🧠 نحوه قرارگیری اطلاعات در هارد دیسک؛ سازماندهی بیت‌ها در دایره‌ای مغناطیسی
هارد دیسک‌ها یکی از شاهکارهای مهندسی در ذخیره‌سازی اطلاعات هستند. با وجود ساختار مکانیکی پیچیده، فرآیند ذخیره و بازیابی داده‌ها در آن‌ها بر اساس اصول دقیق و لایه‌های منطقی سازمان‌یافته انجام می‌گیرد. در این مقاله، به شکل‌گیری و چینش داده‌ها در لایه‌های مختلف هارد دیسک می‌پردازیم.
💽 ۱. ساختار فیزیکی صفحات مغناطیسی (Platters)
درون هارد دیسک، تعدادی صفحه‌ی مدور از جنس آلومینیوم یا شیشه سخت‌شده وجود دارد که هر کدام با لایه‌ای از ماده‌ی مغناطیسی پوشانده شده‌اند. این صفحات با کمک موتور مرکزی در حال چرخش‌اند و داده‌ها بر سطح آن‌ها به‌صورت بیت‌های مغناطیسی جای‌گذاری می‌شوند.
هر پلاتر دارای دو سطح ذخیره‌سازی است.
سرعت چرخش معمولاً بین ۵۴۰۰ تا ۷۲۰۰ دور در دقیقه است.
هد خواندن/نوشتن بدون تماس فیزیکی روی سطح حرکت می‌کند و داده‌ها را ثبت یا خوانش می‌کند.
📐 ۲. تقسیم‌بندی هندسی صفحات: ترک، سکتور، سیلندر
برای آن‌که داده‌ها به‌صورت منظم ذخیره شوند، سطح پلاتر به بخش‌های منطقی زیر تقسیم می‌گردد:
🔹 Track (ترک)
حلقه‌های هم‌مرکز روی هر سطح دیسک که مانند خطوط افقی روی سی‌دی عمل می‌کنند. هر ترک شامل داده‌های متوالی‌ست.
🔹 Sector (سکتور)
هر ترک به قطعات کوچکتری تقسیم می‌شود؛ هر سکتور معمولاً دارای ۵۱۲ بایت یا ۴۰۹۶ بایت اطلاعات است. سکتور کوچک‌ترین واحد خواندن/نوشتن داده است.
🔹 Cylinder (سیلندر)
مجموعه‌ای از ترک‌های هم‌شماره در پلاترهای مختلف. هدها می‌توانند به‌طور همزمان داده‌ها را از سکتورهایی در یک سیلندر بخوانند.
این تقسیم‌بندی هندسی به کنترل‌کننده‌ی هارد دیسک کمک می‌کند تا مکان دقیق داده‌ها را شناسایی کند.
⚙️ ۳. سازماندهی منطقی اطلاعات
در کنار ساختار فیزیکی، سیستم‌عامل برای مدیریت بهتر داده‌ها، فضای هارد را به نواحی منطقی تقسیم می‌کند:
🔸 Partition (پارتیشن)
فضای مجازی تقسیم‌شده از کل هارد دیسک؛ ممکن است شامل درایو‌های مجزا مثل C یا D باشد.
🔸 File System (سیستم فایل)
ساختاری برای مدیریت فایل‌ها و پوشه‌ها. رایج‌ترین‌ها:
FAT32
NTFS
exFAT
ext4
سیستم فایل تعیین می‌کند چگونه داده‌ها در سکتورها ذخیره شوند، فایل‌ها چگونه آدرس‌گذاری و جست‌وجو گردند، و چه زمانی فضایی برای نوشتن خالی است.
🧠 ۴. جدول تخصیص فایل (File Allocation Table)
برای هر فایل ذخیره‌شده، اطلاعاتی در جدول تخصیص فایل یا ساختار مشابه آن ثبت می‌شود:
نام فایل، تاریخ ایجاد، مجوزها، و موقعیت آن در سکتورها.
فایل‌های بزرگ ممکن است در چندین سکتور جدا ذخیره شوند.
اگر داده‌ای حذف شود، فقط نشان آن در جدول پاک می‌شود و سکتور واقعی تا بازنویسی باقی خواهد ماند.
💡 ۵. فناوری‌های بهینه‌سازی نوشتن و خواندن
🔧 NCQ (Native Command Queuing)
این فناوری اجازه می‌دهد دستورهای خواندن/نوشتن بهینه‌سازی شوند تا هد کمترین حرکت را داشته باشد و سرعت افزایش یابد.
🔐 SMART
سیستم تشخیص سلامت اطلاعات؛ بررسی وجود خطا، فساد سکتورها، یا کاهش عملکرد ذخیره‌سازی.
🔍 مثال ملموس از نحوه ذخیره‌سازی
اگر فایلی به اندازه ۲ مگابایت را روی هارد ذخیره کنیم:
سیستم فایل ابتدا موقعیت خالی را جست‌وجو می‌کند.
فایل به بلوک‌هایی هم‌اندازه با سکتورها تقسیم می‌شود.
هر بلوک در ترک/سکتور مناسب قرار می‌گیرد.
جدول فایل اطلاعات مکان، تاریخ، و مسیر بازخوانی را ثبت می‌کند.
🔮 نتیجه‌گیری: نظم درون چرخش
اطلاعات در هارد دیسک با ظرافت خاصی در حلقه‌های هم‌مرکز، زاویه‌های مغناطیسی و جدول‌های هوشمند ذخیره می‌شوند. نظم درون چرخش سریع پلاترها باعث می‌شود میلیاردها بیت در کسری از ثانیه یافت و بازیابی شود.