HDD คืออะไร ? รู้จักฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ ที่ใช้มาตั้งแต่อดีต ถึงปัจจุบัน

HDD คืออะไร ? อุปกรณ์เก็บข้อมูลแบบถาวร ที่ใช้มาตั้งแต่อดีต ถึงปัจจุบัน

สำหรับ คอมพิวเตอร์ PC เป็นอุปกรณ์ที่มีองค์ประกอบหลายอย่าง ไม่ว่าจะเป็น หน่วยประมวลผลกลาง (CPU), หน่วยประมวลผลกราฟิก (GPU), หน่วยความจำหลัก แบบชั่วคราว RAM, แผงวงจรหลัก (Mainboard) ฯลฯ ซึ่งอุปกรณ์อย่าง ฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ (Hard Disk Drive หรือ HDD) ก็เป็นหนึ่งในหัวใจสำคัญของคอมพิวเตอร์เช่นกัน มันทำหน้าที่เป็นหน่วยความจำแบบถาวรสำหรับใช้เก็บข้อมูลตัวระบบปฏิบัติการ และซอฟต์แวร์ต่าง ๆ 

เทคโนโลยี HDD นี้ เริ่มพัฒนามาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1953 (พ.ศ. 2496) และถูกพัฒนามาอย่างต่อเนื่องตลอด 70 ปีที่ผ่านมา และมันยังไม่หายไปไหน ปัจจุบันนี้ก็ยังนิยมใช้งานกันอยู่ทั่วไป

ฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ คืออะไร ? (What is Hard Disk Drive ?)

สำหรับอุปกรณ์เก็บข้อมูล (Storage Device) ที่มีชื่อว่า ฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ (Hard Disk Drive - HDD) อุปกรณ์ที่บางคนคนก็เรียกมันว่า ฮาร์ดดิสก์ (Hard Disk), ฮาร์ดไดรฟ์ (Hard Drive) หรือ ฟิกซ์ดิสก์ (Fixed Disk) คืออุปกรณ์เก็บข้อมูลชนิดหนึ่งที่ใช้ในคอมพิวเตอร์, โน้ตบุ๊ก หรือเซิร์ฟเวอร์ มันสามารถเก็บข้อมูลเอาไว้ได้แบบ "Non-Volatile" นั่นหมายความว่าข้อมูลจะถูกบันทึกเอาไว้ได้ โดยไม่ต้องใช้พลังงานไฟฟ้าคอยเลี้ยงข้อมูลเอาไว้

ระบบปฏิบัติการของคอมพิวเตอร์จะมีหน้าที่คอยควบคุมการอ่าน-เขียนข้อมูลของ HDD ให้เป็นไปตามความต้องการของซอฟต์แวร์ โดยความเร็วในการอ่าน-เขียนข้อมูลของ HDD จะมีความแตกต่างกันไปแล้วแต่เทคโนโลยีที่ใช้ในการออกแบบ

ความเป็นมาของ ฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ (History of Hard Disk Drive)

อุปกรณ์เก็บข้อมูลตัวแรกของโลกที่ใช้จานแม่เหล็ก (Platters) เป็นสื่อในการเก็บข้อมูลมีชื่อว่า "IBM 350" ดูจากชื่อก็คงไม่ต้องบอกว่ามันถูกพัฒนาขึ้นมาโดยบริษัท IBM เปิดตัวเป็นครั้งแรกเมื่อวันที่ 14 กันยายน ค.ศ. 1956 (พ.ศ. 2499) โดยมันเป็นหน่วยความจำที่ถูกใช้ในคอมพิวเตอร์รุ่น IBM 305 RAMAC ซึ่งคำว่า RAMAC นั้นย่อมาจาก "Random Access Method of Accounting and Control" เนื่องจากมันเป็นคอมพิวเตอร์ที่ออกแบบมาเพื่อใช้ในการทำระบบบัญชีแบบเรียลไทม์

IBM 350 มีจานแม่เหล็กขนาดใหญ่ถึง 24 นิ้ว สามารถเก็บข้อมูลได้ 3.75 MB. โดยจานจะถูกหมุนด้วยความเร็ว 1,200 รอบต่อนาที (RPM) มีหัวอ่าน 2 ตัวเพื่อใช้ในการอ่าน และเขียนข้อมูลที่ความเร็วประมาณ 9 KB/s สามารถเข้าถึงข้อมูลได้โดยใช้เวลาแค่ประมาณ 600 ms สำหรับเทคโนโลยีหน่วยความจำในยุคนั้นถือว่า IBM 350 ทำงานได้เร็วมาก

IBM 350
ภาพจาก : https://www.storagenewsletter.com/2011/06/20/history-first-hdd-ibm-ramac-350/

ฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ ทำงานอย่างไร ? (How does Hard Disk Drive work ?)

องค์ประกอบของ HDD

ภายใน HDD จะมีแผ่นจานหมุน หรือจานแม่เหล็ก ที่มีชื่อเรียกว่า "แพลตเตอร์ (Platter)" ซึ่งเจ้า Platter จะสามารถเก็บข้อมูลเอาไว้ได้การเก็บประจุไฟฟ้า โดยประจุไฟฟ้านี้จะมาจาก "Actuator Arm" หรือหัวอ่าน-เขียนข้อมูล ที่สามารถเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งต่าง ๆ บน Platter ที่หมุนอยู่ได้ ตามคำสั่งที่รับมาจากซอฟต์แวร์ภายในของเจ้าตัว HDD นั่นเอง

โดยใน HDD หนึ่งตัวจะประกอบด้วยหลาย Platter โดยจะมีหัวอ่านคั่นอยู่ระหว่าง Platter ซึ่งบน Platter จะแบ่งย่อยออกเป็นเซกเตอร์ (Sector) ภายใน Sector ก็ยังจะย่อยลงไปเป็นหน่วยย่อยขนาดเล็กจำนวนมาก ซึ่งก็จะเรียกว่า "บิต (Bit)" เจ้าตัว Bit นี้เองที่ทำหน้าที่เก็บประจุไฟฟ้าซึ่งสามารถแปลงเป็น Binary ค่า "1" และ "2" ได้

ภาพจาก : http://www.gcsecs.com/magnetic-hard-disk-drive.html

การบันทึกข้อมูลตามแนวยาว (Longitudinal Recording)

HDD ได้รับการพัฒนามาอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหลายปี แต่มีความเปลี่ยนแปลงหนึ่งที่ค่อนข้างสำคัญ โดยใน HDD แบบดั้งเดิม จะมีการเขียนข้อมูลในแนวยาว (Longitudinal) ขนานไปกับ Sector บน Platter

อย่างไรก็ตาม การเขียนข้อมูลเริ่มมีปัญหา เมื่อต้องการเพิ่มความจุของ HDD ให้เก็บข้อมูลได้มากขึ้น โดยการลดขนาดของ Sector ให้เล็กลง ทำให้เกิดปัญหา "บิตเพี้ยน" แบบสุ่มเพื่ออุณหภูมิมีความเปลี่ยนแปลง ทำให้ข้อมูลเกิดความเสียหายได้

การบันทึกข้อมูลในแนวตั้ง (Perpendicular Recording)

การบันทึกข้อมูลในแนวตั้งถูกคิดค้นขึ้นมาเพื่อแก้ปัญหาที่พบในการบันทึกข้อมูลตามแนวยาว (Longitudinal recording) โดยเทคนิคนี้จะนำ Sector มาเรียงซ้อนกัน ทำให้ความจุของ HDD เพิ่มขึ้นกว่าเดิมอย่างน้อย 3 เท่า เมื่อเทียบกับการบันทึกข้อมูลตามแนวยาว อย่างไรก็ตาม มันก็มีข้อแลกเปลี่ยนด้วยเช่นกัน โดยตัวแขนหัวอ่านจะต้องออกแบบให้มีความแม่นยำในการอ่าน-เขียนข้อมูลมากขึ้นกว่าเดิมด้วย

Disk Fragmentation

เวลาที่หน่วยประมวลผลกลาง (CPU) สั่งเขียนข้อมูลลงบน HDD มันก็จะต้องใช้พื้นที่ของ Sector ส่วนจะใช้มากขนาดไหน ก็ขึ้นอยู่กับขนาดของไฟล์ เมื่อข้อมูลมีการอัปเดตเกิดขึ้น CPU ก็จะบอกให้ HDD เขียนข้อมูลใหม่ลงใน Sector ถัดไปที่มีพื้นที่ว่างอยู่ ระยะห่างที่เกิดขึ้นระหว่าง Sector เดิม กับ Sector ใหม่ จะมีผลกระทบต่อความเร็วในการอ่านข้อมูล

แม้ความช้าที่เกิดขึ้นจะอยู่ในระดับเพียงเสี้ยววินาที แต่ถ้าข้อมูลมีขนาดใหญ่มาก และกระจาย Sector เก็บไปทั่วทั้ง HDD หรือที่เรียกว่า "Disk fragmentation" ความช้าในการอ่านข้อมูลก็จะสามารถสัมผัสได้อย่างชัดเจน อย่างไรก็ตาม ระบบปฏิบัติการส่วนใหญ่จะมีเครื่องมือในการเรียงข้อมูลให้เป็นระเบียบเก็บไว้ติดกัน หรือที่เรียกว่าการทำ "Defragment" นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมถึงมีคำแนะนำให้ผู้ใช้งาน HDD หมั่นทำ Disk Defragment เป็นประจำ

รูปแบบของ ฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ (Types of Hard Disk Drive)

สำหรับรูปแบบของ HDD (HDD Form Factor) นั้นมีออกมาอยู่ 8 รูปแบบ แต่ในปัจจุบันนี้เหลือที่ใช้งานกันอยู่ แค่ 2 รูปแบบเท่านั้น คือ HDD 3.5 นิ้วที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะ และ HDD 2.5 นิ้ว ที่ใช้กับเครื่องคอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊ก และกับ HDD แบบพกพา (Portable HDD) นั่นเอง

HDD ขนาด 1.8 นิ้ว ที่อยู่ภายใน iPod Classic
ภาพจาก : https://en.m.wikipedia.org/wiki/File:IPod_classic_2007_MB029_Toshiba_hard_drive_pentalobe_screw.jpg

ข้อดี-ข้อเสียของ ฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ (Hard Disk Drive Pros and Cons)