از گیگابایت تا ترابایت

واضح آرشیو وب فارسی:سایت دانلود رایگان: وقتی شرکت IBM در تاریخ 13 سپتامبر سال 1956 اولین هارددیسک دنیا را ساخت در حالی که به بزرگی یخچال بود، بیش از یک تن وزن داشت و از پلاترهایی به اندازه پیتزا استفاده می‌کرد. این هارددیسک‌ها کمپرسورهای هوای ویژه‌ای داشتند تا از آسیب رساندن هد به داده های ذخیره شده جلوگیری شود.
امروزه اندازه هارددیسک‌ها تا حد یک کتاب جیبی کاهش یافته و ظرفیت آنها حدود 2 ترابایت (2000 گیگابایت) و یا بیشتر است.

در 10 سال گذشته فناوری‌های گوناگونی در عرصه هارددیسک‌ها به وجود آمده است. در این سال‌ها، همواره ظرفیت افزایش یافته و از حجم فیزیکی نیز كاسته شده است. مثلا 10 سال پیش هارددیسک‌های 5،25 اینچی، فضایی حدود یک گیگابایت داشتند، در حالی که سال گذشته شرکتSeagate یک هارددیسک 3،5 اینچی را با ظرفیت 1،5 ترابایت عرضه کرد.
جالب‌تر آنکه فناوری اصلی و اولیه ساخت هارددیسک در یک دهه گذشته تغییر چندانی نداشته است. در این فناوری همچنان از هد خواندن و نوشتن و صفحات چرخان استفاده می‌شود. البته فناوری ساخت هارددیسک‌ به طور کلی راکد نمانده است، بلکه این تغییرات جدید، اغلب بی‌سر و صدا و در پشت صحنه انجام شده و از این رو به چشم نمی‌آید. یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌ها در هارددیسک‌های امروزی، پیاده‌سازی فناوری ذخیره‌سازی مغناطیسی ستونی
یاPerpendicular Magnetic Recording) PMR) است. قبل از این، بیشتر هارددیسک‌ها از فناوری ذخیره‌سازی مغناطیسی ـ مقاومتی یا
Giant Magneto Resistive) GMR)استفاده می‌کردند. نحوه کار در هر دو روش یکسان و مبتنی بر نرخ تغییر مغناطیسی است، اما در فناوری PMR قطب‌های عناصر مغناطیسی که نماینده بیت‌ها هستند، به صورت عمودی و ستونی در یک ردیف صفحات مختلف قرار می‌گیرند. مزیت این کار در این است که عنصرهای مغناطیسی بیشتری می‌توانند در یک ناحیه دیسک ذخیره شوند. به این ترتیب تراکم و چگالی ذخیره‌سازی زیادتر شده و نهایتا این کار منجر به افزیش ظرفیت هارددیسک می‌شود(شکل1).

[تصویر: FromGtoT_01_s.jpg]

شکل 1 مقایسه بین روش ذخیره‌ سازی PMR را در برابر روش قدیمی‌تر نشان می‌دهد.
همانطور که مشاهده می‌شود در روش جدید در همان فضا تعدا بیت‌های بیشتری ذخیره می‌شود.

فناوری PMR ، هم ظرفیت‌ را افزایش داده و هم باعث کوچک شدن اندازه هارددیسک شده است. با استفاده از صفحات فشرده‌تر، می‌توان یک هارددیسک 3،5 اینچی را در اندازه 2،5 اینچ نیز تولید کرد. کاربرد این فناوری را در حال حاضر می‌توان با بررسی ابزارهای پخش همراه چند رسانه‌ای مشاهده کرد. فکر می‌کنید شرکت Apple چگونه توانسته موفق به جای دادن 160 گیگابایت فضا در iPod شود؟
هارددیسک علاوه بر تغییرات ایجاد شده در اندازه و ظرفیت، دست‌خوش تغییراتی در رابط کاربری و نحوه اتصال به كامپیوتر از حالت IDE به SATA نیز شده است. فناوری SATA در سال 2003 برای جایگزینی IDE معرفی شد. این روش با استفاده از گذرگاه سریال پر سرعت خود، سرعت انتقال بسیار بالاتری فراهم می‌کند، از قابلیت Hot Swap پشتیبانی می‌نماید و از فناوری تقسیم پورت‌ها یا Port Multiplexing هم بهره می‌برد. ضریب اطمینان دستگاه‌های SATA بسیار بیشتر از IDE است و کابل‌های باریک‌ آنها، کار را ساده‌تر ساخته است. دومین نسخه این فناوری (SATA II) با قابلیت انتقال 300 مگابایت اطلاعات در ثانیه، نه تنها توان عملیاتی بیشتری ارائه می‌کند، بلكه از فناوری(Native Command Queuing) NCQ هم پشتیبانی می‌کند و پشتیبانی بهتر و کامل‌تری نیز از قابلیت Hot Plugدارد.
فناوری NCQ باعث می‌شود داده‌های مرتبطی که در صفحات هارددیسك قرار دارند، طوری چیده شوند که دسترسی به آنها با حداقل چرخش صفحات فراهم شود. این روش همچنین این توانایی را به هارددیسك می‌دهد كه مدیریت فایل‌هایی را كه سیستم خواستار دسترسی به آنهاست، شخصا به عهده بگیرد. در این حالت داده‌ها سریع‌تر خوانده می‌شوند.
گرچه قابلیت انتقال اطلاعات در فناوری SATA II به 300 مگابایت در هر ثانیه رسیده است، اما در عمل به دلیل محدودیت‌های مکانیکی، هارددیسک نمی‌توان این میزان سرعت را تجربه کرد. سرعت واقعی هارددیسک برابر سرعت دسترسی آن است. این سرعت هم، بستگی به سرعت چرخش صفحات دارد و این نقطه ضعف اصلی هارددیسک‌های معمولی و قدیمی است.
همانند تمام چیزهایی که در دنیای ما وجود دارد، سرعت چرخش صفحات هارددیسک نیز توسط قوانین تغییرناپذیر فیزیک محدود شده است. بدون آنکه وارد جزئیات شویم، همین را می‌گوییم که در حال حاضر داشتن هارددیسک‌هایی که سریع‌تر بچرخند، میسر نیست. چرا که در این صورت به توان مصرفی بیشتری نیاز خواهند داشت. علاوه بر این باید بسیار محکم‌تر و قوی‌تر باشند تا بتوانند نیروی گرانشی تولید شده توسط صفحات را تحمل کنند (شکل 2).

[تصویر: FromGtoT_02_s.jpg]

شکل 2: این تصویر نمای نزدیک از یک هارددیسک معمولی‌ است. در تصویر بخش‌های مختلف هارددیسک مانند صفحات ذخیره اطلاعات، هد خواند/نوشتن، بازوی هد و موتور به راحتی قابل مشاهده است. این جا بود که نیاز به درایوهای حالت جامد (SSD) احساس شد. هر چند این درایوها از چندین دهه پیش به شکل دیگری وجود داشته‌اند، اما به تازگی استفاده از آنها به علت کاهش هزینه‌های تولید، رواج بیشتری یافته است. البته هنوز حافظه‌های SSD بسیار گران هستند و تحلیل‌گران پیش‌بینی می‌کنند تا قبل از سال 2010 امکان فراهم شدن توانایی خرید آنها برای عموم کاربران وجود نداشته باشد.
با رایج شدن SSD، هارددیسک‌ معمولی ارزان‌تر می‌شود اما باز هم نمی‌توان به زودی منتظر منسوخ شدن این گونه هارددیسک‌ها و جایگزینی آنها با فناوری‌‌های جدید بود.
البته زمانی که صحبت از ذخیره‌سازی می‌شود، منظور ما تنها محدود به هارددیسک‌ها نیست. گونه‌های متنوع دیگری از ابزارهای ذخیره‌سازی ثانویه (مانند دیسک‌های نوری و یا حافظه‌های فلش) نیز وجود دارد. دیسک‌های Blu-ray به آهستگی اما به صورت قطعی جایگزین دی‌وی‌دی می‌شوند و حافظه‌های فلش هم در دستگاه‌های بی‌شماری، از تلفن‌های همراه تا ابزارهای پخش چند رسانه‌ای، کاربرد پیدا کرده‌اند.
واضح است که نیاز کاربران به داشتن حافظه بیشتر به این سادگی بر طرف نمی‌شود و تنها چیزی كه در کل تاریخ ذخیره‌سازی ثابت و بدون تغییر مانده است، همین مورد است. ما همچنان به گسترش و توسعه مرزهای فناوری ذخیره‌سازی، چه از نظر فناوری و چه از نظر مکانیکی ادامه خواهیم داد.
در ادامه به تغییرات مختلفی که در 10 سال گذشته در حوزه ذخیره‌سازی اطلاعات رخ داده است، نگاه می‌کنیم:
1997:
• در این مقطع، فلاپی‌دیسک‌های سنتی و قدیمی منسوخ شدند. آنها نه سرعت بالا و نه ظرفیت مناسب برای نیازهای کاربران آن زمان داشتند.
«» دی‌وی‌دی به کاربران معرفی شد. فیلم‌ها و دستگاه‌های پخش دی‌وی‌دی به سرعت رواج یافتند. بسیاری از فیلم‌ها هنوز به این فرمت عرضه می‌شوند و شمار بسیار زیادی از بازی‌ها و نرم‌افزارها نیز همچنان روی این دیسک‌ها منتشر می‌شوند.
1998:
• دیسک DeskStar 14GXP شرکت IBM با ظرفیت 14،4 گیگابایت به بازار آمد که از اولین نمونه‌های هارددیسک فناوریGMR بود. این هارددیسک عملکرد خوبی داشت و در آن زمان ظرفیتش بسیار بالا بود، ضمن آنکه سریع و بی‌‌سر و صدا هم بود. شاید تنها ایرادش، قیمت ناچیز 798 دلار‌ی‌اش بود!
1999:
• در این زمان کارت‌های حافظه، جزئی لاینفک در زندگی روزانه کاربران شده بودند.
فرمت (Secure Digital) SD که در حال حاضر محبوب‌ترین و پرطرفدارترین نوع کارت حافظه است، در این سال متولد شد. تنها در عرض چند سال بعد، انواع دیگری از این نوع کارت ( SDHCوmiscroSDHC ) با اندازه کوچک‌تر و ظرفیت بیشتر روانه بازار شدند.
2000:
• اولین درایو فلش که از رابط USB بهره می‌برد، برای استفاده عموم روانه بازار شد.
2003:
• در این سال، رابط SATA به عنوان جایگزین IDE معرفی شد. مزایای اصلی SATA نسبت به PATAسرعت انتقال بالاتر، قابلیت Hot Swap، کابل‌های رابط باریک‌تر و در نتیجه بهبود تهویه هوای درون کیس و در نهایت قابلیت اطمینان بیشتر آن بود.
• البته SATAبی‌نقص هم نبود و از این رو بعد از مدتی SATA II یا همان SATA 3.0Gbps وارد عرصه شد. مهم‌ترین پیشرفت درSATA II فناوری NCQ بود که انجام قابلیت چندکاری (Multitasking) را بهبود می‌بخشید. قابلیت انتقال آن هم 300 مگابایت در ثانیه، یعنی دو برابر SATA اولیه بود.
• اندکی بعد از معرفی SATA شرکتSeagate از اولین هارددیسک SATA خود با نام Barracuda ATA V Plus پرده برداشت. این هارددیسک با سرعت 7200 دور در دقیقه می‌چرخید.
• کمی بعد شرکت Western Digital، هارددیسک مدل Digital Raptor WD360GD را با رابط SATA معرفی کرد. این مدل با سرعت 10000 دور در دقیقه می‌چرخید و عملکردی معادل SCSI را با قیمت مناسب در اختیار کاربر می‌گذاشت.
• اولین درایو با سرعت 15000 دور در دقیقه با نام Cheetah 15K.3 توسط Seagate عرضه شد. البته افتخار این دور بالا تنها در اختیار آنها نماند و شرکت Maxtor با ارائه مدل Atlas 15K، وارد رقابت با Seagate شد. در مقایسه‌ای که آن زمان توسط سایت Hardwarezone بین این دو مدل انجام شده بود، مدل Cheetahوفاداری خود را به نامش ثابت کرد و تقریبا در همه تست‌ها Atlas را پشت سر گذاشت.
• در سال 2003 شاهد پیشرفت‌های بسیار زیادی در فناوری ساخت هارددیسک بودیم، هر چند که بعد از آن هم فناوری‌های بیشتری در راه بودند. هارددیسک Travelstar 7K60 شرکت هیتاچی نه تنها اولین هارددیسک 2،5 اینچی بود، بلکه اولین محصولی بود که با استفاده از فناوری GMR موفق شد به تراکم 50 گیگابایت در هر اینچ مربع دست پیدا کند. این مدل، سرعت و عملکردی معادل هارددیسك‌های پرقدرت کامپیوترهای رومیزی را برای کاربران نوت‌بوک فراهم می‌کرد.
• شرکت Western Digital مدل Raptor WD740GD را معرفی کرد که دنباله‌رو و نمونه کامل‌تری از مدل قبلی خود یعنی Raptor WD360GD بود و سریع‌ترین هارددیسک برای کامپیوترهای رومیزی در زمان خود شناخته شد.
گرچه حافظه‌های فلش رواج فوق‌العاده‌ای یافته بودند، اما از نظر ظرفیت ذخیره‌سازی قابل رقابت با هارددیسک‌ها نبودند. در این زمان بود که شرکت Seagate محصولی بسیار کوچک و منحصر به فرد به نام Seagate 5.0GB Pocket Hard Drive را روانه بازار ساخت که به راحتی در جیب جای می‌گرفت. این وسیله امکان ذخیره‌سازی 5 گیگابایت اطلاعات را فراهم می‌ساخت که در آن زمان فوق‌العاده بود. این هارددیسک عملکرد خوبی داشت، اما نقطه ضعف آن قیمت بالایش بود.
• توشیبا و سامسونگ، شرکت فناوری ذخیره‌سازی ToshibaSamsung را بنا نهادند. هدف اصلی این شرکت ساخت درایو دیسک‌های نوری بود. توشیبا 51 درصد از سهام این شرکت و سامسونگ، 49 درصد باقی مانده را در اختیار دارند.
2005:
• به عنوان نخستین شركت، توشیبا موفق به ساخت هارددیسک تجاری با استفاده از فناوری ذخیره‌سازی مغناطیسی عمودی یا PMR شد. با استفاده از فناوری PMRمی‌توان ظرفیت ذخیره‌سازی فضای هارددیسک‌ را تا سه برابر بیشتر کرد. بعد از این شرکت Seagate هم اعلام کرد که همه مدل‌های بعدی خود را با استفاده از این فناوری روانه بازار می‌کند.
• یکی دیگر از فناوری‌های جدید و جالب ذخیره‌سازی در آن سال، فناوری i-RAM ارائه شده از سوی شرکت گیگابایت بود.
i-RAM کارت حافظه‌ای بود که در اسلات PCI قرار می‌گرفت. بر i-RAM چهار اسلات رم از نوع DDR وجود داشت. به این ترتیب کاربر می‌توانست تا 4 گیگابایت حافظه با سرعت بالا (برای ذخیره اطلاعات) را در اختیار داشته باشد. در حالی که ایده استفاده از حافظه‌های جامد (SSD) به جای هارددیسک، ایده جدیدی نبود، اما ایده گیگابایت یعنی i-RAM نظر همه را جلب کرد.
در تستی که میان این فناوری جدید با هارددیسک مدل Raptor شرکت
Western Digital انجام شد، همانطور که انتظار می‌رفت i-RAM مدل Raptor را شکست داد.i-RAM در سرعت بی‌همتا بود و عنوان مبتکرانه‌ترین ابزار و فناوری ارائه شده را از سایت Hardwarezone دریافت کرد.
2006:
• در این سال، اولین پخش‌کننده‌های Blu-ray و HD DVD فروخته شدند. یک دیسکHD DVD یک لایه و یک طرفه می‌تواند معادل 15 گیگابایت، یعنی تقریبا سه برابر دی‌وی‌دی را در خود جای دهد. یک دیسک Blu-ray یک لایه و یک طرفه می‌تواند تقریبا 25 گیگابایت اطلاعات را در خود ذخیره کند که 5 برابر دی‌وی‌دی معمولی است.
• SD موقعیت خود را با ارائه SDHC تثبیت كرد. این کارت حافظه پرظرفیت می‌توانست تا 32 گیگابایت اطلاعات را در خود جای دهد.
• شرکت‌های Sony و NEC که نمی‌خواستند از قافله عقب بمانند، با همکاری یکدیگر شرکت Sony NEC Optiarc را تأسیس کردند که در آن همانند دیگر رقبای خود به ساخت و عرضه درایوهای نوری برای شرکت‌های بزرگ سازنده کامپیوتر می‌پرداختند.
• شرکت Seagate، شرکت Maxtor سومین سازنده بزرگ هارددیسک جهان را به مبلغ 1،9 میلیارد دلار خرید تا به بزرگ‌ترین تولیدکننده هارددیسک دنیا تبدیل شود.
2007:
• سرانجام هارددیسک‌های 3،5 اینچی توانستند به ظرفیت یک ترابایت برسند. اولین هارددیسک یک ترابایتی توسط هیتاچی و با استفاده از فناوریPMR ساخته شد.
2008:
• در چهارم ژانویه سال 2008 استودیوی فیلم‌سازی" برادران وارنر" متعهد شد که از Blu-ray پشتیبانی کند ‌انتشار فیلم‌های خود را با فرمت HD DVD متوقف كرد. با پشتیبانی بزرگ‌ترین استودیوی فیلم‌سازی جهان ازBlu-ray، فناوری HD DVD نابود شد.
• شرکت Seagate با استفاده از فناوریPMR توانست یک هارددیسک 1،5 ترابایتی عرضه کند و ظرفیت هارددیسک‌های یک ترابایتی را 500 گیگابایت افزایش دهد و در نتیجه بزرگ‌ترین هارددیسک را در طول 5 دهه تکامل هارددیسک‌ها تولید نماید.
در سال 1956 اولین هارددیسک توسط شرکت IBM وارد بازار شد. این هارددیسک می‌توانست با 5 دیسک 24 اینچی، 5 مگابایت دیتا را ذخیره کند. برای چندین سال استفاده از هارددیسک محدود به Mainframeها و کامپیوترهای عظیم‌الجثه بود. این تصویر یک سیستم RAMAC را نمایش می‌دهد که برای برنامه نویسان کامپیوتری که در آن دوران کار کرده‌اند تصویری آشناست. در آن زمان افرادی که مسئول حفاظت از این سیستم‌ها بودند باید سیلندرهای مستعمل را با سیلندرهای جدید تعویض می کردند تا افزایش حرارت به آنها آسیب نرساند. در این قسمت بازوی کنترل کننده مدام در سیستم دیسک بالا و پایین می‌رفت.
[تصویر: FromGtoT_03_s.jpg]

شکل 3
در سال 1973 هارددیسک IBM 3340 با ظرفیت 30 مگابایت به بازار آمد که به نام وینچستر معروف شد. قسمت هد این هارددیسک روی سطحی از هوا به ضخامت 18 میلیونم اینچ حرکت می‌کرد و دیتا را می‌خواند. رکوردی که این شرکت در این سال به جای گذاشت ساخت پلاترهایی بود که توانایی ذخیره سازی 1.7 مگابایت اطلاعات در هر اینچ مربع داشت. در آن زمان برای ذخیره هر مگابایت دیتا باید 7.81 دلار هزینه می‌شد!

[تصویر: FromGtoT_04_s.jpg]

شکل 4
در سال 1980 سی‌گیت اولین هارد دیسک 5.25 اینچی با ظرفیت 5 مگابایت را عرضه کرد.
در سال 1988 هیتاچی درایو 1.89 گیگابایتی ساخت که از دیسک های 9.5 اینچی تشکیل شده بود و نسبت کیلوگرم به گیگابایت را از 121 کیلوگرم در ازای هر گیگابایت به 42 کیلوگرم رساند. این درایو اولین هارددیسک یک Mainframe بود که به راحتی توسط انسان قابل حمل بود.
[تصویر: FromGtoT_05_s.jpg]

شکل 5: یک هارددیسک 5.25 اینچی با ظرفیت 110 مگابایت در کنار هارددیسک6.4 گیگابایتی 2.5 اینچی
در اواسط دهه 1980 اندازه هارددیسک‌ها بسیار کوچکتر شد تا جایی که یک هارددیسک استاندارد 5.25 اینچی، تنها 3 اینچ ارتفاع داشت و یکی دو کیلوگرم بیشتر وزن نداشت. از سال 1987 هارددیسک‌های 3.5 اینچی پا به عرصه گذاشتند.
وزن این هارددیسک‌ها در حدود نیم کیلوگرم بود. این هارددیسک‌ها برای اولین بار در داخل کیس کامپیوترهای شخصی وارد بازار شدند. سال‌ها بعد نیز از آنها در ساخت نوت‌بوک‌های 5.5 کیلوگرمی استفاده شد.
[تصویر: FromGtoT_06_s.jpg]

شکل 6: شش هارددیسک در اندازه‌های 8 ، 5.25، 3.5، 2.5، 1.8 و 1 اینچ
میکرو درایوی به اندازه یک هامستر! شرکت IBM این درایو را در سال 1999 با پلاترهای یک اینچی ساخت ولی تا ورود iPod به بازار پلیرها، نتوانست بازار مناسبی برای آن بیابد.
[تصویر: FromGtoT_07_s.jpg]

شکل 7
در اینجا تصویر میکرو درایوهای شرکت هیتاچی را مشاهده می کنید که از پلاترهایی به قطر یک اینچ برخوردار است. در حالی که شرکت توشیبا این اندازه را به 0.85 اینچ کاهش داده است. هرچند امروزه شرکت ها تمایلی برای کوچکتر کردن اندازه درایوها ندارند و بیشتر به دنبال فشرده کردن هرچه بیشتر دیتا به کمک فناوری های جدید هستند.
[تصویر: FromGtoT_08_s.jpg]