دیسک سخت یا هارد دیسک چیست و چگونه کار می‌کند؟

تقریبا همه رایانه‌های رومیزی یا اصطلاحا دسکتاپ و اکثر لپ‌تاپ‌ها دیسک سخت یا هارد دیسک دارند. اما هارد دیسک چیست و چگونه کار می‌کند؟ هارد دیسک نوعی رسانه ذخیره‌سازی کامپیوتری است. یعنی کامپیوتر، داده‌ها و اطلاعات کاربر را روی هارد دیسک ذخیره می‌کند. با این‌که هارد دیسک‌‌ها نسبتا قدیمی محسوب می‌شوند و طی دهه‌های گذشته رسانه‌های ذخیره‌سازی نوین‌تری مثل دیسک‌های نوری (CD، DVD و...) و درایوهای حالت جامد (SSD) سربرآورده‌اند، اما هارد دیسک‌ها همچنان جایگاه خود را حفظ کرده‌اند و هنوز هم معمولا جزء ثابت رایانه‌های شخصی هستند.

هارد دیسک برخلاف رم (RAM)، نوعی حافظه دائمی یا بلندمدت است، یعنی وقتی داده‌ای را در آن ذخیره کردید، حتی با خاموش شدن کامپیوتر و قطع شدن جریان برق نیز از هارد دیسک پاک نمی‌شود، مگر آن‌که خودتان بخواهید آن‌را حذف کنید و یا دیسک به علتی آسیب ببیند.

سیستم‌عامل، نرم‌افزارهای مختلف و فایل‌هایی که می‌سازید، همگی باید روی حافظه دائمی ذخیره شوند. اگر رایانه یا وسیله دیجیتال شما حافظه دائمی نداشته باشد، نمی‌توانید روی آن سیستم‌عاملی نصب کنید و اگر سیستم‌عامل نداشته باشد، هیچ برنامه‌ای روی آن نصب نمی‌شود و اصلا نمی‌توانید از دستگاه‌ استفاده کنید. لذا حتی گوشی‌های همراه نیز حافظه دائمی دارند (که البته هارد دیسک نیست). هارد دیسک از مطمئن‌ترین و باصرفه‌ترین رسانه‌های ذخیره‌سازی دائمی برای رایانه‌های شخصی و سرورهای شبکه است و برای پشتیبان‌گیری از اطلاعات‌ نیز به‌کار می‌رود.

دیسک‌های سخت یا هارد دیسک‌ها معمولا دو نوع هستند:

• هارد دیسک داخلی که درون جعبه یا کیس کامپیوتر نصب می‌شود
• هارد دیسک خارجی (اکسترنال) که محفظه مستقلی دارد و با کابل (عمدتاً USB) به رایانه متصل می‌شود

اجزای هارد دیسک

اگر می‌توانستید هارد دیسک رایانه‌تان را باز کنید، چیزی شبیه تصویر 1 بود. هارد دیسک اجزای مختلفی دارد. اجزای اصلی هارد دیسک عبارتند از:

• پلاترهای مغناطیسی: پلاترها صفحه‌های مغناطیسی گردی هستند که هر کدام ظرفیت ذخیره‌سازی مشخصی دارد. هر هارد دیسک معمولا دارای ستونی از چند پلاتر است. هر پلاتر مجموعه دایره‌های فرضی متحدالمرکزی دارد که به هر کدام‌شان یک ترک (track) می‌گویند. و هر ترک به قسمت‌های کوچکتری موسوم به سکتور (sector) تقسیم شده است.
• بازو: بازو قطعه‌ای است که با فاصله اندکی روی پلاترها معلق می‌ماند و هرگاه که می‌خواهید چیزی روی دیسک بنویسید یا چیزی از روی دیسک بخوانید، هد (head) را (که به‌ سر بازو وصل است) روی پلاتر مماس می‌کند. هر پلاتر بازوی خاص خود را دارد.
• موتور: موتور، پلاترها را با سرعت 4500 تا 15000 دور در دقیقه (بسته به نوع دیسک) می‌چرخاند تا داده‌ها در آن‌ها نوشته شوند. هرچه سرعت چرخش پلاترها بیشتر باشد، ذخیره و بازیابی داده‌های‌شان نیز سریع‌تر خواهدبود.

هارد دیسک چگونه کار می‌کند: نحوه ذخیره و بازیابی داده‌ها

هر پلاتر میلیاردها سلول دارد که هر کدام‌شان را یک بیت (bit) می‌نامند. این بیت‌ها می‌توانند مغناطیسی شوند و یا از حالت مغناطیسی درآیند. وقتی یک بیت مغناطیسی می‌شود، ارزش منطقی آن 1 است و وقتی به وضعیت عادی بازمی‌گردد، ارزش منطقی آن صفر است. داده‌های دیجیتال به‌شکل همین صفر و یک‌های دیجیتال ذخیره و بازیابی می‌شوند.

وقتی رایانه می‌خواهد داده‌ای را از هارد دیسک بخواند، هارد دیسک با مراجعه به نقشه خود تشخیص می‌دهد که داده موردنظر در کدام پلاتر و در چه سکتورهایی ذخیره شده است. موتور، پلاتر مربوطه را می‌چرخاند و بازو به نقطه موردنظر روی پلاتر حرکت می‌کند. هدی که به بازو متصل است، بیت‌های مغناطیسی روی پلاترها را تشخیص می‌دهد و آن‌ها را به داده‌های قابل‌فهم برای رایانه تبدیل می‌کند.

وقتی رایانه می‌خواهد داده‌ای را روی هارد دیسک ذخیره کند، هد این‌بار وضعیت مغناطیسی بیت‌های پلاتر را تغییر می‌دهد و داده‌های مربوطه در آن بیت‌ها ذخیره می‌شوند. وقتی داده‌ای را از روی هارد دیسک پاک می‌کنید، آن بیت‌ها به وضعیت ابتدایی خود بازمی‌گردند.

آیا پردازنده، داده‌ها را مستقیما از هارد دیسک فراخوانی می‌کند؟

قاعدتاً خیر. هارد دیسک برای این منظور حافظه کندی محسوب می‌شود. پردازنده بسیار سریع است و لذا باید با حافظه سریعی در ارتباط باشد تا داده‌های موردنظرش را از آن حافظه فراخوانی کند. کار حافظه رم (RAM) همین است. رم برخلاف هارد دیسک، حافظه‌ موقت و فرّاری است، یعنی اگر برق رایانه قطع شود، همه داده‌های رم پاک می‌شوند؛ اما در عوض بسیار سریع‌تر از هارد دیسک است. لذا داده‌‌هایی که باید پردازش شوند، ابتدا از هارد دیسک به حافظه رم می‌روند و پردازنده، آن‌ها را از حافظه رم برمی‌دارد. البته حافظه رم باز آنچنان سریع نبود که پابه‌پای پردازنده پیش برود. به‌همین علت حافظه سریع‌تری موسوم به حافظه نهان یا حافظه پنهان یا حافظه کش (cache memory) نیز ساخته شد تا زمان انتظار پردازنده‌ را باز هم کاهش دهد. اما حافظه نهان، گران‌قیمت است و لذا ظرفیت محدودی دارد.

داده‌هایی که باید پردازش شوند، ابتدا از هارد دیسک به حافظه رم می‌روند. سپس آن‌بخش از داده‌هایی که احتمالا زودتر توسط پردازنده فراخوانده خواهندشد، به حافظه نهان منتقل می‌شوند تا پردازنده سریع‌تر به‌آن‌ها دسترسی یابد (تصویر 2).

نکته: به حافظه رم، حافظه اصلی هم می‌گویند. همچنین به حافظه‌های دائمی مثل هارد دیسک، حافظه ثانویه نیز می‌گویند.

رابط‌ هارد دیسک چیست و چه کاری انجام می‌دهد؟

هارد دیسک‌ باید با بورد اصلی در ارتباط باشد تا بتواند با برخی از اجزای رایانه از جمله حافظه رم، داده تبادل کند. به مجموعه‌ کابل‌ها، کانکتورها و استانداردهایی که هارد دیسک را به بورد اصلی رایانه متصل می‌کنند، رابط (interface) می‌گویند. برای ارتباط هارد دیسک با رایانه رابط‌های مختلفی ارائه شده‌اند. وقتی هارد دیسک جدیدی می‌خرید ابتدا باید بدانید که آیا بورد اصلی رایانه‌ با رابط هارد دیسک‌ سازگار است یا نه. رابط‌هایی که فعلا رایج‌ترند چنین هستند:

IDE یا ATA یا PATA (مخفف Parallel ATA): امروزه رابطی قدیمی محسوب می‌شود. سرعت انتقال داده آن 133 مگابیت‌درثانیه بود. در حال حاضر استاندارد SATA جایگزین آن شده است.

•  SATA (مخفف Serial ATA): بیشتر رایانه‌ها و لپ‌تاپ‌های امروزی با این رابط کار می‌کنند. رابط‌های SATA کابل‌های کوچکتری دارند و از ATA سریع‌ترند. سرعت انتقال داده رابط SATA که نخستین نسخه این استاندارد محسوب می‌شود، 1.5 گیگابیت‌درثانیه است. سرعت انتقال داده در نسخه دوم به 3 گیگابیت‌درثانیه و در نسخه سوم (SATA III) به 6 گیگابیت‌درثانیه افزایش یافته است. این هارد دیسک‌ها ظرفیت ذخیره‌سازی بالایی دارند.
• SCSI (اسکازی): بیشتر در سرورهای شبکه و محیط‌های تجاری کاربرد دارد. نسخه‌های گوناگونی از آن عرضه شده است. دیسک‌های اسکازی معمولا ظرفیت ذخیره‌سازی کمتری دارند اما در عوض، سریع هستند. نرخ چرخش پلاترهای دیسک‌های اسکازی 10.000 تا 15.000 دور در دقیقه است.
  • SAS یا Serial Attached SCSI: نسخه جدیدی از اسکازی است. سرعت انتقال داده آن 3 یا 6 گیگابیت‌درثانیه است، کابل‌های نازک‌تری دارد و به درایوهای SATA نیز متصل می‌شود.

نکته پایانی: هنگام خرید هارد دیسک به چه ویژگی‌هایی باید توجه داشت؟

برخی از ویژگی‌های هارد دیسک در عملکرد آن مستقیما تاثیر دارند. لذا هنگام خرید هارد دیسک به آن‌ها توجه داشته باشید:

• سرعت جستجو: یعنی مدت‌زمانی که لازم است تا هد به نقطه موردنظر روی پلاتر دسترسی یابد. هرچه این زمان کوتاه‌تر باشد بهتر است.
• زمان دسترسی: مدت‌زمانی که لازم است تا داده‌ درخواستی از هارد دیسک فراخوانده و ارائه شود. هرچه این زمان کوتاه‌تر باشد بهتر است.
• سرعت چرخش پلاترها: هرچه سرعت چرخش پلاترها بیشتر باشد، داده‌ها سریع‌تر در دیسک نوشته و از آن خوانده می‌شوند.
• ظرفیت: گنجایش ذخیره‌سازی هارد دیسک را نشان می‌دهد. امروزه هارد دیسک‌های چندصدگیگابایتی و چندهزار گیگابایتی تولید می‌شوند.
• رابط: نوع کابل و اتصالات هارد دیسک با کامپیوتر و سرعت انتقال داده‌ها را مشخص می‌کند. کامپیوتر و مشخصاً بورد اصلی کامپیوتر شما باید با رابط هارد دیسک‌تان سازگار باشد.