دیسک‌های سخت قدیمی را بشناسیم

می توان از جمله دستگاه هایی که ورودی را مستقیما از کاربر دریافت می کنند به صفحه کلیدها و موش واره ها اشاره داشت که به پهنای باند کم و در عوض سرعت پاسخ گویی بالا نیاز دارند. برای مثال تایپیستی را در نظر بگیرید که 60 کلمه را در هر دقیقه تایپ می کند. در صورتی که هر کلمه را به طور متوسط 5 حرفی در نظر بگیریم، آن گاه 5 کاراکتر در هر ثانیه توسط دستگاه I/O بایستی تولید شود. این مقدار برای پهنای باند دستگاه I/O بسیار ناچیز است ولی اگر کامپیوتر واکشی آنی نسبت به فشردن کلیدها از خود ابراز نکند، کاربر به سرعت متوجه آن خواهد شد.

از دستگاه هایی که خروجی را به کاربر نمایش می دهند می توان از کارت ویدئو، چاپگر و کارا صوتی نام بر که به پهنای باند خروجی زیاد و پهنای باند ورودی کم نیاز دارند. از دستگاه هایی که با ماشین های دیگر در تعامل اند می توان گرداننده های دیسک، CD ROM و واسط های شبکه و غیره را نام برد. معمولا این دسته از دستگاه های I/O برای عرضه ی بیشینه ی کارایی به چهنای باند زیادی در هر دو باند ورودی و خروجی و زمان پاسخ ناچیزی از سوی پردازنده نیاز دارند.

سیستم های دیسک

دیسک های سخت یکی از اجزای مهم تاثیر گذار بر کارآیی سیستم های I/O هستند. از آنها علاوه بر پشتیبانی از حافظه مجازی، به عنوان وسیله ای جهت ذخیره سازی دایمی داده ها استفاده می شود. کارایی بسیاری از برنامه های کاربردی تجاری به پهنای باند دیسک سخت بستگی دارد. علت نام گذاری دیسک های سخت، تمایز آنها از دیسک های نرم (فلاپی) است که در گذشته برای انتقال داده هایی با حجم کوچک از کامپیوتری به کامپیوتر دیگر استفاده می شوند. ظرفیت داده ای هر دیسک نرم 3.5 اینچی معمولا 1.44 مگابایت بود، در صورتی که دیسک های سخت می توانند ظرفیتی بالاتر از 75 مگابایت داشته باشند. هم چنین سرعت دستیابی به داده ها در دیسک سخت به مراتب از دیسک های نرم بیشتر است. در ادامه زیر سیستم معمولی دیسک های سخت را در بستر  I/O کامپیوتر تشریح می کنیم.

یک کارت آداپتور (Adapter) به گذرگاه I/O متصل می شود و دیسک های سخت به جای اتصال مستقیم به گذرگاه I/O، به گذرگاه آداپتور متصل می شوند زیرا پهنای باند موجود در هر دیسک واحد عموما خیلی کمتر از پهنای باند گذرگاه I/O است. در این حالت بدون کاهش توانایی دیسک ها در انتقال داده ها امکان اتصال چندتای آن ها به شکافی ( slot) بر روی گذرگاه I/O وجود دارد و فضای واقع در گذرگاه برای استفاده مابقی دستگاه ها آزاد می شود. این کار امکان اتصال مدل خاصی از دیسک سخت به انواع متنوعی از گذرگاه I/O را نیز فراهم می سازد. برای مثال به کمک آداپتوریکه با قالب بندی PCI سازگاری دارد، هر دیسک سختی را که از پروتکل SCSI استفاده می کند می توان به گذرگاه I/O از نوع PCI متصل کرد یا توسط یک کارت آداپتور متفاوت به گذرگاه دیگری مرتبط ساخت.

سازمان دیسک سخت

هر دیسک سخت نوعی متشکل از چندین Platter (صفحه های فلزی که داده ها بر روی آنها ذخیره می شوند) است. هر پلاتر، هد خواندن/نوشتن مخصوص به خود را دارد که به شکل موازی امکان جا به جایی و دست یابی به داده ها را بر روی پلاترها فراهم می سازد. داده های پلاترها درون شیارها (دایره های متحد المرکز) و قطاع ها (بخشی از هر دایره) سازمان دهی می شوند. در دیسک سخت، هر قطاع حاوی مقدار داده ی یکسانی است که اغلب 512 بایت می باشد.

طراحی دیسک های سخت قدیمی تر به گونه ای بود که تمامی شیارها تعداد قطاع های یکسانی داشتند. این امر باعث تسهیل کنترل دستگاه می شد، زیرا در این صورت میزان داده ی موحود در هر شیار یکسان می بود؛ اما در این حالت، میزان داده ای که در دیسک جای می گرفت، نسبت به سایر حالات کم تر بود، زیرا عامل محدود کننده واقعی که میزان داده ی قابل ذخیره بر روی دیسک را تعیین می کند، تعداد بیت بر اینچی است که هد دیسک می تواند بخواند. دیسک هایی که تعداد ثابتی قطاع در هر شیار دارند، تعداد قطاع هایشان بر اساس تعداد بیت هایی به دست می آید که گرداننده می تواند بر روی درونی ترین شیار (کوچکترین) جای دهد. این مقدار، تابعی از محیط درونی ترین شیار و فن آوری به کار رفته در ساخت دیسک است. مابقی شیارها نیز تعداد بیت یکسانی را در خود جای می دهند، اما با تراکم کمتری نوشته می شوند؛ بنابراین، حداکثر بخشی که قطاع از محیط شیار اشغال می کند با درونی ترین شیار برابر است. این مساله سبب به هدر رفتن بخش قابل توجهی از طرفیت ذخیره سازی بالقوه بیرونی ترین شیارها خواهد شد، زیرا بیت های واقع بر روی آنها نسبت به شیارهای درونی با تراکم بسیار کمتری نوشته می شوند.