فهرست مطالب
هارد دیسک HDD از دو بخش اصلی تشکیل میشود: مجموعه هد و دیسک یا Head Disk Assembly (HDA) و برد مدار چاپی یا PCBA. بخش HDA شامل اجزای مکانیکی هارد مانند پلاترها، موتور و محور اسپیندل، هدهای خواندن و نوشتن و مجموعه بازوی محرک است که درون یک محفظه فلزی محافظتشده قرار میگیرند
همانطور که در شکل پایین نشان داده شده، این ساختار نمونه نوعی یک هارد است.
براساس تعریف رسمی SNIA، حافظه SSD وسیلهای برای ذخیرهسازی اطلاعات روی حافظه غیرفرار است که هیچ قطعه متحرکی ندارد. بیشتر SSDهای امروزی نیز برای نگهداری دادهها از حافظه NAND Flash استفاده میکنند.منبع: What Is an SSD? – SNIA
تفاوت هارد دیسک ۲.۵ و ۳.۵ اینچی
هارد دیسکهای ۳.۵ اینچی بهدلیل ابعاد بزرگتر، معمولاً ظرفیت ذخیرهسازی بیشتری دارند و هزینه آنها بهازای هر ترابایت مناسبتر است. این مدلها بیشتر در کامپیوترهای رومیزی، سرورها و سیستمهای آرشیو اطلاعات استفاده میشوند.
هارد دیسکهای ۲.۵ اینچی کوچکتر و کممصرفتر هستند و بیشتر در لپتاپها و دستگاههای فشرده کاربرد دارند. در برخی سرورها نیز از درایوهای ۲.۵ اینچی استفاده میشود تا تعداد بیشتری هارد در فضای محدود نصب شود و امکان اجرای RAID و مدیریت بهتر بارهای ورودی و خروجی فراهم شود.
در ادامه ساختار داخلی هارد دیسک HDD و اجزایی مانند پلاتر، هد، اسپیندل و بازوی محرک بررسی میشود. همچنین شاخصهایی مانند سرعت چرخش، زمان دسترسی و نرخ انتقال داده توضیح داده خواهند شد.
پلاتر هارد دیسک چیست؟
پلاتر (Platter) صفحهای دایرهای و بسیار صاف در داخل هارد دیسک HDD است که دادهها روی سطح آن ذخیره میشوند. هر هارد میتواند یک یا چند پلاتر داشته باشد که همگی روی محور اسپیندل قرار گرفتهاند و هنگام کار با سرعت مشخصی میچرخند.
بدنه اصلی پلاتر معمولاً از آلومینیوم، شیشه یا مواد سرامیکی ساخته میشود. این بخش پایه پلاتر یا Substrate نام دارد و برای حفظ استحکام، تعادل و چرخش دقیق طراحی شده است. روی هر دو سمت پلاتر، لایهای بسیار نازک از ماده مغناطیسی قرار میگیرد و اطلاعات بهصورت تغییرات مغناطیسی در نواحی بسیار کوچک این سطح ثبت میشوند. همچنین یک پوشش محافظ و لایه روانکننده، سطح پلاتر را در برابر اصطکاک و آسیب محافظت میکنند.
هر سطح قابل استفاده پلاتر دارای هد خواندن و نوشتن جداگانه است. بنابراین یک پلاتر میتواند دو سطح ذخیرهسازی فعال داشته باشد؛ البته تعداد پلاترها و سطوح قابل استفاده در مدلهای مختلف HDD یکسان نیست و به ظرفیت، طراحی و کاربرد هارد دیسک بستگی دارد.
پلاترها به مسیرهای دایرهای هممرکز به نام Track تقسیم میشوند و هر Track نیز از بخشهای کوچکتری به نام Sector تشکیل شده است. هد هارد دیسک با حرکت روی این مسیرها، اطلاعات را میخواند یا روی سطح پلاتر ثبت میکند.
اسپیندل هارد دیسک چیست؟
اسپیندل (Spindle) محور مرکزی هارد دیسک HDD است که پلاترها با فاصلهای دقیق روی آن نصب میشوند. موتور اسپیندل یا Spindle Motor این مجموعه را با سرعت ثابت به چرخش درمیآورد تا هد خواندن و نوشتن بتواند به بخشهای مختلف سطح پلاتر دسترسی پیدا کند.
سرعت چرخش هارد دیسک با واحد دور در دقیقه یا RPM بیان میشود. هاردهای معمولی اغلب با سرعتهای ۵۴۰۰ یا ۷۲۰۰ دور در دقیقه کار میکنند، در حالی که برخی هاردهای سازمانی و سروری، بهویژه مدلهای SAS، سرعت چرخش ۱۰هزار یا ۱۵هزار دور در دقیقه دارند.
سرعت اسپیندل مستقیماً بر تأخیر چرخشی یا Rotational Latency اثر میگذارد. هرچه RPM بیشتر باشد، بخش موردنظر پلاتر سریعتر در مقابل هد قرار میگیرد و زمان انتظار برای دسترسی به داده کاهش مییابد. برای مثال، میانگین تأخیر چرخشی در هارد ۷۲۰۰ دور حدود ۴.۱۷ میلیثانیه، در مدل ۱۰هزار دور حدود ۳ میلیثانیه و در هارد ۱۵هزار دور نزدیک به ۲ میلیثانیه است.
البته عملکرد نهایی HDD فقط به سرعت اسپیندل وابسته نیست و عواملی مانند زمان جستوجوی هد، چگالی ذخیرهسازی، حافظه کش و نوع رابط نیز بر سرعت خواندن و نوشتن اطلاعات تأثیر دارند
Rotational Latency چیست؟
مقدار زمانی است که طول میکشد تا Platter به موقعیتی برسد که بتوان دادهای را از آن خواند یا روی آن نوشت. این زمان بر حسب میلیثانیه (ms) اندازهگیری میشود.
Full Rotational Latency: زمانی که طول میکشد تا Platter یک دور کامل (360 درجه) بچرخد.
Average Rotational Latency: تقریباً نصف Full Rotational Latency است و مقدار بسیار مهمی برای خواندن دادههای Random محسوب میشود.
هرچه سرعت چرخش (rpm) بیشتر باشد، Rotational Latency کمتر میشود و کارایی هارد بالاتر میرود.
فرمول محاسبه Average Rotational Latency
Average rotational latency = 0.5 / (rpm / 60) × 1000
مثال:
اگر سرعت دیسک 10,000rpm (10k) باشد:
Average rotational latency = 3ms
یعنی بهطور میانگین ۳ میلیثانیه طول میکشد تا Platter به موقعیت موردنظر برسد.
هد هارد دیسک چیست؟
HDDها شامل الکترومگنتهای کوچکی به نام هد (Head) هستند. این هدها که یکی برای هر دو سمت بالا و پایین هر Platter در دیسک وجود دارد، به یک Actuator Arm متصل شدهاند.
تمام هدها به یک Actuator Arm واحد متصل هستند؛ بنابراین همگی با هم به عقب و جلو روی Platter حرکت میکنند. Actuator Arm میتواند هدها را در امتداد شعاع پلاترها به یک Cylinder مشخص منتقل کند.
برای یافتن یک بخش خاص از دیسک، Actuator، هد را به Cylinder مناسب حرکت میدهد و سپس هد باید منتظر بماند تا Platter به Sector موردنظر بچرخد. بنابراین، Actuator Arm و چرخش Platter این امکان را میدهند که هدها تقریباً به هر نقطهای از سطح Platter دسترسی داشته باشند.
زمان جستوجو (Seek Time)
یک شاخص معمول دیسک که با هد مرتبط است، Seek Time است؛ مدتزمانی که طول میکشد تا هد حرکت کند و برحسب میلیثانیه اندازهگیری میشود.
سه نوع Seek Time وجود دارد:
- Full Stroke Seek Time: مدتزمانی است که طول میکشد تا هد از اولین Cylinder به آخرین حرکت کند.
- Average Seek Time: معمولاً یکسوم Full Stroke Time است و میانگین زمانی را نشان میدهد که لازم است از یک Cylinder به دیگری حرکت شود. Average Seek Time یک شاخص مهم در تعیین زمان لازم برای خواندن داده تصادفی است.
- Track-to-Track Seek Time: مدتزمان لازم برای حرکت به Track یا Cylinder بعدی است. Track-to-Track Seek Time یک شاخص مفید برای تعیین Seek Time در خواندن یا نوشتن داده ترتیبی است.
Head Crash هارد چیست و چگونه از آن جلوگیری کنیم؟
وقتی یک دیسک در حال استفاده نیست یا خاموش است، heads در یک ناحیهٔ خاص از platter به نام landing zone پارک میشوند. این landing zone معمولاً در داخلیترین قسمت platter قرار دارد.
وقتی platters میچرخند، disk heads روی یک بالشتک هوای چندنانومتری بالای سطح platter شناور هستند. Actuator arm هنگام توقف چرخش دیسک، heads را به landing zone بازمیگرداند.
معمولاً heads نباید در هیچ نقطهای جز landing zone با platter تماس داشته باشند، زیرا این تماس میتواند به هر دو آسیب بزند. این مورد head crash نام دارد و باید از آن اجتناب شود چون میتواند باعث از دست رفتن داده شود.
Head crash با رعایت نکات زیر قابل جلوگیری است:
- دیسک را با چهار پیچ در caddy محکم کنید.
- صبر کنید تا دیسکها spin down شوند و heads پارک شوند، سپس آنها را از bay خارج کنید.
- دیسکهای سخت را در بستهبندی مقاوم در برابر ضربه مثل bubble wrap یا foam حمل کنید.
- اشیاء سنگین روی دیسکهای سخت قرار ندهید تا از خم شدن casing جلوگیری شود.
- قبل از روشن کردن، به دیسکها فرصت دهید تا با محیط گرمتر یا سردتر تطابق پیدا کنند.
- دیسکهایی که به پایان عمر مفید خود نزدیک هستند تعویض کنید.
- دیسکها را به power supplies قابلاعتماد وصل کنید تا از power surges یا power loss در زمان کار جلوگیری شود.
- سرور و تجهیزاتی که دیسک دارند را درست shut down کنید تا دیسکها فرصت spin down و پارک شدن heads را داشته باشند.
کنترلر هارد دیسک چیست و چگونه کار میکند؟
controller در قسمت زیرین دیسک نصب شده است، اجزای فیزیکی داخل دیسک را کنترل میکند و یک interface port برای ارسال و دریافت داده به/از سرور یا کامپیوتر دارد.
Controller شامل یک processor، cache، مدارهای اتصال و ROM است که firmware در آن قرار دارد و شامل دستورالعملهایی برای نحوه کنترل اجزای دیسک میشود.
دادهای که از interface وارد میشود و دادهای که منتظر ارسال از طریق interface است، در cache قرار میگیرد.
تمام این اجزا در دیسک با یکدیگر کار میکنند تا داده را روی دیسک ذخیره کنند. دیسکها داده را از طریق interface دریافت کرده و آن را تا زمان امکان نوشتن روی دیسک، در cache قرار میدهند.
بسته به cache method، ممکن است بهمحض نوشتهشدن داده در cache، یک تأیید (acknowledgment) فوراً از طریق interface ارسال شود، یا ممکن است این کار تا زمان نوشته شدن داده روی دیسک انجام نشود.
داده موجود در cache بهعنوان dirty علامتگذاری میشود تا controller بداند که داده هنوز روی دیسک نوشته نشده است. سپس داده روی دیسک flushed میشود.
Cylinder در هارد چیست
درون HDD، دادهها روی مجموعهای از حلقههای هممرکز سازماندهی میشوند که شبیه حلقههای تنهٔ درخت هستند. هر یک از این حلقهها Cylinder نام دارند و شمارهگذاری آنها از ۰ برای خارجیترین سیلندر آغاز میشود.
Cylinder یک موقعیت دقیق روی دیسک را مشخص میکند و محل داده را نسبت به مرکز Platter نشان میدهد.
Cylinder چگونه ساخته میشود؟
هر Cylinder شامل Trackهایی از تمام Platterهاست که در یک موقعیت شعاعی یکسان قرار دارند.
-
تمام Platterها در یک موقعیت مشخص، Track مشابهی ایجاد میکنند.
-
مجموعه این Trackها روی Platterهای مختلف، یک Cylinder را تشکیل میدهد.
-
Cylinder 0 شامل Track 0 روی تمام سطوح بالا و پایین Platterهاست.
Track چیست؟
بخش مربوط به هر Cylinder روی یک Platter، Track نام دارد. Trackها حلقههای باریکی هستند که دادهها روی آنها نوشته میشوند.
چرا Cylinder مهم است؟
-
به ذخیرهسازی دقیق و منظم دادهها کمک میکند.
-
باعث میشود Head موقعیت خود را دقیق نگه دارد.
-
دقت عملیات خواندن و نوشتن را افزایش میدهد.
Sector چیست؟
Trackها به بخشهایی با طول ثابت به نام Sector تقسیم میشوند. فرآیند ایجاد سکتورها که معمولاً توسط سازنده دیسک انجام میشود، Low-Level Formatting نام دارد. در این فرآیند، نواحی قبل و بعد از هر Sector با یک ID علامتگذاری میشوند تا برای استفاده آماده باشند.
تا سال ۲۰۰۹، اندازه رایج هر Sector برابر با ۵۱۲ بایت بود. پس از معرفی Advanced Format Drives، اندازه هر Sector به ۴۰۹۶ بایت یا ۴ کیلوبایت افزایش یافت. امروزه Advanced Format رایجترین ساختار مورد استفاده است.
Zone Bit Recording چیست؟
در طراحیهای قدیمی HDD، مقدار داده ذخیرهشده روی تمام Trackها یکسان بود، با اینکه Trackهای داخلی از Trackهای خارجی کوچکتر بودند.
در طراحیهای جدیدتر از Zone Bit Recording استفاده میشود. در این روش، Trackها به Zoneهای مختلف تقسیم میشوند و تعداد Sectorهای هر Zone میتواند متفاوت باشد.
-
تمام Trackهای یک Zone تعداد Sector یکسانی دارند.
-
Zoneهای نزدیک مرکز، کمترین تعداد Sector را دارند.
-
Trackهای خارجی بهدلیل فضای بیشتر، داده بیشتری ذخیره میکنند.
با وجود Zone Bit Recording، دیسک با سرعت ثابتی میچرخد؛ بنابراین دادههای ذخیرهشده در Zoneهای خارجی سریعتر از Zoneهای داخلی خوانده میشوند.
این موضوع میتواند باعث متفاوتبودن نتایج Benchmark شود. برای مقایسه دقیقتر دیسکها، بهتر است Benchmark تمام آنها روی Zoneهای خارجی انجام شود.
نتیجه
هارد دیسک HDD همچنان یکی از پرکاربردترین گزینهها برای ذخیرهسازی حجم بالای اطلاعات با هزینه مناسب است. انتخاب هارد مناسب باید بر اساس ظرفیت، سرعت چرخش، نوع رابط، میزان Workload و سازگاری با سرور یا سیستم ذخیرهسازی انجام شود. در محیطهای سروری، استفاده از هاردهای Enterprise و سازگار با مدل سرور اهمیت زیادی دارد تا پایداری و عملکرد سیستم حفظ شود.
برای دریافت مشاوره تخصصی، استعلام قیمت و خرید هارد HDD و هارد سرور HP میتوانید با کارشناسان پردازش افزار پار در ارتباط باشید. تیم فروش و فنی مجموعه آماده است تا بر اساس مدل سرور، ظرفیت موردنیاز و نوع کاربری، مناسبترین هارد را به شما پیشنهاد دهد.
سوالات متداول
هارد دیسک HDD چیست و چگونه اطلاعات را ذخیره میکند؟
هارد دیسک HDD نوعی حافظه غیرفرار است که اطلاعات را بهصورت مغناطیسی روی پلاترهای چرخان ذخیره میکند. هد خواندن و نوشتن با حرکت روی سطح پلاتر، دادهها را در ترکها و سکتورها ثبت کرده یا آنها را بازیابی میکند.
اجزای اصلی هارد دیسک HDD کداماند؟
اجزای اصلی HDD شامل پلاتر، هد خواندن و نوشتن، اسپیندل و موتور آن، بازوی محرک و برد کنترلر است. این قطعات با یکدیگر کار میکنند تا موقعیت داده مشخص شود و عملیات خواندن، نوشتن و انتقال اطلاعات انجام گیرد.
مجموعه HDA در هارد دیسک چیست؟
HDA مخفف Head Disk Assembly است و به مجموعه مکانیکی محافظتشده داخل هارد گفته میشود. پلاترها، هدها، اسپیندل و مجموعه Actuator در HDA قرار دارند؛ اما برد کنترلر معمولاً در قسمت زیرین هارد نصب میشود و جزو HDA نیست.
تفاوت هارد دیسک ۲.۵ اینچی و ۳.۵ اینچی چیست؟
هاردهای ۲.۵ اینچی ابعاد کوچکتر و مصرف انرژی کمتری دارند و در لپتاپها و بسیاری از سرورها استفاده میشوند. هاردهای ۳.۵ اینچی معمولاً ظرفیت بالاتر و هزینه مناسبتری بهازای هر ترابایت دارند و برای کامپیوترهای رومیزی، سرورها و سیستمهای آرشیو مناسبتر هستند.
هنگام انتخاب هارد دیسک برای سرور باید به چه مشخصاتی توجه کرد؟
برای انتخاب هارد سرور باید ظرفیت، سرعت چرخش، نوع رابط SATA یا SAS، حافظه کش، نرخ انتقال داده، زمان جستوجو و سازگاری با شاسی و کنترلر RAID بررسی شود. در بارهای کاری مداوم بهتر است از هاردهای Enterprise استفاده شود که برای فعالیت شبانهروزی و تحمل بار بیشتر طراحی شدهاند.
