​HARDDISK


HARDDISK 

คอมพิวเตอร์มีส่วนที่สำคัญคือ ส่วนประมวลผล ส่วนรับข้อมูล และก็ส่วนแสดงผล แต่ก่อนที่คอมพิวเตอร์จะนำข้อมูลมาประมวลผลก็ต้องมีข้อมูล ซึ่งข้อมูลนั้นจะต้องถูกนำมาจากที่แห่งหนึ่งนั้นก็คือส่วนที่เรียกว่า Storage ซึ่งคอมพิวเตอร์ในยุคแรกจะเป็นกระดาษที่เป็นรู ซึ่งใช้งานยาก จากนั้นได้พัฒนามาใช้ แผ่นพลาสติกที่เครื่องด้วยสารแม่เหล็ก ที่เรียกว่า Diskette ต่อมาเมื่อข้อมูลมากขึ้นจำนวนการเก็บข้อมูลก็มากขั้นทำให้การเก็บข้อมูลลงบนแผ่น Diskette นั้นไม่เพียงพอ ต่อมาก็ทำการพัฒนามาเป็น Hard Disk ในปัจจุบัน 
ระบบของ Hard disk ต่างจากแผ่น Diskette โดยจะมีจำนวนหน้าในการเก็บข้อมูลมากกว่า 2 หน้า ในการเก็บข้อมูลของ Hard Disk นั้นก็ไม่ต่างกับการเก็บข้อมูลลงบน Diskette ทั่วไปมากนัก Hard Disk ส่วนใหญ่ประกอบด้วยแผ่นจานแม่เหล็กมากกว่า 2แผ่นเรียงกันอยู่บนแกน Spindle 

          ทำให้แผ่นแม่เหล็กหมุนไปพร้อมๆกัน Hard Disk ใช้หัวอ่านเพียงหัวเดียวในการทำงาน ทั้งอ่านและเขียนข้อมูล ในการเขียนข้อมูลหัวอ่านจะได้รับกระแสไฟฟ้าผ่านเข้าสู่คอยล์ของหัวอ่าน เพื่อรับข้อมูล เป็นการแปลงความหนาแน่นของสารแม่เหล็กที่เคลือบอยู่บน Disk ออกมาให้กับ CPU เพื่อทำการประมวลผล ส่วนการเก็บข้อมูล จะเก็บอยู่ในรูปแบบของสัญญาณดิจิตอล โดยเก็บเป็นเลขฐาน 2 คือ 0 และ 1 การเก็บข้อมูลจะเริ่ม 

Seek Time 
          เป็นระยะเวลาที่แกนยืดหัวอ่านเขียน Hard Disk เคลื่อนหัวอ่านเขียนไประหว่างแทร็คของข้อมูลบน Hard Disk ซึ่งในปัจจุบัน Hard Disk จะมีแทร็คข้อมูลอยู่ประมาณ 3,000 แทร็คในแต่ละด้านของแพล็ตเตอร์ ขนาด 3.5 นิ้ว ความสามารถในการเคลื่อนที่ จากแทร็คที่อยู่ไปยังข้อมูลในบิตต่อไป อาจเป็นการย้ายตำแหน่งไปเพียง อีกแทร็คเดียวหรืออาจย้ายตำแหน่งไปมากกว่า 2,999 แทร็คก็เป็นได้ Seek time จะวัดโดยใช้หน่วยเวลาเป็น มิลลิเซก (ms) ค่าของ Seek time ของการย้ายตำแหน่งของแขนยึดหัวอ่านเขียน ไปในแทร็คถัดไปในแทร็คที่ อยู่ติดๆกันอาจใช้เวลาเพียง 2 ms ในขณะที่การย้ายตำแหน่งจากแทร็คที่อยู่นอกสุดไปหาแทร็คที่อยู่ในสุด หรือ ตรงกันข้ามจะต้องใช้เวลามากถึงประมาณ 20 ms ส่วน Average seek time จะเป็นค่าระยะเวลาเฉลี่ย ในการย้ายตำแหน่ง ของหัวเขียนอ่านไปมาแบบสุ่ม (Random) ในปัจจุบันค่า Average seek time ของ Hard Disk จะอยู่ ในช่วงตั้งแต่ 8 ถึง 14 ms แม้ว่าค่า seek จะระบุเฉพาะคุณสมบัติในการทำงานเพียง ด้านกว้างและยาวของ แผ่นดิสก์ แต่ค่า Seek time มักจะถูกใช้ในการเปรียบเทียบ คุณสมบัติทางด้านความ เร็วของ Hard Disk ปกติจะเรียกรุ่นของ Hard Disk ตามระดับความเร็ว Seek ค่า Seek time ยังไม่สามารถแสดงให้ประสิทธิภาพทั้งหมดของ Hard Disk ได้ จะแสดงให้เห็นเพียงแต่การค้นหาข้อมูลในแบบสุ่ม ของตัว Drive เท่านั้น ไม่ได้แสดงในแง่ของ การอ่านข้อมูลแบบเรียงลำดับ (sequential) 

Cylinder Switch Time 
          เวลาในการสลับ Cylinder สามารถเรียกได้อีกแบบว่าการสลับแทร็ค (track switch) ในกรณีนี้แขนยึดหัวอ่านเขียนจะวางตำแหน่งของหัวอ่านเขียนอยู่เหนือ Cylinder ข้อมูลอื่น ๆ แต่มีข้อแม้ว่า แทร็คข้อมูลทั้งหมดจะต้องอยู่ใน ตำแหน่งเดียวกันของแพล็ตเตอร์อื่น ๆ ด้วย เวลาในการสลับระหว่าง Cylinder จะวัดด้วยระยะเวลาเฉลี่ยที่ตัว ไดร์ฟใช้ในการสลับจาก Cylinder หนึ่งไปยัง Cylinder อื่น ๆ เวลาในการสลับ Cylinder จะวัดด้วยหน่วย ms 

Head Switch Time 
          เป็นเวลาสลับการทำงานของหัวอ่านเขียน แขนยึด หัวอ่านเขียนจะเคลื่อนย้ายหัวอ่านเขียนไปบนแพล็ตเตอร์ที่อยู่ในแนวตรงกัน หัวอ่านเขียนเพียงหัวเดียวทำหน้าที่อ่านหรือบันทึกข้อมูลในเวลาใดเวลาหนึ่ง ระยะเวลาในการสลับกันทำงานของหัวอ่านเขียนจะวัดด้วยเวลาเฉลี่ยที่ตัวไดร์ฟใช้สลับ ระหว่างหัวอ่านเขียน สองหัวในขณะ อ่านบันทึกข้อมูล เวลาสลับหัวอ่านเขียนจะวัดเป็นหน่วย ms 

Rotational Latency 
          เป็นช่วงเวลาที่คอยการหมุนของแผ่นดิสก์ภายในการหมุนภายใน Hard Disk เกิดขึ้นเมื่อหัวอ่านเขียนวางตำแหน่งอยู่เหนือแทร็คข้อมูลที่เหมาะสม ระบบการทำงานของหัวอ่านเขียนข้อมูลจะรอให้ตัวไดร์ฟ หมุนแพล็ตเตอร์ไปยังเซ็กเตอร์ที่ถูกต้อง ช่วงระยะเวลาที่รอคอยนี้เองที่ถูกเรียกว่า Rotational Latency ซึ่งจะวัดเป็นหน่วย ms แต่ระยะเวลาก็ขึ้นอยู่กับ RPM (จำนวนรอบต่อนาที) 

การควบคุม Hard Disk 
          Hard Disk จะสามารถทำงานได้ต้องมีการควบคุมจาก CPU โดยจะมีการส่งสัญญาณการใช้งานไปยัง Controller Card ซึ่ง Controller Card แบ่งออกได้ประมาณ 5 ชนิด ซึ่งจะกล่าวถึงเพียง 3 ชนิดที่ยังคงมีและใช้อยู่ในปัจจุบัน 

IDE (Integrated Drive Electronics) 
          ระบบนี้มีความจุใกล้เคียงกับแบบ SCSI แต่มีราคาและความเร็วในการขนย้ายข้อมูลต่ำกว่า ตัวควบคุม IDE ปัจจุบันนิยมรวมอยู่ในแผงตัวควบคุม มีการเชื่อมต่อโดยใช้สายแพขนาด 40 เส้น โดยสายแพ 1 เส้นสามารถที่จะต่อฮาร์ดดิสก์ได้ 2 ตัว บนเมนบอร์ดนั้นจะมีขั้วต่อ IDE อยู่ 2 ขั้วด้วยกัน ทำให้สามารถพ่วงต่อฮาร์ดดิสก์ได้สูงสุด 4 ตัว มีความเร็วสูงสุดในการถ่ายโอนข้อมูลอยู่ที่ 8.3 เมกะไบต์/ วินาที สำหรับขนาดความจุก็ยังน้อยอีกด้วย เพียงแค่ 504MB เท่านั้นเอง



รูปแสดง Slot IDE บนแผงวงจร Mainboard 
E-IDE (Enhanced Integrated Drive Electronics)
          ฮาร์ดดิสก์แบบ E-IDE พัฒนามาจากประเภท IDE ด้วยสายแพขนาด 80 เส้น ผ่านคอนเน็คเตอร์ 40 ขาเช่นเดียวกันกับ IDE ซึ่งช่วยเพิ่มศักยภาพ ในการทำงานให้มากขึ้น โดยฮาร์ดดิสก์ที่ทำงานแบบ E-IDE นั้นจะมีขนาดความจุที่สูงกว่า 504MB และความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลที่สูงขึ้น โดยสูงถึง 133 เมกะไบต์ต่อวินาทีเลยทีเดียว 



วิธีการรับส่งข้อมูลของฮาร์ดดิสก์แบบ E-IDE ยังแบ่งออกเป็นหลาย ๆ แบบ ทั้งPIO และ DMA 

          โหมด PIO (Programmed Input Output) เป็นการรับส่งข้อมูลโดยผ่านการประมวลผลของซีพียู คือรับข้อมูลจากฮาร์ดดิสก์ เข้ามายังซีพียู หรือส่งข้อมูลจากซีพียูไปยัง ฮาร์ดดิสก เห็นได้ชัดเลยว่าการทำงานนั้นมีความเกี่ยวข้องกับซีพียู ดังนั้นจึงไม่เหมาะในลักษณะงานที่ต้องการเข้าถึงข้อมูลในฮาร์ดดิสก์บ่อยครั้งหรือการทำงานหลายๆ งานพร้อมกันในเวลาเดียวที่เรียกว่า Multitasking environment ซึ่งการที่ต้องเข้าถึงข้อมูลในฮาร์ดดิสก์บ่อยครั้ง จะทำให้ความสามารถในการทำงานโดยรวมของระบบต่ำลง

          โหมด DMA (Direct Memory Access) จะอนุญาตให้อุปกรณ์ต่างๆ ส่งผ่านข้อมูลหรือติดต่อไปยังหน่วยความจำหลัก (RAM) ได้โดยตรงโดยไม่ต้องติดต่อไปที่ซีพียูก่อนเหมือนกระบวนการทำงานปกติ ประโยชน์ของการใช้ DMA ก็น่าจะเห็นได้ชัดเจน เพราะเมื่อซีพียูสามารถมุ่งมั่นกับงานของตนเองให้เสร็จโดยไม่ต้องพะวงว่าจะถูกสะกิดรบกวนจากฮาร์ดดิสก์ให้ช่วยทำงาน ก็สามารถทำให้ซีพียูจัดการงานได้รวดเร็วขึ้น ส่งผลให้ระบบโดยรวมมีความเร็วสูงขึ้นตามไปด้วย

SCSI (Small Computer System Interface) 
          เป็น Controller Card ที่มี Processor อยู่ในตัวเองทำให้เป็นส่วนเพิ่มขยายกับแผงวงจรใหม่ ใช้ควบคุมอุปกรณ์เสริมอื่นที่เป็นระบบ SCSI ได้ เช่น Modem CD-ROM Scanner และ Printer ใน Card หนึ่งๆจะสนับสนุนการต่ออุปกรณ์ได้ถึง 8 ตัว 



รูปแสดง อุปกรณ์ Hard Disk ที่เป็น SCSI 


​รูปแสดง สายสัญญาณแบบ Serial ATA 


ความแตกต่างของ Parallel ATA และ Serial ATA 
          สำหรับฮาร์ดดิสก์ที่มีการเชื่อมต่อบนมาตรฐาน Parallel ATA นั้นโดยปกติแล้วถูกออกแบบในสถาปัตยกรรมแบบเก่าที่ออกแบบเหมือนกับฮาร์ดดิสก์รุ่นก่อนๆ สืบทอดกันมา เพียงแต่ปรับเปลี่ยนการทำงานอาทิ ความเร็วรอบการหมุนจานดิสก์ของมอเตอร์จาก 3200 รอบต่อนาที มาเป็น 5400 รอบต่อนาที และจาก 5400 รอบต่อนาที มาเป็น 7200 รอบต่อนาที ปรับเปลี่ยนการส่งข้อมูลจาก PIO มาเป็น DMA และ Ultra DMA โดย DMA ในที่นี้หมายถึงระบบการถ่ายโอนข้อมูลของฮาร์ดดิสก์ที่แต่ละครั้งสามารถบรรทุกข้อมูลจากฮาร์ดดิสก์ไปสู่แรมได้เลยโดยไม่ไปยุ่งเกี่ยวการทำงานของซีพียู ทำให้เกิดการถ่ายโอนข้อมูลได้เร็วกว่า PIO เพราะ PIO นั้นการถ่ายโอนข้อมูลในแต่ละครั้งจำต้องผ่านการประมวลผลจากซีพียูเสียก่อน ส่งผลให้กว่าจะได้ข้อมูลที่ต้องการมีความล่าช้ามาก
นอกจากนี้ยังมีการปรับเปลี่ยนสายแพจาก 40 เส้น มาเป็น 80 เส้นปรับมาตรฐานจาก IDE ไปสู่ระบบ E-IDE ซึ่งให้ค่าทางประสิทธิภาพการทำงานที่มากกว่าเดิม การปรับเปลี่ยนดังกล่าวสามารถที่จะทำให้ฮาร์ดดิสก์ทำงานได้เร็วขึ้นก็จริงอยู่ แต่เมื่อมานั่งพิจารณาดูแล้วการทำงานที่ยังยึดมั่นอยู่กับสถาปัตยกรรมแบบเก่าบนมาตรฐาน Parallel ATA มักทำให้ฮาร์ดดิสก์ที่มีอินเทอร์เฟซแบบ E-IDE ยังห่างไกลจากระบบของ SCSI ของระบบเครือข่ายอยู่ดี อีกทั้งการพัฒนาของระบบ E-IDE ยังเป็นปัญหาคอขวดที่ไม่สามารถพัฒนาให้เร็วพอได้ เช่น 33 เมกะไบต์ต่อวินาที, 66 เมกะไบต์ต่อวินาที, 100 เมกะไบต์ต่อวินาที, 133 เมกะไบต์ต่อวินาที ระดับความเร็วที่เพิ่มขึ้นต่างกันไม่มากเมื่อเปรียบเทียบกับระบบการถ่ายโอนข้อมูลแบบ SCSI ที่เป็นแบบ Ultra160 เมกะไบต์ต่อวินาที, Ultra 320 เมกะไบต์ต่อวินาที ดังนั้นบริษัทผู้ผลิตฮาร์ดดิสก์ทั้งหลายจึงได้คิดค้นที่จะทำการปรับเปลี่ยนระบบการส่งข้อมูลของฮาร์ดดิสก์แบบใหม่ขึ้นมาโดยใช้ชื่อว่า Serial ATA เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพให้กับการถ่ายโอนข้อมูล 

การส่งข้อมูลแบบ Parallel ATA
0------------>
0------------>
0------------>
0------------>
1------------>
0------------>
1------------>
1------------>

          การส่งข้อมูลแบบ Parallel ATA นั้นจะส่งข้อมูลในแต่ละบิตแบบขนานกันไปแล้วนำข้อมูลที่ได้ในแต่ละสายสัญญาณมารวมกันเป็น (0 0 0 0 1 0 1 1 ) ซึ่งเป็นการส่งข้อมูลในระบบแบบเก่าจนถึงปัจจุบันที่ก็ยังเป็นแบบ IDE และ E-IDE โดยใช้สายนำสัญญาณแบบ 40 เส้นและ 80 เส้น

การส่งข้อมูลแบบ Serial ATA 
0 0 0 0 1 0 1 1 ------>
0 0 0 0 1 0 1 1 ------>

          หากเป็นการส่งข้อมูลในแบบ Serial ATA ที่มีความเร็วตีคู่ SCSI โดยใช้สายสัญญาณ 7 เส้น ช่วยให้ระบบการทำงานสามารถที่จะเพิ่มความเร็วในการส่งข้อมูลได้มากถึง 1.5 กิกะบิตต่อวินาที และต่อไปความเร็วจะเพิ่มขึ้นอีกเท่าตัวเป็น 3.0 กิกะบิตต่อวินาที หรือมากกว่าในอนาคต อีกทั้งในปัจจุบันอินเทอร์เฟซนี้ยังแฝงไว้ด้วยเทคโนโลยี NCQ ที่ช่วยให้ฮาร์ดดิสก์ฉลาดขึ้นในการส่งผ่านข้อมูลเพราะส่งต่อกันเป็นทอดๆ โดยหากเป็นข้อมูลชุดเดียวกันจะเข้าหาก่อนโดยไม่สนใจเรื่องคิวรันกันต่อเนื่อง จากที่กล่าวมาจึงสรุปได้เลยว่า คุณสมบัติของอินเทอร์เฟซ Serial ATA นั้นมีการทำงานที่เร็วกว่า Parallel ATA อีกทั้งต่อไปอินเทอร์เฟซนี้จะเป็นแกนหลักบนเมนบอร์ดแทนที่ IDEและ E-IDE ซึ่งเหมาะสมทั้งการใช้งานบนเครื่อง PC และ ระบบเครือข่ายขนาดย่อมที่มีงบประมาณไม่มาก หากคุณได้ลองสัมผัสดูแล้วจะรู้สึกถึงความเปลี่ยนแปลงที่แท้จริง คุ้มค่ากับเงินที่เสียไปครับ

การบำรุงรักษา 
          การ Defrag ซึ่งก็คือการจัดเรียงข้อมูลใน Hard Disk เสียใหม่เพื่อให้ Hard Disk ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สุด ทุกครั้งที่เราเขียนข้อมูล ไม่ว่าจะด้วยการติดตั้งโปรแกรมใหม่ หรือว่าใช้คำสั่ง Save จากโปรแกรมใดๆ ก็ตาม หรือการ Download ข้อมูล Program จาก Internet รวมไปถึงการ Copy ข้อมูลลงไปใน Hard Disk นั้น สิ่งที่เครื่อง คอมพิวเตอร์ต้องสั่งให้ Hard Disk ทำคือ เขียนข้อมูลเหล่านั้นลงไปบนพื้นที่ว่างบน Hard Disk ซึ่งการเขียนข้อมูลของ Hard Disk นั้นจะไม่เหมือนกับการเขียนข้อมูลในหนังสือหรือกระดาษอย่างที่เราทำกัน แต่โครงสร้างของ Drive จะแบ่งออกเป็นส่วนย่อยๆ เป็นบล็อกอย่างที่เรารู้จักกันคือ Cluster ในการเขียนข้อมูลนั้น เครื่องคอมพิวเตอร์ต้องเข้าไปจองพื้นที่เป็น Cluster โดยที่ไม่สนใจว่าจะใช้เต็มพื้นที่หรือไม่ ถ้าข้อมูลมีขนาดใหญ่เกินไปก็จะใช้พื้นที่หลายๆ Cluster ซึ่งจะว่าไปแล้วในตอนแรกนั้นข้อมูลก็ยังคงจะเรียงกันอย่างเป็นระเบียบอยู่อย่างที่ควรจะเป็น แต่ว่าเมื่อมีการใช้งานหนักเข้าเรื่อยๆ โดยเฉพาะ Application ต่างๆ บนวินโดวส์จำเป็นต้องมีการเปิด File หลายๆ File พร้อมกัน รวมทั้งมีการเขียนและลบ File บ่อยๆ จะทำให้ข้อมูลกระจายออกไป