هارد دیسک‌ها چطور کار می کنند؟
ما غالباً از درایوهای دیسک سخت خود برای نصب یا حذف برنامه‌ها، ذخیره‌سازی یک فایل، باز کردن یک فایل و مواردی از این قبیل استفاده می‌کنیم. اما اجازه بدهید ببینیم که باید چه موارد دیگری را در نظر بگیریم؟ در واقع، درایوهای دیسک سخت یک گروه فوق‌العاده پیچیده و بطور غیرقابل تصوری حساس از تجهیزات هستند. از سوی دیگر، آنها به یک مولفه جدائی ناپذیر در (تقریباً) هر یک از سیستم‌های کامپیوتری که امروزه مشغول به کار هستند، تبدیل شده‌اند. سیستم شما می‌تواند تا حدودی زیادی از نگهداری منظم درایو دیسک سخت به منظور حفظ آراستگی و سازماندهی آن و همچنین برطرف نمودن عیوب احتمالی، بهره‌مند شود. اما پیش از هر چیز، بهتر است بفهمیم که درایوهای دیسک سخت اصولاً چه چیزی هستند و چه کاری انجام میدهند؟ از سوی دیگر، چرا این جزئیات اهمیت دارند؟
یک درایو دیسک سخت چیست؟
اولین داریو دیسک سخت IBM که در سال 1956 ابداع شد، از 50 صفحه (Platter) که بر روی یکدیگر قرار گرفته بودند و همچنین یک بازو، با کنترل خودکار تشکیل شده بود. هر صفحه، 24 اینچ قطر داشت و این صفحات با یکدیگر ترکیب شده بودند تا ظرفیت کلی (تنها) 5 مگابایت را فراهم نمایند. از آن زمان به بعد، فناوری دیسک سخت بطور غیرقابل تصوری تغییر کرده است. اما مفاهیم زیربنائی این صنعت همچنان ثابت مانده‌اند.
درایوهای دیسک سخت، ابزارهای ذخیره‌سازی دائمی هستند و این بدان معنی است که آنها داده را حتی زمانی‌که به منبع تغذیه متصل نیستند، حفظ می‌کنند. آنها همچنین غیرقابل تفکیک هستند، به این معنی که دیسک (صفحه)، یک جزء لاینفک درایو است (بر خلاف یک دیسک فلاپی یا درایو اپتیکال). در داخل هر درایو، صفحات و هدهای متعددی وجود دارند. صفحات مغناطیسی شده، اطلاعات کد‌گذاری شده بصورت الکترونیکی را ذخیره کرده و خواندن و نوشتن داده‌ها را با جابجایی هدها (بر اساس داده‌هایی که CPU با مشخص نمودن موقعیت آنها بر روی صفحات، از کنترلر درایو درخواست می‌کند)، انجام میدهند.
مخازن گسترده اطلاعات و سرگرمی‌هایی که امروزه در دسترس قرار دارند، بدون وجود حجم عظیمی از انباره‌های ذخیره‌سازی مقیاس‌پذیر و قابل تهیه، غیرقابل تصور بودند.
درایوهای دیسک سخت چگونه کار می‌کنند؟
درایوهای دیسک سخت، حاوی تعدادی صفحات مغناطیسی شده هستند که توسط یک موتور و محور می‌چرخند و توسط یک هد و مکانیزم بازوی کنترل کننده، خوانده می‌شوند. شما می‌توانید شیوه خواندن و نوشتن صفحات توسط هد را با شیوه خوانده شدن یک صفحه گرامافون توسط سوزن آن مقایسه کنید. البته به استثنای این واقعیت که درایوهای دیسک سخت حاوی چند صفحه هستند که داده‌ها بر روی هر دو طرف آنها نوشته شده‌اند و هدها نیز هر دو طرف آنها را می‌خوانند. هدها در امتداد چرخش صفحات بر روی یک بالشتک بسیار کوچک (در حد میکروسکوپی) از هوا، پرواز می‌کنند و میدان‌های مغناطیسی کوچکی را در امتداد پوشش صفحات ایجاد می‌نمایند که می‌توانند بصورت صفرها و یک‌های باینری خوانده شوند. هد و بازو، اطلاعات الکترونیکی را به/از کنترلر درایو منتقل می‌کنند که به نوبه خود برای تغذیه نرم‌افزارهای کاربردی، سخت‌افزار و سیستم عامل، با پردازنده اصلی ارتباط برقرار می‌نماید. در حالیکه تمام این قطعات کوچک متحرک بر دقت غیرقابل تصوری تکیه دارند، فضای بسیار کوچکی برای خطا وجود دارد. زمان، تغییر و آسیب‌های فیزیکی می‌توانند باعث شوند که هدها با سطح صفحات برخورد نموده و اجزاء الکترونیکی ظریف درایو از کار بیفتند. با درایوهای خود (و ابزارهایی که این درایوها در آنها قرار دارند) رفتار محتاطانه‌ای داشته باشید و بطور منظم از داده‌های مهم خود کپی پشتیبان تهیه کنید تا درایو دیسک سخت خود را کمتر در معرض ریسک‌های فاجعه‌آمیز قرار دهید.
همانطور که قبلاً نیز اشاره کردیم، درایوهای دیسک سخت تمام مولفه‌های مکانیکی و الکتریکی خود را در یک محفظه واحد جا میدهند که از اجزاء کاری ظریف داخل آن محافظت می‌کند. حتی ذرات کوچک گرد و غبار نیز می‌توانند بطور جبران ناپذیری به سطوح فیزیکی درایو آسیب برسانند. با این‌حال، درایوها برای تنظیم فشار هوای داخل و خارج محفظه خود، به روزنامه‌های فیلترگذاری شده‌ای نیاز دارند. حفظ فضاهای باز در اطراف درایو دیسک سختتان (چه داخلی و چه خارجی) و همچنین کنترل گرد و غبار در محیط، از اهمیت بسیار بالائی برخوردار است.
درایوهای دیسک سخت می‌توانند با شیوه‌های متفاوتی با مادربرد و سایر اجزاء سیستم ارتباط برقرار کنند. متداول‌ترین اینترفیس برای درایوهای داخلی، (EIDE (ٍٍEnhanced Integrated Drive Electronics است که معمولاً از کابل‌های تخت خاکستری رنگ استفاده می‌کند. EIDE یک استاندارد ارتباطی نسبتاً سریع است که کاتکتورهای آن به آسانی متصل و جداسازی می‌شوند و کاملاً در همه جا حضور دارد. تعدادی از استانداردهای جدید نظیر SATA ، Fire Wire و 2.0 USB ، سلطه EIDE را تهدید می‌کنند. هر یک از این استانداردها، مزایائی را در زمینه سرعت، قابلیت حمل و یا راحتی ارائه می‌کنند که EIDE قادر به رقابت به آنها نمی‌باشد. هنگام خرید درایوهای جدید و یا جایگزین، مطمئن شوید که اینترفیس‌های درایو با استانداردهای قابل دسترسی بر روی مادربرد و یا کیس کامپیوتر (برای درایوهای خارجی) شما انطباق دارند، هر چند که ارتقاء به سریعترین و جدیدترین استاندارد موجود در هر زمانی‌که امکان داشته باشد، معمولاً ارزشمند خواهد بود.
برای کسب اطلاعات بیشتر به مقاله "SATA و IDE چه هستند؟" مراجعه نمایید.
درایوهای دیسک سخت چگونه داده‌ها را ذخیره می‌کنند؟
ساختارهای فیزیکی یک درایو دیسک سخت و ملاحظات جانبی آنها، از اهمیت کافی برخوردارند اما شناخت نحوه ذخیره‌سازی و بازیابی داده‌ها نیز بر عملکرد و اعتماد پذیری داده‌ها تأثیر چشم‌گیری دارد.
درایوها دیسک سخت، داده‌ها را در حلقه‌های متحدالمرکز بر روی هر صفحه (Platter) مرتب می‌کنند. هر طرف یک صفحه، دارای یک هد مخصوص به خود است. هر حلقه کامل که بر روی صفحات مختلف تکرار می‌شود، یک سیلندر را تشکیل می‌دهد. سکتورها(sector)، برش‌هائی از هر سیلندر هستند (همانند پره‌های یک چرخ) که تعداد مساوی از کمان‌ها را تشکیل میدهند و این کمان‌ها هرچه به مرکز صفحه نزدیکتر شویم، باریک‌تر می‌گردند.
هد، سیلندر و سکتور به همراه یکدیگر یک موقعیت منحصر بفرد برای هر قطعه از اطلاعات ذخیره شده بر روی درایو دیسک سخت را تشکیل میدهند.
با این‌حال، تمام سکتورهای دارای اندازه‌های یک‌سانی نیستند و تمام درایوها نیز تعداد مشابهی از سکتورها را ایجاد نمی‌کنند. سیستم‌های عامل، بهترین خصوصیات را با قرار دادن فایل‌ها یا قطعات آنها برای پر کردن سکتورها در نزدیکترین فاصله ممکن، به بهترین شکل ایجاد می‌کنند اما اتلاف غیرقابل اجتناب فضا، همیشه بر کارآئی سیستم تأثیر می‌گذارد. به همین ترتیب، بسیاری از فایل‌ها بزرگتر از آن هستند که در یک سکتور واحد جا بگیرند و فضای لازم برای ذخیره‌سازی آنها نیز همیشه بصورت سکتورهای متوالی قابل دسترسی نخواهد بود. بنابراین، فایل‌ها در سراسر درایو پخش می‌شوند در حالیکه سیستم عامل مسئولیت ردیابی هر یک از قطعات فایل را بر عهده دارد. در طول زمان، این تفرق باعث کاهش کارآئی سیستم شما می‌گردد زیرا فرآیند مکان‌یابی و بازیابی هر قطعه از یک فایل به تدریج دشوارتر می‌شود. نهایتاً، سیستم‌های عامل و سایر نرم‌افزارهای کاربردی ردپای فایل‌ها و یا قطعات آنها را گم می‌کنند، درایو از در هم ریختگی انباشته می‌شود و ریسک آسیب‌دیدگی یا برخورد فایل‌ها نیز افزایش می‌یابد. تمام این محدودیت‌های ذخیره‌سازی داده‌ها، اهمیت یک نسخه ساده را افزایش میدهند: پاکسازی و نگهداری از سیستم فایل، تا حدود زیادی بر کارآئی و اعتماد‌پذیری درایو شما تأثیر می‌گذارد.