HARDDISK

โครงสร้างของฮาร์ดดิสก์

ภายในฮาร์ดดิสก์นั้นจะมีแผ่น Aluminum Alloy Platter หลายแผ่นหมุนอยู่ด้วย
ความเร็วสูง โดยจะมีจำนวนแผ่นขึ้นอยู่กับแต่ละรุ่น แต่ละยี่ห้อต่างกันไป
การทำงานเขียนอ่านข้อมูล ของฮาร์ดดิสก์ จะมีการทำงานคล้าย การทำงาน
ของเทปคาสเซ็ท แพล็ตเตอร์ของฮาร์ดดิสก์นั้น จะเคลือบไปด้วยวัตถุ
จำพวกแม่เหล็ก ที่ขนาดความหนาเพียง 2-3 ในล้านส่วนของนิ้ว
แต่ต่างจากเทปทั่ว ๆ ไป คือฮาร์ดดิสก์นั้น จะใช้หัวอ่านเพียง
หัวเดียวในการทำงาน ทั้งอ่านและเขียนข้อมูล การเขียนข้อมูล
ลงบนฮาร์ดดิสก์นั้น หัวอ่านจะได้รับ กระแสไฟฟ้าผ่านเข้าสู่ คอยล์ของหัวอ่าน
เพื่อสร้างรูปแบบแม่เหล็ก บนสื่อที่เคลือบ อยู่บนแผ่นแพล็ตเตอร์
ซึ่งเท่ากับเป็นการเขียนข้อมูล ลงบนฮาร์ดดิสก์ การอ่านนั้นก็จะเป็น
การแปลงสัญญาณรูปแบบแม่เหล็ก ที่ได้บันทึกอยู่บน ฮาร์ดดิสก์กลับแล้ว
เพิ่มสัญญาณ และทำการประมวล ให้กลับมาเป็น ข้อมูลอีกครั้ง การเก็บข้อมูล
จะเก็บในรูป สัญญาณอิเล็กทรอนิก โดยจะเก็บเป็น เลขฐานสอง คือ 0 และ 1
ฮาร์ดดิสก์จะเก็บข้อมูลไว้ ใน Track หรือเส้นวงกลม โดยจะเริ่มเก็บข้อมูล
ด้านนอกสุด ของฮาร์ดดิสก์ก่อน จากนั้นจึงไล่เข้ามา ด้านในสุดโดยฮาร์ดดิสก์
จะเป็นอุปกรณ์ ที่สามารถสุ่ม การเข้าถึงข้อมูลได้ นั่นคือหัวอ่าน
สามารถเคลื่อนที่ไป อ่านข้อมูล บนจุดใดของฮาร์ดดิสก์ ก็ได้
ฮาร์ดดิสก์สามารถ เก็บข้อมูลได้ทั้ง 2 ด้านของ แพล็ตเตอร์ ถ้าหัวอ่านเขียนนั้น
อยู่ทั้ง 2 ด้าน การเคลื่อนที่ ของหัวอ่านเขียนนี้ จะมีการเคลื่อนที่ ไปพร้อม ๆ
กัน โดยจะมีการเคลื่อนที่ ที่ตรงกัน Track วงกลมนั้น จะถูกแบ่งออกเป็น
หน่วยย่อยๆ เรียกว่า Sector การเขียนข้อมูล ลงบนฮาร์ดดิสก์
เริ่มจากการเขียนข้อมูล ที่รอบนอกสุด ของฮาร์ดดิสก์ก่อน
จากนั้นเมื่อข้อมูลใน Track นอกสุด ถูกเขียนจนเต็ม หัวอ่านก็จะเคลื่อนมายัง
แทร็คถัดมาที่ว่าง แล้วทำการเขียนข้อมูลต่อไป การหมุนของ แพล็ตเตอร์นั้น
นับได้ว่าเร็วมาก ความเร็วต่ำสุด จะเท่ากับ3,600รอบต่อนาที
และปัจจุบันสูงสุดนับหมื่นรอบ ซึ่งเป็นการทำงาน ที่เร็วกว่าฟลอปปี้ดิสก์
หรือเทปมาก ด้วยความเร็วขนาดนี้ ทำให้เกิดม่านอากาศ
บริเวณผิวของแพล็ตเตอร์ ทำให้หัวอ่านเขียน ขนาดเล็กสามารถ
ลอยหรือบินอยู่เหนือ พื้นผิวได้ หัวอ่านเขียนนั้น ได้รับการออกแบบ
ให้บินอยู่เหนือแผ่น แพล็ตเตอร์ที่ กำลังหมุนอยู่ ด้วยความเร็วสูง
นี้ในความสูงเพียง 3 ล้านส่วนของนิ้วหากเกิดการกระแทก อย่างรุนแรงขึ้นกับ
ฮาร์ดดิสก์จนทำให้ หัวอ่านเขียนสัมผัสกับแพล็ตเตอร์จะทำให้
พื้นผิวหรือหัวอ่านเขียน เกิดการเสียหายซึ่ง จะส่งผลให้เกิดปัญหา
ข้อมูลเสียหาย หรือถ้าโชคร้ายก็คือฮาร์ดดิสก์พัง อย่างไรก็ตามปัญหานี้
มักจะไม่เกิดกับฮาร์ดดิสก์ ในปัจจุบัน ทั้งนี้เพราะ ฮาร์ดดิสก์ในปัจจุบัน
มีเทคโนโลยีการผลิตที่สูงขึ้น และได้รับ การป้องกันเป็นอย่างดี
โดยถูกสร้างให้สามารถ รับแรงกระแทกได้สูงถึง 70-100 เท่าของ แรงดึงดูด
(70-100 G)
 

การจัดเรียงข้อมูลบนฮาร์ดดิสก์

ข้อมูลจะถูกเก็บไว้ในแทร็คบนแพล็ตเตอร์ดิสก์ไดรฟ์ทั่วไป
จะมีแทร็คประมาณ 2,000 แทร็คต่อนิ้ว(TPI) Cylinder จะหมายถึงกลุ่มของ
Trackที่อยู่บริเวณหัวอ่านเขียนบนทุก ๆ แพล็ตเตอร์
ในการเข้าอ่านข้อมูลนั้นแต่ละแทร็คจะถูกแบ่งออกเป็น หน่วยย่อยๆ เรียกว่า
Sector กระบวนการในการจัดการดิสก์ให้มี Trackและ Sector
เรียกว่าการฟอร์แมตฮาร์ดดิสก์
ในเครื่องคอมพิวเตอร์โดยปกติเซกเตอร์จะมีขนาดเท่ากับ512 ไบต์
ในการออกแบบฮาร์ดดิสก์ แบบเก่านั้นจำนวนเซกเตอร์ต่อแทร็ค
จะถูกกำหนดตายตัว แต่เนื่องจากพื้นที่แทร็คบริเวณขอบนอกมีขนาด
ใหญ่กว่าบริเวณขอบในของฮาร์ดดิสก์ ดังนั้นพื้นที่สิ้นเปลือง
ของแทร็คด้านนอกจึงมีมากกว่าแต่มาในปัจจุบันได้มีการใช้เทคนิค
ในการฟอร์แมตรูปแบบใหมที่เรียกว่า Multiple ZoneRecording
เพื่อบีบข้อมูลได้มากขึ้น ในการนำมาจัดเก็บ บนฮาร์ดดิสก์ได้ Multiple Zone
Recordingจะอนุญาตให้พื้นที่แทร็ค ด้านนอกสามารถปรับจำนวนคลัสเตอร์ได้
ทำให้พื้นที่แทร็คด้านนอกสุด
มีจำนวนเซกเตอร์มากกว่าด้านในจำนวนของเซกเตอร์ต่อแทร็ค ในดิสก์ขนาด
3.5 นิ้วแบบปกติจะมีอยู่ประมาณ 60 ถึง 120 เซกเตอร์
ภายใต้การจัดเก็บแบบMultiple Zone Recording
ไม่เพียงแต่เนื้อที่ข้อมูลที่เพิ่มขึ้นเท่านั้น แต่อัตราการถ่ายโอนข้อมูล
จากดิสก์ไปยังบัฟเฟอร์ยังเพิ่มขึ้นอีกด้วยด้วยจำนวน ไบต์ต่อแทร็คที่เพิ่มขึ้น
ข้อมูลที่บริเวณแทร็คด้านนอก จะมีความเร็วสูงกว่าบริเวณด้านใน

 

หัวอ่านเขียนของฮาร์ดดิสก์

นับเป็นชิ้นส่วนที่มีราคาแพงที่สุดและลักษณะของมัน ก็มีผลกระทบ
อย่างยิ่งกับประสิทธิภาพของฮาร์ดดิสก์โดยรวม หัวอ่านเขียนจะเป็น
อุปกรณ์แม่เหล็กที่มีรูปร่าง คล้าย ๆ ตัว
"C"โดยมีช่องว่างอยู่เล็กน้อยโดยจะมีเส้นคอยล์ พันอยู่รอบหัวอ่านเขียนนี้เพื่อ
สร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อเทคโนโลยีพัฒนาไปความหนาแน่น
ของข้อมูลก็ยิ่งเพิ่มขึ้น ในขณะที่เนื้อที่สำหรับการเก็บข้อมูลก็จะลดขนาดลง
ขนาดบิตของข้อมูลที่เล็กนี้ทำให้สัญญาณที่เกิดขึ้นแล้วส่งมายัง
หัวอ่านนั้นอ่อนลงและอ่านได้ยากขึ้นด้วยเหตุนี้ทางผู้พัฒนา
จึงจำเป็นต้องวางหัวอ่าน เขียนข้อมูลให้ใกล้กับสื่อมากขึ้น
เพื่อลดการสูญเสียสัญญาณ จากเดิมในปี 1973 ที่หัวอ่านเขียน
บินอยู่ห่างสื่อประมาณ 17 microinch
(ล้านส่วนของนิ้ว)มาในปัจจุบันที่หัวอ่านเขียน บินอยู่เหนือแผ่นแพล็ตเตอร์
เพียง 3 microinch และคาดว่าในอนาคตจะลดลงมาเหลือ 2.5 ถึง 2 microinch
เมื่อเครื่องคอมพิวเตอร์ ถูกปิด ฮาร์ดดิสก์จะหยุดหมุน
แล้วหัวอ่านเขียนจะเคลื่อนที่ ไปยังพื้นที่ที่ปลอดภัย แล้วหยุดตรงนั้น
ซึ่งแยกอยู่ต่างหากจากพื้นที่ใช้เก็บข้อมูล ในการดูประสิทธิภาพ
ของฮาร์ดดิสก์นั้น จะมีค่าที่ใช้วัดประสิทธิภาพ อยู่สองอย่างคือ
เวลาในการเข้าถึงข้อมูล (Access Time) และ อัตราการถ่ายโอนข้อมูล (Data)
Transfer rate)
 

Data Access Time

ช่วงเวลาในการเข้าถึงข้อมูล ช่วงเวลาดังกล่าวจะถูกวัด
จากระยะเวลาทั้งหมดที่ใช้ในการวางตำแหน่ง
ของหัวอ่านเขียนให้อยู่เหนือแทร็ค ข้อมูลทีต้องการรวมทั้ง
ทำการค้นหาเซกเตอร์ข้อมูล ซึ่งอาจมีจำนวนหลาย ๆ เซกเตอร์
โดยช่วงเวลาการเข้าถึงข้อมูล จะรวมเอาเวลา Seek Time, head switch time
และช่วงเวลา rotational latency เข้าไว้ด้วยกัน โดยหน่วยทีวัดคือ Millisecond
(ms)
- Seek Time คือระยะเวลา เคลื่อนย้ายหัวอ่านเขียน ไประหว่างแทร็คข้อมูล
บนฮาร์ดดิสก์ ในการเปรียบเทียบ Seek Time จะใช้ค่า Average seek time
จะเป็นค่าระยะเวลาเฉลี่ย ในการย้ายตำแหน่งของ หัวอ่านเขียนไปมาแบบสุ่ม
(Random) ในปัจจุบันค่า Average seek time จะอยู่ในช่วง 8 - 14 ms
- Head Switch Time เป็นเวลาสลับการทำงาน
ของหัวอ่านเขียนแขนยึดหัวอ่านเขียนจะเคลื่อนย้าย หัวอ่านเขียนไปบน
แพลตเตอร์ที่อยู่ใน แนวตรงกัน ระยะเวลาในการสลับการทำงานของ
หัวอ่านเขียนจะวัดด้วยเวลาเฉลี่ยที่ตัวไดร์ฟใช้
สลับระหว่างหัวอ่านเขียนสองหัวในขณะ อ่านหรือบันทึกข้อมูล
- Rotational Latencyเป็นช่วงเวลาในการรอคอย การหมุนของแผ่นดิสก์ภายใน
การหมุนภายในฮาร์ดดิสก์ จะเกิดขึ้นเมื่อหัวเขียนอ่านวางตำแหน่ง
อยู่เหนือแทร็คข้อมูลที่เหมาะสม ระบบการทำงาน
ของหัวอ่านเขียนข้อมูลจะรอให้ตัวไดรฟ์หมุนแพล็ตเตอร์
ไปยังเซกเตอร์ที่ถูกต้อง ช่วงเวลาที่รอคอยนี้เองเรียกว่า Rotational Latency
 

Data Transfer Rates

อัตราการส่งผ่านข้อมูล หลังจากที่แขนยึดหัวอ่านเขียนฮาร์ดดิสก์
ทำการย้ายหัวอ่านเขียน ตัวไดรฟ์ก็พร้อมที่จะอ่าน
หรือบันทึกข้อมูลลงบนแผ่นดิสก์ กระบวนการเหล่านี้
ทำให้เกิดการส่งผ่านข้อมูลข้อมูลมีค่าสูงเท่าใด ผู้ใช้ก็จะต้องเสียเวลา
ในการรอคอยการทำงานของซอฟต์แวร์ น้อยลงเท่านั้น
อัตราการส่งผ่านข้อมูลจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับปัจจัยสองอย่าง คือ
อัตราการส่งผ่านข้อมูลของดิสก์หรือความเร็ว ในการส่งผ่านข้อมูล
จากแผ่นดิสก์ไปยังคอนโทรลเลอร์
ของฮาร์ดดิสก์และอัตราการส่งผ่านข้อมูลของโฮสหรือความเร็วที่
คอนโทรลเลอร์ สามารถส่งผ่านข้อมูลไปยัง CPU ของเครื่องคอมพิวเตอร์
อัตราการส่งผ่านข้อมูลวัดด้วย หน่วยเมกะไบต์ (MB) และเมกะไบต์ต่อวินาที
(MB/s)

---

Main