قسمت اول
 

مقدمه: در تدوين اين مقاله، از معتبرترين منابع سخت افزاري شناخته شده در سطح بين المللي، همچون آخرين نسخه (چاپ نوزدهم) از کتاب Upgrading and Repairing PC (اثر Scott Mueller) و کتاب Building the Perfect PC (نسخه سوم، سال 2011) و اولين نسخه (چاپ 2011) از کتاب‎‏ ‏‎CompTIA A‎‏‏‎‏+‏‎‎ (‏Scott Mueller و همکاران) بطور وسيع استفاده گرديده است. در اين مقاله دو قسمتي، سعي داريم علاوه بر ساده نمودن مفاهيم فني حاکم بر ديسک هاي سخت، شما را با مشخصه هاي اصلي ديسک سخت آشنا نموده و سپس همين مفاهيم را روي محصولات جديد ارائه شده به بازار مورد بررسي قرار دهيم؛ بگونه اي که در پايان قسمت دوم، خواننده مبتدي، به درکي کامل و صحيح از جديدترين فناوري ها و قابليت هاي محصولات جديد در اين حوزه دست يافته و قدرت انتخاب محصول مناسب با نيازهاي خود را به بهترين نحو ممکن به دست خواهد آورد.
اصل اساسي حاکم بر داده هايي که بطور دائمي در کامپيوتر ذخيره مي گردند، مغناطيس است. داده هاي باينري يا همان صفر و يک ها، به صورت يک الگوي مغناطيسي روي سطح فلزي ديسک، ذخيره مي گردند. در واقع درک مکانيسم ذخيره سازي مغناطيسي غالباً براي مردم دشوار است زيرا حوزه هاي مغناطيسي براي چشم انسان قابل مشاهده نيستند.
بهر حال ما قصد داريم نگاهي کلي اما دقيق به مباني فناوري ديسک سخت داشته باشيم که فکر مي کنيم اين اطلاعات پايه قضاوت مناسب در انتخاب و خريد ديسک را در هر کاربرد معين در اختيار شما قرار مي دهد. در ابتدا نگاه مختصري به تاريخچه اين فناوري خواهيم داشت و سپس با ورود به بحث فيزيک حاکم بر اين پديده، زمينه را براي معرفي تکنولوژي هاي روز فراهم خواهيم نمود.
البته انتخاب يک ديسک سخت خوب کار آساني است. هيتاچي، سامسونگ، سي گيت، توشيبا (فقط درايوهاي نوت بوک ) و وسترن ديجيتال به لحاظ قيمت و کارايي، در رقابتي تنگاتنگ با يکديگر حرکت مي کنند. در حوزه ي ديسک هاي سخت، پارامتر قابليت سازگاري، مطرح نيست. هارد درايوها، دستگاه هاي Plug-and-Play هستند. و کاملاً با دستگاه هاي مشابه از شرکت هاي ديگر سازگار بوده و قابليت همزيستي دارند. اما در همين ابتدا قبل ورود به بحثي طولاني اجازه بدهيد چند نکته را در مورد انتخاب ديسک سخت متذکر شويم.

چند نکته قابل ذکر، هنگام انتخاب ديسک سخت:
 

ديسک هاي سخت با اينترفيس هاي ATA استاندارد (PATA) و SATA عرضه مي گردند. درايوهاي PATA اکنون ديگر منسوخ شده اند. هنگام خريد يک سيستم جديد، درايوي را انتخاب کنيد که از اينترفيس SATA3.0 Gb/s پشتيباني نمايد. برخي از مدل هاي جديدتر داراي اينترفيسSATA6.0 Gb/s هستند اما جالب اينجاست که حتي سريع ترين درايوها، قادر به اشباع نمودن اينترفيس SATA3.0 Gb/s نيستند؛ بنابراين، در حال حاضر، اينترفيس SATA6.0 Gb/s در واقع عملاً به کار نمي آيد.
اگرچه همواره اين تمايل وجود دارد که درايوهايي با بالاترين ظرفيت را بخريم، اما واقعيت اين است که قيمت فضاي ذخيره سازي در درايوهاي داراي بالاترين ظرفيت، به ازاي هر گيگابايت فضا از درايوهاي موجود در طيف مياني، بالاتر است و در ضمن، پرظرفيت ترين درايوها، معمولاً کندتر از درايوهاي midrange هستند.

در کاربردهاي همه منظوره، مناسب ترين گزينه، درايو (SATA (7200 RPM مي باشد. درايوهاي RPM 10000 عليرغم گران تر بودن از مدل هاي RPM 7200، خيلي سريع تر از آن ها نيستند و در عين حال، پر سر و صداتر بوده و گرماي بيشتري توليد مي نمايند.
در صورتيکه تفاوت قيمت فاحشي وجود ندارد، مدلي را انتخاب کنيد که بافر/کاشه ي بزرگتري داشته باشد. بعضي درايوها در نسخه هاي مجزايي ارائه مي شوند که تفاوت آن ها در اندازه بافر است. يک مدل، ممکن است 16 مگابايت و ديگري 32 مگابايت بافر داشته باشد. پرداختن پول بيشتر (البته فقط اندکي )، براي دستيابي به مدلي با بافر بزرگتر، حتماً بهتر خواهد بود.
در ادامه مقاله کمي در مورد کابل هاي توان و داده مورد استفاده توسط درايوهاي SATA و PATA صحبت خواهيم نمود.

کابل هاي توان PATA و SATA
 

داريوهاي PATA از يک کابل داده 40 پين استفاده مي کنند، در حاليکه داريوهاي SATA از يک کابل داده ي هفت سيمه ي L شکل بهره گيري مي کنند. درايوهاي PATA از يک کابل توان پنج پين Molex و داريوهاي SATA از يک کابل توان L شکل استفاده مي نمايند. در شکل ذيل، کابل هاي توان PATA و SATA با يکديگر مقايسه شده اند.
يک يا چند ديسک سخت PATA يا ساير انواع درايوهاي ATA/IDE مي توانند به يک کابل داده واحد متصل شوند.

برندهاي قابل توصيه در حوزه ديسک سخت
 

داريوهاي زيادي را از همه چهار شرکت اصلي عرضه کننده اين محصول تا کنون تست نموده ايم. اما در ميان اين ها دو شرکت از بقيه سرآمدتر هستند. درايو هاي Seagate، سريع، آرام، با کمترين توليد گرما، قابل اعتماد و با قيمتي مناسب ارائه مي گردند. وسترن ديجيتال، چند سال پيش در يک دوره اي خيلي خوب عمل نکرد و نرخ خرابي محصولات وي نسبتاً بالا بود؛ اما خوشبختانه اين شرکت به سرعت مشکلات کيفي خود را برطرف نمود و اکنون محصولات قابل اعتمادي را عرضه مي نمايد. اما باز هم مدل هاي وسترن ديجيتال، در مقايسه با مدل هاي متناظر در Seagate، گران تر هستند.
سامسونگ نسبت به سي گيت و وسترن ديجيتال، طيف کوچک تري از هارد درايوها را توليد مي کند، اما همين مدل هاي عرضه شده، کاملاً در سطحي رقابتي با مدل هاي متناظر خود از سي گيت و وسترن ديجيتال هستند. حال براي ارائه يک بحث کامل در حوزه ديسک سخت، به مباني آن خواهيم پرداخت و طبعاً هر بحثي در مورد مباني يک فناوري اشاره اي به تاريخچه آن نيز خواهد داشت.

تاريخچه ذخيره سازي مغناطيسي
 

تاريخچه ذخيره سازي مغناطيسي به ماه ژوئن 1949بر مي گردد، زمانيکه يک گروه از مهندسين و دانشمندان IBM کار خود را بر روي يک ابزار ذخيره سازي جديد آغاز کردند. چيزي که آن ها مشغول کار بر روي آن بودند، اولين ابزار ذخيره سازي مغناطيسي براي کامپيوترها به حساب مي آمد و اين صنعت را متحول کرد. روز 21 ماه مه سال 1952، IBM دستگاه ذخيره ساز IBM 726 Tape خود را با IBM 701 Defense Calculator معرفي کرد و انتقال از ماشين حساب هاي کارت پانچ به کامپيوترهاي الکترونيکي را آغاز نمود.
پيش از معرفي ايده ي ذخيره سازي مغناطيسي داده ها در کامپيوتر ها، از کارت هاي پانچ به عنوان رسانه ذخيره سازي اصلي استفاده مي گرديد.

4 سال بعد در 13سپتامبر 1956، يک تيم کوچک از مهندسين IBM در سان خوزه کاليفرنيا، اولين سيستم ذخيره سازي ديسکي کامپيوتر را بعنوان بخشي از کامپيوتر RAMAC 305 معرفي کردند. داريو RAMAC 305 مي توانست 5 ميليون کاراکتر (بله، فقط 5 مگابايت) از داده ها را بر روي 50 ديسک که قطر هر يک از آن ها 24 اينچ بود، ذخيره نمايد. برخلاف درايوهاي نوار مغناطيسي، هدهاي ضبط RAMAC مي توانستند مستقيماً به هر نقطه اي از سطح ديسک بروند، بدون آنکه تمام اطلاعات ما بين دو نقطه ابتدا و انتهاي حرکت خود را بخوانند.
اين دسترس پذيري تصادفي، تأثير عميقي بر عملکرد کامپيوترها در آن زمان داشت و به داده ها امکان مي داد تا با سرعت بسيار بيشتري نسبت به نوار مغناطيسي، ذخيره يا بازيابي شوند.
از اين نقطه آغازين تا کنون (در طي يک دوره 55 ساله)، صنعت ذخيره سازي مغناطيسي روي ديسک، تا حدي پيشرفت کرده است که امروزه شما مي توانيد 4 ترابايت داده را بر روي درايوهاي کوچک 3/5 اينچي ذخيره کنيد که در داخل يک درگاه درايو واحد در کامپيوتر شما جاي مي گيرند.
سهم IBM در تاريخچه و توسعه ذخيره سازي مغناطيسي، غيرقابل تصور است. در واقع، اکثر پيشرفت ها در اين حوزه، مستقيماً توسط IBM بدست آمده و يا نتيجه تحقيقات IBM هستند. IBM نه تنها ذخيره سازي نوار مغناطيسي کامپيوتري و همچنين درايو ديسک سخت را ابداع کرده، بلکه داريو فلاپي نيز از ابداعات مهندسين اين شرکت به حساب مي آيد.
از آن زمان به بعد، IBM پيشگام شيوه هاي پيشرفته کد گذاري مغناطيسي داده ها نظير (MFM (Modified Frequency Modulation و (RLL (Run Length Limited، طراحي هاي هد درايو نظير هدهاي:
*(Thin Film، MR(Frequency Modulation
*(GMR (giant magneto-resistive
*و فن آوري هاي درايو نظير (PRML(Partial Response Maximum Likelihood
*ضبط NO-ID
*(S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology بوده است .

فيزيک حاکم بر ذخيره سازي مغناطيسي
 

تمام ابزارهاي ذخيره سازي مغناطيسي، طبعاً کار نوشتن و خواندن داده ها روي ديسک را با استفاده از خاصيت هاي الکترومغناطيس انجام مي دهند. اين ابزارها بر اساس يک اصل مهم فيزيک کلاسيک کار مي کنند: زماني که يک جريان الکتريکي از يک رسانا (سيم) عبور مي کند، يک ميدان مغناطيسي در اطراف آن رسانا ايجاد مي گردد. توجه داشته باشيد که الکترون ها عملاً از سمت منفي به سمت مثبت حرکت مي کنند، در حالي که ما معمولاً تصور مي کنيم حرکات جريان در مسير عکس است.
الکترومغناطيس در سال 1819توسط يک فيزيکدان دانمارکي به نام هانس کريستين اورستد کشف گرديد. وي در پژوهش هاي خود دريافت که عقربه قطب نما با نزديک شدن به يک سيم حامل جريان الکتريکي، از نقطه شمال دور مي شود. هنگامي که جريان قطع مي شد، عقربه قطب نما مجدداً با ميدان مغناطيسي زمين همراستا شده و شمال را نشان مي داد. ميدان مغناطيسي توليد شده توسط يک سيم رسانا، مي تواند بر مواد مغناطيسي داخل ميدان خود، تأثير بگذارد. هنگامي که امتداد جريان الکتريکي و يا قطبيت (Polarity) آن معکوس مي شود، قطبيت ميدان مغناطيسي نيز معکوس مي گردد.
براي مثال، يک موتور الکتريکي از خاصيت الکترومغناطيسي براي اعمال نيروي فشار و کشش بر روي مغناطيس هاي متصل به يک محور دوار استفاده مي کند.
تاثير ديگر خاصيت الکترو مغناطيسي، در سال 1831توسط مايکل فارادي کشف شد. او متوجه شد که اگر يک رسانا از ميان يک ميدان مغناطيسي در حال حرکت عبور کند، يک جريان الکتريکي توليد مي شود. با تغيير قطبيت ميدان مغناطيسي، امتداد حرکت جريان الکتريکي نيز تغيير مي کند.
براي مثال، يک دينام (Alternator) که نوعي توليد کننده الکتريسيته مورد استفاده در اتومبيل ها است، با چرخش آهنرباهاي الکتريکي بر روي محوري که با حلقه هايي از سيم هاي رساناي ثابت پوشانده شده است، کار مي کند و در نتيجه، مقدار قابل توجهي جريان الکتريکي در آن سيم ها ايجاد مي گردد. از آنجايي که الکترومغناطيس در هر دو مسير کار مي کند، يک موتور الکتريکي مي تواند به يک ژنراتور تبديل شده و يک ژنراتور نيز مي تواند به يک موتورالکتريکي تبديل گردد. اين عملکرد دو طرفه الکترومغناطيسي، هنگامي که در ابزارهاي ذخيره سازي مغناطيسي اعمال مي شود، امکان ضبط داده ها بر روي يک ديسک و خواندن همان داده ها در مراجعات بعدي را امکان پذير مي سازد. در هنگام ضبط، پالس هاي الکتريکي توسط هد به ميدان هاي مغناطيسي تبديل مي شوند و در هنگام خواندن، ميدان هاي مغناطيسي توسط هد مجدداً به پالس هاي الکتريکي تبديل مي شوند.
هدهاي Read/Write در يک ابزار ذخيره سازي مغناطيسي، قطعات U شکلي از مواد رسانا هستند که در آن ها، دو انتهاي U، مستقيماً بر روي (يا در مجاورت) سطح رسانا واقعي ذخيره سازي داده ها قرار گرفته است. هد U شکل، با حلقه ها و يا مارپيچي از سيم رسانا پوشانده شده است که جريان الکتريکي از آن عبور مي کند(شکل [7]).
وقتي مدار منطقي درايو، يک جريان را از اين سيم پيچ ها عبور مي دهد، يک ميدان مغناطيسي را در هد درايو بوجود مي آورد. معکوس نمودن قطبيت جريان الکتريکي، باعث مي شود تا قطبيت ميدان ايجاد شده نيز تغيير نمايد. در نتيجه، هدها به آهنرباهاي الکتريکي تبديل مي شوند که ولتاژ مي تواند قطبيت آن ها را با سرعت بسيار زيادي تغيير دهد.

بستر ديسک سخت که محيط ذخيره سازي واقعي را تشکيل مي دهد، حاوي نوعي ماده (معمولاً آلومينيوم يا شيشه )است که لايه اي از ماده مغناطيس پذير بصورت پوشش بر روي آن قرار گرفته است. اين ماده معمولاً نوعي اکسيد آهن است که عناصر مختلف ديگري به آن اضافه شده اند. هر يک از ذرات مغناطيسي مجزا بر روي رسانه ذخيره سازي، ميدان مغناطيسي مخصوص به خود را دارد .هنگامي که يک ديسک، خالي است. قطبيت اين ميدان هاي مغناطيسي معمولاً در يک حالت بي نظمي تصادفي قرار دارد. از آنجايي که ميدان هاي ذرات جداگانه، در امتدادهاي تصادفي قرار گرفته اند، هر يک از ميدان هاي مغناطيسي کوچک با ميدان مغناطيسي ديگري که در امتداد معکوس قرار دارد، لغو مي شود. تأثير متراکم اين وضعيت، يک سطح فاقد قطبيت محسوس ميدان مغناطيسي است. با وجود تعداد بسيار زيادي از ميدان هاي مغناطيسي که امتدادهاي تصادفي قرار دارند، تأثير نهايي اين است که هيچ ميدان يا قطبيت يکپارچه قابل مشاهده اي وجود ندارد.
هنگامي که يک هد Read/Write يک ميدان مغناطيسي را ايجاد مي کند، اين ميدان در شکاف مابين دو انتهاي شکل U جهش مي کند. از آنجايي که يک ميدان مغناطيسي از يک رسانا، بسيار آسان تر از هوا عبور مي کند، ميدان مغناطيسي به سمت خارج از شکاف هد خم شده و عملاً از رسانه ذخيره سازي مجاور آن بعنوان مسيري با کمترين ميزان مقاومت به سمت ديگر شکاف، استفاده مي کند. هنگامي که ميدان مغناطيسي مستقيماً در زير شکاف از رسانه ذخيره سازي عبور مي کند، قطبيت ذرات مغناطيسي که از آن ها عبور مي کند را بصورتي تغيير مي دهد که با ميدان همراستا شوند. قطبيت يا امتداد ميدان و در نتيجه قطبيت يا امتداد ميدان القاء شده در رسانه مغناطيسي، مبتني بر جهت جريان الکتريکي است که از سيم پيچ ها عبور مي کند.
يک تغيير در امتداد حرکت جريان الکتريکي، باعث تغيير امتداد ميدان مغناطيسي مي شود. در طول توسعه ذخيره سازي مغناطيسي، فاصله مابين هدRead/Write و رسانه مغناطيسي بطور چشمگيري کاهش يافته است. اين ويژگي، امکان کوچکتر شدن شکاف هد را بوجود آورده و در نتيجه، اندازه ناحيه مغناطيسي ضبط شده را نيز کاهش داده است. هر چند ناحيه مغناطيسي ضبط شده کوچکتر باشد، چگالي داده هاي ذخيره شده بر روي درايو افزايش مي يابد.
هنگامي که ميدان مغناطيسي از رسانه عبور مي کند. ذرات در ناحيه زير شکاف هد در همان امتدادي که ميدان از شکاف ساطع مي شود، همتراز مي گردند. هنگامي که نواحي مغناطيسي جداگانه اي از ذرات بصورت همراستا در مي آيند، ديگر يگديگر را خنثي نمي کنند و يک ميدان مغناطيسي قابل مشاهده در آن منطقه از رسانه بوجود مي آيد. اين ميدان محلي، توسط تعداد بسيار زيادي از ذرات مغناطيسي ايجاد مي شود که اکنون بصورت يک تيم براي ايجاد يک ميدان القائي قابل تسخيص با يک امتداد يکپارچه، عمل مي کنند.
عبارت شار (Flux)، يک ميدان مغناطيسي را تشريح مي کند که داراي يک امتداد يا قطبيت خاص است. هنگامي که سطح رسانه، در زير هد درايو حرکت مي کند. هد مي تواند چيزي تحت عنوان شار مغناطيسي با يک قطبيت معين را بر روي ناحيه خاصي از رسانه ذخيره سازي ايجاد نمايد. هنگامي که امتداد حرکت جريان الکتريکي عبور کننده از سيم پيچ داخل هد، معکوس مي شود، شار يا قطبيت ميدان مغناطيسي در شکاف هد نيز معکوس مي شود. اين معکوس شدن شار در هد، باعث مي شود تا قطبيت ذرات مغناطيسي شده بر روي رسانه ديسک نيز معکوس گردد.
معکوس شدن شار يا انتقال شار، يک تغيير در قطبيت ذرات مغناطيسي همتراز بر روي سطح رسانه ذخيره سازي است. هد يک درايو، تغييرات شار را بر روي رسانه ايجاد مي کند تا داده ها را ضبط نمايد. براي هر بيت از داده هايي که بر روي درايو نوشته مي شوند، يک الگو از تغييرات شار"مثبت به منفي" يا "منفي به مثبت" در ناحيه خاصي بر روي رسانه که سلول هاي بيت يا سلول هاي انتقال ناميده مي شوند، ايجاد مي گردد. يک سلول بيت، ناحيه خاصي از رسانه است که توسط زمان و سرعت جابجائي رسانه کنترل مي شود کنترل مي شود و هد درايو، تغييرات شار را در آن ايجاد مي کند. الگوي خاص تغييرات شار در داخل سلول هاي بيت که براي ذخيره سازي يک بيت معين از داده ها مورد استفاده قرار مي گيرد، شيوه کد گذاري ناميده مي شود. واحد منطقي يا کنترلر درايو، داده هايي که بايد ذخيره شوند را دريافت نموده و آن ها را بر حسب الگوي ديکته شده توسط شيوه کد گذاري مورد استفاده خود، بصورت مجموعه اي از تغييرات شار بر روي يک دوره زماني، کد گذاري مي نمايد.
دو نمونه از متداول ترين شيو هاي کد گذاري براي رسانه هاي مغناطيسي، عبارتند از (MFM (Modified Freqency Modulation و (RLL (Run Length Limited. تمام درايوهاي ديسک فلاپي و برخي از مدل هاي قديمي تر درايو ديسک سخت، از شيوه MFM استفاده مي کنند. درايوهاي ديسک سخت امروزي، يکي از گونه هاي متنوع مبتني بر شيوه کد گذاري RLL را مورد استفاده قرار مي دهند. در طول فرآيند "نوشتن"، ولتاژ بر روي هد اعمال مي شود. با تغيير قطبيت ولتاژ، قطبيت ميدان مغناطيسي ضبط شده نيز تغيير مي کند. انتقالات شارژ، دقيقاً در نقاطي نوشته مي شوند که قطبيت ضبط در آن ها تغيير مي کند. نکته عجيب اين است که در طول فرآيند خواندن، يک هد دقيقاً همان سيگنالي که نوشته شده بود را ايجاد نمي کند.
در مقابل، هد تنها زماني يک پالس يا ضربه ولتاژ را ايجاد مي کند که از يک انتقال شار عبور نمايد. هنگامي که انتقال از مثبت به منفي تغيير مي کند، پالسي که هد تشخيص مي دهد، يک ولتاژ منفي است. هنگامي که انتقال از منفي به مثبت تغيير مي کند، پالس يک ضربه ولتاژ مثبت خواهد بود. دليل وقوع اين تأثير آن است که جريان تنها زماني در يک رسانا ايجاد مي شود که با يک زاويه از ميان خطوط نيروي مغناطيسي عبور کند. از آنجايي که هد بطور موازي با ميدان مغناطيسي که بر روي رسانه ايجاد کرده است حرکت مي کند، تنها زماني ولتاژ توليد مي کند که در حال عبور از يک انتقال شار يا قطبيت (معکوس شدن شار) است.

در واقع هنگام خواندن داده ها از رسانه، هد به يک حس گر انتقال شار تبديل مي شود که هرگاه از يک انتقال عبور مي کند، پالس هاي ولتاژي را از خود ساطع مي نمايد. نواحي که هيچ انتقالي در آنها وجود ندارد، پالسي را توليد نخواهند کرد.
شما مي توانيد الگوي نوشتن را بصورت يک شکل موج مربعي در نظر بگيريد که در يک سطح ولتاژ مثبت يا منفي قرار دارد. هنگامي که ولتاژ مثبت است، يک ميدان در هد ايجاد مي شود که رسانه مغناطيسي را در يک امتداد قطبي مي کند. هنگامي که ولتاژ منفي مي شود، امتداد ميدان مغناطيسي القاء شده در رسانه نيز تغيير مي کند. هرجا که شکل موج عملاً از ولتاژ مثبت به ولتاژ منفي (يا بر عکس) انتقال مي يابد، قطبيت شار مغناطيسي بر روي ديسک نيز تغيير مي کند.
در طول فرآيند خواندن، هد اين تغييرات شار مغناطيسي را حس کرده و يک شکل موج ضرباني مثبت يا منفي (بجاي شکل موج متناوب مثبت يا منفي که در طول فرآيند ضبط اوليه مورد استفاده قرار گرفته است) را ايجاد مي نمايد. بعبارت ديگر، سيگنال در هنگام خواندن داده ها معادل صفر ولت است، مگر آنکه هد يک تغيير شار مغناطيسي را تشخيص دهد که در اين حالت، يک پالس مثبت يا منفي را (مطابق باتغيير شار) ايجاد مي کند. پالس ها صرفاً زماني ظاهر مي شوند که هد از روي تغييرات شار بر روي رسانه عبور کند. با آگاهي از زمان بندي کلاک مورد استفاده درايو، مدار کنترلر مي تواند تشخيص دهد که آيا يک پالس (و در نتيجه يک تغيير شار) در داخل دوره زماني يک سلول بيت معين قرار گرفته است يا خير. جريان هاي پالس الکتريکي که وقتي هد در حالت خواندن از روي رسانه ذخيره سازي عبور مي کند در آن ايجاد مي شوند، بسيار ضعيف هستند و مي توانند حاوي نويز قابل ملاحظه اي باشند.
مدارهاي الکترونيکي حساس در درايو و مجموعه کنترلر، اين سيگنال را به سطحي بالاتر از نويز آن تقويت نموده و رشته جريان پالس هاي ضعيف را مجدداً بصورت داده هاي باينري که (بطور نظري) معادل داده هاي ضبط شده اصلي هستند،کد گشايي مي کنند.
همانطور که مشاهده مي کنيد، درايوهاي ديسک سخت و ساير ابزارهاي ذخيره سازي مغناطيسي، داده ها را با استفاده از اصول ابتدايي الکترومغناطيس مي نويسند و مي خوانند. يک درايو، داده ها را با عبور جريان الکتريکي از داخل يک آهنرباي مغناطيسي (هد درايو) و ايجاد يک ميدان مغناطيسي که بر روي رسانه ذخيره مي شود، مي نويسند. درايو، داده ها را عبور مجدد هد از روي سطح رسانه، مي خواند. هنگامي که هد با تغيير در ميدان مغناطيسي ذخيره شده مواجه مي گردد، يک جريان الکتريکي ضعيف را توليد مي کند که حضور يا فقدان تغيير شار در سيگنال را به همان صورتي که در هنگام نوشتن بوده است، مشخص مي نمايد.

فناوري هاي هد
 

چندين خانواده مختلف از فناوري هاي به کار گرفته شده براي ساخت هدها وجود دارد. با رشد و نمو فناوري درايو ديسک، طراحي هدهاي Read/Write نيز دستخوش تحول گرديده است. اولين هدها، هسته هاي آهني ساده اي بودند که با سيم پيچ هايي احاطه مي شدند (آهنرباهاي الکتريکي ). با استانداردهاي امروزي، طراحي هاي اوليه هد از نظر اندازه فيزيکي بسيار پرحجم و سنگين به نظر مي رسد و چگالي ضبط آنها نيز بسيار پائين بوده است. در طول سال ها، طراحي هاي هد از اولين طراحي هاي ساده هسته Ferrite به گونه ها و فناوري هاي مختلفي تکامل پيدا کرده اند که امروزه قابل دسترسي هستند. در اين بخش به بررسي انواع مختلف هدهايي که در درايوهاي ديسک سخت PC مورد استفاده قرار مي گيرند، خواهيم پرداخت. ما همچنين به کاربردها و نقاط قوت وضعف هر يک از آن ها اشاره خواهيم کرد.
در طي سال هاي گذشته، پنج نوع اصلي از هدها در درايوهاي ديسک سخت مورد استفاده قرار گرفته اند:
* Ferrite (هيدرو کسيد آهن)
* (TF (Thin- Film
* (MIG (Metal-In-Gap
* (MR (Magneto-resistive
* (GMR (Giant magneto-resistive
* (PMR (Perpendicular magnetic recording
اولين نسل از هدهاي ديسک سخت، از نوع Ferrite بودند که از درايو معروف IBM 30-30 Winchester نشأت گرفته اند. اين هدها داراي يک هسته اکسيد آهن هستند که با سيم پيچ هاي الکترومغناطيسي پوشانده شده است. هدهاي Ferrite بزرگتر و سنگين تر از هدهاي Thin- Film هستند و به همين دليل، به ارتفاع شناوري بيشتري نياز دارند تا از تماس آن ها با ديسک در هنگام چرخش آن، جلوگيري شود.
با افزايش تقاضا براي چگالي ذخيره سازي هر چه بيشتر، طرح هاي رقيب MIG و Thin- Film براي هدها ارائه شدند تا بجاي هدهاي Ferrite (که امروزه تقريباً منسوخ شده است) مورد استفاده قرار گيرند.
نسل دوم، هدهاي Metal-In-Gap، يک نسخه ارتقاء يافته خاص از طراحي Ferrite مرکب هستند. در هدهاي MIG، يک ماده فلزي در شکاف ضبط هد قرار مي گيرد. دو نسخه از هدهاي MIG ارائه شده اند: يک طرفه و دو طرفه.
مغناطيس پذيري اين آلياژ مغناطيسي، دو برابر Ferrite خام است و به هد امکان مي دهد تا بر روي رسانه هاي Thin-Film که براي چگالي هاي بالاتر الزامي هستند، بنويسد.
بخاطر همين افزايش قابليت ها بواسطه بهبود در طراحي، هدهاي MIG براي مدتي بعنوان رايج ترين طرح هد به حساب مي آمد و در اواخر دهه 80 و اوايل دهه 90 ميلادي براي ساخت بسياري از درايوهاي ديسک سخت مورد استفاده قرار گرفت.
نسل سوم هدها، از اصلاحاً "فيلم نازک" استفاده مي کنند. شيوه توليد هدهاي Thin-Film، شباهت بسيار زيادي به توليد يک تراشه نيمه هادي از طريق فرآيند photolithographic دارد. اين فرآيند، هزاران هد را بر روي يک ويفر مدور ايجاد کرده و محصولات بسيار کوچکي با کيفيت بالا را توليد مي نمايد.
هدهاي TF داراي شکاف هد فوق العاده باريک و کنترل شده اي هستند که بخوبي محافظت شده و احتمال آسيب ديدگي آن بر اثر تماس با ديسک در حال چرخش را به حداقل مي رساند. هسته، ترکيبي از آلياژ نيکل و آهن است که قدرت مغناطيسي آن 2 تا 4 برابر بيشتر از يک هسته هد Ferrite مي باشد.
هدهاي TF، يک پالس مغناطيسي دقيقاً تعريف شده را توليد مي کنند که به آنها امکان مي دهد در چگالي هاي فوق العاده بالايي بنويسند. اين هدهاي کوچک و سبک وزن، مي توانند در ارتفاع بسيار پايين تري نسبت به هدهاي Ferrite و MIG شناور باشند. در بعضي از طرح ها، ارتفاع پايين تر "پرواز" هد به 2 ميکرو اينچ و يا کمتر از آن مي رسيد. از آنجايي که ارتفاع پايين تر، به هدها امکان مي دهد تا سيگنال بسيار قوي تري را از صفحات (Platter) برداشته و انتقال دهند، نسبت سيگنال به نويز افزايش يافته و دقت نيز بهبود مي يابد. مزيت ديگر هدهايTF، در اين است که اندازه کوچک آن ها به صفحات ديسک امکان مي دهد تا در فاصله نزديکتري نسبت به يکديگر قرار گرفته و به اين ترتيب، تعداد آنها در يک فضاي مشابه افزايش يابد.
هنگامي که هدهاي TF براي اولين بار معرفي شدند، در مقايسه با فناوري هاي قديمي تري نظير Ferrite و MIG نسبتاً گران بودند. با اين حال تکنيک هاي توليد بهتري و نياز به چگالي هاي بالاتر، بازار را به سمت هدهاي TF کشاند. استفاده گسترده از اين هدها، در عين حال آنها را به يک رقيب جدي براي هدهاي MIG تبديل کرد.
يک پيشرفت تازه تر در ضبط مغناطيسي و يا بطور اختصاصي تر، مرحله قرائت ضبط مغناطيسي، هدهاي (MR (Magneto-Resistive هستند که گاهي اوقات تحت عنوان هدهاي (AMR (anisotropic mageneto - resistan نيز شناخته مي شوند. هدهاي MR مي توانند چگالي را در مقايسه با هدهاي صرفاً القائي قبلي، تا 4 برابر (يا بيشتر )افزايش دهند. IBM اولين درايو تجاري با هدهاي MR را در سال 1991 با يک مدل 3/5 اينچي يک گيگابايتي معرفي کرد.
تمام هدها، Detector نيز هستند. بعبارت ديگر، طراحي شده اند تا تغييرات شار را در رسانه تشخيص داده و آن ها را به سيگنال هاي الکتريکي که قابل ترجمه به داده ها هستند، تبديل نمايند. يکي از مشکلات ضبط مغناطيسي، تقاضاي روزافزون براي چگالي بيشتر و بيشتر، يعني گنجاندن اطلاعات (تغييرات شار) بيشتر در يک فضاي کوچکتر و کوچکتر است. هر چه نواحي مغناطيسي بر روي ديسک کوچکتر مي شوند، سيگنال دريافت شده از هدها نيز در طول فرآيند خواندن ضعيف تر مي شود. به اين ترتيب، متمايز نمودن سيگنال واقعي از نويز تصادفي و يا ميدان هاي سرگردان موجود نيز دشوار مي گردد. يک هد خواندن (Read) با کارآيي بالاتر، يک شيوه کارآمدتر براي تشخيص اين تغييرات بر روي ديسک بوده و در نتيجه، ضروري است.
تأثير مغناطيسي ديگري که امروزه بخوبي شناخته شده است و در درايوهاي مدرن مورد استفاده قرارمي گيرد، بر اساس اين واقعيت فيزيکي است که وقتي يک سيم از ميان يک ميدان مغناطيسي عبور مي کند، نه تنها جريان کوچکي در سيم توليد مي شود، بلکه مقاومت سيم نيز تغيير مي کند. هدهاي Read استاندارد، از هد بعنوان يک ژنراتور کوچک استفاده مي کنند، با تکيه بر اين واقعيت که هدها در هنگام عبور از روي تغييرات شار مغناطيسي، يک جريان ضرباني را توليد خواهند کرد. يک نوع جديدتر از طراحي هد که IBM پيشگام آن بوده است، به اين واقعيت تکيه دارد که مقاومت سيم هاي هد نيز در اين شرايط تغيير خواهد کرد.
بجاي استفاده از هد براي توليد جريان هاي کوچک که بايد فيلتر گذاري، تقويت و کد گشايي شوند، يک هد MR، از هد بعنوان يک مقاومت الکتريکي استفاده مي کند. يک مدار، ولتاژي را از هد عبور مي دهد و ناظر بر تغييرات ولتاژي است که هنگام تغيير مقاومت هد (بخاطر عبور آن از تغييرات شار بر روي رسانه) روي مي دهند. اين مکانيزم براي استفاده از هد، سيگنال بسيار قوي تر و شفاف تري را از آنچه که بر روي رسانه ضبط شده است، توليد نموده و امکان افزايش چگالي را نيز بوجود مي آورد.
هدهاي MR بر اين واقعيت تکيه دارند که مقاومت يک رسانا، هنگاميکه يک ميدان مغناطيسي خارجي بر آنها اعمال مي شود، اندکي تغيير مي کند. يک جريان کوچک از هد عبور کرده و تغييرات مقاومت را اندازه گيري مي نمايد. اين طرح، يک خروجي را تأمين مي کند سه برابر (يا بيشتر) قويتر از يک هد TF در طول فرآيند Read است. در نتيجه، هدهاي MR هدهاي قدرتمندي براي خواندن هستند که عملکرد آن ها بيشتر به حس گرها شباهت دارد تا ژنراتورها.
از آنجايي که قاعده MR تنها قادر به خواندن داده ها است و براي نوشتن آنها مورد استفاده قرار نمي گيرد، هدهاي MR در واقع دو هد در داخل يک هد هستند. اين مجموعه شامل يک هد TF القائي استاندارد براي نوشتن داده ها و يک هد MR براي خواندن آنها است. از آنجايي که دو هد مجزا در داخل يک مجموعه قرار گرفته اند، هر هد مي تواند براي وظيفه خود بهينه سازي شود. هدهاي Ferrite,MIG و TF بعنوان هدهاي "تک شکاف" شناخته مي شوند زيرا از يک شکافت واحد براي هر دو وظيفه نوشتن وخواندن استفاده مي شود، در حاليکه هد MR از يک شکافت جداگانه براي هر يک از اين وظايف استفاده مي کند.
در تلاش براي افزايش هر چه بيشتر چگالي، IBM يک نوع جديد از هدهاي MR را در سال 1997معرفي کرد. اين هدها که (GMR (giant magneto -resistive ناميده مي شوند، از نظر فيزيکي کوچکتر از هدهاي MR استاندارد هستند اما نام خود را از تأثير GMR گرفته اند که بر اساس آن کار مي کنند. طراحي اين دو نوع هد شباهت بسيار زيادي به يکديگر دارد. با اين حال، لايه واحد NiFe در يک طراحي MR متعارف، با لايه هاي بيشتري جايگزين شده است. در هدهاي MR، يک غشاء NiFe واحد مقاومت را در واکنش به معکوس شدن شار بر روي ديسک، تغيير مي دهد. در هدهاي GMR، دو غشاء (که با يک لايه رساناي مسي بسيار باريک جدا شده اند) اين وظيفه را انجام مي دهند.
تأثير GMR اولين بار در سال 1988در نمونه هاي کريستالي که در معرض ميدان هاي مغناطيسي بسيار قدرتمند (1000برابر ميدان هاي مورد استفاده در درايوها ي ديسک سخت) قرار گرفته بودند،کشف شد. يک دانشمند آلماني به نام Peter Gruenberg و يک دانشمند فرانسوي به نام Albert Fert کشف کردند که تغييرات بسيار بزرگي در مقاومت مواد متشکل از لايه هاي بسيار باريک متناوب (Alternating) از عناصر فلزي مختلف، روي مي دهد. ساختار کليدي در مواد GMR، يک لايه جداکننده از فلزي غيرمغناطيسي در بين دو لايه از فلزات مغناطيسي است. يکي از لايه هاي مغناطيسي، Pinned شده است (بعبارت ديگر، داراي يک امتداد مغناطيسي تحميلي است). لايه مغناطيسي دوم، آزاد مي باشد و اين بدان معني است که مي تواند امتداد يا ترازبندي خود را آزادانه تغيير دهد. مواد مغناطيسي تمايل دارند تا خودشان را در امتدادهاي يکساني همتراز نمايند. بنابراين اگر لايه جداکننده به اندازه کافي نازک باشد، لايه آزاد همان امتداد لايه Pinned را خواهد پذيرفت. چيزي که کشف شد، اين بود که همترازي مغناطيسي لايه مغناطيسي آزاد، متناوباً بين همترازي با همان امتداد مغناطيسي لايه Pinned و همترازي در امتداد مغناطيسي معکوس آن، تغيير مي کند. هنگامي که لايه ها در امتداد مغناطيسي مشابهي قرار مي گيرند، مقاومت نسبتاً پايين و هنگاميکه لايه ها در ترازبندي مغناطيسي معکوس قرار مي گيرند، مقاومت نسبتاً بالا است.
هنگامي که يک ميدان مغناطيسي ضعيف (نظير ميدان مغناطيسي ايجاد شده توسط يک بيت بر روي يک ديسک سخت)، از زير يک هد GMR عبور مي کند، ترازبندي مغناطيسي لايه آزاد نسبت به لايه ديگر چرخيده و يک تغيير نسبتاً قابل ملاحظه در مقاومت الکتريکي را بخاطر تأثير GMR بوجود مي آورد. از آنجائيکه طبيعت فيزيکي تغيير مقاومت، بخاطر چرخش نسبي الکترونها در لايه هاي مختلف تعيين مي شود. هدهاي GMR معمولاً تحت عنوان هدهاي Spin-Valve نيز شناخته مي شوند.
IBM اولين درايو تجاري که از هدهاي GMR استفاده مي کرد را در دسامبر سال 1997 معرفي نمود (يک درايو 3/5 اينچي 16/8 گيگابايتي). از آن زمان به بعد، هدهاي GMR در اکثر درايوهاي 20 گيگابايتي و فراتر از آن به يک استاندارد تبديل شده است. GMR به درايوها امکان مي دهد تا بالغ بر 20 گيگابيت از داده ها را در هر اينچ مربع از سطح ديسک ذخيره نمايند. اين ويژگي، امکان توليد درايوهايي با ظرفيت بيش از 100 گيگابايت در اندازه هاي استاندارد 3/5 اينچي را بوجود مي آورد.

Sliderهاي هد
 

عبارت لغزنده (Slider) براي تشريح بدنه اي از مواد که از خود هد واقعي درايو پشتيباني مي کند، مورد استفاده قرار مي گيرد. Slider همان چيزي است که عملاً بر روي سطح ديسک شناور بوده و يا "مي لغزد" و هد را براي نوشتن و يا خواندن داده ها در فاصله مناسبي از رسانه حمل مي کند. Sliderهاي قديمي به يک Trimaran (قايقي با سه بدنه موازي ) شباهت داشتند که دو غلاف خارجي آن در امتداد سطح رسانه ديسک شناور بوده و يک بخش"بدنه" مرکزي که عملاً هد و شکاف "خواندن/نوشتن" را حمل مي کرد.
گرايش به سمت درايوهايي با شکل ساخت کوچکتر و کوچکتر، Sliderها را نيز وادار کرده است تا دائماً کوچکتر و کوچکتر شوند. اکثر توليدکنندگان هد، به طرح هاي Slider کوچکتر Micro، Nano،Pico و يا Femto روي آورده اند.
Slider هاي کوچکتر، جرم حمل شده در انتهاي بازوهاي محرک هد را کاهش مي دهند که شتابدهي و کاهش سرعت را آسانتر نموده و در نتيجه، زمان هاي جستجوي سريع تر را امکانپذير مي سازند.
طرح هاي جديدتر Slider، همچنين داراي الگوهاي سطحي با ويرايش خاصي است که براي حفظ همان ارتفاع شناوري در بالاي سطح ديسک طراحي شده اند، صرف نظر از اينکه Slider در بالاي سيلندرهاي داخلي يا خارجي قرار گرفته باشد. Sliderهاي متعارف، ارتفاع شناوري خود را بطور قابل ملاحظه اي نسبت به سرعت جابجايي سطح ديسک در زير آنها، افزايش يا کاهش مي دهند.

تعريف يک ديسک سخت
 

يک درايو ديسک سخت، يک قطعه مهر و موم شده و غير قابل نفوذ است که پي سي از آن براي ذخيره سازي دائمي داده ها استفاده مي کند. ذخيره سازي دائمي به اين معنا است که ابزار ذخيره سازي، داده ها را حتي زماني که کامپيوتر خاموش است در خود حفظ مي کند.
در داخل يک ديسک سخت، پلاترهاي ديسک مانندي وجود دارد که معمولاً از آلومينيوم يا شيشه ساخته شده اند. برخلاف ديسک هاي فلاپي، اين پلاترها انعطاف پذير نيستند و به همين دليل به آن ها ديسک سخت گفته مي شود.
در صورتي که نتوانيد از ظرفيت هاي ذخيره سازي بسيار زيادي که در درايوهاي امروزي يافت مي شود، به طور موثر استفاده کنيد، آن ها بلاستفاده بود و به هيچ دردي نمي خورند.

فاکتور شکل ها
 

پايه و اساس صنعت پس سي، هميشه استانداردسازي بوده است. در مورد درايوهاي ديسک سخت، اين موضوع در فرم فاکتورهاي فيزيکي و الکتريکي درايوهاي مدرن امروزي نيز مشاهده مي شود. با استفاده و به کارگيري از فرم فاکتورهاي استاندارد، شما مي توانيد کيس يا سيستم را از يک فروشنده بخريد و از نظر فيزيکي يا الکتريکي، درايو ساخت يک توليد کننده ديگر را بر روي اين سيستم نصب کنيد. استانداردهاي فرم فاکتور به شما اطمينان مي دهند که درايوهاي موجود، در bay قرار مي گيرند و سوراخ هاي پيچ نيز به شکلي درست در داخل کيس تراز مي شوند و کابل هاي استاندارد و کانکشن ها نيز به شکلي درست متصل مي شوند. بدون وجود اين استانداردها، هيچ سازگاري بين کيس ها، مادربردها، کابل ها و درايوهاي مختلف وجود نمي داشت.
ممکن است شما بخواهيد بدانيد که اين استانداردها چگونه ايجاد مي شوند. در برخي از موارد، يک توليد کننده، يک محصول پرطرف دار با يک شکل و پروتکل مشخص توليد مي کند و سايرين، اين پارامترها را تکثير يا کپي مي کنند و محصولات ديگري مي سازند که از نظر فيزيکي و الکتريکي با آن سازگار است. در ساير موارد، گروه ها يا کميته هاي گوناگوني براي ديکته کردن استانداردهاي مشخص تشکيل شده اند. در طي سال هاي متمادي، درايوهاي ديسک، در فرم فاکتورهاي استاندارد گوناگوني معرفي شده اند که معمولاً با سايز متوسط platterهايي که در داخل درايو جاي مي گيرد، شناخته مي شوند.
در حال حاضر، درايوهاي سه و نيم اينچي، رايج ترين نوع براي سيستم هاي دسک تاپ محسوب مي شوند؛ در حالي که درايوهاي دو و نيم اينچي و کوچک تر، در لپ تاپ ها و ابزارهاي سيار ديگر مورد استفاده قرار مي گيرند.

عملکرد درايو ديسک سخت
 

ساختار فيزيکي اصلي يک ديسک سخت، از ديسک هاي چرخان و هدهايي که بر فراز ديسک ها مي چرخند و داده ها را بر روي trackها و سکتورها ذخيره مي کنند، تشکيل شده است. هدها، داده ها را از حلقه هاي متحدالمرکزي که track نام دارد و به سگمنت هايي به نام سکتور تقسيم شده اند و نوعاً مي توانند 512 بايت را بر روي خود ذخيره کنند، مي خوانند يا بر روي آن مي نويسند.
درايوهاي ديسک سخت معمولاً داراي چندين ديسک هستند که پلاتر نام دارد و بر روي هم "پشته" شده اند و هر يک داراي دو طرف هستند. اغلب درايوها داراي دو يا سه platter هستند که منجر به چهار تا 6 وجه مي گردد. اما برخي از ديسک هاي سخت، تا 12 پلاتر، و در نتيجه 24 وجه و 24 هد خواندن هستند. دارند.
تراک هايي که به طور همسان تراز شده اند و بر روي هر پلاتر قرار دارند، به همراه هم يک سيلندر را تشکيل مي دهند. يک درايو ديسک سخت معمولاً داري يک هد در هر سمت platter است که تمام اين هدها بر روي يک carrier device يا rack واقع مي شوند. هدها، به طور دايره اي در سرتاسر ديسک حرکت مي کنند؛ آن ها نمي توانند به طور مستقل حرکت کنند زيرا بر روي يک carrier يا rack، که فعال کننده يا actuator نام دارد قرار گرفته اند.
در ابتدا، بيش تر ديسک هاي سخت، با سرعتي معادل 3600 دور در دقيقه مي چرخيدند که اين سرعت،10 برابر بيش تر از سرعت چرخش ديسک هاي فلاپي بود. براي سال هاي متمادي،3600 دور در دقيقه سرعت بسيار زيادي در ديسک هاي سخت محسوب مي شد. هر چند امروزه، بيش تر درايوها مي توانند با سرعتي بسيار بيش تر از اين چرخش کنند. اگرچه سرعت ها مي تواند متفاوت باشند، درايوهاي مدرن نوعاً با سرعت هاي 10000،7200،5400، يا 15000 دور در دقيقه مي چرخند. بيش تر درايوهاي استانداردي که در پي سي ها مشاهده مي شود با سرعت 7200 دور در دقيقه و ديسک هاي سخت با کارآيي بالا با سرعت 10000دور در دقيقه مي چرخند، اگرچه درايوهاي ارزان تر داراي سرعت چرخش 5400 دور در دقيقه هستند. برخي از درايوهاي دو و نيم اينچي نوت بوک ها فقط با سرعت 4200 دور در دقيقه مي چرخند تا در انرژي مصرفي صرفه جويي کنند و درايوهاي 15000دور در دقيقه فقط در ايستگاه هاي کاري با کارايي بالا يا سرورها مورد استفاده قرار مي گيرد.
هدهاي موجود اغلب ديسک هاي سخت، در حالت عادي عملکرد ديسک، platter را لمس نمي کنند (و نبايد بکنند). هرچند، در بيش تر درايوها، هدها در زماني که درايو خاموش است. بر روي platterها قرار مي گيرند. در اغلب درايوها، وقتي درايو خاموش است و فعاليت نمي کند، هدها به داخلي ترين سيلندر منتقل مي شوند و بر روي سطح platter فرود مي آيند. به اين حالت قديمي، CSS‏‏ (Contact Start Stop) گفته مي شود. وقتي که درايو فعال و روشن مي شود، هدها همزمان با چرخش، بر روي سطح platter حرکت مي کنند تا زماني که يک بالشتک بسيار نازک از هوا بين هدها و سطح platter تشکيل شود. اگر براي بالشتک هوا به واسطه وجود گرد و غبار يا شوک مزاحمتي ايجاد شود، هد مي تواند در حالي که با حداکثر سرعت در حال گردش است با سطح platter تماس حاصل کند. وقتي تماس با platterهاي در حال گردش، براي ايجاد خرابي به اندازه کافي قدرتمند باشد، به اين واقعه، head crash گفته مي شود. نتيجه يک head crash مي تواند هر چيزي، از دست رفتن چند بايت داده، تا تخريب کامل درايو باشد. بيش تر درايوها داراي روان سازهاي مخصوصي بر روي platterها و سطوح تقويت شده اي هستند که مي تواند اين فشارها را تحمل کنند.

تراک ها و سکتورها
 

يک track، يک حلقه منفرد از داده ها بر روي يک سمت از ديسک است. يک تراک ديسک، براي مديريت موثر داده ها (به عنوان يک واحد ذخيره سازي منفرد) بسيار بزرگ است. بسياري از تراک هاي ديسک هاي سخت مي توانند بيش از يک مگابايت داده را ذخيره کنند که اين مقدار براي ذخيره کردن فايل هاي کوچک، بسيار نامناسب است. به همين دليل، تراک ها به چندين بخش شماره دار به نام سکتور تقسيم بندي مي شوند. اين سکتورها، نشان دهنده بخش هاي کماني شکل تراک هستند.
درايوهاي مختلف، تراک هاي ديسک را به تعداد سکتورهاي مختلفي تقسيم بندي مي کنند که اين موضوع، بر اساس چگالي trackها صورت مي گيرد. ديسک هاي سخت معمولاً داده ها را تا 2000 سکتور يا بيشتر به ازاي هر تراک ذخيره مي کنند.
سکتورهايي که توسط فرآيند قالب بندي استاندارد بر روي يک سيستم پي سي ايجاد مي شوند، داراي ظرفيت 512 بايت هستند که در تاريخچه پي سي، عددي همواره ثابت بوده است.
سکتورهاي روي هر تراک، با اعدادي که از 1شروع مي شود، شماره گذاري مي شود، برخلاف هدها يا سيلندرها که با اعدادي که از (0) شروع مي شود شماره گذاري مي گردند.
وفتي يک ديسک فرمت مي شود، برنامه فرمت، نواحي ID را قبل و بعد از داده هاي هر سکتور (که کنترلر ديسک از آن براي شماره گذاري سکتور و شناسايي ابتدا و انتهاي هر سکتور استفاده مي کند) ايجاد مي نمايد. اين نواحي بر روي بخش داده هاي هر سکتور قرار دارند و مقداري از کل ظرفيت ذخيره سازي ديسک را اشغال و مصرف مي کند. همين عامل است که باعث وجود اختلاف ظرفيت يک ديسک فرمت نشده و فرمت شده مي شود. توجه داشته باشيد که بيش تر درايوهاي ديسک سخت مدرن به صورت از قبل فرمت شده به فروش مي روند و در تبليغات فروش آن ها، فقط به ظرفيت فرمت شده شان اشاره مي شود. ظرفيت فرمت نشده معمولاً ديگر مورد اشاره قرار نمي گيرد و به آن توجهي نمي شود. يکي ديگر از پيشرفت هاي جالب توجه اين است که درايوهاي جديد، از چيزي به نام قالب بندي No-ID sector، استفاده مي کنند که بدان معنا است که سکتورها بدون mark IDها، (قبل و بعد از هر سکتور ) قالب بندي مي شوند. در نتيجه، بخش بيش تري از ديسک مي تواند براي ذخيره داده هاي واقعي مورد استفاده واقع شود.
هر سکتور بر روي ديسک معمولاً داراي يک پخش پيشوند يا هدر است که آغاز سکتور را مشخص مي کند و در بردارنده شماره سکتور، و يک بخش پسوند (Suffix) يا trailer، که در برگيرنده يک checksum (که به اطمينان يافتن از صحت داده ها کمک مي کند) مي باشد. بسياري از درايوهاي جديد تر، اين هدر را حذف کرده اند و داراي چيزي هستند که به آن No-ID recording گفته مي شود و امکان فضاي بيش تر براي داده ها را فراهم مي کند. با استفاده از يک No-ID recording، مکان ابتدا و انتهاي هر سکتور از طريق clock timing از پيش تعيين شده، مشخص مي شود. هر سکتور، در بر گيرنده 512 بايت داده مي باشد. فرآيند فرمت کردن low-level، نوعاً بايت هاي داده را با مقادير خاصي نظير F6h)Hex‎‏)، يا الگوي تست تکرار شونده ديگري پر مي کند. کد کردن و از کد خارج کردن برخي از اين الگوها براي الکترون هاي موجود بر روي درايو مشکل و دشوار است، بنابراين اين الگوها زماني مورد استفاده قرار مي گيرند که توليد کننده و سازنده، درايو را در طي فرمتينگ اوليه چک مي کند.

فرمت کردن ديسک
 

قبل از اين که شما بتوانيد داده هاي کاربر را بر روي يک ديسک بنويسيد به دو فرآيند قالب بندي ديسک، نياز داريد:
* قالب بندي فيزيکي
* قالب بندي منطقي
وقتي شما در گذشته يک فلاپي خالي را فرمت مي کرديد، فرمان FORMAT در Windows Explorer يا DOS، هر دو نوع فرمت را به طور همزمان انجام مي داد. اگر فلاپي قبلاً فرمت شده بود. داس و ويندوز به طور پيش فرض، فقط يک فرمت high-level (فرمت منطقي) را انجام مي دادند.
اما يک ديسک سخت، بين اين دو پروسه قالب بندي، به يک گام سوم نياز دارد. بعلاوه، روي ديسک هاي امروزي، قالب بندي فيزيکي در کارخانه انجام مي شود. به دليل اين که يک ديسک سخت براي استفاده و کار با بيش از يک سيستم عامل ياسيستم فايل طراحي شده، به پارتيشن بندي نياز داريم.
پارتيشن بندي به يک ديسک سخت واحد امکان مي دهد بيش از يک نوع سيستم عامل يا سيستم فايل را اجرا کند، که چندين ولوم را روي ديسک ايجاد مي کند. يک Volume يا درايو منطقي، هر بخشي از ديسک است که سيستم عامل به آن يک نام يا حرف لاتين را اختصاص مي دهد.
در نتيجه، آماده سازي يک ديسک سخت براي ذخيره کردن داده ها، سه مرحله دارد:
* قالب بندي سطح پايين (LLF؛ که در خود کارخانه انجام مي گيرد)
* پارتيشن بندي
* قالب بندي سطح بالا يا HLF

قالب بندي فيزيکي يا سطح پايين
 

در طي يک فرمت بندي low-level يا فيزيکي، شيارهاي ديسک، به تعداد معيني سکتور تقسيم مي شوند، ايجاد شکاف هاي بين سکتور و بين شيار و ضبط اطلاعات هدر و انتهاي (trailer) سکتور انجام مي پذيرد. بخش ذخيره سازي داده روي ديسک با مقادير تصادفي يا يک الگويي از مقادير تست، پر مي شوند. براي ديسک هاي سخت، تعداد سکتورها در هر شيار يا track، به درايو و اينترفيس کنترلر آن بستگي دارد.
درايوهاي ATA امروزي، مي توانند از 17تا 2500 (يا بيشتر) سکتور به ازاي هر شيار را دربرگيرند. همچنين تعداد سکتورها در ميان شيارهاي مختلف نيز مي تواند متفاوت باشد.
تقريباً تمام درايوهاي ATA از تکنيکي به نام ZBR که تعداد متغييري از سکتورها را در هر شيار مي نويسند، استفاده مي کنند. بدون اين تکنيک، تعداد سکتورها (و بنابراين بيت ها) روي هر شيار ثابت است. اين بدان معناست که تعداد واقعي بيت ها در هر اينچ تغيير خواهد کرد.

روي تراک هاي داخلي، در هر اينچ تعداد بيت بيشتري وجود دارد و روي تراک هاي خارجي، بيت هاي کمتري وجود خواهد داشت. نرخ ارسال داده و سرعت چرخش ديسک، ثابت مي ماند همچنانکه تعداد بيت ها در هر تراک ثابت مي ماند. شکل زير، يک درايو ضبط شده با تعداد يکساني سکتور در هر تراک را نشان مي دهد.
يک ضبط استاندارد، ظرفيت تراک هاي بيروني را هدر مي دهد زيرا طولاني تر است اما، همان مقدار داده هاي معادل با تراک هاي داخلي را در خود دارد. يک راه براي افزايش ظرفيت يک ديسک سخت در حين فرمت low-level، ايجاد سکتورهاي بيش تر بر روي سيلندرهاي بيروني ديسک، در مقايسه با سکتورهاي دروني است. به دليل اين که آن ها داراي محيط بيش تري هستند، سيلندرهاي بيروني مي توانند داده هاي بيش تري را در خود نگه دارند. درايوهاي بدون zoned recording، مقدار داده مشابهي را بر روي هر سيلندر ثبت مي کنند، حتي اگر تراک هاي سيلندرهاي بيروني دو برابر طويل تر از سيلندرهاي دروني باشند. نتيجه، هدر رفتن ظرفيت ذخيره سازي است زيرا رسانه ديسک بايد قادر باشد داده ها را به شکلي مطمئن در همان دانسيته موجود در سيلندرهاي داخلي ذخيره کند. وقتي تعداد سکتورها در هر تراک ثابت باشد، مثل وضعيتي که در کنترلرهاي قديمي وجود دارد، ظرفيت درايو توسط دانسيته دروني ترين تراک محدود مي شود.
درايوهايي که از zoned recording استفاده مي کنند، سيلندرها را به گروه هايي به نام zones تقسيم مي کنند که هر zone، با حرکت از مرکز به سمت بيرون مرکز ديسک، داراي تعداد سکتور بيشتري در هر تراک هستند. تمام سيلندرهاي موجود در يک زون خاص، داراي تعداد سکتور يکساني در هر تراک هستند. تعداد زون ها در هر درايو خاص فرق مي کند اما بيش تر درايوها داراي 16 تا 32 زون هستند.
يکي ديگر از تأثيرات zoned recording اين است که سرعت انتقال، بسته به اين که هدها در کدام زون هستند، تفاوت مي کند. يک درايو با قابليت zoned recording، کماکان با يک سرعت ثابت مي چرخد. به دليل اين که در زون هاي بيروني، تعداد سکتورهاي بيش تري در هر track وجود دارد، سرعت انتقال داده ها در اين جا بيش تر است. به همين ترتيب، انتقال داده ها در زماني که عمل خواندن و نوشتن بر روي زون هاي داخلي انجام مي گيرد، کندتر است. به همين دليل است که تقريباً تمام درايوهاي امروزي، نرخ هاي ارسال حداقل و حداکثر را گزارش مي کنند که به مکاني از درايو که داده ها را از آنجا مي خوانيد بستگي دارد.

پارتيشن بندي
 

ايجاد يک پارتيشن بر روي يک ديسک سخت، آن را قادر مي کند تا از سيستم فايل هاي مختلف، که هر يک بر روي پارتيشن خود قرار دارند، پشتيباني کند. هر سيستم فايل مي تواند از روش خود براي تخصيص فضاي فايل در يونيت هاي منطقي که کلاستر يا allocation units نام دارد، استفاده کند. هر درايو ديسک سخت بايد حداقل داراي يک پارتيشن باشد و مي تواند تا 4 پارتيشن داشته باشد که هر يک از آن ها مي توانند از سيستم فايل متفاوت يا همسان پشتيباني کنند. امروزه، سيستم عامل هاي پي سي از سه نوع سيستم فايل مختلف استفاده مي کنند که رايج ترين اين سه، NTFS نام دارد.

NTFS: اين سيستم فايل، از نام هاي فايل تا 256 کاراکتر و پارتيشن هايي تا 16 اگزابايت را پشتيباني مي کند. همچنين NTFS داراي قابليتهاي توسعه يافته و ويژگي هاي امنيتي است که در سيستم فايل FAT وجود ندارد.
 

قالب بندي سطح بالا
 

در طي فرآيند قالب بندي سطح بالا، سيستم عامل، ساختار مورد نياز براي مديريت بر فايل ها و داده ها را بر روي ديسک را مي نويسد. اين ساختارهاي داده اي، سيستم عامل را قادر مي کنند فضاي ديسک را مديريت کند، مسير فايل ها را نگه دارد و حتي نواحي تخريب شده را مديريت کند تا بدين ترتيب اين نواحي ايجاد مشکل نکنند.
فرمت High-level، فرمت فيزيکي واقعي درايو نيست، اما جدولي از محتوا را براي ديسک ايجاد مي کند. فرمت هاي سطح پايين امروزي روي ديسک هاي سخت، توسط شرکت سازنده در کارخانه روي ديسک انجام مي گيرند و توسط کاربر نهايي قابل اجرا نيست. اغلب سازندگان ديسک، برنامه هاي initialization و تست را اداره مي کنند که جانشيني براي برنامه هاي فرمت بندي سطح پايين است. اما اين برنامه ها به کار شما نمي آيند مگر در زماني که مي خواهيد يک فرمت آسيب ديده را اصلاح نماييد.

اغلب درايوهاي ديسک سخت، داراي بيش از دو پلاتر هستند، اگرچه برخي از درايوهاي کوچک تري که در سيستم هاي قابل حمل و برخي از درايوهاي entry-level براي کامپيوترهاي دسک تاپ، فقط يک پلاتر دارند. تعداد پلاترهاي يک درايو مي تواند توسط سايز فيزيکي عمودي درايو محدود شود. حداکثر تعداد پلاترهايي که من در هر نوع درايو سه و نيم اينچي ديده ام،12عدد بوده است؛ هر چند که بيش تر درايوها دراي 6 يا کم تر از 6 پلاتر هستند.
پلاتر ها به طور سنتي از آلياژ آلومينيوم/منيزيوم، که هم داري سختي و قدرت کافي و هم وزن کم مي باشد ساخته مي شده اند .هرچند، تمايل توليد کنندگان به چگالي هاي بالاتر و بيش تر و درايوهاي کوچک تر باعث شده تا از پلاتر هاي ساخته شده از شيشه (يا، اگر بخواهيم فني تر توضيح دهيم، مخلوطي از شيشه و سراميک) نيز استفاده کنند. يکي از اين مواد، MemCor نام دارد. MemCor ترکيبي از شيشه و سراميک است که در مقايسه با شيشه، مقاومت بيش تري در مقابل شکسته شدن دارد. پلاترهاي شيشه اي، سختي و دوام بيش تري در مقايسه با فلز فراهم مي کنند (زيرا فلز قابل خم شدن است اما شيشه خم نمي شود ) و در نتيجه مي توانند در ضخامتي که نصف ديسک هاي آلومينيومي است، توليد شوند. پلاترهاي شيشه اي همچنين از نظر حرارتي بسيار پايدارتر از پلاترهاي آلومينيومي هستند که بدان معنا است که آن ها در اثر تغيير درجه حرارت، زياد منقبض و منبسط نمي شوند. در حال حاضر، درايوهاي ديسک سخت متعددي از پلاترهاي شيشه اي - سراميک استفاده مي کنند.
منبع: بزرگراه رايانه، شماره ي 140