هارد چیه و چطور کار میکنه؟
همه کامپیوترهای رومیزی و سرورهای امروزی حداقل یه هارد دیسک (HDD) دارن. هر کامپیوتر مرکزی و ابررایانه هم معمولا به صدها تا از اونها وصل میشه، حتی دستگاه های ضبط ویدیویی و دوربین های فیلمبرداری به جای نوار از هارد دیسک استفاده می کنن. حالا هارد دیسک چیه و چطوری کار میکنه که انقدر پرکاربرد شده؟
هارد یه وسیله ذخیره اطلاعاته که از یه یا چند تا صفحه گرد و سخت پوشیده شده با یه ماده مغناطیسی استفاده میکنه تا اطلاعات رو ذخیره و بازیابی کنه. کاری که هارد دیسک به خوبی انجام میده اینه که فضای ذخیره سازی برای اطلاعات و سیستم عامل ها فراهم میکنه. همچنین به کامپیوترها این قابلیت رو میده که بعد از خاموش شدن بتونن اطلاعات رو یادشون بمونه. تو این مقاله، یه هارد رو باز می کنیم تا ببینیم داخلش چی داره و اینکه چطوری گیگابایت ها اطلاعات رو تو فایل ها سازماندهی میکنه رو هم بررسی می کنیم.
آشنایی با اصول اولیه هارد دیسک های سنتی
اختراع هارد دیسک در سال ۱۹۵۶ یه جهش انقلابی در تکنولوژی ذخیره اطلاعات بود. اولین هارد که توسط مهندس IBM رینولد بی جانسون و تیمش ساخته شد، به اسم “فایل دیسک مدل ۳۵۰ IBM” شناخته میشد و بخشی از سیستم کامپیوتری IBM 305 RAMAC بود. این وسیله پیشگام از دیسک های مغناطیسی برای ذخیره اطلاعات استفاده می کرد و به این ترتیب، دسترسی سریع به حجم زیادی از اطلاعات رو در مقایسه با دسترسی ترتیبیِ فلاپی دیسک ها فراهم می کرد.
حجم این دستگاه اندازه دو تا یخچال بود و فقط ۵ مگابایت اطلاعات رو روی پنجاه تا دیسک ۲۴ اینچی ذخیره می کرد. طی دهه ها، هارد دیسک ها از نظر ظرفیت، اندازه و سرعت به طور چشمگیری پیشرفت کردن و به شکل قابل توجهی دنیای محاسبات و مدیریت اطلاعات رو تغییر دادن.
اولین هارد دیسک ها، دیسک های بزرگی تا قطر ۲۰ اینچ بودن که فقط چند مگابایت اطلاعات رو نگه می داشتن. قبلا بهشون “دیسک های ثابت” یا “وینچستر” (کد اسمی که برای یه محصول محبوب IBM استفاده میشد) می گفتن. بعدها برای اینکه با فلاپی دیسک ها که از پلاستیک انعطاف پذیر ساخته شده بودن، فرق بذارن، بهشون “هارد دیسک” گفتن. همونطور که از اسمش پیداست، هارد دیسک یه صفحه سخت داره که ماده مغناطیسی رو نگه میداره، در حالی که فلاپی دیسک و نوار از یه لایه پلاستیکی انعطاف پذیر استفاده می کنن.
در ساده ترین حالت، یه هارد از یه نوار کاست خیلی هم فرق نداره. هر دوی هارد دیسک و نوار کاست از تکنیک های ضبط مغناطیسی مشابهی استفاده می کنن که تو مقاله “چطور دستگاه های ضبط صدا کار می کنن” توضیح داده شده. یه وجه اشتراک مهم بین هارد دیسک و نوار کاست، مزیت های ذخیره مغناطیسیه – این ماده مغناطیسی به راحتی پاک میشه و دوباره روش میشه اطلاعات نوشت، همچنین می تونه الگوهای شار مغناطیسی رو که روش ذخیره شدن برای سال های زیادی “به یاد بیاره”.
تو بخش بعدی، در مورد تفاوت های اصلی بین نوار کاست و هارد دیسک صحبت می کنیم.
نوار کاست و هارد دیسک!
دو تا تکنولوژی ذخیره سازی رو با هم مقایسه می کنیم، نوار کاست و هارد دیسک. ببینیم چه تفاوت های بزرگی دارن:
۱. تو یه نوار کاست، اطلاعات روی یه لایه مغناطیسی که روی یه نوار پلاستیکی نازک قرار داره، ذخیره میشه. تو هارد دیسک، یه لایه مغناطیسی روی یه صفحه آلومینیومی یا شیشه ای با دقت بالا قرار میگیره. بعدشم سطح این صفحه رو صاف و صیقلی میکنن، مثل آینه!
۲. با نوار کاست، اگه بخوای به یه قسمت خاص برسی، باید هی جلو یا عقب بزنی. این کار با یه نوار طولانی ممکنه چند دقیقه طول بکشه. تو هارد دیسک اما، تقریبا تو یه لحظه میتونی به هر نقطه روی سطح دیسک دسترسی پیدا کنی.
۳. تو یه دستگاه پخش نوار کاست، هد خوندن و نوشتن مستقیما با نوار تماس داره. تو هارد دیسک اما، هد بالای سطح دیسک پرواز میکنه و اصلا اونو لمس نمی کنه.
۴. سرعت حرکت نوار تو یه دستگاه پخش کاست، حدود ۵ سانتی متر در ثانیه است. اما یه صفحه دیسک سخت میتونه با سرعتی تا ۱۷۰ مایل بر ساعت زیر هد خودش بچرخه!
۵. اطلاعات روی هارد دیسک تو بخش های مغناطیسی خیلی خیلی کوچیکی ذخیره میشن، برعکس نوار کاست. اندازه این بخش ها به خاطر دقت سطح دیسک و سرعت حرکتشه.
به خاطر همین تفاوت ها، ظرفیت ذخیره سازی یه هارد امروزی فوق العاده است. یه هارد دیسک میتونه تو یه کسری از ثانیه به هر کدوم از اطلاعاتش دسترسی پیدا کنه.
حالا بریم سراغ ظرفیت و کارایی:
تو یه کامپیوتر معمولی، هارد با ظرفیت بین ۱۰ تا ۴۰ گیگابایت پیدا میشه. اطلاعات به صورت فایل روی دیسک ذخیره میشن. یه فایل یه مجموعه از بایت هاست که اسم داره. این بایت ها میتونن کدهای ASCII برای حروف یه متن باشن، یا دستورالعمل های یه نرم افزار باشن که کامپیوتر اجرا کنه، یا اطلاعات یه بانک اطلاعاتی باشن، یا حتی رنگ پیکسل های یه عکس GIF.
مهم نیست چی توش باشه، یه فایل یه رشته ساده از بایت هاست. وقتی یه برنامه روی کامپیوتر درخواست یه فایل میده، هارد دیسک اون بایت ها رو پیدا میکنه و تک تک میفرسته به CPU.
دو تا روش برای اندازه گیری کارایی یه هارد وجود داره:
سرعت انتقال اطلاعات تعداد بایت هایی در ثانیه است که هارد میتونه به CPU برسونه. سرعت های بین ۵ تا ۴۰ مگابایت بر ثانیه رایج هستن.
زمان جستجو یعنی چقدر طول میکشه تا بعد از درخواست یه فایل توسط CPU، اولین بایت اون فایل به CPU فرستاده بشه. زمان های بین ۱۰ تا ۲۰ میلی ثانیه رایج هستن.
یه پارامتر مهم دیگه هم ظرفیت دیسکه، یعنی تعداد بایت هایی که میتونه نگه داره.
عالی بود ممنون