اصول ذخیره‌سازی دیجیتال؛ قسمت دوم: انواع فضاهای ذخیره‌سازی

هارد درایو (دیسک سخت) و سالید درایو (SSD)

هارد‌ درایو (Hard Drive Disk)، از دهه ۱۹۶۰، متداول‌ترین ابزار ذخیره‌سازی اطلاعات دیجیتال محسوب می‌شود. اما سالید درایو (Solid-State Drive)، محصولی نسبتاً جدید است که در طول ۳ سال گذشته، به محبوبیت آن اضافه شده است. در بیشتر مواقع، این دو نوع را می‌توان به جای یکدیگر به کار گرفت. هر دو نیز دارای مزایا و معایب مختص به خود هستند.

۱- دیسک سخت یا هارد درایو (HDD)

با وجود اینکه، هارد درایو (هارد دیسک)ها با‌ گذشت زمان تکامل یافته‌اند، اما ساختار اصلی آن‌ها همچنان بدون تغییر مانده است. هارد درایو، در حقیقت یک مکعب مستطیل است که درون آن چند دیسک مغناطیسی (پلاتر) قرار گرفته‌ و به محوری متحرک متصل شده‌اند. در بالای هریک از دیسک‌های مغناطیسی هارد درایو، یک هد (Head) خواندن‌ و‌ نوشتن وجود دارد. وقتی محور شروع به حرکت می‌کند، هد، برای خواندن یا نوشتن اطلاعات، در راستای شعاع پلاتر، به جلو و عقب حرکت می‌کند و از روی قسمت‌های کوچک اطلاعاتی که Data Track نامیده می‌شوند، عبور می‌کند. این نوع خواندن و نوشتن داده‌ها، دسترسی تصادفی (Random Access) نامیده شده و در مقابل روش قدیمی و کم‌بازده دسترسی ترتیبی (Sequential Access) قرار می‌گیرد. نوار مغناطیسی از جمله‌ دستگاه‌هایی است که به صورت ترتیبی به اطلاعات دسترسی پیدا می‌کند.

در حالیکه که ساختار کلی، ساده به نظر می‌رسد، درون هارد دیسک‌های مدرن، دنیایی از نانوتکنولوژی پیشرفته نهفته شده است. به همین دلیل است که با وجود ثابت ماندن ابعاد هارد دیسک‌ها، ظرفیت آن‌ها، به صورت پی‌درپی افزایش می‌یابد. چگالی اطلاعات درج شده بر روی پلاترها به‌قدری بالا است که برای اندازه‌گیری طول آن، باید از نانومتر استفاده کرد. هر نانومتر، یک میلیاردم متر است.

نگاه نزدیک: در هارد دیسک‌های ۲.۵ اینچی، که در لپ‌تاپ‌ها به کار گرفته می‌شوند، فاصله میان هد و صفحه مغناطیسی تنها چند نانومتر است. اما در این فاصله هم، هد و صفحه هیچ‌گاه به هم برخورد نمی‌کنند. علاوه بر این هنگامی که هارد دیسک در حال کار است، صفحات با سرعت ۵۴۰۰ دور در دقیقه می‌چرخند (این سرعت در رایانه‌های رومیزی بین ۷۴۰۰ تا ۱۰۰۰۰ دور در دقیقه است). برای اینکه درک بهتری از این اعداد داشته باشید، این‌گونه فرض کنید که اگر یک هارد دیسک ۲.۵ اینچی را ۱۳۰۰۰ بار بزرگ‌تر کنیم، هر پلاتر، شبیه به یک مسیر مسابقه دایره به قطر ۳.۵ کیلومتر خواهد بود که در آن هر Track طولی معادل با یک‌ سانتی‌متر داشته و هد پلاتر به اندازه یک میز تحریر ۹۰ سانتی‌متری می‌شود. در این مقیاس، وقتی هارد دیسک، در حال کار باشد، به این معنی است که هد با سرعت ۵.۵ میلیون کیلومتر در ساعت و در فاصله‌ای کمتر از یک تار مو از پلاتر، به جلو و عقب می‌رود!

هارد درایوها، از نظر ظاهری، در دو مدل طراحی می‌شوند. مدل ۳.۵ اینچی برای رایانه‌های رومیزی و مدل ۲.۵ اینچی برای لپ‌تاپ‌ها. هارد دیسک‌‌های ۲.۵ اینچی نیز در ضخامت‌های مختلف مانند ۹ میلی‌متری (استاندارد) و ۷ میلی‌متری (فوق باریک) عرضه می‌شوند.

هارد دیسک به کمک یک کابل استاندارد به رایانه متصل می‌شود.

رابط اتصال
این رابط، که تعیین کننده چگونگی اتصال هارد درایو و یا SSD به رایانه محسوب می‌شود، نرخ تبادل اطلاعات میان فضای ذخیره‌سازی و رایانه را مشخص می‌کند.
در حال حاضر چند استاندارد برای این اتصال وجود دارد.
اکثر دستگاه‌های امروزی از استاندارد Serial ATA یا SATA استفاده می‌کنند. این استاندارد در حال حاضر در سه نسل SATA I و SATA II و SATA III در دسترس کاربران قرار گرفته که به ترتیب نرخ تبادل اطلاعاتی برابر با ۱.۵، ۳ و ۶ گیگابیت در ثانیه دارند. آخرین نسل SATA با نسل‌های پیشین خود نیز سازگار است.

از نقطه نظر عملکرد، استفاده از نسل سوم SATA، به خاطر داشتن سرعت انتقال اطلاعات بهینه‌تر، به سایر نسل‌ها ارجحیت دارد.

مزیت‌های هارد درایو
به طور کلی، هارد دیسک‌ها، حجم ذخیره‌سازی بیشتری را به کاربر ارائه می‌دهند (هارد درایو ۳.۵ اینچی ۴ ترابایت و هارد دیسک‌های ۲.۵ اینچی ۲ ترابایت). علاوه بر این هارد درایو‌ها قیمت پایینی دارند (چند ریال به ازای هر گیگابایت). به همین دلایل، هارد درایو، همچنان متداول‌ترین ابزار ذخیره‌سازی دیجیتال محسوب شده و در موارد زیادی به کار گرفته می‌شوند.

معایب هارد درایو
از آنجا که هارد دیسک یک وسیله مکانیکی محسوب می‌شود، مشابه سایر دستگاه‌های مکانیکی و متحرک، به مرور زمان، مستهلک می‌شود. علاوه بر این، (در مقایسه با SSD)، مصرف برق بیشتری دارند. تولید حرارت بالاتر و سرعت کارکرد پایین‌تر، از دیگر معایب این دستگاه‌ها شناخته می‌شود. هارد درایو‌ها، برای شـــروع به کار از حالت خــاموش یا انتظــار (Idle)، به زمان بیشتری نیاز دارند، از این رو راه‌اندازی رایانه‌های مجهز به هارد دیسک، زمانبر است. به طور کلی طول عمر یک هارد داریو، حداکثر ۵ سال است.

۲- سالید درایو (SSD)

برخلاف هارد دیسک، SSDها، هیچ قسمت متحرکی ندارند. SSDها، مشابه حافظه‌ رم، از میکروچیپ‌ها برای ذخیره‌سازی اطلاعات بهره می‌گیرند اما اطلاعات ذخیره شده در آن‌ها پایدار بوده و کاربر به صورت دائمی می‌تواند آن‌ها را بازخوانی یا ویرایش کند. اکثر SSDها با طراحی ۲.۵ اینچی عرضه می‌شوند که از نظر ظاهری شبیه به هارد دیسک‌های ۲.۵ اینچی هستند. سالید دیسک، مشابه دیسک سخت در مواردی مختلفی کاربرد دارد و برای اتصال از کابل‌های استاندارد ساتا استفاده می‌کند. از آنجایی که سالید درایوها، قسمت متحرک ندارند، می‌توان آن‌ها را در اشکال و ابعاد مختلف طراحی نمود. همین مسأله این دستگاه را به بهترین گزینه برای استفاده در تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها تبدیل می‌کند.

به طور کلی طول عمر SSDها به میزان اطلاعاتی که بر روی آن نوشته می‌شود (هرچه کمتر، بهتر) و ظرفیت آن‌ها (هر بیشتر، بهتر) بستگی دارد.

مزیت‌های سالید درایو
SSDها در مقایسه با هارد دیسک‌ها، سریعتر، با داوم‌تر، خنک‌تر و کم سروصداتر هستند. SDDها مصرف انرژی بهینه‌تری نیز دارند. بهبود عمل‌کرد رایانه، بزرگترین دلیل کاربران برای ارتقاء فضای ذخیره‌سازی از هارد دیسک به سالید دیسک محسوب می‌شود. طول عمر SSDها، خیلی بیشتر از ۵ سال است. بعضی از انواع SSD، طول عمری برابر با ۱۰۰ سال دارند.

معایب سالید درایو
بزرگترین مشکل سالید درایو، قیمت آن است. در حال حاضر، SSD‌ها، بسته به ظرفیتشان، ۷ تا ۵۰ برابر گران‌تر از دیسک‌های سخت هستند. البته خبرهایی درباره کاهش قیمت این نوع دیسک‌ها نیز به گوش رسیده است. SSDها ظرفیت محدودی دارند و در محدوده قیمت‌های مناسب حداکثر ۵۱۲ گیگابایت حجم دارند. علاوه بر این، SSDها از محدودیت در تعداد مرتبه‌های نوشتن اطلاعات، رنج می‌برند که به آن «استقامت نوشتن» گفته می‌شود. به عبارت دیگر، سالید درایو‌ها تا پیش از غیر قابل استفاده شدن، به تعداد محــــدودی می‌توانند اطلاعات را درج (ذخیره) کنند. به همیــــن دلیل است که نرخ استقـــامت نوشتــــن در SSDها را چــــرخه PE یا Program/Erase نیز می‌نامند. در شرایط عملی، این مسأله چندان مهم نیست، چرا که به دلایل گوناگون، خیلی زودتر از آنکه چرخه PE به پایان برسد، SSD با یک نمونه جدید تعویض می‌شود.

بهترین کاربرد SSDها، استفاده از آن‌ها، به عنوان فضای ذخیره‌سازی اصلی رایانه‌ای است که میزبان سیستم‌عامل می‌باشد. در مقایسه با هارد دیسک، این کاربرد، در مجموع باعث بهبود عمل‌کرد و کارآیی رایانه خواهد شد. در رایانه‌های رومیزی، بهترین کار، استفاده از SDDها به عنوان درایو سیستمی برای میزبانی سیستم‌عامل و استفاده از HDDها به عنوان درایوهای جانبی برای ذخیره اطلاعات است. این راه‌حل ترکیبی، در‌واقع بهترین چاره برای رسیدن به موازنه مطلوب در عمل‌کرد و هزینه محسوب می‌شود. در صورت تمایل می‌توانید از دیسک‌های هیبریدی نیز استفاده کنید.

برای اطلاعات بیشتر، می‌توانید به مقالات «راهنمای جامع حافظه‌های SSD» و «مقایسه انواع دیسک‌های سخت سنتی، حالت جامد (SSD) و هیبریدی» مراجعه کنید.

۳- دیسک‌های هیبریدی (Hybrid Drive)

همان‌طور که از نام این نوع دیسک‌ها بر می‌آید، این دستگاه، ترکیبی از هارد دیسک و سالید دیسک در یک بسته است. هیـبرید درایــــوها، با یک الگورتیــــم داخلی تولید می‌شوند. به کمک این الگورتــــیم، به طور خــــودکار فـــایل‌های پر استفاده (ماننـــد فایل‌های سیستمی) در قسمـــت SSD و فایل‌های استاتیک مانند تصاویر و فیلم‌ها را در قسمت HDD ذخیره می‌شوند.

هیبرید درایو، در حقیقت، ارائه کننده عمل‌کردی مشابه SDD، بدون مشکل هزینه بالا و محدودیت حافظه است. در حال حاضر محبوب‌ترین هیبرید درایو بازار، Momentus XT شرکت سی‌گیت (Seagate) است. اپل نیز در آخرین کنفرانس خود، هیبرید درایو این شرکت را با نام فیوژن درایو (Fusion Drive) معرفی کرد.
هیبرید درایو‌ها، در عمل، نسبت به HDDها، عمل‌کرد رایانه را افزایش می‌دهند اما سرعت آن‌ها به SDDها نمی‌رسد.

در قسمت بعد، با تعاریف مرتبط با درایو‌های خارجی (External) و فضاهای ذخیره‌سازی مبتنی بر شبکه (NAS) آشنا خواهیم شد.