Ổ cứng HDD là gì? Tất tần tật thông tin về HDD

Ổ cứng HDD là gì?

HDD (Hard Disk Drive) là một loại thiết bị lưu trữ dữ liệu dạng cơ học, được sử dụng phổ biến trong máy tính để bàn, laptop, máy chủ và các thiết bị lưu trữ ngoài. Ổ cứng HDD có nhiệm vụ lưu giữ hệ điều hành, phần mềm, ứng dụng và dữ liệu cá nhân như tài liệu, hình ảnh, video,...

Ra đời từ những năm 1950, ổ cứng HDD đã trải qua nhiều cải tiến và vẫn là lựa chọn phổ biến cho nhiều đối tượng người dùng nhờ giá thành rẻ và dung lượng lớn.

Cấu tạo của HDD

Cụm đĩa

• Trục quay là trục trung tâm giữ các đĩa từ, truyền chuyển động quay từ động cơ đến các đĩa, đảm bảo các đĩa quay ổn định với tốc độ cao (thường từ 5400 đến 7200 vòng/phút, hoặc cao hơn với dòng cao cấp).
• Động cơ quay gắn đồng trục với trục quay, tạo chuyển động quay cho toàn bộ hệ thống đĩa từ.

Cụm đầu đọc

• Đầu đọc/ghi là thành phần có độ chính xác cao, dùng để thay đổi hướng từ tính trên bề mặt đĩa khi ghi dữ liệu và thu tín hiệu từ các vùng từ tính khi đọc dữ liệu.
• Cần di chuyển đầu đọc là cánh tay cơ khí gắn với đầu đọc/ghi, có nhiệm vụ đưa đầu đọc đến đúng vị trí trên bề mặt đĩa khi cần truy xuất dữ liệu.

Cụm mạch điện

• Mạch điều khiển điều khiển chuyển động của trục quay và sự di chuyển của đầu đọc, giúp định vị chính xác khi truy cập dữ liệu.
• Mạch xử lý dữ liệu tiếp nhận, xử lý và truyền dữ liệu giữa đĩa từ và máy tính.
• Bộ nhớ đệm (Cache hoặc Buffer) là vùng lưu tạm thời dữ liệu trong quá trình đọc/ghi, giúp tăng hiệu năng truy xuất dữ liệu. Dữ liệu trong cache sẽ mất khi ổ cứng bị ngắt điện.
• Đầu cắm nguồn kết nối với bộ nguồn của máy tính để cung cấp điện năng cho toàn bộ ổ cứng.
• Đầu kết nối giao tiếp là cổng truyền tín hiệu giữa ổ cứng và bo mạch chủ, phổ biến nhất là cổng SATA hoặc IDE.
• Các cầu đấu thiết đặt (Jumper) cho phép người dùng thiết lập chế độ hoạt động của ổ đĩa, như SATA 150/SATA 300, hoặc cấu hình Master/Slave trong giao tiếp IDE.

Vỏ ổ đĩa cứng

• Phần đế là bệ đỡ chứa và cố định các linh kiện cơ khí và điện tử bên trong.
• Nắp đậy bao phủ toàn bộ cụm linh kiện, giúp bảo vệ khỏi bụi bẩn, va đập và duy trì môi trường kín bên trong ổ đĩa.

Đĩa từ

• Đĩa từ là các đĩa tròn làm bằng kim loại hoặc thủy tinh, phủ lớp vật liệu từ tính, là nơi lưu trữ dữ liệu chính của ổ cứng. Một ổ cứng có thể có nhiều đĩa từ xếp chồng để tăng dung lượng lưu trữ.

Các đơn vị lưu trữ trên đĩa từ

• Track (rãnh) là các vòng tròn đồng tâm trên bề mặt đĩa từ, nơi dữ liệu được ghi.
• Sector là đơn vị lưu trữ nhỏ nhất, mỗi track được chia thành nhiều sector, thông thường có kích thước 512 byte hoặc 4096 byte.
• Cluster là nhóm nhiều sector hợp thành, là đơn vị lưu trữ logic mà hệ điều hành sử dụng để quản lý dữ liệu hiệu quả hơn.

Nguyên lý hoạt động của HDD

• Đĩa tròn được làm từ chất liệu như nhôm, thủy tinh hoặc gốm, bề mặt phủ một lớp vật liệu từ tính để lưu trữ dữ liệu.
• Một động cơ nằm ở trung tâm ổ đĩa đảm nhiệm vai trò quay các đĩa từ với tốc độ cao trong quá trình hoạt động.
• Khi đĩa quay, đầu đọc/ghi được điều khiển chính xác bằng các bo mạch điện tử để di chuyển đến đúng vị trí trên bề mặt đĩa.
• Đầu đọc sẽ giải mã thông tin từ trường trên bề mặt đĩa và chuyển đổi chúng thành tín hiệu kỹ thuật số để máy tính xử lý.
• Quá trình đọc hoặc ghi dữ liệu diễn ra liên tục và chính xác, nhờ sự phối hợp chặt chẽ giữa đầu từ, động cơ quay và bộ điều khiển.
• Tốc độ truyền dữ liệu (ví dụ khi chép nhạc, video hoặc tài liệu) phụ thuộc vào tốc độ quay của đĩa, khả năng của đầu đọc, cũng như chất lượng linh kiện.
• Chất lượng vật liệu của các thành phần như đĩa từ, đầu đọc và bo mạch càng cao thì khả năng lưu trữ an toàn và ổn định của ổ cứng càng lớn.

Các loại ổ cứng HDD

HDD Internal

• Kích thước phổ biến là 3.5 inch, thường dùng cho máy tính để bàn.
• Dung lượng phổ biến khoảng 4 TB, tốc độ đọc/ghi trung bình khoảng 530 MB/s.
• Mức giá dao động từ 2 đến 7 triệu đồng, phù hợp với người dùng phổ thông.
• So với ổ cứng gắn ngoài, HDD Internal có giá thành “dễ chịu” hơn.

HDD External

• Kích thước phổ biến là 2.5 inch, dễ dàng mang theo khi di chuyển.
• Dung lượng thường tối đa khoảng 2 TB, cấp nguồn trực tiếp qua cổng USB hoặc Thunderbolt.
• Nhiều dòng ổ cứng di động cao cấp như Backup Plus Desktop có thể đạt dung lượng lên đến 5 TB.
• Thị trường ổ cứng gắn ngoài ngày càng đa dạng về kiểu dáng, dung lượng và tốc độ kết nối.

Các thông số kỹ thuật trên HDD

• Disk Capacity dung lượng ổ đĩa cứng được tính theo đơn vị Byte, KB, MB, GB, TB.
• Average Seek Time là khoảng thời gian trung bình mà đầu đọc di chuyển từ một cylinder này đến một cylinder ngẫu nhiên khác.
• Random Access Time là thời gian trung bình để ổ cứng tìm kiếm một dữ liệu ngẫu nhiên, ảnh hưởng lớn đến hiệu năng của ổ đĩa và hệ thống.
• Data Access Time là tổng thời gian truy cập dữ liệu, bao gồm thời gian tìm kiếm trung bình cộng với thời gian xác định sector cụ thể.
• MTBF (Mean Time Between Failures) là tuổi thọ trung bình của ổ cứng, tính bằng giờ hoạt động; ví dụ ổ 15.000 rpm có thể đạt 1,4 triệu giờ.

Ưu nhược điểm của HDD

Ưu điểm

• Giá thành rẻ lý tưởng cho người dùng có nhu cầu lưu trữ lớn nhưng ngân sách hạn chế.
• Dung lượng cao, phù hợp cho việc lưu video, hình ảnh, game nặng hoặc sao lưu dữ liệu.
• Nếu không bị va đập hoặc hỏng cơ học, dữ liệu có thể lưu trong nhiều năm.

Nhược điểm

• Cả tốc độ khởi động hệ điều hành, mở ứng dụng và truyền file đều chậm hơn SSD đáng kể.
• Các bộ phận cơ học bên trong dễ bị ảnh hưởng nếu rơi rớt hoặc chấn động mạnh.
• Phát tiếng ồn nhẹ dễ nghe thấy khi đang đọc/ghi dữ liệu.
• Tiêu thụ điện năng cao hơn SSD.

Ổ cứng HDD vẫn giữ vai trò quan trọng trong lưu trữ dữ liệu nhờ dung lượng lớn và chi phí hợp lý. Dù không nhanh bằng SSD, nhưng với cấu tạo ổn định, nguyên lý hoạt động rõ ràng và đa dạng chủng loại, HDD vẫn là lựa chọn phổ biến cho nhiều mục đích sử dụng từ cá nhân đến doanh nghiệp. Việc hiểu rõ các thành phần, nguyên lý và thông số kỹ thuật của HDD sẽ giúp người dùng lựa chọn phù hợp và sử dụng hiệu quả hơn.