มารู้จักกับคลังความจุของคอมพิวเตอร์ที่เรียกว่าฮาร์ดดิสก์กัน

หลังจากที่คราวที่แล้วทางทีมงาน i3 ของเราได้นำเพื่อนๆ ไปรู้จักกับ RAM กันอย่างละเอียดยิบกันไปแล้ว มาในคราวนี้หนึ่งในทีมงานของเราก็เลยเกิดปิ๊งไอเดียขึ้นมาว่า เอ... ไหนๆ ก็พากันไปรู้จักกับหน่วยความจำ (RAM) กันไปแล้ว เราน่าจะลองทำบทความแนะนำให้ผองเพื่อนไปรู้จักกับหน่วยความจุกันบ้างดี กว่า... ว่าแล้วก็เป็นหน้าที่ของข้าน้อยอีกแล้วครับท่านที่จะนำพาเพื่อนๆ ไปรู้จักกันกับเจ้าคลังข้อมูลความจุหรือเจ้าฮาร์ดดิสก์ นั่นเอง สำหรับท่านๆ ที่เคยอ่านบทความ DirectX มาแล้วก็คงจะพอคุ้นเคยกับสไตล์การเขียนของผมกันมาบ้างแล้วนะครับ ซึ่งจะเป็นการลักษณะเล่าเรื่องคุยกันสบายๆ ปนๆ กันไปกับนำเสนอข้อมูลทางเทคนิคบ้าง สำหรับบทความนี้นั้นก็จะแบ่งย่อยๆ ออกเป็น 4 ส่วนด้วยกันนะครับนั่นก็คือ 1.ความเป็นมาของสื่อที่ใช้เก็บข้อมูลและฮาร์ดดิสต์อย่างคร่าวๆ 2. การทำงานของฮาร์ดดิสต์ทั้งแบบจานดิสต์ (Platter) และแบบ Solid State Drive (SSD) 3. การเชื่อมต่อฮาร์ดดิสก์ทั้งแบบ IDE และ Serial ATA และ 4. การดูแลรักษาฮาร์ดดิสก์

ความเป็นมาของสื่อที่ใช้ในการเก็บข้อมูลและฮาร์ดดิสก์

คงไม่สามารถปฏิเสธได้นะครับว่าฮาร์ดดิสก์นั้นเป็นหนึ่งในอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ ที่สำคัญที่สุด อันเนื่องมาจากไม่ว่าจะเป็นระบบปฏิบัติการ โปรแกรมต่างๆ เกมส์ และอื่นๆ จิปาถะอีกมากมายล้วนถูกเก็บเอาไว้ในเจ้าคลังข้อมูลตรงนี้ทั้งนั้น การพัฒนาสื่อที่ใช้ในการเก็บข้อมูลนั้นก็ได้เกิดขึ้นมานานแล้วโดยที่เมื่อ ก่อนนั้นวิธีในการเก็บข้อมูลจะเป็นไปในรูปแบบของกระดาษเจาะรูโดยใช้เครื่อง เฉพาะ และใช้ลำแสงเล็กๆ ในการอ่านข้อมูล โดยที่บริเวณที่ถูกเจาะรูนั้นจะมีค่าเป็น 1 และบริเวณที่เป็นกระดาษปิดอยู่นั้นมีค่าเป็น 0 ฟังดูง่ายแต่วิธีการและขั้นตอนต่างๆ นั้นยุ่งยากมาก เพราะโปรแกรมเมอร์นั้นต้องทำการเขียนโปรแกรมเริ่มต้นตั้งแต่ศูนย์บน แผ่นกระดาษ แถมยังต้องระวังไม่ให้เกิดความผิดพลาดใดๆ ขึ้นในระหว่างการเขียนอีกด้วย นี่ยังไม่นับอุบัติเหตุต่างๆ อีกนะครับ เช่น กระดาษติดเครื่อง หรือเผลอทำกองกระดาษหล่นใส่หัว... อย่างไรก็ตามกระดาษนั้นได้เป็นสื่อที่ใช้ในการเก็บข้อมูลอยู่หลายปี

หนึ่งในตัวอย่างเครื่องที่ใช้กระดาษในการเก็บข้อมูลของ IBM

สื่อที่ใช้ในการเก็บข้อมูลของเครื่องคอมพิวเตอร์ในรุ่นต่อๆ มานั้นก็มาเป็นในรูปแบบของเทปแม่เหล็กนั่นเอง โดยที่วิธีการที่ใช้ในการเขียนข้อมูลลงเทปเหล่านี้นั้นก็เป็นไปในรูปแบบ เดียวกันกับวิธีการที่เสียงถูกบันทึกลงบนเทปนั่นเอง ซึ่งเทปแม่เหล็กนั้นก็ได้อำนวยความสะดวกเพิ่มขึ้นอีกมากเมื่อเทียบกับกระดาษ เมื่อก่อน เพราะมีความยืดหยุ่นกว่า คงทนกว่า และเร็วกว่าอย่างมาก แต่อย่างไรก็ตามข้อเสียของเทปแม่เหล็กนั้นก็คือมีขนาดใหญ่ และต้องทำการอ่านเป็นในแบบเส้นตรง (linear) ซึ่งต้องใช้เวลานานเป็นนาทีๆ กว่าที่จะอ่านจากจุดสิ้นสุดของเทปหนึ่งไปยังเทปถัดไป โดยที่ทำให้การเข้าถึงข้อมูลแบบสุ่ม (random access) นั้นเป็นไปไม่ได้เลย

รูปเจ้าเทปแม่เหล็กที่ใช้ในการเก็บข้อมูลที่ว่าครับ

ในยุคต่อมานั้นเมื่อข้อมูลต่างๆ มีความซับซ้อนและปริมาณมากขึ้น ก็มีสื่อใหม่ๆ เข้ามาเป็นทางเลือกในการเก็บข้อมูลมากกว่าเดิมและหนึ่งในนั้นก็คือ Diskette หรือ Floppy Disk ที่เรารู้จักกันนั่นเองซึ่งมีความสามารถในการเข้าถึงข้อมูลแบบสุ่ม และมีความสะดวกสบายในการเคลื่อนย้ายเป็นอย่างมาก แต่อย่างไรก็ตามความจุนั้นก็ยังคงน้อย ทำงานช้าแบบที่เทียบไม่ได้เลยกับฮาร์ดดิสต์ตัวแรกๆ ดังที่จะกล่าวถึงในย่อหน้าถัดไปครับ

เพลินวานกันกับ Diskette

ถัดมานั้นวิศวกรของ IBM ได้คิดค้นกรรมวิธีอันหลากหลายในการพัฒนาดิสก์ในรูปแบบต่างๆ จนกระทั่งถึงยุค 1950s ที่ได้มีการค้นพบวิธีการที่จะทำหัวอ่านนั้นลอยตัวอยู่เหนือผิวหน้าของดิสก์ และทำการอ่านข้อมูล bits บนแผ่นจานแม่หล็กที่เคลื่อนผ่านไปข้างใต้ กรรมวิธีที่เป็นรากฐานของฮาร์ดดิสก์ในปัจจุบันนั้นได้ถือกำเนิดขึ้นมา ณ จุดนี้

ฮาร์ดิสก์ตัวแรกที่ได้รับการผลิตขึ้นอย่างเป็นทางการนั้นมีชื่อว่า IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) ในวันที่ 13 กันยายน 1956 ซึ่งสามารถเก็บข้อมูลตัวอักษร (Character) มากถึง 5 ล้านตัวอักษร (ประมาณ 5Mb) บนจานดิสต์ 50 จาน แต่ละจานมีเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ที่ 24 นิ้ว! มีความหนาแน่นของข้อมูลต่อพิ้นที่ (areal density) อยู่ที่ 2000 bits ต่อตารางนิ้ว และมีความเร็วในการส่งข้อมูลอยู่ที่ 8800 bytes ต่อวินาที...

ภาพของเจ้า IBM 305 RAMAC ที่ว่าครับ ใหญ่ถึงขั้นต้องใช้รถยกเลยทีเดียว

และในปีถัดๆ มานั้นเทคโนลียีของฮาร์ดดิสก์ก็ได้มีการพัฒนาเพิ่มขึ้นไปเป็นอย่างมากทั้ง areal density ความจุ และประสิทธิภาพในการทำงาน และในปี 1962 นั้น ทาง IBM ก็ได้นำเสนอ model ที่มีชื่อว่า 1301 Advanced Disk File โดยความก้าวหน้าที่สำคัญของเจ้าดิสต์ตัวนี้ก็คือหัวอ่านของดิสต์ตัวนี้นั้น สามารถลอยอยู่เหนือผิวของฮาร์ดดิสต์โดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า “air bearing” ซึ่งสามารถลดระยะห่างระหว่างหัวอ่านกับพื้นผิวของฮาร์ดดิสต์ลงจาก 800 ไปเป็น 250 microinches ครับ

ในปี 1973 นั้น IBM ได้นำเสนอฮาร์ดดิสต์ model 3340 ขึ้นซึ่งถือว่าเป็นบิดาของฮาร์ดดิสก์ในยุคปัจจุบันเลยทีเดียว เจ้าคุณพ่อตัวนี้นั้นประกอบไปด้วยแกน spindle ที่ทำการหมุนจานข้อมูลทั้งหมดสองแกนแยกกัน ซึ่งแต่ละแกนนั้นก็มีจานข้อมูลเป็นของตัวเองจำนวน 30Mb ด้วยเหตุนี้นี่เองครับที่บางครั้งมีคนขนานนามว่า 30-30 และมีการตั้งชื่อเล่นว่า “Winchester” ดิสก์ ตามชื่อปืนไรเฟิล 30-30 Winchester อันโด่งดัง และดิสก์ตัวนี้นั้นได้มีการพัฒนาเทคโนโลยี air bearing ไปอีกขั้นโดยทำการลดระยะห่างระหว่างหัวอ่านกับผิวหน้าของจานข้อมูลเหลือ เพียง 17 microinches เท่านั้น และฮาร์ดดิสก์ในยุคปัจจุบันบางตัวนั้นยังใช้เทคโนโลยีของคุณพ่อตัวนี้ และนั่นก็เป็นเหตุที่ว่าเรายังได้ยินชื่อ Winchester Drive อยู่

ภาพของ IBM Model 3340 ครับ

ฮาร์ดดิก์ตัวแรกที่มีขนาด 5.25 นิ้ว form factor นั้นได้รับการผลิตโดยบริษัท Seagate ภายใต้ชื่อรุ่น ST-506 ซึ่งประกอบไปด้วยหัวอ่าน 4 หัว และมีความจุ 5Mb อย่างไรก็ตามทาง IBM ได้ตัดสินใจข้ามเจ้าดิสต์ตัวนี้เสีย และตัดสินใจใช้รุ่น ST-412 แทนซึ่งมีความจุทั้งหมด 10MB เพื่อนำไปใช้ไปเครื่อง IBM PC/XT ของตัวเอง ก็เลยทำให้ฮาร์ดดิสต์รุ่นดังกล่าวนั้นเป็นฮาร์ดดิสต์ตัวแรกที่ถูกนำไปใช้บน PC อย่างกว้างขวาง

ภาพของ Seagate ST-412 ทีว่า

แนมโน้มการเปลี่ยนแปลงของฮาร์ดดิสก์จากอดีตจนถึงปัจจุบัน

สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับฮาร์ดดิสก์ตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบันนั้นก็คือ มันมีทั้งการเปลี่ยนแปลงและไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ตัวอื่นๆ กล่าวคือในเรื่องของรูปร่างนั้นเจ้าฮาร์ดดิสก์ที่รักเราก็ยังคงการออกแบบ พื้นฐานที่เป็นรูปเหลี่ยมๆ เหมือนเดิม แต่ในแง่ของขนาด ความจุ ความเสถียร และประสิทธิภาพอื่นๆ นั้นก็อาจจะกล่าวได้ว่ามีการเปลี่ยนแปลงไปมากมายเลยทีเดียว เมื่อก่อนนั้นสื่อบันทึกข้อมูลอย่างฮาร์ดดิสก์นั้นมีขนาดใหญ่ แต่จุข้อมูลได้น้อย กินไฟเยอะ แต่ในปัจจุบันนั้นมีขนาดเล็กลงแต่กลับบรรจุข้อมูลได้มากขึ้น และใช้พลังงานน้อยลง สำหรับความสามารถอื่นๆ นั้นจะขอแจงเป็นข้อๆ ดังต่อไปนี้นะครับ

1. ความหนาแน่นของข้อมูลต่อพื้นที่ (Areal Density) ความหนาแน่นของข้อมูลต่อพื้นที่นั้นมีการเพิ่มขึ้นเป็นอย่างมาก และบางครั้งก็มากกว่าที่คาดเดากันไว้ซะอีก ในปัจจุบันนี้นั้นจานแม่เหล็ก 1 จานสามารถจุข้อมูลได้ทีละหลาย 10 GB เลยทีเดียว

2. ความจุ (Capacity) อันนี้นั้นเห็นทีจะเป็นการเปลี่ยนแปลงที่เห็นได้ชัดที่สุดครับ ผมยังจำได้เลยเมื่อราวๆ 10 กว่าปีที่แล้วเครื่องคอมพ์ตั้งโต๊ะที่ผมซื้อมานั้นมีฮาร์ดดิสก์ 1 ลูก ซึ่งมีขนาดเพียง 650 MB เท่านั้น แต่ปัจจุบันนี้เครื่องผมมีเนื่อที่กว่า 1 TB (Terabyte) โดยใช้ฮาร์ดดิสก์เพียงลูกเดียว

3. ความเร็วในการหมุน (Spindle Speed) ความเร็วในการหมุนจานแม่เหล็กนั้นก็ได้มีการเพิ่มขึ้นเป็นอย่างมากซึ่งก็ส่ง ผลให้การเข้าถึงข้อมูลทั้งแบบสุ่ม (random) และแบบเรียงลำดับ (sequential) นั้นมีความเร็วเพิ่มขึ้นเป็นอย่างมาก ในปัจจุบันนี้นั้นเรามาสามารถซื้อฮาร์ดดิสก์ที่มีความเร็วในการหมุนสูงถึง 5400 7200 และ 10000 รอบต่อนาที (rpm) ได้

4. Form Factor หรือพูดง่ายๆ ก็คือขนาดของตัวฮาร์ดดิสต์นั่นเอง ซึ่งในปัจจุบันนั้นก็มีแนวโน้มที่จะมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ จาก 5.25 นิ้วไปเป็น 3.5 และ 2.5 ตามลำดับ และในปัจจุบันหลายๆท่านก็คงจะเคยเห็นฮาร์ดดิสก์ในรุปแบบ SSD กันแล้วนะครับว่ามีขนาดเล็กแค่ไหน

5. ประสิทธิภาพ (Performance) ไม่ต้องสงสัยเลยครับว่าคุณสมบัติตรงนี้ของฮาร์ดดิสก์นั้นต้องมีการเพิ่มขึ้น อย่างแน่นอน โดยที่ความเร็วในการโหลดข้อมูลของฮาร์ดดิสก์นั้นได้เพิ่มขึ้นเป็นอย่างมาก

6. รูปแบบการเชื่อมต่อ (Interface) ถึงแม้ว่าจะมีระบบการเชื่อมต่อแบบใหม่ๆ เช่น IEEE-1394 และ USB แต่ฮาร์ดดิสก์ต่อภายในส่วนใหญ่แล้วก็ยังคงยึดอยู่กับระบบ IDE, Serial ATA และ SCSI อยู่ และสำหรับฮาร์ดดิสก์แบบต่อภายนอกนั้น อุปกรณ์ส่วนใหญ่ก็จะใช้ USB เป็นหลักครับ

รูปแบบและการทำงานของฮาร์ดดิสก์

ในส่วนที่แล้วนั้นผมก็ได้พาเพื่อนๆ ให้ไปรู้จักกับความเป็นมาและการเปลี่ยนแปลงของฮาร์ดดิสก์กันอย่างคร่าวๆ ไปแล้วนะครับ สำหรับในส่วนที่สองนี้ผมก็จะแนะนำให้เพื่อนๆ รู้จักกับรูปแบบและการทำงานของฮาร์ดดิสก์ทั้งแบบจานหมุนและ SSD กัน

แบบจานหมุน

สำหรับการทำงานของฮาร์ดดิสก์แบบจานหมุนนั้น ภายในก็จะประกอบไปด้วยจานแม่เหล็ก (Platter) หลายๆ จาน ซึ่งก็แล้วแต่การออกแบบนะครับว่าแต่ละจานนั้นจะสามารถบรรจุข้อมูลได้เท่าใด โดยที่เจ้าจานนี้นั้นจะมีลักษณะเป็นวงกลม มีรูอยู่กลาง เจ้ารูตรงกลางนั้นก็จะเป็นทิ่อยู่ของมอเตอร์ควบคุมแกนหมุน (Spindle) ความเร็วในการหมุนของเจ้า Spindle นั้นก็แล้วแต่อีกล่ะครับว่าจะถูกออกแบบมาให้มีความเร็วเท่าใด ยิ่งหมุนเร็วมาก อัตราความเร็วในการเข้าถึงข้อมูลก็จะยิ่งมากขึ้นไปด้วย ซึ่งความเร็วของการหมุนในปัจจุบันนั้นก็สามารถแบ่งได้เป็น 5400 7200 และ 10000 รอบต่อนาที (rpm) ตามลำดับ

สำหรับส่วนประกอบที่สำคัญต่อมาของฮาร์ดดิสก์นั้นก็คือ หัวอ่าน/เขียน (read/write head) นั่นเองครับ ซึ่งเจ้าหัวที่ว่านี้นั้นจะทำการเคลื่อนไปยังผิวของจานแม่เหล็ก โดยจะรักษาระยะห่างอย่างคงที่ ซึ่งถ้าหากฮาร์ดดิสก์ของเราได้รับการกระแทกอย่างรุนแรง จนทำให้ตำแหน่งของหัวอ่านเปลี่ยนไป หรือไปกระทบกับจานดิสก์อย่างจังเข้า ก็อาจจะทำให้ฮาร์ดดิสก์ลูกนั้นใช้การไม่ได้ไปเลยก็ได้ แต่ในปัจจุบันนี้นั้นก็ได้มีเทคนิคการป้องกันการเคลื่อนของหัวอ่านที่ว่านี้ แล้วล่ะครับ แต่อย่างไรซะก็พยายามอย่าให้ฮาร์ดดิสก์ของเราไปกระแทกหรือทำตกกระทบกับอะไร แรงๆ ล่ะกัน กันไว้ดีกว่าแก้ครับ ถัดมาในส่วนท้ายของฮาร์ดดิสก์นั้นเราจะสังเกตุเห็นช่องเชื่อมต่อ (Interface) ซึ่งจะทำการเชื่อมต่อฮาร์ดดิสก์ของเราเข้ากับเครื่องคอมพิวเตอร์ผ่านทางสาย สัญญาณต่างๆ ซึ่งสามารถแบ่งได้ตามประเภทของช่องเชื่อมต่อนั่นเอง เช่น IDE, Serial ATA, SCSI และสำหรับฮาร์ดดิสก์แบบต่อภายนอกแล้วก็จะใช้การเชื่อมต่อแบบ USB และ Firewire นั่นเองครับ

แบบ Solid State Drive (SSD)

ตามความเป็นจริง เทคโนโลยีแบบ SSD นั้นได้มีการพัฒนามาเป็นเวลานานมากแล้ว และมีความแตกต่างอย่างสิ้นเชิงเมื่อเทียบกับฮาร์ดดิสก์ในรูปแบบเก่า กล่าวคือมันไม่ต้องมีจานแม่เหล็กเพื่อทำการบันทึกข้อมูลอีกต่อไปแล้วแต่จะ ใช้ไมโครชิพขนาดเล็กที่เรียกว่า NAND Flash Memory ในการบันทึกข้อมูลคล้ายๆ กับวิธีการบันทึกข้อมูลลงบน Flash Drive ทั่วๆ ไปนั่นเอง และด้วยการที่ SSD นั้นทำการบันทึกข้อมูลลงบนไมโครชิพโดยตรงจึงทำให้มันไม่จำเป็นต้องมีแผ่นจาน แม่เหล็กที่ต้องคอยหมุนอยู่ตลอดเวลาเพื่อทำการอ่านและเขียนข้อมูลที่อยู่กัน อย่างกระจัดกระจายไปทั่วจานดิสก์ ซึ่งเมื่อใช้ไปนานๆ เข้าจะสังเกตได้เลยว่าประสิทธิภาพในการทำงานจะลดลง เพราะข้อมูลนั้นอยู่อย่างกระจัดกระจายมากจนทำให้เราต้องทำการ Defrag อยู่บ่อยๆ นั่นเอง

ซึ่งข้อดีของเจ้า SSD นั้นก็คือเนื่องจากมันใช้วิธีการบันทึกข้อมูลลงบนไมโครชิพแทนจานแม่เหล็ก จึงทำให้ผู้ใช้งานอย่างเราๆ ท่านๆ ไม่ต้องรอการหมุนจานแม่เหล็กในการเขียน/อ่าน ข้อมูลแต่อย่างใด ซึ่งปกตินั้นอาจใช้เวลาหลาย ms (มิลลิวินาที) เลยทีเดียว และยิ่งถ้าฮาร์ดดิสก์ของเรามีขาดการ Defrag มาเป็นเวลานาน ก็อาจจะทำให้ใช้เวลาในการเข้าถึงข้อมูลที่ต้องการนานมาก เพราะต้องรอให้ฮาร์ดดิสก์ทำการค้นหาข้อมูลซะก่อน ซึ่งถ้าเป็น SSD แล้วนั้นจะสามารถนำข้อมูลมาใช้ได้โดยตรงตามแอดเดรสของข้อมูลที่ทำการอ้างอิง บนไมโครชิพไว้ได้เลยซึ่งประหยัดเวลากว่ากันมาก ข้อดีอย่างอื่นก็เช่นเรื่องของขนาดและการใช้พลังงานที่น้อยกว่า ซึ่งก็ไม่เป็นที่น่าแปลกใจอะไรเลย เนื่องมาจากลักษณะทางกายภาพของ SSD นั้นไม่มีอุปกรณ์จำพวกจานแม่เหล็ก หรือหัวอ่านใดๆ ทั้งสิ้น เนื่องมาจากใช้ไมโครชิพในการเก็บข้อมูล จึงทำให้ตัวฮาร์ดดิสก์มีขนาดเล็ก ซึ่งส่วนใหญ่แล้วจะอยู่ที่ขนาด 2.5 นิ้วครับ แน่นอนเมื่ออุปกรณ์ภายในต่างๆ ลดน้อยลง การใช้พลังงานก็ย่อมต้องน้อยลงด้วย เหลือเพียงแค่พลังงานจำนวนน้อยที่ต้องใช้ในการเขียน/อ่าน NAND Flash Memory และหล่อเลี้ยงระบบภายในอีกเล็กน้อยเท่านั้น และข้อดีอีกข้อหนึ่งนั่นก็คือความทนทานครับ SSD นั้นไม่มีหัวอ่านและแผ่นแม่เหล็กต่างๆ ให้ต้องกังวลว่ามันจะเสื่อมเมื่อใด จึงไม่ต้องไปกังวลว่าเราจะเผลอทำฮาร์ดดิสก์ตกแล้วหัวอ่านพังอีกต่อไป ง่ายๆ ก็ลองนึกถึง Flash Drive ของเราๆ กันดูก็ได้ครับ ไม่ว่าเราจะทำมันตกบ่อยแค่ไหน มันก็ไม่ทีท่าว่าจะพัง หรือข้อมูลสูญหายแต่อย่างใด

สำหรับข้อเสียของ SSD ในตอนนี้นั้นคือเป็นเรื่องของราคาและความจุครับ ที่ยังคงแพงมากด้วยต้นทุนที่สูงและความจุต่อลูกที่ยังคงมีน้อยอยู่

การเชื่อมต่อของฮาร์ดดิสก์

การเชื่อมต่อฮาร์ดดิสก์ในปัจจุบันนั้นมีอยู่หลากหลายประเภทตามที่ได้กล่าวไป โดยสามารถแบ่งได้หลักๆ คือการเชื่อมต่อภายใน กับการเชื่อมต่อภายนอกครับ แต่ ณ ที่นี้จะขอกล่าวแค่การเชื่อมต่อภายในที่นิยมใช้ตามบ้านเป็นหลักซึ่งก็คือ IDE (หรือ PATA) และ Serial ATA นะครับ

IDE (Integrate Drive Electronics)

การเชื่อมต่อแบบ IDE นั้นเป็นการเชื่อมต่อแบบเก่าซึ่งในปัจจุบันนี้นั้นแทบไม่มีใครใช้กันแล้วละ ครับ โดยมีการเชื่อมต่อโดยใช้สายแพส่งสัญญาณขนาด 40 เส้น ซึ่งแต่ละเส้นสามารถรองรับฮาร์ดดิสก์ได้สองตัวด้วยกัน และมีความเร็วในการโอนถ่ายข้อมูลอยู่ที่ 8.3 Mb/วินาที ครับ

E-IDE (Enhanced Integrate Drive Electronics)

แค่ชื่อก็น่าจะพอเดาๆ กันได้นะครับว่าเป็นการพัฒนาต่อยอดมาจาก IDE ดั้งเดิม โดยมีการเพิ่มขนาดของสายแพส่งสัญญาณเป็น 80 เส้น แต่ยังผ่าน connector ขนาด 40 ขาเท่าเดิม ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานอีกเป็นอย่างมาก โดยสามารถรองรับการส่งข้อมูลได้ตั้งแต่ 33 Mb ไปจนถึง 133 Mb ต่อวินาทีเลยทีเดียว

ภาพสายแพแบบ IDE (บน) และ E-IDE (ล่าง)

ก่อนที่เราจะไปทำความรู้จักกับ Serial ATA กันนั้น ผมขอนำพาเพื่อนๆ ไปพบกับวิธีการในการส่งข้อมูลของฮาร์ดดิสก์แบบ IDE กันก่อน ซึ่งสามารถแบ่งได้เป็น 2 โหมดคือ PIO และ UDMA ครับ

PIO (Programmed I/O)

ในโหมด PIO นั้น CPU ของเครื่องจะทำหน้าที่ควบคุมการรับส่งข้อมูลระหว่างฮาร์ดดิสก์กับแรม ด้วยเหตุที่ในการทำงานนั้นจะมี CPU เข้ามาเกี่ยวข้องจึงทำให้การส่งข้อมูลในรูปแบบนี้นั้นไม่เหมาะกับการทำงาน ที่ต้องมีการเข้าถึงฮาร์ดดิสก์บ่อยๆ หรือการทำงานแบบ Multitasked เพราะต้องเข้าถึงข้อมูลในดิสก์อยู่บ่อยครั้ง อาจทำให้ประสิทธิภาพในการทำงานโดยรวมลดลง

UDMA (Ultra Direct Memory Access)

ในโหมดนี้นั้นชิพเซตของเมนบอร์ดจะเป็นตัวควบคุมการส่งข้อมูลแทนที่ CPU ซึ่งก็หมายความว่าในโหมดนี้นั้น CPU จะไม่ได้ทำหน้าในการเคลื่อนย้ายข้อมูลจากฮาร์ดดิสก์ไปสู่แรม เลยทำให้ประสิทธิภาพของเครื่องโดยรวมเพิ่มมากขึ้น เพราะ CPU นั้นไม่ได้ถูกใช้งานนั่นเอง ซึ่งจะเห็นได้จากตารางด้านบนนะครับที่ในโหมด UDMA ไม่ว่าจะระดับใดก็ตามล้วนมีความเร็วกว่า PIO ด้วยกันทั้งสิ้น

Serial ATA

Serial ATA (ต่อจากนี้จะขอเรียกสั้นๆ ว่า SATA นะครับ) นั้นได้ถูกพัฒนามาเพื่อทดแทนการเชื่อมต่อแบบ Parallel ATA (PATA) หรือ IDE ที่ได้กล่าวไปแล้วนั่นเอง ซึ่ง ณ ปัจจุบันนี้นั้น SATA สามารถทำความเร็วในการเชื่อมต่อขั้นเริ่มต้นตั้งแต่ 150 Mb/วินาที ไปจนกระทั่งถึง 300 Mb/วินาที เลยทีเดียว ซึ่งเมื่อเทียบกับความเร็วสูงสุดของ IDE คือ 133 Mb/วินาที นั้นก็ต้องเรียกได้ว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงที่มากขึ้นจริงๆ

ในการเชื่อมต่อดั้งเดิมแบบ IDE นั้นการส่งข้อมูลจะเป็นไปลักษณะขนาน (Parallel) กันไป ซึ่งข้อดีของการเชื่อมต่อแบบนี้ที่มีเหนือการเชื่อมต่อแบบอนุกรม (Serial) นั้นก็คือมีความเร็วที่สูงกว่ากันมาก เพราะจำนวน bits หลายๆ bits ของข้อมูลนั้นมีการส่งไปพร้อมๆ กันในหนึ่งรอบ แต่ข้อเสียนั้นก็คือเกิดสัญญาณรบกวน (Noise) ระหว่างการถ่ายโอนข้อมูลมากเหมือนกัน ยิ่งสายสัญญาณการส่งข้อมูล (wire) มีมากเท่าใดสัญญาณรบกวนก็ยิ่งเกิดขึ้นมากเท่านั้น นี่เป็นเหตุผลที่ว่าทำไมสายแพสัญญาณแบบ UDMA-66 นั้นถึงมีสายแพถึง 80 เส้นแทนที่จะเป็น 40 ก็เนื่องมาจากต้องมีการเพิ่มเส้นสัญญาณพิเศษเข้าไประหว่างของเดิมที่มีอยู่ แล้ว เพื่อเป็นการลดสัญญาณรบกวนที่จะเกิดขี้นระหว่างการส่งข้อมูลนั่นเอง

ในทางตรงกันข้ามในการส่งข้อมูลแบบอนุกรม ของ SATA นั้นจะเป็นการส่งข้อมูล 1 bit ต่อรอบ ซึ่งถ้าดูแบบผ่านๆ แล้วก็อาจะคิดว่าการเชื่อมต่อแบบ PATA นั้นน่าจะเร็วกว่า เพราะเป็นการส่งข้อมูลจำนวนหลายๆ bit ไปในรอบเดียว ซึ่งนี่ก็อาจจะจริงภายใต้อัตราความเร็วของสัญญาณนาฬิกาที่เท่ากัน แต่เมื่อเราเพิ่มอัตราเร็วของสัญญาณนาฬิกาเข้าไปภายใต้การเชื่อมต่อแบบ อนุกรม ก็อาจจะทำให้ SATA นั้นมีความเร็วที่มากกว่าได้ครับ และนั่นก็เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นกับ SATA นั่นเอง

แต่แล้วเมื่อเราลองเพิ่มอัตราเร็วของสัญญาณนาฬิกาเข้าไปในการเชื่อมต่อแบบ PATA แล้วนั้น ปัญหาก็จะเริ่มเกิดขึ้นแล้วละครับ เพราะว่ายิ่งเราเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาไปมากเท่าใดก็จะยิ่งเกิดการรบกวน ของสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้ามากขึ้นเท่านั้น และเนื่องมาจากการเชื่อมต่อแบบ SATA มีการใช้สายสัญญาณน้อยเส้นในการถ่ายโอนข้อมูล เราก็เลยสามารถเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาเข้าไปได้มากๆ โดยที่ไม่ต้องกังวลกับสัญญาณรบกวนมากนัก จำไว้นะครับยิ่งอัตราเร็วสัญญาณนาฬิกามากขึ้นเท่าใด ความเร็วก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

มาตรฐานการเชื่อมต่อแบบ SATA เริ่มต้นที่ความเร็ว 1500 Mbps (เมกะบิตต่อวินาที) หรือ 150 Mb/วินาทีนั่นเอง ฉะนั้นแล้วอุปกรณ์ SATA ที่ความเร็วนี้นั้นจะถูกเรียกว่า SATA-150 ครับ สำหรับ SATA II นั้นจะมีความเร็วอยู่ที่ 300 Mb/วินาที และมีคุณสมบัติใหม่ที่เรียกว่า NCQ หรือ Native Command Queuing ซึ่งจะช่วยให้ฮาร์ดดิสก์ที่รองรับคุณสมบัติตรงนี้นั้นมีการจัดเรียงข้อมูล และคำสั่งที่คอมพิวเตอร์ส่งมาได้ดีมากขึ้น ซึ่งจะช่วยให้ประสิทธิภาพของระบบดีมากขึ้นด้วยเช่นกัน แต่ก็ต้องอาศัยเมนบอร์ดที่รองรับความสามารถตรงนี้ด้วยถึงจะสามารถใช้งานได้ และสำหรับ SATA รุ่นถัดไปที่จะออกมานั้นจะมีความเร็วอยู่ที่ 600 Mb/วินาทีครับผม

รูปภาพแสดงการทำงานของ NCQ ครับ ซึ่งจากภาพนั้นแสดงให้เห็นว่า NCQ จะทำให้การเข้าถึงข้อมูลเป็นไปอย่างรวดเร็วมากยิ่งขึ้น จะมีการจัดเรียงลำดับข้อมูลใหม่ให้มีประสิทธิภาพมากที่สุด โดยมีการจัดเรียงข้อมูลที่เป็นชุดเดียวกันเอาไว้เป็นลำดับ ส่งผลให้จานแม่เหล็กไม่ต้องหมุนหลายรอบเกินความจำเป็น

อีกเรื่องหนึ่งที่รู้ไว้ก็ไม่เสียหลายนั่นก็คือในการเส้นทาง (Path) รับส่งข้อมูลของ SATA นั้นจะมีลักษณะ 2 เส้นแยกกัน เส้นหนึ่งสำหรับรับ อีกเส้นหนึ่งสำหรับส่ง สำหรับการเชื่อมต่อแบบ PATA นั้นจะมีเพียงแค่เส้นเดียวซึ่งก็ต้องแบ่งๆ กันไประหว่างรับกับส่ง และโดยที่ SATA นั้นมีเส้นรับ/ส่งข้อมูล 2 คู่ เมื่อบวกเส้น ground (wire ground) เข้าไปอีก 3 เส้น ก็เลยทำให้ทั้งสายเคเบิลของ SATA นั้นมีทั้งหมด 7 เส้นนั่นเอง ซึ่งเมื่อเทียบสายแพขนาด 80 เส้นของ PATA แล้ว ก็เรียกได้ว่า SATA นั้นมีขนาดเล็กกว่ากันมาก ซึ่งก็ส่งผลดีทางกายภาพต่อเครื่องคอมพ์ของเพื่อนๆ ด้วยเช่นกันไปแง่ที่การระบายอากาศภายในเครื่องนั้นจะเป็นไปอย่างสะดวกมาก ยิ่งขึ้นนั่นเอง และสุดท้ายนั้นการเชื่อมต่อแบบ Serial ATA จะมีการกำหนดให้ Drive ไหนเป็นตัวหลัก (Master) หรือ ตัวรอง (Slave) ได้เลยผ่านทางการเชื่อมต่อบนเมนบอร์ดนะครับ ซึ่งช่วยความยุ่งยากในการติดตั้งไปได้มากพอดูทีเดียว

สาย SATA

สาย PATA หรือ IDE (ซ้าย) เมื่อเทียบกับสาย SATA (ขวา) ครับ

วิธีการดูแลรักษาสุขภาพของฮาร์ดดิสก์

1. ควรเลือก Power Supply และ ควรมีอุปกรณ์สำรองไฟทำงานไว้เสมอๆ

เนื่องจากว่าฮาร์ดดิสก์ในระหว่างการบันทึกและอ่านข้อมูลนั้นต้องการไฟมา เลี้ยงตลอดเวลา ดังนั้นพลังงานที่มาเลี้ยงนั้นต้องคงที่และมีการจ่ายไฟอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งอุปกรณ์ที่ใช้ในการจ่ายไฟของเครื่องงคอมพ์ก็คือเจ้า Power Supply นั่นเอง หลักการเลือกซื้อ Power Supply นั้นจะไม่ขอกล่าวถึงโดยละเอียดในที่นี้นะครับ แต่จะขอสรุปโดยย่อคือ แนะนำให้เลือกซื้อของที่มียี่ห้อที่ไว้ใจได้นิดนึง ไม่ใช่จำพวกห่อถุงสีฟ้าประมาณนั้น และควรดูเรื่องการรับประกันด้วยนะครับว่ามีการรับประกันกี่ปี พอมีปัญหาแล้วสามารถส่งเคลมได้เลยหรือไม่เป็นต้น และเรื่องอุปกรณ์สำรองไฟหรือ UPS นั้นก็มีความสำคัญไม่แพ้กันนะครับ เพราะถ้าหากในระหว่างที่ฮาร์ดดิสก์ของเรากำลังเขียนข้อมูลอยู่ที่ความเร็ว 7200 รอบต่อนาที แล้วเกิดไฟตกเข้า ข้อมูลที่กำลังเขียนอยู่นั้นก็อาจจะสูญหายไปเลยก็ได้ และควรเลือก UPS ที่สามารถป้องกันไฟตก ไฟกระชาก และไฟเกินได้ด้วยนะครับ

2. ควร Defrag สม่ำเสมอ

อย่างที่ชื่อบอกนั่นล่ะครับ การ Defragmentation คือเป็นการนำข้อมูลที่อยู่กันอย่างกระจัดกระจายให้มารวมกันอย่างเป็นระเบียบ ทำให้ฮาร์ดดิสก์สามารถหาข้อมูลได้รวดเร็วขึ้น

3. ควรทำความสะอาดและกำจัดไวรัสที่อยู่ในฮาร์ดดิสก์บ่อยๆ

เป็นเรื่องปกติที่ว่าเวลาที่เราใช้เครื่องไปนานๆ แล้ว พวกโปรแกรมต่างๆ นั้นมักจะทำการสร้างไฟล์สำรอง หรือไฟล์จำพวก cookies ต่างๆ ออกมาเต็มเครื่องไปหมด ซึ่งนอกจากจะทำให้เราเสียพื้นที่ฮาร์ดดิสก์ไปฟรีๆ แล้วยังทำให้ฮาร์ดดิสก์ของเราทำงานหนักโดยไม่จำเป็นอีกด้วย วิธีการง่ายๆ ก็คือใช้เครื่องมือที่เรียกว่า Disk Cleanup ที่อยู่ใน System Tools ครับผม และก็ต้องไม่ลืมใช้โปรแกรม Anti-Virus ต่างๆ การสแกนเครื่องของเราอย่างสม่ำเสมอเพื่อเป็นการล่าล้างพวกไวรัส และสปายแวร์ต่างๆ และต้องไม่ลืมอัพเดตดฐานข้อมูลไวรัสของโปรแกรมอย่างสม่ำเสมอด้วยนะครับ

4. อย่าลืม Backup

ประโยคที่ว่า สังขารทั้งหลายย่อมไม่เที่ยง นั้นก็สามารถนำมาใช้กับฮาร์ดดิสก์ของเราได้ด้วยครับเนื่องมาจากเราไม่มีวัน รู้ว่าเจ้าฮาร์ดดิสก์ของเราจะไปสู่โลกหน้าเมื่อใด ( เคยโดนมาแล้ว T_T )ฉะนั้นถ้าเป็นไปได้ก็ควรหมั่นสำรองข้อมูลเก็บไปไว้ในจำพวก External Drive ทั้งหลาย ไม่ว่าจะเป็น Thumb Drive หรือฮาร์ดดิสก์แบบต่อภายนอกเสมอๆ นะครับ

บทส่งท้าย

สุดท้ายนี้ก็หวังว่าเพื่อนๆ นักอ่านทั้งหลายคงจะได้ความรู้เกี่ยวกับเจ้าฮาร์ดดิสก์กันไปไม่มากก็น้อยนะ ครับ และถ้าท่านใดอยากให้ผมเขียนบทความอะไร หรืออยากจะติชมบทความหรืออยากเพิ่มเติมตรงไหนก็สามารถทำได้เลยตรง comment ด้านล่าง เพื่อให้สังคม i3 ของเราเป็นสังคมแห่งการแลกเปลี่ยนอย่างแท้จริงครับ

ที่มา... i3