اتفاقات روزمره ، اخبار مهم و دیگر مطالب میهن وب هاست را می توانید در این قسمت مطالعه کنید

کامپیوتر جهت ذخیره دائمی اطلاعات به هارد دیسک درایو (Hard Disk Drive) متکی است. این دستگاه ها دارای نام های متعددی از جمله هارد دیسک یا HDD ،Hard drive ،Hard disk هستند و برای ذخیره و بازیابی اطلاعات دیجیتالی استفاده می شوند.

هارد دیسک ها از نوع حافظه غیر فرار هستند که بدین معنا است اطلاعات در صورت قطعی برق سیستم، حفظ شده و از بین نمی روند. در صورتی که به دیسک ها صدمه ای وارد نشود، اطلاعات ذخیره شده به صورت امن و دست نخورده باقی خواهند ماند. اطلاعات به روش تصادفی (نه متوالی) ذخیره و بازیابی می شوند. روش مذکور دلالت بر این دارد که دسترسی به بلاک های داده مورد نظر، بدون نیاز به بررسی سایر بلاک های داده میسر خواهد بود. هارد دیسک ها دارای 2 نوع internal و external هستند. هارد های internal معمولا داخل کیس کامپیوتر و لپ تاپ ها قرار میگیرند. از طرفی دیگر، هارد های external از پورت USB جهت اتصال به دستگاه های مختلف استفاده می کنند و با پلتفرم های مختلف سازگار هستند.

هارد دیسک یا HDD چگونه کار میکند؟

تصویر(1)

هارد دیسک ها دارای چندین دیسک (Platter) می باشند که معمولا از جنس آلومینیوم، شیشه یا سرامیک هستند. این دیسک ها به یک موتور مرکزی (spindle) متصل می باشند که توسط آن به چرخش در می آیند. سرعت چرخش این موتور که معمولا دارای استانداردی همچون 5400 و 7200 دور بر دقیقه می باشد، تا حد بسیار زیادی مشخص کننده سرعت هارد است. زمانی که Disk Controller دستوری دریافت میکند آن را به کنترل کننده مرکزی (Actuator) ارسال می نماید. سپس Actuator، بازوی مکانیکی را به مختصات صحیح سکتور های حاوی اطلاعات موردنظر روی platter هدایت می کند. هارد دیسک ها دارای هد read و write هستند که روی بازوی مکانیکی قرار گرفته اند و وظیفه خواندن و نوشتن اطلاعات روی سکتور ها را دارند. هد ها عملیات مربوطه را با تغییر مغناطیس بیت های دیسک انجام می دهند.

Form Factor

یکی از اولین مشخصه های هارد دیسک یا HDD که نیاز است با آن آشنایی داشته باشید، فرم فاکتور (form factor) می باشد. فرم فاکتور به اندازه و نحوه اتصال درایو به مادربرد کامپیوتر شما گفته می شود. هارد دیسک های internal معمولا با دو 2 فرم فاکتور 3.5 و 2.5 اینچی ارائه می شوند.

تصویر(2)

هارد دیسک 3.5 اینچی برای کامپیوتر های شخصی مناسب هستند و در داخل کیس کامپیوتر قرار می گیرند. هارد دیسک 2.5 اینچی معمولا برای لپ تاپ ها استفاده می شود. برخی از تفاوت های دیگر هارد دیسک های 2.5 و 3.5 اینچی به شرح ذیل می باشد:

1- هارد دیسک های 2.5 اینچی از قطعات مکانیکی کوچکتری استفاده می کنند، بنابراین برق یا توان کمتری نسبت به هارد دیسک های 3.5 اینچ مصرف می کنند. اما به علت اینکه هارد دیسک های 3.5 اینچی در کامپیوتر های رومیزی استفاده می شوند، مصرف برق مشکل بزرگی محسوب نمی شود.

2- هارد دیسک های 3.5 اینچ معمولا دارای حافظه کش بیشتری هستند.

3- RPM مخفف Revolutions Per Minute یا دور بر دقیقه است که به سرعت چرخش دیسک گفته می شود. به صورت کلی، هارد دیسک ها از سرعت چرخش 5400 و 7200 RPM استفاده می کنند. بدیهی است که هر چه این سرعت چرخش بیشتر باشد، عملکرد هارد دیسک یا HDD نیز بهتر است. هر دو فرم فاکتور از سرعت های مذکور پشتیبانی میکنند اما هارد دیسک های 3.5 اینچی با توجه به ابعاد فیزیکی و مصرف برق بالاتر به این سرعت راحت تر دست پیدا می کنند.

4- حداکثر ظرفیت قابل پشتیبانی در هارد دیسک های 3.5 اینچی حدودا دو برابر حداکثر ظرفیت قابل پشتیبانی در هارد دیسک های 2.5 اینچ است.

5- هارد دیسک های 2.5 اینچی نسبت به هارد دیسک های 3.5 اینچی گران تر هستند که از دلایل آن می توان به ساختار کوچک تر و طراحی پیچیده آنها جهت کاهش مصرف برق اشاره کرد.

هارد دیسک ها، دستگاه هایی با محبوبیت طولانی مدت

هارد دیسک ها، در سال 1956 توسط IBM معرفی شدند. در زمان مذکور، هارد دیسک ها با کامپیوتر های بزرگ چند منظوره (mainframes) و مینی کامپیوتر ها استفاده می شدند.

همانند سایر دستگاه های الکترونیک، هارد دیسک ها نیز در طول زمان شاهد پیشرفتهای تکنولوژیکی متعددی بوده اند. این پیشرفت ها در زمینه ظرفیت، اندازه، شکل، ساختار داخلی، عملکرد، رابط و حالت های ذخیره سازی اطلاعات می باشند. این تغییرات متعدد موجب شده که هارد دیسک ها در طول زمان همچنان موفق و محبوب بمانند؛ برخلاف بسیاری از دستگاه ها همچون فلاپی دیسک، که خیلی زود پس از عرضه در بازار منسوخ شدند.

انواع درایو ها و پروتکل های آنها

در حال حاضر می توان درایو ها را به دسته های زیر تقسیم نمود:

• Parallel Advanced Technology Attachment (PATA)
• Serial ATA (SATA)
• Small Computer System Interface (SCSI)
• Serial Attached SCSI (SAS)

2 مورد زیر مربوط به حافظه های SSD می باشد که دارای عملکردی کاملا متفاوت با HDD است: 

• Solid State Drives (SSD)
• NVM Express (NVMe)

توجه داشته باشید حافظه های SSD با پروتکل های ارتباطی همچون SATA و SAS نیز عرضه میشوند. در ادامه مقاله توضیحات مختصری در خصوص حافظه های SSD ارائه شده است و علت درج آن در این مقاله درک تفاوت آنها با HDD است. در مقاله های آتی به طور مفصل به بررسی حافظه های SSD پرداخته خواهد شد.

Parallel Advanced Technology Attachment (PATA)

تصویر(3)

این دسته از هارد دیسک ها اولین نوعی بودند که توسعه یافتند و از رابط استاندارد  Parallel ATA جهت اتصال به کامپیوتر ها استفاده می کردند. به این نوع درایو ها IDE و EIDE نیز گفته می شود. درایو های PATA توسط شرکت Western Digital و Compaq در سال 1986 معرفی شدند. نرخ انتقال داده در این رابط به 133 مگابایت بر ثانیه می رسد و امکان اتصال حداکثر 2 دستگاه به هر کانال وجود دارد. اکثر مادربردها در آن زمان دارای 2 کانال primary و secondary بودند بنابراین امکان اتصال 4 دستگاه EIDE به صورت internal وجود داشت.

در این درایو ها از کابل های نواری 40 یا 80 سیمی جهت انتقال چندین بیت داده به صورت موازی و همزمان استفاده میشد. ساختار داخلی آنها از قطعات مکانیکی متحرک تشکیل شده بود و ذخیره سازی اطلاعات با استفاده از مغناطیس صورت می گرفت. این نوع درایو ها با عرضه درایو های SATA از دور خارج شدند.

Serial ATA (SATA)

تصویر(4)

این هارد دیسک ها جایگزین درایو های PATA در کامپیوتر های رومیزی و لپ تاپ ها شدند و مهمترین تفاوت فیزیکی میان آنها، رابط یا Interface است.

SATA با هدف ارائه چندین برتری نسبت به رابط PATA در سال 2000 معرفی گردید. از مزیت های آن میتوان به کاهش اندازه و قیمت کابل (دارای 7 رسانای الکترونیکی به جای 40 یا 80 عدد در PATA)، پشتیبانی از hot swapping، انتقال داده سریع تر، انتقال کارامد تر با استفاده از پروتکل صف بندی I/O اشاره کرد. ظرفیت و قیمت درایو های SATA بسیار متنوع است و در هنگام خرید هارد دیسک باید به ظرفیت دیسک و میزان فضایی که نیاز دارید توجه داشته باشید.

در ادامه به برخی از مزایای دیسک های ساتا اشاره می شود:

• درایو های SATA با استفاده از ارتباط سریال، انتقال داده سریع تری نسبت به PATA ارائه می کنند.
• کابل های SATA باریک تر و انعطاف پذیر تر از کابل های PATA هستند.
• حداکثر طول کابل SATA یک متر می باشد و دارای 7 پین است. در حالیکه حداکثر طول کابل PATA حدود 46 سانتی متر است.
• پهنای باند آن به صورت اشتراکی نمی باشد زیرا تنها یک دیسک توسط کابل ساتا به مادربرد متصل میشود. (در PATA امکان اتصال 2 دیسک وجود داشت)
• ساتا برق کمتری مصرف می کند. میزان مصرف برق ساتا 250 میلی ولت و پاتا 5 ولت است.

Small Computer System Interface (SCSI)

این هارد دیسک ها تقریبا شبیه به هارد های IDE هستند اما از رابط SCSI جهت اتصال به کامپیوتر استفاده میکنند. SCSI مجموعه ای از استاندارد ها جهت اتصال فیزیکی و انتقال داده بین کامپیوتر و دستگاه های جانبی است. این استاندارد ها معرف دستورات، پروتکل ها، رابط الکتریکی، نوری و منطقی می باشد. درایو های SCSI میتوانند به صورت internal یا external متصل شوند. همچنین نیاز است انتهای هر گذرگاه SCSI توسط يک مدار مقاومت بسته شود، در غیر اینصورت امکان بازگشت سیگنال های الکتریکی روی گذرگاه وجود دارد.

برخی از مزایای SCSI به شرح ذیل است:

• سریع است.
• قابل اطمینان است.
• برای عملیات هایی که به صورت 24 ساعته در 7 روز هفته در حال انجام می باشند، مناسب است.
• مقیاس پذیری و انعطاف پذیری بهتری در آرایه ها دارد.
• جهت ذخیره سازی و انتقال حجم بالایی از اطلاعات مناسب می باشد.

Serial Attached SCSI (SAS)

SAS یک تکنولوژی جهت تبادل داده با درایو ها می باشد. در حالی که SAS به رابط اشاره دارد اما معمولا برای توصیف درایو نیز استفاده میشود. درایو های SAS دارای دو نوع اصلی هستند: 10K و 15K که حرف K بیانگر سرعت چرخش دیسک هارد است، به عبارتی دیگر به معنای 10000 و 15000 RPM می باشد.

ظرفیت این نوع درایو ها بین 300 گیگابایت تا 900 گیگابایت است و از درایو های SATA ظرفیت کمتری دارند اما در عوض سرعت و قابلیت اطمینان بالاتری ارائه می کنند. سرعت و سطح مقاومت بالای SAS موجب شده که این نوع درایو ها برای مصارف سازمانی یا در شرایطی که سرعت و قابلیت اطمینان درایو اهمیت زیادی دارد، یک انتخاب عالی باشد. 

برخی از برتری های SAS نسبت به SATA:

• درایو های SAS سریع تر و پهنای باند بیشتری نسبت به درایو های SATA دارند.
• قابل اطمینان تر از درایو های SATA هستند.
• برای مصارف سازمانی گزینه مناسب تری هستند.

در ادامه به صورت مختصر در خصوص حافظه های SSD توضیحاتی ارائه شده تا تفاوت آن با هارد دیسک یا HDD بهتر درک شود. 

SSD (Solid State Drives)

تصویر(5)

این درایو ها آخرین تکنولوژی هستند که در این زمینه ارائه شده و کاملا متفاوت از HDD می باشند. حافظه های SSD در ساختار داخلی خود دارای هیچگونه قطعه متحرکی نبوده و همچنین دیتا را با استفاده از مغناطیس ذخیره نمی کنند. در عوض، در این نوع درایو ها از تکنولوژی حافظه فلش استفاده می شود. در SSD ها از مدار های مجتمع (IC) یا دستگاه  های نیمه رسانا جهت ذخیره سازی دائمی اطلاعات استفاده می گردد.

Flash memory ها که پایه و اساس حافظه های SSD مبتنی بر فلش هستند، در سال 1980 توسط آقای Fujio Masuoka در شرکت Toshiba اختراع و در سال 1987 نیز توسط این شرکت روانه بازار گردید.

مدیران شرکت SanDisk باور داشتند که فلش مموری ها دارای پتانسیل لازم جهت جایگزین شدن با هارد دیسک ها می باشند. به همین خاطر در سال 1989 درخواست حق امتیاز برای حافظه های SSD مبتنی بر فلش را ثبت کردند. اولین نوع از حافظه های مذکور به صورت تجاری در سال 1991 توسط SanDisk عرضه شد که دارای ظرفیت 20 مگابایت با پیکربندی PCMCIA بود.

مزایای SSD نسبت به HDD:

• دسترسی به دیتا سریع تر است.
• آسیب پذیری کمتری نسبت به شوک دارد.
• تاخیر کمتری دارد.
• دوام و پایداری بیشتری دارد.
• مصرف برق کمتری دارد.

NVMe Drive

تصویر(6)

NVMe (مخفف Non-Volatile Memory Express) یک رابط حافظه است که در سال 2013 معرفی شد.

عبارت express به این موضوع اشاره دارد که اطلاعات از طریق گذرگاه PCI Express روی مادربرد منتقل میشود و برای درایو متصل شده یک ارتباط مستقیم تر با مادربرد را فراهم می کند زیرا دیتا نیازی به عبور از کنترلر SATA ندارد. بنابراین، درایو های NVMe بسیار سریع تر از درایو های SATA هستند. حداکثر سرعت انتقال در PCI express نسل سوم 984.6 مگابایت بر ثانیه در هر مسیر (Lane) می باشد و در نسل چهارم حداکثر سرعت انتقال در هر مسیر 1,969 مگابایت بر ثانیه می باشد. Lane به مسیری گفته می شود که از طریق آن ارسال و دریافت داده به صورت همزمان انجام میشود.

NVMe درایو ها در چندین فرم فاکتور مختلف همچون M.2 ،EDSFF ،U.2 ،Add In Cards ارائه می شوند که متداول ترین آنها M.2 است. عرض این SSD ها 22 میلی متر و و طول آن ها می تواند 30,42,60,80,110 میلی متر باشد. به عنوان مثال چنانچه SSD دارای فرمت 2280 باشد دو رقم اول به عرض و دو رقم دوم به طول آن اشاره دارد. ضخامت این ماژول ها به اندازه کافی کوچک است تا بتواند به صورت صاف و موازی با مادربرد قرار بگیرند. این ابعاد جهت استفاده در کامپیوتر های کوچک و لپتاپ ها بسیار مناسب می باشند.