دیسک سخت
از ویکیپدیا، دانشنامهٔ آزاد
 |
این مقاله به تمیزکاری نیاز دارد. لطفاً آن را تا جایی که ممکن است از نظر املا، انشا، چیدمان و درستی بهتر کنید. سپس این الگو را از بالای مقاله حذف کنید. محتویات این مقاله ممکن است غیرقابل اعتماد و نادرست یا جانبدارانه باشد یا قوانین حقوق پدیدآورندگان را نقض کرده باشد. |
دیسک سخت (hard disk) یکی از قطعات رایانه است.
دیسک سخت 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/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 ۱۰ تا ۲۵ میلیونم اینچ از سطح صفحهای که عموماً ۳۶۰۰ تا ۲۷۰۰ دور در دقیقه میزند فاصله داشته باشد بنایراین حجم دادههای قابل ذخیره سازی وسرعت دستیابی به آنها نسبت به فلاپیدیسکها بسیار بیشتر است . در ديسكهاي سخت جديد كه به آنها دوربالا نيز گفته مي شود، سرعت چرخش ديسك به 10000 دور در دقيقه مي رسد. ظرفيت ديسك هاي سخت به مراتب از فلاپي ديسك ها بيشتر بوده و هر روز به ظرفيت آنها افزوده ميشود به عنوان مثال امروزه ظرفيت متوسط ديسك هاي سخت در حدود 700 گيگا بايت است. در دیسک های سخت چند صفحه دیسک جای داده میشود تا دیسک گردان بتواتند به بیش از یک صفحه دستیابی داشته باشد.
فهرست مندرجات |
[ویرایش] تکنولوژی ساخت
يک ديسک سخت اطلاعات را روی يک يا چند ديسکت مدور تخت که صفحه ناميده میشوند ذخيره میکند. صفحات بر روی يک محور استوار میشوند در حاليکه در بين هر صفحه يک جدا کننده يا اسپيسر و در انتهای پايينی آن محور موتور قرار دارد. برای خواندن و نوشتن بر روی سطح صفحات ، درايو از يک قطعه کوچک الکترو مغناطيسی استفاده میکند که يک سر اين قطعه در انتهای بازوی محرک واقع شده است و هر سر آن روی سطح صفحه میباشد. صفحات با سرعت بسيار بالايي در حال چرخش هستند تا به نوک های بازوی محرک اجازه حرکت سريع را بدهند. در مقابل نوک ديگر بازوی محرک مرکز چرخش بازوست و در قسمت انتهايي آن يک پيچک صدا وجود دارد که سر بازو را حرکت میدهد. بالا و پايين هر پيچک صدا(پيچ تنظيم) يک آهنربای زمين شده قرار دارد که اين عمل باعث میشود سر بازو به قسمت مرکزی و يا به سمت نوار کناری ديسک به صورت شعاعی حرکت کند.
قسمت کنترل کننده ديسک از يک مبدل آنالوگ به ديجيتال برای کنترل جريان الکتريکی استفاده میکند که از طريق ييچ تنظيم که در بازوی محرک قرار دارد اين عمل صورت می گيرد.پيچ تنظيم به صورت يک آهنربای مغناطيسی عمل میکند و يک ميدان مغناطيسی توليد میکند که اين ميدان متقابلا بر ميدان مغناطيسی ايجاد شده توسط مغناطيس کنندههای موجود در بالا و پايين پيچ تنظيم تاثير می گذارد و اين فرآيند باعث میشود تا پيچ تنظيم بتواند بازوی محرک و در نتيجه نوک ديگر متصل به بازوی محرک را به حرکت در آورد.بنابر اين اگر پيچ تنظيم از يک انتها به سمت جلو فشرده شود ، قطعه از سمت بالايي به سمت مرکز ديسک و اگر از انتهای ديگر فشرده شود ، قطعه از قسمت بالايي به سمت لبههای ديسک حرکت میکند. مبدل ديجيتال به آنالوگ باعث میشود که کنترل کنندههای ديسک در يک مرحله بسيار کوچک و مستقيما به سمت سرها حرکت کنند.
صفحات از مواد غير مغناطیسی مثل آلومینیوم و شیشه ساخته شده اند و با یک لایه بسیار نازک مغناطیسی پوشانده شده اند. دیسکهای قدیمی ازاکسید آهن3 به عنوان ماده مغناطیس کننده استفاده شده در حالیکه در دیسکهای امروزی از آلیاژهای کبالت استفاده میشود.
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 درایو های 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 میکنندکه 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 توسطآهنربای الکتریکی استفاده میکنند.نسخههای اخیر شامل نوکهای القایی ،نوکهای 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 معمولاً از نوع مقاومت مغناطیسی است در حالیکه المان نوستنی از نوع غشای نازک القایی است.[۱].
ساختار دیسکهای 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 دیسکهای 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 دیسکهای سخت اجازه میدهد تاتوسط 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 دیسکهای 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[۲].در هارد درایو موبایلها و لپ تاپها که از نظر فیزیکی کوچکتر از کامپیوتر های شخصی هستند لزوما کم حجمتر و کند تر هستند. در سال 1990 حداکثر چرخش 4200 دور در دقیقه بود[۳].در سال 2007 هارد درایو نمونههایی از تلفن های همراه با سرعت چرخش 5400 دور در دقیقه و با هزینهای بسیار ناچیز موجود میباشد.
[ویرایش] ظرفيت و سرعت دسترسی
افزایش نمایی وار در حافظه دیسکها و سرعت دسترسی به اطلاعات در هارد درایوها به تولید کنندگان تجاری قابلیت تولید دیسکهای 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 [۴]. به علاوه وجود تعداد زیادی از چیپهای ذخیره سازی بستر مناسیب را برای تنوع سیستمهایی 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 شرکتهای بزرگی همچون گوگل سفارش داده شده است.
روش اصلی برای کاهش زمان دسترسی به اطلاعات افزایش سرعت چرخش میباشد. در حالسکه راه اصلی برای افزایش ظرفیت ذخیره سازی افزایش چگالی سطحی است. نائب رئيس شرکا سی گیت تکنولوژی رشد آتی در مورد چگالی دیسکهارا به اندازه 40% در هر سال پیش بینی کرده است. .[۵]
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 درایئ 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.[۶] هیتاچی از آن زمان با تولید دیسکهای سخت 1 ترا بایت به شرکتهای سامسونگ و سی گیت پیوست. .[۷]
| اسامی استاندارد | پهنا | بیشترین ظرفیت تا تاریخ(2007) | صفحات(حداکثر مقدار) |
|---|---|---|---|
| 5.25" FH | 146 mm | 47 GB [۸] | 14 |
| 5.25" HH | 146 mm | 19.3 GB [۹] | 4[۱۰] |
| 3.5" | 102 mm | 1.2 TB | 5 |
| 2.5" | 69.9 mm | 250 GB [۱۱] | 3 |
| 1.8" (PCMCIA) | 54 mm | 100 GB [۱۲] | |
| 1.8" (ATA-7 LIF) | 53.8 mm |
[ویرایش] 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 بیت ها 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 علامتهای اختصاری گزارش میکنند، البته با ترجمه آنها به صورت دودویی. برای مثال پیشوند الگو:مگا همچنین به صورت 2 (1048576) بیان میشود که تقریباً معادل 1000000 است. کاربردهای مشابه برای اندازههای بزرگتر با پیشوندهای دیگر به کار میروند.این نتایج در تفاوتهای محاسباتی بین سازندگان دیسکها به صورت ظرفیت و مشخصات سیستم بیان میشوند. این اختلاف در رنج های چند گیگا بایتی مشهود تر است. برای مثال الگو:ویندوز ماکروسافتظرفیت دیسکها 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 30065098بایتی 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.
[ویرایش] تاریخچه
سالها پیش دیسکهای سخت بسیار بزرگ و سنگین بودند و برای محیطهای 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 دیسکهای 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 دیسکهای بزرگ تجهیزات متحرک که گاهی به نام ماشینهای 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 ، دیسکهای سخت به طور رایج تا سال 1980 برای میکرو کامپیوتر ها 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 (کامپیوتر های شخصی شرکتIBM) با دیسکهای سخت تجهیز نشده بود.
بیشتر دیسکهای سخت میکرو کامپیوتر ها در اوایل سال 1980 تحت نام کارخانه سازنده اشان به فروش نمیرفتند مگر توسط شرکتOEMs آنهم به عنوان یک بخش از دستگاههای جانبی بزرگ ( مانند Corves Disk System و Apple Profile. کامپیوترهای نوع XTشرکت IBM شاما دیسک سخت داخلی بودند. و این روند شرووعی به سمت خرید دیسکهای خام ( حتی توسط سفارشات پستی )شد که به طور مستقیم و بی واسطه به سیستم وصل میشدند. تولید کنندگان دیسکهای سخت شروع به بازار یابی برای مصرف کنندگان ، همانند شرکت OEMs نمودند و در اواسط 1990 ، دیسکهای سخت در هر مغازه جزئی فروشی نیز یافت میشد.
زمانیکه دیسکهای داخلی یکی از گزینههای انتخاب کامپیوتر هتی شخصی شدند ، دیسکهای 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 کاملاً 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 کامپیوتر های قدیمی نیز بسیار مورد استفاده قرار میگرفتند مانند سری اپل 2 که به طور وسیعی در سرویسها 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 دسکهای خارجی در انواع کامپیوترهای شخصی بیشتر مورد توجه قرار گیرند به خصوص برای استفاده کنندگان از لپ تاپها ، کاربرهایی که از سیستم عامل لینوکس استفاده میکنند و همچنین کاربرهایی که می خواهند مقدار زیادی اطلاعات را بین دو یا چند منطقه مبادله کنند . بیشتر تولید کنندگان دیسکهای سخت امروزه دیسکها خود را با پورتهای خروجی دار می سازند.
[ویرایش] مشخصات دیسکهای سخت :
ظرفیت دیسک سخت معمولاً بر حسب گیگا بایت بیان میشود. هاردهای قدیمی تر که ظرفیت کمتری نیز داشتند بر حسب مگا بایت 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 واحد های 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 دیسمک سخت بر حسب اینچ بیان میشود. اکثر هارد درایوها که د رکامپیوتر های شخصی از آنها استفاده میشود حدود 3.5 اینچ عرض دارند و این در حالیست که لپ تاپها و کامپیوتر های قابل حمل حدود 2.5 اینچ عرض دارند. در اوایل سال 2007 کارخانجات تولید هارد، اقدام به فروش SATA و SAS های 2.5 اینچی برای استفاده در کامپیوتر های شخصی و اداری نمودند.
یک سازه رایج که امروزه به طور وسیعی از آن در ساخت اجرا کنندههای موسیقی و نوت بوکهااستفاده 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 وسسایل قابل حمل مثل دوربینهای 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 ، عموماً 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 تلفنهای همراه و کاربردهای مشابه عرضه کرده است. که از این سری محصولات میتوان SD/MMC های سازگار با دیسکهای 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 گذلری 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 دارددر حالیکه درایو ATA-7LIF عرض 2.12 اینچی دارد.
دیسکهای 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 ارتفتع 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.
[ویرایش] پانویسها
- ↑ IBM OEM MR Head | Technology | The era of giant magnetoresistive heads
- ↑ http://anandtech.com/storage/showdoc.aspx?i=2922&p=1 Review of Western Digital's fastest HDD as of February 2007
- ↑ The 1999 Disk/Trend Hard Disk Drive Report lists 81 mobile HDDs having rotational speeds ranging from 3,634 to 4,900 RPM with 44 models operating at 4200RPM
- ↑ Walter, Chip. "Kryder's Law", Scientific American, Verlagsgruppe Georg von Holtzbrinck GmbH, 25 July 2005. Retrieved on 2006-10-29.
- ↑ Seagate Outlines the Future of Storage :: Articles :: www.hardwarezone.com®
- ↑ Hitachi's 7K1000 Terabyte Hard Drive
- ↑ Seagate, Samsung Begin to Ship 1TB Desktop Hard Drives
- ↑ Seagate Elite 47, shipped 12/97 per 1998 Disk/Trend Report - Rigid Disk Drives
- ↑ Quantum Bigfoot TS, shipped 10/98 per 1999 Disk/Trend Report - Rigid Disk Drives
- ↑ The Quantum Bigfoot TS used a maximum of 3 platters, other earlier and lower capacity product used up to 4 platters in a 5.25" HH form factor, e.g. Microscience HH1090 circa 1989.
- ↑ WD Brings 250 GB HDDs to Notebooks. 070720 tomshardware.com
- ↑ Toshiba MK1011GAH - World's First 100 GB 1.8-Inch HDD. 070808 laptoping.com
