Ổ đĩa cứng

Ổ đĩa cứng của máy vi tính 
Trương Ngọc Chiến
06 tháng 06 năm 2005
Nguồn www.khoahoc.net
Vài tuần qua tôi viết các bài giải cho các bài toán thi quốc tế, và tôi nghĩ đến nay các bạn có thể đã bị chán ngấy về toán. Vì vậy, tôi chuyển đổi chủ đề trong tuần này. Tôi nói chuyện về ổ đĩa cứng của máy vi tính để biết nó được cấu tạo như thế nào. Nội dung bài này không thiên về phần kỹ thuật mà chỉ về phần cấu tạo.


Tên ổ đĩa cứng phản ánh thực tế của sản phẩm bao gồm nhiều đĩa (platter) làm bằng vật liệu cứng nhắc. Hình trên cho ta thấy cấu tạo của phần mặt đĩa của nhiều đĩa trong một ổ đĩa cứng. Nó có bốn phần khác nhau với màu đen, vàng, xanh và đỏ, cánh tay và đầu dùng để đọc và viết.
  Các ổ đĩa cứng được thiết kế để giữ dữ liệu của bạn. Ngoài phần mạch điện và các ‘cánh tay’ có đầu dùng để đọc và viết, đĩa là phần chính để giữ dữ liệu. Toàn bộ diện tích của đĩa được tráng với từ tính không cực cho đến khi được viết để trở thành N-S với một dòng điện chạy qua đầu hoặc S-N với một dòng điện khác chạy ngược lại để thành một bit là 0 hoặc 1 trong hệ thống kỹ thuật digital được sử dụng cho các máy vi tính.  
Vùng đĩa màu đen được công ty chế tạo dùng để chứa những dữ liệu riêng của đĩa. Những micro-code được tải lên khu vực này khi điện được áp dụng vào đĩa. Cấu trúc của đĩa được sao chép vào khu vực này như: số lượng cylinders, số đầu đọc và viết, bảng để giữ phần đĩa xấu (defect map), và xác định đĩa có sức chứa bao nhiêu, hảng nào làm, v..v .... Để bảo vệ đĩa, các cấu trúc của đĩa được sao chép thành nhiều bản vào vùng này. Trong trường hợp một bản sao bị xấu, bản sao khác có thể được sử dụng để BIOS (cơ bản đầu vào-đầu ra) của phần mạch điện mẹ (motherboard) nhận dạng nó. Như vậy làm cho bạn thấy được cấu trúc của ổ đĩa cứng trên màn hình khi máy vi tính bắt đầu mở lên.  
Vùng đĩa màu đen này còn được gọi là physical area. Cylinder số không bắt đầu tại cạnh ngoài của vùng đĩa này. Đầu đọc và viết số không là đầu mà bạn đang thấy; đầu 1 là đầu thứ hai cho cùng một đĩa ở vào bên dưới bề mặt của đĩa này, và tiếp tục số đầu đọc và viết tăng lên theo từng đĩa phía dưới . Track số không là track đầu tiên của cylinder số không trên đĩa này. Nếu một bản thiết kế của đĩa bị hư hỏng trên tất cả các bản sao trên khu vực đen này, đĩa sẽ không còn được nhận ra khi mở máy, và như vậy nó  sẽ giống như một mảnh sắt cứng và sẽ không hoạt động  nữa. Trong trường hợp này, nó phải được trả lại cho nhà sản xuất để cho microcode được tải lên lại. Đĩa được cấu tạo để cho khu vực này được bảo vệ từ Microsoft và tất cả những người khác, trừ nhà sản xuất. Để viết vào khu vực này bạn cần biết những mã lệnh (command code) để đưa đĩa vào physical mode. Mã lệnh và feature register từ 00 đến FF hex là những mật khẩu bạn cần phải biết để phá đĩa bằng cách viết bậy vào vùng đĩa màu đen này với virus (vi-rút).
Khu vực màu vàng được sử dụng để lưu trữ dữ liệu của người dùng. Khu vực này được gọi là logical area. Logical sector số  không bắt đầu từ bên ngoài cạnh của các khu vực màu vàng. Khi hệ điều hành của Microsoft được nạp vào đĩa, hầu hết nó tải lên bắt đầu từ những logical sectors đầu tiên bên cạnh ngoài của khu vực màu vàng này và từ từ đi vào trong. Nếu một vi-rút được viết vào sector zero nó sẽ xoá hệ điều hành Microsoft và vì vậy sẽ làm cho máy tính không còn vào Windows được nữa. Microsoft có thể bắt chước cách thiết kế kỹ thuật của ổ đĩa bằng cách làm nhiều bản sao để khi hệ điều hành bị hư hỏng thì các bản sao khác có thể được sao chép lại vào logical sector zero để hệ điều hành Windows có thể khởi động lại một khi vấn đề này xảy ra. Tất nhiên hệ điều hành rất lớn và copy ra nhiều bản sao sẽ rất khó khăn. Vì vậy, người sử dụng nên sao lưu dự phòng dữ liệu của ổ cứng thường xuyên.
Trong quá khứ dữ liệu của bạn đã được viết theo tuần tự và liên tục trên đĩa. Phần mềm cũng được nạp theo tuần tự cho đến thời gian gần đây khi các nhà sản xuất khám phá ra một kỹ thuật ghi chép có hiệu quả hơn. Để đĩa chạy nhanh hơn họ đề xuất một kỹ thuật ghi chép theo kiểu rắn (serpentine) khi dữ