ฮาร์ดดิสก์ (Hard Disk)

Hard Disk   คือ  อุปกรณ์ที่เก็บข้อมูลได้มาก  สามารถเก็บได้อย่างถาวรโดยไม่จำเป็นต้องมีไฟฟ้ามาหล่อเลี้ยงตลอดเวลา  เมื่อปิดเครื่องข้อมูลก็จะไม่สูญหาย ดังนั้น  Hard Disk  จึงถูกจัดเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการเก็บระบบปฏิบัติการ  โปรแกรม  และข้อมูลต่าง  ๆ  เนื่องจาก  Hard Disk  เป็นอุปกรณ์ที่ง่ายต่อการอัพเกรดทำให้เทคโนโลยี  Hard Disk  ในปัจจุบันได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว ฉะนั้นการเลือกซื้อ  Hard Disk   จึงควรคำนึงซึ่งประสิทธิภาพที่จะได้รับจาก  Hard Disk

ส่วนประกอบของ Hard Disk

1. แขนของหัวอ่าน ( Actuator Arm ) ทำงานร่วมกับ Stepping Motor ใน การหมุนแขนของหัวอ่านไปยังตำแหน่งที่เหมาะสม สำหรับการอ่านเขียนข้อมูล โดยมีคอนโทรลเลอร์ ทำหน้าที่แปลคำสั่งที่มาจากคอมพิวเตอร์ จากนั้นก็เลื่อนหัวอ่านไปยังตำแหน่งที่ต้องการ เพื่ออ่านหรือเขียนข้อมูล และใช้หัวอ่านในการอ่านข้อมูล ต่อมา Stepping Motor ได้ถูกแทนด้วย Voice Coil ที่สามารถทำงานได้เร็ว และแม่นยำกว่า Stepping Motor 2 . หัวอ่าน ( Head ) เป็น ส่วนที่ใช้ในการอ่านเขียนข้อมูล ภายในหัวอ่านมีลักษณะเป็น ขดลวด โดยในการอ่านเขียนข้อมูลคอนโทรลเลอร์  จะนำคำสั่งที่ได้รับมาแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าแล้วป้อนเข้าสู่ขดลวดทำให้เกิด การเหนี่ยวนำทางแม่เหล็ก ไปเปลี่ยนโครงสร้างของสารแม่เหล็ก ที่ฉาบบนแผ่นดิสก์ จึงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของข้อมูลขึ้น 3. แผ่นจานแม่เหล็ก ( Platters ) มีลักษณะเป็นจานเหล็กกลมๆ ที่เคลือบสารแม่เหล็กวางซ้อนกันหลายๆชั้น (ขึ้นอยู่กับความจุ) และสารแม่เหล็กที่ว่าจะถูกเหนี่ยวนำให้มีสภาวะเป็น 0 และ1 เพื่อจัดเก็บข้อมูล โดยจานแม่เหล็กนี้จะติดกับมอเตอร์ ที่ทำหน้าที่หมุน แผ่นจานเหล็กนี้ ปกติ Hard Disk  แต่ละตัวจะมีแผ่นดิสก์ประมาณ 1-4 แผ่นแต่ละแผ่นก็จะเก็บข้อมูลได้ทั้ง 2 ด้าน 4. มอเตอร์หมุนจานแม่เหล็ก ( Spindle Moter ) เป็นมอเตอร์ที่ใช้หมุนของแผ่นแม่เหล็ก ซึ่งมีความสำคัญอย่างมากต่อความเร็วใน การหมุน ของ Hard Disk เพราะยิ่งมอเตอร์หมุนเร็วหัวอ่านก็จะเจอข้อมูลที่ต้องการเร็วขึ้น ซึ่งความเร็วที่ว่านี้จะวัดกันเป็นรอบต่อนาที ( Rovolution Per Minute หรือย่อว่า RPM ) ถ้าเป็น Hard Disk รุ่นเก่าจะหมุนด้วยความเร็วเพียง 3,600รอบต่อนาที ต่อมาพัฒนาเป็น 7,200รอบต่อนาที และปัจจุบันหมุนได้เร็วถึง 10,000รอบต่อนาที การพัฒนาให้ Hard Disk หมุนเร็วจะได้ประสิทธิภาพสูงขึ้น 5. เคส ( Case ) มี ลักษณะเป็นกล่องสี่เหลี่ยม ใช้บรรจุกลไกต่างๆ ภายในแผ่นดิสก์เพื่อป้องกันความเสียหาย ที่เกิดจากการหยิบ จับ และป้องกันฝุ่นละออง

ชนิดของ Hard Disk แบ่งตามการเชื่อมต่อ (Interface)

1. แบบ IDE (Integrate Drive Electronics)           Hard Disk แบบ IDE เป็นอินเทอร์เฟซรุ่นเก่า ที่มีการเชื่อมต่อโดยใช้สายแพขนาด 40 เส้น โดยสายแพ 1 เส้นสามารถที่จะต่อ Hard Disk  ได้ 2 ตัว บนเมนบอร์ดนั้นจะมีขั้วต่อ IDE อยู่ 2 ขั้วด้วยกัน ทำให้สามารถพ่วงต่อ Hard Disk ได้สูงสุด 4 ตัว ความเร็วสูงสุดในการถ่ายโอนข้อมูลอยู่ที่ 8.3 เมกะไบต์/ วินาที สำหรับขนาดความจุก็ยังน้อยอีกด้วย เพียงแค่ 504 MB รูปแสดง Slot IDE บนแผงวงจร Mainboard 2. แบบ E-IDE (Enhanced Integrated Drive Electronics)           Hard Disk แบบ E-IDE พัฒนามาจากประเภท IDE ด้วยสายแพขนาด 80 เส้น ผ่านคอนเน็คเตอร์ 40 ขาเช่นเดียวกันกับ IDE ซึ่งช่วยเพิ่มศักยภาพ ในการทำงานให้มากขึ้น โดย Hard Disk ที่ทำงานแบบ E-IDE นั้นจะมีขนาดความจุที่สูงกว่า 504 MB และความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลที่สูงขึ้น โดยสูงถึง 133 เมกะไบต์/ วินาที วิธีการรับส่งข้อมูลของ Hard Disk แบบ E-IDE แบ่งออกเป็น 2 โหมด คือ  PIO และ DMA โหมด PIO (Programmed Input Output) เป็นการรับส่งข้อมูลโดยผ่านการประมวลผลของซีพียู คือรับข้อมูลจาก Hard Disk เข้ามายังซีพียู หรือส่งข้อมูลจากซีพียูไปยัง Hard Disk การทำงานในโหมดนี้จะเน้นการทำงานกับซีพียู  ดังนั้นจึงไม่เหมาะกับงานที่ต้องการเข้าถึงข้อมูลใน Hard Disk  บ่อยครั้งหรือการทำงานหลาย ๆ งานพร้อมกันในเวลาเดียวที่เรียกว่า Multitasking environment โหมด DMA (Direct Memory Access) จะอนุญาตให้อุปกรณ์ต่าง ๆ ส่งผ่านข้อมูลหรือติดต่อไปยังหน่วยความจำหลัก (RAM) ได้โดยตรงโดยไม่ต้องติดต่อไปที่ซีพียูก่อนเหมือนกระบวนการทำงานปกติ ทำให้ซีพียูจัดการงานได้รวดเร็วขึ้น 3. แบบ SCSI (Small Computer System Interface)           Hard Disk แบบ SCSI เป็น Hard Disk ที่มีอินเทอร์เฟซที่แตกต่างจาก E-IDE โดย Hard Disk แบบ SCSI จะมีการ์ดสำหรับควบคุมการทำงาน โดยเฉพาะ เรียกว่า การ์ด SCSI สำหรับการ์ด SCSI นี้ สามารถที่จะควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ที่มีการทำงานแบบ SCSI ได้ถึง 7 ชิ้นอุปกรณ์ ผ่านสายแพรแบบ SCSI อัตราความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลของ แบบ SCSI มีความเร็วสูงสุด 320 เมกะไบต์/วินาที  กำลังรอบในการหมุนของจานดิสก์ปัจจุบันแบ่งเป็น 10,000 และ 15,000 รอบต่อนาที ซึ่งมีความเร็วที่มากกว่าประเภท E-IDE  ดังนั้น  Hard Disk แบบ SCSI จะนำมาใช้กับงานด้านเครือข่าย (Server) เท่านั้น รูปแสดง อุปกรณ์ Hard Disk ที่เป็น SCSI 4. แบบ Serial ATA           เป็นอินเทอร์เฟซที่กำลังได้รับความนิยมมากในปัจจุบัน เมื่อการเชื่อมต่อในลักษณะParallel ATA หรือ E-IDE เจอทางตันในเรื่องของความเร็วที่มีความเร็วเพียง 133 เมกะไบต์/วินาทีส่วนเทคโนโลยีเชื่อมต่อรูปแบบแบบใหม่ที่เรียกว่า Serial ATA ให้อัตราความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลขั้นแรกสูงสุดถึง 150 เมกะไบต์/วินาที โดยเทคโนโลยี Serial ATA นี้ถูกคาดหวังว่าจะสามารถ ขยายช่องสัญญาณ (Bandwidth) ในการส่งผ่านข้อมูลได้เพิ่มขึ้นถึง 2-3 เท่า และยังรองรับข้อมูลได้มากยิ่งขึ้น ไม่เฉพาะ Hard Disk เพียงเท่านั้นที่จะมีการเชื่อมต่อในรูปแบบนี้ แต่ยังรวมไปถึง อุปกรณ์ตัวอื่น ๆ อย่าง CD-RW หรือ DVD อีกด้วย   รูปแสดง สายสัญญาณแบบ Serial ATA           ด้วยการพัฒนาของ Serial ATA ทำให้ลดปัญหาที่เกิดขึ้นระหว่างการส่งผ่านข้อมูลระหว่าง CPU ความเร็วสูงกับตัว Hard Disk  ลงได้  ในอนาคต Serial ATA ยังแตกต่างจาก Hard Drive ที่ใช้อินเทอร์เฟซ Parallel ATA ซึ่งเป็นแบบขนาน เพราะอินเทอร์เฟซ Serial ATA นี้ มีการกำหนดให้ Hard Drive ตัวไหนเป็น Master (ตัวหลัก) หรือ Slave (ตัวรอง) ผ่านช่องเชื่อมต่อบนเมนบอร์ดโดยตรง  สามารถลดความยุ่งยากในการติดตั้งลงไป อีกทั้ง Hard Disk ประเภทนี้บางตัวยังรองรับการถอดสับเปลี่ยนโดยทันที (Hot Swap) ทำให้การเชื่อมต่อในลักษณะนี้กำลังได้รับความนิยมอย่างมาก Serial ATA ในปัจจุบัน ......ปัจจุบัน Parallel ATA กำลังถูกแทนที่ด้วย Serial ATA เนื่องจากปัญหาคอขวดที่เป็นอยู่คือ  มาตรฐานความเร็วการถ่ายโอนข้อมูลบนคอนโทรลเลอร์ขนาด 40 พิน แม้จะสามารถทำเส้นทางรับ-ส่งเป็น 80 เส้น  ความเร็วก็ไม่เกิน 133 เมกะไบต์/วินาที ขณะที่ Serial ATA มีขนาดของสายรับ-ส่งสัญญาณ  เพียง 7 พิน  มีอัตราเร็วขั้นต้นของ Serial ATA ในขั้นแรกที่ 1.5 กิกะบิต/วินาที และสิ่งที่โดดเด่นของ Serial ATA คือ Serial ATA II กับมาตรฐานความเร็ว 3.0 กิกะบิต/วินาที  และสูงสุดถึง 6.0 กิกะบิต/วินาที  ซึ่งเป็นเร็วที่สามารถสนับสนุนกับอุปกรณ์ที่จะออกมาได้ถึง 10 ปีเลยทีเดียว  โดยก่อนหน้าที่จะกำเนิด Serial ATA II แบบเต็มตัวนั้นสิ่งที่มาก่อนก็คือการรองรับเทคโนโลยี Native Command Queuing หรือ NCQ ที่มีเฉพาะ Serial ATA เท่านั้น สิ่งหนึ่งที่ได้จากเทคโนโลยี NCQ ก็คือความรวดเร็วในการเรียงชุดคำสั่งแบบใหม่ที่เลือกคำสั่งที่ใกล้ก่อน  ทำให้ประสิทธิภาพการทำงานของ Hard Disk และระบบเร็วขึ้น เทคโนโลยี Native Command Queuing (NCQ)          (a)                                                              (b)    รูปแสดงการอ่านข้อมูลของ ฮาร์ดดิสก์  (a) แบบไม่มี   NCQ  (b) แบบ  NCQ จากรูปแสดงการอ่านข้อมูล จากจุด 1 -> 2 -> 3 -> 4 ซึ่งดูจากรูปแล้ว กว่าจะมาอ่านที่ 3 ได้ ก็หมุนเกือบ 1 รอบ ทำให้เวลาในการค้นหาข้อมูลทั้งหมด ยาวนานมาก ซึ่งเรียกว่า “คอขวด” ปัจจุบันวิธีแก้ปัญหาลดค่า Latency เพื่อลดเวลาการหมุนของหัวอ่าน โดยใช้ เทคโนโลยี Native Command Queuing .........เทคโนโลยี Command Queuing มีลักษณะอยู่สองรูปแบบคือ Native Command Queuing (NCQ) ที่ใช้งานกับฮาร์ดดิสก์ Serial ATA และ Tagged Command Queuing (TCQ) ที่ใช้งานกับฮาร์ดดิสก์ SCSI ซึ่ง TCQ ได้ถือกำเนิดตั้งแต่ปี ค.ศ.1990 โดยผนวกเข้าไว้ใน ATA 4 มาตรฐาน UltraATA ทำให้สร้างข้อได้เปรียบที่มีเหนือเครื่องพีซีเล็กน้อยในการเรียงชุดคำสั่งบนพื้นที่ดิสก์ (Logical Block Addressing) แต่เทคโนโลยีตัวนี้กลับค่อยหายไป ไม่เคยถูกนำมาใช้งานจริงจนกระทั่งมาเห็นคุณค่าที่แท้จริงในปัจจุบัน .........เทคโนโลยี NCQ จะ ช่วยให้ฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟมีประสิทธิภาพในการทำงานสูงขึ้น จากความสามารถในการปรับปรุงและจัดเรียงชุดคำสั่งใหม่ทั้งในกระบวนการอ่านและ บันทึกข้อมูล เพื่อให้ไดร์ฟมีความเร็วและประสิทธิภาพในการทำงานสูงสุด สมมติว่าข้อมูลชุดเดียวกันมีการกระจายข้อมูลอยู่เต็ม Hard Disk ไปหมด การเรียกใช้งานจึงเริ่มจาก 4 – 3 – 2 และ 1 ทำให้กว่าจะได้ข้อมูลที่ต้องการมาจนครบมักเกิดความล้าช้าไปพอสมควร แต่ถ้าหาก Hard Disk Serial ATA ตัวนั้นมีเทคโนโลยี NCQ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีเฟสแรกของ Serial ATA II และสามารถใช้งานร่วมกับ Serial ATA 1.0 ได้ กระบวนการทำงานจะมองว่าข้อมูลชุดนั้นเป็นชุดเดียวกัน จะรวมเอาจุดที่ใกล้กันไว้ก่อนโดยตัดลำดับความน่าจะเป็นออกไป ทำให้ว่องไวต่อการเรียกใช้งานมากขึ้น .........ปัจจุบัน Hard Disk ได้พัฒนาไปอย่างรวดเร็ว มีเทคโนโลยีใหม่ ๆ ช่วยเพิ่มศักยภาพการทำงานของ  Hard Disk ให้มีความเร็วในการโอนถ่ายข้อมูลที่เพิ่มขึ้นเพียงพอสำหรับอุปกรณ์ต่าง ๆ และคาดว่าในอนาคต เทคโนโลยีของ Hard Disk จะพัฒนาต่อไปเรื่อย ๆ เพื่อตอบสนองความต้องการของผู้ใช้งาน