Ổ cứng máy tính và lịch sử phát triển ổ cứng SSD-HDD

Ổ cứng máy tính, một thành phần quan trọng không thể thiếu trong mọi thiết bị số hóa, đã tồn tại và phát triển theo thời gian để đáp ứng nhu cầu lưu trữ và xử lý dữ liệu ngày càng tăng của con người. Từ những ngày đầu của công nghệ máy tính cho đến ngày nay, ổ cứng đã trải qua một hành trình đầy ấn tượng, từ những chiếc đĩa cứng cồng kềnh ban đầu đến những ổ cứng SSD siêu nhanh và tiết kiệm năng lượng hiện đại. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá sâu hơn về ổ cứng máy tính, từ cơ bản về cách nó hoạt động đến các loại ổ cứng phổ biến và cách chọn một ổ cứng phù hợp với nhu cầu của bạn.

Ổ cứng máy tính là gì?

Ổ cứng (hard drive) là một thiết bị lưu trữ dùng để lưu trữ dữ liệu trong máy tính và các thiết bị điện tử khác. Nó là một phần quan trọng trong hệ thống lưu trữ dữ liệu của máy tính, cho phép bạn lưu trữ và truy cập các tệp tin, chương trình, hệ điều hành, và các dữ liệu khác.

Ổ cứng hoạt động bằng cách sử dụng một đĩa quay (đĩa cứng) hoặc bộ nhớ flash (trong trường hợp ổ cứng SSD) để lưu trữ dữ liệu. Đĩa quay là một đĩa cứng vật lý quay nhanh trong một hộp kín, dữ liệu được lưu trữ trên các đĩa này bằng cách sắp xếp các dấu vết trên bề mặt của đĩa. Trong khi đó, ổ cứng SSD sử dụng bộ nhớ flash để lưu trữ dữ liệu, không có bất kỳ bộ phận cơ học nào và nhanh hơn và bền hơn so với ổ cứng truyền thống.

Ổ cứng đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ dữ liệu cá nhân và doanh nghiệp, cung cấp không gian lưu trữ cho hệ điều hành, phần mềm, tệp tin và các ứng dụng khác. Nó có nhiều loại và dung lượng khác nhau để phục vụ các nhu cầu lưu trữ khác nhau, từ ổ cứng di động nhỏ gọn cho laptop đến các hệ thống lưu trữ dữ liệu lớn cho các máy chủ và trung tâm dữ liệu.

Công dụng của ổ cứng

Công dụng chính của ổ cứng là lưu trữ và duy trì dữ liệu trong máy tính và các thiết bị điện tử khác. Dưới đây là một số công dụng quan trọng của ổ cứng:

• Lưu trữ dữ liệu: Ổ cứng được sử dụng để lưu trữ tất cả loại dữ liệu số hóa, bao gồm hệ điều hành, ứng dụng, tệp tin, hình ảnh, video, âm nhạc và nhiều dữ liệu khác. Người dùng có thể truy cập và quản lý dữ liệu của họ trên ổ cứng.
• Cài đặt hệ điều hành và phần mềm: Ổ cứng chứa hệ điều hành (như Windows, macOS hoặc Linux) và các ứng dụng, cho phép máy tính hoạt động và thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.
• Khởi động máy tính: Ổ cứng là nơi chứa các thông tin cần thiết để khởi động máy tính. Hệ điều hành và trình khởi động nạp từ ổ cứng khi bạn bật máy tính.
• Sao lưu dữ liệu: Người dùng có thể sao lưu dữ liệu quan trọng từ máy tính hoặc thiết bị di động lên ổ cứng để bảo vệ dữ liệu khỏi mất mát do lỗi kỹ thuật hoặc xác định.
• Lưu trữ phương tiện: Ổ cứng thường được sử dụng để lưu trữ hình ảnh, video, âm nhạc và các tài liệu đa phương tiện khác, cho phép người dùng truy cập và phát nội dung này.
• Tạo không gian lưu trữ mạng: Trong môi trường doanh nghiệp hoặc gia đình, ổ cứng mạng có thể kết nối với mạng và cung cấp không gian lưu trữ chung cho nhiều thiết bị.
• Phục hồi dữ liệu: Khi dữ liệu bị mất do lỗi hoặc xác định, ổ cứng có thể được sử dụng để thực hiện phục hồi dữ liệu.
• Lưu trữ hệ thống và cơ sở dữ liệu: Các máy chủ và trung tâm dữ liệu sử dụng ổ cứng để lưu trữ hệ thống và dữ liệu quan trọng cho các dịch vụ trực tuyến và ứng dụng khác nhau.

Lịch sử phát triển của ổ cứng

Lịch sử phát triển của ổ cứng là một hành trình đầy ấn tượng từ những ngày đầu của công nghệ máy tính đến hiện đại. Dưới đây là một số điểm quan trọng trong lịch sử của ổ cứng:

• Thập kỷ 1950: Ổ cứng đầu tiên – IBM 350 Ramac – được giới thiệu vào năm 1956. Nó sử dụng đĩa quay và có dung lượng khoảng 5MB. Đây là sự bắt đầu của lịch sử ổ cứng.
• Thập kỷ 1960: Ổ cứng ngày càng trở nên phổ biến trong các máy tính doanh nghiệp. Các công ty khác nhau sản xuất ổ cứng với dung lượng khác nhau.
• Thập kỷ 1970: Các ổ cứng có dung lượng lớn hơn và tốc độ nhanh hơn xuất hiện, như IBM 3330 với dung lượng lên đến vài trăm MB.
• Thập kỷ 1980: Xuất hiện ổ cứng có kích thước 5.25 inch, giúp máy tính cá nhân trở nên phổ biến hơn. Điều này đánh dấu sự phát triển của máy tính cá nhân.
• Thập kỷ 1990: Loại ổ cứng 3.5 inch trở nên phổ biến và có dung lượng lớn hơn. Các công nghệ như SCSI và IDE giúp kết nối ổ cứng với máy tính.
• Thập kỷ 2000: Ổ cứng SSD (ổ cứng thể rắn) ra đời. Chúng sử dụng bộ nhớ flash thay vì đĩa quay, giúp tăng tốc độ đọc/ghi và giảm tiêu thụ điện năng.
• Thập kỷ 2010: Công nghệ ổ cứng SSD ngày càng phổ biến và giảm giá. Dung lượng và tốc độ tăng lên, và các máy tính xách tay thường tích hợp ổ cứng SSD.
• Thập kỷ 2020: Ổ cứng SSD M.2 trở nên phổ biến trong các máy tính để bàn và laptop. Các ổ cứng SSD NVMe cho tốc độ cao và hiệu suất ổn định.

Các thành phần của ổ cứng

Ổ cứng (hard drive) là một thiết bị phức tạp bao gồm nhiều thành phần chính để hoạt động một cách hiệu quả. Dưới đây là các thành phần quan trọng của một ổ cứng thông thường:

• Đĩa quay (Platters): Đây là bề mặt tròn và phẳng bên trong ổ cứng, được làm từ các loại vật liệu như nhôm hoặc thủy tinh. Dữ liệu được lưu trữ trên đĩa quay dưới dạng các dấu vết và khe.
• Đầu đọc/ghi (Read/Write Heads): Mỗi đĩa quay có một hoặc nhiều đầu đọc/ghi, chúng là các bộ phận di động nhẹ nhàng và nằm cách bề mặt đĩa một khoảng rất nhỏ. Đầu đọc đọc dữ liệu từ đĩa và đầu ghi viết dữ liệu lên đĩa.
• Bộ điều khiển (Controller): Bộ điều khiển là trái tim của ổ cứng. Nó điều phối tất cả hoạt động của ổ cứng, quản lý việc đọc, ghi, điều hướng dữ liệu và quyết định vị trí lưu trữ.
• Motor: Ổ cứng có motor để quay các đĩa quay với tốc độ xác định. Motor này tạo ra sự quay của đĩa quay để cho phép đầu đọc/ghi tiếp cận các vị trí khác nhau trên bề mặt đĩa.
• Bộ nhớ đệm (Cache): Ổ cứng thường có bộ nhớ đệm như RAM để tạm thời lưu trữ dữ liệu để cải thiện hiệu suất đọc và ghi dữ liệu.
• Các kết nối và giao diện: Để kết nối ổ cứng với máy tính hoặc các thiết bị khác, có các cổng và giao diện như SATA, IDE, hoặc NVMe (cho ổ cứng SSD). Các kết nối này cho phép truyền dữ liệu giữa ổ cứng và máy tính.
• Bo mạch chủ (Printed Circuit Board – PCB): PCB chứa các vi mạch điện tử và linh kiện khác để điều khiển và kết nối ổ cứng. Nó cũng chứa firmware, là phần mềm cố định cần thiết cho hoạt động của ổ cứng.
• Vỏ bọc (Casing): Vỏ ngoài của ổ cứng bảo vệ các thành phần bên trong khỏi bụi bẩn, va chạm và tác động môi trường bên ngoài.

Ổ cứng được lắp ở đâu trên máy tính

Ổ cứng trong máy tính có thể được lắp ở một trong hai vị trí chính: ổ cứng trong (internal hard drive) và ổ cứng ngoài (external hard drive).

• Ổ cứng trong (Internal Hard Drive): Ổ cứng trong là thành phần cố định của máy tính và thường được lắp trong vỏ máy tính. Đây là nơi lưu trữ hệ điều hành, phần mềm, tệp tin, và các dữ liệu khác của máy tính. Ổ cứng trong thường được kết nối trực tiếp vào bo mạch chủ (mainboard) của máy tính thông qua các kết nối như SATA hoặc NVMe (cho ổ cứng SSD). Trong máy tính để bàn, ổ cứng trong thường được gắn vào các ngăn đặc biệt bên trong vỏ máy tính. Trong máy tính xách tay, ổ cứng trong có thể được gắn sẵn hoặc có thể thay đổi.
• Ổ cứng ngoài (External Hard Drive): Ổ cứng ngoài là một ổ cứng di động hoặc thiết bị lưu trữ độc lập được kết nối với máy tính thông qua cổng USB, Thunderbolt, hoặc các kết nối khác. Ổ cứng ngoài thường được sử dụng để sao lưu dữ liệu, di chuyển dữ liệu giữa các máy tính khác nhau hoặc mở rộng không gian lưu trữ. Chúng thường nhẹ, dễ dàng mang theo và không yêu cầu cài đặt phức tạp.

Dung lượng ổ cứng là gì?

Dung lượng ổ cứng là khả năng của ổ cứng để lưu trữ dữ liệu, thường được đo lường bằng đơn vị “byte”. Dung lượng ổ cứng xác định tổng số dữ liệu mà bạn có thể lưu trữ trên ổ cứng đó. Dung lượng được biểu thị thông qua các đơn vị lớn hơn, bao gồm:

• Kilobyte (KB): 1 KB tương đương với 1.024 byte.
• Megabyte (MB): 1 MB tương đương với 1.024 KB hoặc 1,048,576 byte.
• Gigabyte (GB): 1 GB tương đương với 1,024 MB hoặc 1,073,741,824 byte.
• Terabyte (TB): 1 TB tương đương với 1,024 GB hoặc 1,099,511,627,776 byte.
• Petabyte (PB): 1 PB tương đương với 1,024 TB hoặc 1,125,899,906,842,624 byte.
• Exabyte (EB): 1 EB tương đương với 1,024 PB hoặc 1,152,921,504,606,846,976 byte.

Các thông số quan trọng trên ổ cứng

Dưới đây là một số thông số quan trọng mà bạn nên quan tâm khi chọn hoặc đánh giá một ổ cứng:

• Dung lượng (Capacity): Dung lượng của ổ cứng, thường được đo bằng gigabyte (GB) hoặc terabyte (TB), xác định tổng không gian lưu trữ có sẵn trên ổ cứng.
• Tốc độ quay (Rotational Speed): Điều này chỉ ám chỉ cho ổ cứng cơ học (không áp dụng cho ổ cứng thể rắn – SSD). Tốc độ quay đo bằng vòng quay mỗi phút (RPM) và quyết định tốc độ truy cập dữ liệu. Một ổ cứng 7200 RPM thường nhanh hơn so với ổ cứng 5400 RPM.
• Tốc độ truyền dẫn (Transfer Speed): Tốc độ truyền dẫn dữ liệu giữa ổ cứng và máy tính. Được đo bằng megabytes mỗi giây (MB/s). Các chuẩn giao tiếp như SATA, NVMe, hoặc USB 3.0 có tốc độ truyền dẫn khác nhau.
• Bộ nhớ đệm (Cache): Là một bộ nhớ tạm thời trên ổ cứng được sử dụng để lưu trữ dữ liệu tạm thời để tối ưu hóa hiệu suất đọc/ghi. Bộ nhớ đệm lớn hơn thường làm tăng hiệu suất.
• Tuổi thọ (Lifespan): Tuổi thọ của ổ cứng, thường được đo bằng số giờ hoạt động trung bình trước khi có khả năng lỗi. Tuổi thọ ổ cứng có thể thay đổi dựa trên chất lượng và điều kiện sử dụng.
• MTBF (Mean Time Between Failures): Đây là thời gian trung bình giữa các lỗi trên ổ cứng. MTBF cao hơn đồng nghĩa với độ tin cậy cao hơn.
• Công suất (Power Consumption): Đo lường mức tiêu thụ điện năng của ổ cứng trong hoạt động và ở chế độ chờ. Ổ cứng tiêu thụ ít điện năng hơn làm giảm tiền điện và nhiệt độ hoạt động.
• Tiếng ồn (Noise): Cường độ tiếng ồn sản ra trong quá trình hoạt động. Đặc biệt quan trọng đối với ổ cứng trong máy tính cá nhân hoặc máy tính xách tay, nơi tiếng ồn có thể ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng.
• Kích thước (Form Factor): Là kích thước và hình dạng của ổ cứng. Đối với ổ cứng trong máy tính, các hình thức phổ biến bao gồm 3.5 inch và 2.5 inch. Đối với ổ cứng SSD M.2, kích thước có thể là 2280 (22mm x 80mm) hoặc khác.
• Giao tiếp (Interface): Là cách ổ cứng kết nối với máy tính hoặc các thiết bị khác, ví dụ SATA, NVMe, USB, Thunderbolt,…

Ổ cứng đọc và ghi dữ liệu như thế nào?

Ổ cứng hoạt động bằng cách sử dụng các đầu đọc/ghi và đĩa quay (cho ổ cứng cơ học) hoặc bộ nhớ flash (cho ổ cứng SSD) để đọc và ghi dữ liệu. Dưới đây là cách mà ổ cứng thực hiện quá trình đọc và ghi dữ liệu:

Ổ cứng cơ học (HDD – Hard Disk Drive):

• Đọc dữ liệu: Khi bạn muốn đọc dữ liệu từ ổ cứng, hệ thống điện của ổ cứng gửi điện cho đầu đọc. Đầu đọc nâng lên và di chuyển trên bề mặt đĩa quay. Khi đầu đọc đọc qua các dấu vết trên đĩa quay, nó nhận dấu hiệu từ các thay đổi trong từ tính của đĩa. Dữ liệu đọc được sau đó được chuyển đến bộ điều khiển và sau đó đến máy tính.
• Ghi dữ liệu: Khi bạn muốn ghi dữ liệu lên ổ cứng, dữ liệu được chuyển từ máy tính đến bộ điều khiển của ổ cứng. Bộ điều khiển sau đó chuyển dữ liệu đến đầu ghi. Đầu ghi xuống và viết dữ liệu trên bề mặt đĩa quay. Dữ liệu được ghi dưới dạng thay đổi từ tính trên đĩa.

Ổ cứng thể rắn (SSD – Solid State Drive):

• Đọc dữ liệu: Trong ổ cứng thể rắn (SSD), không có đĩa quay. Thay vào đó, dữ liệu được lưu trữ trong các ô nhớ flash, tương tự như các thẻ nhớ USB hoặc thẻ SD. Khi bạn muốn đọc dữ liệu từ SSD, các ô nhớ flash được kích hoạt để cung cấp dữ liệu cho bộ điều khiển, và sau đó dữ liệu được truyền đến máy tính.
• Ghi dữ liệu: Khi bạn muốn ghi dữ liệu lên SSD, dữ liệu từ máy tính được chuyển đến bộ điều khiển của SSD. Bộ điều khiển xác định nơi lưu trữ phù hợp trên các ô nhớ flash và viết dữ liệu trực tiếp lên đó. Việc ghi dữ liệu trên SSD không yêu cầu bất kỳ phần cơ học di động nào, nên quá trình này nhanh hơn và hiệu suất hơn so với HDD truyền thống.

Các loại ổ cứng phổ biến

Có nhiều loại ổ cứng phổ biến, mỗi loại phù hợp với các nhu cầu và ứng dụng khác nhau. Dưới đây là các loại ổ cứng phổ biến:

Ổ cứng cơ học (HDD – Hard Disk Drive):

• HDD là loại ổ cứng truyền thống sử dụng đĩa quay và đầu đọc/ghi để lưu trữ dữ liệu.
  Đây là loại ổ cứng có dung lượng lớn, thích hợp cho việc lưu trữ dữ liệu lớn và tài liệu phương tiện như hình ảnh và video.
• HDD thường rẻ hơn so với ổ cứng SSD, nhưng chậm hơn và tiêu hao nhiều điện năng hơn.

Ổ cứng thể rắn (SSD – Solid State Drive):

• SSD sử dụng bộ nhớ flash thay vì đĩa quay, làm tăng tốc độ đọc/ghi dữ liệu và tiết kiệm năng lượng.
• SSD nhanh hơn và ít nhiễu hơn so với HDD, làm cho chúng lý tưởng cho việc cài đặt hệ điều hành và các ứng dụng.
• Tuy SSD thường có dung lượng thấp hơn so với HDD, nhưng giá trị tăng dần.

Ổ cứng di động (External Hard Drive):

• Ổ cứng di động là ổ cứng được đóng gói trong một vỏ ngoài, kết nối với máy tính thông qua USB, Thunderbolt hoặc các giao tiếp khác.
• Chúng thường được sử dụng để sao lưu dữ liệu, di chuyển dữ liệu giữa máy tính khác nhau, hoặc mở rộng không gian lưu trữ.
• Có cả HDD di động và SSD di động.

Ổ cứng gắn trong (Internal Hard Drive):

• Ổ cứng gắn trong là loại ổ cứng lắp trong máy tính và thường được sử dụng làm ổ cứng chính để lưu trữ hệ điều hành, phần mềm và dữ liệu.
• Có cả HDD và SSD gắn trong, và nhiều máy tính cũng hỗ trợ nhiều ổ cứng gắn trong để tăng không gian lưu trữ.

Ổ cứng M.2 (M.2 SSD):

• Ổ cứng M.2 là một loại ổ cứng SSD thể rắn nhỏ gọn được cắm trực tiếp vào khe M.2 trên bo mạch chủ máy tính.
• Chúng nhỏ gọn, nhanh chóng và thích hợp cho các máy tính xách tay và máy tính để bàn với không gian giới hạn.

Ổ cứng SSHD (Solid State Hybrid Drive):

• SSHD là sự kết hợp giữa ổ cứng cơ học và bộ nhớ flash (SSD). Chúng kết hợp lợi ích của dung lượng lớn từ HDD và tốc độ nhanh từ SSD.

So sánh SSD và HDD

Dưới đây là một bảng so sánh giữa ổ cứng thể rắn (SSD) và ổ cứng cơ học (HDD) theo một số yếu tố quan trọng: