تاپيك ويژه خرابي و تعميرات هاردديسك

[glc_engineer]

برای افزایش مقدار اطلاعاتی که درایو قادر است ذخیره کند اکثر هارد دیسکها دارای سیستم چند بشقابی (Multi Platters) هستند. درایوی که در شکل زیر مشاهده می کنید سه بشقاب و شش هد خواندن/نوشتن دارد.


بعضی از درایوها از یک کانال مارپیچ صوتی (Voice Coil) استفاده میکنند – همان تکنیکی که در بلندگو برای به لرزش درآوردن مخروط بلندگو استفاده شده در اینجا نیز برای حرکت بازوها استفاده میشود.

[glc_engineer]

اطلاعات برروی صفحات هارد دیسک بصورت قطاعهای دایرهای (Sectors) و شیارها (Tracks) ذخیره میشوند. ترکها دوایر متحدالمرکزی هستند و سکتورها قسمتهای جدا شدهای روی این شیارها هستند.

در این شکل یک ترک نوعی برنگ زرد در شکل و همچنین یک سکتور نوعی برنگ آبی نشان داده شده است. یک سکتور تعداد ثابتی از بایتها را در خود دارد – برای مثال 256 یا 512. بعداً سکتورهای درایو در سیستم عامل گروه بندی میشوند و به هر گروه از این سکتورها یک خوشه (Cluster) گفته میشود.
ترکها و سکتورها در مرحله شکل دادن سطح پایین (Low Level Format) شکل میگیرند. در این مرحله نقاط شروع و پایان سکتورها بر روی صفحات نوشته میشود. این مرحله درایو را آماده می کند تا بلوکهایی از بایتها را در خود نگهداری کند. ساختمان بندی درایو برای ذخیرۀ فایلها در شکل دادن سطح بالا (High Level Format) صورت میگیرد، عملی که در این نوع فرمت صورت می گیرد مانند این است که بخواهیم کمدهای مخصوص پروندهها را در سکتورها قرار دهیم. این نوع فرمت درایو را برای نگهداری فایلها آماده می کند.

[glc_engineer]

در ديسك هاي اوليه ضريب شكل 8 اينچ بود (يعني قطر داخلي ديسكها 8 اينچ بود). Ipm Pc/xt يكي از اولين كامپيوتر هاي شخصي مجهز به به ديسك سخت با ضريب شكل 5,1/4 اينچ بود.xt مي توانست 10mb اطلاعات ذخيره كند.
طي سالهاي بعد ظرفيت ديسك سخت بيشتر و بيشتر و ضريب شكل كوچكتر شد. و كامپيوترهاي كيفي ديسكهاي سختي با ضريب شكل 1/8 اينچ (به اندازه يك قوطي كبريت) و ظرفيت 2gb پيدا كردند. ديسك سخت كامپيوتر هاي روميزي 3,1/2 اينچ و 4 تا 10 گيگابايت ظرفيت داشتند.

[glc_engineer]

همانطور كه مي دانيم در ديسكهاي سخت چند صفحه صلب وجود دارد كه روي هم سوار شده اند. هر صفحه هد مخصوص خود را دارد و تمام هد ها با هم روي سطح ديسكها حركت مي كنند.يعني در هر لحظه تمام هد ها روي يك شيار قرار دارند. موتور چرخاننده مجموعه ديسكها را با سرعت ثابتي مي چرخاند. چون آهنگ خواندن و نوشتن با سرعت نسبت مستقيم دارد،سازندگان روز به روز سرعت چرخش ديسكها را زيادتر مي كنند. ديسكهاي اوليه سرعتي برابر 3600rpm داشتند، ولي سرعت ديسكهاي جديد به 7200rpm و سرعت بعضي به 10000rpm هم مي رسد.
بر خلاف ديسك گردان فلاپي كه در آن براي قرار دادن هد بر روي شيار مورد نظر از موتور پله اي استفاده مي شود، در ديسك گردان سخت از سرووموتور استفاده مي شود. در يك نمونه ديسك گردان يكي از سطوح ديسك براي حفظ اطلاعات موقعيت شيار به كار مي رود. اگر بخواهيم هد را به شيار 1239 ببريم،هد به نرمي به اين شيار مي لغزد و اطلاعات لازم براي جابجايي از سطح اين ديسك خوانده مي شود. اين اطلاعات به مدار الكترونيكي كنترل، فيدبك مي شود تا مكان هد به درستي تنظيم شود.

[glc_engineer]

در ديسك هاي اوليه هد از يك قطعه فريت تشكيل مي شد. بعدا از هد هاي مركب (كامپوزيت)،فلزي شكافدار، و سر انجام هد نازك فيلم استفاده شد. اين آخري در واقع مدار مجتمعي است كه مي تواند چگالي بيت را به 200 ميليون بيت بر اينچ مربع برساند. ديسك گردانهاي نوعي مي توانند 500mb تا 800mb اطلاعات ذخيره كنند.
براي شكستن سد 1 گيگابايت هد جديدي لازم است. اين هد مقاومت مغناطيسي Mr است، كه مي توان با آن به چگالي 2 بيليون بيت بر اينچ مربع دست يافت. تكنولوژي Mr بر اساس ماده خاصي است كه مقاومت الكتريكي اش در حضور ميدان مغناطيسي تغيير مي كند. متاسفانه اين مكانيسم را نمي توان براي نوشتن داده به كار برد و بايد از عنصر نوشت نازك فيلم در كنار نوار Mr نشانده شود.
چگالي بسيار بالاي ديسكهاي سخت امروزي باعث شده است كه سيگنال هد بسيار ضعيف باشد. اين وظيفه مدار الكترونيكي است كه اين سيگنال هاي آنالوگ را تقويت كرده و به شكل ديجيتال در آورده. كنترل كننده معمولا چهار جزء دارد:
1- يك پردازنده سيگنال ديجيتال Dsp براي تبديل سيگنال هاي آنالوگ به ديجيتال
2- كنترل كننده موتور چرخاننده و عملگر هد
3- مدار واسط الكترونيك براي ارتباط با پردازنده
4- يك ميكرو پروسسور و حافظه لازم براي نظارت بر تمام كارهاي ديسك گردان.

[glc_engineer]

چرخش ديسك ها (چه فلاپي و چه سخت) باعث مي شود داده در شيار هاي دايره اي ذخيره شود. پس با حركت هد بر روي ديسك شيارهاي متعددي از زير آن مي گذرد. اين سيستم عامل ديسك است كه بايد به نحوي با اين شياره ها رفتار كند كه بتواند داده را به روش كارآمد روي ديسك نوشت و آن را به سرعت باريابي كرد.
قطاع
جابجايي شعاعي بر روي سطح ديسك دايره هاي هم مركز موسوم به شيار ((track تعريف مي كند. همانطور كه در شكل زير نشان داده شده براي اين كه فضاي هر شيار به طور مناسب مورد استفاده قرار گيرد،DOS آن را به قطاع هاي (SECTOR) تقسيم بندي مي كند. MS-DOS پنج فرمت مختلف براي ديسكهاي فلاپي استاندارد است. معمولا ديسك هاي كوچكتر داده را باچگالي بشتر ذخيره مي كنند. (تعدا بيت بر اينچ بالاتري داردند)

سيلندر
در توصيف ظرفيت يك ديسك سخت معولا از عبارت سيلندر استفاده مي شود. سيلندر تمام شيار هاي زير هد هاي نوشتن/خواندن در يك لحظه از زمان تعريف مي شود، بنابراين يك سطح سه بعدي شبيه به استونه است. بنابراين هر شيار يك ديسك سخت را مي توان با شماره سيلندر و شماره هد آن مشخص كرد. شكل زير يك ديسك سخت با سه صفحه را نشان مي دهد. واضح است كه براي سه ديسك شش سطح و بنابراين شش هد وجود دارد (هد هاي 0 تا 5) سيلندر صفر بيروني ترين شيار است، پس تعداد سيلندر هاي يك ديسك با تعداد شيارهاي هر سطح برابر است. سيلندر در مورد ديسك فلاپي كمتر به كار مي رود.

[glc_engineer]

هندسه منطقي و هندسه فيزيكي

در سالهاي اخير سازندگان ديسك سخت از اين مطلب كه بيروني ترين سيلندر بالاترين ظرفيت را دارد استفاده كردند.(هر چه شعاع بزرگتر شود محيط بزگتر مي شود). بنابراين تعداد قطاع بر شيار متغير است. در يك طرح ديسك به دو ناحيه تقسيم مي شوند. ناحيه داخلي و ناحيه بيروني. در ناحيه بيروني هر شيار 35 قطاع دارد و در ناحيه دروني هر شيار 17 قطاع دارد.
شگرد به كار رفته براي ايجاد اين آرايش استفاده از يك كنترل كننده ديسك هوشمند است. مشخصات بيان شده براي ac12100 ساخت وسترن ديجيتال كاوير است. پارامتر هاي توصيه شده (كه توسط نرم افزار COMS Setup به DOS داده مي شود) نشان مي دهد كه 4092 سلندر،16 هد، و 63 قطاع بر شيار وجود دارد. ولي مشخصات فيزيكي نشان مي دهد كه تنها دو سطح (و دو هد) وجود دارد. چنين آرايشي چگونه كار مي كند؟ وقتي DOS به اين ديسك مراجعه مي كند كنترل كننده داخلي هندسه منطقي را به مقادير واقعي هد، استوانه، قطاع تبديل مي كند. اين فرايند كاملا از چشم كابر دور است.

[glc_engineer]

خوشه
DOS براي ذخيره كردن داده بر روي ديسك سخت و فلاپي از فايل سيستمي FAT (جدول تخصيص فايل) استفاده مي كند. براي هرچه موثر تر بودن اين كار FAT فضاي ذخيره سازي را به صورت خوشه تخصيص مي دهد، هر خوشه از چند قطاع (متوالي) تشكيل مي شود. به طور كلي هرچه ديسك بزرگتر باشد، اندازه خوشه ها بزرگتر است.
مزيت خوشه ساده كردن كار DOS براي حفظ مشخصات فايلها و سرعت بخشيدن به دستيابي ديسك است. فرض كنيد مي خواهيد يك فايل 20KB را در يك ديسك 2GB ذخيره كنيد. بدون خوشه بندي DOS اين فايل را در 40 قطاع مختلف ديسك، بسته به فضاي موجود ذخيره مي كند. يعني فايل تكه تكه مي شود. هنگام خواند اين فايل هد بايد روي ديسك جابجا شود تا تكه هاي مختلف را بخواند. واضح است كه فاصله تكه ها بر عملكرد سيستم تاثير مي گذارد.
حال فرض كنيد همين فايل در خوشه 32KB ذخيره مي شود. DOS براي ذخيره اين فايل به دنبال خوشه باز، در اين مثال 64 قطاع متوالي، مي گردد. چون اندازه خوشه بزرگتر از اندازه فايل است، ديگر فايل تكه تكه نمي شود. در واقع 24 قطاع خالي مي ماند.
عيب خوشه بندي اتلاف فضاي ديسك است. در مثال قبل يك فايل ما بايتي نيز در يك خوشه ذخيره شده، 32KB فضا را اشغال مي كند. بنابراين اگر تعداد فيلهاي كوچك زياد باشد، خوشه بندي به صرفه نيست. چون در ديسك هاي فلاپي معمولا فايلهاي كوچكتري ذخيره مي شوند، اندازه خوشه ها، يك قطاع براي ديسكهاي با چگالي بالا و دو قطاع براي ديسكهاي با چگالي پايين است.
فرمت كردن سطح بالا و سطح پايين
قبل از اين كه بتوان بر روي يك ديسك سخت يا فلاپي داده ذخيره كرد، بايدآن را فرمت كرد. اين يك فرايند نرم افزاري است كه در آن هر قطاع دسك آماده مي شود تا dos بتواند آن را آدرس دهي كند.

[glc_engineer]

فرمت سطح پايين low-level
در فرمت سطح پايين شيار ها و قطاعها تعيين مي شوند. همچنين سطح ديسك جارو مي شود تا مشخص شود شيارها براي ذخيره داده مناسب است يا نه؟
در ديسكهاي فلاپي فرمت سطح پايين و سطح بالا با دستور format انجام مي شود. ولي در ديسك هاي سخت فرمت سطح پايين در كارخانه انجام مي شود. به اين ترتيب فرمت سطح پايين در واقع جدولهاي ذخيره شده توسط كنترل كننده داخلي را ترجمه مي كند.
فرمت سطح بالا high-level
فرمت سطح بالا فرايند فرمت كردن را با ايجاد قطاع بوت boot sector، دايركتوري ريشه، و دو كپي از FAT كامل مي كند. (قطاع بوت قطاعي است كه در آن برنامه شروع به كار كامپيوتر را در بر دارد) دستور انجام اين كار عبارت است از:
Format c:/s كه ديسك c را فرمت سطح بالا مي كند و فيلهاي سيستم را روي ديسك سخت قرار مي دهد.

[glc_engineer]

: (اسكازي) از كلمات Small Computer system interface گرفته شده است. SCSI بر خلاف IDE ويژه اتصال ديسك سخت نيست؛ بلكه يك باس استاندارد براي اتصال تمام وسايل I/O ديسك هاي فلاپي و سخت،اسكنر،ماوس،رسم كننده و غيره-تعريف مي كند.
در حالت عادي يك SCSI ميزبان در كامپيوتر نصب مي شود، كه مي تواند 7 كار SCSI ديگر را كنترل كند هر وسيله I/O به يكي از اين 7 كار وصل مي شود. اگر بخواهيد يك ديسك سخت SCSI نصب كنيد ابتدا بايد كارت SCSI ميزبان را نصب كنيد. سپس اين كارت را به وسيله كابل به يك دسك گردان سخت كه در آن يك كارت SCSI وجود دارد وصل كنيد.
هدف اصلي استاندارد SCSI ايجاد يك باس يكنواخت I/O است كه هر وسيله سازگار با SCSI مستقل از وسيله جانبي و كامپيوتر بتواند به وسيله آن وصل شود. مثلا چون SCSI ميزبان خود يك پروسسور است، كامپيوتر مي تواند به او فرمان دهد كه يك فايل پشتيبان تهيه كند و خود به انجام كارهاي ديگر بپردازد. SCSI عمل خواسته شده را با كنترل كردن ديسك سخت يا نوار گردان انجام مي دهد بدون اين كه به دخالت پروسسور اصلي نياز باشد. SCSI استاندارد 8بيتي انتقال داده ناهمزمان با آهنگ 3MB/s و همزمان با آهنگ 20MB/s را پشتيباني مي كند. يك كابل 50 سيمه لازم است. SCSI گسترده داده هاي 16 و 32 بيتي را مي پزيرد، كابلهاي آن 68 سيمه است و مي تواند با آهنگ 80MB/s كار كند.