Ổ cứng là gì? Phân biệt giữa ổ cứng SDD và HDD

Trong thế giới công nghệ số hiện đại, ổ cứng đóng vai trò then chốt trong việc lưu trữ và quản lý dữ liệu trên máy tính và các thiết bị điện tử. Từ những chiếc máy tính cá nhân đến các trung tâm dữ liệu quy mô lớn, ổ cứng là nơi chứa đựng hệ điều hành, phần mềm ứng dụng và vô số tệp tin cá nhân của người dùng. Với vai trò quan trọng như vậy, việc hiểu rõ về ổ cứng, từ cấu tạo, nguyên lý hoạt động đến các loại ổ cứng khác nhau, là vô cùng cần thiết để có thể lựa chọn và sử dụng chúng một cách hiệu quả

Tìm hiểu về ổ cứng là gì?

Ổ cứng là nơi lưu trữ dữ liệu trên máy tính của bạn, được dùng để lưu trữ các tệp tin, hình ảnh, video và các chương trình cài đặt trên máy tính. Ổ cứng có hai loại chính: ổ cứng cơ (HDD) và ổ cứng thể rắn (SSD).

• HDD (Hard Disk Drive) là ổ đĩa cứng, dữ liệu được lưu ghi trên bề mặt các đĩa tròn bằng nhôm, gốm được phủ vật liệu từ tính. Tâm của đĩa được gắn một động cơ. Tốc độ của ổ cứng HDD thường chậm hơn so với ổ cứng SSD, vì vậy nên giá thành cũng rẻ hơn.
• SSD (Solid State Drive) là ổ cứng thể rắn, sử dụng các chip nhớ flash để lưu trữ dữ liệu. Ổ cứng SSD có tốc độ đọc/ghi dữ liệu nhanh hơn nhiều so với ổ cứng HDD. Chính vì thế nên ổ cứng SSD thường có giá thành cao hơn nhiều so với ổ cứng HDD.
• Ngoài ra, còn có một số loại ổ cứng khác như ổ đĩa cứng di động (portable hard drive), ổ đĩa cứng mạng (network-attached storage), ổ đĩa cứng gắn ngoài (external hard drive), ổ đĩa cứng đa khe cắm (multi-bay hard drive) và ổ đĩa cứng cho máy tính xách tay (laptop hard drive).

>>> Có thể bạn quan tâm: Ổ cứng SSD là gì? Nguyên lý hoạt động, ưu điểm, lưu ý khi mua SSD.

Lịch sử ra đời và phát triển của ổ cứng

Lịch sử phát triển của ổ cứng (Hard Disk Drive - HDD) trải qua nhiều giai đoạn, từ những thiết bị lưu trữ đơn giản ban đầu đến các ổ cứng thể rắn (SSD) nhỏ gọn và hiệu suất cao ngày nay.

Những năm 1950 - Khởi đầu:

• 1955: Reynold Johnson chế tạo ổ cứng đầu tiên trên thế giới, IBM 350 Disk File, ra mắt cùng máy tính IBM 305. Ổ cứng này có 50 đĩa kích thước 24 inch với tổng dung lượng 5 MB.
• 1956: IBM giới thiệu ổ cứng đầu tiên, IBM 350 Disk Storage, có dung lượng 5MB. Ổ cứng IBM 350 RAMAC sử dụng 50 đĩa 24 inch để lưu trữ 3.75MB. Kích thước của nó tương đương hai tủ lạnh.
• 1961: IBM 1301 ra mắt, sử dụng mỗi đầu từ cho một mặt đĩa.
• 1963: IBM giới thiệu "ổ cứng di động" đầu tiên, model 1311, dung lượng 2.6MB.

Những năm 1970:

• 1970: Đĩa cứng đầu tiên có chức năng tự sửa lỗi.
• 1973: IBM giới thiệu hệ thống đĩa 3340 "Winchester", ổ đĩa đầu tiên sử dụng kỹ thuật lắp ráp đóng hộp (HDA).
• Cuối thập kỷ 1970: Các hình thức ổ cứng PC được tiêu chuẩn hóa với các máy tính để bàn loại 5.25 inch, 3.5 inch và ổ đĩa máy tính xách tay loại 2.5 inch.

Những năm 1980:

• 1979: Ổ cứng 3370 của IBM ra mắt với dung lượng 571 MB, sử dụng đĩa 14 inch.
• 1980: IBM giới thiệu ổ cứng 1GB, kích thước tương đương tủ lạnh, nặng 550 pound và giá 40.000 USD. Seagate giới thiệu ổ đĩa cứng 5.25 inch, dung lượng 5 MB.
• 1983: Ổ cứng 3.5 inch ra đời, dung lượng 10 MB, giá 1.895 USD.
• 1988: Prairie giới thiệu ổ cứng 2.5 inch đầu tiên, dung lượng 20 MB, mở đường cho việc sử dụng ổ cứng trên máy tính xách tay.

Những năm 1990:

• 1992: HP giới thiệu ổ cứng 1.3 inch Kitty Hawk, dung lượng 2.1 GB.
• 1995: Ổ cứng sử dụng bộ nhớ NAND flash ra đời, dung lượng 16 - 896 MB.
• 1998: IBM Microdrive ra mắt ổ cứng 1 inch, dung lượng 340MB.

Những năm 2000:

• 2004: Toshiba phát hành ổ cứng 0.85 inch, dung lượng 2 GB.
• 2007: Hitachi giới thiệu ổ cứng đầu tiên đạt dung lượng 1 TB.

Những năm 2010:

• 2015: Ổ cứng thể rắn (SSD) dần trở nên phổ biến.
• Trải qua nhiều thập kỷ, công nghệ HDD đã có những bước tiến đáng kể về dung lượng, kích thước và hiệu suất. Sự ra đời của SSD đã đánh dấu một bước ngoặt mới, mang lại tốc độ và độ bền vượt trội so với HDD truyền thống

Các thành phần của ổ cứng

Ổ cứng HDD gồm các thành phần cơ bản là đĩa từ, trục quay, đầu đọc/ghi, cần di chuyển đầu đọc, động cơ quay, mạch điều khiển và vỏ bảo vệ. Các bộ phận này phối hợp để lưu trữ và truy xuất dữ liệu hiệu quả trên bề mặt các đĩa từ quayCác thành phần chính của ổ cứng HDD bao gồm:

Cụm đĩa (Platter Assembly)

• Đĩa từ (Platter): Là các đĩa kim loại hình tròn làm từ nhôm hoặc thủy tinh gốm, được phủ một lớp vật liệu từ tính mỏng để lưu trữ dữ liệu. Một ổ cứng có thể chứa nhiều đĩa xếp chồng lên nhau.
• Trục quay (Spindle): Giữ các đĩa cố định và quay với tốc độ ổ định (thường 5400 - 7200 vòng/phút), tạo điều kiện để đầu đọc/ghi truy cập dữ liệu.
• Động cơ (Motor): Gắn đồng trục với trục quay, giúp quay các đĩa từ với tốc độ chính xác.

Cụm đầu đọc/ghi (Read/Write Head Assembly)

• Đầu đọc/ghi (Read/Write Head): Thiết bị nhỏ đặt trên cánh tay cơ khí, có nhiệm vụ đọc và ghi dữ liệu trên bề mặt đĩa từ. Mỗi mặt đĩa thường có một đầu đọc/ghi tương ứng.
• Cần di chuyển đầu đọc (Actuator Arm): Cơ cấu cơ khí giúp đầu đọc/ghi di chuyển ngang trên bề mặt đĩa để truy cập các vị trí dữ liệu khác nhau.
• Mô tơ điều khiển cần di chuyển: Điều khiển chuyển động của cần di chuyển đầu đọc để đầu đọc đến đúng vị trí trên đĩa.

Cụm mạch điện tử (Controller Board - PCB)

• Bộ điều khiển (Controller): Mạch điện tử quản lý toàn bộ hoạt động của ổ cứng, bao gồm điều khiển động cơ, đầu đọc/ghi và xử lý dữ liệu.
• Vi điều khiển (Microcontroller Unit - MCU): Bộ xử lý trung tâm trên PCB, thực hiện các phép tính toán, mã hóa và giải mã dữ liệu, điều phối tín hiệu giữa đầu đọc/ghi và máy tính.
• Bộ nhớ đệm (Cache/Buffer): Bộ nhớ tạm thời lưu trữ dữ liệu trong quá trình đọc/ghi, giúp tăng tốc độ truy xuất dữ liệu.
• Cổng kết nối: Bao gồm cổng giao tiếp (SATA, IDE, SCSI) và cổng nguồn, kết nối ổ cứng với máy tính và nguồn điện.

Vỏ ổ cứng (Enclosure)

Là phần khung bảo vệ các linh kiện bên trong, giúp định vị các bộ phận và ngăn bụi, tạp chất lọt vào bên trong ổ cứng. Vỏ ổ cứng cũng chịu được va chạm nhẹ và có các lỗ thoáng giúp cân bằng áp suất bên trong và bên ngoài ổ cứng.

Các bộ phận hỗ trợ khác

• Lỗ thở (Breather Hole): Giúp cân bằng áp suất không khí bên trong ổ cứng, đồng thời có bộ lọc để ngăn bụi lọt vào.
• Dumper (Dải phân cách): Làm giảm rung động và tiếng ồn bên trong ổ cứng, thường làm từ nhôm hoặc nhựa, đặt giữa các đĩa.

Dung lượng ổ cứng là gì?

Dung lượng ổ cứng là không gian lưu trữ dữ liệu mà ổ cứng có thể chứa được, tức là tổng lượng dữ liệu mà ổ cứng có thể lưu giữ để phục vụ hoạt động của máy tính hoặc thiết bị điện tử khác. Dung lượng này thường được đo bằng các đơn vị như byte, kilobyte (KB), megabyte (MB), gigabyte (GB), terabyte (TB), tùy theo kích thước lưu trữ của ổ cứng. Ví dụ, một ổ cứng có dung lượng 1TB có thể lưu trữ khoảng 1.000 gigabyte dữ liệu, tương đương hàng triệu bức ảnh, video hoặc tài liệu.

Dung lượng ổ cứng quyết định khả năng lưu trữ dữ liệu của thiết bị, từ hệ điều hành, phần mềm đến các tập tin cá nhân như hình ảnh, video, âm nhạc, tài liệu. Các ổ cứng hiện nay có dung lượng phổ biến từ vài trăm GB đến vài TB, đáp ứng nhu cầu lưu trữ ngày càng lớn của người dùng.

Phương pháp đọc và ghi trên ổ cứng HDD

Ổ cứng HDD hoạt động dựa trên các thành phần cơ học và điện tử phối hợp để đọc và ghi dữ liệu trên các đĩa từ quay bên trong:

• Cấu tạo chính: Bên trong ổ cứng có nhiều đĩa từ (platter) được phủ lớp vật liệu từ tính, quay với tốc độ cao (thường từ 5400 đến 7200 vòng/phút hoặc hơn). Trên mỗi mặt đĩa có đầu đọc/ghi (read/write head) gắn trên cần di chuyển (actuator arm) để tiếp cận các vị trí dữ liệu khác nhau trên bề mặt đĩa.
• Phương pháp đọc dữ liệu: Khi máy tính yêu cầu đọc dữ liệu, bộ điều khiển ổ cứng sẽ xác định vị trí dữ liệu cần truy cập. Cần di chuyển đầu đọc/ghi sẽ được điều khiển để di chuyển đến đúng vị trí trên đĩa. Đĩa từ quay để đưa phần chứa dữ liệu vào vị trí dưới đầu đọc. Đầu đọc sẽ cảm nhận các tín hiệu từ tính trên bề mặt đĩa và chuyển đổi thành dữ liệu số để gửi về máy tính.
• Phương pháp ghi dữ liệu: Khi ghi dữ liệu, đầu đọc/ghi sẽ di chuyển đến vị trí trống hoặc vị trí cần ghi đè trên đĩa từ. Sau đó, nó tạo ra các dấu hiệu từ tính tương ứng với dữ liệu số cần lưu trữ. Quá trình này được điều phối bởi bộ điều khiển ổ cứng, đảm bảo dữ liệu được ghi chính xác và hiệu quả.
• Cơ chế tổ chức dữ liệu: Dữ liệu trên đĩa được tổ chức theo các vòng tròn đồng tâm gọi là track, chia thành các phân đoạn nhỏ hơn gọi là sector. Mỗi sector có địa chỉ riêng, giúp bộ điều khiển xác định vị trí lưu trữ và truy xuất dữ liệu chính xác.
• Bộ điều khiển và bộ nhớ đệm: Bộ điều khiển ổ cứng quản lý toàn bộ quá trình đọc/ghi, điều khiển động cơ quay đĩa và cần di chuyển đầu đọc/ghi. Ngoài ra, ổ cứng còn có bộ nhớ đệm (cache) để tạm thời lưu dữ liệu, tăng tốc độ truy xuất.

Có mấy loại ổ cứng hiện nay?

Hiện nay, ổ cứng được phân loại chính thành 3 loại phổ biến dựa trên công nghệ và cấu trúc lưu trữ như sau:

• Ổ cứng HDD (Hard Disk Drive): Là ổ cứng truyền thống sử dụng đĩa từ quay và đầu đọc/ghi cơ học để lưu trữ dữ liệu. Ưu điểm là dung lượng lớn và giá thành thấp, nhưng tốc độ truy xuất dữ liệu chậm hơn và dễ hỏng do có bộ phận cơ học.
• Ổ cứng SSD (Solid State Drive): Sử dụng chip nhớ flash để lưu trữ dữ liệu, không có bộ phận chuyển động. SSD có tốc độ đọc/ghi rất nhanh, độ bền cao, hoạt động êm và tiêu thụ điện năng thấp hơn HDD, nhưng giá thành cao hơn và dung lượng thường nhỏ hơn.
• Ổ cứng Hybrid (SSHD - Solid State Hybrid Drive): Là sự kết hợp giữa HDD và SSD, tích hợp một phần bộ nhớ flash NAND nhỏ (khoảng 8GB) vào ổ HDD để tăng tốc độ truy cập dữ liệu thường dùng. SSHD mang ưu điểm dung lượng lớn của HDD và tốc độ truy cập nhanh của SSD nhưng không phổ biến bằng hai loại trên do chi phí cao hơn.

Ngoài ra, ổ cứng còn được phân loại theo hình thức sử dụng như ổ cứng nội bộ (internal), ổ cứng di động (external), ổ cứng dành cho laptop, ổ cứng mạng (NAS), hoặc các hệ thống lưu trữ RAID chuyên dụng

Bảng so sánh ổ cứng SSD và HDD

Dưới đây là bảng so sánh chi tiết giữa ổ cứng SSD và HDD dựa trên các đặc điểm công nghệ, hiệu năng, độ bền và giá thành:

Ổ cứng đã trải qua một lịch sử phát triển lâu dài và không ngừng cải tiến để đáp ứng nhu cầu lưu trữ ngày càng tăng của người dùng. Từ những chiếc HDD truyền thống với dung lượng hạn chế đến những ổ SSD hiện đại với tốc độ vượt trội, mỗi loại ổ cứng đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn loại ổ cứng phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhu cầu sử dụng, ngân sách và yêu cầu về hiệu năng. Hy vọng rằng, với những thông tin được cung cấp trong bài viết này, bạn đọc sẽ có cái nhìn tổng quan và sâu sắc hơn về ổ cứng, từ đó đưa ra những quyết định sáng suốt trong việc lựa chọn và sử dụng thiết bị lưu trữ quan trọng này