Падения и удары могут нарушить работу вращающегося диска, что приведет к его поломке. Теплоотдача всегда является проблемой, как и вес — обычный жесткий диск может добавить дополнительный вес любому ноутбуку.
Что такое HDD, жёсткий диск и винчестер
Что такое жесткий диск, Жесткий диск и жесткий диск — это разные термины, часто используемые для обозначения одного и того же устройства, входящего в состав компьютера. В связи с необходимостью хранить информацию на компьютере появились такие устройства хранения данных, как жесткие диски, которые стали неотъемлемой частью персонального компьютера.
Ранее первый компьютер хранил информацию на перфорированном картоне с отверстиями. Следующим шагом в развитии компьютеров стала магнитная запись, принцип которой сохранился в современных жестких дисках. Современные терабайтные жесткие диски хранят десять килобайт данных, что ничтожно мало по сравнению с современными жесткими дисками.
Для чего нужен HDD и его функционал
Жесткий диск — это постоянное запоминающее устройство для компьютера, т.е. его основная функция — долговременное хранение данных. В отличие от оперативной памяти, жесткий диск не считается летучей памятью, а это значит, что при выключении компьютера, а значит и жесткого диска, вся информация, ранее хранившаяся на жестком диске, должна быть сохранена. На самом деле, жесткий диск — это лучшее место на компьютере для хранения личной информации, поскольку файлы, фотографии, документы и видео могут храниться на нем долгое время, и вы можете продолжать использовать сохраненную информацию для своих нужд.
Операционная система — обычно Windows — также устанавливается на жесткий диск.
Информация, хранящаяся на жестком диске компьютера, не обязательно должна оставаться там вечно. Когда он больше не нужен, жесткий диск должен избавиться от него, удалив его.
Распространённые названия жёсткого диска, откуда появилось название «Винчестер»
Ответ на вопрос, что такое жесткий диск, можно сформулировать как HDD, возможно, это более конкретная формулировка, но и называть этот диск нужно правильно: HMDD (hard magnetic disk drive), жесткий диск, жесткие диски, лебедки и различные производные.
- HDD или HMDD — здесь всё просто, перевод с английского языка — накопитель на жёстких магнитных дисках.
- Ж ёсткий диск и почему не мягкий, всё просто внутри жёсткого диска имеются пластины, они твёрдые, примерно в одно время с ним появились дискеты, у этого носителя информации, составляющей частью были гибкие (мягкие) магнитные диски — флоппи. Поэтому смех, вызванный из-за фразы: почему жёсткий диск не мягкий совершенно не обоснованный, разве только у незнающего человека.
- Само название винчестер ближе уже к профессиональному сленгу, появление данного названия наверняка, не известно, но существует наиболее популярная трактовка, которую рассмотрим ниже.
Чтобы понять появление другого названия для жесткого диска — компьютерный жесткий диск, нам нужно заглянуть в историю. В прошлом жесткие диски были немного больше, чем сегодня. В 1973 году компания выпустила жесткий диск 3340, который инженеры, разработавшие его, для краткости назвали «30-30», то есть два 30-мегабайтных диска, проведя ассоциацию с американской винтовкой Winchester, которая имела созвучное название 30-30 Winchester, отсюда и название Winchester.
Содержание
- 1 Название «Винчестер»
- 2 Характеристики
- 3 Производители
- 4 Устройство
- 4.1 Гермозона
- 4.1.1 Низкоуровневое форматирование
- 5.1 Метод параллельной записи
- 5.2 Метод перпендикулярной записи
- 5.3 Метод тепловой магнитной записи
В 1973 году компания представила жесткий диск под названием Winchest
Интерфейс состоит из набора линий связи, сигналов, передаваемых по этим линиям, аппаратного обеспечения, поддерживающего эти линии, и правил связи. Современные устройства хранения данных могут использовать интерфейсы Serial ATA, SAS, FireWire и Fibre Channel.
Характеристики
Емкость — это количество данных, которое можно хранить на устройстве хранения. Сегодня емкость накопителей достигает 2000 ГБ (2 ТБ). (2 ТБ) В отличие от системы префиксов, используемой в информатике (random), которая кратна 1024 (kilo=1024, mega=1 048 576 и т.д., более поздние двоичные префиксы были не очень удачными), производители используют кратные 1000 при указании емкости жестких дисков. Например, «реальная» емкость жесткого диска с маркировкой «200 ГБ» составляет 186,2 ГБ. 3
Физический размер (форм-фактор) — почти все современные (2001-2008 гг.) жесткие диски для персональных компьютеров и серверов имеют размер 3,5 или 2,5 дюйма. Последние все чаще встречаются в ноутбуках. Также стали популярны такие форматы, как 1,8-дюймовый, 1,3-дюймовый, 1-дюймовый и 0,85-дюймовый. Доступность форматов 8″ и 5,25″ прекращена.
Время случайного доступа — время, которое гарантированно требуется жесткому диску для чтения или записи любой области на магнитном диске. Диапазон этого параметра невелик — от 2,5 до 16 мс, и обычно серверные диски (например, Hitachi Ultrastar 15K147 — 3,7 мс 4 ) имеют наименьшее время, портативные (Seagate Momentus 5400.3 — 12,5 5 ) — наибольшее из существующих.
Скорость вращения шпинделя — это количество оборотов шпинделя в минуту. Скорость вращения шпинделя оказывает большое влияние на время доступа и скорость передачи данных. В настоящее время доступны следующие стандартные скорости вращения шпинделя: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10 000 об/мин (ПК), 10 000 и 15 000 об/мин (высокопроизводительные серверы и рабочие станции).
См. также: технология SMART (S.M.A.R.T.) (технология самоконтроля, анализа и отчетности — это метод прогнозирования состояния жестких дисков с помощью встроенных средств самодиагностики и механизм прогнозирования времени выхода диска из строя).
IOPS — для современных жестких дисков этот показатель составляет около 50 IOPS для случайного доступа и около 100 IOPS для последовательного доступа.
Энергопотребление является важным фактором для мобильных устройств.
Коэффициент шума — шум, производимый механикой привода во время работы. Он выражается в децибелах. Тихий двигатель — это устройство, которое работает с уровнем шума 26 дБ или менее. Этот шум состоит из комбинации шума шпинделя (включая шум двигателя) и шума двигателя.
Большинство всех жестких дисков производятся всего несколькими компаниями: Seagate, Western Digital, Samsung и ранее Hitachi. Fujitsu продолжает производить жесткие диски для ноутбуков, а Maxtor присоединилась к ней в 2001 году. Компании Seagate и Maxtor объединились в 2006 г. В середине 1990-х гг. существовала компания Conner, которую поглотила Seagate, а в первой половине 1990-х гг. была также компания Micropolice, которая производила очень дорогие и высококачественные жесткие диски. Однако при производстве первых жестких дисков на 7200 об/мин использовались некачественные подшипники главного вала, поставляемые компанией Nidek, и Micropolice понесла фатальные потери при возврате, обанкротилась и была выкуплена компанией Seagate.
Жесткий диск состоит из герметичной ленты и электронного модуля.
Герметичная зона состоит из корпуса из твердого сплава, собственно жестких дисков (пластин) с магнитным покрытием, блока головок с крепежным устройством и блока привода электрошпинделя.
Производители
Узел головки состоит из пакета стальных пружинных рычагов (по одной паре на каждый диск). На одном конце они закреплены на валу у края диска. На других концах (над дисками) закреплены головки.
Диски (пластины) обычно изготавливаются из металлического сплава. Были предприняты попытки сделать их из пластика или даже стекла, но эти пластины оказались хрупкими и недолговечными. Обе поверхности пластин покрываются, как пленкой, тонким порошком ферромагнитных веществ — оксидов железа, марганца и других металлов. Точный состав и техника нанесения держатся в секрете. Большинство недорогих устройств содержат 1 или 2 пластины, но есть и модели с большим количеством пластин.
Гермозона
Диски прочно соединены с валом. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (4200, 5400, 7200, 10 000, 15 000). При такой скорости у поверхности пластины возникает сильный воздушный поток, который поднимает головки и заставляет их зависать над поверхностью пластины. Форма головок разработана таким образом, чтобы во время работы они находились на оптимальном расстоянии от пластины. Пока диски не разгонятся до скорости, необходимой для «отрыва» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и поверхности диска.
Устройство позиционирования головы состоит из неподвижной пары сильных, обычно постоянных неодимовых магнитов и катушки в подвижном головном устройстве.
Вопреки распространенному мнению, внутри герметичного пояса нет вакуума. Некоторые производители герметизируют их (отсюда и название), заполняют очищенным и осушенным воздухом или нейтральными газами, особенно азотом, и помещают в тонкий металлический или пластиковый
Высокоуровневое форматирование позволяет операционной системе создавать структуры, которые упрощают работу с файлами и данными, хранящимися на жестком диске. Все доступные разделы (логические диски) имеют загрузочный сектор тома, две копии таблицы размещения файлов и корневой каталог. Используя эти структуры, операционная система может распределять пространство, отслеживать расположение файлов и обходить поврежденные участки жесткого диска.
Другими словами, высокоуровневое форматирование заключается в создании названий дисков и файловых систем (FAT, NTFS и т.д.). Единственное «настоящее» форматирование — это низкоуровневое форматирование, при котором жесткий диск делится на дорожки и сектора. С помощью команды DOS FORMAT диск может быть отформатирован обоими способами, в то время как жесткий диск может быть отформатирован только в режиме высокого уровня.
Для форматирования жесткого диска в низкоуровневом режиме требуется специальное программное обеспечение, которое обычно поставляется производителем жесткого диска. Форматирование жестких дисков в режиме FORMAT включает оба режима, в то время как форматирование жестких дисков должно выполняться отдельно. Кроме того, жесткий диск подвергается третьему процессу — разбиению на разделы, что является необходимым условием для использования нескольких операционных систем на одном компьютере.
Организация нескольких разделов предоставляет возможность установки различной операционной инфраструктуры с отдельным томом и логическими дисками на каждом из этих разделов. Каждый том или логический диск идентифицируется буквой (например, C, D или E).
Форматирование высокого и низкого уровня
Почти каждый современный жесткий диск состоит из одних и тех же компонентов:
— Жесткие диски (в большинстве случаев до 5 жестких дисков),
— Считывающие/записывающие головки (часто до 10),
— Механизм привода головок (этот механизм перемещает головки в нужное положение),
Из чего состоит жесткий диск
— Дисковод (устройство, перемещающее диски),
— Воздушный фильтр (фильтры расположены в корпусе привода),
— Печатная плата со схемой управления (этот компонент управляет приводом и системой управления),
— кабели и разъемы (электронные компоненты жесткого диска).
Наиболее распространенным корпусом для двигателей, головок, механизма привода головок и приводного двигателя является герметичная коробка HDA. Эта коробка обычно представляет собой единое целое и практически никогда не подвергается вскрытию. Другие компоненты, не являющиеся частью HDA, такие как элементы конфигурации, печатная плата и передняя панель, являются съемными.
В случае отключения электроэнергии предусмотрена контактная система парковки для опускания заголовка на приводы. Хотя устройство может выдержать десятки тысяч подъемов и опусканий считывающих головок, все эти операции должны выполняться в специальных помещениях.
Постоянное движение вверх и вниз неизбежно вызывает трение магнитного слоя. Если диск встряхивать после износа, это может привести к повреждению диска или головок. Чтобы избежать вышеперечисленных проблем, современные жесткие диски оснащаются специальным механизмом загрузки/выгрузки, который представляет собой пластину, прикрепленную к внешней поверхности диска. Это предотвращает контакт между головкой и магнитной поверхностью даже в случае отключения питания. В случае отключения питания двигатель самостоятельно «паркует» головки на поверхности наклонной пластины.
Твердотельные накопители (SSD) — относительно новая и быстро развивающаяся технология. Почему? В твердотельных накопителях используется флэш-память, то есть информация хранится в ячейках на поверхности диска, а доступ к ней осуществляется через печатную плату (PCB).
Кроме того, в SSD нет движущихся частей, поэтому вероятность отказа меньше. Отсутствие движущихся частей также означает, что тепловыделение твердотельного накопителя значительно снижено, что делает Ultrabook™ гораздо более удобным для использования на коленях, чем традиционный ноутбук.
Автоматическая парковка головок и система контроля
SSD также намного легче традиционного жесткого диска, что делает ваш компьютер намного легче. Внутренние твердотельные накопители бывают разных форм и размеров. Первый — это 2,5-дюймовый твердотельный накопитель, который обычно используется в ноутбуках.
Затем есть ультратонкий 2,5-дюймовый SSD SATA, который тоньше, чем 2,5-дюймовый SSD, упомянутый ранее. Поскольку ультрабуки еще тоньше ноутбуков, обычно используются твердотельные накопители mSATA, которые меньше двух вышеупомянутых типов. Если вы хотите быть еще тоньше, существует форм-фактор M.2, по сравнению с которым даже твердотельные накопители mSATA выглядят гигантскими.
Твердотельные накопители
Повысьте скорость и производительность рабочей станции с помощью твердотельного накопителя PCIe (PCIe SSD). При использовании твердотельного накопителя PCIe вы обходите ограничения SATA и подключаете его через слот PCIe. Поскольку PCIe предлагает архитектуру «точка-точка», она обеспечивает более высокую скорость передачи данных. Это делает твердотельные накопители PCIe полезными для высокопроизводительных задач, таких как редактирование видео 4K. Твердотельные накопители PCIe можно найти в рабочих станциях Apple Mac Pro и HP Z.
Новейшие устройства хранения данных представляют собой гибридные жесткие диски, которые сочетают в себе емкость шпиндельных дисков и скорость твердотельных накопителей. Как. Они содержат небольшой твердотельный накопитель, встроенный в физический жесткий диск. Этот SSD меньшего размера обычно используется для временного хранения данных.
SSD меньшего размера позволяет получить доступ к программам, которые вы используете чаще всего, или к программам, которые вы выбрали для быстрого доступа. Кэш хранит информацию, поэтому вам не нужно обращаться к шпинделю, чтобы найти ее. Это сокращает время запуска и время запуска программы.
Жесткий диск состоит из пяти основных частей. Первая — это интегральная схема, которая синхронизирует привод с компьютером и управляет всеми процессами.
Твердотельные накопители PCIe
Вторая часть, электродвигатель (шпиндель), заставляет диск вращаться со скоростью около 7200 об/мин, а интегральная схема поддерживает постоянную скорость.
Гибридные диски
А теперь третья и, возможно, самая важная часть — коромысло, которое может как записывать, так и считывать информацию. Обычно головка коромысла разделена таким образом, чтобы можно было одновременно задействовать несколько дисков. Однако головка коромысла никогда не соприкасается с дисками. Между поверхностью диска и головкой существует зазор, который примерно в пять тысяч раз меньше толщины человеческого волоса!
Но давайте посмотрим, что происходит, когда зазор исчезает и голова комара соприкасается с поверхностью вращающегося диска. Все мы помним из школы F=m*a (второй закон Ньютона, кажется), который показывает, что объект с небольшой массой и большим ускорением становится невероятно тяжелым. Учитывая огромную скорость вращения самого диска, вес коромысла становится очень и очень заметным. Конечно, в таком случае повреждение диска неизбежно. Кстати, это произошло с диском, на котором этот зазор по какой-то причине исчез:
Устройство жесткого диска компьютера
Роль силы трения, т.е. ее почти полное отсутствие, также важна, когда шейкер начинает считывать показания и перемещается до 60 раз в секунду. Но подождите, а где же мотор, который приводит в движение шейкер, да еще с такой скоростью? На самом деле вы не можете его увидеть, потому что это электромагнитная система, основанная на взаимодействии двух природных сил: Электричество и магнетизм. Благодаря этому взаимодействию луч может буквально ускорять скорость света.
Четвертая часть — это сам жесткий диск — на который записывается и считывается информация, и, кстати, их может быть несколько.
Пятой и последней частью конструкции жесткого диска является, конечно же, корпус, в котором размещены все остальные компоненты. Использованы следующие материалы: Почти весь корпус пластиковый, но верхняя крышка всегда металлическая. Когда корпус собран, его часто называют «зоной защиты». Часто предполагается, что в пространстве под давлением нет воздуха — или, скорее, что это вакуум. Это мнение основано на том, что при таких высоких скоростях даже пылинка, попавшая внутрь, может нанести большой ущерб. И это почти правда, за исключением того, что там не вакуум, а очищенный, осушенный воздух или нейтральный газ — азот, например. Возможно, в старых версиях жестких дисков воздух не очищался, а только отсасывался.
Мы уже говорили о компонентах, то есть о том, из чего состоит жесткий диск. Теперь поговорим о хранении данных.
Данные хранятся в узких дорожках на поверхности диска. Во время производства было выпущено более 200 000 таких
Сама поверхность гладкая и блестящая, но только на первый взгляд. При ближайшем рассмотрении обнаруживается более сложная структура поверхности. А именно, диск изготовлен из металлического сплава, который покрыт ферромагнитным слоем. Этот слой отвечает за всю работу. Ферромагнитный слой хранит всю информацию, как? Просто. Головка манипулятора намагничивает крошечный участок на пленке (ферромагнитный слой), что переводит магнитный момент такой ячейки в одно из двух состояний: o или 1. Каждый такой ноль и единица называется битом. Поэтому любая информация, хранящаяся на жестком диске, представляет собой определенную последовательность и определенное количество нулей и единиц. Для высококачественной фотографии, например, требуется около 29 миллионов таких клеток, которые распределены по 12 различным секторам. Да, это звучит впечатляюще, но в действительности такое большое количество битов занимает лишь очень небольшую площадь на поверхности жесткого диска. Каждый квадратный сантиметр поверхности жесткого диска содержит многие десятки миллиардов битов.
Мы только что рассмотрели структуру жесткого диска и каждый компонент в отдельности. Сейчас я хотел бы предложить собрать все это в систему, которая поможет вам лучше понять, как работает жесткий диск.
Когда компьютер загружается, либо для записи или чтения с жесткого диска, либо для загрузки операционной системы, двигатель (шпиндель) начинает вращаться, а поскольку жесткие диски прикреплены к самому шпинделю, они вращаются вместе с ним. Пока скорость привода(ов) не достигнет уровня, при котором между головкой шейкера и приводом образуется воздушная подушка, шейкер находится в специальной «парковочной зоне» для предотвращения повреждений. Это выглядит следующим образом.
Как и в каком виде хранятся данные на жестком диске компьютера
Как только скорость достигается, серводвигатель приводит в движение шейкер, который затем позиционируется в точке, где должна быть записана или считана информация. Это стало возможным благодаря интегральной схеме, которая управляет всеми движениями шейкера.
Существует распространенное мнение, миф, что пластины жесткого диска перестают вращаться в периоды, когда он «простаивает», т.е. когда на нем временно не выполняются операции чтения/записи. Это действительно миф, потому что в действительности жесткие диски внутри корпуса вращаются постоянно, даже когда жесткий диск находится в режиме энергосбережения и на него ничего не записывается.
Теперь мы рассмотрели жесткий диск компьютера во всех его подробностях. Конечно, в одной статье невозможно рассказать обо всем, что касается жестких дисков. Например, в этой статье не говорилось об интерфейсах жестких дисков, что является большой темой, поэтому я решил
Принцип работы жесткого диска
- 4.1 Гермозона
