پاورپوینت دیسک سخت

دیسک سخت2

بر روی هر کامپیوتر حداقل یک هارد دیسک وجود دارد.برخی از سیستم ها ممکن است دارای بیش از یک هارد دیسک باشند. هارد دیسک یک محیط
ذخیره سازی دائم برای اطلاعات را فراهم می نماید . اطلاعات دیجیتال در کامپیوتر می بایست بگونه ای تبدیل گردند که بتوان آنها را بصورت دائم
بر روی هارد دیسک مغناطیسی ذخیره کرد.
دیسک سخت

هارد دیسک در سال 1950 اختراع گردید. هارد دیسک های اولیه شامل دیسک های بزرگ با قطر 20 اینچ ( 50/8 سانتیمتر) بوده و توان ذخیره سازی چندین مگابایت بیشتر را نداشتند. به این نوع دیسک ها در ابتدا " دیسک ثابت " می گفتند. در ادامه بمنظور تمایز آنها با فلاپی دیسک ها از واژه " هارد دیسک " استفاده گردید. هارد دیسک ها دارای یک Platter ( صفحه ) بمنظور نگهداری محیط مغناطیسی می باشند. عملکرد یک هارد دیسک مشابه یک نوار کاست بوده و از یک روش یکسان برای ضبط مغناطیسی استفاده می نمایند. هارد دیسک ونوار کاست از امکانات ذخیره سازی مغناطیسی یکسانی نیز استفاده می نمایند.در چنین مواردی می توان بسادگی اطلاعاتی را حذف و یا مجددا" بازنویسی کرد. اطلاعات ذخیره شده بر روی هر یک از رسانه های فوق ، سالیان سال باقی خواهند ماند. علیرغم وجود شباهت های موجود ، رسانه های فوق در مواردی نیز با یکدیگر متفاوت می باشند:

مبانی هارد دیسک

*لایه مغناطیسی بر روی یک نوار کاست بر روی یک سطح پلاستیکی نازک توزیع می گردد. در هارد دیسک لایه مغناطیسی بر روی یک دیسک شیشه ای ویا یک آلومینیوم اشباح شده قرار خواهد گرفت . در ادامه سطح آنها بخوبی صیقل داده می شود
.
*در نوار کاست برای استفاده از هر یک از آیتم های ذخیره شده می بایست بصورت ترتیبی ( سرعت معمولی و یا سرعت بالا) در محل مورد نظر مستقر تا امکان بازیابی ( شنیدن ) آیتم دلخواه فراهم گردد. در رابطه با هارد دیسک ها می توان بسرعت در هر نقظه دلخواه مستفر و اقدام به بازیابی ( خواندن و یا نوشتن ) اطلاعات مورد نظر کرد.

*در یک نوار کاست ، هد مربوط به خواندن / نوشتن می بایست سطح نوار را مستقیما" لمس نماید. در هارد دیسک هد خواندن و نوشتن در روی دیسک به پرواز در می آید! ( هرگز آن را لمس نخواهد کرد

نوار کاست موجود در ضبط صوت در هر ثانیه 2 اینچ ( 5/08 سانتیمتر ) جابجا می گردد. گرداننده هارد دیسک می تواند هد مربوط به هارد دیسک را در هر ثانیه 3000 اینچ به چرخش در آورد .

یک هارد دیسک پیشرفته قادر به ذخیره سازی حجم بسیار بالائی از اطلاعات در فضائی اندک و بازیابی اطلاعات با سرعت بسیار بالا است

اطلاعات ذخیره شده برروی هارد دیسک در قالب مجموعه ای از فایل ها ذخیره می گردند. فایل نامی دیگر برای مجموعه ای از بایت ها است که بنوعی در آنهااطلاعاتی مرتبط به هم ذخیره شده است . زمانیکه برنامه ای اجراء و در خواست فایلی را داشته باشد، هارد دیسک اطلاعات را بازیابی و آنها برایاستفاده پردازنده ارسال خواهد کرد.

برای اندازه گیری کارآئی یک هارد دیسک از دو روش عمده استفاده می گردد:

میزان داده (Data rate) . تعداد بایت هائی ارسالی در هر ثانیه برای پردازنده است . اندازه فوق بین 5 تا 40 مگابایت در هر ثانیه است .

زمان جستجو (Seek Time) . مدت زمان بین درخواست یک فایل توسط پردازنده تا ارسال اولین بایت فایل مورد نظربرای پردازنده را می گویند.

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.
کالبد شکافی هارد دیسک

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.
در تصویر فوق موارد زیر مشاهده می گردد:

Platters) صفحات ) این صفحات می توانند با سرعت 3600 تا 7200 دور در دقیقه چرخش نمایند.
بازوئی که هد خواندن و نوشتن را نگاه داشته است . این بازو با سرعتی معادل 50 بار در ثانیه قادر به حرکت در طول هر یک از صفحات است ( حرکت شعاعی )
بمنظور افزایش ظرفیت هارد دیسک می توان تعدادی از صفحات را استفاده کرد

مکانیزمی که باعث حرکت بازوها بر روی هارد دیسک می گردد ، سرعت و دقت را تضمین می نماید.در این راستا از یک موتور خطی با سرعت بالا استفاده می گردد.

یک قطاع واحد اساس داده روی دیسک سخت می باشد . واژه قطاع از یک واژه ریاضی است که براساس بخش زاویه ای در هم ریخته یک دایره که با دو خط مستقیم از مرکز به محیط و خط سوم از محیط دایره احاطه شده است سرچشمه می گیرد .
1. شرح این مورد در ساده ترین حالت ، این است که یک دیسک سخت از گروهی از قطاعهای مشخص شده تشکیل شده است که همگی تشکیل یک دایره می دهند . این دایره متشکل از قطاعهای از پیش تعریف شده به عنوان یک شیار تکی تعریف می شود . گروهی از دایره های متحده المرکز (شیارها ) تشکیل دهنده یک سطح تک از صفحه دیسک سخت می باشند . دیسکهای سخت اولیه تنها یک سطح تک
ساختار قطاع دیسک سخت

، درصورتی که دیسکهای سخت امروزی متشکل از چندین سطح با شیارهایی در هر دو سمت آن می باشند که همه آنها تعیین کننده ظرفیت دیسک می باشند . دیسک های سخت اولیه درای تعداد برابری قطاع در هر بخش شیار بودند و در واقع تعداد قطاع ها در هر شیار در تمام مدلها ، استاندارد بود . پیشرفتهای امروز که در فن آوری درایو ها به و جود آمده این امکان را فراهم ساخته است تا تعداد قطاع ها در هر شیار یا SPT به طور قابل توجهی تغییر کنند

زمانی که یک دیسک سخت با مقادیر اولیه اش آماده می شود ، هر قطاع قادر خواهد بود تا 512 بایت داده راذخیره کند . بدون دستکاری ، برنامه های کاربردی ستاپ سیستم عامل دیسکی وجود دارند که باعث می شوند تا در هر قطاع این 512 بایت تغییر کنند هرچند این مقدار 512 ، مقداری استاندارد است و به صورت مجازی و پیش فرض در همه دیسکهای سخت وجود دارد . هرچند هر قطاع ، بیشتر از 512 بایت اطلاعاتی را در خود نگه می دارد . بایتهای اضافی برای ساختارهای کنترل ، اطلاعات لازم برای مدیریت درایو ، جایگزینی داده ها و اجرای دیگر اعمال مورد نیاز می باشند . ساختارهای مشخص قطاع بستگی به سازنده درایو و مدل آن دارد هرچند جزئیات یک طاع معمولا شامل عوامل زیر می باشند :

اطلاعات ID: در هر قطاع ، یک فضای کوچک برای شناسایی شماره قطاع و مکان آن دستنخورده باقی می ماند که برای جایگزین کردن قطاع روی دیسک و نیز اطلاعاتی در مورد خود قطاع کار برد دارد . برای مثال ، یک تک بیت برای این امر مورد استفاده قرار می گیرد که نشان دهد که آیا قطاع به صورت خراب علامت خورده یا نقشه قطاع به چه صورت است .
فیلدهای همگام سازی : این فیلدها تعمدا توسط کنترل کننده درایو برای راهنمایی فرایند خواندن مورد استفاده قرار می گیردند .
داده ها: داده های واقعی روی هر قطاع

ECC : کد تصحیح کننده خطا که از آن برای اطمینان از اجتماع داده استفاده می شود .
GAP ها یا شکاف ها : به این مورد اغلب فضا دهنده ها نیز می گویند و از آن برای جدا سازی مکانهای قطاع و به دست آوردن زمان برای کنترل کننده برای پردازش چیزی که قبل از پردازش داده های مضاعف خوانده شده استفاده می شود .
اطلاعات فرمان یار : علاوه بر قطاع ، که هر کدام از آنها شامل آیتم های مذکور هستند ، فضای روی هر شیا برای اطلاعات فرمان یار روی درایوی در نظر گرفته می شوند که درایوهای فرمان یار جاسازی شده به کار می روند . بیشتر و حتی تمام درایوها جدید از این فن آوری فرمان یار استفاده نمی کنند .

هر یک از عوامل شناسایی شده در بالا به عنوان اورهد درایو شناخته می شوند . میزان فضای گرفته شده توسط اورهد مجتمع بسیار مهم می باشد چرا که هر چه تعداد بیت تیشتری به دیسک و مدیریت داده اختصاص داده شود ، تعداد بیت کمتری برای ذخیره داده واقعی مورد نیاز قرار خواهد گرفت . سازندگان دیسک های سخت ، در تلاشند تا میزان اطلاعات اورهدی را که روی دیسک ذخیره می شود کاهش دهند . زمانی که شما واژه format efficency را می بینید ، این واژه در مورد درصد بیتها روی دیسکی می باشد که برای داده ها مورد استفاده قرار می گیرند و دقیقا متضاد با اورهد می باشد .

زمانی که شما واژه format efficency را می بینید ، این واژه در مورد درصد بیتها روی دیسکی می باشد که برای داده ها مورد استفاده قرار می گیرند و دقیقا متضاد با اورهد می باشد . به طور آشکارا هرچه فرمت بهتر باشد ، کارایی نیز بهتر خواهد بود ، هر چند این اطلاعات توسط سازنده تنظیم شده و تغییر آن غیر ممکن است .
یکی از مهمترین ابداعات در فرمت قطاع توسعه IBM 1990 با فرمت بدون ID بود که در نتیجه آن فیلدهای ID از فرمت قطاع برداشته شد. در عوض برچسب گذاری بر روی هر قطاع در عنوان قطاع ، یک نقشه فرمت ساخته شد و در حافظه ذخیره شد و در زمانی که قطاع باید قرار می گرفت به عنوان مرجع شناخته می شد . این نقشه شامل اطلاعاتی در این مورد است که کدام قطاع ها مارک بد خورده اند و یا جایگزینی داده های داشده اند ، و همچنین مکان قطاع مربوط به اطلاعات فرمان یار و غیره . این امر چون این امکان را فراهم می سازد که بیش از 10 درصد داده ها در هر سطح دیسک ذخیره شده و کارایی آن با برطرف کدن نیاز برای استخراج این اطلاعات از هر قطاع بهبود می یابد باعث کارایی فرمت می شود . اطلاعات مکانی حیاتی در حافظه موجود می باشد ، لذا می تواند با سرعت بیشتری مورد دستیابی قرار گیرد .

اگر در بحث خود قطاع درایو ، ، شیارها و کارایی آن را بدون ذکر بهبودی های انجام شده در ضبط بیت منطقه ذکر کنیم برباعث غفلت شده ایم . یکی از روشهای انجام شده برای افرایش ظرفیت و سرعت دستیابی روی دیسک سخت ، بهبود کارایی شیارهای بزرگتر و بیرونی تر دیسک می باشد . دیسکهای سخت اولیه خیلی ابتدایی بوند و کنترلگر های آنها قادر به انجام چیدمان هایی مانند توانایی برای تغییر شیار نبودند. در نتیجه این چیدمان ، تمام شیارها روی قطاع شماره ای برابر داشتند و استاندارد آن 17 قطاع در هر ترک بود.
شیارها دوایری متحدالمرکز می باشند و شیارهای بیرونی روی صفحه و نزدیک محیط بسیار بزرگتر از شیارهای نزدیک به مرکز می باشند . از آنجاییکه در مورد ذخیره بیتها و فشردگی آنها در شیارهای داخلی مشکلاتی وجود دارد ، توسعه دهندگان تا آنجاییکه ممکن بود آنها را با فن آوری موجود فشرده ساختند.با اهش تراکم بیت ، توسعه دهندگان توانستند تعدادی برابر از قطاع ها را در دوایر خارجی طراحی کنند . ضرورتا این بدان معنا بود که لایه های داخلی آنقدر فشرده شدند که هیچ فضایی برای خطا وجود نداشت و قطاعهای خارجی بسیار کم مورد استفاده قرار گرفتند همانطور که در فرض می توانستند بسیاری از قطاعها را با همان محدودیت تراکم بیت خطی که در قطاعهای داخلی قرار داشت نگه دارند .
ضبط بیت منطقه

توسعه دهندگان درایو، در تلاشی برای ایجاد درایوهایی با ظرفیت بالاتر ، و بهبود استفاده از کارایی آن ، تکنولوژی به نام ضبط بیت منطقه ای را توسعه دادند.ضبط بیت منطقه ای اغلب به عنوان ضبط چند منطقه ای یا ضبط منطقه ای نیز نامیده می شود . با این فن آوری ، قطاعها در بخشهایی براساس فاصله شان از مرکز دیسک گروه بندی می شوند و به هر منطقه یک تعداد قطاع در هر شیار اختصاص داده می شود. زمانی که از داخلی ترین بخش دیسک به لبه دیسک حرکت می کنید ، از مناطق مختلفی عبور می کنید که هر کدام دارای قطاع های بیشتری در هر شیار نسبت به شیار قبلی می باشند . این کار استفاده بهتری از شیارهای بزرگتر در خارج از دیسک را فراهم می سازد. ضرورتا با این فن آوری ، گنجایش ( یا طول) هر قطاع در تمام سطح دیسک ثابت باقی می ماند . تباین مطلق در دیسکهای اولیه ای که از این فن آوری استفاده نمی کردند ، از این فن آوری استفاده نمی کرد و هر شیار محدود به 9 قطاع صرف نظر از اندازه شیار بود .

یکی از مزایای مضاعف از ضبط بین منطقه ای این است که نرخ انتقال داده های خام دیسک نیز به نام نرخ انتقال واسطه ( بیت بدون نام ) شناخته شده و این زمانی است که خواندن سیلندر خارجی در زمانی سیلندرهای داخلی خوانده می شود بسیار بالاتر است . اگرچه شتاب زاویه ای صفحه بدون توجه به اینکه کدام شیار در حال خوانده شدن است ، سیلند خارجی دارای داده های بیشتری می باشد . البته باید این مسئله را در نظر داشت که شتاب زاویه ای ضرورتا این مسئله را جبران نمی کند که شیارهای خارجی ( در پیرامون صفحه ) سریعتر از شیارهایی که در هسته صفحه قرار دارند حرکت می کنند .
شایان ذکر است که شتاب زاویه ای در تمام فن آوری درایوها مانند درایوهای سی دی قدیمی صدق نمی کند .

از آنجاییه که ابتدا داده ها روی شیارهای خارجی نوشته می شوند ، درایو با داده هایی از داخل به خارج پر می شو . سریعترین نرخ انتفال داده زمانی رخ می دهد که در ابتدا درایو مورد استفاه قرار گرفته و داده ها در شیارهای خارجی باقی می مانند . بسیاری از افرادی که سیستم را محک می زنند و زمانی که دیسک سخت آنها جدید است ، تنها سعی می کنند تا تغییراتی ایجاد کنند تا به محل چند هفته یا چند ماه قبل بازگشته و زمانی که می بینند که سرعت دسک سخت آنها کاهش یافته است ، شکه می شوند. در واقع ، دیسک به هیچ وجه تغییر نکرده است ، اما محک ثانویه ، روی شیارهای نزدیک تر به مرکز دیسک انجام شده است . حال آنکه برخی از افراد هستند که محک دفرگ (defragment) را قبل از انجام آزمایش برای دیسک سخت اجرا می کنند، و این محک می تواند تاثیری در سیستم کارایی دیسک سخت داشته باشد .

بیایید نگاهی به این مسئله داشته باشیم که کارایی دیسک سخت درچهار سال گذشته چطور تغییر کرده است . در زیر دو جدول را می بینید که یکی از کوانتوم ( که اکنون به نام ماکستور شناخته می شود ) در سال 1996 و دیگری از آی بی ام در سال 2000 منتشر شد.
جدول زیر (شکل 2) نشان دهنده مناطقی است که توسط کوانتوم فایربال 8/3 گیگابایتی استفاده شده و در مجموع 6810 شیار داده ای برروی هر صفحه دیسک سخت قابل استفاده است . همچنین نرخ انتقال داده خام برای هر منطقه نشان داده شده است . توجه کنید که چطور نرخ انتقال اده در زمانی که شما از لایه خارجی دیسک ( منطقه 0 ) به مرکز دیسک (منطقه 14) حرکت می کنید کاهش می یابد . نرخ انتقال داده در در لبه دیسک تقریبا دو برابر مرکز آن است.

شکل 2
*Courtesy Maxtor/Quantum FireballTM Product Manual, © 1996

در این حالت درایو مشخص ، با داشتن تعدادی برابر از شیار در هر منطقه مورد نیاز نمی باشد و فقط به شیوه ای رخ می دهد که در آن ازطراحی از خانواده کوانتوم می باشد . تفاوت را زمانی مشاهده می کنید که مقایسه ای بین درایو آی بی ام در زیر نشان داده شده است . به تعداد بیشتر قطاع ها در هر شیار در مقایسه با 17 قطاع در هر شیار دیسکهای اولیه توجه کنید . درایوها ی مدرن امروزی میزان فضای بیشتری را در هر و حتی تعداد بالاتری از قطاع را در هر شیار در تمام مناطقه و نرخ انتقال بالاتری را ارائه می دهند .
در اینجا جدولی برای یک درایو آی بی ام با 54000 دور در دقیقه وظرفیت 20 گیگا بایت نشان داده شده است .

شکل 3
Courtesy IBM – Deskstar 40GV and 75GXP Product Manual, © 2000

همانطور که مشاهده می کنید ، تعدد شیار ها در هر منطقه ، قطاع در هر شیار و نرخ انتقال داده همگی بیشتر از مقدار درایور قدیمی است که در شکل 1 نشان داده شده است و همچنین نشان می دهد که ظرفیت شکاف و کارایی آن در چهار سال افزایش یافته است . از آنجایی که تعداد شیار در هر منطقه، برخلاف درایو کوانتوم متفاوت می باشد ، تعداد مناطق یکسان باقی می ماند . هر درایو دارای 15 منطقه می باشند و این یک فرایند انحصاری است . برخی از درایو ها نیز دارای مناطق بیشتری می باشند در صورتی که برخی دیگر نیز از مناطق کمتری برخورداند . اما بیشتر درایوهای جدید تعدادی منطقه به میزان برابر با درایوهای قدیمی دارند . اگرجه می توانید تعداد مناطق را افزایش دهید هرچند با انجام این کار ، کار کنترلگر پیچیده تر می شود و هیچ سود خاصی در بر نخواهد داشت . در یک مجموعه کامل از شرایط می توانید پتانیسل ذخیره سازی را در صورتی که هر شیار دارای یک منطقه با تعداد کاملی قطاع باشد افزایش دهید هرچند هر میزان ظرفیت مضاعف به دست آمده می توند با میزان بزرگتر منطقه که در شکل 3 نشان داده شده است مورد مقایسه قرار گیرد .

تنظیم استاندارد بایاس برای هاردهای IDE/ATA به شما اجازه خواهد داد تا تنها یک تعداد از قطاع را در هر شیار تعیین کنید . از آنجایی که تمام دیسکهای سخت جدید از ضبط بیت منطقه ای استفاده می کنند ، و دارای تعداد برابر قطاع در هر شیار نیستند ، در آنها از هندسه منطقی برای ستاپ بایاس استفاده می شود . دیسکهای سخت IDE گزارشی تا 4/8 گیگا بات به بایاس می دهند که در آنها 63 قطاع در هر شیار وجود داشته و سپس به هندسه واقعی ترجمه می شود .
هیچ درایو جدیدی از 63 قطاع در هر شیار استفاده نمی کند و معمولا این میزان کمتر از این حد است .

زمانی که طراحان درایو ها و طرحان سیستمهای عامل متوجه محدودیت 4/8 گیگابایتی بایاس شدند ، فهمیدند که دیسکهای سخت کمتر از 8/4 گیگابایت قادر به داشتن پارامترهایی نیستند که با استفاده از آنها پارمترهای هنسده بایاس IDE شرح داده شود . از این رو این درایو ها همیشه با داشتن 63 قطاع در هر شیار و با استفاده از پارامترهای هندسه کاذب ( غلط) این گزارش را صورت داده و سپس با استفاده از آدرس دهی بلوک منطقی به داده ها دستیابی پیدا می کنند .
برخلاف سیستمهای کامپیوتری موروثی، بردهای اصلی امروزی ، و به ویژه کنترلگر های دیسک سخت باید دارای اطلاعات جزء به جزء و پیچیده ای در مورد مناطق ضبط داده در دیسک سخت باشند که شامل تعداد قطاع ها در هر شیار و همچنین تعداد شیار در هر منطقه می شود . به همین دلیل ، تولید کنندگان امروزی درایوها قبل از اینکه محصول کارخانه را ترک کند درایوها را فرمت سطح پایین می کنند .

برخلاف درایوهای قدیمی تر ، 1988 و قبل از آن ( یا 4/8 گیگابایتی و کوچکتر ) ، پیشنهاد نمی شود که درایوهاای جدید تر فرمت سطح پایین شوند مگر اینکه واقعا به این رویه نیاز باشد و ابزارهای فرمت سطح پایین مشخصی برای این کار مورد استفاده قرار گیرد .
هندسه منطقی – یکی از واژه هایی که برای شرح حالتی استفاده می شود که تولیدکنندگان از آن برای طراحی دیسکها ، و شیارها و قطاعها استفاده می کنند ، هندسه است . در طراحی دیسکهای اولیه ، این کار ساده بود ، چراکه دیسکها دارای تعداد مشخصی هد ، تعدادی شیار در هر سطح ، و تعدادی برابر از قطاع در هر شیار بودند .این تعداد در زمان تنظیم ستاپ سیست به بایاس وارد می شد و سیستم می دانست که چطور به درایو دستیابی پیدا کند . امروزه با درایوهای جدید ، موقعیت پیچیده تر شده است .