Для чего предназначен жесткий диск компьютера. Жёсткий диск, что это такое? Из чего состоит и как работает жёсткий диск. Плюсы и минусы HDD в сравнении с SSD

Жесткий диск, или винчестер, является основной и очень важной частью компьютера. На нем хранится не только операционная система, которая управляет компьютером, но и вся информация клиента или нескольких клиентов. Зачастую бывает, что ценность информации во много раз превосходит не только стоимость самого жесткого диска, но и компьютера в целом. Поэтому безопасность информации во многом зависит от качества и надежности такого накопителя. Современный жесткий диск выглядит так, как показано на рисунке.

Что такое винчестер?

Итак, что же все-таки представляет собой накопитель, от работоспособности которого зависит благополучие и хорошее настроение его хозяина? На самом деле жесткий диск - это высокотехнологическое оборудование, которое занимается хранением цифровой информации даже в то время, когда компьютер выключен.

Если говорить точнее, то винчестер состоит из нескольких магнитных дисков, на которые с помощью магнитной головки наносится и считывается информация. Эти головки вместе с магнитными дисками находятся в вакууме, что позволяет накопителю работать без влияния внешней среды на процесс записи и считывания информации.

Какие типы винчестеров бывают?

Итак, мы выяснили, что жесткий диск - это накопитель информации для компьютера. Теперь давайте разберемся, какие типы HDD бывают. В первую очередь следует отметить, что винчестеры можно разделить на две категории:

• Внешние накопители, которые могут подключаться к любому компьютеру через USB-интерфейс. Чем-то они напоминают флешку, только больших размеров. Специального программного обеспечения таким винчестерам не нужно.
• Внутренние HDD накопители устанавливаются внутри компьютеров и имеют специфические разъемы как для питания, так и для передачи информации.

Внутренние HDD также делятся на несколько категорий. Существует несколько признаков, по которым можно классифицировать жесткий диск. Это физический размер винчестера. Существует три типоразмера:

• 5,5 дюймов. Обычно винчестеры такого типоразмера используют в стационарных компьютерах, где свободного места достаточно много.
• 3,5 дюйма применяют в основном в ноутбуках, где место ограничено, а объем памяти необходим большой.
• 2,5 дюйма используются в ультрабуках, где место очень ограничено.

Еще одним признаком, по которому классифицируют накопители, является протокол обмена данными между винчестером и компьютером. Какие протоколы может использовать жесткий диск? Они бывают следующими:

• IDE - старая версия протокола, которая использовалась в основном на компьютерах и ноутбуках до 2000 года.
• SCSI - современник IDE, более скоростная версия управления накопителем, которая использовалась в основном в серверных машинах. Требовала специальных драйверов для пользования такими винчестерами.
• SATA - современная версия протокола, имеющая несколько вариантов и обладающая высокой скоростью записи и считывания информации. Используется практически во всех современных компьютерных системах.

Проблемы винчестеров

Одно из самых пугающих сообщений, которое можно увидеть на экране, говорит о том, что компьютер не видит жесткий диск. Почему это так пугает пользователей компьютеров? При такой неисправности устройство не загружает операционную систему, соответственно, практически никаких действий, предусмотренных этой системой, произвести невозможно.

Что может вызвать такую неисправность? Самой простой проблемой, приводящей к такому результату, является нарушение целостности шлейфов питания или интерфейса системы. Зачастую попадание пыли или грязи внутрь такого разъема приводит к появлению этой неисправности. И большинство опытных пользователей не особенно пугаются при появлении такого сообщения, а просто перестыковывают разъемы питания и интерфейса. Эта надпись может выглядеть примерно так, как показано на фото выше.

Не виден жесткий диск для BIOS

При возникновении такой неисправности, первое, что необходимо определить, - является ли данная проблема физической или программной. Как это выяснить? После появления сообщения о том, что компьютер не видит жесткий диск, необходимо перегрузить машину и войти в BIOS. Что такое BIOS? Это программа, которая записана в ПЗУ материнской платы компьютера. Она загружается еще до операционной системы и определяет периферийные устройства, с которыми будет работать материнская плата. Для загрузки BIOS необходимо нажать соответствующую клавишу на клавиатуре, обычно это кнопка DEL или F2. После входа в BIOS можно увидеть следующую картинку.

На этом фото видно, что BIOS не обнаружил на компьютере жестких дисков. В этом случае могла возникнуть проблема, описанная выше, и компьютер, будучи отсоединенным от шлейфа питания или интерфейса, невидим для BIOS. С другой стороны, любая неисправность в плате управления винчестером приведет к такой проблеме. При этом если и удастся решить эту проблему, то только в соответствующем сервисном центре. Самостоятельно в домашних условиях ее устранить практически невозможно.

Windows 7 не видит винчестер

Но бывают случаи, когда жесткий диск видим для BIOS, а операционная система не загружается либо идет постоянная перезагрузка Windows. В каких случаях это происходит? Тогда, когда при работе с операционной системой произошло удаление одного из системных файлов или при перезаписи произошла ошибка, и файл читается неправильно. Также может произойти физическое повреждение винчестера, царапина или скол поверхности диска. Если в этом месте находился один из системных файлов, то операционная система не сможет его прочитать и выдаст, как говорят системные администраторы, синий экран смерти, который предлагает перезагрузить систему. Если ошибка повторится, то лучше обратиться к системному администратору. Иногда такие программные ошибки достаточно легко исправить без переустановки операционной системы. Но случается так, что они являются фатальными, и исправить их можно только с помощью полной переустановки системы. Для решения такого рода проблем обычно используют системные утилиты, которые занимаются восстановлением программных ошибок. Что это за программы?

Программные ошибки жестких дисков

Для восстановления программных ошибок существует достаточно много программ, которые можно разбить на две категории. К первой относятся утилиты, которые находятся внутри системы, и ими можно воспользоваться после полной загрузки операционной системы. Таковыми являются наборы программ по обслуживанию винчестеров.

К примеру, как обслужить жесткий диск Windows 7? Произвести обслуживание вашего накопителя можно прямо из программы. Для этого достаточно зайти в "Мой компьютер" и в нем выбрать диск, который хотим обслужить. Нажимаем на вкладку "Свойства" и видим следующую картинку, представленную на фото выше.

Программы по обслуживанию жестких дисков

Как видно на картинке, пользователю предлагается три утилиты:

• Проверка на наличие ошибок.
• Архивация диска.

Ошибки исправляет только первая программа, а остальные просто обслужат этот диск. Но существуют программы, которые работают без операционной системы. Преимущество таких утилит в том, что они могут обслужить диск даже тогда, когда операционная система не загружается. К примеру, одна из таких программ имеет название FDISK и разработана компанией Microsoft как утилита обслуживания дисков до установки операционной системы. Ее применяют опытные пользователи компьютерной техники Norton Disk Doctor, и таких программ на самом деле достаточно много, поэтому выбор во многом зависит от предпочтений конкретного человека. Перед установкой "Виндовс" с жесткого диска его желательно обслужить подобной программой и исправить возможные ошибки.

Восстановление винчестеров

Зачастую многие пользователи сталкиваются с проблемой восстановления данных на проблемном жестком диске. Как уже писалось выше, нередко информация, хранящаяся на нем, ценится гораздо больше, чем сам винчестер. Поэтому работа по восстановлению потерянных данных является не только ценной, но и высокооплачиваемой. Многое зависит от того, как исчезла информация. Важно помнить то, как "Виндовс" с жесткого диска удаляет информацию.

Операционная система не стирает информацию, которую хочет убрать пользователь. Она просто удаляет оглавление винчестера, которое позволяет найти данную информацию. Такое оглавление называется FAT-таблицей. И если после этого на тело жесткого диска Windows 10 другая информация не записывалась, то ее достаточно легко восстановить. Существует множество программ, способных выполнить эту работу. По отзывам многих пользователей, одной из лучших является Acronis Recovery Expert.

Резервное копирование жесткого диска

Как бы там ни было, быть постоянно под угрозой того, что ценная информация находится в опасности, не желает ни один пользователь. Поэтому прилагаются усилия для того, чтобы свести риски к минимуму. Что можно сделать? Резервное копирование полезной информации винчестера в целом или сектора жесткого диска помогает решить эту проблему.

Какие способы резервного копирования существуют?

• В ручном режиме. Пользователь самостоятельно выбирает, какую информацию и когда программа будет сохранять. Некоторые компании в собственных офисах предпочитают производить резервное копирование данных в конце рабочей смены. Но при этом существует опасность утери информации, которая накопилась в течение дня.
• Резервное копирование в автоматическом режиме. При этом в программу вкладывается то, как часто и что должно копироваться и сохраняться.
• Создание зеркального RAID-массива, который параллельно на другом жестком диске сохраняет всю информацию с основного винчестера. При выходе из строя последнего можно легко воспользоваться зеркалом.

Выбор жесткого диска

Уделяя большое внимание сохранности информации, не стоит забывать и о выборе компании-изготовителя жесткого диска, а также технических параметрах, характеризующих качество этого винчестера. Если говорить о бренде производителя накопителя, то стоит выбрать более известную компанию, хотя такой жесткий диск будет стоить немного дороже. Некоторые пользователи предпочитают фирму Seagate.

Если говорить о технических параметрах, то при всех равных условиях стоит обратить внимание на скорость чтения и записи информации. Иногда эти данные помогут сделать выбор в пользу того или иного винчестера.

Подведем итог

Итак, жесткий диск - это накопитель очень ценной и важной информации в компьютере. Поэтому необходимо приложить массу усилий для того, чтобы выбрать качественный винчестер. Также следует позаботиться о регулярном обслуживании вашего устройства. Кроме этого, важно обратить внимание на безопасность информации, если таковая есть на вашем компьютере. Если вы приложите все эти усилия, то ваш жесткий диск будет долго служить вам, а информация на нем будет в полной сохранности. Работа вашего устройства находится полностью в ваших руках, поэтому примите все меры для нормального его функционирования.

Многие слышали такие слова, как HDD , «жесткий диск », «винт » или «винчестер ». Все это слова синонимы одного и того же устройства. Жесткий диск – это устройство хранения и запоминания информации, которое основано на принципах магнитной записи. Винчестер в большинстве современных компьютеров является главным накопителем данных. Он сохраняет в себе информацию даже при выключенном компьютере, его также можно извлечь из системного блока компьютера и подключить к другому ПК .

История появления жесткого диска Главное отличие жесткого диска от дискет – это запись информации на жестких пластинах (алюминиевых или стеклянных), покрытых ферромагнитным материалом, в большинстве случаев двуокисью хрома. Винчестеры чаще всего применяют как несъемный носитель информации , но в последние годы был изобретен съемный жесткий диск , получивший широкое применение. Винчестер обычно совмещают с приводом, накопителем и блоком электроники.

Впервые на компьютерном рынке «винт» появился в далеком 1957 году. Появился на свет он, благодаря компании IBM , задолго до появления персонального компьютера. Он был способен вмещать 5 МБ информации и стоил сумасшедших денег. Чуть позже был разработан 10 МБ жесткий диск, но уже для ПК. Винчестер состоял из 30 дорожек и 30 секторов в каждой. После маркировки «30/30» одноименной с популярным карабином марки «Винчестер » накопитель получил название в разговорной речи «винчестер » или сокращенное «винт». На территории Европы и США этот термин исчез еще в 90-е годы и только в России его продолжают на сленге называть таким образом.

Винчестер состоит из нескольких металлических дисков, покрытых особенным веществом, которое может сохранять магнитное поле. Количество металлических пластин в жестком диске бывает от одной до трех. Такие диски обладают очень гладкой поверхностью и отличной балансировкой. Эти качества необходимы для высокой скорости вращения. Специальные магнитные головки, расположенные по одной с разных сторон дисков, позволяют осуществлять запись на них. Головки обладают магниторезисторными свойствами, чутко реагирующими на изменения магнитного поля через изменения силы тока, возбуждаемого в головке. Получаемый сигнал считывается, а затем преобразуется в цифровую форму. Сама головка под воздействием импульсов тока способна создавать магнитное поле. В зависимости от направления магнитного момента происходит намагничивание участков диска.

Данные на дисках хранятся в так называемых дорожках. По ходу работы винчестера магнитные головки меняют свое месторасположение с одной дорожки на другую. В современных HDD для изменения положения магнитных головок применяется соленоидный привод.

Дорожка состоит из секторов, в каждом из которых хранится 512 байт данных. Наименьший объем диска – это сектор. Произведение цилиндров, секторов и количество головок есть максимально объем, который может храниться на винчестере. Почти все производители стремятся сделать как можно более плотные дорожки и сократить количество дисков.

Во время работы жесткого диска появляются испорченные сектора и дорожки. При низкоуровневом форматировании они специально помечаются и в дальнейшем при работе винчестера не учитываются.

Основные параметры жесткого диска

Основной характеристикой жесткого диска является емкость (объем информации способный вместить в себя). Емкость измеряют в гигабайтах (ГБ ). Один ГБ равен 1000 мегабайтам (МБ ). В свою очередь 1МБ равен 1000 килобайтам (КБ ). Но в информационном мире принята несколько иная система подсчета. Вместо 1000 считают 1024. На это надо обратить внимание. При диагностике компьютера операционная система укажет меньшее количество ГБ , чем указано фирмой-изготовителем.

Другой важной характеристикой является скорость вращения шпинделя. Этот показатель напрямую влияет на скорость работы винчестера (то есть, как быстро будет происходить обмен информацией с другими устройствами компьютера). Чем выше скорость вращения, тем быстрее происходит считывание и запись информации жесткого диска. Для настольных компьютеров неплохим показателем считается 7200 об/мин . При более высоких показателях вращения скорость винчестера значительно увеличивается.

Еще одним важным параметром является время произвольного доступа, тесно связанное со скоростью вращения. Большинство производителей при продажах не указывают этот показатель, но если покопаться в интернете такую информацию можно легко найти. Время произвольного доступа показывает, за какой период жесткий диск прочитает или запишет информацию на любом из участков диска. Этот параметр измеряется в миллисекундах. Чем ниже показатель, тем выше скорость работы винчестера.

Важно знать, каким интерфейсом оснащен «винт ». Простыми словами разъем жесткого диска, которым он присоединяется к материнской плате. Раньше был IDE , но сейчас ему на смену пришел SATA . Последним оборудуются все современные жесткие диски , они быстрее работают и удобнее при установке. Необходимо учитывать, каким интерфейсом оборудована материнская плата. При несовпадении разъемов подключение окажется невозможным.

Бывают еще диски специально для серверов. Они одинаковы по размерам с обычными HDD , но в работе намного шустрее. Скорость вращения таких устройств достигает 15000 об/мин. Они отличаются более высокой надежностью, чем винчестеры для настольных компьютеров. Диски для серверов бывают с последовательным интерфейсом SAS и SATA и параллельным SCSI .

Не так давно были придуманы внешние жесткие диски. Они очень удобны в использовании, обладают меньшими размерами и весом, большими объемами данных. Их еще называют мобильными носителями или «большой флешкой». С помощью внешних HDD удобно переносить различную информацию в виде аудиозаписей, офисных архивов и мультимедийных файлов. Контроллеры способны поддерживать USB 2.0, 3.0 и FireWire.

Средняя скорость вращения жестких дисков для ноутбуков 5400 об/мин или 4200 об/мин. Также, они должны быть ударостойки.

Основные интерфейсы подключения

USB – передача последовательная данных. Пропускная способность USB 1.1 – 12 МБ/с, USB 2.0 – 480 МБ/с USB 3.0 – 5 ГБ/с.

IDE –передача данных параллельная. Пропускная способность примерно 133 МБ/с. Обычно этот интерфейс используется обычно в настольных компьютерах и ноутбуках.

SATA – параллельная передача данных. Пропускная способность около 300 МБ/с. Основной конкурент IDE. SATA более устойчив к помехам и чуть лучше, чем IDE.

SCSI – параллельная передача данных. В основном применяется при работе с серверами. Его отличает высокая производительность и надежность.

Serial Attached SCSI (SAS) – последовательная передача информации. Усовершенствованная версия SCSI с улучшенной производительностью и надёжностью.

FireWire – последовательная передача. Скорость близка к 400 МБ/с. Для работы с видеофайлами – это лучший выбор.

Производители

Еще в конце прошлого века на компьютерном рынке было множество компаний-производителей жестких дисков . Но на данный момент количество фирм заметно сократилось. Некоторые не выдержали конкуренции, другие были куплены более мощными конкурентами, третьи начали заниматься производством отличной от винчестеров продукции.

В середине 90-х годов винчестеры выпускала фирма Conner Peripherials , позже приобретенная Seagate , и Micropolis . Последняя делала высокачественные SCSI накопители премиум-класса для серверов. Компания выпускала весьма дорогую продукцию, но из-за поставок некачественных подшипников шпинделей фирма понесла огромные убытки на возврате и замене винчестеров, а впоследствии разорилась. Она также была выкуплена Seagate.

Популярна и сейчас продукция японской компании Fujitsu . Сейчас она делает ставку на выпуск винчестеров для ноутбуков и SCSI накопители. Но у нее уже не такой оборот, как в прошлом веке. В 2001 году фирма постигла серьезная неудача. В тот год массово выходила из строя микросхема контроллера, в результате компания понесла серьезные финансовые потери, после которых не оправилась до сих пор. А ведь до поломки японская фирма считалась лидером в производстве жестких дисков. Винчестеры этого производителя отличались отличными характеристиками вращающихся поверхностей. В 2009 году массовое производство жестких дисков Fujitsu отошло к Toshiba .

Диски подразделения IBM до начала 2000 года считались эталонными. Но после массовых отказов от накопителей для ПК из-за окисления контактов разъема гермобанки, американское отделение понесло значительные финансовые потери, и было продано Hitachi .

Компания Quantrum оставила яркий след в истории, но из-за массовых поломок HDD в серии СХ , она тоже выпала с компьютерного рынка.

Ведущей в своей области считалась фирма Maxtor. В начале 2001 года она выкупает подразделение Quantrum , занимающееся производством жестких дисков и в наследство получает шлейф проблем купленной компании из-за «тонких» дисков. В 2006 году происходит ее слияние с компанией Seagate .

Весна 2011 году стала последней для Hitachi , очень популярной на рынке жестких дисков . Она приобретена Western Digital , а в том же году подразделение HDD Samsung переходит к Seagate.

Сейчас на рынке винчестеров осталось только три производителя – S eagate, Western Digital и Toshiba . Но в последнее время в связи развитием технологии SSD и появлением внешних жестких дисков, количество компаний готовых предложит новые технологии и разработки начинает опять увеличиваться.

Многие из вас знают, что вся информация на компьютере, представленная в виде файлов и папок, хранится на жестком диске. А вот, что такое жесткий диск и для чего он предназначен, правильно ответят не многие. Людям, далёким от программирования очень тяжело представить, каким образом можно хранить информацию на какой-то железяке. Это ведь не шкатулка и не лист бумаги, на котором можно эту самую информацию можно записать и спрятать в шкатулку. Да, жесткий диск это не шкатулка с письмом.

Жесткий диск (HDD, HMDD-от англ. hard (magnetic) disk drive) – это магнитный носитель информации. На компьютерном сленге его называют «винчестер». Он предназначен для хранения информации в виде фотографий, картинок, писем, книг различных форматов, музыки, фильмов, и т.п. Внешне это устройство совсем не похоже на диск. Скорее оно похоже на небольшую прямоугольную железную коробочку.

Внутреннее устройство жесткого диска похоже на старый проигрыватель виниловых пластинок.

Внутри этой металлической коробочки есть круглые алюминиевые или стеклянные пластины-диски, находящиеся на одной оси, по которым перемещается считывающая головка. В отличие от проигрывателя, головка жесткого диска в рабочем режиме не касается поверхности пластин.

Для удобства работы жесткий диск делят на несколько разделов. Это разделение условное. Осуществляется такое при помощи операционной системы или специальными программами. Новые разделы называют логическими дисками. Им присваиваются буквы С, D, E или F. Обычно устанавливается на диск C, а файлы и папки хранят на других дисках, чтобы при крахе системы ваши файлы и папки не пострадали.

Посмотрите видеоролик о том, что такое жесткий диск:

Основные характеристики жестких дисков

• Форм-фактор – это ширина жесткого диска в дюймах. Стандартный размер для настольного компьютера 3.5 дюйма, а для ноутбуков 2.5 дюйма;
• Интерфейс – в современных компьютерах используется подключения к материнской плате SATA различных версий. SATA, SATA II, SATA III. В старых компьютерах используется интерфейс IDE.
• Ёмкость – это максимальное количество информации, которое может хранить жесткий диск, измеряется в гигабайтах;
• Скорость вращения шпинделя – это количество оборотов шпинделя в минуту. Чем больше скорость вращения диска, тем лучше. Для операционных систем необходимо ставить диски от 7 200 об/мин и выше, а для хранения файлов можно устанавливать диски с меньшей скоростью.
• Время наработки на отказ – это среднее время безотказной работы, расчитанное производителем. Чем оно больше, тем лучше;
• Время произвольного доступа — это среднее значение времени, требуемое головке для позиционирования на произвольном участке пластины. Величина не постоянная.
• Ударостойкость – это способность жесткого диска переносить смену давления и удары.
• Уровень шума, который издает диск во время работы, измеряется в децибеллах. Чем он меньше, тем лучше.

Сейчас уже есть диски SSD (solid-state drive в простом переводе — твёрдотельный накопитель), которые не имеют ни шпинделя, ни пластин. Это запоминающее устройство на основе микросхем памяти.

Жесткие диски, или, как их еще называют, винчестеры, являются одной из самых главных составляющих компьютерной системы. Об это знают все. Но вот далеко не каждый современный пользователь даже в принципе догадывается о том, как функционирует жесткий диск. Принцип работы, в общем-то, для базового понимания достаточно несложен, однако тут есть свои нюансы, о которых далее и пойдет речь.

Вопросы предназначения и классификации жестких дисков?

Вопрос предназначения, конечно, риторический. Любой пользователь, пусть даже самого начального уровня, сразу же ответит, что винчестер (он же жесткий диск, он же Hard Drive или HDD) сразу же ответит, что он служит для хранения информации.

В общем и целом верно. Не стоит забывать, что на жестком диске, кроме операционной системы и пользовательских файлов, имеются созданные ОС загрузочные секторы, благодаря которым она и стартует, а также некие метки, по которым на диске можно быстро найти нужную информацию.

Современные модели достаточно разнообразны: обычные HDD, внешние жесткие диски, высокоскоростные твердотельные накопители SSD, хотя их именно к жестким дискам относить и не принято. Далее предлагается рассмотреть устройство и принцип работы жесткого диска, если не в полном объеме, то, по крайней мере, в таком, чтобы хватило для понимания основных терминов и процессов.

Обратите внимание, что существует и специальная классификация современных HDD по некоторым основным критериям, среди которых можно выделить следующие:

• способ хранения информации;
• тип носителя;
• способ организации доступа к информации.

Почему жесткий диск называют винчестером?

Сегодня многие пользователи задумываются над тем, почему называют винчестерами, относящимися к стрелковому оружию. Казалось бы, что может быть общего между этими двумя устройствами?

Сам термин появился еще в далеком 1973 году, когда на рынке появился первый в мире HDD, конструкция которого состояла из двух отдельных отсеков в одном герметичном контейнере. Емкость каждого отсека составляла 30 Мб, из-за чего инженеры дали диску кодовое название «30-30», что было в полной мере созвучно с маркой популярного в то время ружья «30-30 Winchester». Правда, в начале 90-х в Америке и Европе это название практически вышло из употребления, однако до сих пор остается популярным на постсоветском пространстве.

Устройство и принцип работы жесткого диска

Но мы отвлеклись. Принцип работы жесткого диска кратко можно описать как процессы считывания или записи информации. Но как это происходит? Для того чтобы понять принцип работы магнитного жесткого диска, в первую очередь необходимо изучить, как он устроен.

Сам жесткий диск представляет собой набор пластин, количество которых может колебаться от четырех до девяти, соединенных между собой валом (осью), называемым шпинделем. Пластины располагаются одна над другой. Чаще всего материалом для их изготовления служат алюминий, латунь, керамика, стекло и т. д. Сами же пластины имеют специальное магнитное покрытие в виде материала, называемого платтером, на основе гамма-феррит-оксида, окиси хрома, феррита бария и т. д. Каждая такая пластина по толщине составляет около 2 мм.

За запись и чтение информации отвечают радиальные головки (по одной на каждую пластину), а в пластинах используются обе поверхности. За которого может составлять от 3600 до 7200 об./мин, и перемещение головок отвечают два электрических двигателя.

При этом основной принцип работы жесткого диска компьютера состоит в том, что информация записывается не куда попало, а в строго определенные локации, называемые секторами, которые расположены на концентрических дорожках или треках. Чтобы не было путаницы, применяются единые правила. Имеется ввиду, что принципы работы накопителей на жестких дисках, с точки зрения их логической структуры, универсальны. Так, например, размер одного сектора, принятый за единый стандарт во всем мире, составляет 512 байт. В свою очередь секторы делятся на кластеры, представляющие собой последовательности рядом находящихся секторов. И особенности принципа работы жесткого диска в этом отношении состоят в том, что обмен информацией как раз и производится целыми кластерами (целым числом цепочек секторов).

Но как же происходит считывание информации? Принципы работы накопителя на жестких магнитных дисках выглядят следующим образом: с помощью специального кронштейна считывающая головка в радиальном (спиралевидном) направлении перемещается на нужную дорожку и при повороте позиционируется над заданным сектором, причем все головки могут перемещаться одновременно, считывая одинаковую информацию не только с разных дорожек, но и с разных дисков (пластин). Все дорожки с одинаковыми порядковыми номерами принято называть цилиндрами.

При этом можно выделить еще один принцип работы жесткого диска: чем ближе считывающая головка к магнитной поверхности (но не касается ее), тем выше плотность записи.

Как осуществляется запись и чтение информации?

Жесткие диски, или винчестеры, потому и были названы магнитными, что в них используются законы физики магнетизма, сформулированные еще Фарадеем и Максвеллом.

Как уже говорилось, на пластины из немагниточувствительного материала наносится магнитное покрытие, толщина которого составляет всего лишь несколько микрометров. В процессе работы возникает магнитное поле, имеющее так называемую доменную структуру.

Магнитный домен представляет собой строго ограниченную границами намагниченную область ферросплава. Далее принцип работы жесткого диска кратко можно описать так: при возникновении воздействия внешнего магнитного поля, собственное поле диска начинает ориентироваться строго вдоль магнитных линий, а при прекращении воздействия на дисках появляются зоны остаточной намагниченности, в которой и сохраняется информация, которая ранее содержалась в основном поле.

За создание внешнего поля при записи отвечает считывающая головка, а при чтении зона остаточной намагниченности, оказавшись напротив головки, создает электродвижущую силу или ЭДС. Далее все просто: изменение ЭДС соответствует единице в двоичном коде, а его отсутствие или прекращение - нулю. Время изменения ЭДС принято называть битовым элементом.

Кроме того, магнитную поверхность чисто из соображений информатики можно ассоциировать, как некую точечную последовательность битов информации. Но, поскольку местоположение таких точек абсолютно точно вычислить невозможно, на диске нужно установить какие-то заранее предусмотренные метки, которые помогли определить нужную локацию. Создание таких меток называется форматированием (грубо говоря, разбивка диска на дорожки и секторы, объединенные в кластеры).

Логическая структура и принцип работы жесткого диска с точки зрения форматирования

Что касается логической организации HDD, здесь на первое место выходит именно форматирование, в котором различают два основных типа: низкоуровневое (физическое) и высокоуровневое (логическое). Без этих этапов ни о каком приведении жесткого диска в рабочее состояние говорить не приходится. О том, как инициализировать новый винчестер, будет сказано отдельно.

Низкоуровневое форматирование предполагает физическое воздействие на поверхность HDD, при котором создаются секторы, расположенные вдоль дорожек. Любопытно, что принцип работы жесткого диска таков, что каждый созданный сектор имеет свой уникальный адрес, включающий в себя номер самого сектора, номер дорожки, на которой он располагается, и номер стороны пластины. Таким образом, при организации прямого доступа та же оперативная память обращается непосредственно по заданному адресу, а не ищет нужную информацию по всей поверхности, за счет чего и достигается быстродействие (хотя это и не самое главное). Обратите внимание, что при выполнении низкоуровневого форматирования стирается абсолютно вся информация, и восстановлению она в большинстве случаев не подлежит.

Другое дело - логическое форматирование (в Windows-системах это быстрое форматирование или Quick format). Кроме того, эти процессы применимы и к созданию логических разделов, представляющих собой некую область основного жесткого диска, работающую по тем же принципам.

Логическое форматирование, прежде всего, затрагивает системную область, которая состоит из загрузочного сектора и таблиц разделов (загрузочная запись Boot record), таблицы размещения файлов (FAT, NTFS и т. д.) и корневого каталога (Root Directory).

Запись информации в секторы производится через кластер несколькими частями, причем в одном кластере не может содержаться два одинаковых объекта (файла). Собственно, создание логического раздела, как бы отделяет его от основного системного раздела, вследствие чего информация, на нем хранимая, при появлении ошибок и сбоев изменению или удалению не подвержена.

Основные характеристики HDD

Думается, в общих чертах принцип работы жесткого диска немного понятен. Теперь перейдем к основным характеристикам, которые и дают полное представление обо всех возможностях (или недостатках) современных винчестеров.

Принцип работы жесткого диска и основные характеристики могут быть совершенно разными. Чтобы понять, о чем идет речь, выделим самые основные параметры, которыми характеризуются все известные на сегодня накопители информации:

• емкость (объем);
• быстродействие (скорость доступа к данным, чтение и запись информации);
• интерфейс (способ подключения, тип контроллера).

Емкость представляет собой общее количество информации, которая может быть записана и сохранена на винчестере. Индустрия по производству HDD развивается так быстро, что сегодня в обиход вошли уже жесткие диски с объемами порядка 2 Тб и выше. И, как считается, это еще не предел.

Интерфейс - самая значимая характеристика. Она определяет, каким именно способом устройство подключается к материнской плате, какой именно контроллер используется, как осуществляется чтение и запись и т. д. Основными и самыми распространенными интерфейсами считаются IDE, SATA и SCSI.

Диски с IDE-интерфейсом отличаются невысокой стоимостью, однако среди главных недостатков можно выделить ограниченное количество одновременно подключаемых устройств (максимум четыре) и невысокую скорость передачи данных (причем даже при условии поддержки прямого доступа к памяти Ultra DMA или протоколов Ultra ATA (Mode 2 и Mode 4). Хотя, как считается, их применение позволяет повысить скорость чтения/записи до уровня 16 Мб/с, но в реальности скорость намного ниже. Кроме того, для использования режима UDMA требуется установка специального драйвера, который, по идее, должен поставляться в комплекте с материнской платой.

Говоря о том, что собой представляет принцип работы жесткого диска и характеристики, нельзя обойти стороной и который является наследником версии IDE ATA. Преимущество данной технологии состоит в том, что скорость чтения/записи можно повысить до 100 Мб/с за счет применения высокоскоростной шины Fireware IEEE-1394.

Наконец, интерфейс SCSI по сравнению с двумя предыдущими является наиболее гибким и самым скоростным (скорость записи/чтения достигает 160 Мб/с и выше). Но и стоят такие винчестеры практически в два раза дороже. Зато количество одновременно подключаемых устройств хранения информации составляет от семи до пятнадцати, подключение можно осуществлять без обесточивания компьютера, а длина кабеля может составлять порядка 15-30 метров. Собственно, этот тип HDD большей частью применяется не в пользовательских ПК, а на серверах.

Быстродействие, характеризующее скорость передачи и пропускную способность ввода/вывода, обычно выражается временем передачи и объемом передаваемых расположенных последовательно данных и выражается в Мб/с.

Некоторые дополнительные параметры

Говоря о том, что представляет собой принцип работы жесткого диска и какие параметры влияют на его функционирование, нельзя обойти стороной и некоторые дополнительные характеристики, от которых может зависеть быстродействие или даже срок эксплуатации устройства.

Здесь на первом месте оказывается скорость вращения, которая напрямую влияет на время поиска и инициализации (распознавания) нужного сектора. Это так называемое скрытое время поиска - интервал, в течение которого необходимый сектор поворачивается к считывающей головке. Сегодня принято несколько стандартов для скорости вращения шпинделя, выраженной в оборотах в минуту со временем задержки в миллисекундах:

• 3600 - 8,33;
• 4500 - 6,67;
• 5400 - 5,56;
• 7200 - 4,17.

Нетрудно заметить, что чем выше скорость, тем меньшее время затрачивается на поиск секторов, а в физическом плане - на оборот диска до установки для головки нужной точки позиционирования пластины.

Еще один параметр - внутренняя скорость передачи. На внешних дорожках она минимальна, но увеличивается при постепенном переходе на внутренние дорожки. Таким образом, тот же процесс дефрагментации, представляющий собой перемещение часто используемых данных в самые быстрые области диска, - не что иное, как перенос их на внутреннюю дорожку с большей скоростью чтения. Внешняя скорость имеет фиксированные значения и напрямую зависит от используемого интерфейса.

Наконец, один из важных моментов связан с наличием у жесткого диска собственной кэш-памяти или буфера. По сути, принцип работы жесткого диска в плане использования буфера в чем-то похож на оперативную или виртуальную память. Чем больше объем кэш-памяти (128-256 Кб), тем быстрее будет работать жесткий диск.

Главные требования к HDD

Основных требований, которые в большинстве случаев предъявляются жестким дискам, не так уж и много. Главное - длительный срок службы и надежность.

Основным стандартом для большинства HDD считается срок службы порядка 5-7 лет со временем наработки не менее пятисот тысяч часов, но для винчестеров высокого класса этот показатель составляет не менее миллиона часов.

Что касается надежности, за это отвечает функция самотестирования S.M.A.R.T., которая следит за состоянием отдельных элементов жесткого диска, осуществляя постоянный мониторинг. На основе собранных данных может формироваться даже некий прогноз появления возможных неисправностей в дальнейшем.

Само собой разумеется, что и пользователь не должен оставаться в стороне. Так, например, при работе с HDD крайне важно соблюдать оптимальный температурный режим (0 - 50 ± 10 градусов Цельсия), избегать встрясок, ударов и падений винчестера, попадания в него пыли или других мелких частиц и т. д. Кстати сказать, многим будет интересно узнать, что те же частицы табачного дыма примерно в два раза больше расстояния между считывающей головкой и магнитной поверхностью винчестера, а человеческого волоса - в 5-10 раз.

Вопросы инициализации в системе при замене винчестера

Теперь несколько слов о том, какие действия нужно предпринять, если по каким-то причинам пользователь менял жесткий диск или устанавливал дполнительный.

Полностью описывать это процесс не будем, а остановимся только на основных этапах. Сначала винчестер необходимо подключить и посмотреть в настройках BIOS, определилось ли новое оборудование, в разделе администрирования дисков произвести инициализацию и создать загрузочную запись, создать простой том, присвоить ему идентификатор (литеру) и выполнить форматирование с выбором файловой системы. Только после этого новый «винт» будет полностью готов к работе.

Заключение

Вот, собственно, и все, что вкратце касается основ функционирования и характеристик современных винчестеров. Принцип работы внешнего жесткого диска здесь не рассматривался принципиально, поскольку он практически ничем не отличается от того, что используется для стационарных HDD. Единственная разница состоит только в методе подключения дополнительного накопителя к компьютеру или ноутбуку. Наиболее распространенным является соединение через USB-интерфейс, который напрямую соединен с материнской платой. При этом, если хотите обеспечить максимальное быстродействие, лучше использовать стандарт USB 3.0 (порт внутри окрашен в синий цвет), естественно, при условии того, что и сам внешний HDD его поддерживает.

В остальном же, думается, многим хоть немного стало понятно, как функционирует жесткий диск любого типа. Быть может, выше было приведено слишком много тем более даже из школьного курса физики, тем не менее без этого в полной мере понять все основные принципы и методы, заложенные в технологиях производства и применения HDD, понять не получится.

Здравствуйте Друзья! Что такое жесткий диск или HDD? Жесткий диск это накопитель на жестких магнитных дисках. Сокращенно — НЖМД или hard (magnetic) disk drive — HDD или MHDD. Первый жесткий диск был выпущен компанией IBM в 1956 году имел габариты около одного метра кубического и был способен запомнить до 3.5 МБ информации (смотрите рисунок слева из википедии). В его состав входили 50 магнитных дисков диаметром 610 мм. Поверхность дисков была покрыта чистым железом, благодаря чему и была возможность намагничивать участки и запоминать данные. Этот жесткий диск весит 971 кг и входил в состав первого серийного компьютера IBM 305 RAMAC. Дальше технологии развивались и дошли до того, что вы видите в своих настольных ПК и ноутбуках . Жесткий диск так же называют хард, винчестер или сокращенно — винт. Название винчестер пошло их 70-х годов. В то время компания IBM выпустила новый компьютер с более современным жестким диском, который представлял из себя два шкафчика, каждый запоминал до 30 МБ информации. Была проведена аналогия с винтовкой Winchester, использовавшей патрон 30-30. Наверно, после этого за жесткими дисками, скорее всего навсегда (по крайней мере у русскоязычного населения), закрепилось название — винчестер или сокращенно — винт.

Современный жесткий диск состоит из:

• корпуса
• блока электроники
• блока позиционирования актуатора
• блока с магнитными пластинами

Рассмотрим каждый подробнее

Корпус . Это как кузов автомобиля. На нем все держится. Основная задача — обеспечивать необходимую жесткость и герметичность. Жесткость необходима для защиты диска от внешних повреждений. Герметичность — для исключения попадания посторонних частиц внутрь диска. Корпус изготавливается из тепло-проводящего сплава, так как при работе устройства выделяется тепло и его нужно как-то отводить. Подробнее об охлаждении HDD можно прочитать . Для выравнивания давлений снаружи и внутри корпуса делается маленькое окошко с гибкой металлической пластинкой.

Блок электроники

Состоит из:

• интерфейсного блока
• буфера или кэша
• управляющего блока

Интерфейсный блок отвечает за связь жесткого диска с компьютером . В ПЗУ — постоянном запоминающем устройстве, записывается служебная информация и прошивка диска. Буфер — кэш память на подобии оперативной памяти . В нее помещается часто используемая информация, что увеличивает быстродействие HDD. Скорость чтения из кэша приближается к максимальной для интерфейса диска. На данный момент наиболее распространен интерфейс SATA III с максимальной пропускной способностью в 6 Гбит/с. Управляющий блок отвечает за функционирование всего устройства. Он следит за скоростью вращения блока с магнитными пластинами и положения блока с актуаторами.

Состоит из актуатора (устройство для записи и чтения информации), кронштейна (на котором все это работает) и привода. Привод получает команды где ему читать и куда записывать информацию от блока управления. (Рисунок ниже взят с сайта http://www.3dnews.ru/editorial/640707)

Блок с запоминающими пластинами . Состоит из привода, дисков или пластин и сепараторов. Последние служат для задания определенного расстояния между пластинами. Диски с сепараторами крепятся на приводе. Последний поддерживает постоянную скорость вращения.

2. Как работает жесткий диск?

При включении компьютера блок управления подает питание на привод с магнитными дисками и ждет пока последний не выйдет на заданную частоту вращения. Как только это происходит компьютер получает сигнал о готовности HDD. Далее идет запрос информации. В дело вступает блок позиционирования, который задает нужное положение актуатора. Данные считываются и попадают в интерфейсный блок, а от туда в оперативную память .

Раньше актуаторы касались магнитных дисков. С увеличением скорости последних потребовалось другая технология. При этом актуатор парил над магнитной поверхностью и касался в определенном месте диска. Технология пошла дальше, скорости вращение пластин выросли и блок с актуаторами стали парковать вне пластин. То есть актуаторы находятся рядом с пластинами пока не достигнута нужная скорость вращения магнитных дисков.

Благодаря высокой скорости вращения дисков создается воздушный поток, который поднимает головку актуатора над поверхностью. Этот же воздушный поток сдувает с поверхности попавшие внутрь пылинки на специальный фильтр в корпусе. Так же в корпусе имеется адсорбент для удаления остатков влаги.

В современных жестких дисках расстояние между считывающей головкой и поверхностью магнитной платины < 10 нм. Благодаря тому, что считывающие головки никогда не касаются магнитных пластин отсутствует трение и продлевается срок жизни HDD.

Каждая магнитная пластина разделена на кольцевые дорожки шириной около 60 нм. Последние в свою очередь поделены на кластеры. Обычно кластер равен 4 КБ. Каждый бит информации представляет собой площадку на дорожке, которая может быть намагничена -1 или нет -0. Эти площадки так же называются доменами. Чем меньше размер этой площадки, тем больше информации поместится на дорожке и более емкий получится жесткий диск. В начале развития применялась продольная запись. Площадка располагалась вдоль дорожки. В дальнейшем эту технологию заменила перпендикулярная запись, что позволило увеличить плотность данных и в свою очередь увеличить емкости HDD.

Совокупность дорожек равноудаленных от центра вращения двигателя называется цилиндром.

До того как жесткие диски перешагнули рубеж ёмкости в 500 MB хватало системы позиционирования CHS (cylinder-head-sector цилиндр-головка-сектор). С ростом объема в 1994 году была принята линейная система позиционирования LBA (linear block addressing). В случае с CHS жесткий диск был прозрачен для операционных систем, С применением же линейной адресации система обращается к нужному сектору жесткого диска, а уже блок управления HDD разбирается где находится физически этот сектор.

Блок позиционирования актуатора. Приводится в движение с помощью соленоидного двигателя. Последний состоит из статора и катушки. Статор состоит из одного или двух постоянных, сильных неодимовых магнитов. Точное позиционирование кронштейна с головками происходит путем подачи напряжения определенной силы на катушку (рисунок взят с http://www.3dnews.ru/editorial/640707)

От силы магнитов зависит скорость позиционирования головок и следовательно — время доступа к информации. Последнее в жестких дисках варьируется в пределах от 3 до 12 мс. Чем время меньше, тем быстрее и дороже жесткий диск. У компании WD есть три серии жесткий дисков : зеленая, синяя и черная. В зеленой применяется один неодимовый магнит и скорость вращения шпинделя 5400 об/мин. За счет этого получается довольно скромная производительность, зато приличная экономичность и низкое энергопотребление. У синих дисков применяется такой же магнит и скорость вращения поднимается до 7200 об/мин. По скоростным характеристикам он занимает промежуточное положение между зелеными и черными HDD. У черных же применяются два магнита и скорость в 7200 об/мин. Это позволяет добиться максимального быстродействия. Еще выше поднять быстродействие можно повысив скорость вращения двигателя с магнитными пластинами до 10000 или 15000 об/мин. Эти диски обладают минимальным временем доступа к информации и применяются в основном в серверах. Твердотельные диски со скоростью доступа < 1 мс пока остаются вне конкуренции.

Жесткие диски при работе производят два вида шума. От быстровращающихся магнитных дисков и от удара блока с головками об ограничитель. Последний возникает при возврате блока с головками в парковочную позицию. Для уменьшения этого удара производители ставят резиновые подкладки, но иногда и это не спасает, особенно в шустрых дисках. Существует два пути снижения шума от HDD. Первый сделать амортизирующие крепления в корпусе ПК. Об этом подробней можно прочитать . Путь второй — использовать технологию AAM, о которой написал подробнее .

3. Производство и производители жестких дисков

В начале было около 70 производителей HDD. Благодаря конкуренции их осталось всего три. Это Toshiba, Seagate и WD. На схеме ниже вы можете посмотреть в какие года происходили поглощения

Производство . В механическом цехе из алюминиевой болванки цилиндрической формы нарезаются заготовки. Затем заготовкам придается нужная форма возможно даже на токарных станках. После заготовки поступают в полировочный цех где поверхности полируются до нужного уровня. Затем происходит контроль и заготовки идут в цех нанесения магнитного покрытия. После снова происходит контроль. Затем происходит сборка жесткого диска и низкоуровневое форматирование . При этом процессе магнитные пластины разбиваются на дорожки и проверяются на битые или не читаемые сектора. Последние сразу помечаются чтобы исключить в них запись информации. На каждой дорожке есть некоторый резерв секторов. Именно из этого резерва происходит замена обнаруженных при работе сбойных участков.

Отдельно необходимо сказать про производство головок для чтения и записи информации. В современных жестких дисках каждый актуатор состоит из двух головок, для чтения и для записи. Сложность производства головок сравнима со сложностью производства процессоров , так же используется фотолитография. Устройства головок составляет производственную тайну.

Заключение

В статье мы затронули немножко истории приведя картинку первого жесткого диска выпущенного в 1956 году. Сказали возможную причину называния накопителей на магнитных жестких диска коротким словом — винт. Затем рассмотрели состав жесткого диска, то что скрывается внутри его корпуса. Постарались уделить внимание каждому блоку отдельно. Рассмотрели работу жесткого диска. В конце разобрались с производителями и самим производством HDD. Надеюсь вы вместе со мной продвинулись в теме HDD.