Жесткий диск (HDD - Hard Disk Drive) компьютера - основное место для хранения информации (операционной системы, прикладных программ, данных). Необходимая информация в нужное время считывается с жесткого диска и обрабатывается процессором, результат обработки может быть записан на жесткий диск.
Первый жесткий диск был разработан еще до появления персонального компьютера - в далеком 1957 году фирмой IBM. Имел он объем в 5 Мб и стоил сумасшедших денег.
Для персонального компьютера IBM PC XT был разработан диск емкостью 10 Мб. Жесткий диск имел 30 дорожек по 30 секторов в каждой дорожке. По аналогии с маркировкой многозарядного карабина фирмы Winchester - «30/30″, жесткие диски стали именовать «винчестерами«, или сокращенно «винтами».
Основным компонентом жесткого диска являются одна или несколько пластин (их ещё называют платтеры), выполненных из алюминия или стекла и покрытых магнитным слоем. Именно на этих пластинах и хранится вся информация, расположенная на жестком диске. Диски закреплены на общей оси и вращаются с большой скоростью.
Кроме того, в корпусе жесткого диска имеется блок магнитных головок, которые осуществляют чтение и запись с поверхностей дисков. Строение диска можно видеть на прилагаемом рисунке. Все головки соединены вместе и не могут двигаться раздельно, поэтому запись и чтение производятся сразу со всех поверхностей всех дисков одновременно.
Диски и головки находятся на металлическом шасси, обеспечивающем жесткость все конструкции, и закрыты крышкой, предохраняющей поверхности дисков и головки от попадания пыли. Крайне важна надежная защита блока дисков и головок. Дело в том, что во время работы диска при вращении пластин создается мощный поток воздуха и магнитные головки при чтении-записи «парят» на поверхностями дисков не касаясь их, а зазор между дисками и головками составляет несколько микрометров!
Разумеется, любая пылинка, попавшая в зазор между диском и головкой, процарапает диск, сделав его участок непригодным для дальнейшего использования, кроме того, в худшем случае, возможна и поломка головки. Именно поэтому диски изготавливаются в сверхчистых помещениях и блок головок-дисков (называемый на жаргоне «банка») тщательно закрывается при изготовлении и не подлежит вскрытию пользователем.
На стыке крышки и основания корпуса жесткого диска даже есть наклейка по периметру с предостерегающей надписью, а если уж пользователь вскрыл корпус жесткого диска, ни о каком гарантийном обслуживании изделия речи быть не может.
«Банка» не содержит никакой электроники, она подключается к специальной плате, на которой находится необходимая диску управляющая электроника, и такая совокупность блока дисков-головок и называется «жесткий диск».
Давайте теперь выясним, какими параметрами можно описать производительность жесткого диска. Как и любой другой накопитель данных, жесткий диск характеризуют два основных параметра:
* Время доступа - время, в течение которого можно получить доступ к необходимому участку диска. Это время, необходимое на поворот дисков таким образом, чтобы нужный участок диска оказался под магнитными головками, плюс время необходимое на подвод головок. Разумеется, чем меньше время доступа, тем производительнее жесткий диск. Для современных жестких дисков c 7200 rpm типичное время доступа находится в пределах от 8,2 до 9,3 мс (исключение составляют некоторые модели дисков Samsung со временем доступа аж 11 мс).
* Скорость последовательного чтения-записи . После того, как доступ получен, производительность определяется тем, как быстро можно производить чтение или запись информации на диск.
Существует два физических фактора, влияющих на производительность жесткого диска:
* Скорость вращения дисков . Чем быстрее вращаются диски, тем быстрее можно получать доступ к диску, тем быстрее диски проходят под магнитными головками, следовательно, тем быстрее можно считывать-записывать данные.
* Плотность записи на диске . Этот параметр определяется как произведение линейной плотности записи вдоль дорожки, выражаемой в битах на дюйм (Bits Per Inch - BPI), и количества дорожек на дюйм (Tracks Per Inch - TPI). В результате поверхностная плотность записи выражается в Мбит/кв.дюйм или в Гбит/кв.дюйм. Логично предположить, что, чем плотнее записаны данные, тем больше данных в единицу времени проходит под магнитными головками, следовательно, тем быстрее можно считывать-записывать данные.
Эти два физических параметра диска в основном и определяют производительность устройства. Заметим, что увеличение скорости вращения дисков в банке влияет и на уменьшение времени доступа к диску (так как тратится меньше времени на подвод нужной части диска к головке), и на увеличение скорости чтения-записи, потому что данные быстрее проходят под головками.
А увеличение плотности записи практически не уменьшает время доступа, а лишь ускоряет операции чтения-записи - ведь данные быстрее проходят под головками.
На сегодняшний день используются жесткие диски со скоростями 5400 и 7200 оборотов в минуту (RPM, Rotations Per Minute). Раньше диски с оборотами 5400 были уделом домашнего РС, в то время как более производительные 7200 диски применялись в дорогих серверах.
Сегодня диски с 7200 RPM являются стандартом для домашнего жесткого диска, в то время как 5400 используются лишь в дешевых системах. А на рынке производительных систем уже повсеместно применяются диски с 10 000 оборотов в минуту, и 15 000 оборотов в минуту. Такие диски сегодня совершенно не применяются в домашнем РС, их место - сервера среднего и высшего уровня.
Когда Вы приобретаете жесткий диск, в его документации, прайс-листе продавца, да и на нем самом обычно отображена скорость вращения дисков и Вы всегда можете выбрать диск с нужной вам скоростью вращения.
Сегодня лучше всего приобретать диски с 7200 RPM когда в качестве основного диска в системе. Но если диск будет использоваться только как медиатека и его основная задача – время от времени воспроизводить сохраненные на нем фильмы и музыку – тогда стоит обратить внимание на диски со скоростью вращения 5200 об/мин. У них есть несколько преимуществ.
Кроме более низкой стоимости, они также меньше греются, потребляют меньше электроэнергии и издают значительно меньше шума. Последний фактор может стать решающим когда Вы ходите добиться от своего компьютера максимальной тишины при работе.
Это, кстати, вполне возможно! Такие диски имеют в своей линейке практически все ведущие производители, и обычно они выделяют их зеленым цветом, как наиболее экологические и экономичные.
Любому современному компьютеру - стационарному или портативному - требуется устройство для хранения больших объемов данных. Из всех существующих на сегодняшний день разновидностей электронных хранилищ наиболее емкими являются накопители на магнитных жестких дисках (второе, более простое наименование - винчестер). Для компьютера или ноутбука достойной альтернативы им пока нет. И только в портативных устройствах - смартфонах, планшетах, некоторых субноутбуках - вместо них используется флеш-память, поскольку флеш-накопители более компактные и менее хрупкие, чем магнитные диски.
Жесткий диск или "винчестер"?
Сегодня эти термины используются в компьютерной среде как равнозначные. Откуда же произошло такое необычное для IT название? Обратимся к истории компьютерной отрасли.
В начале 1970 годов магнитные накопители были перспективной, но очень далекой от совершенства технологией. Хотя первый винчестер для компьютера был выпущен еще в 1956 году, шкаф размером с пару холодильников, весом в полторы тонны и емкостью 5 мегабайт был слишком габаритным даже для научных институтов - основного в то время заказчика подобной продукции.
В 1973 году компания IBM выпустила революционную модель 3340, отличавшуюся как высокой на то время скоростью доступа, так и большим объемом: в двух шкафчиках было установлено два жестких диска по 30 Мб каждый. Именно из-за объема разработчики называли эту модель "30-30". Такую же маркировку имела одна из моделей винтовок Winchester 30-30. С чьей-то легкой руки инженеры стали именовать "винчестером" свою новую разработку. Позже это название вышло за пределы IBM и закрепилось за всеми жесткими дисками.
Устройство винчестера
Основной деталью жесткого диска, давшей название всему устройству, являются круглые алюминиевые (реже - стеклянные или керамические) пластины, покрытые слоем ферромагнетика. В первых моделях винчестеров в качестве покрытия использовали нестойкий оксид железа, сейчас наиболее популярный материал - диоксид хрома. Именно на этих пластинах и хранится информация. Современный винчестер может состоять как из одной такой пластины, так и из нескольких. Теперь более подробно о конструкции устройства.
Пластины закрепляются на оси, которая подключена к электродвигателю, обеспечивающему их вращение относительно блока магнитных головок. Последние используются для записи и чтения информации с пластин. К каждой из них подведены две головки: одна работает с верхней стороной конструктивного элемента, другая - с нижней.
Все составляющие винчестера заключены в алюминиевый корпус, защищающий хрупкие детали от пыли и снижающий риск механических повреждений.
Важной частью жесткого диска является управляющая электроника. Она регулирует скорость вращения шпинделя, позиционирование головок, переадресовывает команды компьютера механике жесткого диска и передает считанные данные в систему. Кроме того, к электронике винчестера относится буферная память, позволяющая оптимизировать работу жесткого диска: запросы компьютера накапливаются в памяти устройства, и головки выполняют их, плавно двигаясь над пластинами, а не дергаются по каждому заданию ПК.
Если вам все еще не совсем понятно, как устроен винчестер для компьютера, фото сделает изложенную информацию более наглядной.
Как это работает
При включении компьютера на жесткий диск подается ток, запускается двигатель, раскручивающий пластины. Из парковочной зоны выводится "коромысло", на котором находятся магнитные головки, и выдвигается к рабочей зоне (головки располагаются над пластинами). Обратите внимание: эти элементы никогда не касаются пластин (механический контакт неизбежно ведет к изнашиванию покрытия), а парят над ними в нескольких микронах.
Теперь винчестер готов к работе - записи или чтению информации. Как протекают эти процессы? Полученные от ПК данные электронная система винчестера преобразует в ток, подаваемый на магнитные головки. Оказавшись над незанятыми участками пластин, головки намагничивают их поверхность таким образом, чтобы разные микроскопические участки диска (домены) имели разный вектор намагниченности (расположение магнитных полюсов), образуя логические нули и единицы. Таким образом, информация сохраняется в понятном компьютеру виде.
Процесс считывания аналогичен. Находится участок, на котором хранится нужная информация, магнитное поле преобразуется в электронные импульсы, которые пересылаются в компьютер и там определенным образом интерпретируются операционной системой.
Расположение информации
Необходимые данные записываются на жесткий диск по кругу, причем одновременно на все пластины. Каждый круг называется дорожкой. Дорожки разных пластин, которые головки записывают одновременно, образуют цилиндр. При форматировании они делятся на блоки или сектора определенного размера.
Однако при работе с компьютером пользователь не видит ни дорожек, ни цилиндров. Для операционной системы весь жесткий диск является единым массивом хранения данных. Ради удобства можно создать логические разделы винчестера произвольного размера. Считается, что первый из них будет соответствовать внешней, самой быстрой области диска. Именно сюда лучше устанавливать операционную систему.
Современный интерфейс SATA
Подключение винчестера к компьютеру осуществляется по двум направлениям: обмен данными и питание. Практически единственным используемым на сегодняшний день в персональных компьютерах интерфейсом обмена информацией между компьютером и жестким диском является протокол SATA (Serial ATA).
Существуют три его ревизии (поколения). SATA I устарел и не используется. SATA II может обеспечить скорость обмена данными до 300 Мб в секунду. Этого более чем достаточно для магнитных жестких дисков - пока что просто невозможно достичь такой скорости чтения и записи на магнитные пластины, так что и большая пропускная способность шины не нужна.
Другое дело, если вы планируете использовать винчестер SSD для компьютера. Скорость записи на флеш-накопитель может достигать 500 Мб/сек. Такие устройства, как правило, поддерживают новый стандарт SATA III со скоростью передачи данных до 600 Мб/сек.
Разъемы SATA различных ревизий одинаковы, так что вполне можно подключить устройство SATA III к компьютеру с поддержкой SATA I или наоборот. Но скорость обмена данными не превысит ту, что доступна для более медленного из сопряженных устройств.
Как подключить винчестер к компьютеру
Установка винчестера в ПК не является сложной задачей и не потребует особых знаний (или оборудования сложнее отвертки). Внимание! Все манипуляции внутри компьютера и ноутбука выполняются при отключенном питании!
Итак, прежде всего нужно снять стенку корпуса, установить жесткий диск в отведенное для него место и зафиксировать его по бокам четырьмя винтами. Затем следует подключить кабель (15 контактов) от блока питания. Хотя питание винчестера SATA осуществляется через специальный разъем, при его отсутствии можно использовать переходник Molex (4 контакта) - SATA (15 контактов).
Далее подключается кабель SATA (7 контактов) к винчестеру и разъему на материнской плате. Собственно, все: закрываем корпус и включаем компьютер. Никаких особых драйверов или настроек в большинстве случаев не потребуется.
Аналогично подключается винчестер к ноутбуку. Если при вскрытии корпуса будут повреждены пломбы изготовителя, это может стать основанием для отказа в гарантийном ремонте! С той, разумеется, оговоркой, что в ноутбук можно установить, как правило, только один винчестер. Поэтому после замены старого жесткого диска новым придется создать на нем разделы и установить операционную систему.
Основные характеристики винчестеров
Пользователю ПК, выбирающему новый винчестер для компьютера или ноутбука? важно знать различные характеристики устройства, влияющие на его потребительские свойства.
Прежде всего, жесткие диски выпускаются в двух типоразмерах: 2,5 и 3,5 дюйма. Первые предназначены для использования в ноутбуках, вторые - в ПК. Винчестер для портативного устройства при необходимости можно установить с помощью специального корпуса-переходника.
Важнейшей потребительской характеристикой жесткого диска является его емкость. При покупке надо иметь в виду, что полезная емкость накопителя всегда меньше заявленной. Производитель ради красивой цифры на этикетке пускается на различные ухищрения: указывает данные исходя из формулы 1Гб = 1 миллиард байт (округляя в свою пользу примерно на 7 %), включает в общую емкость служебную область, которая не может быть использована для хранения информации.
На скорость работы влияют несколько характеристик: скорость вращения шпинделя, время доступа, размер буферной памяти. Остановимся на них более подробно.
Скорость вращения указывается в оборотах за минуту. Чаще всего встречаются устройства с показателями 5400 об/мин (ноутбуки), 7200 об/мин (компьютеры), 10000 об/мин (серверы).
Время произвольного доступа показывает, как быстро магнитная головка может переместиться к указанному сектору. Измеряется в миллисекундах (в среднем 7-11мс), чем их меньше, тем лучше.
Очень важным параметром является размер буферной памяти (кэша). Большой кэш - это и лучшая скорость, и большая долговечность устройства.
Долговечность характеризуется средним временем наработки на отказ, измеряемым в часах. Однако если на упаковке написано 1 000 000 часов, это не значит, что винчестер действительно прослужит сто лет. Но, сравнивая показатели разных моделей, можно составить некоторое представление об их качестве по этому показателю.
Уровень шума винчестера измеряется в децибелах. Как правило, чем быстрее устройство, тем оно шумнее и больше потребляет энергии.
Выбор винчестера
Опираясь на знание характеристик жестких дисков, нетрудно будет разобраться, как выбрать винчестер для компьютера.
Прежде всего следует определиться с подходящим по размеру накопителем. Использовать в ПК ноутбучные винчестеры возможно, но нецелесообразно: за те же деньги вы получите устройство меньшей емкости и скорости. Впрочем, диски в 2,5 дюйма менее шумные и потребляют меньше энергии, чем их "коллеги" размером 3,5 дюйма.
С емкостью накопителя тоже все просто: чем больше, тем лучше (и тем дешевле в расчете на один гигабайт). Единственным ограничителем тут выступает кошелек покупателя.
Сильно переплачивать за скоростные показатели для домашнего или офисного компьютера вряд ли стоит: разница в производительности системы будет малозаметна, зато в цене и шуме компьютера - весьма ощутима. А для ноутбука это еще и более быстрая разрядка батареи.
Вот на чем не стоит экономить, так это на буферной памяти. Из моделей одинаковой емкости следует выбрать ту, в которой кэш самый большой.
Уровень шума имеет значение для домашнего компьютера, который предполагается использовать в ночное время в помещении, где спят другие люди, или для офиса, где установлено много машин. В таких случаях разумно будет поступиться производительностью ради комфорта. Шум, особенно ночью, вреден для здоровья.
Проверка программными средствами
Проверка винчестера может выполняться на разных этапах его эксплуатации и с разными целями. После покупки жесткого диска пользователь может проверить реальные скоростные показатели нового накопителя. Или спустя время удостовериться, не ухудшились ли они. Для этих целей можно использовать простую программу HD Speed. Выполнив заданное количество операций чтения и записи, она покажет, с какой скоростью на самом деле работает ваш жесткий диск.
Это же и многое другое умеет программа для винчестера HDTune. Продвинутому пользователю она предоставляет целый набор различных тестов производительности, а также полную информацию о жестком диске, включая данные с термодатчиков. Кроме того, HD Tune умеет проверять поверхность винчестера на наличие поврежденных секторов ("бэдов").
Впрочем, с последней задачей лучше справится специализированный инструмент. Например, HDD Scan. Эта бесплатная утилита в наглядной форме показывает все данные, относящиеся к "здоровью" жесткого диска. Проверка винчестера на "бэды" может быть выполнена в трех различных режимах.
Если плохие сектора есть, а особенно если их много или возникают проблемы при загрузке операционной системы и обращении к некоторым файлам, то следует пустить в ход тяжелую артиллерию. Бесплатная утилита Victoria от белорусского разработчика умеет все то же, что и HDD Scan, но главное ее преимущество заключается в том, что она может "лечить" поврежденные сектора и даже, в некоторых случаях, восстанавливать из них данные.
Неопытного пользователя отпугнет необходимость загружаться в DOS и интерфейс, соответствующий архаичной операционной системе. Но эта программа для более-менее опытных пользователей. Тем более что неосторожное нажатие клавиш с целью "посмотреть, что будет" может закончиться полной и окончательной потерей всех данных на жестком диске. Итак, если используется программа для винчестера Victoria, следует выполнять только те действия, о последствиях которых вы точно осведомлены.
Когда Victoria находит сбойный сектор, она делает многократные попытки считать из него информацию и, если это получается, записывает результат в другой, исправный раздел. В любом случае "бэд" получает соответствующую метку, и больше компьютер к нему обращаться не будет. По сути, делается то, что и при полном форматировании диска, только данные при этом не стираются.
Внешние жесткие диски
Удобным устройством для хранения информации является внешний винчестер. Если размер современных флешек редко превышает десятки гигабайт, то емкость внешних жестких дисков измеряется терабайтами.
Как и производители флешек, разработчики внешних жестких дисков уделяют большое внимание дизайну. Можно приобрести накопитель в пластиковом корпусе любого цвета, в стильном алюминиевом или прорезиненном влагозащитном.
Какой бы ни была оболочка, внутри неё будет располагаться один из хорошо знакомых нам винчестеров: на 2,5 или 3,5 дюйма. Первые более портативны и часто не требуют дополнительных источников электричества. Вторые имеют больший объем, но их нужно подключать к розетке через идущий в комплекте блок питания. На рынке представлены модели, где в одном корпусе размещаются несколько жестких дисков, что позволяет создать массив емкостью до 6 Тб.
Узким местом внешних накопителей является низкая, в сравнении с SATA, пропускная способность внешних интерфейсов, поэтому вопрос "как подключить винчестер" для этой категории устройств отнюдь не праздный.
Привычный USB 2 годится разве что для автоматического фонового резервного копирования, не требующего участия пользователя. USB 3 или "яблочный" Thunderbolt позволяют за вменяемое время записать фильм в HD-качестве. А вот редкий eSATA (external SATA), работающий со скоростью SATA I, дает возможность установить на внешний диск операционную систему, программы и довольно комфортно с ними работать.
Если внешний винчестер для компьютера - это всего лишь хранилище данных и иногда - большая флешка, то для ноутбука, где увеличение дискового пространства - задача нетривиальная, быстрый и емкий внешний жесткий диск - просто находка.
SSD-накопители
В последние годы набирают популярность устройства принципиально нового типа - SSD (Solis State Disc), твердотельные накопители. В их основе не вращающиеся магнитные пластины, а flash-память. Такие устройства по инерции тоже называют винчестерами.
В чем плюсы таких накопителей? Главное преимущество - скорость. Произвольные чтение и запись на них выполняются в разы быстрее, чем на самых лучших серверных магнитных жестких дисках. Особенно это заметно на примере загрузки операционной системы и запуска "тяжелых" приложений: Windows вместо пары минут загружается несколько секунд!
К другим важным достоинствам (особенно в отношении ноутбуков) следует отнести бесшумность, низкое энергопотребление и большую, чем у магнитных жестких дисков, устойчивость к тряске и ударам.
Достоинств не бывает без недостатков. Если бюджетные магнитные диски давно перешагнули за терабайт, то за те же деньги не удастся купить SSD больше 120 Гб. Помимо этого, твердотельные накопители имеют не очень большой ресурс циклов чтения/записи - в десятки раз меньший, чем у привычных винчестеров.
Из этого можно сделать вывод, что винчестер SSD для компьютера есть смысл покупать, чтобы установить на него операционную систему и приложения. А для раздела с пользовательскими файлами (особенно мультимедиа) целесообразно иметь второй диск, изготовленный по традиционной магнитной технологии.
В данной статье будет идти речь только о жестких дисках (HDD) то есть о носителях на магнитных дисках. О SSD будет следующая статья.
Что такое жесткий диск
По традиции, давайте подсмотрим определение жесткого диска в Википедии:
Жесткий диск (винт, винчестер, накопитель на жестких магнитных дисках, НЖМД, HDD, HMDD) - запоминающее устройство произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи.
Используются в подавляющем большинстве компьютеров, а также как отдельно подключаемые устройства для хранения резервных копий данных, в качестве файлового хранилища и т.п.
Чуть-чуть разберемся. Мне нравится термин «накопитель на жестких магнитных дисках«. Эти пять слов передают всю суть. HDD - устройство, предназначение которого длительное время хранить записанные на него данные. Основой HDD являются жесткие (алюминиевые) диски со специальным покрытием, на которое при помощи специальных головок записывается информация.
Не буду рассматривать в деталях сам процесс записи - по сути это физика последних классов школы, и вникать в это, уверен, у вас желания нет, да и статья совсем не о том.
Также обратим внимание на фразу: «произвольного доступа» что, грубо говоря, означает, что мы (компьютер) можем в любое время считать информацию с любого участка ЖД.
Важным является тот факт, что память HDD не энергозависима, то есть не важно подключено питание или нет, записанная на устройство информация никуда не исчезнет. Это важное отличие постоянной памяти компьютера, от временной (ОЗУ).
Взглянув на жесткий диск компьютера в жизни, вы не увидите ни дисков, ни головок, так как все это скрыто в герметичном корпусе (гермозона). Внешне винчестер выглядит так.
Думаю что такое HDD вы поняли. Идем дальше.
Для чего компьютеру нужен жесткий диск
Рассмотрим что такое HDD в компьютере, то есть какую роль он играет в ПК. Понятно, что он хранит данные но, как и какие. Здесь выделим такие функции НЖМД:
- Хранение ОС, пользовательского ПО и их настроек;
- Хранение файлов пользователя: музыка, видео, изображения, документы и т.д;
- Использование части объема жесткого диска, для хранения данных не помещающихся в ОЗУ (файл подкачки) или хранение содержимого оперативной памяти во время использования режима сна;
- Как видим, жесткий диск компьютера не просто свалка из фотографий, музыки и видео. На нем хранится вся операционная система, и помимо этого ЖД помогает справляться с загруженностью ОЗУ, беря на себя часть ее функций.
Из чего состоит жесткий диск
Мы частично упоминали о составных жесткого диска, сейчас разберемся с этим детальнее. Итак, основные составляющие HDD:
- Корпус - защищает механизмы жесткого диска от пыли и влаги. Как правило, является герметичным, дабы внутрь та самая влага и пыль не попадали;
- Диски (блины) - пластины из определенного сплава металлов, с нанесенным с обеих сторон покрытием, на которое и записываются данные. Количество пластин может быть разным - от одной (в бюджетных вариантах), до нескольких;
- Двигатель - на шпинделе которого закреплены блины;
- Блок головок - конструкция из соединенных между собой рычагов (коромысел), и головок. Часть ЖД, которая считывает и записывает на него информацию. Для одного блина используется пара головок, поскольку и верхняя, и нижняя часть у него рабочая;
- Устройство позиционирования (актуатор) - механизм приводящий в действие блок головок. Состоит из пары постоянных неодимовых магнитов и катушки, находящейся на конце блока головок;
- Контроллер - электронная микросхема управляющая работой HDD;
- Парковочная зона - место внутри винчестера рядом с дисками либо на их внутренней части, куда опускаются (паркуются) головки во время простоя, чтобы не повредить рабочую поверхность блинов.
Такое вот незамысловатое устройство жесткого диска. Сформировалось оно много лет назад, и никаких принципиальных изменений в него уже давно не вносились. А мы идем дальше.
Как работает жесткий диск
После того, как на HDD подается питание двигатель, на шпинделе которого закреплены блины, начинает раскручиваться. Набрав скорость, при которой у поверхности дисков образовывается постоянный поток воздуха, начинают двигаться головки.
Данная последовательность (сначала раскручиваться диски, а затем начинают работать головки) необходима для того, чтобы за счет образовавшегося потока воздуха, головки парили над пластинами. Да, они никогда не касаются поверхности дисков, иначе последние были бы моментально повреждены. Тем не менее, расстояние от поверхности магнитных пластин до головок настолько маленькое (~10 нм), что вы не увидите его невооруженным глазом.
После запуска, в первую очередь происходит считывание служебной информации о состоянии жесткого диска и других необходимых сведениях о нем, находящихся на так называемой нулевой дорожке. Только затем начинается работа с данными.
Информация на жестком диске компьютера записывается на дорожки которые, в свою очередь, разбиты на сектора (такая себе разрезанная на кусочки пицца). Для записи файлов несколько секторов объединяют в кластер, он и является наименьшим местом, куда может быть записан файл.
Кроме такого «горизонтального» разбиения диска, есть еще условное «вертикальное». Поскольку все головки объединены, они всегда позиционируются над одной и той же по номеру дорожкой, каждая над своим диском. Таким образом, во время работы HDD головки как бы рисуют цилиндр.
Пока HDD работает, по сути он выполняет две команды: чтение и запись. Когда необходимо выполнить команду записи, происходит вычисление области на диске куда она будет производится, затем позиционируются головки и, собственно, выполняется команда. Затем результат проверяется. Кроме записи данных прямо на диск, информация также попадает в его кеш.
Если контроллеру поступает команда на чтение, в первую очередь происходит проверка наличия требуемой информации в кеше. Если ее там нет, снова происходит вычисление координат для позиционирования головок, дальше, головки позиционируется и считывают данные.
После завершения работы, когда питание винчестера исчезает, происходит автоматическая парковка головок в парковочных зоне.
Вот так в общих чертах и работает жесткий диск компьютера. В действительности же все намного сложнее, но обычному пользователю, скорее всего, такие подробности не нужны, поэтому закончим с этим разделом и пойдем дальше.
Виды жестких дисков и их производители
На сегодняшний день, на рынке существует фактически три основных производителя жестких дисков: Western Digital (WD), Toshiba, Seagate. Они полностью покрывают спрос на устройства всех видов и требований. Остальные компании либо разорились, либо были поглощены кем-то из основной тройки, или перепрофилировались.
Если говорить о видах HDD, их можно разделить таким образом:
1. Для ноутбуков - основной параметр - размер устройства в 2,5 дюйма. Это позволяет им компактно размещаться в корпусе лептопа;
2. Для ПК - в этом случае также возможно использование 2,5″ жестких дисков, но как правило, используются 3,5 дюйма;
3. Внешние жесткие диски - устройства, отдельно подключаемые к ПК/ноутбуку, чаще всего выполняющие роль файлового хранилища.
Также выделяют особый тип жестких дисков - для серверов. Они идентичны обычным ПКшным, но могут отличаются интерфейсами для подключения, и большей производительностью.
Все остальные разделения HDD на виды происходят от их характеристик, поэтому рассмотрим их.
Характеристики жестких дисков
Итак, основные характеристики жесткого диска компьютера:
Объем - показатель максимально возможного количества данных, которые можно будет вместить на диске. Первое на что обычно смотрят при выборе HDD. Данный показатель может достигать 10 Тб, хотя для домашнего ПК чаще выбирают 500 Гб - 1 Тб;
- Форм-фактор - размер жестокого диска. Самые распространенные - 3,5 и 2,5 дюйма. Как говорилось выше, 2,5″ в большинстве случаев, устанавливаются в ноутбуки. Также их используют во внешних HDD. В ПК и на сервера устанавливают 3,5″. Форм фактор влияет и на объем, так как на больший диск может поместиться больше данных;
- Скорость вращения шпинделя - с какой скоростью вращаются блины. Наиболее распространены 4200, 5400, 7200 и 10000 об/мин. Эта характеристика напрямую влияет на производительность, а так же и цену устройства. Чем выше скорость - тем больше оба значения;
- Интерфейс - способ (тип разъема) подключения HDD к компьютеру. Самым популярным интерфейсом для внутренних ЖД сегодня является SATA (в старых компьютерах использовался IDE). Внешние жесткие диски подключаются, как правило, по USB или FireWire. Кроме перечисленных, существуют еще такие интерфейсы как SCSI, SAS;
- Объем буфера (кеш-память) - тип быстрой памяти (по типу ОЗУ) установленный на контроллере ЖД, предназначенный для временного хранения данных, к которым чаще всего обращаются. Объем буфера может составлять 16, 32 или 64 Мб;
- Время произвольного доступа - то время, за которое HDD гарантированно выполнить запись или чтение с любого участка диска. Колеблется от 3 до 15 мс;
Кроме приведенных характеристик также можно встретить такие показатели как:
Скорость передачи данных;
- Количество операций ввода-вывода в сек.;
- Уровень шума;
- Надежность;
- Сопротивляемость ударам и т.д;
На счет характеристик HDD это все.
Во время запуска компьютера, набор микропрограмм, записанных в микросхеме BIOS, производит проверку оборудования. Если все в порядке, он передает управление загрузчику операционной системы. Дальше ОС загружается и вы начинаете пользоваться компьютером. При этом — где до включения компьютера хранилась операционная система? Каким образом ваш реферат, который вы писали всю ночь, остался цел после отключения питания ПК? Снова же — где он хранится?
Ладно, вероятно я слишком загнул и вы все прекрасно знаете, что данные компьютера хранятся на жестком диске. Тем не менее что он из себя представляет и как работает не все знают, и поскольку вы здесь, делаем вывод, что хотели бы узнать. Что же, давайте разбираться!
Что такое жесткий диск
По традиции, давайте подсмотрим определение жесткого диска в Википедии:
Жесткий диск (винт, винчестер, накопитель на жестких магнитных дисках, НЖМД, HDD, HMDD) — запоминающее устройство произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи.
Используются в подавляющем большинстве компьютеров, а также как отдельно подключаемые устройства для хранения резервных копий данных, в качестве файлового хранилища и т.п.
Чуть-чуть разберемся. Мне нравится термин «накопитель на жестких магнитных дисках «. Эти пять слов передают всю суть. HDD — устройство, предназначение которого длительное время хранить записанные на него данные. Основой HDD являются жесткие (алюминиевые) диски со специальным покрытием, на которое при помощи специальных головок записывается информация.
Не буду рассматривать в деталях сам процесс записи — по сути это физика последних классов школы, и вникать в это, уверен, у вас желания нет, да и статья совсем не о том.
Также обратим внимание на фразу: «произвольного доступа » что, грубо говоря, означает, что мы (компьютер) можем в любое время считать информацию с любого участка ЖД.
Важным является тот факт, что память HDD не энергозависима, то есть не важно подключено питание или нет, записанная на устройство информация никуда не исчезнет. Это важное отличие постоянной памяти компьютера, от временной ().
Взглянув на жесткий диск компьютера в жизни, вы не увидите ни дисков, ни головок, так как все это скрыто в герметичном корпусе (гермозона). Внешне винчестер выглядит так:
Для чего компьютеру нужен жесткий диск
Рассмотрим что такое HDD в компьютере, то есть какую роль он играет в ПК. Понятно, что он хранит данные но, как и какие. Здесь выделим такие функции НЖМД:
- Хранение ОС, пользовательского ПО и их настроек;
- Хранение файлов пользователя: музыка, видео, изображения, документы и т.д;
- Использование части объема жесткого диска, для хранения данных не помещающихся в ОЗУ (файл подкачки) или хранение содержимого оперативной памяти во время использования режима сна;
Как видим, жесткий диск компьютера не просто свалка из фотографий, музыки и видео. На нем хранится вся операционная система, и помимо этого ЖД помогает справляться с загруженностью ОЗУ, беря на себя часть ее функций.
Из чего состоит жесткий диск
Мы частично упоминали о составных жесткого диска, сейчас разберемся с этим детальнее. Итак, основные составляющие HDD:
- Корпус — защищает механизмы жесткого диска от пыли и влаги. Как правило, является герметичным, дабы внутрь та самая влага и пыль не попадали;
- Диски (блины) — пластины из определенного сплава металлов, с нанесенным с обеих сторон покрытием, на которое и записываются данные. Количество пластин может быть разным — от одной (в бюджетных вариантах), до нескольких;
- Двигатель — на шпинделе которого закреплены блины;
- Блок головок — конструкция из соединенных между собой рычагов (коромысел), и головок. Часть ЖД, которая считывает и записывает на него информацию. Для одного блина используется пара головок, поскольку и верхняя, и нижняя часть у него рабочая;
- Устройство позиционирования (актуатор ) — механизм приводящий в действие блок головок. Состоит из пары постоянных неодимовых магнитов и катушки, находящейся на конце блока головок;
- Контроллер — электронная микросхема управляющая работой HDD;
- Парковочная зона — место внутри винчестера рядом с дисками либо на их внутренней части, куда опускаются (паркуются) головки во время простоя, чтобы не повредить рабочую поверхность блинов.
Такое вот незамысловатое устройство жесткого диска. Сформировалось оно много лет назад, и никаких принципиальных изменений в него уже давно не вносились. А мы идем дальше.
Как работает жесткий диск
После того, как на HDD подается питание двигатель, на шпинделе которого закреплены блины, начинает раскручиваться. Набрав скорость, при которой у поверхности дисков образовывается постоянный поток воздуха, начинают двигаться головки.
Данная последовательность (сначала раскручиваться диски, а затем начинают работать головки) необходима для того, чтобы за счет образовавшегося потока воздуха, головки парили над пластинами. Да, они никогда не касаются поверхности дисков, иначе последние были бы моментально повреждены. Тем не менее, расстояние от поверхности магнитных пластин до головок настолько маленькое (~10 нм), что вы не увидите его невооруженным глазом.
После запуска, в первую очередь происходит считывание служебной информации о состоянии жесткого диска и других необходимых сведениях о нем, находящихся на так называемой нулевой дорожке. Только затем начинается работа с данными.
Информация на жестком диске компьютера записывается на дорожки которые, в свою очередь, разбиты на сектора (такая себе разрезанная на кусочки пицца). Для записи файлов несколько секторов объединяют в кластер, он и является наименьшим местом, куда может быть записан файл.
Кроме такого «горизонтального» разбиения диска, есть еще условное «вертикальное». Поскольку все головки объединены, они всегда позиционируются над одной и той же по номеру дорожкой, каждая над своим диском. Таким образом, во время работы HDD головки как бы рисуют цилиндр:
Пока HDD работает, по сути он выполняет две команды: чтение и запись. Когда необходимо выполнить команду записи, происходит вычисление области на диске куда она будет производится, затем позиционируются головки и, собственно, выполняется команда. Затем результат проверяется. Кроме записи данных прямо на диск, информация также попадает в его кеш.
Если контроллеру поступает команда на чтение, в первую очередь происходит проверка наличия требуемой информации в кеше. Если ее там нет, снова происходит вычисление координат для позиционирования головок, дальше, головки позиционируется и считывают данные.
После завершения работы, когда питание винчестера исчезает, происходит автоматическая парковка головок в парковочных зоне.
Вот так в общих чертах и работает жесткий диск компьютера. В действительности же все намного сложнее, но обычному пользователю, скорее всего, такие подробности не нужны, поэтому закончим с этим разделом и пойдем дальше.
Виды жестких дисков и их производители
На сегодняшний день, на рынке существует фактически три основных производителя жестких дисков: Western Digital (WD), Toshiba, Seagate. Они полностью покрывают спрос на устройства всех видов и требований. Остальные компании либо разорились, либо были поглощены кем-то из основной тройки, или перепрофилировались.
Если говорить о видах HDD, их можно разделить таким образом:
- Для ноутбуков — основной параметр — размер устройства в 2,5 дюйма. Это позволяет им компактно размещаться в корпусе лептопа;
- Для ПК — в этом случае также возможно использование 2,5″ жестких дисков, но как правило, используются 3,5 дюйма;
- Внешние жесткие диски — устройства, отдельно подключаемые к ПК/ноутбуку, чаще всего выполняющие роль файлового хранилища.
Также выделяют особый тип жестких дисков — для серверов. Они идентичны обычным ПКшным, но могут отличаются интерфейсами для подключения, и большей производительностью.
Все остальные разделения HDD на виды происходят от их характеристик, поэтому рассмотрим их.
Характеристики жестких дисков
Итак, основные характеристики жесткого диска компьютера:
- Объем — показатель максимально возможного количества данных, которые можно будет вместить на диске. Первое на что обычно смотрят при выборе HDD. Данный показатель может достигать 10 Тб, хотя для домашнего ПК чаще выбирают 500 Гб — 1 Тб;
- Форм-фактор — размер жестокого диска. Самые распространенные — 3,5 и 2,5 дюйма. Как говорилось выше, 2,5″ в большинстве случаев, устанавливаются в ноутбуки. Также их используют во внешних HDD. В ПК и на сервера устанавливают 3,5″. Форм фактор влияет и на объем, так как на больший диск может поместиться больше данных;
- Скорость вращения шпинделя — с какой скоростью вращаются блины. Наиболее распространены 4200, 5400, 7200 и 10000 об/мин. Эта характеристика напрямую влияет на производительность, а так же и цену устройства. Чем выше скорость — тем больше оба значения;
- Интерфейс — способ (тип разъема) подключения HDD к компьютеру. Самым популярным интерфейсом для внутренних ЖД сегодня является SATA (в старых компьютерах использовался IDE). Внешние жесткие диски подключаются, как правило, по USB или FireWire. Кроме перечисленных, существуют еще такие интерфейсы как SCSI, SAS;
- Объем буфера (кеш-память) — тип быстрой памяти (по типу ОЗУ) установленный на контроллере ЖД, предназначенный для временного хранения данных, к которым чаще всего обращаются. Объем буфера может составлять 16, 32 или 64 Мб;
- Время произвольного доступа — то время, за которое HDD гарантированно выполнить запись или чтение с любого участка диска. Колеблется от 3 до 15 мс;
Кроме приведенных характеристик также можно встретить такие показатели как.
В каждом компьютере есть жесткий диск или, как его часто называют, винчестер, который является основным местом для хранения всей информации, используемой компьютером и его пользователем. На жестком диске хранится установленная операционная система, все программы, используемые пользователем, и данные. Процессор берет с винчестера необходимую для обработки информацию и потом записывает его обратно на носитель. Количество информации, которая хранится на жестком диске, зависит от его объема.
Самые первые модели винчестеров позволяли хранить на своих дисках до 10 мб данных, в те времена это было очень много. Сейчас современные носители позволяют хранить тысячи и десятки тысяч мегабайт. Объем памяти на современных моделях исчисляется гигабайтами и терабайтами. Это дает возможность хранить огромное количество фильмов, музыки, видео роликов, игр и других данных. Значительный рост объема памяти на HDD связан с прогрессивным развитием компьютерных технологий, в результате чего фильмы, игры и другие данные занимают все больше свободного места.
Особенности конструкции винчестеров
Современный винчестер состоит из нескольких металлических дисков, на которые и записывается информация. Покрываются диски оксидом железа или другим специальным составом, способным хранить воздействие магнитного поля. Количество дисков зависит от объема носителя и обычно оно находится в пределах от 1 до 3. Металлические диски идеально ровные, гладкие и балансированные, благодаря чему могут вращаться с высокой скоростью, по стандарту она может быть 5400, 7200 или 10000 оборотов в минуту.
По дискам перемещаются специальные головки с высочайшей точностью позиционирования. На каждом из дисков устанавливается 2 магнитные головки. Чтение данных с поверхности дисков осуществляется с помощью установки специальных магниторезистивных головок, они работают в зависимости от того, как меняется магнитное поле на поверхности диска. Данные в компьютер передаются в результате получения аналогового сигнала, переходящего в цифровую форму.
На дисках информация находится в дорожках, расположенных по окружности. Для работы с находящимися на носителях данными магнитные головки передвигаются по дорожкам. Перемещение головок осуществляется благодаря использованию специальному соленоидному приводу. Такие головки могут получать доступ в любое место, расположенное на диске, благодаря высокой скорости вращения. Головки располагаются по обеим сторонам дисков, поэтому каждая из них осуществляет работу на одной стороне и полностью за нее отвечает.
Сектор на винчестере позволяет хранить 512 байт информации, а каждая дорожка жесткого диска состоит из множества секторов. Максимальное количество вмещаемой информации на винчестер зависит от количества секторов, головок и цилиндров. По количеству дисков HDD могут быть одинаковыми, но объемы памяти у них будут совершенно разные. Это происходит из-за того, что для увеличения объема удобнее увеличивать плотность секторов на каждом из дисков, чем увеличивать их количество, что приведет к значительному увеличению размера носителя. Развитие компьютерных технологий приводит к тому, что каждое комплектующее ПК становится меньших внешних размеров, а возможности, наоборот, увеличиваются.
Существуют такие понятия, как физическое размещение дисков и логическое. Физическое - это то, как устроен носитель информации внутри, а логическое – то, как его видит компьютер. В реальности, физическое и логическое полностью отличаются. Если физически внутри винчестера может быть установлено, к примеру, 3 диска, то логически их может быть любое количество и любого объема, один логический диск может иметь размер двух или более физических и наоборот.
При производстве винчестеров практически невозможно избежать повреждения секторов или дорожек, но они не используются и не учитываются носителем благодаря пометкам.
Жесткие диски бывают предназначенные для использования в домашних ПК, а бывают для использования в серверах. К последним предъявляются значительно большие требования, потому как они работают со значительной нагрузкой и должны обеспечивать высокую производительность и скорость работы.
Характеристики винчестеров
Для того чтобы правильно выбрать подходящий для определенных целей винчестер, необходимо разбираться в большом количестве характеристик. Первое, на что следует обращать внимание, это форм-фактор. На стационарных ПК устанавливаются жесткие диски на 3.5 дюйма, а на ноутбуках на 2.5. Также бывают и другие менее распространенные форм-факторы. Вторым важным параметром является интерфейс, по которому устройство подключается к компьютеру. На ПК используются различные вариации SATA интерфейса.
Одним из важных параметров является емкость, от которой зависит количество хранимых на устройстве данных. Скорость вращения вала, на котором расположены диски, влияет на скорость работы с информацией.
При выборе жесткого диска следует обращать внимание на размер буфера, который напрямую влияет на скорость работы устройства с информацией.
Каждый винчестер во время работы издает шум, как и любое другое механическое устройство. При работе шум может доставлять значительные неудобства, поэтому на его уровень нужно обращать внимание, подбирая подходящую для своего ПК модель.
Если устройство планируется часто переносить из одного компьютера в другой, то важен такой параметр, как ударостойкость. Чем она будет выше, тем меньше вероятность потерять информацию при ударе или повредить жесткий диск.
Во время работы с информацией диск отдает запрошенную информацию с определенной скоростью. Этот показатель называется «Время произвольного доступа» и чем он будет меньше, тем быстрее будет передача запроса.
Имея представление обо всех параметрах, характеристиках и устройстве современных жестких дисков можно быстро подобрать подходящий винчестер для выполнения поставленных задач на ПК.
