HDD là một trong những thành phần quan trọng nhất của máy tính, có vai trò lưu trữ toàn bộ dữ liệu từ hệ điều hành, phần mềm, cho đến các tệp tin cá nhân của bạn. Vậy, ổ cứng HDD hoạt động như thế nào, có những loại nào và bạn cần quan tâm đến những thông số nào khi chọn mua? Mình sẽ giúp bạn giải đáp tất cả trong bài viết dưới đây.
Các điểm chính
- Khái niệm HDD: Là thiết bị lưu trữ dữ liệu dùng đĩa từ, đọc/ghi bằng đầu từ khi đĩa quay; là bộ nhớ non-volatile.
- Cấu tạo HDD: Gồm cụm đĩa, cụm đầu đọc, cụm mạch điện, vỏ đĩa cứng, và đĩa từ.
- Nguyên lý hoạt động HDD: Dữ liệu được đọc/ghi bằng cách di chuyển đầu từ đến vị trí chính xác trên bề mặt đĩa đang quay, gây ra độ trễ cơ học.
- Ưu điểm và nhược điểm của ổ cứng HDD: Ưu điểm là dung lượng lớn và giá thành rẻ; nhược điểm là tốc độ chậm, độ bền kém và tiêu thụ nhiều điện năng.
- Các loại HDD: HDD Internal và HDD External.
- Các loại HDD SATA: Sử dụng chuẩn SATA (phổ biến SATA 3), 3.5 inch và 5.25 inch.
- Giải thích các thông số kỹ thuật HDD: Disk capacity, Average seek time, Random access time, Data access time, MTBF.
- Khi nào nên chọn HDD: Làm ổ đĩa thứ hai trong máy tính để bàn, lưu trữ dữ liệu lớn, ít truy cập, thiết bị lưu trữ mạng, Hosting/VPS giá rẻ cần dung lượng lớn, I/O không quá cao.
- Một số câu hỏi thường gặp khi sử dụng ổ HDD.
HDD là gì?
HDD (Hard Disk Drive) hay còn gọi là ổ đĩa cứng, là thiết bị lưu trữ dữ liệu bằng các tấm đĩa tròn phủ vật liệu từ tính, dữ liệu được đọc/ghi nhờ đầu từ khi đĩa quay. Ổ cứng HDD thuộc loại bộ nhớ non‑volatile (không mất dữ liệu khi tắt nguồn). Trên laptop hiện nay, HDD thường có hai mức tốc độ quay phổ biến là 5.400 RPM và 7.200 RPM. Một số dòng chuyên dụng hiệu năng cao có thể đạt tới 10.000 – 15.000 RPM.
Cấu tạo của ổ cứng HDD
Cấu tạo của ô cứng HDD gồm 5 bộ phận chính:
Cụm đĩa: Bao gồm một trục quay để truyền chuyển động từ đĩa từ vào động cơ. Động cơ và đĩa từ được gắn đồng trục với trục quay và các đĩa.
Cụm đầu đọc:
- Đầu đọc: Bộ phận có chức năng đọc và ghi dữ liệu.
- Cần di chuyển đầu đọc: Chịu trách nhiệm di chuyển đầu đọc đến vị trí mong muốn trên bề mặt lưu trữ.
Cụm mạch điện:
- Mạch điều khiển có chức năng kép là vừa điều khiển hoạt động của động cơ đồng trục và vừa điều hướng cần di chuyển đầu đọc đến đúng vị trí trên bề mặt đĩa để đọc/ghi dữ liệu.
- Mạch xử lý dữ liệu thực hiện các tác vụ xử lý đối với dữ liệu đọc và ghi của ổ đĩa cứng.
- Bộ nhớ đệm đóng vai trò là khu vực lưu trữ tạm thời dữ liệu trong quá trình đọc/ghi, dữ liệu này sẽ bị xóa khi nguồn điện bị ngắt.
- Cổng cấp nguồn là nơi kết nối để cấp điện cho ổ đĩa cứng hoạt động.
- Đầu kết nối là nơi giúp ổ đĩa cứng trao đổi dữ liệu với máy tính.
- Các cầu đấu thiết đặt dùng để cấu hình các chế độ làm việc của ổ đĩa cứng, bao gồm chọn chuẩn giao tiếp (SATA 150 hoặc SATA 300) hoặc thiết lập thứ tự ưu tiên (master, slave hay tự lựa chọn) và các tùy chọn vận hành khác.
Vỏ đĩa cứng: Vỏ ổ đĩa cứng bao gồm hai thành phần chính là đế để gắn các linh kiện và phần nắp đậy để bảo vệ chúng. Chức năng quan trọng nhất của vỏ là định vị các linh kiện và tạo ra một môi trường kín khí, ngăn bụi xâm nhập, đồng thời chống chịu va đập ở mức độ nhất định.
Đĩa từ: Đây là thành phần cốt lõi, nơi dữ liệu được lưu trữ. Đĩa có dạng hình tròn, làm từ nhôm, thủy tinh hoặc gốm và được phủ một lớp vật liệu từ tính. Một ổ cứng có thể có một hoặc nhiều đĩa từ xếp chồng lên nhau. Dữ liệu được ghi lên đĩa dưới dạng các bit nhị phân (0 và 1).
Cấu trúc lưu trữ dữ liệu trên đĩa từ được tổ chức theo nhiều cấp độ:
- Track: Mỗi mặt đĩa được chia thành hàng ngàn vòng tròn đồng tâm gọi là track, nơi dữ liệu được ghi tuần tự. Các track được đánh số thứ tự, bắt đầu từ 0 ở vòng ngoài cùng.
- Sector: Mỗi track lại được chia thành nhiều đơn vị nhỏ hơn gọi là sector. Sector là đơn vị lưu trữ dữ liệu cơ bản nhất trên đĩa cứng, theo tiêu chuẩn thông thường, mỗi sector chứa 512 byte dữ liệu.
- Cluster: Hệ điều hành thường nhóm nhiều sector lại với nhau thành một đơn vị lưu trữ lớn hơn gọi là cluster để quản lý tập tin hiệu quả hơn. Một tập tin được lưu có thể được cấp phát một hoặc nhiều cluster.
Nguyên lý hoạt động của HDD
Về nguyên lý hoạt động, khi bạn muốn mở một file, bảng mạch điều khiển sẽ ra lệnh cho động cơ quay các đĩa từ. Cùng lúc đó, cần đọc sẽ di chuyển đầu đọc/ghi đến chính xác vị trí chứa dữ liệu trên đĩa. Toàn bộ quá trình di chuyển cơ học và tìm kiếm này mất một khoảng thời gian nhất định, đó là lý do chính khiến HDD có độ trễ và tốc độ chậm hơn đáng kể so với các công nghệ lưu trữ hiện đại khác.
Ưu điểm và nhược điểm của ổ cứng HDD
Mặc dù xuất hiện từ lâu, HDD vẫn được sử dụng rộng rãi nhờ vào những ưu điểm không thể thay thế, nhưng cũng đi kèm các nhược điểm cố hữu.
Dung lượng lưu trữ cực lớn: Công nghệ HDD cho phép các nhà sản xuất tạo ra những ổ cứng có dung lượng rất cao, ví dụ như 10TB, 16TB, hay thậm chí 20TB một cách dễ dàng.
Giá thành trên mỗi Gigabyte rất rẻ: Đây là lợi thế cạnh tranh tuyệt đối của HDD. Bạn có thể sở hữu một không gian lưu trữ khổng lồ với chi phí thấp hơn rất nhiều so với SSD.
Độ bền dữ liệu khi không hoạt động: Dữ liệu trên HDD được lưu trữ bằng từ tính và không bị mất đi khi mất điện đột ngột hoặc ngắt nguồn.
Phổ biến và tương thích: HDD đã có mặt từ lâu nên tương thích với hầu hết các máy tính để bàn, laptop và các thiết bị lưu trữ ngoài.
Tốc độ đọc/ghi chậm: Do phải sử dụng các bộ phận cơ khí để đọc/ghi dữ liệu, HDD có tốc độ khởi động, mở ứng dụng và truy xuất file chậm hơn đáng kể so với SSD.
Độ bền và chống sốc kém: Các bộ phận cơ học bên trong rất nhạy cảm với va đập. Một cú rơi nhẹ cũng có thể gây hỏng hóc.
Gây tiếng ồn và tỏa nhiệt: Hoạt động của động cơ quay, cần đọc tạo ra tiếng ồn khi làm việc nặng và sinh ra lượng nhiệt đáng kể.
Kích thước lớn và nặng hơn: Do cấu trúc cơ học phức tạp, HDD thường có kích thước lớn và nặng hơn, không phù hợp cho các thiết bị mỏng nhẹ.
Tiêu thụ nhiều điện năng hơn: Động cơ quay và các bộ phận cơ khí cần nhiều năng lượng để hoạt động, làm giảm thời lượng pin của laptop.
Các loại ổ cứng HDD
Ổ cứng HDD có hai loại chính: HDD Internal và HDD External.
- HDD Internal thường có kích thước 3.5 inch, dung lượng phổ biến khoảng 4TB với tốc độ đọc/ghi dữ liệu khoảng 530MB/s, và mức giá dao động từ 2 – 7 triệu VNĐ, nhìn chung dễ tiếp cận hơn so với loại External.
- HDD External thường nhỏ hơn với kích thước 2.5 inch và dung lượng tối đa khoảng 2TB, được cấp nguồn qua cổng USB hoặc Thunderbolt. Tuy nhiên, thị trường hiện nay cũng có các ổ cứng di động dung lượng rất lớn như Backup Plus Desktop lên đến 5TB.
Các loại ổ cứng SATA HDD
Ổ cứng HDD SATA sử dụng chuẩn kết nối SATA, với SATA 3 là chuẩn phổ biến nhất để kết nối với mainboard. Các loại HDD SATA chính bao gồm:
- HDD 2.5 inch: Kích thước phổ biến nhất trên laptop/PC, dung lượng tối đa 5TB, tốc độ 50-150MB/s, độ ồn thấp.
- HDD 3.5 inch: Dung lượng lớn đến 14TB, tốc độ cao 250MB/s, thường dùng cho máy trạm và máy tính để bàn.
- HDD 5.25 inch: Dùng cho máy tính thế hệ cũ, cồng kềnh, hiệu suất kém, không còn được sử dụng từ những năm 1990.
Giải thích các thông số kỹ thuật trên ổ HDD
Các thông số kỹ thuật chính trên ổ cứng HDD bao gồm:
- Dung lượng ổ cứng HDD (Disk Capacity): Là tổng lượng dữ liệu mà ổ HDD có thể lưu trữ, được đo lường theo các đơn vị khác nhau, bao gồm byte, Kilobyte (Kb), Megabyte (MB), Gigabyte (GB), và Terabyte (TB).
- Thời gian tìm kiếm trung bình của HDD (Average Seek Time): Đây là khoảng thời gian trung bình để đầu đọc của ổ cứng di chuyển từ một vị trí (cylinder) trên đĩa đến một vị trí ngẫu nhiên khác.
- Thời gian truy cập ngẫu nhiên của HDD (Random Access Time): Đây là thời gian trung bình mà ổ cứng cần để xác định và tìm đến một dữ liệu nằm ở vị trí ngẫu nhiên. Thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến độ trễ tổng thể khi chạy hệ điều hành và ứng dụng.
- Thời gian truy cập dữ liệu của HDD (Data Access Time): Thời gian truy cập dữ liệu là tổng thời gian cần thiết để đọc dữ liệu, bao gồm cả thời gian di chuyển đầu đọc giữa các cylinder (Average Seek Time) và thời gian tìm kiếm dữ liệu cụ thể trên một track (Random Access Time).
- Tốc độ quay (Revolutions Per Minute): Là tốc độ quay của các đĩa từ bên trong ổ cứng, ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ đọc/ghi dữ liệu. Các mức phổ biến bao gồm 5400 RPM, 7200 RPM, và cao hơn như 10,000 hoặc 15,000 RPM cho các máy chủ yêu cầu hiệu suất cao.
- Bộ nhớ đệm (Cache): Là bộ nhớ tạm trên ổ cứng dùng để lưu trữ dữ liệu được truy cập thường xuyên, giúp tăng tốc độ truy xuất. Kích thước bộ nhớ đệm càng lớn thì hiệu suất càng cao, thường được đo bằng Megabyte (MB).
- Chuẩn kết nối (Interface): Là giao thức kết nối ổ cứng với máy tính. SATA là chuẩn phổ biến nhất hiện nay cho ổ cứng HDD.
Khi nào nên chọn ổ cứng HDD?
Mặc dù SSD ngày càng trở nên phổ biến nhờ tốc độ vượt trội, ổ HDD truyền thống vẫn là một lựa chọn hợp lý và kinh tế trong nhiều trường hợp sau:
- Làm ổ đĩa thứ hai trong máy tính để bàn: Đây là cách kết hợp tối ưu nhất, dùng một ổ SSD dung lượng vừa phải để cài hệ điều hành, phần mềm và game hay chơi. Sau đó, dùng một ổ HDD dung lượng lớn để lưu trữ kho phim, ảnh, tài liệu, game ít chơi…
- Lưu trữ dữ liệu lớn, ít truy cập: HDD là lựa chọn hoàn hảo cho các hệ thống sao lưu dữ liệu định kỳ hoặc lưu trữ kho media khổng lồ của các nhiếp ảnh gia, nhà quay phim.
- Thiết bị lưu trữ mạng: Để xây dựng một đám mây cá nhân tại nhà với chi phí hợp lý, việc sử dụng các ổ cứng HDD trong thiết bị NAS là phương án tối ưu về chi phí.
- Dịch vụ Hosting/VPS giá rẻ, cần dung lượng cao: Nhiều gói hosting giá rẻ hoặc VPS lưu trữ vẫn sử dụng HDD. Đây là giải pháp tốt cho các website tĩnh, blog cá nhân, diễn đàn hoặc các ứng dụng không yêu cầu tốc độ đọc/ghi (I/O) quá cao nhưng cần không gian lưu trữ lớn.
Câu hỏi thường gặp
HDD bao nhiêu là đủ?
Với nhu cầu cơ bản như tài liệu, ảnh, video gia đình và sử dụng web, mức 250–500 GB thường là đủ. Còn nếu thường xuyên lưu video 4K, chơi game AAA, làm ảnh/video hoặc muốn cài sẵn nhiều trò chơi, 1TB trở lên là khuyến nghị thực tế để giảm việc phải xoá hay di chuyển dữ liệu thường xuyên.
Ổ SSD nhanh hơn HDD bao nhiêu lần?
Ổ cứng SSD nhanh hơn ổ HDD từ vài lần đến hàng chục lần, với tốc độ đọc/ghi dữ liệu cao hơn nhiều do không có bộ phận cơ học. SSD có thể đạt tốc độ lên tới 3.200 MB/s hoặc hơn (với SSD NVMe), trong khi HDD thông thường chỉ ở mức khoảng 150 MB/s.
Làm sao biết ổ cứng SSD hay HDD?
Để biết máy tính dùng ổ cứng SSD hay HDD, bạn có thể dùng
– Task Manager (Ctrl + Shift + Esc, xem tab Performance).
– Công cụ Defragment and Optimize Drives (tìm kiếm và chọn Defragment and Optimize Drives, xem cột Media type).
– Kiểm tra bằng PowerShell (gõ lệnh Get-PhysicalDisk).
– Cài đặt các phần mềm thứ ba như CrystalDiskInfo.
Kết bài
Tóm lại, HDD là một công nghệ lưu trữ dữ liệu đã có từ lâu, sử dụng đĩa từ quay để đọc và ghi thông tin. Mặc dù công nghệ SSD đang phát triển mạnh mẽ, HDD vẫn giữ vị trí quan trọng trong thị trường lưu trữ nhờ khả năng đáp ứng nhu cầu lưu trữ dự phòng và các tác vụ không yêu cầu tốc độ cao.
