر با نام پلاتر شناخته می‌شود ، هد یا هدهایی برای خواندن و نوشتن که به E Block متصل شده‌اند و توسط Actuator جابجا می‌شوند، بخش‌های اصلی هارددیسک را تشکیل می‌دهند.

طبعاً برای محاسبات و انتقال داده‌ها، برد الکتریکی هم نیاز است و در نهایت قابی که برد الکتریکی و دیسک‌های مغناطیسی گردان را نگه دارد.

برد کنترل موتوری که پلاتر را می‌چرخاند، به دست می‌گیرد؛ حرکت هد را کنترل می‌کند و در نهایت اینکه پل ارتباطی رم و پردازنده با پلاترهای حاوی داده است.

حرکت هد همان چیزی است که صدای عجیب هارددرایوها را در اتاق ساکت ما طنین‌انداز می‌کند. سرعت هد بسیار زیاد است به طوری که در یک ثانیه ممکن است 50 بار از حاشیه‌ی پلاتر به مرکز آن جابجا شود!

در برخی هارددرایوها برای هر پلاتر، یک هد وجود دارد و در برخی دیگر از دو سمت پلاتر برای ذخیره کردن داده استفاده می‌شود و دو هد وجود دارد و ظرفیت هارددیسک هم با تعداد هدها متناسب است نه تعداد دیسک یا همان پلاتر.

تقسیم‌بندی پلاتر به سکتور، کلاستر، ترک و بلاک

در تصویر زیر هر 4 واژه‌ی موردبحث نمایش داده شده است؛ دقت کنید که Stroke همان محدوده‌ای است که هد باید جابجا شود تا به تمام سطح دیسک سخت دسترسی داشته باشد:

روی Platter ماده‌ی مغناطیسی وجود دارد که کار آن ذخیره کردن داده به صورت 0 و 1 است. اطلاعات ما به شکل Sector که بخشی از Track است روی هارددیسک ذخیره می‌شوند. ترک بخشی دایره‌ای شکل از سطح مغناطیسی دیسک است و سکتور بخشی کوچک‌تری به شکل قطاع است. هر سکتور ممکن است شامل تعدادی بایت مثل 256 یا 512 بایت باشد و معمولاً سکتورها با هم ترکیب می‌شوند تا یک Cluster را ایجاد کنند.

دقت کنید که در برخی هارددیسک‌ها، سکتورهایی شیارهای که در حاشیه واقع شده‌اند، بیشتر از سکتورهای شیارهای نزدیک به مرکز است:

در دسترسی به داده‌های روی یک درایو، ابتدا پلاتر و هد مشخص می‌شود، مرحله‌ی بعدی انتخاب ترک یا همان شیار است. در قدم آخر هم سکتور قرار می‌گیرد. در هارددیسک‌ها کوچک‌ترین بخش قابل دسترسی است، سکتور است.

مثلاً برای دو کلمه‌ی ساده که در تصویر زیر پشت سر هم آمده‌اند، دو سکتور متوالی از یک پلاتر استفاده می‌شود.

این ساختار نسبتاً ساده به دهه‌ی 1980 بر‌می‌گردد و این روزها هارددرایو‌ها به قدری پیچیده شده‌اند که دیگر نمی‌توان گفت که موقعیت سکتورهای روی دیسک و ترتیبشان به چه صورت است.

مروری بر تاریخ

جالب است بدانید که در سال 1956، کامپیوتر RAMAC 305 کمپانی IBM هارددرایوی متشکل از 50 پلاتر بود و فضایی به اندازه‌ی دو یخچال اشغال می‌کرد. اما ظرفیت آن فقط و فقط 5 مگابایت بود! در این کامپیوتر 400 هزار دلاری، درایو هارددیسک عرضی در حدود 61 سانتی‌متر داشته حال آنکه این روزها می‌توان یک حافظه‌ی فلش چند ده گیگابایتی را در فلش‌درایو بسیار کوچک تجربه کرد.

جنس پلاتر از شیشه یا آلومینیوم است و مواد مغناطیسی روی آن برای ذخیره کردن 0 و 1 کاربرد دارد.

SSDها و سایر حافظه‌های مبتنی بر فلش، قطعه‌ی متحرکی مثل هد ندارند و از این رو نسبت به ضربه مقاومت بسیار بالاتری دارند.

پلاتر و انواع آن و بررسی سرعت عمل پلاترهای مختلف

سرعت دورانی پلاتر اثر مستقیم روی سرعت خواندن و نوشتن داده روی هارددرایو دارد. قطر پلاتر هم اثر زیادی روی سرعت خواندن و نوشتن دارد، اما رابطه‌ی آن مستقیم نیست.

رابطه‌ی مستقیم به این معنی است که اگر سرعت هارددرایو 2.5 اینچی در حالت نوشتن داده برابر با 25 مگابایت بر ثانیه باشد، سرعت مدل مشابه با سرعت مشابه اما پلاتر 3.5 اینچی، 35 مگابایت بر ثانیه نیست.

دقت کنید که اعداد فوق فقط مثال نیست، تقریباً سرعت هارددیسک‌های امروزی در همین حد است. البته اگر از یک هارد سریع داخلی یا اینترنال، فایل بزرگی را به هارد دیگر و مشابهی منتقل کنید، ممکن است به ارقامی در حد 140 مگابایت بر ثانیه هم برسید ولیکن سرعت متوسط یک هارددیسک 3.5 اینچی با سرعت 7200 دور بر دقیقه، حدود 80 مگابایت بر ثانیه است.

دو دسته‌ی بسیار پرکاربرد هارددرایوها مشخصات زیر را دارند:

هاردهای اکسترنال به دلیل سرعت پایین‌تر و پلاتر کوچک‌تر، توان مصرفی پایین‌تری دارند و می‌توان آن را از طریق پورت USB تأمین کرد اما هارددیسک‌های 3.5 اینچی، معمولاً به آداپتوری برای تأمین توان مصرفی نیاز دارند و در مقابل قیمت و سرعت بهتری دارند.

SSDها هم معمولاً در ابعاد مشابه هارددیسک‌های 2.5 اینچی تولید می‌شوند، در تصویر زیر این دو دسته‌ی ابعادی را قیاس کنید:

نمونه‌ای از آداپتور یا تبدیل 2.5 اینچ به 3.5 اینچ برای نصب درایوهای کوچک در کیس‌هایی که فقط جایگاه نصب درایوهای 3.5 اینچی دارند را در تصویر زیر ببینید:

کش یا بافر در هارددرایو و اثر آن بر عملکرد

هارددیسک‌های امروزی همگی شامل بخشی به اسم کش هستند. کش در دسترسی سریع به فایل‌های پرکاربرد و کوچک بسیار موثر عمل می‌کند. وقتی داده‌ای در کش پردازنده وجود ندارد و روی حافظه‌ی رم هم قرار نگرفته، وظیفه‌ی هارددیسک است که داده‌ی مورد نظر را به پردازنده برساند. اگر داده روی کش هارددیسک موجود باشد، سرعت عمل سیستم بالا می‌رود.

در هرم دسترسی به حافظه، تأخیر هارددیسک بسیار بیشتر از رم و کش پردازنده است که سرعت کلی پردازش را به شدت کاهش می‌دهد. کش هارددیسک کمک زیادی به حل مشکلات اینچنینی می‌کند.

دقت کنید که کش 32 مگابایتی در هارددیسک‌های چند سال پیش متداول بود و این روزها مدل‌هایی با کش 64 مگابایت، متداول شده‌اند و دیگر اینکه کش دو برابر به معنی عملکرد دو برابر نیست و تنها چند درصد روی سرعت کلی سیستم موثر است.

به خرابی هارددیسک هم توجه کنیم!

نمی‌توان گفت که یک محصول، هر چه که باشد، چه قدر عمر می‌کند. اما نگاه آماری در خرید محصولی که قابل اعتمادتر باشد، مفید واقع می‌شود. از این رو مقالاتی مثل مورد زیر، کمک زیادی به انتخاب بهترین برندها و مدل‌ها می‌کند:

اینتوتک