#مهسا_امینی
هارد دیسک

بررسی نحوه عملکرد هارد دیسک

هارد دیسک چیست و چگونه کار می‌کند؟

هارد دیسک ها دارای عملکرد مغناطیسی، الکترونیکی و فوتونیک هستند. نحوه عملکرد این گجت باعث می‌شود که ما بتوانیم اطلاعات مهم و داده‌های الکترونیکی خود را در فضایی در داخل این گجت ذخیره کنیم.

در واقع این دستگاه دارای فضایی امن بوده که به کاربران اجازه می‌دهد به سرعت به اطلاعات ذخیره شده خود دسترسی پیدا کنند. در ادامه این مطلب به بررسی آناتومی و نحوه عملکرد هارد دیسک خواهیم پرداخت که چگونه این گجت می‌تواند اطلاعات بسیار زیادی را در خود ذخیره کند؟

نحوه عملکرد هارد دیسک

در ابتدا به بررسی هارد دیسک هایی می‌پردازیم که از فناوری‌های مغناطیسی برای ذخیره اطلاعات استفاده می‌کنند. از هارد دیسک های مکانیکی یا همان HDD بیش از ۳۰ سال است که به عنوان سیستم ذخیره سازی استاندارد استفاده می‌شود، اما فناوری به کار رفته در این گجت‌ها بسیار قدیمی‌تر است. اولین هارد دیسک مکانیکی توسط IBM در سال ۱۹۵۶ به بازار عرضه شد که این گجت می‌توانست تنها ۳.۷۵ مگابایت اطلاعات در خود ذخیره کند.

عملکرد اصلی این دستگاه در این مدت زمان طولانی تغییر نکرده و همچنان هاردهای بسیار زیادی وجود دارند که از مغناطیس برای ذخیره اطلاعات استفاده می‌کنند و همچنین دستگاه‌هایی وجود دارند که به کاربران برای خواندن این اطلاعات ذخیره شده کمک می‌کند. موردی که از گذشته تا به امروز دستخوش تغییرات بسیار زیادی شده است میزان حافظه‌ای بوده که برای ذخیره سازی اطلاعات مورد استفاده قرار می‌گیرد.

شاید این موضوع برای شما جالب باشد که بدانید در سال ۱۹۸۷ می‌توانستید یک هارد با حافظه ۲۰ مگابایتی را با قیمت ۳۵۰ دلار خریداری کنید. همانطور که متوجه شده‌اید میزان حافظه این گجت بسیار کم بوده و به علاوه افراد باید مبلغ بسیار زیادی برای خرید این دستگاه می‌پرداختند. ناگفته نماند که امروزه شما می‌توانید با پرداخت ۳۵۰ دلار یک هارد با حافظه ۱۴ ترابایتی خریداری کنید که حدود ۷۰۰۰۰۰ برابر حافظه بیشتری نسبت به هارد عرضه شده در سال ۱۹۸۷ است.

بدنه و اجزای داخلی هارد دیسک‌ها از جنس فلز ضخیم ساخته شده‌اند و دلیل اصلی این موضوع این است که هنگام ذخیره یا خواندن اطلاعات در داخل این گجت فشار بسیار زیادی ایجاد می‌شود و این فشار می‌تواند به اجزای داخلی این گجت آسیب وارد کند. با این وجود حتی هاردهای کوچک ۱.۸ اینچی نیز از فلز ساخته شده و این امکان نیز وجود دارد که از فولاد نیز استفاده شود، اما برای جلوگیری از افزایش وزن این دستگاه‌ها تصمیم گرفته شده که از همان فلز استفاده شود.

با باز کردن هارد دیسک می‌توانید یک برد مدار و دسته‌ای از اتصالات را مشاهده کنید، به علاوه یک موتور بسیار کوچک در بالای مدار قرار گرفته که این برد وظیفه چرخاندن دیسک برای ذخیره یا خواندن اطلاعات را دارد. برای اولین بار Serial ATA در سال ۲۰۰۰ مورد استفاده قرار گرفت و پس از گذشت مدتی این فناوری به یک استاندارد در کامپیوترهای تولید شده در سال ۲۰۰۰ تبدیل شد.

بخش اتصالات داده‌ای از قسمتی به نام سیگنالینگ دیفرانسیل برای ارسال و دریافت داده استفاده می‌کند که این قسمت دارای بخش‌های مختلفی همانند +A یا -A است. این قسمت‌ها هر کدام دارای وظایف خاصی هستند که به عنوان مثال می‌توان به این دو بخش اشاره کرد که از آن‌ها برای ارسال دستور العمل‌ها و انتقال داده‌ها به دیسک استفاده می‌شود. ناگفته نماند که داده‌های ارسالی توسط بخش B دریافت می‌شود و با استفاده از سیم‌های قرار گرفته در این گجت میزان نویز الکتریکی در سیگنال کاهش پیدا می‌کند.

در بخش انرژی (پاور) از هر ولتاژ دو نوع (ولتاژ) وجود داشته که از تمام این ولتاژها استفاده نمی‌شود؛ زیرا هارد دیسک به انرژی بسیار زیادی برای ذخیره اطلاعات نیاز ندارد. اما اگر مدت زمان زیادی گجت مورد نظر مورد استفاده قرار بگیرد یا به صورت ناگهانی به کامپیوتر متصل شود و اطلاعات زیادی در آن قرار بگیرد این احتمال وجود دارد که از ولتاژ‌های دیگر به منظور آسیب نرسیدن به ولتاژ اصلی استفاده شود.

اگر به یاد داشته باشید در بالا اشاره کردیم که اجزای داخلی از جنس فلز است که دیسک‌های قرار گرفته در این گجت هنگام چرخش و ایجاد لرزش و فشار می‌توانند به دیگر نقاط هارد دیسک آسیب برسانند، به همین دلیل از فلز برای ساخت این گجت استفاده می‌شود. هارد دیسک ها به اصطلاح نمی‌توانند با هوا ارتباط داشته باشند؛ زیرا امکان آسیب رسیدن به آن‌ها وجود دارد.

به جای هوا در این گجت‌ها از هلیوم استفاده می‌شود و دلیل آن این است که چگالی این گاز نسبت به هوا (اکسیژن یا دی اکسید کربن) کم‌تر بوده و امکان آسیب رسیدن به دیسک وجود ندارد. ناگفته نماند که هاردهایی وجود دارند که از حافظه بسیار زیادی بهره می‌برند و به دلیل گران قیمت بودن و پشتیبانی از فناوری‌های جدید دیگر نیازی به استفاده از گاز هلیوم ندارند.

ورود هوا و گرد و غبار به داخل دستگاه می‌تواند به دیسک اصلی که اطلاعات را ذخیره می‌کند، آسیب برساند و همچنین کاربران قادر هستند که با تمیز کردن سوراخ کوچکی که در قسمت زیر هارد قرار گرفته و با رنگ سفید از دیگر حفره‌های موجود در هارد دیسک مجزا شده است، فشار هوا را تنظیم کنند. در بعضی از موارد افراد نیاز دارند که هارد مورد نظر را باز کنند و برای انجام اینکار کافی است که چند پیچ کوچک را باز کنند. لازم به ذکر است که در صورتی که هارد دیسک شما دارای عملکرد مناسبی است از باز کردن آن خودداری کنید.

موقع باز کردن هارد دیسک با یک صفحه دایره‌ای شکل به نام دیسک مواجه خواهید شد و این موضوع می‌تواند یکی از دلایلی باشد که این گجت Hard Disk نامیده می‌شود. این صفحه‌ها معمولا از آلومینیوم ساخته شده‌اند و گاهی به وسیله نوعی شیشه خاص پوشانده می‌شوند. هر دیسک قادر است حدود ۵۰۰ گیگابایت حافظه یا همان اطلاعات کاربران را در خود ذخیره کند.

هنگام باز کردن هارد خود احتمالا متوجه خواهید شد که روی هر صفحه از این دیسک‌ها گرد و غبار یا کثیفی وجود دارد. این کثیفی‌ها می‌توانند در بعضی از موارد باعث ایجاد اختلال در عملکرد هارد دیسک شوند و به همین دلیل است که پیشنهاد می‌کنیم هارد خود را تنها در صورت ایجاد اختلال در عملکرد باز کنید؛ زیرا ممکن است که به صورت ناخواسته به این بخش آسیب وارد کنید. علاوه بر این موضوع جلا دهنده‌های خاصی در بازار وجود دارند که با استفاده از آن‌ها می‌توان این هارد دیسک‌ها را بدون اینکه به آن‌ها آسیبی وارد شود تمیز کرد.

ضخامت این دیسک‌های آلومینیومی بسیار کم بوده و به طور دقیق می‌توان گفت که ضخامت آن‌ها یک میلی‌متر است. طی آزمایشی پس از جلا دادن ضخامت یک دیسک حدود ۰.۰۰۰۰۰۱ اینچ (معادل ۳۰ نانومتر) تغییر کرد و این تغییر ضخامت حاصل از بین رفتن کثیفی‌ها است.

جالب است بدانید ضخامت این دیسک‌ها در ابتدا بسیار کم‌تر از یک میلی‌متر بوده و پس از اضافه شدن چند لایه ترکیبات مختلف با این صفحه برای ایجاد تغییرات مغناطیسی جهت ذخیره اطلاعات، ضخامت دیسک افزایش پیدا می‌کند. موادی که روی این صفحه‌ها قرار می‌گیرند معمولا از جنس آلیاژ کبالت ساخته شده‌اند که این آلیاژها به صورت چند حباب بسیار کوچک و قابل مشاهده با میکروسکوپ روی سطح دیسک قرار می‌گیرند.

هر حباب یا دانه از این آلیاژ دارای میدان الکتریکی مخصوص به خود است که این میدان‌ها توسط بیت‌های ۰ و ۱ تنظیم می‌شوند. در ادامه به بررسی بخش‌های دیگر هارد که باعث ذخیره اطلاعات و خواندن آن‌ها می‌شود می‌پردازیم.

بر اساس تصویر بالا قسمتی که با کادر زرد رنگ مشخص شده یک موتور اسپینل است که وظیفه دارد درایو الکتریکی که دیسک را می‌چرخاند محکم نگه دارد. در مدل هارد دیسکی که تصویر آن را در بالا مشاهده می‌کنید این قطعه وظیفه دارد که در یک دقیقه ۷۲۰۰ دور دیسک را در یک دقیقه بچرخاند، اما در دیسک‌های دیگر این میزان چرخش در دقیقه متفاوت است.

دریواهایی که دیسک را کندتر می‌چرخانند دارای صدایی کم‌تر و همچنین مصرف انرژی پایین‌تری هستند و این موضوع بر سرعت خواندن داده‌ها یا ذخیره  آن‌ها موثر است. هارد دیسک های دیگری وجود دارند که درایو آن‌ها در دقیقه ۱۵۰۰۰ دور می‌چرخد. برای جلوگیری از قرار گرفتن گرد و غبار روی دیسک یک فیلتر کوچک (قادر سبز رنگ) در کنار این دیسک قرار گرفته که از نشستن گرد و غبار روی دیسک جلوگیری می‌کند.

در کنار این فیلتر اجزای دیگری وجود دارند که جلوی ارتعاشات ناشی از چرخش دیسک را می‌گیرند و همچنین هوا را به گونه‌ای به داخل هارد منتقل می‌کنند که به فیلتر برای جلوگیری از نشستن گرد و غبار روی دیسک کمک می‌کنند. در سمت چپ تصویر بالا دو کارد قرمز و آبی رنگ وجود دارند که این دو قطعه به یکدیگر برای ایجاد میدان مغناطیسی کمک می‌کنند.

قطعه‌ای که با کارد آبی رنگ مشخص شده در واقع از دو آهن ربا ساخته شده‌اند که به صورت دائمی در ایجاد جریان مغناطیسی و همچنین انتقال جریان به بخش قرمز رنگ بسیار موثر هستند. یک فیلتر دیگر در آن طرف دیسک قرار گرفته که به خروج گرد و غبار و گاز در دیسک کمک می‌کند. این بخش دقیقا همان قسمتی است که در بالا به آن اشاره کردیم که کاربران با پاک کردن گرد و غبار بدون باز کردن هارد دیسک می‌توانند از آسیب رسیدن به هارد جلوگیری کنند.

در تصویر زیر می‌توانید قطعاتی را مشاهده کنید که در ذخیره و خواندن صداها موثر هستند. این بخش دقیقا همانند خروجی میکروفون‌ها طراحی شده که در ضبط کردن صدا و پخش کردن آن‌ها نقش دارند. ناگفته نماند که بازوهای قرار گرفته در تصویر زیر بسته به نوع هارد دیسک دارای طراحی‌های مختلفی هستند که محل قرار گیری آن‌ها بسیار دقیق است. این فناوری ضبط مغناطیسی Shingled نامیده می‌شود که از گذشته تا به امروز به دلیل پیشرفت تکنولوژی دستخوش تغییراتی شده‌اند.

همانطور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید این بازوها دارای ۳ پلاتر و ۶ نوک هستند که هر کدام از آن‌ها به صورت شناور در بالای دیسک قرار گرفته‌اند. اگر به تصویر بالا دقت کنید متوجه می‌شوید که این بازو از بین رفته و نوعی یک آناتومی مرده را مشاهده می‌کنید؛ زیرا اگر به دو نوک بازوی وسط دقت کنید متوجه می‌شوید که این بخش‌ها دارای طراحی غیر عادی هستند و کج شده‌اند.

همین موضوع باعث آسیب رسیدن به دیسک می‌شود و اگر از همین بازو استفاده شود این امکان وجود که یک هارد دیسک گران قیمت از کار بیفتد. نوک این بازوها دارای ضخامتی معادل ۰.۰۰۰۰۰۰۲ اینچ هستند و بهتر است که بگوییم این ضخامت کم‌تر از ۵ نانومتر است. همین ضخامت کم می‌تواند به دیسک آسیب برساند و در میدان‌های مغناطیسی اختلال ایجاد کند.

این کج شدن نوک بازوها باعث خراشیده شدن سطح دیسک می‌شود و اگر این اتفاق رخ دهد هوا و گرد و غبار وارد دیسک می‌شوند و امکان خواندن یا ذخیره داده‌ها از بین می‌رود. در تصویر بخش‌هایی را مشاهده خواهید کرد که مربوط به ذخیره و خواندن اطلاعات است، اما ناگفته نماند که این تصویر متعلق به یک هارد دیسک دیگر است.

همانطور که در بالا اشاره کردیم اکثر اجزای مکانیکی در هارد دیسک ها تغییر نکرده‌اند و تنها بخش‌هایی که مربوط به میدان مغناطیسی هستند دستخوش تغییرات شده‌اند. با این وجود این گجت همچنان مورد استفاده کاربران بسیاری قرار می‌گیرد، حدود چند سالی است که نسخه ارتقا یافته هارد دیسک های HDD با نام SSD به بازار عرضه شده‌اند. هاردهای SSD دارای سرعت انتقال داده (ذخیره و خواندن اطلاعات) بسیار بالایی هستند و به همین دلیل قسمت این گجت‌های نسبت به نسخه‌های HDD بیشتر است.


نظرات

guest

0 دیدگاه
Inline Feedbacks
View all comments
بالا