اصول ذخیره‌سازی دیجیتال؛ قسمت دوم: انواع فضاهای ذخیره‌سازی

در قسمت اول، با واحد‌های اندازه‌گیری، آشنا شده و پس از آن با معرفی فضای ذخیره‌سازی (Storage) و حافظه (Memory)، به تفاوت‌های این دو پرداختیم. حال از شما دعوت می‌کنیم با قسمت دوم از سری مقالات اصول ذخیره‌سازی دیجیتال همراه باشید.

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.

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 درمقابل 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. به‌همین‌دلیل، است که با وجود ثابت ماندن ابعاد هارد دیسک‌ها، ظرفیت آن‌ها، به صورت پی‌درپی افزایش می‌یابد. چگالی اطلاعات درج شده 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 بر 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 اتصالاین رابط، که تعیین کننده چگونگی اتصال هارد درایو 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 دردسترس 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 درایوبه‌طور 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 درایوازآنجاکه 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. به‌طور کلی طول عمر یک هارد داریو، حداکثر ۵ سال است.

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

مزیت‌های سالید درایوSSDها در مقایسه با هارد دیسک‌ها، سریع‌تر، با داوم‌تر، خنک‌تر و کم سروصداتر هستند. SSDها 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 درایوبزرگ‌ترین مشکل سالید درایو، قیمت آن است. در حال حاضر، SSD‌ها، بسته به ظرفیتشان، ۷ تا ۵۰ برابر گران‌تر از دیسک‌های سخت هستند. البته اخباری 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 مسئله چندان مهم نیست، چراکه 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، به‌عنوان فضای ذخیره‌سازی اصلی رایانه‌ای است که میزبان سیستم‌عامل است. در مقایسه با هارد دیسک، این کاربرد، در مجموع باعث بهبود عمل‌کرد و کارآیی رایانه خواهد شد. در رایانه‌های رومیزی، بهترین کار، استفاده از SSDها به‌عنوان درایو سیستمی برای میزبانی سیستم‌عامل و استفاده از HDDها به‌عنوان 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.

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، به‌طور 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 SSD، 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 SSDها نمی‌رسد.

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