Ổ đĩa cứng

Ổ đĩa cứng, còn được gọi là ổ cứng (tiếng Anh: Hard Disk Drive, viết tắt: HDD) là thiết bị dùng để lưu trữ dữ liệu trên bề mặt các đĩa hình tròn phủ lớp từ tính.

Ổ đĩa cứng là loại bộ nhớ 'không bị mất dữ liệu' (non-volatile), tức là dữ liệu không bị xóa khi ngừng cung cấp nguồn điện.

Ổ đĩa cứng là thiết bị quan trọng trong hệ thống máy tính vì nó lưu trữ dữ liệu quan trọng từ các hoạt động của người dùng. Các hỏng hóc ở các thiết bị khác có thể được sửa chữa hoặc thay thế, nhưng dữ liệu mất do lỗi phần cứng của ổ đĩa cứng thường rất khó phục hồi.

Ổ đĩa cứng là một khối cố định, các đĩa bên trong được lắp ráp sẵn từ khi sản xuất, do đó không thể thay đổi các 'đĩa cứng' như trong trường hợp của ổ đĩa mềm hoặc ổ đĩa quang.

Tham khảo các định nghĩa về ổ đĩa tại bài viết định hướng về Ổ đĩa

Tổng quan

Ổ đĩa cứng (hay còn gọi là ổ cứng) là một phần thiết yếu của máy tính dùng để lưu trữ dữ liệu, dù nó ra đời muộn hơn so với các máy tính đầu tiên.
Nhờ vào sự tiến bộ công nghệ, ổ đĩa cứng ngày càng nhỏ gọn hơn nhưng dung lượng lại ngày càng lớn. Trong quá khứ, ổ đĩa cứng chỉ được sử dụng cho máy tính, nhưng hiện nay nó cũng xuất hiện trong nhiều thiết bị điện tử khác như máy nghe nhạc kỹ thuật số, máy ảnh số, điện thoại thông minh (SmartPhone), máy quay phim kỹ thuật số, và nhiều thiết bị kỹ thuật số khác.
Ổ đĩa cứng đã có nhiều cải tiến công nghệ, chẳng hạn như ổ đĩa cứng lai giúp hệ điều hành hoạt động hiệu quả hơn, giảm thời gian khởi động và tiết kiệm năng lượng. Các phương pháp ghi dữ liệu trên đĩa từ cũng đã được cải thiện, làm tăng đáng kể dung lượng lưu trữ của ổ đĩa cứng.

Lịch sử phát triển

1955

Ổ cứng đầu tiên trên thế giới, IBM 350 Disk File, được phát triển bởi Reynold Johnson và giới thiệu vào năm 1955 cùng với máy tính IBM 305. Nó bao gồm 50 đĩa có đường kính 24' với tổng dung lượng lưu trữ đạt 5 triệu ký tự. Để truy cập dữ liệu, một đầu từ được sử dụng cho tất cả các đĩa, dẫn đến tốc độ truy cập tương đối chậm.

1961

Năm 1961, thiết bị lưu trữ dữ liệu IBM 1301 được giới thiệu và đánh dấu bước tiến mới khi mỗi đầu từ được gán cho một mặt đĩa riêng biệt.

Ổ đĩa đầu tiên với bộ phận lưu trữ có thể tháo rời là IBM 1311. Sử dụng đĩa IBM 1316, ổ đĩa này cung cấp dung lượng lưu trữ lên tới 2 triệu ký tự.

1973

IBM đã giới thiệu hệ thống đĩa 3340 'Winchester' vào năm 1973, đây là ổ đĩa đầu tiên áp dụng kỹ thuật lắp ráp kín (sealed head/disk assembly - HDA). Kỹ sư trưởng Kenneth Haughton đã đặt tên nó theo 'súng trường Winchester' 30-30 vì một thành viên trong nhóm đã gọi nó là '30-30' nhờ vào các trục quay 30 MB của ổ đĩa. Công nghệ này hiện nay vẫn được sử dụng trong hầu hết các ổ đĩa hiện đại, và cái tên 'Winchester' đã trở nên phổ biến trước khi dần biến mất vào thập niên 1990.

Trong một thời gian dài, ổ đĩa cứng có kích thước lớn và cồng kềnh, thường được dùng trong các trung tâm dữ liệu hoặc văn phòng lớn do tính chất bảo vệ của chúng, không thích hợp cho môi trường công nghiệp khắc nghiệt hay văn phòng nhỏ vì kích thước và mức tiêu thụ điện năng cao. Trước thập niên 1980, các ổ đĩa cứng thường có đĩa cỡ 8' (20 cm) hoặc 14' (35 cm), yêu cầu diện tích và thiết bị đáng kể. Đến năm 1980, Seagate Technology đã cho ra đời ổ đĩa ST-506 - ổ đĩa 5,25' đầu tiên với dung lượng 5 MB, đánh dấu sự phổ biến của ổ đĩa cứng trong máy vi tính, mặc dù máy IBM PC (IBM 5150) xuất xưởng không đi kèm ổ đĩa cứng.

Thập niên 1990

Trong những năm đầu thập niên 1980, hầu hết các ổ đĩa cứng không được bán trực tiếp cho người dùng cuối mà được cung cấp bởi các OEM như một phần của thiết bị lớn hơn (như hệ thống Corvus Disk và Apple ProFile). Máy IBM PC/XT được bán ra đã tích hợp ổ đĩa cứng, nhưng xu hướng tự nâng cấp bắt đầu nở rộ. Các nhà sản xuất ổ đĩa cứng bắt đầu tiếp cận trực tiếp người tiêu dùng, và đến giữa thập niên 1990, ổ đĩa cứng đã bắt đầu có mặt tại các cửa hàng bán lẻ.

Ổ đĩa gắn trong ngày càng được ưa chuộng trong các máy PC, trong khi ổ đĩa gắn ngoài vẫn phổ biến trên các máy Macintosh của Apple và các nền tảng khác. Mỗi máy Mac sản xuất từ năm 1986 đến 1998 đều trang bị một cổng SCSI phía sau, giúp việc thêm phần cứng mới trở nên thuận tiện hơn; trong khi đó, các mẫu máy như 'toaster' (máy nướng bánh) Mac không có chỗ cho ổ đĩa cứng, do đó, ổ SCSI gắn ngoài là sự lựa chọn hợp lý. Các ổ đĩa SCSI gắn ngoài cũng được sử dụng rộng rãi trong các máy vi tính cổ như Apple II và Commodore 64, cũng như trong các máy chủ cho đến hiện tại. Cuối thập niên 1990, sự ra đời của các chuẩn kết nối ngoài như USB và FireWire đã làm cho ổ đĩa cứng gắn ngoài trở nên phổ biến hơn với người dùng thông thường, đặc biệt là những người cần di chuyển lượng lớn dữ liệu giữa các địa điểm. Do đó, nhiều ổ đĩa cứng hiện nay đã trở thành phần quan trọng của các vỏ ổ đĩa gắn ngoài.

Hiện tại

Dung lượng ổ đĩa cứng đã tăng trưởng theo cấp số nhân theo thời gian. Đối với những máy PC thế hệ đầu, ổ đĩa có dung lượng 20 megabyte được xem là rất lớn. Đến cuối thập niên 1990, đã có các ổ đĩa cứng với dung lượng vượt qua 1 gigabyte. Vào đầu năm 2005, ổ đĩa cứng nhỏ nhất cho máy tính để bàn có dung lượng lên đến 40 gigabyte, trong khi ổ đĩa lắp trong có dung lượng lớn nhất đạt một nửa terabyte (500 GB), và ổ đĩa gắn ngoài có dung lượng gần 1 terabyte. Theo lịch sử phát triển của PC, các họ ổ đĩa lớn bao gồm MFM, RLL, ESDI, SCSI, IDE và EIDE, và mới nhất là SATA. Ổ đĩa MFM yêu cầu mạch điều khiển phải tương thích với phần điện trên ổ đĩa. RLL (Run Length Limited) là phương pháp mã hóa bit giúp tăng mật độ bit trên đĩa. Hầu hết các ổ đĩa RLL cần tương thích với bộ điều khiển. ESDI, phát triển bởi Maxtor, tăng tốc giao tiếp giữa PC và ổ đĩa. SCSI (trước đây là SASI của Shugart Associates), viết tắt của Small Computer System Interface, là đối thủ của ESDI. Khi giá linh kiện giảm, các chi tiết điện tử đã được tích hợp vào ổ đĩa, tạo thành ổ đĩa cứng tích hợp linh kiện điện tử (Integrated Drive Electronics hay IDE). Các nhà sản xuất IDE đã cố gắng nâng cao tốc độ để gần đạt mức của SCSI, nhưng ổ đĩa IDE thường chậm hơn do không có bộ nhớ đệm lớn như SCSI và không thể ghi trực tiếp vào RAM. Để khắc phục vấn đề này, các nhà sản xuất IDE đã sử dụng phương pháp địa chỉ logic khối (Logical Block Addressing - LBA), và các ổ đĩa này được gọi là EIDE. Cùng thời điểm đó, các nhà sản xuất SCSI tiếp tục cải tiến tốc độ, nhưng điều này làm tăng giá thành của giao tiếp SCSI. Để nâng cao hiệu suất của EIDE mà không làm tăng chi phí, các nhà sản xuất đã chuyển từ giao diện 'song song' sang kiểu 'nối tiếp', dẫn đến sự ra đời của giao diện SATA. Tuy nhiên, hiệu suất của ổ đĩa SATA thế hệ đầu và ổ đĩa PATA không có sự khác biệt lớn.

Cấu tạo

Ổ đĩa cứng bao gồm các thành phần cơ bản sau đây và được giải thích sơ bộ như sau:

Cụm đĩa: Bao gồm tất cả các đĩa, trục quay và động cơ.

• Đĩa từ
• Trục quay: Truyền động cho các đĩa từ.
• Động cơ: Nối trực tiếp với trục quay và các đĩa.

Cụm đầu đọc

• Đầu đọc (head): Thiết bị đọc và ghi dữ liệu.
• Cần có cơ cấu di chuyển đầu đọc (head arm hoặc actuator arm)

Cụm mạch điện

• Mạch điều khiển: Đảm nhận vai trò quản lý động cơ đồng trục, điều chỉnh cần di chuyển đầu đọc để đảm bảo chính xác vị trí trên bề mặt đĩa.
• Mạch xử lý dữ liệu: Xử lý các dữ liệu đọc và ghi của ổ đĩa cứng.
• Bộ nhớ đệm (cache hoặc buffer): Lưu trữ tạm thời dữ liệu trong quá trình đọc/ghi. Dữ liệu trong bộ nhớ đệm sẽ bị mất khi ổ đĩa không còn nguồn điện.
• Cổng cấp nguồn cung cấp điện cho ổ đĩa cứng.
• Cổng kết nối giao tiếp với máy tính.
• Các cầu đấu thiết lập (tạm dịch từ jumper): Quy định chế độ hoạt động của ổ đĩa như SATA 150 hoặc SATA 300, thứ tự trên các kênh giao tiếp IDE (master hoặc slave hoặc tự chọn), và các thông số làm việc khác...

Vỏ đĩa cứng:

Vỏ ổ đĩa cứng bao gồm phần đế chứa các linh kiện và phần nắp bảo vệ các linh kiện bên trong.

Vỏ ổ đĩa cứng có nhiệm vụ định vị các linh kiện và giữ cho ổ đĩa kín khít, ngăn bụi lọt vào bên trong.

Vỏ còn giúp chịu đựng va đập nhẹ để bảo vệ ổ đĩa.

Do đầu từ di chuyển rất gần mặt đĩa, bụi lọt vào có thể làm xước bề mặt, hỏng lớp từ và gây ra các khối hỏng (bad block)... Bên trong ổ đĩa cứng phải là không khí sạch, vỏ có lỗ thông hơi để đảm bảo cân bằng áp suất và ngăn bụi.

Đĩa từ

Đĩa từ (platter): Là đĩa làm từ nhôm hoặc thủy tinh, phủ lớp vật liệu từ tính để lưu trữ dữ liệu. Tùy vào nhà sản xuất, đĩa có thể sử dụng một hoặc cả hai mặt. Số lượng đĩa có thể thay đổi tùy theo dung lượng và công nghệ của từng hãng.
Mỗi đĩa có thể có hai mặt, các đĩa cứng có thể chứa nhiều đĩa từ, lắp song song và quay đồng trục cùng tốc độ khi hoạt động.

Mặt làm việc của đĩa từ được chia thành nhiều vòng tròn đồng tâm, gọi là track.
Track có thể được so sánh với các rãnh ghi dữ liệu trên đĩa nhựa (ngày xưa dùng để ghi âm nhạc), nhưng không có các gờ phân biệt và là các vòng tròn đồng tâm chứ không phải dạng xoắn ốc như đĩa nhựa. Vị trí của các track trên ổ đĩa cứng không cố định và có thể thay đổi khi thực hiện định dạng cấp thấp (low format).

Khi ổ đĩa cứng hoạt động lâu dài và phần mềm kiểm tra phát hiện nhiều khối hư hỏng (bad block), điều này cho thấy phần cơ của ổ đĩa đã xuống cấp và hoạt động không còn chính xác như lúc mới sản xuất. Trong trường hợp này, thực hiện format cấp thấp là giải pháp tốt nhất để cải thiện khả năng tương thích với phần cơ của ổ đĩa.

Trên mỗi track, dữ liệu được chia thành các phần nhỏ gọi là sector, tạo thành các đoạn hướng tâm. Các sector là đơn vị cơ bản để lưu trữ dữ liệu, với dung lượng chuẩn thường là 512 byte mỗi sector.
Số lượng sector trên mỗi track thay đổi từ phần rìa vào đến trung tâm đĩa. Các ổ đĩa cứng chia đĩa thành nhiều vùng, mỗi vùng có số sector/track đồng đều.

Bảng dưới đây trình bày các khu vực với các thông số khác nhau và ảnh hưởng của chúng đến tốc độ truyền dữ liệu của ổ cứng, lấy ví dụ từ ổ đĩa cứng Hitachi Travelstar 7K60 2,5'.

Tập hợp các track có cùng bán kính (cùng số hiệu) trên các mặt đĩa khác nhau được gọi là cylinder. Cụ thể hơn, khi đầu đọc/ghi hoạt động tại một track nhất định, toàn bộ các track trên các bề mặt đĩa khác mà các đầu đọc tương ứng đang làm việc tại đó sẽ tạo thành một cylinder (giải thích này chính xác hơn vì có thể xảy ra trường hợp các đầu đọc có khoảng cách khác nhau đến tâm quay của đĩa do quá trình sản xuất).
Một ổ đĩa cứng có nhiều cylinder vì mỗi mặt đĩa từ chứa nhiều track.

Trục quay

Trục quay là thành phần gắn các đĩa từ lên đó và kết nối trực tiếp với động cơ quay của ổ cứng. Nhiệm vụ của trục quay là truyền chuyển động quay từ động cơ đến các đĩa từ.

Trục quay thường được làm từ các vật liệu nhẹ như hợp kim nhôm và phải được chế tạo với độ chính xác cao để đảm bảo không có sai lệch trọng tâm. Ngay cả một sai lệch nhỏ cũng có thể gây ra rung lắc khi ổ đĩa hoạt động ở tốc độ cao, ảnh hưởng đến quá trình đọc/ghi.

Đầu đọc/ghi

Đầu đọc được cấu tạo đơn giản với lõi ferit (trước đây là lõi sắt) và cuộn dây (tương tự như nam châm điện). Công nghệ hiện đại đã giúp ổ đĩa cứng hoạt động hiệu quả hơn bằng cách xếp các hạt từ theo phương vuông góc với bề mặt đĩa, dẫn đến thiết kế đầu đọc nhỏ gọn và ứng dụng công nghệ tiên tiến.

Đầu đọc trong ổ đĩa cứng có chức năng đọc dữ liệu dưới dạng từ hoá trên bề mặt đĩa từ hoặc ghi dữ liệu lên các mặt đĩa bằng cách từ hoá.

Số lượng đầu đọc/ghi luôn bằng số mặt hoạt động của các đĩa cứng, tức là nhỏ hơn hoặc bằng hai lần số đĩa (ít hơn trong trường hợp có hai đĩa nhưng chỉ sử dụng ba mặt).

Cần di chuyển đầu đọc/ghi

Cần di chuyển đầu đọc/ghi là thiết bị gắn đầu đọc/ghi, có nhiệm vụ di chuyển đầu đọc/ghi theo hướng song song với các đĩa từ. Nó đảm bảo rằng đầu đọc được đặt chính xác tại các vị trí từ mép đĩa đến vùng gần trục quay.

Các cần di chuyển đầu đọc được nối chung trên một trục quay (đồng trục), do đó khi thực hiện đọc/ghi dữ liệu ở một vị trí cụ thể trên bề mặt (cả hai mặt nếu là loại hai mặt), chúng cũng hoạt động đồng bộ trên các bề mặt đĩa còn lại.

Di chuyển cần có thể được thực hiện theo hai phương pháp:

• Sử dụng động cơ bước để truyền động.
• Sử dụng cuộn cảm để di chuyển cần bằng lực từ.

Nguyên lý hoạt động

Giao tiếp với máy tính

Quá trình đọc/ghi dữ liệu chỉ diễn ra khi máy tính (hoặc thiết bị sử dụng ổ đĩa cứng) yêu cầu truy xuất hoặc ghi dữ liệu. Bo mạch của ổ đĩa cứng chịu trách nhiệm thực hiện giao tiếp với máy tính.

Máy tính thực hiện các nhiệm vụ khác nhau và không theo một kịch bản cố định, dẫn đến việc dữ liệu thường xuyên thay đổi và xáo trộn. Dữ liệu trên đĩa cứng không được lưu trữ liên tục mà phân tán trên bề mặt vật lý. Máy tính có khả năng xử lý đa nhiệm, yêu cầu truy cập các tập tin ở nhiều thư mục khác nhau.

Do đó, cơ chế đọc và ghi dữ liệu của ổ đĩa cứng không theo thứ tự tuần tự mà cho phép truy cập và ghi dữ liệu ngẫu nhiên ở bất kỳ điểm nào trên bề mặt đĩa. Đây là điểm khác biệt chính giữa ổ đĩa cứng và các phương pháp lưu trữ tuần tự như băng từ.

Khi thực hiện một tác vụ, CPU sẽ yêu cầu dữ liệu từ các bộ nhớ khác nhau theo trình tự (thường là cache L1 -> cache L2 -> RAM trước khi truy cập vào đĩa cứng). Đĩa cứng cần phải cung cấp dữ liệu theo yêu cầu của CPU, và trong nhiều trường hợp, CPU có thể yêu cầu nhiều hơn một tập tin dữ liệu cùng lúc. Khi đó có thể xảy ra các tình huống sau:

1. Ổ đĩa cứng chỉ có thể đáp ứng một yêu cầu dữ liệu tại một thời điểm, với các yêu cầu được xử lý tuần tự.
2. Ổ đĩa cứng có khả năng xử lý nhiều yêu cầu dữ liệu đồng thời theo phương thức của nó.

Trước đây, hầu hết các ổ đĩa cứng chỉ hỗ trợ phương thức đầu tiên, tức là chỉ truy cập một tập tin dữ liệu cho CPU tại một thời điểm. Ngày nay, các ổ đĩa cứng đã được trang bị bộ nhớ đệm (cache) và các công nghệ tiên tiến như TCQ và NCQ, giúp cải thiện khả năng truy cập dữ liệu trên bề mặt đĩa. Nhờ đó, ổ đĩa cứng có thể hoạt động theo phương thức thứ hai, tối ưu hóa tốc độ tổng thể của hệ thống.

Đọc và ghi dữ liệu trên bề mặt đĩa

Hoạt động của ổ đĩa cứng yêu cầu đồng thời hai chuyển động: quay của các đĩa và di chuyển của các đầu đọc. Các đĩa quay nhờ động cơ gắn trên trục với tốc độ cao (từ 3600 rpm đến 15.000 rpm) và thường duy trì tốc độ ổn định. Khi đĩa cứng quay, cần di chuyển đầu đọc đến các vị trí trên bề mặt đĩa theo phương bán kính. Chuyển động này kết hợp với sự quay của đĩa giúp đầu đọc/ghi tiếp cận mọi điểm trên bề mặt đĩa. Tại các vị trí đọc/ghi, đầu đọc/ghi sử dụng cảm biến điện trường để đọc dữ liệu hoặc phát ra điện trường để ghi dữ liệu. Dữ liệu được ghi/đọc đồng thời trên tất cả các đĩa nhờ các mạch điều khiển trên bo mạch của ổ đĩa cứng.

Các công nghệ sử dụng ổ đĩa cứng

S.M.A.R.T

Công nghệ S.M.A.R.T (Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology) cung cấp khả năng tự động giám sát, phân tích và báo cáo các sự cố có thể xảy ra với ổ đĩa cứng. Thông qua BIOS và các phần mềm, nó cảnh báo người dùng về các vấn đề tiềm ẩn, giúp chuẩn bị các biện pháp ứng phó như sao lưu dữ liệu hoặc thay thế ổ đĩa. Gần đây, S.M.A.R.T đã trở thành tiêu chuẩn quan trọng trong ngành ổ đĩa cứng. Nó theo dõi các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của ổ đĩa, chẳng hạn như sự hư hỏng cơ khí (như đầu đọc/ghi, động cơ, và bo mạch), với khoảng 60% sự cố đến từ các vấn đề này theo Seagate.

S.M.A.R.T không nên nhầm lẫn với từ 'smart' vì nó không cải thiện tốc độ hoạt động hay truyền dữ liệu của ổ đĩa cứng. Người dùng có thể bật (enable) hoặc tắt (disable) tính năng này trong BIOS, tuy nhiên, không phải BIOS của tất cả các nhà sản xuất đều hỗ trợ tùy chọn này.

Ổ cứng lai

Ổ cứng lai (hybrid hard disk drive) là loại ổ đĩa cứng thông thường được tích hợp thêm bộ nhớ flash trên bảng mạch. Khác với bộ nhớ đệm của ổ cứng, bộ nhớ flash này không bị mất dữ liệu khi mất điện.
Trong quá trình hoạt động, bộ nhớ flash của ổ cứng lai thực hiện các chức năng sau:

• Giữ dữ liệu tạm thời trước khi ghi vào đĩa cứng. Ổ cứng chỉ thực hiện ghi dữ liệu vào đĩa khi lượng dữ liệu đạt một mức nhất định (tùy thuộc vào loại ổ cứng lai). Điều này giúp ổ cứng hoạt động hiệu quả hơn và tiết kiệm năng lượng vì không cần hoạt động liên tục.
• Tăng tốc độ giao tiếp với máy tính: Đọc dữ liệu từ bộ nhớ flash nhanh hơn so với việc đọc từ đĩa từ.
• Rút ngắn thời gian khởi động hệ điều hành bằng cách lưu trữ các tập tin khởi động trên bộ nhớ flash.
• Kết hợp với bộ nhớ đệm của ổ cứng để cải thiện hiệu suất hoạt động tổng thể.

Các ổ cứng lai hiện tại thường trang bị bộ nhớ flash với dung lượng nhỏ khoảng 256 MB do vấn đề chi phí sản xuất. Với dung lượng hạn chế, chúng chưa thực sự cải thiện nhiều về thời gian khởi động hệ điều hành, nên nhiều người dùng vẫn chưa thấy hài lòng. Tuy nhiên, hiệu quả tiết kiệm năng lượng của chúng có thể không dễ nhận thấy trong các tác vụ thường ngày.

Tính đến năm 2007, ổ cứng lai có giá khá cao (khoảng 300 USD cho dung lượng 32 GB), chủ yếu được sử dụng trên các máy tính xách tay cao cấp. Trong tương lai, với dung lượng bộ nhớ flash có thể lên đến vài GB, sự khác biệt so với ổ cứng truyền thống sẽ trở nên rõ rệt hơn.

Thông số và đặc tính

Dung lượng

Dung lượng của ổ đĩa cứng (Disk capacity) là yếu tố quan trọng mà người dùng thường xem xét đầu tiên khi so sánh, đầu tư hoặc nâng cấp thiết bị. Mọi người đều muốn sở hữu những ổ đĩa có dung lượng tối đa trong khả năng tài chính của họ mà có thể không chú ý đến các thông số khác.

Dung lượng ổ đĩa cứng được tính bằng công thức: (số byte/sector) × (số sector/track) × (số cylinder) × (số đầu đọc/ghi).

Dung lượng ổ đĩa cứng thường được đo bằng các đơn vị cơ bản như byte, kB, MB, GB, TB.
Trong quá khứ, đơn vị phổ biến là GB, nhưng hiện nay dung lượng ổ đĩa đã lên đến TB, vì vậy trong tương lai có thể đơn vị tính sẽ là TB.

Hầu hết các nhà sản xuất thường tính dung lượng theo cách có lợi cho họ (ví dụ: 1 GB = 1000 MB thay vì 1 GB = 1024 MB), do đó dung lượng mà hệ điều hành hoặc phần mềm kiểm tra nhận được thường thấp hơn so với dung lượng ghi trên nhãn (ví dụ, ổ đĩa cứng 40 GB thực tế chỉ khoảng 37-38 GB).

Tốc độ quay của ổ đĩa cứng

Tốc độ quay của ổ đĩa cứng, được biểu thị bằng rpm (viết tắt của revolutions per minute), cho biết số vòng quay trong một phút.
Tốc độ quay càng cao, ổ đĩa sẽ hoạt động nhanh hơn, giúp quá trình đọc/ghi dữ liệu diễn ra nhanh chóng hơn và thời gian tìm kiếm dữ liệu giảm.

Các mức tốc độ quay phổ biến hiện nay bao gồm:

• 3.600 rpm: Tốc độ của các ổ đĩa cứng thế hệ cũ.
• 4.200 rpm: Thường được sử dụng trên các máy tính xách tay giá rẻ và tầm trung vào năm 2007.
• 5.400 rpm: Được sử dụng rộng rãi trên ổ đĩa cứng 3,5' sản xuất 2-3 năm trước và trên ổ đĩa cứng 2,5' cho máy tính xách tay hiện tại để đáp ứng nhu cầu đọc/ghi nhanh hơn.
• 7.200 rpm: Tốc độ phổ biến của các ổ đĩa cứng hiện nay (2007).
• 10.000 rpm, 15.000 rpm: Thường thấy trên các ổ đĩa cứng của máy tính cá nhân cao cấp, máy trạm và máy chủ sử dụng giao tiếp SCSI.

Các thông số về thời gian trong ổ đĩa cứng

Thời gian tìm kiếm trung bình (Average Seek Time) là khoảng thời gian trung bình (tính bằng mili giây: ms) mà đầu đọc phải di chuyển từ một cylinder này đến một cylinder khác ngẫu nhiên. Thông số này được xác định bởi nhà sản xuất thông qua việc thực hiện nhiều bài kiểm tra đọc/ghi ở các vị trí khác nhau và tính trung bình kết quả.
Càng thấp thời gian tìm kiếm trung bình, hiệu suất của ổ đĩa cứng càng cao.

Thời gian tìm kiếm trung bình không thể kiểm tra bằng phần mềm vì phần mềm không thể can thiệp sâu vào các hoạt động của ổ đĩa cứng.

Thời gian truy cập ngẫu nhiên (Random Access Time): Là khoảng thời gian trung bình để ổ đĩa cứng tìm kiếm một dữ liệu ngẫu nhiên, tính bằng mili giây (ms).
Đây là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống, vì vậy người dùng nên chú ý đến chỉ số này khi chọn mua ổ đĩa cứng. Thời gian truy cập ngẫu nhiên càng thấp thì hiệu suất càng tốt.

Tham số: Các ổ đĩa cứng được sản xuất gần đây (2007) thường có thời gian truy cập ngẫu nhiên dao động từ 5 đến 15 ms.

Thời gian làm việc tin cậy MTBF (Mean Time Between Failures) được đo bằng giờ và có thể coi như tuổi thọ của ổ đĩa cứng. Đây là thời gian mà nhà sản xuất dự đoán ổ đĩa cứng sẽ hoạt động ổn định trước khi có khả năng xảy ra lỗi (và không còn đảm bảo độ tin cậy).

Một số nhà sản xuất công bố ổ đĩa cứng của họ có thể hoạt động ở tốc độ 10.000 rpm với MTBF lên đến 1 triệu giờ, hoặc ở tốc độ 15.000 rpm với MTBF đạt 1,4 triệu giờ. Tuy nhiên, những con số này thường chỉ mang tính lý thuyết. Khi chia MTBF cho (24 giờ/ngày × 365 ngày/năm), kết quả có thể dài hơn tuổi thọ của bất kỳ hãng sản xuất ổ đĩa cứng nào, vì vậy người dùng có thể không cần quá quan tâm đến thông số này.

Bộ nhớ đệm

Bộ nhớ đệm (cache hoặc buffer) trong ổ đĩa cứng tương tự như RAM trong máy tính, có nhiệm vụ lưu trữ tạm thời dữ liệu trong quá trình hoạt động của ổ đĩa.

Kích thước của bộ nhớ đệm ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của ổ đĩa cứng. Do việc đọc/ghi dữ liệu không xảy ra ngay lập tức (vì phụ thuộc vào việc di chuyển của đầu đọc/ghi và truyền dữ liệu), dữ liệu sẽ được lưu trữ tạm thời trong bộ nhớ đệm.
Bộ nhớ đệm thường được đo bằng KB hoặc MB.
Vào năm 2007, dung lượng bộ nhớ đệm thường là 2 hoặc 8 MB cho ổ đĩa cứng có dung lượng khoảng 160 GB. Đối với các ổ đĩa cứng có dung lượng lớn hơn, bộ nhớ đệm có thể lên đến 16 MB hoặc hơn. Bộ nhớ đệm càng lớn thì càng tốt, nhưng hiệu suất của ổ đĩa cứng có thể không tăng đáng kể sau một mức dung lượng nhất định.

Hệ điều hành cũng có thể sử dụng một phần của RAM để tạo ra bộ nhớ đệm cho dữ liệu từ ổ đĩa cứng, nhằm cải thiện hiệu suất truy cập cho các dữ liệu thường xuyên. Đây là tính năng của hệ điều hành và không làm thay đổi cách hoạt động hoặc hiệu suất của ổ đĩa cứng. Nhiều phần mềm cho phép người dùng tinh chỉnh các thông số này tùy theo lượng RAM có sẵn trong hệ thống.

Chuẩn giao tiếp

Có nhiều chuẩn giao tiếp khác nhau giữa ổ đĩa cứng và hệ thống phần cứng. Sự đa dạng này chủ yếu do yêu cầu tốc độ đọc/ghi dữ liệu khác nhau giữa các hệ thống máy tính, và các chuẩn giao tiếp nhanh thường có giá thành cao hơn so với các chuẩn thông dụng.

Ngày trước, các chuẩn ATA và SATA thế hệ đầu tiên được sử dụng rộng rãi trong máy tính cá nhân, trong khi chuẩn SCSI và Fibre Channel với tốc độ cao hơn chủ yếu được áp dụng cho máy chủ và máy trạm. Gần đây, các chuẩn SATA thế hệ mới với tốc độ giao tiếp nhanh hơn đã trở nên phổ biến trong các máy tính cá nhân nhờ vào sự phát triển của các chipset mới.

Dưới đây là bảng so sánh các chuẩn ATA thường được sử dụng với ổ đĩa cứng trong thời gian gần đây.

Tốc độ truyền dữ liệu

Tốc độ của các chuẩn giao tiếp không nhất thiết phản ánh tốc độ thực tế của ổ đĩa cứng, vì tốc độ truyền dữ liệu thường thấp hơn so với thiết kế do các hạn chế công nghệ trong quá trình chế tạo.

Các yếu tố sau đây ảnh hưởng đến tốc độ truyền dữ liệu của ổ đĩa cứng:

• Tốc độ quay của đĩa từ.
• Số lượng đĩa từ trong ổ đĩa cứng: nhiều đĩa từ nghĩa là nhiều đầu đọc, cho phép đọc/ghi đồng thời trên nhiều mặt đĩa, từ đó tăng cường khả năng xử lý dữ liệu.
• Công nghệ chế tạo: Mật độ các track và phương pháp ghi dữ liệu (hướng song song hoặc vuông góc với bề mặt đĩa) ảnh hưởng đến tốc độ đọc/ghi cao hơn.
• Kích thước bộ nhớ đệm: ảnh hưởng đến tốc độ truyền dữ liệu tại một thời điểm cụ thể.

Bảng dưới đây so sánh tốc độ truyền dữ liệu ở các vùng khác nhau của các ổ đĩa cứng, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truyền dữ liệu.

Chúng ta có thể thấy tốc độ truyền dữ liệu thực tế chỉ đạt khoảng 42,27 MBps ở ổ đĩa sử dụng giao tiếp Ultra-ATA/100 (với tốc độ thiết kế 100 MBps), tức là chỉ đạt khoảng một nửa so với tốc độ giao tiếp dự kiến.

Kích thước

Kích thước ổ đĩa cứng được chuẩn hóa để đảm bảo phù hợp với các máy tính. Kích thước thường được đo bằng inch (').
Kích thước vỏ ngoài của các loại ổ đĩa cứng:

Tiêu thụ điện năng

Các ổ đĩa cứng cho máy tính cá nhân thường sử dụng hai loại điện áp: 5 Vdc và 12 Vdc (DC: điện áp một chiều). Đối với máy tính xách tay, chỉ cần điện áp 5 Vdc. Các ổ đĩa cứng trong các thiết bị di động khác có thể sử dụng điện áp thấp hơn với công suất thấp hơn.

Phần lớn điện năng tiêu thụ của ổ đĩa cứng được sử dụng để vận hành động cơ quay đĩa, trong khi phần nhỏ còn lại cấp cho bo mạch của ổ đĩa. Tùy thuộc vào loại động cơ, điện áp có thể là 12V hoặc 5 Vdc (dựa trên dòng điện tiêu thụ ở các mức điện áp này). Thông số về dòng điện tiêu thụ của mỗi loại điện áp đều được ghi rõ trên ổ đĩa cứng để người dùng có thể tính toán công suất tiêu thụ tổng.

Ổ đĩa cứng thường tiêu thụ nhiều điện năng nhất khi khởi động hệ thống hoặc khi bắt đầu hoạt động trở lại sau khi nghỉ để tiết kiệm năng lượng. Sự khởi động động cơ đồng trục quay đĩa từ có thể làm tăng dòng điện tiêu thụ gấp 3 lần so với mức bình thường.

Ổ cứng nội bộ nhận điện trực tiếp từ nguồn máy tính, trong khi ổ cứng ngoài có thể dùng bộ cung cấp điện riêng hoặc nhận nguồn điện qua các cổng USB.

Các thông số khác

Những thông số dưới đây thường ít được chú trọng vì chúng không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất của ổ cứng. Do đó, chúng không nên được sử dụng làm tiêu chí chính khi so sánh giữa các ổ đĩa cứng trong sử dụng thông thường.

Độ ồn của ổ đĩa cứng, được đo bằng đơn vị dB, phản ánh mức độ ồn khi ổ đĩa hoạt động bình thường. Do sự chuyển động cơ khí của đĩa từ và đầu đọc, ổ đĩa cứng phát ra tiếng ồn, nhưng mức độ này thường thấp hơn nhiều so với tiếng ồn của quạt làm mát, nên người dùng thường không cần quá quan tâm đến yếu tố này.

Những âm thanh nhỏ 'lắc tắc' không đều đặn trong quá trình hoạt động của ổ đĩa cứng thường do đầu đọc/ghi di chuyển và dừng tại các vị trí định vị. Âm thanh này có thể giúp người dùng theo dõi trạng thái hoạt động của ổ đĩa mà không cần nhìn vào đèn báo HDD.

Chu trình di chuyển của đầu đọc/ghi (hay còn gọi là Load/Unload cycle) được tính bằng số lần đầu đọc/ghi di chuyển từ vị trí an toàn đến vùng làm việc của đĩa cứng và ngược lại. Thông số này chỉ ra số lần di chuyển có thể trước khi ổ đĩa cứng có nguy cơ gặp lỗi hoặc hư hỏng.

Sau mỗi lần tắt máy, các đầu đọc/ghi sẽ được di chuyển về vị trí an toàn ngoài vùng đĩa từ để tránh va chạm có thể gây hư hỏng bề mặt từ tính. Một số ổ đĩa cứng có cơ chế tự động di chuyển đầu đọc về vị trí an toàn khi mất điện đột ngột. Người dùng có thể vô tình gây ra hư hỏng (như bad block) nếu tắt điện đột ngột trong môi trường DOS và tháo ổ đĩa để làm việc khác.

Chu trình di chuyển thường cao hơn số lần khởi động máy tính hoặc thiết bị sử dụng ổ đĩa cứng, vì trong một phiên làm việc, ổ đĩa cứng có thể chuyển qua chế độ tiết kiệm điện nhiều lần.

Chịu đựng sốc (Shock - half sine wave): Đây là khả năng của ổ đĩa cứng trong việc chống lại các cú sốc khi hoạt động, với sốc được định nghĩa là sự dao động từ trạng thái cân bằng đến cực đại rồi trở lại vị trí ban đầu. Đối với ổ cứng của máy tính xách tay, thiết bị kỹ thuật số cá nhân, hay ổ cứng ngoài, thông số này càng cao càng tốt. Trong khi đó, với ổ cứng gắn cố định trong máy tính để bàn, khả năng chịu đựng sốc ít được chú trọng vì chúng ít bị ảnh hưởng bởi các cú sốc.

Tất cả các thiết bị cơ khí đều bị ảnh hưởng khi nhiệt độ tăng đến mức giới hạn, vì sự giãn nở do nhiệt độ là đặc tính của kim loại. Tương tự như nhiều thiết bị khác, ổ đĩa cứng cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, đặc biệt khi các chuyển động cơ khí bên trong cần phải chính xác.
Nhiệt độ hoạt động lý tưởng của ổ cứng thường từ 0 đến 40 độ C, phù hợp với nhiều môi trường. Tuy nhiên, độ ẩm cũng là yếu tố quan trọng; nếu không khí chứa nhiều hơi nước, sự ngưng tụ có thể gây hư hỏng ổ đĩa do tốc độ quay cao và khoảng cách nhỏ giữa đầu từ và bề mặt đĩa.

Do đó, trước khi đưa ổ đĩa cứng vào sử dụng lần đầu (sau khi gỡ bỏ lớp nhựa bảo vệ), hoặc khi di chuyển ổ đĩa từ môi trường khác đến nơi làm việc mới với nhiệt độ cao hơn, hãy để ổ đĩa trong một khoang đệm trong một khoảng thời gian nhất định trước khi kết nối nguồn và cáp dữ liệu.
Thời gian thích nghi giúp:

1. Các giọt nước hoặc băng tuyết sẽ bay hơi và cân bằng với môi trường bên ngoài.
2. Đảm bảo sự đồng đều về môi trường bên trong và bên ngoài của ổ đĩa cứng, tránh sự biến đổi đột ngột do thay đổi nhiệt độ, bảo vệ các bộ phận cơ khí bên trong khi nhiệt độ ổ cứng tăng lên sau một thời gian hoạt động.

Thời gian cần thiết để ổn định: xem bảng.

Giống như việc đưa một máy tính xách tay từ môi trường lạnh vào phòng ấm, cần để ổ cứng có thời gian thích ứng. Nếu máy tính xách tay đã hoạt động ngoài trời lạnh (và không bị đóng băng bên trong ổ cứng), cần thực hiện điều này khi đưa vào môi trường ấm.

Với nhiệt độ được đề cập trong bảng, khí hậu ở Việt Nam hoặc các khu vực gần xích đạo với nhiệt độ trung bình cao có thể không cần thời gian thích ứng dài trước khi sử dụng ổ đĩa cứng, ngoại trừ những khu vực như Sa Pa với nhiệt độ thấp và có tuyết.

Về việc làm mát ổ cứng, xem thêm thông tin chi tiết trong bài viết.

Dưới đây là giải thích về một số thông số khác của ổ đĩa cứng.

Model: Mã hiệu kiểu sản phẩm của ổ cứng, có thể áp dụng cho một lô sản phẩm có các đặc tính và thông số giống nhau. Mỗi hãng thường có cách mã hóa riêng cho các thông số model để mô tả sơ lược các đặc điểm của ổ cứng.

Serial number: Mã số sản phẩm duy nhất của mỗi ổ cứng. Mã số này thường chứa thông tin về thời điểm sản xuất hoặc thứ tự sản phẩm trong quá trình sản xuất của nhà sản xuất.

Firmware revision: Phiên bản firmware hiện tại của ổ cứng. Thông số này có thể thay đổi nếu firmware được nâng cấp (nhưng việc nâng cấp này không thường xuyên xảy ra).

Một số nhà sản xuất phần mềm có thể sử dụng các thông số ổ cứng để xác thực bản quyền phần mềm trên một máy tính cụ thể, nhưng phương pháp này không phổ biến do sự phức tạp trong đăng ký và không thuận tiện cho việc nâng cấp ổ đĩa cứng.

Thiết lập các chế độ hoạt động cho ổ đĩa cứng

Cấu hình phần cứng qua cầu đấu

Cầu đấu (hay còn gọi là jumper) là một thành phần nhỏ trên ổ đĩa cứng, có chức năng thiết lập các chế độ làm việc cho ổ đĩa.

Chọn các kênh trên cáp IDE: Các ổ đĩa cứng theo chuẩn ATA thường sử dụng hai kênh (trên cùng một cáp dữ liệu), có thể được thiết lập là kênh chính (Master) hoặc kênh phụ (Slave). Việc cấu hình rất đơn giản, chỉ cần gắn các cầu đấu vào đúng vị trí trên các chân cắm. Các ký hiệu thường gặp trên nhãn hoặc cạnh cầu đấu như sau: MA (hoặc chỉ M): Master, SL (hoặc chỉ S): Slave; CS (hoặc chỉ C): Cable select (tự động chọn theo cáp dữ liệu).

Để cải thiện hiệu suất của ổ đĩa cứng, nên cài đặt các ổ đĩa chứa hệ điều hành làm kênh chính, trong khi các ổ đĩa cứng dùng để lưu trữ hoặc các tệp ít được truy cập nên được đặt ở kênh phụ (slave).

Một số ổ đĩa cứng sử dụng giao tiếp SATA thế hệ 2 (300 MBps) có thể hoạt động tốt hơn với bo mạch chủ chỉ hỗ trợ giao tiếp SATA thế hệ đầu tiên (150 MBps) bằng cách thay đổi các cầu đấu. Hướng dẫn thay đổi có thể được ghi trên nhãn ổ đĩa hoặc tìm thấy trong hướng dẫn trên trang web của nhà sản xuất.

Cấu hình phần mềm

Cấu hình phần mềm ở đây bao gồm các cài đặt và phân vùng trên ổ đĩa cứng nhằm tối ưu hóa hoạt động của nó. Các mục dưới đây sẽ được tóm tắt trong bài viết về ổ đĩa cứng.

Phân vùng (partition): là các khu vực lưu trữ dữ liệu trên các cylinder gần nhau, với dung lượng do người dùng thiết lập để phục vụ các mục đích khác nhau.
Việc phân chia phân vùng giúp ổ đĩa cứng định dạng các loại tệp khác nhau, cho phép cài đặt nhiều hệ điều hành trên cùng một ổ đĩa. Ví dụ, bạn có thể thiết lập một phân vùng định dạng FAT/FAT32 cho hệ điều hành Windows 9X/Me và một số phân vùng NTFS cho Windows NT/2000/XP/Vista, mặc dù các hệ điều hành này có thể sử dụng các định dạng cũ hơn nhưng với lợi thế bảo mật hơn.

Việc phân chia phân vùng không bắt buộc đối với hoạt động của ổ đĩa cứng (một số nhà sản xuất máy tính chỉ thiết lập một phân vùng duy nhất khi cài đặt hệ điều hành). Tuy nhiên, phân vùng giúp người dùng cài đặt nhiều hệ điều hành trên cùng một máy tính, quản lý nội dung, lưu trữ và phân loại dữ liệu dễ dàng hơn, đồng thời giảm thiểu tình trạng phân mảnh tệp.

Dưới đây là một số gợi ý để tối ưu hóa việc sử dụng ổ đĩa cứng:

• Phân vùng chứa hệ điều hành chính: Nên đặt phân vùng chứa hệ điều hành ở các vùng ngoài rìa đĩa từ (outer zone), vì khu vực này có tốc độ đọc/ghi cao hơn, giúp hệ điều hành và các phần mềm khởi động nhanh hơn. Phân vùng này thường được gán tên là C .

Phân vùng chứa hệ điều hành không nên lưu trữ dữ liệu quan trọng vì chúng dễ bị tấn công bởi virus hơn các phân vùng khác. Nếu không cẩn thận khi khắc phục sự cố, có thể dẫn đến mất toàn bộ dữ liệu trong phân vùng này.

• Phân vùng chứa dữ liệu thường xuyên truy cập hoặc thay đổi: Các tệp đa phương tiện (multimedia) hoặc dữ liệu làm việc thường xuyên nên đặt vào phân vùng thứ hai, ngay sau phân vùng hệ điều hành. Sau khi phân vùng được thiết lập, hãy thực hiện thường xuyên các tác vụ chống phân mảnh tập tin trên phân vùng này.
• Phân vùng chứa dữ liệu ít truy cập hoặc ít thay đổi: Nên tạo riêng một phân vùng cho các dữ liệu ít được truy cập hoặc ít thay đổi như bộ cài đặt phần mềm. Phân vùng này nên được đặt sau cùng, gần khu vực tâm của đĩa (inner zone).

Có nhiều phần mềm hỗ trợ quản lý phân vùng ổ đĩa cứng như fdisk trong DOS, Disk Management của Windows (2000, XP) và một số phần mềm khác, nhưng chúng có thể chỉ tạo hoặc xóa phân vùng mà không thay đổi kích thước phân vùng hiện tại, thường làm mất dữ liệu trong quá trình thao tác. Partition Magic (hiện tại của Symantec) là lựa chọn phổ biến nhờ tính năng mạnh mẽ, giao diện dễ sử dụng và không làm mất dữ liệu khi thao tác với phân vùng.

Lựa chọn định dạng cho các phân vùng là bước tiếp theo sau khi đã phân vùng ổ đĩa cứng. Tùy thuộc vào hệ điều hành sử dụng, cần chọn kiểu định dạng phù hợp cho ổ đĩa. Một số định dạng phổ biến cho các hệ điều hành Windows bao gồm:

• FAT (File Allocation Table): Đây là chuẩn được hỗ trợ bởi DOS và các hệ điều hành Windows 9X/Me (cũng như các hệ điều hành sau). Phân vùng FAT cho phép tên tệp dài 11 ký tự (8 ký tự cho tên và 3 ký tự mở rộng) trong DOS, hoặc 255 ký tự trong các hệ điều hành 32 bit như Windows 9X/Me. FAT có thể sử dụng 12 hoặc 16 bit, với dung lượng tối đa của một phân vùng chỉ đạt 2 GB dữ liệu.
• FAT32 (File Allocation Table, 32-bit): Tương tự như FAT, nhưng được hỗ trợ từ hệ điều hành Windows 95 OSR2 và các hệ điều hành sau này. Dung lượng tối đa của một phân vùng FAT32 có thể lên tới 2 TB (2.048 GB).
• NTFS (Windows New Tech File System): Được hỗ trợ từ các hệ điều hành NT/2000/XP/Vista. Một phân vùng NTFS có thể có dung lượng tối đa lên tới 16 exabytes.
• exFAT (extended File Allocation Table): Được thiết kế đặc biệt cho các ổ flash USB.

Ngoài các định dạng trên, các hệ điều hành Linux sử dụng các kiểu định dạng tập tin riêng của mình.

Định dạng là quá trình thiết lập các khu vực lưu trữ trên ổ đĩa cứng. Tùy theo yêu cầu, có thể thực hiện định dạng ở mức thấp hoặc định dạng thông thường.

Định dạng cấp thấp (low-level format) là quá trình định dạng lại các track, sector, và cylinder của ổ đĩa (bao gồm cả các ‘khu vực’ được mô tả trong phần sector). Đây thường là công việc mà các nhà sản xuất thực hiện lần đầu tiên trước khi xuất xưởng ổ đĩa cứng. Người dùng chỉ nên sử dụng phần mềm của nhà sản xuất để thực hiện định dạng cấp thấp, vì các phần mềm của bên thứ ba có thể không nhận diện chính xác các thông số của ổ đĩa.
Khi ổ đĩa cứng đã hoạt động lâu dài hoặc xuất hiện nhiều khối hư hỏng, có thể là do sự lão hóa tổng thể hoặc rơ rão cơ khí. Trong những trường hợp này, việc định dạng cấp thấp có thể kéo dài tuổi thọ của ổ đĩa một chút, giúp cải thiện độ tin cậy khi lưu trữ dữ liệu không quan trọng. Định dạng cấp thấp giúp cải thiện khả năng đọc/ghi trên các track bị lệch lạc, làm cho các track đó hoạt động chính xác hơn.
Tuy nhiên, không nên lạm dụng định dạng cấp thấp nếu ổ đĩa vẫn hoạt động bình thường, vì điều này có thể gây rủi ro như thao tác sai hoặc sự cố trong bo mạch ổ đĩa. Nếu ổ đĩa có khối hư hỏng, hãy sử dụng phần mềm để che giấu chúng thay vì định dạng lại toàn bộ ổ đĩa.

Có một người viết bài này đã sử dụng ổ đĩa cứng từ năm 1995 đến nay mà không gặp phải hiện tượng rơ rão cơ khí như đề cập trong bài viết.

Định dạng mức cao (high-level format) là các hình thức định dạng phổ biến mà hầu hết người dùng đã từng thực hiện (được gọi là định dạng mức cao để phân biệt với định dạng cấp thấp). Các hệ điều hành như DOS hoặc Windows cung cấp các lệnh để thực hiện định dạng này, và có thể bao gồm hai dạng:

• Định dạng nhanh (quick): Chỉ đơn giản là xoá các thông tin về vị trí lưu trữ dữ liệu đầu tiên để hệ điều hành hoặc phần mềm có thể ghi đè dữ liệu mới lên dữ liệu cũ. Để thực hiện định dạng nhanh, sử dụng tham số ' /q' trong lệnh DOS hoặc chọn 'quick format' trong các tùy chọn của lệnh hệ điều hành Windows.
• Định dạng thông thường: Xoá bỏ dữ liệu cũ và kiểm tra các khối hư hỏng (bad block), đánh dấu chúng để tránh sử dụng chúng trong các phiên làm việc tiếp theo. Nếu không có đánh dấu, hệ điều hành có thể ghi dữ liệu vào các khối hư hỏng mà không báo lỗi, gây ra vấn đề nghiêm trọng khi đọc lại dữ liệu. Đối với bộ nhớ Flash, không nên thực hiện quá nhiều định dạng để tránh làm hỏng ổ đĩa.

Khi thực hiện định dạng cấp thấp, các thông số cấu hình thường được phần mềm của nhà sản xuất xác nhận khi bạn nhập các thông số như Model, serial number... Do đó, bạn cần đảm bảo các thông số này chính xác tuyệt đối để tránh lỗi trong quá trình định dạng.
Đối với định dạng thông thường, nếu thực hiện định dạng nhanh (quick), các thông số sẽ giữ nguyên như lần định dạng trước đó. Một thông số quan trọng cần cân nhắc là kích thước đơn vị (cluster size) trong hộp thoại định dạng, thường là kích thước nhỏ nhất.
Kích thước cluster có thể bắt đầu từ 512 byte vì không thể nhỏ hơn kích thước của một sector (thường là 512 byte). Các kích thước khác có thể là 1024, 2048, hoặc 4096 byte, tùy thuộc vào từng loại định dạng (FAT/FAT32 hay NTFS).

Lựa chọn quan trọng nhất là dựa vào kích thước của các tập tin mà phân vùng sẽ chứa. Ví dụ, nếu lưu một tập tin văn bản chỉ 1 byte (thử tạo một tập tin văn bản với một ký tự), trên ổ đĩa cứng sẽ phải dùng ít nhất 512 byte với kích thước đơn vị 512 byte, trong khi nếu chọn kích thước cluster là 4096 byte, sẽ có lãng phí 4096 - 1 = 4095 byte.
Nếu chọn kích thước cluster quá nhỏ, bảng FAT hoặc tập tin MFT (Master File Table) trong định dạng NTFS sẽ trở nên lớn hơn.

Vì vậy, nếu ổ đĩa cứng chủ yếu dùng cho các tập tin từ các phần mềm văn phòng (như Winword, bảng tính Excel...), nên chọn kích thước nhỏ: 1024 hoặc 2048 byte. Nếu chứa các tập tin lớn như bộ cài đặt phần mềm hoặc video, nên chọn kích thước lớn hơn. Đặc biệt, đối với các ổ cứng nhỏ dùng cho thiết bị di động, kích thước thường chọn là 512 byte (cũng thường là kích thước khi định dạng thẻ nhớ).

Windows cho phép bạn xem kích thước thực (size) và kích thước lưu trữ trên đĩa (size on disk) của một tập tin bằng cách nhấp chuột phải và chọn Properties. Điều này giúp bạn nhận diện sự lãng phí không gian lưu trữ.

Phần mềm Partition Magic của Symantec có thể so sánh các lựa chọn kích thước cluster trên một phân vùng có dữ liệu tồn tại.

Ứng dụng

Ổ đĩa cứng chủ yếu được sử dụng trên máy tính như máy tính để bàn, laptop, máy chủ, và máy trạm.
Các thiết bị lưu trữ dữ liệu chuyên dụng như thiết bị sao lưu tự động và thiết bị sao lưu cho văn phòng hoặc cá nhân đều sử dụng ổ đĩa cứng. Với dung lượng ngày càng tăng và chi phí giảm theo GB dữ liệu, ổ đĩa cứng đã thay thế các hệ thống sao lưu truyền thống như băng từ, nổi bật với chi phí thấp cho mỗi GB dữ liệu.

Ngày nay, một số nhà sản xuất đã phát triển các ổ đĩa cứng siêu nhỏ. Các ổ đĩa cứng này được sử dụng trong các thiết bị kỹ thuật số cá nhân như điện thoại di động, máy ảnh số, máy nghe nhạc, tai nghe không dây, và máy quay phim kỹ thuật số. Chúng thay thế băng từ và đĩa quang nhờ tốc độ ghi nhanh và khả năng chỉnh sửa hiệu ứng ngay lập tức.

Các thiết bị gia dụng mới cũng sử dụng ổ đĩa cứng, chẳng hạn như các thiết bị ghi chương trình truyền hình. Những thiết bị này cho phép người dùng không bỏ lỡ chương trình yêu thích bằng cách ghi lại một kênh trong khi xem kênh khác hoặc lập lịch ghi khi không có mặt ở nhà.

Các thông tin và lưu ý trong bài viết

• Người dùng thường gọi các phân vùng trên ổ đĩa cứng là ổ C, ổ D, nhưng thực tế chúng chỉ là các phân vùng (partition) dùng để tổ chức dữ liệu theo mục đích khác nhau. Trong các bài viết chính thống, khái niệm 'ổ vật lý' được dùng để chỉ toàn bộ ổ đĩa cứng, nhằm phân biệt với các 'ổ luận lý'.
• Có người dùng gắn quạt làm mát thổi trực tiếp vào bo mạch của ổ đĩa cứng để làm mát, điều này không thực sự cần thiết vì bo mạch ổ đĩa thường không tỏa nhiệt nhiều. Thay vào đó, việc làm mát hiệu quả hơn là thổi không khí từ trên hoặc từ bên hông. Một số vỏ máy tính đã thiết kế quạt làm mát thổi song song với ổ đĩa cứng, lấy gió từ mặt trước của thùng máy.
• Khi hệ điều hành hoặc phần mềm kiểm tra ổ đĩa gặp lỗi khi đọc hoặc ghi dữ liệu tại một vị trí nào đó nhiều lần, nó sẽ đánh dấu khu vực đó là 'khối hư hỏng' để tránh ghi dữ liệu tiếp vào đó. Tuy nhiên, đôi khi dấu hiệu này có thể không chính xác do lỗi hệ thống.

Các nhà sản xuất

Nhiều công ty sản xuất ổ đĩa cứng hiện nay, ví dụ như: (danh sách không theo thứ tự cụ thể):
IBM, Seagate, Hitachi, Western Digital.

• Ổ đĩa mềm
• Ổ USB
• Ổ SSD

• Cấu trúc máy tính và thiết bị ngoại vi. Nguyễn Nam Trung. Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật 2000
• Upgrading and Repairing PCs, 17th Edition. Scott Mueller (tiếng Anh).

1. ^ Ngày nộp đơn đầu tiên đã dẫn đến việc cấp Bằng sáng chế Hoa Kỳ số 03.060, thường được coi là bằng sáng chế cho ổ đĩa cứng cuối cùng.

Liên kết bên ngoài

• Video mô tả công nghệ ghi dữ liệu trên ổ đĩa cứng (so sánh phương pháp ghi vuông góc và song song)

Mẫu: Bộ nhớ máy tính Mẫu: Bộ nhớ Mẫu: Phương tiện lưu trữ từ tính Mẫu: Ổ đĩa quang

Mẫu: RAID