هارد دیسک (HDD)

هارد دیسک چیست؟

هارد دیسک کامپیوتر (HDD) یک دستگاه ذخیره سازی اطلاعات غیر فرار است. غیر فرار به دستگاه های ذخیره سازی اطلاق می شود که در صورت خاموش شدن، داده های ذخیره شده را حفظ می کنند. همه رایانه ها به یک دستگاه ذخیره سازی نیاز دارند و HDD ها تنها نمونه ای از یک نوع دستگاه ذخیره سازی هستند.

هارد دیسک ها معمولا در داخل رایانه های رومیزی، دستگاه های تلفن همراه، لوازم الکترونیکی مصرفی و آرایه های ذخیره سازی سازمانی در مراکز داده نصب می شوند. آنها می توانند سیستم عامل ها، برنامه های نرم افزاری و سایر فایل ها را با استفاده از دیسک های مغناطیسی ذخیره کنند.

به طور خاص، درایوهای هارد دیسک خواندن و نوشتن هارد دیسکی را که ذخیره سازی داده ها را فراهم می کند، کنترل می کنند. هارد دیسک ها به عنوان وسیله ذخیره سازی اولیه یا ثانویه در رایانه استفاده می شود. آنها معمولاً در محفظه درایو یافت می شوند و از طریق یک پیوست فناوری پیشرفته (ATA)، Serial ATA ، موازی ATA یا Small Computer System Interface ( SCSI ) و سایر فرمت ها به مادربرد متصل می شوند . هارد دیسک همچنین به یک منبع تغذیه متصل است و می تواند اطلاعات ذخیره شده را در حین خاموش بودن نگه دارد.

درایو دیسک سخت — که اغلب به هارد دیسک کوتاه می شود — و هارد دیسک چیزهای مشابهی نیستند، اما آنها به عنوان یک واحد بسته بندی می شوند و هر دو عبارت می توانند به کل واحد اشاره کنند.

مرتبط: تقسیم بندی فضای ذخیره سازی – partition

چرا کامپیوترها به هارد دیسک نیاز دارند؟

دستگاه های ذخیره سازی مانند هارد دیسک برای نصب سیستم عامل ها، برنامه ها و دستگاه های ذخیره سازی اضافی و ذخیره اسناد مورد نیاز هستند. بدون دستگاه‌هایی مانند HDD که می‌توانند پس از خاموش شدن داده‌ها را حفظ کنند، کاربران رایانه نمی‌توانند برنامه‌ها را ذخیره کنند یا فایل‌ها یا اسناد را در رایانه خود ذخیره کنند. به همین دلیل است که هر رایانه حداقل به یک دستگاه ذخیره سازی برای نگهداری دائمی داده ها تا زمانی که نیاز است نیاز دارد.

هارد دیسک چگونه کار می کند؟

اکثر هارد دیسک‌های اولیه از چندین صفحه دیسک تشکیل شده‌اند – یک دیسک مدور ساخته شده از آلومینیوم، شیشه یا سرامیک – که در اطراف یک دوک در داخل یک محفظه مهر و موم شده قرار گرفته‌اند. پلاتر با موتوری که به اسپیندل متصل است می چرخد. این محفظه همچنین شامل هدهای خواندن/نوشتن است که با استفاده از یک سر مغناطیسی اطلاعات را به صورت مغناطیسی به و از مسیرهای روی بشقاب‌ها ضبط می‌کند. دیسک ها همچنین دارای یک پوشش مغناطیسی نازک بر روی خود هستند.

موتور صفحات را با حداکثر ۱۵۰۰۰ دور در دقیقه می چرخاند. همانطور که پلاترها می چرخند، یک موتور دوم موقعیت هدهای خواندن و نوشتن را کنترل می کند که به صورت مغناطیسی اطلاعات را روی هر صفحه ضبط و می خواند.

مرتبط: ابزار پارتیشن دیسک (diskpart) چیست؟

ظرفیت ذخیره سازی هارد دیسک

برخی از رایج ترین ظرفیت های درایو ذخیره سازی شامل موارد زیر است:

• ۱۶ گیگابایت ، ۳۲ گیگابایت و ۶۴ گیگابایت. این محدوده برای فضای ذخیره سازی HDD در میان کمترین میزان است و معمولاً در دستگاه های قدیمی و کوچکتر یافت می شود.
• ۱۲۰ گیگابایت و ۲۵۶ گیگابایت. این محدوده به طور کلی یک نقطه ورودی برای دستگاه های HDD مانند لپ تاپ یا رایانه در نظر گرفته می شود.
• ۵۰۰ گیگابایت، ۱ ترابایت و ۲ ترابایت. حدود ۵۰۰ گیگابایت و بالاتر از حافظه HDD معمولاً برای یک کاربر معمولی مناسب در نظر گرفته می شود. کاربران به احتمال زیاد می توانند تمام موسیقی، عکس ها، فیلم ها و سایر فایل های خود را با این فضای زیاد ذخیره کنند. افرادی که دارای بازی هایی هستند که فضای زیادی را اشغال می کنند باید ۱ تا ۲ ترابایت فضای هارد دیسک مناسب پیدا کنند.
• بیش از ۲ ترابایت هر چیزی بیش از ۲ ترابایت فضای هارد دیسک برای کاربرانی مناسب است که با فایل های با وضوح بالا کار می کنند، نیاز به ذخیره یا نگهداری حجم زیادی از داده ها دارند، یا می خواهند از آن فضا برای پشتیبان گیری و افزونگی استفاده کنند.

در حال حاضر بالاترین ظرفیت هارد دیسک ۲۰ ترابایت است. با این حال، یک HDD در واقع فضای کمتری نسبت به تبلیغ دارد، زیرا سیستم عامل، ساختارهای سیستم فایل و برخی روش‌های افزونگی داده از بخشی از آن فضا استفاده می‌کنند.

مرتبط: شرایط و وظایف مدیریت دیسک ویندوز ۱۰ که IT باید بداند

اجزای هارد دیسک و عوامل شکل

اجزای درایو هارد دیسک شامل دوک، پلاتر دیسک، محرک، بازوی محرک و سر خواندن/نوشتن است. حتی اگر این اصطلاح می تواند به واحد به عنوان یک کل اشاره کند، اصطلاح دیسک سخت مجموعه ای از دیسک های انباشته شده است – به عبارت دیگر، بخشی از HDD که ذخیره می کند و دسترسی به داده ها را بر روی یک سطح باردار الکترومغناطیسی فراهم می کند.

فاکتور فرم HDD به اندازه فیزیکی یا هندسه دستگاه ذخیره سازی داده ها اشاره دارد. فاکتورهای شکل HDD از مجموعه ای از استانداردهای صنعتی پیروی می کنند که بر طول، عرض و ارتفاع آنها و همچنین موقعیت و جهت کانکتور رابط میزبان نظارت می کند. داشتن یک فرم فاکتور استاندارد صنعت به تعیین سازگاری مشترک با دستگاه های محاسباتی مختلف کمک می کند.

متداول ترین فرم فاکتورها برای هارد دیسک ها در سیستم های سازمانی ۲.۵ اینچی و ۳.۵ اینچی هستند – همچنین به عنوان ضریب فرم کوچک (SFF) و ضریب فرم بزرگ (LFF) شناخته می شوند. اندازه‌های ۲.۵ و ۳.۵ اینچی نشان‌دهنده قطر تقریبی صفحه در محفظه‌های درایو است.

در حالی که فاکتورهای فرم دیگری وجود دارد، تا سال ۲۰۰۹، تولیدکنندگان توسعه محصولات با فرم فاکتورهای ۱.۳ اینچی، ۱ اینچی و ۰.۸۵ اینچی را متوقف کردند. کاهش قیمت فلش باعث شد این عوامل دیگر تقریباً منسوخ شوند. همچنین توجه به این نکته مهم است که در حالی که اندازه های اسمی بر حسب اینچ هستند، ابعاد واقعی بر حسب میلی متر مشخص می شوند.

بسیاری از درایوهای حالت جامد ( SSD ) نیز برای فرم فاکتور HDD طراحی شده اند. SSD هایی که در همان اسلات هارد دیسک ها قرار می گیرند معمولاً از رابط SATA یا SCSI ( SAS ) متصل به سریال برای انتقال داده ها به و از سیستم محاسبات میزبان استفاده می کنند.

مرتبط: استفاده از Diskpart برای ایجاد، حذف، تمیز کردن یا گسترش پارتیشن‌های دیسک

هاردهای اکسترنال چیست؟

اکثر HDD ها در داخل کامپیوتر یافت می شوند و همانطور که در بالا ذکر شد کار می کنند. با این حال، افراد می توانند هارد دیسک های خارجی را نیز خریداری کنند. هارد دیسک های خارجی را می توان برای افزایش ظرفیت ذخیره سازی رایانه یا برای عمل به عنوان یک دستگاه قابل حمل برای پشتیبان گیری از داده ها استفاده کرد. درایوهای خارجی از طریق رابط‌هایی مانند USB 2.0، USB-C یا با SATA خارجی (eSATA) به رایانه یا دستگاه متصل می‌شوند. هارد های اکسترنال نیز ممکن است سرعت انتقال داده های کمتری نسبت به هاردهای داخلی داشته باشند.

مزیت اصلی هارد اکسترنال، جدای از اینکه می‌تواند فضای ذخیره‌سازی دستگاه را افزایش دهد، قابل حمل بودن است. کاربران می‌توانند داده‌ها را از چندین دستگاه ذخیره کنند و به صورت فیزیکی آن داده‌ها را هر کجا که می‌روند با خود بیاورند.

خطاهای رایج هارد دیسک

هارد دیسک ها به دلایل مختلف ممکن است از کار بیفتند. با این حال، شکست ها به طور کلی در شش دسته کلی زیر قرار می گیرند.

• خرابی الکتریکی زمانی اتفاق می‌افتد که، برای مثال، یک نوسان برق به مدار الکترونیکی هارد دیسک آسیب می‌رساند و باعث از کار افتادن هد خواندن/نوشتن یا برد مدار می‌شود. اگر هارد دیسک روشن می شود اما نمی تواند داده ها را بخواند و بنویسد یا بوت شود، این احتمال وجود دارد که یک یا چند جزء آن دچار خرابی الکتریکی شده باشد.
• خرابی مکانیکی می تواند در اثر سایش و پارگی، و همچنین در اثر ضربه سخت، مانند یک قطره سخت، ایجاد شود. این ممکن است باعث شود، از جمله موارد دیگر، هد درایو خواندن/نوشتن به یک بشقاب چرخان برخورد کند و باعث آسیب فیزیکی غیرقابل برگشت شود.
• هنگامی که نرم افزار هارد دیسک به خطر افتاده یا به درستی کار نمی کند، خرابی منطقی رخ می دهد. همه انواع خرابی داده ها می تواند منجر به شکست منطقی شود. این شامل فایل‌های خراب، بدافزار و ویروس‌ها، بستن نادرست برنامه یا خاموش کردن رایانه، خطای انسانی یا حذف تصادفی فایل‌هایی است که برای عملکرد هارد دیسک حیاتی هستند.
• خرابی بخش بد زمانی رخ می دهد که رسانه مغناطیسی روی صفحه چرخان دیسک سخت قرار نگرفته باشد و در نتیجه ناحیه خاصی از صفحه قابل دسترسی نباشد. بدسکتورها رایج هستند و در صورت وقوع اغلب محدود می شوند. با این حال، با گذشت زمان، تعداد بدسکتورها می‌تواند افزایش یابد و در نهایت منجر به از کار افتادن سیستم، غیرقابل دسترس شدن فایل‌ها یا معلق شدن یا تاخیر در عملکرد یک هارد دیسک شود.
• خرابی سفت‌افزار زمانی اتفاق می‌افتد که نرم‌افزاری که وظایف تعمیر و نگهداری را بر روی یک درایو انجام می‌دهد و دیسک سخت را قادر می‌سازد تا با رایانه ارتباط برقرار کند، خراب شود یا به درستی کار نمی‌کند. این نوع خرابی می‌تواند منجر به یخ زدن دیسک در هنگام راه‌اندازی شود یا کامپیوتری که دیسک سخت به آن متصل است، آن را تشخیص نمی‌دهد یا به اشتباه تشخیص می‌دهد.
• چندین خرابی ناشناخته که در طول زمان انباشته می شوند نیز می توانند رخ دهند. به عنوان مثال، یک مشکل الکتریکی می تواند منجر به خرابی مکانیکی شود، مانند خرابی سر خواندن/نوشتن. همچنین ممکن است منجر به یک شکست منطقی شود که منجر به ایجاد چندین بخش بد در صفحات هارد دیسک شود.

مرتبط: RAID (آرایه اضافی از دیسک های مستقل)

تاریخچه هارد دیسک

هارد دیسک در سال ۱۹۵۳ توسط مهندسان IBM ساخته شد که می خواستند راهی برای دسترسی تصادفی به ظرفیت های بالای داده با هزینه کم پیدا کنند. درایوهای دیسک توسعه یافته به اندازه یخچال بودند، می توانستند ۳.۷۵ مگابایت داده را ذخیره کنند و در سال ۱۹۵۶ ارسال شدند. Memorex، Seagate Technology و Western Digital دیگر فروشندگان اولیه فناوری هارد دیسک بودند.

اندازه فرم فاکتور درایو دیسک سخت همچنان با تکامل فناوری کاهش یافته است. در اواسط دهه ۱۹۸۰، فرم فاکتورهای ۳.۵ اینچی و ۲.۵ اینچی معرفی شدند و به یک استاندارد در رایانه های شخصی تبدیل شدند.

تراکم هارد دیسک از زمانی که این فناوری برای اولین بار توسعه یافت افزایش یافته است. اولین هارد دیسک ها می توانستند مگابایت داده را ذخیره کنند، در حالی که امروزه ظرفیت ذخیره سازی آنها در محدوده ترابایت است. Hitachi Global Storage Technologies ( HGST ) – که اکنون یک برند Western Digital است – اولین هارد دیسک های ۱ ترابایتی را در سال ۲۰۰۷ منتشر کرد. در سال ۲۰۱۵، HGST اولین هارد دیسک ۱۰ ترابایتی را معرفی کرد. و در سال ۲۰۲۱، وسترن دیجیتال از دو هارد دیسک ۲۰ ترابایتی رونمایی کرد.

مرتبط: گرفتاری MBR یا GPT؟ بهترین روش پارتیشن‌بندی و نصب ویندوز را کشف کنید

تکامل HDD و تحولات فناوری

در سال ۲۰۱۳، Seagate Technology درایوهای هارد دیسکی را معرفی کرد که از فناوری ضبط مغناطیسی شینگل ( SMR ) استفاده می کنند. SMR تراکم ذخیره سازی در هارد دیسک را با لایه بندی مسیرهای مغناطیسی روی هر دیسک، به جای قرار دادن آنها به موازات یکدیگر، افزایش می دهد. از آن به عنوان زونا یاد می شود زیرا مسیرها شبیه به زونا روی سقف همپوشانی دارند.

HGST اولین هارد دیسک پر از هلیوم را در سال ۲۰۱۲ اعلام کرد. هلیوم نسبت به هوا چگالی کمتر، خنک تر و سبک تر است، انرژی کمتری مصرف می کند، تراکم درایو را افزایش می دهد و عملکرد را در مقایسه با هارد دیسک های سنتی بهبود می بخشد. در سال ۲۰۱۶، سیگیت هارد دیسک هلیوم ۱۰ ترابایتی خود را معرفی کرد.

در سال ۲۰۲۱، وسترن دیجیتال سازنده درایو از دو هارد ۲۰ ترابایتی – Ultrastar DC HC560 و WD Gold HDD Enterprise Class SATA HDD رونمایی کرد. در حال حاضر، ۲۰ ترابایت بزرگترین اندازه HDD موجود است. هر دو هارد دیسک در فرم فاکتور استاندارد ۳.۵ اینچی عرضه می شوند اما موارد استفاده متفاوتی دارند. Ultrastar DC HC560 برای ارائه دهندگان ذخیره سازی ابری و برای سرورهای تجاری، سیستم های امنیتی و دستگاه های ذخیره سازی متصل به شبکه در نظر گرفته شده است. HDD طلایی WD برای مشاغل سازمانی طراحی شده است که بارهای کاری برنامه های سنگین را اجرا می کنند.

مرتبط: راهنمای خرید کامپیوتر: نکاتی برای انتخاب مناسب و جذاب

هارد در مقابل SSD

جایگزین اصلی برای هارد دیسک درایوهای حالت جامد هستند.

بر خلاف هارد دیسک ها، SSD ها فاقد قطعات متحرک هستند. SSD ها همچنین تأخیر کمتری نسبت به هارد دیسک دارند ، و بنابراین اغلب برای ذخیره داده های حیاتی که نیاز به دسترسی سریع دارند و برای برنامه هایی با تقاضای ورودی/خروجی بالا ترجیح داده می شوند . SSD ها برای ارائه سرعت خواندن/نوشتن بالا برای درخواست های متوالی و تصادفی داده پیکربندی شده اند. علاوه بر این، SSD ها داده ها را به صورت مغناطیسی ذخیره نمی کنند، بنابراین عملکرد خواندن ثابت می ماند، صرف نظر از اینکه داده ها در کجا ذخیره می شوند. SSD ها همچنین زمان بوت سریع تری دارند.

به دلیل این مزایا و آسیب پذیری HDD ها در برابر خرابی است که اکنون HDD ها با SSD ها جایگزین می شوند.

با این حال، حتی اگر اکثر کاربران رایانه شخصی از SSD ها استفاده می کنند، HDD ها – همراه با نوار مغناطیسی – هنوز هم اغلب برای ذخیره مقادیر زیادی داده استفاده می شوند. این تا حدی به این دلیل است که SSD ها از نظر قیمت به ازای هر گیگابایت گران تر از HDD هستند. بسیاری از آرایه‌های ذخیره‌سازی سازمانی با ترکیبی از HDD و SSD عرضه می‌شوند تا ضمن ارائه عملکرد بهتر، هزینه‌ها را کاهش دهند. SSD ها همچنین دارای طول عمر مشخصی هستند، با تعداد محدودی از چرخه های نوشتن قبل از کاهش عملکرد. در مقایسه با هارد دیسک، SSD سریعتر از کار می افتد.