فرادرسهارد دیسک چگونه کار می کند؟ – توضیح طرز کار
با وجود حضور چندساله حافظه‌های SSD و کارایی بسیار خوب آن‌ها، هارد دیسک همچنان به‌عنوان ابزاری به‌صرفه برای ذخیره کردن اطلاعات شناخته شده و سهم بالایی از بازار را در اختیار دارد. هارد دیسک ها انواع مختلفی دارند که همه ما با آن‌ها برخورد داشته و از آن‌ها استفاده کرده‌ایم. اما هارد دیسک چگونه کار می کند و طرز کار آن به چه شکل است. در این مطلب می‌خواهیم طرز کار هارد دیسک را به زبان ساده بیان کنیم.
چطور با استفاده از مغناطیس اطلاعات را ذخیره کنیم؟
مفاهیم علمی مغناطیس و فرمول‌های فیزیک این مبحث بسیار پیچیده هستند. اما اگر با یک آهنربا و چند میخ بازی کرده باشید، می‌دانید که سازوکار عملی مغناطیس ساده است. میخ آهنی در حالت عادی خاصیت مغناطیسی ندارد. اما در صورتی که میخ‌ها را برای مدتی به یک آهنربا بچسبانید، خاصیت مغناطیسی پیدا کرده و بدون نیاز به آهنربا هم یکدیگر را جذب می‌کنند.
خاصیت مغناطیسی هم می‌تواند جزئی از ماهیت یک جسم مانند آهنربا باشد، هم به‌صورت مصنوعی و با انرژی الکتریسیته ایجاد شود. مانند آهنرباهای بزرگی که در جرثقیل‌ها برای جابه‌جایی اجسام فلزی سنگین مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مغناطیس علاوه بر موردی که گفته شد، خاصیت بسیار مهم دیگری هم دارد: ذخیره اطلاعات. بگذارید این موضوع را با یک مثال توصیف کنیم: فرض کنید قرار است که امشب با دوست خود برای پیاده‌روی به بیرون بروید. شما با او توافق کرده‌اید که تا قبل از غروب آفتاب و بازگشت وی از محل کار، درباره رفتن یا نرفتن تصمیم بگیرید و این تصمیم را به اطلاع دوستتان برسانید.
حالا فرض می‌کنیم تنها وسیله ارتباطی شما، صندوق پستی چوبی است که درب منزل دوستتان قرار دارد و شما هم یک میخ آهنی و یک آهنربا در اختیار دارید. انتقال پیام ساده است، با انداختن میخ در صندوق، تصمیمتان را اعلام می‌کنید. اگر میخ خاصیت مغناطیسی داشته باشد، امشب دوستتان را ملاقات می‌کنید و اگر میخ خاصیت مغناطیسی نداشت، قرار شما لغو خواهد شد.
دوست شما از محل کار برمی‌گردد و میخ را از داخل صندوق برمی‌دارد. به داخل خانه رفته و یک سنجاق فلزی را به میخ نزدیک می‌کند. اگر سنجاق به میخ جذب شد، سر ساعت در محل موردنظر حضور میابد و اگر سنجاق و میخ یکدیگر را جذب نکردند، می‌داند که امشب قراری با شما ندارد.
مثالی که زدیم در دنیای واقعی برای انتقال پیام کاربردی ندارد. اما می‌تواند مفهوم مورد نظر ما را به خوبی نمایش دهد. می‌توان از مغناطیس برای ذخیره‌سازی و بازخوانی اطلاعات استفاده کرد.
تصور کنید هارد دیسکی در اختیار دارید که تنها ۱ گیگابایت ظرفیت دارد. این هارد دیسک مانند جعبه‌ایست که ۸ میلیارد میخ در آن وجود دارد و هر میخ می‌تواند یک ذره اطلاعات تحت عنوان بیت را ذخیره کند. اگر متوجه اعداد نشده‌اید، باید گفت که هر گیگابایت معادل یک میلیارد بایت بوده و هر بایت هم از ۸ بیت تشکیل می‌شود.
بیت ماهیتی باینری یا دوتایی دارد و می‌تواند مقدار ۰ یا ۱ را بپذیرد. در کامپیوتر، اعداد ماهیت ۱۰ تایی عادی را ندارند (یکان، دهگان و...) بلکه به‌صورت یک رشته باینری نوشته می‌شوند. مثلاً عدد ۳۸۲ به زبان دوتایی کامپیوتر به‌صورت 101111110 نوشته می‌شود. حروف و سایر نشانه‌ها نیز به همین شکل در کامپیوتر ذخیره می‌شوند.
مثلاً حرف A انگلیسی در باینری به‌صورت 1000001 نوشته می‌شود. حال اگر بخواهیم این حرف را با استفاده از میخ‌های درون جعبه ذخیره کنیم، باید یک ردیف هفت‌تایی از میخ‌هایی که قبلاً استفاده نشده‌اند را پیدا کنیم. سپس میخ اول را مغناطیسی کرده (مقدار ۱ را به آن بدهیم)، پنج میخ بعدی را دست نزنیم (مقدار ۰ خود را حفظ کنند) و در نهایت میخ آخر را هم مغناطیسی کنیم (مقدار ۱ بگیرد).
هارد دیسک چگونه کار می کند ؟
در هارد دیسک کامپیوتر شما خبری از میخ‌های آهنی نیست. بلکه یک دیسک براق دایره‌ای از جنس مواد مغناطیسی داخل هارد وجود دارد که به آن پلاتر می‌گویند. هر پلاتر به میلیاردها ناحیه بسیار ریز تقسیم شده که هریک از این نواحی می‌تواند به‌صورت مستقل خاصیت مغناطیسی پیدا کرده (مقدار ۱ داشته باشد) یا مغناطیسی نشود (مقدار ۰ بپذیرد).
جسمی که خاصیت مغناطیسی پیدا کرده، مثلاً میخ آهنی، تا زمانی که انرژی مغناطیسی آن تخلیه نشود، خاصیت خود را حفظ می‌کند. به همین دلیل برای ذخیره کردن اطلاعات در هارد دیسک، از خاصیت مغناطیسی استفاده شده تا حتی پس از خاموش شدن دستگاه، اطلاعات حفظ شوند.
پلاتر مهم‌ترین قطعه هارد دیسک است که از مواد سخت مثل شیشه، سرامیک یا آلومینیوم ساخته می‌شود. البته برای ایجاد خاصیت مغناطیسی، سرتاسر پلاتر روکشی از جنس فلز داشته تا بتوان اطلاعات را روی آن ذخیره کرد.
هارددیسک‌های کوچک با ظرفیت کم، معمولاً فقط یک پلاتر دارند که هردو طرف آن روکش فلزی دارد. هرچه هارد به فضای ذخیره‌سازی بیشتری نیاز داشته باشد، تعداد پلاترها هم بیشتر می‌شود. این پلاترها روی یک محور مرکزی مستقر هستند و بین آن‌ها هم فاصله اندکی وجود دارد.
درون هارد دیسک به ازای هر پلاتر دو هد آهنربایی وجود دارد که هرکدام مسئول خواندن و نوشتن اطلاعات روی یک سمت پلاتر هستند. به همین خاطر اگر هاردی مثلاً پنج پلاتر داشته باشد، برای خواندن و نوشتن اطلاعات ده عدد هد در اختیار خواهد داشت.
هدهای مغناطیسی هارد دیسک روی بازویی سوار هستند که اجازه حرکت در شعاع پلاتر را فراهم می‌کند. صفحه پلاتر هم با سرعتی تا ۱۰ هزار دور در دقیقه روی محور می‌چرخد که در ترکیب با حرکت بازو، هدها می‌توانند به تمامی نواحی پلاتر دسترسی داشته باشند. البته برای جلوگیری از استهلاک، بین هد و صفحه پلاتر فاصله وجو دارد.
هارد دیسک از چه قطعاتی تشکیل شده است؟
قطعات اصلی هارد دیسک شامل موتور، بازو، پلاتر، رابط، بورد، هد و کانکتور می‌شود. حالا که می‌دانیم هارد دیسک چگونه کار می کند و قطعات آن را هم می‌شناسیم، بهتر است نگاهی دقیق‌تر به داخل هارد دیسک داشته باشیم:
- عمل‌کننده یا موتور که حرکت بازو را ممکن می‌کند.
- بازوی خواندن و نوشتن که هد آهنربایی روی نوک آن قرار دارد.
- محور مرکزی که چرخش سریع پلاترها را میسر می‌کند.
- پلاتر مغناطیسی که اطلاعات را به‌صورت باینری ذخیره می‌کند.
- رابط هارد درایو که ارتباط با مادربورد کامپیوتر را فراهم می‌کند.
- هد آهنربایی که عمل خواندن و نوشتن اطلاعات روی پلاتر را انجام می‌دهد.
- بورد اصلی هارد دیسک که جریان اطلاعات ورودی و خروجی پلاتر را کنترل می‌کند.
- کانکتور انعطاف‌پذیر که اطلاعات را از بورد اصلی هارد دیسک به هد و پلاتر و برعکس منتقل می‌کند.
- محور کوچکی که حرکت آزادانه بازو روی سطح پلاتر را میسر می‌کند.
طرز کار هارد دیسک در نوشتن و خواندن اطلاعات چگونه است؟
در مبحث حافظه، پیدا کردن اطلاعاتی که قبلاً نوشته شده از نوشتن آن‌ها مهم‌تر است. به همین خاطر اطلاعات درون هارد دیسک با نظم خاصی نوشته می‌شوند تا بعداً بتوان به راحتی آن‌ها را پیدا و بازخوانی کرد.
اگر به همان مثال میخ درون جعبه برگردیم، تصور اینکه بخواهیم از میان ۸ میلیارد میخ که روی هم ریخته شده‌اند یکی را پیدا کنیم عملاً غیرممکن است. در هارد دیسک هم همین حالت وجود دارد و اطلاعات با روش مشخصی روی پلاتر ذخیره می‌شوند تا در کم‌ترین زمان ممکن قابل بازیابی باشند.
درون هارد دیسک، اطلاعاتی که به صورت بیت وجود دارند، در مسیرهای دایره‌ای شکل منظمی تحت عنوان ترک (Track) روی پلاتر ذخیره می‌شوند. هر ترک هم خود به چند بخش تقسیم شده که به آن‌ها سکتور (Sector) می‌گویند. در ضمن بخشی از حافظه هارد دیسک نقشه‌ای از سکتورها و محل قرارگیری اطلاعات روی پلاتر را در خود ذخیره می‌کند.
نقشه مذکور در ویندوز با نام جدول تخصیص فایل یا FAT شناخته می‌شود. زمانی که کامپیوتر می‌خواهد اطلاعات جدیدی روی هارد دیسک ذخیره کند، ابتدا این نقشه را بررسی کرده و سکتورهای خالی را پیدا می‌کند. سپس به هد دستور می‌دهد تا دقیقاً روی ناحیه موردنظر قرار گرفته و اطلاعات مربوطه را با مغناطیسی کردن آن ناحیه ذخیره کند.
اما کامپیوتر چگونه دستورات لازم را برای حرکت و استفاده از هد به هارد دیسک می‌دهد؟ در اینجا رابطی به نام کنترلر وجود دارد که موتور و بازوی درون هارد دیسک را هدایت می‌کند. وظیفه دیگر این قطعه انتخاب سکتور برای نوشتن یا خواندن اطلاعات روی پلاتر است.
کنترلر همچنین داده‌های کامپیوتر که به‌صورت موازی و همزمان به هارد دیسک می‌رسند را مرتب کرده و به جریان متوالی برای نوشته شدن روی پلاتر تبدیل می‌کند. این قطعه یا به صورت یکپارچه درون هارد دیسک قرار دارد، یا درون مادربورد کامپیوتر تعبیه می‌شود.
سخن پایانی
هارد دیسک‌ها انقلابی در صنعت کامپیوتر بودند که امکان ذخیره‌سازی اطلاعات در فضای کوچکی را فراهم کردند. اما اکنون که می‌دانید هارد دیسک چگونه کار می کند و با ساختار آن آشنا هستید، حتماً متوجه شده‌اید که سخت‌افزار هارد دیسک بسیار ظریف بوده و در مقابل ضربه بسیار حساس است. از طرف دیگر کوچک‌ترین ذره غبار هم می‌تواند باعث برهم خوردن کار هد و برخورد آن با سطح پلاتر شود که نتیجه آن در بسیاری مواقع، از دست رفتن کلیه اطلاعات هارد است.
در نتیجه اگر در کامپیوتر یا لپتاپ شما هارد دیسکی وجود دارد، حتماً مراقب ضربات فیزیکی احتمالی یا محیط‌های آلوده باشید. در ضمن همواره از اطلاعات حساس خود یک نسخه پشتیبان در فضایی دیگر تهیه کنید. چرا که ممکن است هارد دیسک شما چندین سال بدون مشکل کار کند و ناگهان در یک لحظه، از کار افتاده و اطلاعات ارزشمندتان از دسترس خارج شوند.
