ماهو الهارد ديسك او القرص الصلب وكيف يعمل

Advertisement

محرك القرص الثابت ( HDD )، القرص الصلب ، القرص الصلب ، أو قرص ثابت  هو الكهروميكانيكية جهاز تخزين البيانات التي تخزن ويستعيد الرقمية البيانات باستخدام التخزين المغناطيسي واحد أو أكثر جمودا الدورية بسرعة صحون مغلفة المواد المغناطيسية. يتم إقران الأطباق برؤوس مغناطيسية ، يتم ترتيبها عادةً على ذراع مشغل متحرك ، والذي يقوم بقراءة البيانات وكتابتها على أسطح الطبق.  يتم الوصول إلى البيانات بطريقة الوصول العشوائي ، مما يعني أن الكتل الفرديةيمكن تخزين البيانات واسترجاعها بأي ترتيب. تعد محركات الأقراص الثابتة نوعًا من التخزين غير المتطاير ، حيث تحتفظ بالبيانات المخزنة حتى عند إيقاف تشغيلها.    عادة ما تكون محركات الأقراص الصلبة الحديثة في شكل صندوق مستطيل صغير .

قدمتها شركة IBM في عام 1956 ،  كانت محركات الأقراص الصلبة هي وسيلة التخزين الثانوية المهيمنة لأجهزة الكمبيوتر ذات الأغراض العامة التي بدأت في أوائل الستينيات. الحفاظ على محركات الأقراص الصلبة هذا الموقف في العصر الحديث من الخوادم و أجهزة الكمبيوتر الشخصية ، على الرغم من أجهزة الحوسبة الشخصية إنتاجها بكميات كبيرة، مثل الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية، تعتمد على ذاكرة فلاش وأجهزة التخزين. أنتجت أكثر من 224 شركة محركات أقراص صلبة تاريخياً ، على الرغم من أنه بعد التوحيد الشامل للصناعة ، تم تصنيع معظم الوحدات بواسطة Seagate و Toshiba و Western Digital. تهيمن محركات الأقراص الصلبة على حجم التخزين المنتج ( إكسابايت في السنة) للخوادم . على الرغم من أن الإنتاج ينمو ببطء (بواسطة إكسابايت الذي يتم شحنه  ) ، فإن عائدات المبيعات وشحنات الوحدات آخذة في الانخفاض لأن محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD) تتمتع بمعدلات نقل بيانات أعلى ، وكثافة تخزين أعلى ، وموثوقية أفضل إلى حد ما ،   ] وأوقات وصول وأوقات وصول أقل بكثير.    

تتجاوز عائدات محركات أقراص الحالة الثابتة ، التي يستخدم معظمها ذاكرة فلاش NAND ، قليلاً تلك الخاصة بمحركات الأقراص الثابتة.  حققت منتجات تخزين الفلاش أكثر من ضعف عائدات محركات الأقراص الثابتة اعتبارًا من عام 2017 .  على الرغم من أن تكلفة محركات أقراص الحالة الثابتة من أربع إلى تسع مرات أعلى لكل بت ،   إلا أنها تحل محل محركات الأقراص الصلبة في التطبيقات التي تعد فيها السرعة واستهلاك الطاقة وصغر الحجم والقدرة العالية والمتانة مهمة.   التكلفة لكل بت لمحركات أقراص الحالة الصلبة آخذة في الانخفاض ، وتقلص علاوة السعر على محركات الأقراص الثابتة. 

الخصائص الأساسية لمحرك الأقراص الصلبة هي سعته وأدائه . يتم تحديد السعة في بادئات الوحدات المقابلة لقوى 1000: تبلغ سعة محرك 1 تيرابايت (TB) 1000 جيجا بايت (GB ؛ حيث 1 جيجا بايت = 1 مليار (10 9 ) بايت ). عادةً ما تكون بعض سعة محرك الأقراص الثابتة غير متاحة للمستخدم نظرًا لاستخدامها بواسطة نظام الملفات ونظام تشغيل الكمبيوتر، وربما التكرار الداخلي لتصحيح الأخطاء والاسترداد. هناك أيضًا ارتباك فيما يتعلق بسعة التخزين ، حيث يتم تحديد السعات بالجيجابايت العشرية (قوى 1000) من قبل الشركات المصنعة للأقراص الصلبة ، في حين أن أنظمة التشغيل الأكثر استخدامًا تبلغ عن سعات تبلغ 1024 ، مما ينتج عنه عدد أقل من المعلن. يتم تحديد الأداء من خلال الوقت المطلوب لتحريك الرؤوس إلى مسار أو أسطوانة (متوسط ​​وقت الوصول) مضيفًا الوقت الذي يستغرقه القطاع المطلوب للتحرك تحت الرأس (متوسط زمن الوصول ، وهو دالة لسرعة الدوران المادية في الثورات في الدقيقة ) ، وأخيرًا السرعة التي يتم بها إرسال البيانات (معدل البيانات).

أكثر عوامل الشكل شيوعًا لمحركات الأقراص الثابتة الحديثة هما 3.5 بوصة لأجهزة الكمبيوتر المكتبية و 2.5 بوصة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة بشكل أساسي. تتصل محركات الأقراص الثابتة بالأنظمة عن طريق كبلات الواجهة القياسية مثل كبلات PATA (Parallel ATA) أو SATA (Serial ATA) أو USB أو SAS ( Serial Attached SCSI ).

التاريخ

الملف: HardDisk1.ogv

فيديو لعملية HDD الحديثة (تمت إزالة الغطاء)

معاملبدأت بـ (1957)تحسن إلىتحسين
السعة
(مهيأة)
3.75  ميغا بايت [18]18  تيرابايت (اعتبارًا من 2020 ) [19]4.8 مليون الى واحد [20]
الحجم المادي68 قدم مكعب (1.9  م 3 ) [ج] [6]2.1 بوصة مكعبة (34  سم 3 ) [21] [د]56000 الى واحد [22]
وزن2000 رطل
(910  كجم ) [6]
2.2 أوقية
(62  جم ) [21]
15000 الى واحد [23]
متوسط وقت الوصولتقريبا. 600  مللي ثانية [6]2.5 مللي ثانية إلى 10 مللي ثانية ؛ RW RAM تعتمدحوالي
200 إلى واحد [24]
سعر9200 دولار أمريكي لكل ميغا بايت (1961 ؛ 103107 دولارات أمريكية في عام 2021) [25]0.024 دولار أمريكي لكل جيجابايت بحلول عام 2020 [26] [27] [28]3.46 مليار الى واحد [29]
كثافة البيانات2000  بت لكل بوصة مربعة [30]1.3 تيرابايت لكل بوصة مربعة في عام 2015 [31]650 مليون الى واحد [32]
متوسط ​​العمرج. 2000 ساعة MTBF بحاجة لمصدر ]ج. 2500000 ساعة (285 سنة تقريبًا) MTBF [33]1250 الى واحد [34]

تم شحن أول محرك قرص صلب من شركة IBM ، وهو وحدة تخزين 350 قرصًا ، في عام 1957 كمكون من مكونات نظام IBM 305 RAMAC. كان حجمه تقريبًا حجم ثلاجتين متوسطتي الحجم وخزن خمسة ملايين حرف من ستة بت (3.75 ميغا بايت )  على كومة من 52 قرصًا (100 سطح مستخدم).  كان للطراز 350 ذراعًا واحدًا برأسين للقراءة / الكتابة ، أحدهما متجه لأعلى والآخر لأسفل ، يتحرك كلاهما أفقيًا بين زوج من الأطباق المجاورة وعموديًا من زوج واحد من الأطباق إلى مجموعة ثانية.    كانت متغيرات IBM 350 هي IBM 355 و IBM 7300 و IBM 1405 .

في عام 1961 ، أعلنت شركة IBM ، وفي عام 1962 شحنت ، وحدة تخزين القرص IBM 1301 ،  والتي حلت محل IBM 350 ومحركات الأقراص المماثلة. في 1301 يتألف من واحد (لنموذج 1) أو اثنين (لنموذج 2) وحدات، كل منها يحتوي على 25 صحون، كل طبق حوالي 1 / 8 بوصة (3.2 ملم) سميكة و 24 بوصة (610 ملم) في قطر.  في حين تستخدم محركات الأقراص IBM السابقة رؤساء اثنين فقط القراءة / الكتابة في الذراع، وتستخدم 1301 مجموعة من 48  رؤساء (المشط)، كل مجموعة تتحرك أفقيا كوحدة واحدة، رئيس واحد في سطح استخدامها. وضع الاسطوانةتم دعم عمليات القراءة / الكتابة ، وحلقت الرؤوس حوالي 250 ميكرومتر (حوالي 6 ميكرومتر) فوق سطح الطبق. تعتمد حركة مجموعة الرأس على نظام adder الثنائي للمشغلات الهيدروليكية التي تضمن تحديد الموضع القابل للتكرار. كانت خزانة 1301 بحجم ثلاث ثلاجات منزلية موضوعة جنبًا إلى جنب ، وتخزن ما يعادل حوالي 21 مليون بايت ثمانية بت لكل وحدة. كان وقت الوصول حوالي ربع ثانية.

في عام 1962 أيضًا ، قدمت شركة IBM محرك الأقراص طراز 1311 ، والذي كان بحجم غسالة الملابس وتم تخزين مليوني حرف على حزمة قرص قابلة للإزالة . يمكن للمستخدمين شراء حزم إضافية وتبادلها حسب الحاجة ، مثل الكثير من بكرات الشريط المغناطيسي . أصبحت النماذج اللاحقة من محركات الأقراص القابلة للإزالة ، من شركة IBM وغيرها ، هي القاعدة في معظم عمليات تثبيت أجهزة الكمبيوتر ووصلت سعتها إلى 300 ميغا بايت بحلول أوائل الثمانينيات. كانت محركات الأقراص الثابتة غير القابلة للإزالة تسمى محركات الأقراص الثابتة.

في عام 1963 ، قدمت شركة IBM 1302 ،  مع ضعف سعة المسار ومضاعفة عدد المسارات لكل أسطوانة مثل 1301. كان لدى 1302 وحدة واحدة (للنموذج 1) أو وحدتين (للطراز 2) ، كل منها تحتوي على مشط منفصل لـ أول 250 مسارًا وآخر 250 مسارًا.

تم تصنيع بعض محركات الأقراص الصلبة عالية الأداء برأس واحد لكل مسار ، على سبيل المثال ، Burroughs B-475 في عام 1964 ، و IBM 2305 في عام 1970 ، بحيث لم يضيع الوقت في تحريك الرؤوس فعليًا إلى مسار وكان زمن الانتقال الوحيد هو الوقت المطلوب كتلة من البيانات لتدوير في الموضع تحت الرأس.  تُعرف باسم محركات الأقراص الثابتة الرأس أو محركات الأقراص الرأسية لكل مسار ، وكانت باهظة الثمن ولم تعد قيد الإنتاج. 

في عام 1973 ، قدمت شركة IBM نوعًا جديدًا من محركات الأقراص الثابتة التي تحمل الاسم الرمزي ” وينشستر “”. كانت السمة المميزة الأساسية لها هي أن رؤوس الأقراص لم يتم سحبها بالكامل من كومة أطباق الأقراص عند إيقاف تشغيل محرك الأقراص. وبدلاً من ذلك ، تم السماح للرؤوس” بالهبوط “على منطقة خاصة من سطح القرص عند الدوران لأسفل ، “الإقلاع” مرة أخرى عندما تم تشغيل القرص لاحقًا. أدى هذا إلى خفض تكلفة آلية المحرك الرئيسي بشكل كبير ، ولكنه حال دون إزالة الأقراص فقط من محرك الأقراص كما كان يحدث مع حزم الأقراص في اليوم. وبدلاً من ذلك ، فإن النماذج الأولى من محركات أقراص “تقنية Winchester” تتميز بوحدة قرص قابلة للإزالة ، والتي تضمنت كلاً من حزمة القرص ومجموعة الرأس ، تاركة محرك المشغل في محرك الأقراص عند الإزالة. في وقت لاحق تخلت محركات أقراص “Winchester” عن مفهوم الوسائط القابلة للإزالة وعادت إلى الأطباق غير القابلة للإزالة .

في عام 1974 قدمت شركة IBM مشغل الذراع المتأرجح ، والذي أصبح ممكنا لأن رؤوس التسجيل في وينشستر تعمل بشكل جيد عندما تنحرف إلى المسارات المسجلة. أصبح التصميم البسيط لمحرك الأقراص IBM GV (Gulliver) ،  الذي تم اختراعه في مختبرات UK Hursley Labs التابعة لشركة IBM ، أكثر الاختراعات الميكانيكية والكهربائية المرخصة لشركة IBM  على الإطلاق ، حيث تم اعتماد نظام التشغيل والترشيح في ثمانينيات القرن الماضي للجميع. محركات الأقراص الصلبة ، وما زالت عالمية منذ ما يقرب من 40 عامًا و 10 مليار قطعة لاحقة.

مثل محرك الأقراص الأول القابل للإزالة ، استخدمت محركات الأقراص “Winchester” الأولى أطباق قطرها 14 بوصة (360 مم). في عام 1978 طرحت شركة IBM محرك ذراع متأرجح ، IBM 0680 (Piccolo) ، بأطباق ثمانية بوصات ، لاستكشاف إمكانية أن تقدم الأطباق الأصغر مزايا. اتبعت محركات أخرى ثماني بوصات ، ثم 5+ محركات أقراص مقاس 1 ⁄ 4 بوصة (130 مم) ، بحجم يحل محل محركات الأقراص المرنة المعاصرة. كان هذا الأخير مخصصًا في المقام الأول لسوق أجهزة الكمبيوتر الشخصية الناشئة آنذاك.

بمرور الوقت ، مع زيادة كثافة التسجيل بشكل كبير ، تم العثور على مزيد من التخفيضات في قطر القرص إلى 3.5 “و 2.5” لتكون الأمثل. أصبحت مواد المغناطيس الأرضية النادرة القوية ميسورة التكلفة خلال هذه الفترة ، وكانت مكملة لتصميم مشغل الذراع المتأرجح لإتاحة عوامل الشكل المدمجة لمحركات الأقراص الثابتة الحديثة.

مع بداية الثمانينيات ، كانت محركات الأقراص الصلبة ميزة إضافية نادرة ومكلفة للغاية في أجهزة الكمبيوتر ، ولكن بحلول أواخر الثمانينيات من القرن الماضي ، تم تخفيض تكلفتها إلى الحد الذي أصبحت فيه قياسيًا على جميع أجهزة الكمبيوتر باستثناء أرخص أجهزة الكمبيوتر.

تم بيع معظم محركات الأقراص الثابتة في أوائل الثمانينيات لمستخدمي الكمبيوتر الشخصي كنظام فرعي خارجي إضافي. لم يتم بيع النظام الفرعي باسم الشركة المصنعة لمحرك الأقراص ولكن باسم الشركة المصنعة للنظام الفرعي مثل Corvus Systems و Tallgrass Technologies ، أو تحت اسم الشركة المصنعة لنظام الكمبيوتر مثل Apple ProFile . تضمن جهاز كمبيوتر IBM PC / XT في عام 1983 محرك أقراص ثابتة داخليًا بسعة 10 ميجا بايت ، وبعد ذلك بوقت قصير انتشرت محركات الأقراص الثابتة الداخلية على أجهزة الكمبيوتر الشخصية.

ظلت محركات الأقراص الصلبة الخارجية شائعة لفترة أطول على أجهزة Apple Macintosh . العديد من أجهزة كمبيوتر Macintosh التي تم تصنيعها بين عامي 1986 و 1998 تتميز بمنفذ SCSI في الخلف ، مما يجعل التوسع الخارجي بسيطًا. لا تحتوي أجهزة كمبيوتر Macintosh المدمجة القديمة على فتحات محركات أقراص صلبة يمكن للمستخدم الوصول إليها (في الواقع ، لم تشتمل أجهزة Macintosh 128K و Macintosh 512K و Macintosh Plus على حاوية محرك أقراص ثابتة على الإطلاق) ، لذلك كانت أقراص SCSI الخارجية هي الخيار المعقول الوحيد لهذه النماذج التوسع في أي وحدة تخزين داخلية.

كانت تحسينات الأقراص الصلبة مدفوعة بزيادة كثافة المساحات ، المدرجة في الجدول أعلاه. توسعت التطبيقات خلال العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، من أجهزة الكمبيوتر المركزية في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي إلى معظم تطبيقات التخزين كبير السعة بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر والتطبيقات الاستهلاكية مثل تخزين المحتوى الترفيهي.

في 2000 و 2010 ، بدأت NAND في استبدال محركات الأقراص الصلبة في التطبيقات التي تتطلب قابلية النقل أو الأداء العالي. يتحسن أداء NAND بشكل أسرع من محركات الأقراص الثابتة ، كما تتآكل تطبيقات محركات الأقراص الثابتة. في عام 2018 ، كان أكبر محرك أقراص ثابتة بسعة 15 تيرابايت ، بينما كان أكبر محرك أقراص صلبة SSD بسعة 100 تيرابايت.  اعتبارًا من 2018 ، كان من المتوقع أن تصل محركات الأقراص الصلبة إلى 100 تيرابايت سعتها حوالي عام 2025 ،  ولكن اعتبارًا من عام 2019 تم تقليص وتيرة التحسين المتوقعة إلى 50 تيرابايت بحلول عام 2026.  عوامل الشكل الأصغر ، 1.8 بوصة و أدناه ، تم إيقافها في حوالي عام 2010. تكلفة تخزين الحالة الصلبة (NAND) ، التي يمثلها قانون مور ، تتحسن بشكل أسرع من محركات الأقراص الصلبة. تتمتع NAND بمرونة سعرية أعلى للطلبمن محركات الأقراص الثابتة ، وهذا يدفع نمو السوق.  خلال أواخر العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، دخلت دورة حياة المنتج لمحركات الأقراص الصلبة مرحلة النضج ، وقد يشير تباطؤ المبيعات إلى بداية مرحلة التراجع. 

في فيضانات تايلاند 2011 تضررت محطات تصنيع وأثرت تكلفة محرك القرص الثابت سلبا بين عامي 2011 و 2013. 

في عام 2019 ، أغلقت ويسترن ديجيتال مصنعها الأخير للأقراص الصلبة في ماليزيا بسبب انخفاض الطلب ، للتركيز على إنتاج محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة.  كل الشركات المصنعة الثلاثة المتبقية لمحركات الأقراص الصلبة لديها طلب متناقص على محركات الأقراص الثابتة منذ عام 2014. 

التكنولوجيا 

المقطع العرضي المغناطيسي وتعديل التردد البيانات الثنائية المشفرة

التسجيل المغناطيسي 

انظر أيضًا: التخزين المغناطيسي

يسجل محرك الأقراص الثابتة الحديث البيانات عن طريق مغنطة فيلم رقيق من مادة مغناطيسية حديدية  على جانبي القرص. تمثل التغييرات المتسلسلة في اتجاه المغنطة بتات البيانات الثنائية . تتم قراءة البيانات من القرص عن طريق اكتشاف التحولات في المغنطة. يتم ترميز بيانات المستخدم باستخدام مخطط ترميز ، مثل الترميز المحدود بطول التشغيل ،  الذي يحدد كيفية تمثيل البيانات من خلال التحولات المغناطيسية.

يتكون تصميم محرك الأقراص الثابتة النموذجي من ملف المغزل الذي يحتوي على أقراص دائرية مسطحة ، تسمىالأطباق، والتي تحتوي على البيانات المسجلة. تُصنع الأطباق من مادة غير مغناطيسية ، وعادةً ما تكون من سبائك الألومنيوم أو الزجاج أو السيراميك. وهي مطلية بطبقة ضحلة من مادة مغناطيسيةبعمق10-20نانومتر، مع طبقة خارجية من الكربون للحماية.    كمرجع ، يبلغ سمك قطعة ورق النسخ القياسية 0.07-0.18 ملم (70.000-180.000 نانومتر)  .قرص صلب مدمر ، طبق زجاجي مرئيرسم تخطيطي يوضح المكونات الرئيسية لمحرك الأقراص الصلبة للكمبيوترتسجيل مغنطيسات مفردة للبتات على قرص صلب بسعة 200 ميجابايت (أصبح التسجيل مرئيًا باستخدام CMOS-MagView). تسجيل طولي (قياسي) ومخطط تسجيل عمودي

يتم تدوير الأطباق الموجودة في محركات الأقراص الثابتة المعاصرة بسرعات تتراوح من 4200  دورة في الدقيقة في الأجهزة المحمولة الموفرة للطاقة ، إلى 15000 دورة في الدقيقة للخوادم عالية الأداء.  تم تدوير محركات الأقراص الصلبة الأولى عند 1200 دورة في الدقيقة  ، ولسنوات عديدة ، كانت 3600 دورة في الدقيقة هي القاعدة.  اعتبارًا من نوفمبر 2019 ، تدور الأطباق في معظم محركات الأقراص الثابتة للمستهلكين بسرعة 5400 أو 7200 دورة في الدقيقة.

تتم كتابة المعلومات وقراءتها من طبق حيث تدور الأجهزة السابقة التي تسمى رؤوس القراءة والكتابة التي يتم وضعها للعمل بالقرب من السطح المغناطيسي ، مع ارتفاع طيرانها غالبًا في نطاق عشرات النانومتر. يستخدم رأس القراءة والكتابة لاكتشاف وتعديل مغنطة المادة التي تمر تحتها مباشرة.

في محركات الأقراص الحديثة ، يوجد رأس واحد لكل سطح طبق مغناطيسي على المغزل ، مثبت على ذراع مشترك. يقوم ذراع المحرك (أو ذراع الوصول) بتحريك الرؤوس على قوس (تقريبًا شعاعيًا) عبر الأطباق أثناء دورانها ، مما يسمح لكل رأس بالوصول تقريبًا إلى كامل سطح الطبق أثناء دورانه. يتم تحريك الذراع باستخدام مشغل ملف صوتي أو في بعض التصميمات القديمة محرك متدرج . كتبت محركات الأقراص الثابتة المبكرة البيانات عند بعض البتات الثابتة في الثانية ، مما أدى إلى احتواء جميع المسارات على نفس كمية البيانات لكل مسار ، لكن محركات الأقراص الحديثة (منذ التسعينيات) تستخدم تسجيل بت المنطقة – مما يزيد من سرعة الكتابة من المنطقة الداخلية إلى المنطقة الخارجية وبالتالي التخزين المزيد من البيانات لكل مسار في المناطق الخارجية.

اقرأ ايضا :  ما هي أنواع الذاكرة في الحاسوب؟

في المحركات الحديثة ، يخلق الحجم الصغير للمناطق المغناطيسية خطرًا بفقدان حالتها المغناطيسية بسبب التأثيرات الحرارية ⁠ ⁠ – عدم الاستقرار المغنطيسي المستحث حراريًا والذي يُعرف عمومًا باسم ” الحد المغناطيسي الفائق “. لمواجهة ذلك ، يتم طلاء الأطباق بطبقتين مغناطيسيتين متوازيتين ، مفصولة بطبقة ثلاثية الذرات من عنصر الروثينيوم غير المغناطيسي ، والطبقتان ممغنطتان في اتجاه معاكس ، وبالتالي تقوي كل منهما الأخرى.  هناك تقنية أخرى مستخدمة للتغلب على التأثيرات الحرارية للسماح بكثافة تسجيل أكبر وهي التسجيل العمودي ، الذي تم شحنه لأول مرة في عام 2005 ،  واعتبارًا من عام 2007 تم استخدامه في بعض محركات الأقراص الثابتة.  

في عام 2004 ، تم تقديم وسائط تسجيل عالية الكثافة ، تتكون من طبقات مغناطيسية ناعمة وصلبة مقترنة. إن ما يسمى بتكنولوجيا التخزين المغناطيسي لوسائط التبادل الربيعي ، والمعروفة أيضًا باسم الوسائط المركبة المقترنة بالتبادل ، تسمح بالكتابة الجيدة نظرًا لطبيعة مساعدة الكتابة للطبقة اللينة. ومع ذلك ، يتم تحديد الثبات الحراري فقط من خلال الطبقة الأكثر صلابة ولا يتأثر بالطبقة اللينة.  

مكونات 

محرك أقراص ثابتة مع أقراص ومحور محرك تمت إزالته ، مما يؤدي إلى كشف ملفات ثابتة نحاسية اللون تحيط بمحمل في وسط محرك المغزل. الشريط البرتقالي على طول جانب الذراع عبارة عن كبل دائرة مطبوعة رفيع ومحمل المغزل في المنتصف والمشغل في أعلى اليسار.

يحتوي محرك الأقراص الثابتة النموذجي على محركين كهربائيين: محرك مغزل يقوم بتدوير الأقراص ومشغل (محرك) يضع مجموعة رؤوس القراءة / الكتابة عبر الأقراص الدوارة. يحتوي محرك القرص على دوار خارجي متصل بالأقراص ؛ لفات الجزء الثابت ثابتة في مكانها. مقابل المشغل الموجود في نهاية ذراع دعم الرأس يوجد رأس القراءة والكتابة ؛ تقوم كبلات الدوائر المطبوعة الرفيعة بتوصيل رؤوس القراءة والكتابة بإلكترونيات مكبر الصوت المثبتة في محور المشغل. ذراع دعم الرأس خفيف جدًا ، ولكنه صلب أيضًا ؛ في المحركات الحديثة ، يصل التسارع عند الرأس إلى 550 جم .كومة رأس مع ملف مشغل على اليسار ورؤوس قراءة / كتابة على اليمينلقطة مقرّبة لرأس واحد للقراءة والكتابة ، تُظهر الجانب المواجه للطبق

ال المحرك هوالمغناطيس الدائموملف متحركالحركية التي يتأرجح رؤساء إلى الموضع المطلوب. تدعم اللوحة المعدنيةمغناطيسًاعالي التدفق منالنيوديميوم والحديد والبورون(NIB). يوجد أسفل هذه اللوحة الملف المتحرك ، والذي يُشار إليه غالبًا باسم الملف الصوتي عن طريق القياس بالملف فيمكبرات الصوت، والذي يتم توصيله بمحور المشغل ، وتحته يوجد مغناطيس NIB ثانٍ ، مركب على اللوحة السفلية للمحرك (بعض محركات الأقراص لديها مغناطيس واحد فقط).

يتشكل الملف الصوتي نفسه مثل رأس السهم وهو مصنوع من سلك مغناطيسي نحاسي مطلي بشكل مزدوج . الطبقة الداخلية عبارة عن عازل ، والطبقة الخارجية من اللدائن الحرارية ، والتي تربط الملف معًا بعد أن يتم لفه في شكل ، مما يجعله ذاتي الدعم. تتفاعل أجزاء الملف على طول جانبي رأس السهم (التي تشير إلى مركز محمل المشغل) مع المجال المغناطيسي للمغناطيس الثابت. ينتج التيار المتدفق قطريًا إلى الخارج على طول جانب واحد من رأس السهم وداخله شعاعيًا على الجانب الآخر القوة العرضية. إذا كان المجال المغناطيسي موحدًا ، فسيولد كل جانب قوى متعارضة من شأنها إلغاء بعضها البعض. لذلك ، فإن سطح المغناطيس هو نصف قطب شمالي ونصف قطب جنوبي ، مع وجود خط فاصل شعاعي في المنتصف ، مما يتسبب في رؤية جانبي الملف لحقول مغناطيسية متقابلة وإنتاج قوى تضيف بدلاً من الإلغاء. تنتج التيارات على طول الجزء العلوي والسفلي من الملف قوى شعاعية لا تقوم بتدوير الرأس.

تتحكم إلكترونيات محرك الأقراص الثابتة في حركة المشغل ودوران القرص وتؤدي عمليات القراءة والكتابة عند الطلب من وحدة التحكم في القرص . يتم تنفيذ تغذية مرتدة إلكترونيات محرك الأقراص عن طريق أجزاء خاصة من القرص مخصصة لملاحظات المؤازرة . هذه إما دوائر متحدة المركز كاملة (في حالة تقنية المؤازرة المخصصة) أو قطاعات تتخللها بيانات حقيقية (في حالة تقنية المؤازرة المضمنة). تعمل ردود الفعل المؤازرة على تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء لمستشعرات GMR من خلال ضبط الملف الصوتي للذراع المشغّل. يستخدم دوران القرص أيضًا محرك سيرفو. البرامج الثابتة للقرص الحديثة قادرة على جدولة عمليات القراءة والكتابة بكفاءة على أسطح الطبق وإعادة تعيين قطاعات الوسائط التي فشلت.

معدلات الخطأ ومعالجته 

تستخدم محركات الأقراص الحديثة بشكل مكثف أكواد تصحيح الأخطاء (ECCs) ، وخاصة تصحيح الخطأ Reed-Solomon . تخزن هذه التقنيات بتات إضافية ، تحددها الصيغ الرياضية ، لكل كتلة من البيانات ؛ تسمح البتات الإضافية بتصحيح العديد من الأخطاء بشكل غير مرئي. تشغل البتات الإضافية نفسها مساحة على محرك الأقراص الثابتة ، ولكنها تسمح باستخدام كثافة تسجيل أعلى دون التسبب في أخطاء غير قابلة للتصحيح ، مما يؤدي إلى سعة تخزين أكبر بكثير.  على سبيل المثال، نموذجية 1  TB القرص الثابت مع قطاعات 512 بايت يوفر قدرة إضافية من حوالي 93  GB ل ECC البيانات. 

في أحدث محركات الأقراص ، اعتبارًا من عام 2009 ،  كانت رموز فحص التكافؤ منخفضة الكثافة (LDPC) تحل محل Reed-Solomon ؛ تتيح أكواد LDPC أداءً قريبًا من حد شانون وبالتالي توفر أعلى كثافة تخزين متاحة.  

تحاول محركات الأقراص الثابتة النموذجية “إعادة تعيين” البيانات في قطاع مادي يفشل في قطاع مادي احتياطي يوفره “تجمع قطاع الغيار” لمحرك الأقراص (يُطلق عليه أيضًا “التجمع الاحتياطي”) ،  مع الاعتماد على ECC لـ استعادة البيانات المخزنة بينما لا يزال عدد الأخطاء في قطاع تالف منخفضًا بدرجة كافية. و سمارت (الذاتي الرصد والتحليل والتكنولوجيا التقارير) التهم ميزة العدد الإجمالي للأخطاء في HDD بأكمله يحدده ECC (وإن لم يكن على كافة محركات الأقراص الصلبة كما سمارت المتعلقة سمات “الأجهزة ECC المستردة” و “لينة ECC تصحيح” ل غير مدعوم باستمرار) ، والعدد الإجمالي لعمليات إعادة تعيين القطاع التي تم إجراؤها ، حيث إن حدوث العديد من هذه الأخطاء قد يتنبأ بفشل محرك الأقراص الثابتة .

يحتوي “تنسيق No-ID” ، الذي طورته شركة IBM في منتصف التسعينيات ، على معلومات حول القطاعات التالفة وأين توجد القطاعات المعاد تعيينها. 

فقط جزء ضئيل من الأخطاء المكتشفة ينتهي به الأمر على أنه غير قابل للتصحيح. تتضمن أمثلة معدلات أخطاء قراءة البت غير المصححة المحددة ما يلي:

  • تشير مواصفات 2013 لمحركات أقراص SAS الخاصة بالمؤسسات إلى أن معدل الخطأ هو خطأ قراءة بت واحد غير مصحح في كل قراءة 10 بتات 16 بت ،  
  • تشير مواصفات 2018 لمحركات الأقراص الثابتة SATA للمستهلكين إلى أن معدل الخطأ هو خطأ قراءة بت واحد غير مصحح في كل 10 14 بت.  

ضمن نموذج مصنع معين ، يكون معدل خطأ البت غير المصحح هو نفسه عادةً بغض النظر عن سعة محرك الأقراص.    

أسوأ أنواع الأخطاء هي فساد البيانات الصامت وهي أخطاء لم يتم اكتشافها بواسطة البرامج الثابتة للقرص أو نظام التشغيل المضيف ؛ قد تكون بعض هذه الأخطاء ناتجة عن أعطال في محرك الأقراص الثابتة بينما تنشأ أخطاء أخرى في مكان آخر في الاتصال بين محرك الأقراص والمضيف. 

تطوير 

كثافة مساحة محرك الأقراص الثابتة الرائدة من 1956 حتى 2009 مقارنة بقانون مور. بحلول عام 2016 ، تباطأ التقدم بشكل ملحوظ دون اتجاه الكثافة المستقرأ. 

كان معدل تقدم كثافة المساحات مماثلاً لقانون مور (يتضاعف كل عامين) حتى عام 2010: 60٪ سنويًا خلال 1988-1996 ، 100٪ خلال 1996-2003 و 30٪ خلال 2003-2010.  وفي حديثه عام 1997 ، وصف جوردون مور الزيادة بأنها “مذهلة” ،  بينما لاحظ لاحقًا أن النمو لا يمكن أن يستمر إلى الأبد.  تباطأ تحسن الأسعار إلى -12٪ سنويًا خلال الفترة 2010-2017 ،  حيث تباطأ نمو كثافة المساحات. تباطأ معدل تقدم كثافة المساحات إلى 10٪ سنويًا خلال الفترة 2010-2016 ،  وكانت هناك صعوبة في الانتقال من التسجيل العمودي إلى التقنيات الحديثة. 

مع انخفاض حجم خلية البت ، يمكن وضع المزيد من البيانات على طبق محرك أقراص واحد. في عام 2013 ، كان من المفترض أن تبلغ كثافة مساحة سطح المكتب بسعة 3 تيرابايت (مع أربعة أطباق) حوالي 500 جيجابت / في 2 والتي كانت ستصل إلى خلية بت تضم حوالي 18 حبة مغناطيسية (11 × 1.6 حبة).  منذ منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، تم تحدي تقدم كثافة المساحات من خلال ثلاثية المغنطيسية الفائقة التي تتضمن حجم الحبوب والقوة المغناطيسية للحبوب وقدرة الرأس على الكتابة.  من أجل الحفاظ على إشارة مقبولة للضوضاء ، يلزم وجود حبيبات أصغر ؛ قد تنعكس الحبوب الصغيرة ذاتيًا ( عدم الاستقرار الكهروحراري) ما لم يتم زيادة قوتها المغناطيسية ، لكن مواد رأس الكتابة المعروفة غير قادرة على توليد مجال مغناطيسي قوي بما يكفي لكتابة الوسيط في المساحة الأصغر بشكل متزايد التي تأخذها الحبوب.

يتم تطوير تقنيات التخزين المغناطيسي لمعالجة هذه المشكلة الثلاثية ، والتنافس مع محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD) القائمة على ذاكرة فلاش . في عام 2013 ، قدمت Seagate التسجيل المغناطيسي المتشابك (SMR) ،  المقصود منه أن يكون بمثابة تقنية “مؤقتة” بين PMR والتسجيل المغناطيسي المدعوم بالحرارة (HAMR) من Seagate ، ويستخدم SMR مسارات متداخلة لزيادة كثافة البيانات ، في تكلفة تعقيد التصميم وسرعات الوصول إلى البيانات المنخفضة (خاصة سرعات الكتابة وسرعات الوصول العشوائي 4k).  

على النقيض من ذلك ، ركزت HGST (التي أصبحت الآن جزءًا من Western Digital ) على تطوير طرق لإغلاق محركات الأقراص المملوءة بالهيليوم بدلاً من الهواء المفلتر المعتاد. منذ الاضطرابات و الاحتكاك وتخفض، الكثافة المساحية أعلى يمكن أن يتحقق بسبب استخدام عرض المسار أصغر، والطاقة تبدد بسبب الاحتكاك أقل أيضا، مما أدى إلى انخفاض استهلاك الطاقة التعادل. علاوة على ذلك ، يمكن وضع المزيد من الأطباق في نفس المساحة المغلقة ، على الرغم من صعوبة منع غاز الهليوم من الهروب.  وبالتالي ، فإن محركات الهليوم مغلقة تمامًا ولا تحتوي على منفذ تنفس ، على عكس نظيراتها المملوءة بالهواء.

تقنيات التسجيل الأخرى إما قيد البحث أو تم تنفيذها تجاريًا لزيادة كثافة المساحة ، بما في ذلك التسجيل المغناطيسي بمساعدة الحرارة من Seagate (HAMR). تتطلب HAMR بنية مختلفة مع وسائط مُعاد تصميمها ورؤوس قراءة / كتابة ، وأشعة ليزر جديدة ، ومحولات طاقة بصرية جديدة في المجال القريب.  من المتوقع أن يتم شحن HAMR تجاريًا في أواخر عام 2020 أو 2021.   أدت المشكلات الفنية إلى تأخير إدخال HAMR بعقد من التوقعات السابقة لعام 2009 ،  2015 ،  2016 ،  ] والنصف الأول من عام 2019. اعتمدت بعض محركات الأقراص أذرع تشغيل مزدوجة مستقلة لزيادة سرعات القراءة / الكتابة والتنافس مع محركات أقراص الحالة الثابتة. تمت إزالة التسجيل المنقوش على نمط البت (BPR) ،  الذي جاء لاحقًا لـ HAMR ، من خرائط الطريق الخاصة بشركتي Western Digital و Seagate.  التسجيل المغناطيسي بمساعدة الميكروويف من Western Digital (MAMR) ،   يشار إليه أيضًا باسم التسجيل المغناطيسي بمساعدة الطاقة (EAMR) ، تم أخذ عينات منه في عام 2020 ، مع أول محرك EAMR ، Ultrastar HC550 ، يتم شحنه في أواخر عام 2020.    ظهر التسجيل المغناطيسي ثنائي الأبعاد (TDMR)   ورؤوس المقاومة المغناطيسية العملاقة “الحالية المتعامدة على المستوى” (CPP / GMR) في الأوراق البحثية.    تم اقتراح مفهوم محرك فراغ ثلاثي الأبعاد (3DHD). 

انخفض معدل نمو كثافة المنطقة إلى أقل من معدل قانون مور التاريخي البالغ 40٪ سنويًا.  اعتمادًا على الافتراضات المتعلقة بجدوى وتوقيت هذه التقنيات ، تتوقع Seagate أن كثافة المساحات ستنمو بنسبة 20٪ سنويًا خلال 2020-2034. 

القدرة 

محركان من Seagate Barracuda ، من 2003 و 2009 – 160 جيجابايت و 1 تيرابايت على التوالي. اعتبارًا من عام 2021 ، توفر Seagate سعات تصل إلى 20 تيرابايت.

أعلى سعة محركات أقراص صلبة يتم شحنها تجاريًا في عام 2021 هي 20 تيرابايت.  

سعة محرك القرص الصلب ، كما أبلغ عنها نظام التشغيل للمستخدم النهائي ، أقل من المقدار المحدد من قبل الشركة المصنعة لعدة أسباب: نظام التشغيل يستخدم بعض المساحة ، واستخدام بعض المساحة لتكرار البيانات ، واستخدام المساحة لهياكل نظام الملفات. كما يمكن أن يؤدي الاختلاف في السعة المبلغ عنه في الوحدات العشرية المسبوقة بنظام SI مقابل البادئات الثنائية إلى انطباع خاطئ عن السعة المفقودة.

حساب 

تظهر محركات الأقراص الثابتة الحديثة لوحدة التحكم المضيفة الخاصة بها كمجموعة متجاورة من الكتل المنطقية ، ويتم حساب سعة محرك الأقراص الإجمالية بضرب عدد الكتل في حجم الكتلة. تتوفر هذه المعلومات من مواصفات منتج الشركة المصنعة ، ومن محرك الأقراص نفسه من خلال استخدام وظائف نظام التشغيل التي تستدعي أوامر محرك الأقراص منخفضة المستوى.  

تحتوي بعض محركات الأقراص القديمة ، على سبيل المثال ، IBM 1301 ، CKD ، على سجلات متغيرة الطول ويجب أن يأخذ حساب السعة في الاعتبار خصائص السجلات. بعض DASD الأحدث تحاكي CKD ، ويتم تطبيق نفس الصيغ السعة.

يتم حساب السعة الإجمالية لمحركات الأقراص الثابتة الأقدم الموجهة للقطاعات على أنها ناتج عدد الأسطوانات لكل منطقة تسجيل ، وعدد البايت لكل قطاع (الأكثر شيوعًا 512) ، وعدد مناطق محرك الأقراص.  تشير بعض محركات أقراص SATA الحديثة أيضًا إلى قدرات قطاع رأس الأسطوانة (CHS) ، ولكنها ليست معلمات مادية لأن القيم المبلغ عنها مقيدة بواجهات نظام التشغيل التاريخية. تم استبدال مخطط C / H / S بعنونة الكتلة المنطقية (LBA) ، وهو مخطط عنونة خطي بسيط يحدد موقع الكتل بواسطة فهرس عدد صحيح ، والذي يبدأ من LBA 0 للكتلة الأولى ثم الزيادات بعد ذلك. عند استخدام طريقة C / H / S لوصف محركات الأقراص الكبيرة الحديثة ، غالبًا ما يتم تعيين عدد الرؤوس إلى 64 ، على الرغم من أن محرك الأقراص الثابتة الحديث النموذجي يحتوي على ما بين طبق واحد وأربعة أطباق. في محركات الأقراص الثابتة الحديثة ، لا يتم تضمين السعة الفائضة لإدارة العيوب في السعة المنشورة ؛ ومع ذلك ، في العديد من محركات الأقراص الصلبة المبكرة ، تم حجز عدد معين من القطاعات كقطع غيار ، مما قلل من السعة المتاحة لنظام التشغيل. علاوة على ذلك ، تقوم العديد من محركات الأقراص الثابتة بتخزين برامجها الثابتة في منطقة خدمة محجوزة ، والتي لا يمكن للمستخدم الوصول إليها عادةً ، ولا يتم تضمينها في حساب السعة.

بالنسبة للأنظمة الفرعية لـ RAID ، تعمل متطلبات سلامة البيانات والتسامح مع الأخطاء أيضًا على تقليل السعة المحققة. على سبيل المثال ، تحتوي مجموعة RAID 1 على نصف السعة الإجمالية تقريبًا كنتيجة لنسخ البيانات ، بينما تفقد مجموعة RAID 5 المزودة بمحركات n 1 / n من السعة (وهو ما يعادل سعة محرك أقراص واحد) بسبب تخزين معلومات التماثل . أنظمة RAID الفرعية عبارة عن محركات أقراص متعددة تبدو وكأنها محرك أقراص واحد أو أكثر للمستخدم ، ولكنها توفر التسامح مع الخطأ. يستخدم معظم بائعي RAID المجاميع الاختبارية لتحسين تكامل البيانات على مستوى الكتلة. يقوم بعض البائعين بتصميم أنظمة باستخدام محركات أقراص صلبة ذات قطاعات تبلغ 520 بايت لتحتوي على 512 بايت من بيانات المستخدم وثمانية بايتات اختبارية ، أو باستخدام قطاعات منفصلة بحجم 512 بايت لبيانات المجموع الاختباري. 

قد تستخدم بعض الأنظمة مخبأة أقسام لاستعادة النظام، والحد من القدرة المتاحة للمستخدم النهائي دون معرفة المرافق تقسيم القرص خاصة مثل امكن في ويندوز . 

اقرأ ايضا :  كيفية فحص الهارد ديسك في Windows 11/10 باستخدام WMIC

تنسيق 

المقال الرئيسي: تنسيق القرص

يتم تخزين البيانات على القرص الصلب في سلسلة من الكتل المنطقية. يتم تحديد كل كتلة بواسطة علامات تحدد بدايتها ونهايتها ، واكتشاف الأخطاء وتصحيح المعلومات ، والمسافة بين الكتل للسماح بالتغيرات الطفيفة في التوقيت. غالبًا ما تحتوي هذه الكتل على 512 بايت من البيانات القابلة للاستخدام ، ولكن تم استخدام أحجام أخرى. مع زيادة كثافة محرك الأقراص ، قامت مبادرة تُعرف باسم Advanced Format بتوسيع حجم الكتلة إلى 4096 بايت من البيانات القابلة للاستخدام ، مما أدى إلى انخفاض كبير في مقدار مساحة القرص المستخدمة لرؤوس الكتل وبيانات التحقق من الأخطاء والتباعد.

تسمى عملية تهيئة هذه الكتل المنطقية على أطباق القرص المادي تنسيق المستوى المنخفض ، والذي يتم إجراؤه عادةً في المصنع ولا يتم تغييره عادةً في هذا المجال.  يكتب التنسيق عالي المستوى هياكل البيانات التي يستخدمها نظام التشغيل لتنظيم ملفات البيانات على القرص. ويشمل ذلك كتابة التقسيم و نظام الملفات الهياكل إلى كتل منطقية المحدد. على سبيل المثال ، سيتم استخدام بعض مساحة القرص للاحتفاظ بدليل بأسماء ملفات القرص وقائمة الكتل المنطقية المرتبطة بملف معين.

تتضمن أمثلة مخطط تعيين الأقسام سجل التمهيد الرئيسي (MBR) وجدول قسم GUID (GPT). تتضمن أمثلة هياكل البيانات المخزنة على القرص لاسترداد الملفات جدول تخصيص الملفات (FAT) في نظام ملفات DOS و inodes في العديد من أنظمة ملفات UNIX ، بالإضافة إلى هياكل بيانات نظام التشغيل الأخرى (المعروفة أيضًا باسم البيانات الوصفية ). نتيجة لذلك ، لا تتوفر كل المساحة الموجودة على محرك الأقراص الثابتة لملفات المستخدم ، ولكن هذا النظام عادةً ما يكون صغيرًا مقارنة ببيانات المستخدم.

الوحدات 

راجع أيضًا: البادئة الثنائية § محركات الأقراص

السعة المعلن عنها من قبل الشركات المصنعة [h]السعة المتوقعة من قبل بعض المستهلكين [i]القدرة المبلغ عنها
Windows [i]ماك النسخة 10.6+ [ح]
بالبادئةبايتبايتالفارق.
100  جيجا بايت100،000،000،000107،374،182،4007.37٪93.1 جيجا بايت100 جيجا بايت
1  تيرابايت1،000،000،000،0001،099،511،627،7769.95٪931 جيجا بايت1،000 جيجا بايت، 1،000،000 ميجا بايت

في الأيام الأولى من الحوسبة ، تم تحديد السعة الإجمالية لمحركات الأقراص الثابتة من 7 إلى 9 أرقام عشرية يتم اقتطاعها بشكل متكرر باستخدام الملايين .   بحلول سبعينيات القرن الماضي ، تم تحديد السعة الإجمالية لمحركات الأقراص الثابتة من قبل الشركات المصنعة باستخدام بادئات SI العشرية مثل الميجابايت (1 ميجابايت = 1،000،000 بايت) ، جيجابايت (1 جيجابايت = 1،000،000،000 بايت) وتيرابايت (1 تيرابايت = 1،000،000،000،000 بايت) ).     ومع ذلك ، عادةً ما يتم اقتباس سعات الذاكرة باستخدام تفسير ثنائي للبادئات ، أي باستخدام قوى 1024 بدلاً من 1000.

يُبلغ البرنامج عن سعة القرص الصلب أو سعة الذاكرة بأشكال مختلفة باستخدام بادئات عشرية أو ثنائية. تستخدم عائلة أنظمة التشغيل Microsoft Windows الاتفاقية الثنائية عند الإبلاغ عن سعة التخزين ، لذلك تم الإبلاغ عن محرك الأقراص الثابتة الذي تقدمه الشركة المصنعة كمحرك سعة 1 تيرابايت بواسطة أنظمة التشغيل هذه على أنه محرك أقراص ثابتة 931 جيجابايت. يستخدم نظام التشغيل Mac OS X 10.6 (” Snow Leopard “) الاصطلاح العشري عند الإبلاغ عن سعة محرك الأقراص الثابتة.  السلوك الافتراضي لأداة سطر الأوامر df المساعدة على Linux هو الإبلاغ عن سعة محرك الأقراص الثابتة بعدد 1024 بايت. 

تسبب الاختلاف بين تفسير البادئة العشرية والثنائية في بعض ارتباك المستهلك وأدى إلى رفع دعاوى جماعية ضد مصنعي الأقراص الصلبة . جادل المدعون بأن استخدام البادئات العشرية ضلل المستهلكين بشكل فعال بينما نفى المدعى عليهم ارتكاب أي مخالفة أو مسؤولية ، مؤكدين أن تسويقهم وإعلانهم يمتثلون من جميع النواحي للقانون وأنه لم يتكبد أي فرد من أفراد الطبقة أي أضرار أو إصابات.   

تطور السعر 

تحسن سعر HDD لكل بايت بمعدل 40٪ سنويًا خلال 1988-1996 ، 51٪ سنويًا خلال 1996-2003 و 34٪ سنويًا خلال 2003-2010.   تباطأ تحسن الأسعار إلى -13٪ سنويًا خلال الفترة 2011-2014 ، حيث تباطأت زيادة الكثافة المساحية وألحقت فيضانات تايلاند عام 2011 أضرارًا بمرافق التصنيع  واستقرت عند -11٪ سنويًا خلال الفترة 2010-2017 . 

قام مجلس الاحتياطي الفيدرالي بنشر مؤشر أسعار معدّل الجودة لأنظمة تخزين المؤسسات واسعة النطاق بما في ذلك ثلاثة أو أكثر من محركات الأقراص الثابتة الخاصة بالمؤسسات ووحدات التحكم والرفوف والكابلات المرتبطة بها. تحسنت أسعار أنظمة التخزين الكبيرة هذه بمعدل 30٪ سنويًا خلال الفترة 2004-2009 و 22٪ سنويًا خلال الفترة 2009-2014. 

عوامل الشكل 

المقال الرئيسي: قائمة عوامل شكل محرك الأقراصمحركات أقراص ثابتة 8 و 5.25 و 3.5 و 2.5 و 1.8 و 1 بوصة ، جنبًا إلى جنب مع مسطرة لإظهار حجم الأطباق ورؤوس القراءة والكتابةمحرك أقراص ثابتة (HDD) أحدث مقاس 2.5 بوصة (63.5 ملم) 6495 ميجا بايت مقارنة بمحرك أقراص ثابتة أقدم بقياس 5.25 بوصة بارتفاع كامل 110 ميجا بايت

أول محرك أقراص ثابت لشركة IBM ، وهو IBM 350 ، استخدم كومة من خمسين طبقًا مقاس 24 بوصة ، وقام بتخزين 3.75 ميجابايت من البيانات (تقريبًا بحجم صورة رقمية واحدة حديثة) ، وكان حجمه مشابهًا لثلاجتين كبيرتين. في عام 1962 ، قدمت شركة IBM نموذج القرص 1311 ، والذي استخدم ستة أطباق بحجم 14 بوصة (الحجم الاسمي) في عبوة قابلة للإزالة وكان حجمها تقريبًا بحجم الغسالة. أصبح هذا حجم طبق قياسي لسنوات عديدة ، يستخدم أيضًا من قبل الشركات المصنعة الأخرى.  و IBM 2314استخدمت أطباق من نفس الحجم في أحد عشر حزمة عالية وقدمت تخطيط “محرك في درج”. يُطلق عليه أحيانًا “فرن البيتزا” ، على الرغم من أن “الدرج” لم يكن محرك الأقراص الكامل. في السبعينيات من القرن الماضي ، تم تقديم محركات الأقراص الثابتة في خزانات مستقلة بأبعاد مختلفة تحتوي على واحد إلى أربعة محركات أقراص صلبة.

بدءًا من أواخر الستينيات ، تم تقديم محركات أقراص تتناسب تمامًا مع هيكل يمكن تركيبه على حامل مقاس 19 بوصة . كانت RK05 و RL01 من Digital من الأمثلة المبكرة على استخدام صحون مفردة مقاس 14 بوصة في عبوات قابلة للإزالة ، حيث يتم تركيب محرك الأقراص بالكامل في مساحة رف يبلغ ارتفاعها 10.5 بوصة (ست وحدات رفوف). في منتصف الثمانينيات من القرن الماضي ، كان فوجيتسو إيجل بالحجم المماثل ، والذي استخدم (بالصدفة) أطباق مقاس 10.5 بوصات ، منتجًا شائعًا.

مع زيادة مبيعات أجهزة الكمبيوتر الصغيرة التي تم تضمينها في محركات الأقراص المرنة (FDDs) ، أصبحت محركات الأقراص الثابتة التي تناسب حوامل FDD مرغوبة. بدءًا من Shugart Associates SA1000 ، اتبعت عوامل شكل محرك الأقراص الثابتة في البداية تلك الخاصة بمحركات الأقراص المرنة مقاس 8 بوصات و 5 بوصات و 3 بوصات. على الرغم من الإشارة إلى هذه الأحجام الاسمية ، فإن الأحجام الفعلية لمحركات الأقراص الثلاثة هذه على التوالي هي 9.5 بوصة و 5.75 بوصة و 4 بوصة. نظرًا لعدم وجود محركات أقراص مرنة أصغر حجمًا ، فإن عوامل شكل محرك الأقراص الثابتة الأصغر مثل محركات الأقراص مقاس 2 بوصة (في الواقع 2.75 بوصة) واسع) تم تطويره من عروض المنتجات أو معايير الصناعة.

اعتبارًا من عام 2019 ، تعد الأقراص الثابتة مقاس 2 بوصة و 3 بوصة هي الأحجام الأكثر شيوعًا. بحلول عام 2009 ، توقفت جميع الشركات المصنعة عن تطوير منتجات جديدة لعوامل الشكل 1.3 بوصة و 1 بوصة و 0.85 بوصة بسبب انخفاض أسعار ذاكرة الفلاش ،   التي لا تحتوي على أجزاء متحركة. بينما الأحجام الاسمية بالبوصة ، يتم تحديد الأبعاد الفعلية بالمليمترات.

خصائص الأداء 

المقال الرئيسي: خصائص أداء محرك القرص الصلب

ترتبط العوامل التي تحد من وقت الوصول إلى البيانات الموجودة على محرك الأقراص الثابتة في الغالب بالطبيعة الميكانيكية للأقراص الدوارة والرؤوس المتحركة ، بما في ذلك:

  • وقت البحث هو مقياس للوقت الذي يستغرقه تجميع الرأس للانتقال إلى مسار القرص الذي يحتوي على البيانات.
  • يتم تكبد الكمون الدوراني لأن قطاع القرص المطلوب قد لا يكون تحت الرأس مباشرة عند طلب نقل البيانات. يظهر متوسط ​​زمن انتقال الدوران في الجدول ، بناءً على العلاقة الإحصائية بأن متوسط ​​زمن الانتقال هو نصف فترة التناوب.
  • و معدل بت معدل نقل البيانات أو (مرة واحدة في الرأس في المكان المناسب) يخلق تأخير الذي هو وظيفة من عدد من الكتل نقلها. عادةً ما تكون صغيرة نسبيًا ، ولكن يمكن أن تكون طويلة جدًا مع نقل الملفات الكبيرة المتجاورة.

قد يحدث تأخير أيضًا إذا تم إيقاف أقراص محرك الأقراص لتوفير الطاقة.

إلغاء التجزئة هو إجراء يستخدم لتقليل التأخير في استرداد البيانات عن طريق نقل العناصر ذات الصلة إلى مناطق قريبة فعليًا على القرص.  تقوم بعض أنظمة تشغيل الكمبيوتر بإلغاء التجزئة تلقائيًا. على الرغم من أن القصد من إلغاء التجزئة التلقائي هو تقليل تأخيرات الوصول ، سيتم تقليل الأداء مؤقتًا أثناء تقدم الإجراء. 

يمكن تحسين الوقت للوصول إلى البيانات عن طريق زيادة سرعة الدوران (وبالتالي تقليل زمن الوصول) أو عن طريق تقليل الوقت المستغرق في البحث. تؤدي زيادة كثافة المساحة إلى زيادة الإنتاجية عن طريق زيادة معدل البيانات وزيادة كمية البيانات ضمن مجموعة من الرؤوس ، وبالتالي تقليل نشاط البحث عن كمية معينة من البيانات. لم يواكب وقت الوصول إلى البيانات الزيادات في الإنتاجية ، والتي لم تواكب نفسها مع النمو في كثافة البتات وسعة التخزين.

الكمون 

سرعة الدوران
[rpm]
متوسط ​​زمن الدوران
[مللي ثانية]
150002
100003
72004.16
54005.55
48006.25

معدل نقل البيانات 

اعتبارًا من عام 2010 ، يحتوي محرك الأقراص الثابتة المكتبي النموذجي بسرعة 7200 دورة في الدقيقة على معدل نقل بيانات ثابت “من قرص إلى مخزن مؤقت ” يصل إلى 1030  ميجابت / ثانية .  يعتمد هذا المعدل على موقع المسار ؛ المعدل أعلى للبيانات الموجودة على المسارات الخارجية (حيث يوجد المزيد من قطاعات البيانات لكل دورة) وأقل باتجاه المسارات الداخلية (حيث يوجد عدد أقل من قطاعات البيانات لكل دورة) ؛ وهو أعلى إلى حد ما بالنسبة لمحركات الأقراص التي تبلغ سرعتها 10000 دورة في الدقيقة. المعيار الحالي المستخدم على نطاق واسع لواجهة “المخزن المؤقت إلى الكمبيوتر” هو 3.0  جيجابت / ثانيةSATA ، التي يمكنها إرسال حوالي 300 ميغا بايت / ثانية (ترميز 10 بت) من المخزن المؤقت إلى الكمبيوتر ، وبالتالي فهي لا تزال متقدمة بشكل مريح على معدلات نقل القرص إلى المخزن المؤقت اليوم. يمكن قياس معدل نقل البيانات (القراءة / الكتابة) عن طريق كتابة ملف كبير على القرص باستخدام أدوات خاصة لإنشاء الملفات ، ثم قراءة الملف مرة أخرى. يمكن أن يتأثر معدل النقل بتجزئة نظام الملفات وتخطيط الملفات. 

يعتمد معدل نقل بيانات الأقراص الصلبة على سرعة دوران الأطباق وكثافة تسجيل البيانات. نظرًا لأن الحرارة والاهتزاز يحدان من سرعة الدوران ، فإن زيادة الكثافة تصبح الطريقة الرئيسية لتحسين معدلات النقل المتسلسل. تتطلب السرعات العالية محرك مغزل أكثر قوة ، مما ينتج عنه حرارة أكبر. بينما تتقدم كثافة المساحة عن طريق زيادة كل من عدد المسارات عبر القرص وعدد القطاعات لكل مسار ،  فقط الأخير يزيد من معدل نقل البيانات لكل دورة في الدقيقة. نظرًا لأن أداء معدل نقل البيانات يتتبع واحدًا فقط من مكونين لكثافة المنطقة ، فإن أدائها يتحسن بمعدل أقل. 

اعتبارات أخرى 

تشمل اعتبارات الأداء الأخرى السعر المعدل الجودة ، واستهلاك الطاقة ، والضوضاء المسموعة ، ومقاومة الصدمات التشغيلية وغير التشغيلية.

الوصول والواجهات 

المقال الرئيسي: واجهة محرك القرص الصلبمنظر داخلي لمحرك الأقراص الصلبة Seagate 1998 الذي يستخدم واجهة Parallel ATAمحرك أقراص SATA مقاس 2.5 بوصة أعلى محرك SATA مقاس 3.5 بوصة ، يعرض صورة مقربة للبيانات (7 سنون) وموصلات الطاقة (15 سنًا)

تتصل محركات الأقراص الثابتة الحالية بجهاز كمبيوتر عبر أحد أنواع الناقلات المتعددة ، بما في ذلك ATA المتوازي و Serial ATA و SCSI و Serial Attached SCSI (SAS) والقناة الليفية . تستخدم بعض محركات الأقراص ، خاصة محركات الأقراص المحمولة الخارجية ، IEEE 1394 أو USB . كل هذه الواجهات رقمية؛ تقوم الأجهزة الإلكترونية الموجودة على محرك الأقراص بمعالجة الإشارات التناظرية من رؤوس القراءة / الكتابة. تقدم محركات الأقراص الحالية واجهة متسقة لبقية الكمبيوتر ، بغض النظر عن مخطط تشفير البيانات المستخدم داخليًا ، ومستقلة عن العدد الفعلي للأقراص والرؤوس داخل محرك الأقراص.

عادةً ما يأخذ DSP في الإلكترونيات داخل محرك الأقراص الفولتية التناظرية الأولية من رأس القراءة ويستخدم PRML و Reed – Solomon error correction  لفك تشفير البيانات ، ثم يرسل تلك البيانات خارج الواجهة القياسية. يراقب DSP أيضًا معدل الخطأ الذي تم اكتشافه عن طريق اكتشاف الأخطاء وتصحيحها ، ويقوم بإعادة تعيين القطاع السيئ ، وجمع البيانات للمراقبة الذاتية ، والتحليل ، وتقنية الإبلاغ ، والمهام الداخلية الأخرى.

تقوم الواجهات الحديثة بتوصيل محرك الأقراص بواجهة المضيف باستخدام كابل بيانات / تحكم واحد. يحتوي كل محرك أقراص أيضًا على كبل طاقة إضافي ، وعادة ما يتم توجيهه إلى وحدة إمداد الطاقة. تحتوي الواجهات القديمة على كبلات منفصلة لإشارات البيانات وإشارات التحكم في القيادة.

  • واجهة نظام الكمبيوتر الصغيرة (SCSI) ، التي كانت تسمى في الأصل SASI لواجهة نظام Shugart Associates ، كانت قياسية على الخوادم ومحطات العمل وأجهزة الكمبيوتر Commodore Amiga و Atari ST و Apple Macintosh خلال منتصف التسعينيات ، وفي ذلك الوقت تم نقل معظم الطرز إلى واجهات أحدث . يسمح حد طول كابل البيانات لأجهزة SCSI الخارجية. لا تزال مجموعة أوامر SCSI مستخدمة في واجهة SAS الأكثر حداثة.
  • نقلت إلكترونيات المحرك المتكاملة (IDE) ، التي تم توحيدها لاحقًا تحت اسم AT Attachment (ATA ، مع الاسم المستعار PATA ( Parallel ATA ) بأثر رجعي عند إدخال SATA) وحدة تحكم محرك الأقراص الثابتة من بطاقة الواجهة إلى محرك الأقراص. ساعد هذا في توحيد واجهة المضيف / وحدة التحكم ، وتقليل تعقيد البرمجة في برنامج تشغيل الجهاز المضيف ، وتقليل تكلفة النظام وتعقيده. ينقل اتصال IDE / ATA ذو 40 سنًا 16 بتًا من البيانات في المرة الواحدة على كبل البيانات. كان كابل البيانات في الأصل 40 موصلاً ، ولكن أدت متطلبات السرعة الأعلى فيما بعد إلى وضع “Ultra DMA” (UDMA) باستخدام كبل 80 موصلاً بأسلاك إضافية لتقليل التشويش بسرعة عالية.
  • كان EIDE تحديثًا غير رسمي (بواسطة Western Digital) لمعيار IDE الأصلي ، مع تحسين المفتاح هو استخدام الوصول المباشر للذاكرة (DMA) لنقل البيانات بين القرص والكمبيوتر دون تدخل وحدة المعالجة المركزية ، وهو تحسين تم اعتماده لاحقًا وفقًا لمعايير ATA الرسمية. من خلال النقل المباشر للبيانات بين الذاكرة والقرص ، يلغي DMA الحاجة إلى نسخ وحدة المعالجة المركزية للبايت لكل بايت ، وبالتالي السماح لها بمعالجة المهام الأخرى أثناء حدوث نقل البيانات.
  • القناة الليفية (FC) هي خليفة لواجهة SCSI الموازية في سوق المؤسسات. إنه بروتوكول تسلسلي. في محركات الأقراص عادةً ما يتم استخدام طوبولوجيا اتصال القناة الليفية (FC-AL). يستخدم FC على نطاق أوسع بكثير من مجرد واجهات القرص ، وهو حجر الزاوية لشبكات منطقة التخزين (SANs). تم تطوير بروتوكولات أخرى لهذا المجال مؤخرًا ، مثل iSCSI و ATA عبر Ethernet أيضًا. من المربك أن محركات الأقراص عادةً ما تستخدم كبلات نحاسية مجدولة مزدوجة للقناة الليفية ، وليس الألياف البصرية. عادةً ما يتم حجز الأخيرة للأجهزة الأكبر حجمًا ، مثل الخوادم أو وحدات التحكم في مجموعة الأقراص .
  • تسلسلي مرفق SCSI (SAS). SAS هو بروتوكول اتصال تسلسلي من الجيل الجديد للأجهزة المصممة للسماح بنقل البيانات بسرعة أعلى بكثير ومتوافق مع SATA. تستخدم SAS بيانات متوافقة ميكانيكيًا وموصل طاقة لمحركات الأقراص الثابتة SATA1 / SATA2 القياسية مقاس 3.5 بوصة ، والعديد من وحدات التحكم SAS RAID الموجهة للخادم قادرة أيضًا على معالجة محركات الأقراص الثابتة SATA. تستخدم SAS الاتصال التسلسلي بدلاً من الطريقة المتوازية الموجودة في أجهزة SCSI التقليدية ولكنها لا تزال تستخدم أوامر SCSI.
  • المسلسل ATA (SATA). يحتوي كبل بيانات SATA على زوج بيانات واحد للإرسال التفاضلي للبيانات إلى الجهاز ، وزوج واحد للاستقبال التفاضلي من الجهاز ، تمامًا مثل EIA-422 . يتطلب ذلك أن يتم نقل البيانات بشكل متسلسل. يتم استخدام نظام إشارات تفاضلية مماثل في RS485 و LocalTalk و USB و FireWire و SCSI التفاضلي. صُممت SATA I إلى III لتكون متوافقة مع مجموعة فرعية من أوامر SAS والواجهات المتوافقة واستخدامها. لذلك ، يمكن توصيل محرك الأقراص الثابتة SATA والتحكم فيه بواسطة وحدة تحكم محرك الأقراص الثابتة SAS (مع بعض الاستثناءات الطفيفة مثل محركات الأقراص / وحدات التحكم ذات التوافق المحدود). ومع ذلك ، لا يمكن توصيلهما بطريقة أخرى – لا يمكن توصيل وحدة تحكم SATA بمحرك أقراص SAS.
اقرأ ايضا :  ماهو الفرق بين الرام والهارد ديسك ؟ الفرق بين الرام ( RAM) والقرص الصلب

النزاهة والفشل 

لقطة مقرّبة لرأس محرك الأقراص الثابتة يستريح على طبق قرص ؛ انعكاس المرآة مرئي على سطح الطبق. ما لم يكن الرأس في منطقة هبوط ، يمكن أن تكون الرؤوس التي تلامس الأطباق أثناء التشغيل كارثية.المواد الرئيسية: فشل القرص القرص الصلب ، تحطم رئيس ، و استعادة البياناتانظر أيضًا: محرك الأقراص ذو الحالة الصلبة § موثوقية SSD وأنماط الفشل

نظرًا للتباعد الشديد بين الرؤوس وسطح القرص ، فإن محركات الأقراص الثابتة معرضة للتلف بسبب اصطدام الرأس – وهو فشل في القرص يتم فيه حك الرأس عبر سطح الطبق ، وغالبًا ما يطحن الفيلم المغناطيسي الرقيق ويسبب البيانات خسارة. يمكن أن تحدث حوادث الرأس بسبب عطل إلكتروني ، أو انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ ، أو الصدمة الجسدية ، أو تلوث الحاوية الداخلية لمحرك الأقراص ، أو التآكل ، أو التآكل ، أو سوء تصنيع الأطباق والرؤوس.

يعتمد نظام مغزل HDD على كثافة الهواء داخل حاوية القرص لدعم الرؤوس على ارتفاع الطيران المناسب أثناء دوران القرص. تتطلب محركات الأقراص الثابتة نطاقًا معينًا من كثافات الهواء لتعمل بشكل صحيح. يحدث الاتصال بالبيئة الخارجية والكثافة من خلال ثقب صغير في العلبة (حوالي 0.5 مم في العرض) ، وعادة ما يكون مع مرشح في الداخل ( مرشح التنفس ).  إذا كانت كثافة الهواء منخفضة جدًا ، فلن يكون هناك رفع كافٍ للرأس الطائر ، لذا يقترب الرأس كثيرًا من القرص ، وهناك خطر اصطدام الرأس وفقدان البيانات. يلزم وجود أقراص محكمة الغلق ومضغوطة المصنّعة خصيصًا من أجل التشغيل الموثوق به على ارتفاعات عالية ، على ارتفاع يزيد عن 3000 متر (9800 قدم).تشتمل الأقراص الحديثة على مستشعرات درجة الحرارة وتعديل تشغيلها وفقًا لبيئة التشغيل. يمكن رؤية ثقوب التنفس على جميع محركات الأقراص – وعادة ما يكون بجانبها ملصق يحذر المستخدم من تغطية الثقوب. يتحرك الهواء داخل محرك التشغيل باستمرار أيضًا ، حيث يتم تحريكه بواسطة الاحتكاك مع الأطباق الدوارة. يمر هذا الهواء من خلال مرشح إعادة التدوير الداخلي (أو “إعادة التدوير”) لإزالة أي ملوثات متبقية من التصنيع ، وأي جزيئات أو مواد كيميائية قد تكون دخلت بطريقة ما إلى العلبة ، وأي جزيئات أو غازات غازية متولدة داخليًا في التشغيل العادي. يمكن أن تتسبب الرطوبة العالية جدًا الموجودة لفترات طويلة من الزمن في تآكل الرؤوس والأطباق. استثناء من هذا مختوم بإحكام ، محركات الأقراص الثابتة المليئة بالهيليوم والتي تقضي إلى حد كبير على المشكلات البيئية التي يمكن أن تنشأ بسبب تغيرات الرطوبة أو الضغط الجوي. تم تقديم هذه الأقراص الصلبة بواسطة HGST في أول تنفيذ ناجح كبير الحجم لها في عام 2013.

بالنسبة لرؤوس المقاومة المغناطيسية العملاقة (GMR) على وجه الخصوص ، فإن تحطم الرأس البسيط من التلوث (الذي لا يزيل السطح المغناطيسي للقرص) لا يزال يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الرأس مؤقتًا ، بسبب الاحتكاك بسطح القرص ، ويمكن أن يجعل البيانات غير قابلة للقراءة لفترة قصيرة حتى تستقر درجة حرارة الرأس (ما يسمى ب “الرشاقة الحرارية” ، وهي مشكلة يمكن التعامل معها جزئيًا عن طريق التصفية الإلكترونية المناسبة لإشارة القراءة).

عندما تفشل اللوحة المنطقية للقرص الصلب ، يمكن في كثير من الأحيان استعادة محرك الأقراص إلى نظام التشغيل واسترداد البيانات عن طريق استبدال لوحة الدائرة بأحد الأقراص الثابتة المماثلة. في حالة وجود أخطاء في رأس القراءة والكتابة ، يمكن استبدالها باستخدام أدوات متخصصة في بيئة خالية من الغبار. إذا كانت أطباق القرص غير تالفة ، فيمكن نقلها إلى حاوية متطابقة ويمكن نسخ البيانات أو استنساخها على محرك أقراص جديد. في حالة فشل قرص القرص ، قد يلزم فك وتصوير أطباق القرص.  للتلف المنطقي لأنظمة الملفات ، يمكن استخدام مجموعة متنوعة من الأدوات ، بما في ذلك fsck على أنظمة شبيهة بـ UNIX و CHKDSK على Windows ، لاستعادة البيانات. يمكن أن يتطلب التعافي من التلف المنطقي نحت الملف .

هناك توقع شائع هو أن محركات الأقراص الثابتة التي تم تصميمها وتسويقها لاستخدام الخادم ستفشل بشكل أقل تكرارًا من محركات الأقراص من فئة المستهلك المستخدمة عادةً في أجهزة كمبيوتر سطح المكتب. ومع ذلك، واثنين من الدراسات المستقلة التي كتبها جامعة كارنيجي ميلون  و جوجل  وجدت أن “الصف” من حملة لا تتصل نسبة الفشل في محرك الأقراص.

لخص ملخص عام 2011 للبحوث حول SSD وأنماط فشل القرص المغناطيسي بواسطة Tom’s Hardware نتائج البحث على النحو التالي: 

  • متوسط ​​الوقت بين حالات الفشل (MTBF) لا يشير إلى الموثوقية ؛ معدل الفشل السنوي أعلى وعادة ما يكون أكثر صلة.
  • لا تميل محركات الأقراص الثابتة إلى الفشل أثناء الاستخدام المبكر ، ودرجة الحرارة لها تأثير طفيف فقط ؛ بدلاً من ذلك ، تزداد معدلات الفشل بشكل مطرد مع تقدم العمر.
  • يحذر SMART من المشكلات الميكانيكية ولكن ليس المشكلات الأخرى التي تؤثر على الموثوقية ، وبالتالي فهي ليست مؤشرًا موثوقًا للحالة. 
  • معدلات فشل محركات الأقراص المباعة على أنها “مؤسسة” و “مستهلك” “متشابهة إلى حد كبير” ، على الرغم من أن أنواع محركات الأقراص هذه مخصصة لبيئات التشغيل المختلفة الخاصة بها.  
  • في صفيفات محرك الأقراص ، يزيد فشل محرك أقراص واحد بشكل كبير من المخاطر قصيرة المدى لفشل محرك أقراص ثانٍ.

اعتبارًا من عام 2019 ، أبلغت شركة Backblaze ، موفر التخزين ، عن معدل فشل سنوي قدره 2 بالمائة سنويًا لمزرعة تخزين تحتوي على 110.000 محرك أقراص ثابتة (HDD) جاهزًا مع تفاوت الموثوقية بشكل كبير بين الطرازات والشركات المصنعة.  ذكرت Backblaze لاحقًا أن معدل فشل محركات الأقراص الثابتة ومحركات الأقراص ذات الحالة الثابتة من العمر المكافئ كان متشابهًا. 

لتقليل التكلفة والتغلب على حالات فشل محركات الأقراص الثابتة الفردية ، يعتمد موفرو أنظمة التخزين على صفيفات محركات الأقراص الثابتة الزائدة عن الحاجة. يتم استبدال محركات الأقراص الصلبة الفاشلة بشكل مستمر.  

شرائح السوق 

شريحة المستهلك 

اثنان من محركات الأقراص الثابتة SATA للمستهلكين الراقيين مقاس 2.5 بوصة بسرعة 10000 دورة في الدقيقة ، مثبتين في المصنع في إطارات محول مقاس 3.5 بوصةمحركات الأقراص الثابتة لسطح المكتبعادةً ما تحتوي محركات الأقراص الثابتة لسطح المكتب على اثنين إلى خمسة أطباق داخلية ، وتدور بسرعة 5400 إلى 10000  دورة في الدقيقة ، ولها معدل نقل وسائط يبلغ 0.5 جيجابت / ثانية أو أعلى (1 جيجابايت = 10 9 بايت ؛ 1 جيجابت / ثانية = 10 9 بت / ثانية). تميل محركات الأقراص السابقة (1980-1990) إلى أن تكون أبطأ في سرعة الدوران. اعتبارًا من مايو 2019 ، تم تخزين محركات الأقراص الثابتة المكتبية ذات السعة الأكبر بسعة 16  تيرابايت ،   مع خطط لإصدار 18 تيرابايت في وقت لاحق في عام 2019.  تم إصدار 18 تيرابايت من محركات الأقراص الثابتة في عام 2020. اعتبارًا من عام 2016، السرعة النموذجية لمحرك الأقراص الثابتة في كمبيوتر سطح المكتب المتوسط ​​هي 7200 دورة في الدقيقة ، بينما قد تستخدم أجهزة الكمبيوتر المكتبية منخفضة التكلفة 5900 دورة في الدقيقة أو 5400 دورة في الدقيقة. لبعض الوقت في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين وأوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، استخدم بعض مستخدمي سطح المكتب ومراكز البيانات أيضًا 10000 محرك أقراص RPM مثل Western Digital Raptor ولكن هذه المحركات أصبحت أكثر ندرة اعتبارًا من عام 2016 ولا يتم استخدامها بشكل شائع الآن ، بعد أن تم استبدالها بـ NAND المستندة إلى الفلاش محركات أقراص الحالة الصلبة.محركات الأقراص الثابتة المحمولة (كمبيوتر محمول)أصغر من نظرائهم في أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمؤسسة ، تميل إلى أن تكون أبطأ وذات سعة أقل ، نظرًا لأن لديها طبقًا داخليًا واحدًا وكان حجمها المادي 2.5 أو 1.8 بوصة بدلاً من كونها أكثر شيوعًا بالنسبة لأجهزة سطح المكتب بحجم 3.5 بوصة. تدور محركات الأقراص الثابتة المحمولة عند 4200 دورة في الدقيقة ، 5200 دورة في الدقيقة ، 5400 دورة في الدقيقة ، أو 7200 دورة في الدقيقة ، مع كون 5400 دورة في الدقيقة هي الأكثر شيوعًا. تميل محركات الأقراص التي تبلغ 7200 دورة في الدقيقة إلى أن تكون أكثر تكلفة وذات سعات أصغر ، بينما تتميز نماذج 4200 دورة في الدقيقة بسعات تخزين عالية جدًا. ) ، تتمتع محركات الأقراص الثابتة المحمولة عمومًا بسعة أقل من مثيلاتها على سطح المكتب.محركات الأقراص الصلبة للإلكترونيات الاستهلاكيةوتشمل الأقراص المدمجة إلى مسجلات الفيديو الرقمية و المركبات والسيارات . تم تكوين الأول لتوفير سعة تدفق مضمونة ، حتى في مواجهة أخطاء القراءة والكتابة ، بينما تم تصميم الأخير لمقاومة كميات أكبر من الصدمات. عادة ما تدور بسرعة 5400 دورة في الدقيقة.محركات الأقراص الصلبة الخارجية والمحمولةعدد 2 محرك أقراص صلبة USB خارجي مقاس 2.5 بوصةانظر أيضا: USB ذات سعة التخزين الكبيرة فئة الجهاز و الضميمة القرصيتم توصيل محركات الأقراص الصلبة الخارجية الحالية عادةً عبر USB-C ؛ تستخدم الطرز السابقة USB عاديًا (أحيانًا باستخدام زوج من المنافذ لعرض نطاق ترددي أفضل) أو (نادرًا) ، على سبيل المثال ، اتصال eSATA . تتميز المتغيرات التي تستخدم واجهة USB 2.0 بشكل عام بمعدلات نقل بيانات أبطأ عند مقارنتها بمحركات الأقراص الثابتة المثبتة داخليًا والمتصلة عبر SATA. توفر وظيفة محرك التوصيل والتشغيل توافق النظام وتتميز بخيارات تخزين كبيرة وتصميم محمول. اعتبارًا من مارس 2015 ، تراوحت السعات المتاحة لمحركات الأقراص الثابتة الخارجية من 500 جيجابايت إلى 10 تيرابايت.  عادة ما تكون محركات الأقراص الصلبة الخارجية متاحة كمنتجات متكاملة مجمعة ولكن يمكن أيضًا تجميعها عن طريق الجمع بين حاوية خارجية(مع USB أو واجهة أخرى) مع محرك أقراص يتم شراؤه بشكل منفصل. وهي متوفرة بأحجام 2.5 بوصة و 3.5 بوصة ؛ يُطلق على المتغيرات مقاس 2.5 بوصة عادةً محركات الأقراص الخارجية المحمولة ، بينما يُشار إلى المتغيرات مقاس 3.5 بوصة على أنها محركات أقراص خارجية لسطح المكتب . يتم تجميع محركات الأقراص “المحمولة” في حاويات أصغر حجمًا وأخف وزنًا من محركات الأقراص “المكتبية” ؛ بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم محركات الأقراص “المحمولة” الطاقة التي يوفرها اتصال USB ، بينما تتطلب محركات “سطح المكتب” وحدات طاقة خارجية . تتوفر ميزات مثل التشفير ، واتصال Wi-Fi ،  والأمان البيومتري أو واجهات متعددة (على سبيل المثال ، FireWire ) بتكلفة أعلى. هناك محركات أقراص صلبة خارجية مُجمَّعة مسبقًا لا يمكن استخدامها داخليًا في كمبيوتر محمول أو كمبيوتر مكتبي ، عند إخراجها من حاوياتها ، نظرًا لوجود واجهة USB مدمجة على لوحات الدوائر المطبوعة ، ونقص واجهات SATA (أو Parallel ATA ).  

قطاع المؤسسات والأعمال 

محركات الأقراص الصلبة للخادم ومحطة العملحاوية HDD قابلة للتبديل السريعتُستخدم عادةً مع أجهزة كمبيوتر متعددة المستخدمين تقوم بتشغيل برامج المؤسسة . الأمثلة هي: قواعد بيانات معالجة المعاملات ، والبنية التحتية للإنترنت (البريد الإلكتروني ، وخادم الويب ، والتجارة الإلكترونية) ، وبرامج الحوسبة العلمية ، وبرامج إدارة التخزين القريب. تعمل محركات أقراص المؤسسات عادةً بشكل مستمر (“24/7”) في البيئات الصعبة مع تقديم أعلى أداء ممكن دون التضحية بالموثوقية. السعة القصوى ليست الهدف الأساسي ، ونتيجة لذلك ، غالبًا ما يتم تقديم محركات الأقراص بسعات منخفضة نسبيًا بالنسبة لتكلفتها. تدور أسرع محركات الأقراص الثابتة للمؤسسات بسرعة 10000 أو 15000 دورة في الدقيقة ، ويمكنها تحقيق سرعات نقل متتابعة للوسائط أعلى من 1.6 جيجابت / ثانية  ومعدل نقل مستدام يصل إلى 1 جيجابت / ثانية.  محركات الأقراص التي تعمل بسرعة 10000 أو 15000 دورة في الدقيقة تستخدم أطباق أصغر للتخفيف من متطلبات الطاقة المتزايدة (حيث تحتوي على سحب أقل للهواء ) وبالتالي فهي تتمتع بسعة أقل بشكل عام من محركات الأقراص المكتبية ذات السعة الأكبر. يتم توصيل محركات الأقراص الثابتة الخاصة بالمؤسسات بشكل شائع من خلال SCSI المرفقة التسلسلية (SAS) أو القناة الليفية (FC). يدعم بعضها منافذ متعددة ، بحيث يمكن توصيلها بمحول ناقل مضيف متكرر .يمكن أن تحتوي محركات الأقراص الثابتة الخاصة بالمؤسسات على أحجام قطاع أكبر من 512 بايت (غالبًا 520 أو 524 أو 528 أو 536 بايت). يمكن استخدام المساحة الإضافية لكل قطاع بواسطة وحدات تحكم RAID للأجهزة أو التطبيقات لتخزين بيانات حقل تكامل البيانات (DIF) أو بيانات ملحقات تكامل البيانات (DIX) ، مما يؤدي إلى زيادة الموثوقية ومنع تلف البيانات الصامت . الأقراص الصلبة لتسجيل الفيديوكان هذا الخط مشابهًا لمحركات الأقراص الثابتة لتسجيل الفيديو للمستهلك مع متطلبات استقرار البث ومشابه لمحركات الأقراص الثابتة للخادم مع متطلبات دعم قابلية التوسيع ، ولكنها أيضًا موجهة بقوة لزيادة السعة الداخلية. التضحية الرئيسية لهذه الشريحة هي سرعة الكتابة والقراءة. 

الشركات المصنعة والمبيعات 

رسم تخطيطي لتوحيد مصنعي الأقراص الصلبةراجع أيضًا: تاريخ محركات الأقراص الثابتة وقائمة الشركات المصنعة للقرص الصلب البائد

قامت أكثر من 200 شركة بتصنيع محركات الأقراص الصلبة بمرور الوقت ، ولكن عمليات الدمج ركزت الإنتاج على ثلاث شركات مصنعة فقط اليوم: ويسترن ديجيتال ، سيجيت ، وتوشيبا . يتم الإنتاج بشكل رئيسي في حافة المحيط الهادئ.

انخفضت عائدات التخزين على القرص العالمي بنسبة ثمانية بالمائة سنويًا ، من ذروة بلغت 38 مليار دولار في عام 2012 إلى 22 مليار دولار (تقديري) في عام 2019.  نما إنتاج تخزين محركات الأقراص الثابتة بنسبة 15 ٪ سنويًا خلال الفترة 2011-2017 ، من 335 إلى 780 إكسابايت كل سنة.  انخفضت شحنات الأقراص الصلبة بنسبة سبعة بالمائة سنويًا خلال هذه الفترة الزمنية ، من 620 إلى 406 مليون وحدة.   من المتوقع أن تنخفض شحنات الأقراص الصلبة بنسبة 18٪ خلال 2018-2019 ، من 375 مليونًا إلى 309 مليون وحدة.  في عام 2018 ، تمتلك Seagate 40٪ من شحنات الوحدات ، بينما تمتلك Western Digital 37٪ من شحنات الوحدات ، بينما تمتلك Toshiba 23٪ من شحنات الوحدات.  كان متوسط ​​سعر البيع لأكبر مصنعين 60 دولارًا لكل وحدة في عام 2015. 

المنافسة من SSDs 

يتم استبدال محركات الأقراص الصلبة بمحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD) في الأسواق حيث سرعتها الأعلى (تصل إلى 4950 ميجابايت ) (4.95 جيجابايت ) في الثانية لمحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة M.2 (NGFF) NVMe SSD ،  أو 2500 ميجابايت (2.5 جيجابايت ) في الثانية لمحركات بطاقات توسيع PCIe  ) ، تعتبر الصلابة والطاقة المنخفضة أكثر أهمية من السعر ، نظرًا لأن تكلفة البت لمحركات أقراص الحالة الصلبة أعلى من أربع إلى تسع مرات من محركات الأقراص الثابتة.   اعتبارًا من عام 2016 ، تم الإبلاغ عن معدل فشل لمحركات الأقراص الثابتة من 2 إلى 9٪ سنويًا ، في حين أن محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة تعاني من حالات فشل أقل: 1 – 3٪ سنويًا. ومع ذلك ، فإن محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة بها أخطاء بيانات غير قابلة للتصحيح أكثر من محركات الأقراص الثابتة. 

توفر محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة سعة أكبر (تصل إلى 100 تيرابايت  ) من أكبر محرك أقراص ثابتة و / أو كثافة تخزين أعلى (توجد محركات أقراص صلبة SSD بسعة 100 تيرابايت و 30 تيرابايت في علب HDD مقاس 2.5 بوصة ولكن بنفس ارتفاع محرك الأقراص الثابتة مقاس 3.5 بوصة  ]     ) ، على الرغم من أن تكلفتها لا تزال باهظة.

عرض مختبري لشريحة NAND ثلاثية الأبعاد بسعة 1.33 تيرابايت مع 96 طبقة (تستخدم NAND بشكل شائع في محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD)) بلغ 5.5 تيرا بايت / في 2 اعتبارًا من عام 2019 ،  بينما أقصى كثافة مساحية لمحركات الأقراص الثابتة هي 1.5 تيرا بايت / في 2 . تتضاعف كثافة مساحة ذاكرة الفلاش كل عامين ، على غرار قانون مور (40٪ سنويًا) وأسرع من 10-20٪ سنويًا لمحركات الأقراص الصلبة. اعتبارًا من عام 2018 ، كانت السعة القصوى لمحرك الأقراص الصلبة 16 تيرابايت ،  و 100 تيرابايت لمحرك الأقراص الصلبة. تم استخدام محركات الأقراص الصلبة في 70٪ من أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة التي تم إنتاجها في عام 2016 ، واستخدمت محركات الأقراص الصلبة في 30٪. تتراجع حصة استخدام محركات الأقراص الثابتة وقد تنخفض إلى أقل من 50٪ في 2018-2019 وفقًا لأحد التوقعات ، لأن محركات الأقراص الثابتة تحل محل محركات الأقراص الثابتة ذات السعة الأصغر (أقل من تيرابايت واحد) في أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة ومشغلات MP3. 

ينمو سوق رقائق ذاكرة الفلاش (NAND) القائمة على السيليكون ، والمستخدمة في محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة والتطبيقات الأخرى ، بشكل أسرع من محركات الأقراص الصلبة. نمت عائدات NAND العالمية بنسبة 16٪ سنويًا من 22 مليار دولار أمريكي إلى 57 مليار دولار أمريكي خلال الفترة 2011-2017 ، بينما نما الإنتاج بنسبة 45٪ سنويًا من 19 إكسابايت إلى 175 إكسابايت.

wikipedia

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *