จานบันทึกแบบแข็ง

ฮาร์ดดิสก์ หรือ จานบันทึกแบบแข็ง (อังกฤษ: hard disk drive) คือ อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ที่บรรจุข้อมูลแบบไม่ลบเลือน มีลักษณะเป็นจานโลหะที่เคลือบด้วยสารแม่เหล็กซึ่งหมุนอย่างรวดเร็วเมื่อทำงาน การติดตั้งเข้ากับตัวคอมพิวเตอร์สามารถทำได้ผ่านการต่อเข้ากับแผงวงจรหลัก (motherboard) ที่มีแบบขนาน (PATA) , แบบอนุกรม (SATA) และแบบเล็ก (SCSI) ทั้งยังสามารถต่อเข้าเครื่องจากภายนอกได้ผ่านทางสายยูเอสบี, สายไฟร์ไวร์ รวมไปถึงอินเตอร์เฟซอนุกรมแบบต่อนอก (eSATA) ซึ่งทำให้การใช้ฮาร์ดดิสก์ทำได้สะดวกยิ่งขึ้นเมื่อไม่มีคอมพิวเตอร์ถาวรเป็นของตนเอง

ฮาร์ดดิสก์ชนิดต่าง ๆ

ฮาร์ดดิสก์ SSD

โดยในปี 2008 ได้มีการพัฒนาเป็น และ โซลิดสเตตไดรฟ์

ประวัติ

ชิ้นส่วนภายใน ในปี 1997

ฮาร์ดดิสก์ที่มีกลไกเรื่มต้นแบบปัจจุบันถูกประดิษฐ์ขึ้นเมื่อ พ.ศ. 2499 โดยนักประดิษฐ์ยุคบุกเบิกแห่งบริษัทไอบีเอ็ม โดยมีความจุเริ่มแรกที่ 100 กิโลไบต์ มีขนาด 20 นิ้ว ในปี พ.ศ. 2523 ฮาร์ดดิสก์ยังเป็นสิ่งที่หายากและราคาแพงมาก แต่หลังจากนั้นฮาร์ดดิสก์กลายเป็นมาตรฐานของพีซีและราคาถูกลงมาก

สิ่งที่เปลี่ยนแปลงของฮาร์ดดิสก์จากปี 1980 ถึงปัจจุบัน

• ความจุเพิ่มขึ้น จาก 3.75 เมกะไบต์ เป็น 3 เทระไบต์
• ขนาดเล็กลงกว่าเดิมมาก
• ราคาต่อความจุถูกลงมาก
• ความเร็วเพิ่มขึ้น

ขนาดและความจุ

แนวโน้มในการเพิ่มขึ้นของการพัฒนาฮาร์ดดิสก์

ขนาดฮาร์ดดิสในอดีต

รุ่นและขนาดฮาร์ดดิสตั้งแต่ 8″ 5.25″ 3.5″ 2.5″ 1.8″ และ 1″

ความจุของฮาร์ดดิสก์โดยทั่วไปในปัจจุบันนั้นมีตั้งแต่ 20 จิกะไบต์ ถึง 3 เทระไบต์

• ขนาด 8 นิ้ว (241.3 มิลลิเมตร × 117.5 มิลลิเมตร × 362 มิลลิเมตร)
• ขนาด 5.25 นิ้ว (146.1 มิลลิเมตร × 41.4 มิลลิเมตร × 203 มิลลิเมตร)
• ขนาด 3.5 นิ้ว (101.6 มิลลิเมตร × 25.4 มิลลิเมตร × 146 มิลลิเมตร) เป็นฮาร์ดดิสก์สำหรับคอมพิวเตอร์แบบตั้งโต๊ะ (Desktop) หรือเซิร์ฟเวอร์ (Server) มีความเร็วในการหมุนจานอยู่ที่ 10,000, 7,200 หรือ 5,400 รอบต่อนาที โดยมีความจุในปัจจุบันตั้งแต่ 80 จิกะไบต์ ถึง 3 เทระไบต์
• ขนาด 2.5 นิ้ว (69.85 มิลลิเมตร × 9.5–15 มิลลิเมตร × 100 มิลลิเมตร) เป็นฮาร์ดดิสก์สำหรับคอมพิวเตอร์พกพา แล็ปท็อป, , เน็ตบุ๊ก, อุปกรณ์มัลติมีเดียพกพา มีความเร็วในการหมุนจานอยู่ที่ 5,400 รอบต่อนาที โดยมีความจุในปัจจุบันตั้งแต่ 60 จิกะไบต์ ถึง 1 เทระไบต์
• ขนาด 1.8 นิ้ว (55 มิลลิเมตร × 8 มิลลิเมตร × 71 มิลลิเมตร)
• ขนาด 1 นิ้ว (43 มิลลิเมตร × 5 มิลลิเมตร × 36.4 มิลลิเมตร)

ยิ่งมีความจุมาก ก็จะยิ่งทำให้การทำงานมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยความต้องการของตลาดในปัจจุบันที่ต้องการแหล่งเก็บข้อมูลที่มีความจุในปริมาณมาก มีความน่าเชื่อถือในด้านการรักษาความปลอดภัยของข้อมูล และไม่จำเป็นต้องต่อเข้ากับอุปกรณ์ที่ใหญ่กว่าอันใดอันหนึ่งได้นำไปสู่ฮาร์ดดิสก์รูปแบบใหม่ต่าง ๆ เช่นกลุ่มจานบันทึกข้อมูลอิสระประกอบจำนวนมากที่เรียกว่าเทคโนโลยี เรด รวมไปถึงฮาร์ดดิสก์ที่มีลักษณะเชื่อมต่อกันเป็นเครือข่าย เพื่อที่ผู้ใช้จะได้สามารถเข้าถึงข้อมูลในปริมาณมากได้ เช่นฮาร์ดแวร์ NAS หน่วยเก็บข้อมูลบนเครือข่าย เป็นการนำฮาร์ดดิสก์มาทำเป็นเครื่อข่ายส่วนตัว และระบบ SAN () เป็นการนำฮาร์ดดิสก์มาเป็นพื้นที่ส่วนกลางในการเก็บข้อมูล

ประสิทธิภาพ

ผู้ใช้ส่วนใหญ่เลือกซื้อฮาร์ดดิสก์โดยพิจารณาที่ความจุเป็นหลัก ไม่ค่อยคำนึงถึงประสิทธิภาพในการทำงานมากนัก  ทั้งๆที่ประสิทธิภาพของฮาร์ดดิสก์มีผลต่อสมรรถนะการทำงานโดยรวมของ คอมพิวเตอร์ไม่น้อยเลย  อย่าง ไรก็ดี สิ่งที่น่าเป็นห่วงมากกว่านั้นก็คือ การที่บางคนมีความเข้าใจในรายละเอียดทางเทคนิค หรือที่เรียกว่าสเปค (specification) ของฮาร์ดดิสก์เพียงผิวเผิน  แต่กลับไปยึดติดและให้ความสำคัญกับสเปคต่าง ๆ อย่างไม่สมเหตุสมผลในคอมพิวเตอร์ ดังที่จะพบว่าทุกวันนี้เมื่อพูดถึง การเลือกซื้อฮาร์ดดิสก์แล้ว ผู้ซื้อจำนวนมากให้ความสำคัญกั บตัวเลขที่บอกอัตราการส่งผ่านข้อมูลภายนอก (external transfer rate)  มากเท่าๆกับความเร็วรอบ (spindle speed) ของฮาร์ดดิสก์ ซึ่งถือเป็นเรื่องที่ไม่ถูกต้อง  เราจะมาดูกันครับว่า สเปคต่างๆที่ผู้ผลิตระบุไว้ในดาต้าชีท (data sheet) หรือสเปค ชีท (spec sheet) นั้นเกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพของฮาร์ดดิสก์อย่างไร  และเราควรให้ความสำคัญกับอะไรมากน้อยแค่ไหน โดยจะขอแยกออกเป็น 2 กลุ่มคือ สเปคที่เกี่ยวเนื่องกับประสิทธิภาพในการหาตำแหน่ง และสเปคที่เกี่ยวเนื่องกับประสิทธิภาพในการส่งผ่านข้อมูล 

หลักการทำงานของฮาร์ดดิสก์

ภายในฮาร์ดิสก์

• หลักการบันทึกข้อมูลลงบนฮาร์ดดิสก์ไม่ได้แตกต่างจากการบันทึกลงบนเทปคาสเซ็ทเลย เพราะทั้งคู่ต้องใช้สารบันทึกคือสารแม่เหล็กเหมือนกัน สารแม่เหล็กนี้สามารถลบหรือเขียนได้ใหม่อยู่ตลอดเวลา โดยเมื่อบันทึกหรือเขียนไปแล้ว มันสามารถจำรูปแบบเดิมได้เป็นเวลาหลายปี ความแตกต่างระหว่างเทปคาสเซ็ทกับฮาร์ดดิสก์มีดังนี้
  • สารแม่เหล็กในเทปคาสเซ็ท ถูกเคลือบอยู่บนแผ่นพลาสติกขนาดเล็ก เป็นแถบยาว แต่ในฮาร์ดดิสก์ สารแม่เหล็กนี้ จะถูกเคลือบอยู่บนแผ่นแก้ว หรือแผ่นอะลูมิเนียมที่มีความเรียบมากจนเหมือนกับกระจก
  • สำหรับเทปคาสเซ็ท ถ้าคุณต้องการเข้าถึงข้อมูลในบริเวณใดบริเวณหนึ่ง ก็จะต้องเลื่อนแผ่นเทปไปที่หัวอ่าน โดยการกรอเทป ซึ่งต้องใช้เวลาหลายนาที ถ้าเทปมีความยาวมาก แต่สำหรับฮาร์ดดิสก์ หัวอ่านสามารถเคลื่อนตัวไปหาตำแหน่งที่ต้องการในเกือบจะทันที
  • แผ่นเทปจะเคลื่อนที่ผ่านหัวอ่านเทปด้วยความเร็ว 2 นิ้วต่อวินาที (5.08 เซนติเมตรต่อวินาที) แต่สำหรับหัวอ่านของฮาร์ดดิสก์ จะวิ่งอยู่บนแผ่นบันทึกข้อมูล ที่ความเร็วในการหมุนถึง 30000 นิ้วต่อวินาที (ประมาณ 170 ไมล์ต่อชั่วโมง หรือ 270 กิโลเมตรต่อชั่วโมง)
  • ข้อมูลในฮาร์ดดิสก์เก็บอยู่ในรูปของโดเมนแม่เหล็ก ที่มีขนาดเล็กมาก ๆ เมื่อเทียบกับโดเมนของเทปแม่เหล็ก ขนาดของโดเมนนี้ยิ่งมีขนาดเล็กเท่าไร ความจุของฮาร์ดดิสก์จะยิ่งมีขนาดเพิ่มขึ้นเท่านั้น และสามารถเข้าถึงข้อมูลได้ในเวลาสั้น
• เครื่องคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะปัจจุบันจะมีความจุของฮาร์ดดิสก์ประมาณ 500 จิกะไบต์ ถึง 10 เทระไบต์^[] ข้อมูลที่เก็บลงในฮาร์ดดิสก์ เก็บอยู่ในรูปของไฟล์ ซึ่งประกอบด้วยข้อมูลที่เรียกว่า ไบต์ (แอสกี ที่แสดงออกไปตัวอักษร รูปภาพ วิดีโอ และเสียง) โดยที่ไบต์จำนวนมากมายรวมกันเป็นคำสั่ง หรือโปรแกรมทางคอมพิวเตอร์ มีหัวอ่านของฮาร์ดดิสก์อ่านข้อมูลเหล่านี้ และนำข้อมูลออกมาผ่านไปยังตัวประมวลผลเพื่อคำนวณและแปรผลต่อไป
• เราสามารถคิดประสิทธิภาพของฮาร์ดดิสก์ได้ 2 ทางคือ
  • อัตราการส่งผ่านข้อมูล (Data rate) คือ จำนวนไบต์ต่อวินาที ที่หัวอ่านของฮาร์ดดิสก์สามารถจะส่งไปให้กับซีพียูหรือตัวประมวลผล ซึ่งปกติมีอัตราประมาณ 5 ถึง 400 เมกะไบต์ต่อวินาที ^[]
  • เวลาค้นหา (Seek time) คือ หน่วงเวลาที่หัวอ่านต้องใช้ในการเข้าไปอ่านข้อมูลตำแหน่งต่าง ๆ ในจานแม่เหล็ก โดยปกติประมาณ 10 ถึง 20 มิลลิวินาที ^[] ซึ่งมักขึ้นอยู่กับความเร็วรอบในการหมุนจานแม่เหล็กของฮาร์ดดิสก์

การเก็บข้อมูล

การเก็บข้อมูลบนฮาร์ดดิสก์

ข้อมูลที่เก็บลงในฮาร์ดดิสก์จะอยู่บนเซกเตอร์และแทร็ก แทร็กเป็นรูปวงกลม ส่วนเซกเตอร์เป็นเสี้ยวหนึ่งของวงกลม อยู่ภายในแทร็กดังรูป แทร็กแสดงด้วยสีเหลือง ส่วนเซกเตอร์แสดงด้วยสีแดง ภายในเซกเตอร์จะมีจำนวนไบต์คงที่ ยกตัวอย่างเช่น 256 ถึง 512 ขึ้นอยู่กับว่าระบบปฏิบัติการของคอมพิวเตอร์จะจัดการแบ่งในลักษณะใด เซกเตอร์หลาย ๆ เซกเตอร์รวมกันเรียกว่า คลัสเตอร์ (Clusters) ขั้นตอน ฟอร์แมต ที่เรียกว่า การฟอร์แมตระดับต่ำ (Low -level format) เป็นการสร้างแทร็กและเซกเตอร์ใหม่ ส่วนการฟอร์แมตระดับสูง (High-level format) ไม่ได้ไปยุ่งกับแทร็กหรือเซกเตอร์ แต่เป็นการเขียน FAT ซึ่งเป็นการเตรียมดิสก์เพื่อที่เก็บข้อมูลเท่านั้น

ดูเพิ่ม

• โซลิดสเตตไดรฟ์ (Solid State Drive)
• ยูเอสบีแฟลชไดรฟ์ (Flash Dive)
• หน่วยความจุ
  • บิต
  • ไบต์
  • กิโลไบต์
  • เมกะไบต์
  • จิกะไบต์
  • เทระไบต์

อ้างอิง

แหล่งข้อมูลอื่น

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับ ฮาร์ดดิสก์

ภาษาไทย

• http://www.rit.ac.th/homepage-sc/charud/naturemystery/sci2/harddisk/harddisk.htm 2005-03-06 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• http://web.ku.ac.th/schoolnet/snet1/hardware/hdisk.htm 2005-03-12 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• http://www.buycoms.com/upload/guide/Hdd/hdd.htm 2008-04-10 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน

ภาษาอังกฤษ

• The PC Guide: A Brief History of the Hard Disk Drive
• Binary versus Decimal
• Multi Disk System Tuning HOWTO
• Windows NT Server Resource Kit: Disk Management Basics (See section "About Disks and Disk Organization")
• Behold the God Box - Less's Law and future implications of massive cheap hard disk storage