การทำงานของฮาร์ดดิสก์

ฮาร์ดดิสก์ 

 

ฮาร์ดดิสก์ถูกสร้างขึ้นในปี ค.ศ. 1950 ตอนนั้น มีขนาดค่อนข้างใหญ่ มีเส้นผ่าศูนย์กลางถึง 20 นิ้ว มีความจุระดับเพียงเมกะไบต์เท่านั้น ( 1 เมกะไบต์ เท่ากับ 1,000,000 ไบต์) ตอนแรกใช้ชื่อว่า ฟิกส์ดิสก์ (Fixed disks) หรือ วินเชสเตอร์ (Winchesters) เป็นชื่อที่บริษัท IBM เรียกผลิตภัณฑ์คอมพิวเตอร์ของพวกเขา ภายหลังจึงเรียกว่า ฮาร์ดดิสก์ (Hard disk) เพื่อให้มีความแตกต่างจากฟลอปปี้ดิสก์( Floppy disk) ภายในฮารด์ดิสก์ มีส่วนประกอบที่สำคัญที่สุด คือ จานกลมแข็ง ซึ่งฉาบไว้ด้วยสารแม่เหล็ก 

  หลักการบันทึกข้อมูลลงบนฮาร์ดดิสก์ไม่ได้แตกต่างจากการบันทึกลงบนเทปคาสเซ็ทเลย เพราะทั้งคู่ต้องใช้สารบันทึกคือสารแม่เหล็กเหมือนกัน สารแม่เหล็กนี้สามารถลบหรือเขียนได้ใหม่อยู่ตลอดเวลา โดยเมื่อบันทึกหรือเขียนไปแล้ว มันสามารถจำรูปแบบเดิมได้เป็นเวลาหลายปี  

  

           มีความแตกต่างระหว่างเทปคาสเซ็ทกับฮาร์ดดิสก์ดังนี้

           - สารแม่เหล็กในเทปคาสเซ็ท ถูกเคลือบอยู่บนแผ่นพลาสติกขนาดเล็ก เป็นแถบยาว แต่ในฮาร์ดดิสก์ สารแม่เหล็กนี้ จะถูกเคลือบอยู่บนแผ่นแก้ว หรือแผ่นอลูมิเนียมที่มีความเรียบมากจนเหมือนกับกระจก

 

           - สำหรับเทปคาสเซ็ท ถ้าคุณต้องการเข้าถึงข้อมูลในบริเวณใดบริเวณหนึ่ง ก็จะต้องเลื่อนแผ่นเทปไปที่หัวอ่าน โดยการกรอเทป ซึ่งต้องใช้เวลาหลายนาที ถ้าเทปมีความยาวมาก แต่สำหรับฮาร์ดดิสก์ หัวอ่านสามารถเคลื่อนตัวไปหาตำแหน่งที่ต้องการในเกือบจะทันที  

            - แผ่นเทปจะเคลื่อนที่ผ่านหัวอ่านเทปด้วยความเร็ว 2 นิ้วต่อวินาที (5.00 เซนติเมตรต่อวินาที) แต่สำหรับหัวอ่านของฮาร์ดดิสก์ จะวิ่งอยู่บนแผ่นบันทึกข้อมูล ที่ความเร็วในการหมุนถึง 3000 นิ้วต่อวินาที (ประมาณ 170 ไมล์ต่อชั่วโมง หรือ 270 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) 

            - ข้อมูลในฮาร์ดดิสก์เก็บอยู่ในรูปของโดเมนแม่เหล็ก ที่มีขนาดเล็กมากๆ เมื่อเทียบกับโดเมนของเทปแม่เหล็ก ขนาดของโดเมนนี้ยิ่งมีขนาดเล็กเท่าไร ความจุของฮาร์ดดิสก์จะยิ่งมีขนาดเพิ่มขึ้นเท่านั้น และสามารถเข้าถึงข้อมูลได้ในเวลาสั้น 

         เครื่องคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะปัจจุบันจะมีความจุของฮาร์ดดิสก์ประมาณ 10 ถึง 40 กิกะไบต์ ( 1 กิกะไบต์ = 1000 เมกะไบต์) ข้อมูลที่เก็บลงในฮาร์ดดิสก์ เก็บอยู่ในรูปของไฟล์ ซึ่งประกอบด้วยข้อมูลที่เรียกว่า ไบต์ : ไบต์คือรหัส แอสกี้ ที่แสดงออกไปตัวอักษร รูปภาพ วีดีโอ และเสียง โดยที่ไบต์จำนวนมากมาย รวมกันเป็นคำสั่ง หรือโปรแกรมทางคอมพิวเตอร์ มีหัวอ่านของฮาร์ดดิสก์อ่านข้อมูลเหล่านี้ และนำข้อมูลออกมา ผ่านไปยังตัวประมวลผล เพื่อคำนวณและแปรผลต่อไป  

             เราสามารถคิดประสิทธิภาพของฮาร์ดดิสก์ได้ 2 ทางคือ 

           - อัตราการไหลของข้อมูล ( Data rate) คือจำนวนไบต์ต่อวินาที ที่หัวอ่านของฮาร์ดดิสก์สามารถจะส่งไปให้กับซีพียูหรือตัวประมวลผล ซึ่งปกติมีอัตราประมาณ 5 ถึง 40 เมกะไบต์ต่อวินาที 

            - เวลาค้นหา (Seek time) เวลาที่ข้อมูลถูกส่งไปให้กับซีพียู โดยปกติประมาณ 10 ถึง 20 มิลลิวินาที 

         ภายในฮาร์ดดิสก์ วิธีดีที่สุดในการรู้จักฮาร์ดดิสก์ คือแกะออกมาดูภายในกัน ภาพล่างนี้เป็นฮาร์ดดิสก์ที่เรานำมาใช้กันอยู่ 

           

กล่องอลูมิเนียมผนึกไว้เป็นอย่างดี โดยมีแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ติดไว้อยู่ที่ด้านหนึ่งของฮาร์ดดิสก์โดยแผงวงจรควบคุมนี้ จะควบคุมมอเตอร์ให้หมุน และอ่านหรือเขียนข้อมูลจากฮาร์ดดิสก์

ใต้แผ่นควบคุม หรือแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ จะเป็นมอเตอร์ที่ใช้ในการหมุนแผ่นจานภายใน และมีตัวกรองอากาศที่ละเอียด และมีรูอากาศที่เล็กมาก แต่ต้องไม่ให้ตัน เพื่อให้ความดันอากาศภายนอกกับภายในฮาร์ดดิสก์ต้องเท่ากัน

 

แกะฝาครอบออกมาจะเห็นอุปกรณ์ภายใน ที่แสนจะธรรมดา แต่ว่ามีความเที่ยงตรงสูงมากๆ 

ในรูปนี้คุณจะเห็น - แผ่นจานแม่เหล็กที่สามารถหมุนได้ 3600 หรือ 7200 รอบต่อนาที ช่องว่างภายในมีขนาดเล็กมาก และ บนแผ่นมีความเรียบมาก เหมือนแผ่นกระจก - จะมีหัวอ่านอยู่ที่ปลายแขน ซึ่งสามารถควบคุมด้วยกลไก ที่อยู่มุมบนซ้าย ตำแหน่งของหัวอ่านสามารถเปลี่ยนได้ จากจุดศูนย์กลางของแผ่นจนถึงขอบแผ่น การเคลื่อนที่เป็นไปได้อย่างรวดเร็วและนิ่มนวลมาก ใน 1 วินาที สามารถเคลื่อนที่กลับไปมาได้ ถึง 50 ครั้ง ช่างน่าอัศจรรย์ล้ำลึกจริงๆ 

 

เพื่อจะเพิ่มความจุของฮาร์ดดิสก์ให้มากขึ้น ให้วางแผ่นแม่เหล็กซ้อนกันหลายๆชั้น ในรูปเป็นแผ่นแม่เหล็ก 3 แผ่น มีหัวอ่านเขียน 6 หัว

 

กลไกที่ใช้การหมุนแขนบนตัวฮาร์ดดิสก์ มีความเร็วและความเที่ยงตรงสูงมาก จึงต้องใช้ลิเนียร์มอเตอร์ ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ

ภายในมีส่วนประกอบที่สำคัญมากคือ คอยส์เสียง หรือ (Voice coil) ซึ่งเป็นคอยส์ที่อยู่ในลำโพงทั่วไป

          การเก็บข้อมูล  

             ข้อมูลที่เก็บลงบนแผ่นเรียกว่า เซกเตอร์ หรือแทรคส์ แทคส์เป็นรูปวงกลม ส่วนเซกเตอร์เป็นรูปเสี้ยวหนึ่งของวงกลม อยู่ภายในแทคส์ดังรูป

 

 

          แทคส์แสดงด้วยสีเหลือง ส่วนเซคเตอร์แสดงด้วยสีน้ำเงิน ภายในเซคเตอร์จะมีจำนวนไบต์คงที่ ยกตัวอย่างเช่น 256 ถึง 512 ขึ้นอยู่กับว่าระบบปฏิบัติการของคอมพิวเตอร์จะจัดการแบ่งในลักษณะใด เซคเตอร์หลายๆ เซคเตอร์รวมกันเรียกว่า คลัสเตอร์ (Clusters) ขั้นตอน ฟอร์แมต ที่เรียกว่า การฟอร์แมตระดับต่ำ (Low -level format ) เป็นการสร้างแทคส์และเซคเตอร์ใหม่ ส่วนการฟอร์แมตระดับสูง (High-level format) ไม่ได้ไปยุ่งกับแทคส์หรือเซคเตอร์ แต่เป็นการเขียน FAT ซึ่งเป็นการเตรียมดิสก์เพื่อที่เก็บข้อมูลเท่านั้น