دانلود مقاله تکنولوژی هارد دیسک

هارد درایو ها با تحت میدان قرار دادنِ یکسری مواد مغناطیسی اطلاعات را درخود ضبط می کنند.

و با تشخیص مغناطیس شدگی آن ماده اطلاعات را از روی آن می خوانند.

طرح کلی یک هارد دیسک تشکیل شده از یک مخروط که یک یا چند صفحه مسطح و گرد را نگه می دارد ،اطلاعات بر روی این صفحات ذخیره می شوند.

این صفحه ها از یک ماده غیر مغناطیسی( اغلب شیشه یا آلومینیوم ) ساخته می شوند و با یک لایه نازک از مواد مغناطیسی روکش می شوند.

در درایو های قدیمی از تری اکسید آهن به عنوان ماده مغناطیسی استفاده می شد اما امروزه از آلیاژهای کبالت پایه استفاده می کنند.

صفحات با سرعت های بالا به گردش در می آیند.اطلاعات در حین چرخش صفحات بر ری آنها نوشته می شوند.این کار توسط مکانیزمی با نامِ: هد خواندن/ نوشتن انجام می شود.

این هد با فاصله بسیار کم بالای سطح مغناطیسی حرکت می کند.

از این وسیله برای تشخیص و تغییر در وضعیت مغناطیس شدگیِ ماده زیر آن استفاده می شود.

به ازای هر صفحه مغناطیسی بر روی مخروط ، یک هد وجود دارد که همه آنها بر روی یک بازوی مشترک سوار شده اند.

همینطور که صفحات دوران می کنند یک بازوی محرک، هد ها را (به آرامی و با حرکت شعاعی ) روی یک مسیر قوس دار، بر روی صفحات به حرکت در می آورد.با اینکار به هر هد اجازه داده می شود که تقریبا به تمام سطح صفحهء در حال دوران دسترسی پیدا کندد.
سطح مغناطیسی هر صفحه به تعداد زیادی محدوده های کوچک مغناطیسی تقسیم می شود.

(اندازه این محدوده ها در حد میکرون می باشد).

هر کدام از این محدوده ها برای رمزنگاری یک واحد باینری اطلاعات مورد استفاده قرار می گیرند.در هارد درایو های امروزی ، هر یک از این محدوده های مغناطیسی از چند صد دانه مغناطیسی تشکیل شده اند.

هر محدده مغناطیسی ، یک دوقطبی مغناطیسی را تشکیل می دهد که این دو قطبی ها یک حوزه مغناطیسی متمرکز را در نزدیکی خود ایجاد می کنند.
تاریخچه:
برای سالها ، هارد دیسک ها تجهیزات بزرگ و سنگین بودند و به دلیل بزرگی ، سنگینی ، حساسیت بالا و مصرف زیاد انرژی ، بیشتر برای محیط های حفاظت شدهء یک مرکز اطلاعات یا دفاتر بزرگ مناسب بودند تا محیط های خشن و ناملایم صنعتی ،خانه ها یا دفاتر کوچک .
تا قبل از دهه ۸۰ میلادی اغلب هارد دیسک ها صفحات ۸ اینچی (۲۰ سانتی) یا ۱۴ اینچی( ۳۵) سانتی داشتند.

و برای نگه داری آنها نیاز به فضای زیادی بود.( مخصوصا درایو های بزرگ قابل حمل و نقل (قابل نصب و برداشت) که به خاطر بزرگی به ماشین های لباسشویی معروف بودند).

این گونه هارد درایو ها به علت داشتن موتور های بزرگ، به منبع تغذیه سه فاز و آمپراژ بالا نیاز داشتند.

به همین دلیل تا سال ۱۹۸۰ برای میکروکامپیوتر ها از هارد دیسک استفاده نمی شد.

تا اینکه در این سال شرکت seagate tecnology اولین هارد درایو ۵/۲۵ خود را با ظرفیت ۵ مگابایت تحت عنوان ST-۵۰۶ به بازار ارائه کرد.

در واقع تا آن زمان کامپیوتر های شخصی اولیه IBM یعنی IBM۵۱۵۰ مجهز به هارد دیسک نبودند.
تا قبل از دهه ۸۰ میلادی اغلب هارد دیسک ها صفحات ۸ اینچی (۲۰ سانتی) یا ۱۴ اینچی( ۳۵) سانتی داشتند.

در واقع تا آن زمان کامپیوتر های شخصی اولیه IBM یعنی IBM۵۱۵۰ مجهز به هارد دیسک نبودند.

خصوصیات هارد دیسک: * ظرفیت معمولا با گیگابایت بیان می شود.

* اندازه فیزیکی معمولا با اینچ بیان می شود: امروزه تقریبا تمام هارد دیسک هایی که در کامپیوتر های رومیزی (خانگی - اداری) و نوت بوک ها استفاده می شوند ، ۳/۵ یا ۲/۵ اینچی هستند.

هارد دیسک های ۲/۵ اینچی معمولا کند تر هستند و حجم کمتری نیز دارند اما در عوض برق کمتری مصرف می کنند و مقاومت به ضربه و تکان در آنها بیشتر است.

اندازه دیگری که استفاده از آن بطور فزاینده ای در حال رشد است نوع ۱/۸ اینچی می باشد که درmp۳ player ها و نوت بوک های کوچک مورد استفاده قرار می گیرد.این نوع از هارد درایو ها مصرف انرژی بسیار پایینی دارند ودر مقابل ضربه بسیار مقاوم می باشند.

علاوه بر موارد مذکور انواع دیگری نیز موجود می باشندکه در ادامه به توضیح آنها پرداخته می شود: نوع یک اینچی که طوری طراحی شده اند تا با ابعاد کانال های فیبری نوع دوم(FC Type II) جور باشند.

از این نوع هاردیسک در تجهیزات قابل حمل و نقل از جمله دوربین های دیجیتال نیز استفاده می شود.

همچنین نوع ۰/۸۵ اینچی نیزتوسط شرکت توشیبا جهت استفاده در گوشی های تلفن همراه و کاربرد های مشابه آن ساخته شده است.

طراحی سایز هاردیسک ها کمی گیج کننده است ، به عنوان مثال یک دیسک درایو ۳/۵ اینچی دارای کیسی با پهنای ۴ اینچ می باشد.

علاوه بر این هاردیسک های مخصوص سرور در دو اندازه ۳/۵ و ۲/۵ اینچی تولید می شوند.

* قبلیت اعتماد، با واحد (MTBF) یا فاصله زمانی بین خطاها سنجیده می شود.

سنجش ظرفیت: تولید کنندگان هارد درایو معمولا ظرفیت درایو را با استفاده از پیشوندهای SI مشخص می کنند.

پیشوند های گیگا و مگا از این دسته اند.

تاریخچه این نام گذاری به زمانی بر میگردد که ظرفیت ذخیره سازی از مرز ملیون بایت فراتر رفت .

یعنی بسیار قبل تر از پیشوند های استاندارد باینری ( حتی قبل از اینکه پیشوند های SI درسال ۱۹۶۰ ایجاد شوند.) IEC در سال ۱۹۹۹ ، پیشوند های باینری را استاندارد کرد.

بعد از آن بسیاری از دست اندر کاران تولید کامپیوتر و نیمه رساناها عبارت کبلو بایت را برای ۱۰۲۴ بایت پذیرفتند.

دلیل پذیرش عبارت مذکور این بود که عدد ۱۰۲۴ به اندازه کافی به پیشوند کیلو(۱۰۰۰) نزدیک بود.

بعضی مواقع این استاندارد غیر SI یک توصیف کننده نیز به همراه خود داشت،مثلا: ۱ KB = ۱۰۲۴ Bytes .

اما این توصیف کننده، به خصوص در بین بازاریان کم کم حذف شد.

این روند به تدریج تبدیل به عادت شد و به دنبال آن پیشوندهای مگا ، گیگا،ترا و حتی پتا نیز مورد استفاده قرار گرفتند.

جامعیت: در حین حرکت دیسک ،سیستم مخروط هارد دیسک به کمک فشار هوای داخل محفظه درایو، هد ها را در ارتفاع مناسبی از صفحه های مغناطیسی قرار می دهد.

برای اینکه یک هارد درایو به خوبی کارکند به مقدار معینی فشار هوا نیاز دارد.

ارتباط با محیط خارج و فشار اتمسفر از طریق یک سوراخ کوچک(تقریبا به قطر ۱/۲ میلیمتر) که روی درپوش قرار دارد میسر می شود.که معمولا یک فیلتر کربنی از داخل روی آن را پوشانده(فیلتر تنفسی).

اگر فشار هوا خیلی پایین باشدهد ها به اندازه کافی از جای خود بلند نمی شوند و در ارتفاع مناسبی قرار نمی گیرند و خطر برخورد هد ها با صفحه و از دست رفتن اطلاعات وجود دارد.

برای کارکرد در ارتفاع زیاد(۳۰۰۰ متر) به درایو های عایق و تنظیم فشار شده نیاز داریم.

بدین منظور درایو های جدید دارای سنسور های دما هستند تا بتوانند فعالیت خود را با محیط اطرافشان تطبیق دهند.

مجاورت با رطوبت بالا برای مدت زمان طولانی باعث ایجاد خوردگی در هد ها و دیسک ها می شود.

اگر درایو برای قرار دادن هد های خود بر روی صفحات از تکنولوژی کلید های قطع و وصل تماسی(CSS ) استفاده کند ، رطوبت افزایش یافته و باعث افزایش تمایل چسبندگی هدها به صفحات مغناطیسی می گردد.این پدیده ممکن است منجر به وارد آمدن صدمات فیزیکی به دیسک و موتور شود همچنین ممکن است باعث برخورد هد با صفحات مغناطیسی گردد.

سوراخ های تنفس بر روی تمام هارد درایو ها دیده می شوند و معمولا در کنار خود یک برچسب هشدار دهنده دارند که به کاربر هشدار می دهد که این سوراخ ها را نپوشاند.

هوای داخل درایو در حال کار ،پیوسته در حال حرکت است .

هوا بر اثر اصطکاک با صفحات در حال چرخش دیسک به حرکت در می آید.

این هوا از یک فیلتر داخلی عبور داده می شود تا از هرگونه آلودگی ناشی از فرآیند تولید ،ذرات یا مواد شیمیایی که به نحوی داخل محفظه شده اند و ذراتی که در حین کارِ درایو ایجاد شده اند پاک شود.

مناطق فرود: توضیح تصویر: میکرو فوتوگراف مربوط به یک هد هارد دیسک.

اندازه صفحه روبرویی ۰/۳×۰/۱ میلیمتر می باشد.

کفلغزنده (که در شکل دیده نمی شود) ابعادی برابر با ۰/۱×۱/۲۵ میلیمتر دارد(اندازه نانومتری) که همین وجه ازمیکرو فوتوگراف بالای صفحه مغناطیسی قرار می گیرد.

یکی دیگر از قسمت های حیاتی هد، ساختار گرد و نارنجی رنگ وسط تصویر است.

به سیم ها و اتصلات الکتریکی متصل به تشتک های طلایی توجه کنید دسترسی و ارتباط : دسترسی به هارد درایو ها عموما از طریق تعدادی از باس های زیر صورت می گیرد: ,و کانال های فیبری ATA (IDE, EIDE), Serial ATA (SATA), SCSI, SAS, IEEE ۱۳۹۴, USB.

در دوره رابط های ST-۵۰۶ ، روش ها و برنامه های رمزنگاری نیز حائز اهمیت بودند.

در اولین دیسک ST-۵۰۶ از روش MFM (تلفیق بسامدی اصلاح شده) استفاده می شد.

امروزه از این روش در فلاپی دیسک های ۱/۴۴ مگابایتی استفاده می شود که نرخ انتقال اطلاعات در آن برابر با ۵ مگابایت در ثانیه می باشد.

بعدها کنترل کننده هایی که از RLL ۲.۷ استفاده می کردند ، سرعت انتقال را به ۱/۵ برابر یعنی ۷/۵ مگابایت در ثانیه افزایش دادند.

این فرایند همچنین باعث افزایش ظرفیت درایو ها تا ۱/۵ برابر شد.

نحوه قرار گیری اطلاعات در هارد اطلاعات بر روی سطح هر یک از صفحات دیسک سخت در مجموعه ای به نام سکتور و شیار ذخیره می گردد.

شیارها دوایر متحدالمرکزی هستند(نواحی زرد) که برای هر یک از آنها تعداد محدودی سکتور(نواحی آبی) با ظرفیتی بین ۲۵۶ و ۵۱۲ بایت ایجاد می گردد.

این سکتورها همزمان با آغاز فعالیت سیستم عامل در کلاستر سازماندهی می گردد.

زمانی که درایو رایانه تحت عملیات Low level format قرار می گیرد سکتورها وشیارها ایجاد می شود و زمانی که درایو High level format می گردد با توجه به نوع سیستم عامل بستر مناسبی برای استقرار فایل های اطلاعاتی فراهم می آید.

شرکت و کشور سازنده یکی از مسائلی که پس از گنجایش و عمر مفید هارد دیسک حائز اهمیت است، کارایی آن می باشد.

اما در حال حاضر هارددیسک ها از نظر کارایی اختلاف چندانی با هم ندارند.

خرید هارددیسک نسبت به گذشته بسیار آسان می باشد.

زیرا تولید کنندگان ضعیف از صحنه خارج شده اند.

از لحاظ مارک و یا کارخانه سازنده دیسک سخت شرکت های زیر عمده تولید هارددیسک را بر عهده دارند: کانر- مکستور- سی گیت- وسترن دیجیتال- کوانتوم- اچ پی- فوجیتسو- توشیبا - آی بی ام و...

این دیسک ها دارای تفاوتهای گوناگون در گنجایش، گونه، تعداد دیسک، سرعت چرخش، زمان متوسط جست وجو، حافظه واسطه و مدت زمان ضمانت می باشند.

کالبد شکافی هارد دیسک : بهترین روش شناخت نحوه عملکرد هارد دیسک کالبد شکافی آن است .شکل زیر یک هارد دیسک را نشان می دهد.

یک پوسته ( قاب ) آلومینیومی که کنترل کننده هارد دیسک در درون آن ( یک سمت دیگر ) قرار دارد.

کنترل کننده فوق مکانیزمهای خواندن ، نوشتن و موتوری که باعث چرخش صفحات هارد دیسک می شود را کنترل می نماید.

در نزدیکی برد کنترل کننده کانکتورهای مربوط به موتوری که باعث چرخش صفحات هارد می شود قرار دارد.

در صورتیکه روکش مربوطه را از روی درایو برداریم با وضعیتی مشابه شکل زیر برخورد خواهیم کرد.

حافظه موقت ( Buffer ) : زمانیکه یک سیستم درخواست اطلاعاتی را می نماید ، هارد دیسک علاوه بر اینکه می بایست بازیابی داده درخواستی ر ا انجام دهد بلکه مسئولیت استقرار ( load ) داده در بافر مربوطه به خود را نیز برعهده دارد.

بدین ترتیب در صورتیکه پردازنده درخواست مجدد همان اطلاعات قبلی را داشته باشد ، اطلاعات مورد نیاز آن از طریق بافر هارد دیسک تامین خواهد شد.

استفاده از دو مگابایت بافر، ظرفیت مناسبی در این رابطه می باشد.

در مواردیکه از برنامه های خاصی نظیر فتوشاپ ، استفاده می شود ، ظرفیت هشت مگابایت برای بافر ، منطقی بوده و اثرات مثبتی را در رابطه با افزایش کارائی سیستم بدنبال خواهد داشت .

بطور کلی بافر حافظه ایست واسط بین پردازنده و درایو های کامپیوتر ( از قبیل هارد دیسک ) تا هماهنگی این ابزارها را با Cpu درعملیات I/O ( Input/Output ) انجام دهد.