Жесткий диск описание - IT Справочник
Llscompany.ru

IT Справочник
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Жесткий диск описание

Как устроен жесткий диск компьютера (HDD)

Приветствую всех читателей блога pc-information-guide.ru. Многих интересует вопрос — как устроен жесткий диск компьютера. Поэтому я решил посвятить этому сегодняшнюю статью.

Жесткий диск компьютера (HDD или винчестер) нужен для хранения информации после выключения компьютера, в отличие от ОЗУ (оперативной памяти) — которая хранит информацию до момента прекращения подачи питания (до выключения компьютера).

Жесткий диск, по-праву, можно назвать настоящим произведением искусства, только инженерным. Да-да, именно так. Настолько сложно там внутри все устроено. На данный момент во всем мире жесткий диск — это самое популярное устройство для хранения информации, он стоит в одном ряду с такими устройствами, как: флеш-память (флешки), SSD. Многие наслышаны о сложности устройства жесткого диска и недоумевают, как в нем помещается так много информации, а поэтому хотели бы узнать, как устроен или из чего состоит жесткий диск компьютера. Сегодня будет такая возможность).

Устройство жесткого диска компьютера

Жесткий диск состоит из пяти основных частей. И первая из них — интегральная схема, которая синхронизирует работу диска с компьютером и управляет всеми процессами.

Вторая часть — электромотор (шпиндель), заставляет вращаться диск со скоростью примерно 7200 об/мин, а интегральная схема поддерживает скорость вращения постоянной.

А теперь третья, наверное самая важная часть — коромысло, которое может как записывать, так и считывать информацию. Конец коромысла обычно разделен, для того чтобы можно было работать сразу с несколькими дисками. Однако головка коромысла никогда не соприкасается с дисками. Существует зазор между поверхностью диска и головкой, размер этого зазора примерно в пять тысяч раз меньше толщины человеческого волоса!

Но давайте все же посмотрим, что случится, если зазор исчезнет и головка коромысла соприкоснется с поверхностью вращающегося диска. Мы все еще со школы помним, что F=m*a (второй закон Ньютона, по-моему), из которого следует, что предмет с небольшой массой и огромным ускорением — становится невероятно тяжелым. Учитывая огромную скорость вращения самого диска, вес головки коромысла становится весьма и весьма ощутимым. Естественно, что повреждение диска в таком случае неизбежно. Кстати, вот что случилось с диском, у которого этот зазор по каким то причинам исчез:

Так же важна роль силы трения, т.е. ее практически полного отсутствия, когда коромысло начинает считывать информацию, при этом смещаясь до 60 раз за секунду. Но постойте, где же здесь находится двигатель, что приводит в движение коромысло, да еще с такой скоростью? На самом деле его не видно, потому что это электромагнитная система, работающая на взаимодействии 2 сил природы: электричества и магнетизма. Такое взаимодействия позволяет разгонять коромысло до скоростей света, в прямом смысле.

Четвертая часть — сам жесткий диск, это то, куда записывается и откуда считывается информация, кстати их может быть несколько.

Ну и пятая, завершающая часть конструкции жесткого диска — это конечно же корпус, в который устанавливаются все остальные компоненты. Материалы применяются следующие: почти весь корпус выполнен из пластмассы, но верхняя крышка всегда металлическая. Корпус в собранном виде нередко называют «гермозоной». Бытует мнение, что внутри гермозоны нету воздуха, а точнее, что там — вакуум. Мнение это опирается на тот факт, что при таких высоких скоростях вращения диска, даже пылинка, попавшая внутрь, может натворить много нехорошего. И это почти верно, разве что вакуума там никакого нету — а есть очищенный, осушенный воздух или нейтральный газ — азот например. Хотя, возможно в более ранних версиях жестких дисков, вместо того, чтобы очищать воздух — его просто откачивали.

Это мы говорили про компоненты, т.е. из чего состоит жесткий диск. Теперь давайте поговорим про хранение данных.

Как и в каком виде хранятся данные на жестком диске компьютера

Данные хранятся в узких дорожках на поверхности диска. При производстве, на диск наносится более 200 тысяч таких дорожек. Каждая из дорожек разделена на секторы.

Карты дорожек и секторов позволяют определить, куда записать или где считать информацию. Опять же вся информация о секторах и дорожках находится в памяти интегральной микросхемы, которая, в отличие от других компонентов жесткого диска, размещена не внутри корпуса, а снаружи и обычно снизу.

Сама поверхность диска — гладкая и блестящая, но это только на первый взгляд. При более близком рассмотрении структура поверхности оказывается сложнее. Дело в том, что диск изготавливается из металлического сплава, покрытого ферромагнитным слоем. Этот слой как раз и делает всю работу. Ферромагнитный слой запоминает всю информацию, как? Очень просто. Головка коромысла намагничивает микроскопическую область на пленке (ферромагнитном слое), устанавливая магнитный момент такой ячейки в одно из состояний: о или 1. Каждый такой ноль и единица называются битами. Таким образом, любая информация, записанная на жестком диске, по-факту представляет собой определенную последовательность и определенное количество нулей и единиц. Например, фотография хорошего качества занимает около 29 миллионов таких ячеек, и разбросана по 12 различным секторам. Да, звучит впечатляюще, однако в действительности — такое огромное количество битов занимает очень маленький участок на поверхности диска. Каждый квадратный сантиметр поверхности жесткого диска включает в себя несколько десятков миллиардов битов.

Принцип работы жесткого диска

Мы только что с вами рассмотрели устройство жесткого диска, каждый его компонент по отдельности. Теперь предлагаю связать все в некую систему, благодаря чему будет понятен сам принцип работы жесткого диска.

Итак, принцип, по которому работает жесткий диск следующий: когда жесткий диск включается в работу — это значит либо на него осуществляется запись, либо с него идет чтение информации, или с него загружается ОС, электромотор (шпиндель) начинает набирать обороты, а поскольку жесткие диски закреплены на самом шпинделе, соответственно они вместе с ним тоже начинают вращаться. И пока обороты диска(ов) не достигли того уровня, чтобы между головкой коромысла и диском образовалась воздушная подушка, коромысло во избежание повреждений находится в специальной «парковочной зоне». Вот как это выглядит.

Как только обороты достигают нужного уровня, сервопривод (электромагнитный двигатель) приводит в движение коромысло, которое уже позиционируется в то место, куда нужно записать или откуда считать информацию. Этому как раз способствует интегральная микросхема, которая управляет всеми движениями коромысла.

Распространено мнение, этакий миф, что в моменты времени, когда диск «простаивает», т.е. с ним временно не осуществляется никаких операций чтения/записи, жесткие диски внутри перестают вращаться. Это действительно миф, ибо на самом деле, жесткие диски внутри корпуса вращаются постоянно, даже тогда, когда винчестер находится в энергосберегающем режиме и на него ничего не записывается.

Ну вот мы и рассмотрели с вами устройство жесткого диска компьютера во всех подробностях. Конечно же, в рамках одной статьи, нельзя рассказать обо всем, что касается жестких дисков. Например в этой статье не было сказано про интерфейсы жесткого диска — это большая тема, я решил написать про это отдельную статью.

Нашел интересное видео, про то, как работает жесткий диск в разных режимах

Всем спасибо за внимание, если вы еще не подписаны на обновления этого сайта — очень рекомендую это сделать, дабы не пропустить интересные и полезные материалы. До встречи на страницах блога!

Характеристики жестких дисков

Как и большинство компьютерных комплектующих, жесткие диски различаются по своим характеристикам. Такие параметры влияют на производительность железа и определяют целесообразность его использования для выполнения поставленных задач. В рамках данной статьи мы постараемся рассказать о каждой характеристике HDD, подробно описывая их действие и влияние на производительность или другие факторы.

Основные характеристики жестких дисков

Многие пользователи выбирают жесткий диск, беря в расчет только его форм-фактор и объем. Такой подход не совсем правильный, поскольку на работоспособность устройства влияет еще множество показателей, на них тоже нужно обращать внимание при покупке. Мы предлагаем вам ознакомиться с характеристиками, которые так или иначе будут влиять на ваше взаимодействие с компьютером.

Сегодня мы не будем говорить о технических параметрах и других составляющих рассматриваемого накопителя. Если вас интересует именно эта тема, рекомендуем прочитать отдельные наши статьи по следующим ссылкам.

Форм-фактор

Один из первых пунктов, с которым сталкиваются покупатели – размеры накопителя. Популярными считаются два формата – 2,5 и 3,5 дюймов. Меньшие обычно монтируются в ноутбуки, поскольку место внутри корпуса ограничено, а большие устанавливаются в полноразмерные персональные компьютеры. Если же 3.5 винчестер вы никак не поместите внутрь лэптопа, то 2.5 с легкостью устанавливается в корпус ПК.

Вы могли встречать накопители и меньших размеров, но они используются только в мобильных устройствах, поэтому при подборе варианта для компьютера не стоит обращать на них внимание. Конечно, размер жесткого диска определяет не только его вес и габариты, но и количество потребляемой энергии. Именно из-за этого 2.5-дюймовые HDD чаще всего задействуют как внешние накопители, поскольку им достаточно питания, поступаемого через интерфейс подключения (USB). Если же было принято решение сделать внешний 3.5 диск, он может требовать подачи дополнительного питания.

Объем

Далее пользователь всегда смотрит на объем накопителя. Он бывает разный – 300 ГБ, 500 ГБ, 1 ТБ и так далее. Эта характеристика определяет, какое количество файлов сможет уместиться на одном жестком диске. На данный момент времени уже не совсем целесообразно приобретать устройства с объемом менее 500 ГБ. Практически никакой экономии это не принесет (больший объем делает цену за 1 ГБ ниже), но однажды необходимый объект может просто не уместиться, особенно если учитывать вес современных игр и фильмов в высоком разрешении.

Стоит и понимать, что иногда цена за диск на 1 ТБ и 3 ТБ может значительно отличаться, видно это особенно на 2.5-дюймовых накопителей. Поэтому перед покупкой важно определить, для каких целей будет задействован HDD и сколько примерно на это пространства потребуется.

Читать еще:  Анализ занятого места на жестком диске

Скорость вращения шпинделя

Скорость чтения и записи в первую очередь зависит от скорости вращения шпинделя. Если вы ознакомились с рекомендованной статьей по составляющим жесткого диска, то уже знаете, что шпиндель и пластины крутятся вместе. Чем больше оборотов эти компоненты делают за минуту, тем быстрее происходит перемещение к нужному сектору. Из этого следует, что при большой скорости выделяется больше тепла, поэтому и требуется более сильное охлаждение. Кроме этого, данный показатель влияет и на шум. Универсальные HDD, которые чаще всего используются обычными юзерами, имеют скорость в диапазоне от 5 до 10 тысяч оборотов в минуту.

Диски со скоростью оборота шпинделя 5400 идеальны для использования в мультимедийных центрах и других подобных устройствах, поскольку основной упор при сборке такого оборудования сделан на низкое энергопотребление и выделение шума. Модели с показателем более 10000 лучше обойти стороной пользователям домашних ПК и присмотреться SSD. 7200 об/м при этом будет золотой серединой для большинства потенциальных покупателей.

Исполнение геометрии

Только что мы упомянули пластины жесткого диска. Они являются частью геометрии девайса и в каждой модели количество пластин и плотность записи на них различаются. Рассматриваемый параметр влияет и на максимальный объем накопителя, и на его итоговую скорость чтения/записи. То есть сохранение информации происходит конкретно на эти пластины, а чтение и запись производится головками. Каждый накопитель разделяется на радиальные дорожки, которые состоят из секторов. Поэтому именно радиус влияет на быстроту чтения информации.

Скорость чтения всегда выше у того края пластины, где дорожки длиннее, из-за этого чем меньше форм-фактор, тем ниже максимальная скорость. Меньшее количество пластин означает более высокую их плотность, соответственно, и больше скорость. Однако в интернет-магазинах и на сайте производителя достаточно редко указывают эту характеристику, из-за этого выбор становится труднее.

Интерфейс подключения

При подборе модели жесткого диска важно узнать и его интерфейс подключения. Если ваш компьютер более современный, скорее всего, на материнской плате установлены разъемы SATA. В старых моделях накопителей, которые сейчас уже не производятся, использовался интерфейс IDE. У SATA есть несколько ревизиций, каждая из них различается пропускной способностью. Третья версия поддерживает скорость чтения и записи до 6 Гбит/с. Для домашнего использования вполне хватит HDD с SATA 2.0 (скорость до 3 Гбит/c).

В более дорогих моделях вы могли наблюдать интерфейс SAS. Он совместим с SATA, однако подключаться могут только SATA к SAS, а не наоборот. Такая закономерность связана с пропускной способностью и технологией разработки. Если же вы сомневаетесь по поводу выбора между SATA 2 и 3, смело берите последнюю версию, в случае когда позволяет бюджет. Она совместима с предыдущими на уровне разъемов и кабелей, однако имеет улучшенное управление питанием.

Объем буфера

Буфером или кэшем называется промежуточное звено хранения информации. Оно обеспечивает временное сохранение данных, чтобы при следующем обращении жесткий диск смог моментально получить их. Необходимость в такой технологии возникает потому, что скорость чтения и записи обычно отличается и возникает задержка.

У моделей размером 3.5 дюймов объем буфера начинается от 8 и заканчивается 128 мегабайтами, но не стоит всегда присматриваться к вариантам с большим показателем, поскольку кэш практически не используется во время работы с объемными файлами. Правильнее будет сначала проверить разницу скорости записи и чтения модели, а потом, исходя из этого, уже определять оптимальный размер буфера.

Наработка на отказ

Наработка на отказ или MTFB (Mean Time Between Failures) обозначает надежность выбранной модели. Разработчики при тестировании партии определяют, сколько времени диск будет непрерывно работать без каких-либо повреждений. Соответственно, если вы покупаете устройство для сервера или долговременного хранения данных, обязательно смотрите на этот показатель. В среднем он должен быть равен одному миллиону часов и более.

Среднее время ожидания

Головка перемещается на любой участок дорожки за определенный промежуток времени. Такое действие происходит буквально за долю секунды. Чем меньше задержка, тем быстрее выполняются задачи. У универсальных моделей среднее время ожидания 7-14 МС, а у серверных — 2-14.

Энергопотребление и тепловыделение

Выше, когда мы говорили о других характеристиках, тема нагрева и потребления энергии уже была поднята, однако хотелось бы более детально рассказать об этом. Конечно, иногда владельцы компьютеров могут пренебречь параметром потребления энергии, но когда модель покупается для ноутбука важно знать, что чем больше значение, тем быстрее разряжается батарея при работе не от сети.

Некоторая часть потребляемой энергии всегда преобразуется в тепло, поэтому если вы не можете поставить в корпус дополнительное охлаждение, следует выбирать модель с более низким рассматриваемым показателем. Впрочем, с рабочими температурами HDD от разных производителей вы можете ознакомиться в другой нашей статье по следующей ссылке.

Теперь вы знаете основную информацию о главных характеристиках жестких дисков. Благодаря этому вы можете сделать правильный выбор при покупке. Если же вы во время прочтения статьи решили, что целесообразнее для ваших задач будет приобретение SSD, советуем ознакомиться с инструкциями по этой теме далее.

Отблагодарите автора, поделитесь статьей в социальных сетях.

Как выбрать жесткий диск?

Этой статьей наш сайт продолжает целый цикл полезных материалов, целью которых станет облегчение выбора какого-либо товара из тысяч предложенных на рынке вариантов. Согласитесь, выбор конкретной модели какого-то устройства всегда отнимает много времени, которое можно потратить с пользой. В сегодняшнем материале мы поговорим о выборе жесткого диска для настольного ПК.

Введение

Без жесткого диска не обходится ни один персональный компьютер или ноутбук — именно на нем хранятся как операционная система, так и пользовательские данные и программы. От его объема и скорости зависят общие ощущения работы за компьютером — если ваша ОС медленно загружается, а игры и тяжелое ПО “еле ворочается”, то вам нужен более скоростной диск.

При этом выбор HDD зачастую сводят к выбору количества гигабайт, и это неправильно. Каждая модель обладает своими плюсами и минусами, в том числе — своим процентом брака. Да, к сожалению, некоторые партии жестких дисков оказываются менее надежными, чем другие — это природа производства столь точной и сложной электроники. Перед покупкой жесткого диска мы рекомендуем убедиться в том, что он надежен, с помощью отзывов в сети — как от других пользователей, так и от специалистов. В данный момент наименьшим процентом брака обладает продукция Seagate и Western Digital.

В основном современные HDD предназначаются для хранения большого объема данных — для установки ОС все чаще используют твердотельные диски (SSD), которые характеризуются гораздо более высокой стоимостью и гораздо более высокой скоростью. Об SSD мы, скорее всего, расскажем позже.

В следующем разделе мы расскажем об основных характеристиках внутренних жестких дисков, а после — посоветуем к приобретению несколько отличных моделей, которые являются признанными лидерами в своем классе. Они точно не подведут в ответственный момент.

Основные характеристики жестких дисков

Назначение

По этому параметру жесткие диски деляться на предназначенные для настольного ПК, предназначенные для ноутбука, внешние, а также предназначенные для серверов. В этой статье мы обратим внимание линшь на первые две категории — о внешних HDD поговорим в отдельной статье позже.

Тип

По типу диски для хранения данных разделяются на HDD (жесткие), SSD (твердотельные) и гибридные. В этой статье мы рассмотрим HDD и гибридные диски — SSD заслуживают собственного материала, так как используют совершенно иную технологию хранения информации.

Для справки: HDD характеризуются наличием нескольких круглых дисков (как на фото сверху), данные на которые записывает и с которых считывает специальная головка. Этот принцип хранения информации позволяет достигать высокой емкости (за счет использования нескольких «блинов»-дисков одновременно) при невысокой стоимости, но HDD ограничены скоростью своей механики и уязвимы к физическим повреждениям из-за вибрации или ударов.

Гибридные диски — это HDD, часть объема памяти которых использует твердотельную технологию SSD. Они не так дороги, как полноценные SSD, но позволяют достигать неплохих скоростей, особенно — при загрузке операционной системы.

Форм-фактор

HDD могут располагаться в корпусах с шириной 2.5 дюйма или 3.5 дюйма. Первые в общем случае предназначены для использования в ноутбуках, вторые — для использования в настольных ПК. Жесткое ограничение размеров дисков позволяет стандартизировать места для их установки. Стоит отметить, что популярность 2.5-дюймовых механических дисков в последние годы сильно снизилась — сейчас в ноутбуках по большей части используют именно SSD, о которых мы еще расскажем отдельно.

Объем, ГБ

Главный параметр любого устройства для хранения данных. Покупка диска емкостью менее 500 ГБ или даже 1 ТБ в 2015 году ничем не может быть оправдана — стоимость одного гигабайта в $ сейчас низка как никогда. А так как HDD сейчас все больше используются для хранения больших игр и фильмов в высоком качестве, то не помешает присмотреться и к дискам объемом 2, 3 или даже 4 ТБ.

Объем буфера, МБ

Чем больше этот объем, тем больше информации помещается в специальном отделе HDD, доступ к которому осуществляется гораздо быстрее, чем к остальным данным. Приемлемым показателем объема буфера сегодня считаются как минимум 16 МБ, лучше — 32 или 64 МБ.

Стандарт SATA

Большая часть современных жестких дисков поддерживают стандарт SATA, подразумевающий передачу информации на скорости до 6 гигабит в секунду — покупка HDD с поддержкой более старых стандартов (3 гигабит в секунду и 1.5 гигабит в секунду) смысла не имеет.

Скорость вращения шпинделя, об/мин

От скорости вращения шпинделя зависит скорость доступа считывающей и записывающей головки к данным. Большая часть потребительских HDD для настольных ПК работает на скорости 7200 оборотов в минуту, большая часть HDD для ноутбуков — на скорости 5400 оборотов в минуту. Диски для серверов с поддержкой интерфейса SCSI достигают скорости в 10000-15000 оборотов, но речь сейчас идет не о них.

Читать еще:  Ноутбук с 2 жесткими дисками

Скорость чтения / записи, МБ/с

Не слишком важный параметр на данный момент — большая часть дисков обеспечивает комфортные скорости записи и чтения данных, но выше определенного порога можно подняться только с помощью перехода на SSD. Впрочем, если для вам этот параметр по какой-то причине важен (например, вы работаете с записью видеопотоков в высоком разрешении) — всегда можно свериться с тестами в сети и выбрать конкретную модель по ним.

Уровень шума, дБ

Когда-то жесткие диски были довольно шумными — при записи и чтении информации они издавали громкий треск. К счастью, к 2015 году шумы HDD почти ввели на нет, а для дальнейшего снижения уровня шума можно пользоваться специальными муфтами. Приемлемым уровнем шума для настольного ПК является 25-30 дБ. По понятным причинам диски для ноутбуков издают еще меньше шума.

10 лучших жестких дисков

Отличный представитель гибридных 3.5-дюймовых дисков — не слишком дорогой, производительный и достаточно емкий.

2-терабайтная 3.5-дюймовая модель от Seagate для тех, кому нужно больше места за не очень большие деньги. Также является гибридным — 8 ГБ флэш-памяти серьезно ускорят работу ПК.

Бюджетный вариант от Seagate: очень невысокая стоимость, всего 500 ГБ памяти, 16-мегабайтный буфер и достаточная скорость для комфортной работы.

Добавьте всего несколько десятков тысяч рублей — и получите вдвое больше памяти. Эта терабайтная 3.5-дюймовая модель может послужить уже в качестве основного HDD в вашем ПК.

3.5-дюймовая терабайтная модель от Western Digital, которая характеризуется большей скоростью и ценой, чем у ST1000DM003.

Не слишком скоростная, но довольно дешевая 2-терабайтная модель от Seagate. Не выделяется ничем особенным.

Скоростная 2-терабайтная модель от Western Digital, которая обойдется гораздо дороже, чем предложение от Seagate.

3-терабайтная 3.5-дюймовая модель Seagate: не слишком высокая стоимость, высокая надежность и не очень выдающаяся скорость работы.

Еще одна скоростная 3.5-дюймовая модель от Western Digital: 3 терабайта памяти и высокая цена.

Весьма емкая и быстрая модель Western Digital. Отлично подойдет для топового ПК.

Заключение

Надеемся, что эта статья помогла вам разобраться с непростой задачей выбора жесткого диска. В следующей статье речь пойдет о видеокартах!

Как устроен жесткий диск компьютера (HDD)

Приветствую всех читателей блога pc-information-guide.ru. Многих интересует вопрос — как устроен жесткий диск компьютера. Поэтому я решил посвятить этому сегодняшнюю статью.

Жесткий диск компьютера (HDD или винчестер) нужен для хранения информации после выключения компьютера, в отличие от ОЗУ (оперативной памяти) — которая хранит информацию до момента прекращения подачи питания (до выключения компьютера).

Жесткий диск, по-праву, можно назвать настоящим произведением искусства, только инженерным. Да-да, именно так. Настолько сложно там внутри все устроено. На данный момент во всем мире жесткий диск — это самое популярное устройство для хранения информации, он стоит в одном ряду с такими устройствами, как: флеш-память (флешки), SSD. Многие наслышаны о сложности устройства жесткого диска и недоумевают, как в нем помещается так много информации, а поэтому хотели бы узнать, как устроен или из чего состоит жесткий диск компьютера. Сегодня будет такая возможность).

Устройство жесткого диска компьютера

Жесткий диск состоит из пяти основных частей. И первая из них — интегральная схема, которая синхронизирует работу диска с компьютером и управляет всеми процессами.

Вторая часть — электромотор (шпиндель), заставляет вращаться диск со скоростью примерно 7200 об/мин, а интегральная схема поддерживает скорость вращения постоянной.

А теперь третья, наверное самая важная часть — коромысло, которое может как записывать, так и считывать информацию. Конец коромысла обычно разделен, для того чтобы можно было работать сразу с несколькими дисками. Однако головка коромысла никогда не соприкасается с дисками. Существует зазор между поверхностью диска и головкой, размер этого зазора примерно в пять тысяч раз меньше толщины человеческого волоса!

Но давайте все же посмотрим, что случится, если зазор исчезнет и головка коромысла соприкоснется с поверхностью вращающегося диска. Мы все еще со школы помним, что F=m*a (второй закон Ньютона, по-моему), из которого следует, что предмет с небольшой массой и огромным ускорением — становится невероятно тяжелым. Учитывая огромную скорость вращения самого диска, вес головки коромысла становится весьма и весьма ощутимым. Естественно, что повреждение диска в таком случае неизбежно. Кстати, вот что случилось с диском, у которого этот зазор по каким то причинам исчез:

Так же важна роль силы трения, т.е. ее практически полного отсутствия, когда коромысло начинает считывать информацию, при этом смещаясь до 60 раз за секунду. Но постойте, где же здесь находится двигатель, что приводит в движение коромысло, да еще с такой скоростью? На самом деле его не видно, потому что это электромагнитная система, работающая на взаимодействии 2 сил природы: электричества и магнетизма. Такое взаимодействия позволяет разгонять коромысло до скоростей света, в прямом смысле.

Четвертая часть — сам жесткий диск, это то, куда записывается и откуда считывается информация, кстати их может быть несколько.

Ну и пятая, завершающая часть конструкции жесткого диска — это конечно же корпус, в который устанавливаются все остальные компоненты. Материалы применяются следующие: почти весь корпус выполнен из пластмассы, но верхняя крышка всегда металлическая. Корпус в собранном виде нередко называют «гермозоной». Бытует мнение, что внутри гермозоны нету воздуха, а точнее, что там — вакуум. Мнение это опирается на тот факт, что при таких высоких скоростях вращения диска, даже пылинка, попавшая внутрь, может натворить много нехорошего. И это почти верно, разве что вакуума там никакого нету — а есть очищенный, осушенный воздух или нейтральный газ — азот например. Хотя, возможно в более ранних версиях жестких дисков, вместо того, чтобы очищать воздух — его просто откачивали.

Это мы говорили про компоненты, т.е. из чего состоит жесткий диск. Теперь давайте поговорим про хранение данных.

Как и в каком виде хранятся данные на жестком диске компьютера

Данные хранятся в узких дорожках на поверхности диска. При производстве, на диск наносится более 200 тысяч таких дорожек. Каждая из дорожек разделена на секторы.

Карты дорожек и секторов позволяют определить, куда записать или где считать информацию. Опять же вся информация о секторах и дорожках находится в памяти интегральной микросхемы, которая, в отличие от других компонентов жесткого диска, размещена не внутри корпуса, а снаружи и обычно снизу.

Сама поверхность диска — гладкая и блестящая, но это только на первый взгляд. При более близком рассмотрении структура поверхности оказывается сложнее. Дело в том, что диск изготавливается из металлического сплава, покрытого ферромагнитным слоем. Этот слой как раз и делает всю работу. Ферромагнитный слой запоминает всю информацию, как? Очень просто. Головка коромысла намагничивает микроскопическую область на пленке (ферромагнитном слое), устанавливая магнитный момент такой ячейки в одно из состояний: о или 1. Каждый такой ноль и единица называются битами. Таким образом, любая информация, записанная на жестком диске, по-факту представляет собой определенную последовательность и определенное количество нулей и единиц. Например, фотография хорошего качества занимает около 29 миллионов таких ячеек, и разбросана по 12 различным секторам. Да, звучит впечатляюще, однако в действительности — такое огромное количество битов занимает очень маленький участок на поверхности диска. Каждый квадратный сантиметр поверхности жесткого диска включает в себя несколько десятков миллиардов битов.

Принцип работы жесткого диска

Мы только что с вами рассмотрели устройство жесткого диска, каждый его компонент по отдельности. Теперь предлагаю связать все в некую систему, благодаря чему будет понятен сам принцип работы жесткого диска.

Итак, принцип, по которому работает жесткий диск следующий: когда жесткий диск включается в работу — это значит либо на него осуществляется запись, либо с него идет чтение информации, или с него загружается ОС, электромотор (шпиндель) начинает набирать обороты, а поскольку жесткие диски закреплены на самом шпинделе, соответственно они вместе с ним тоже начинают вращаться. И пока обороты диска(ов) не достигли того уровня, чтобы между головкой коромысла и диском образовалась воздушная подушка, коромысло во избежание повреждений находится в специальной «парковочной зоне». Вот как это выглядит.

Как только обороты достигают нужного уровня, сервопривод (электромагнитный двигатель) приводит в движение коромысло, которое уже позиционируется в то место, куда нужно записать или откуда считать информацию. Этому как раз способствует интегральная микросхема, которая управляет всеми движениями коромысла.

Распространено мнение, этакий миф, что в моменты времени, когда диск «простаивает», т.е. с ним временно не осуществляется никаких операций чтения/записи, жесткие диски внутри перестают вращаться. Это действительно миф, ибо на самом деле, жесткие диски внутри корпуса вращаются постоянно, даже тогда, когда винчестер находится в энергосберегающем режиме и на него ничего не записывается.

Ну вот мы и рассмотрели с вами устройство жесткого диска компьютера во всех подробностях. Конечно же, в рамках одной статьи, нельзя рассказать обо всем, что касается жестких дисков. Например в этой статье не было сказано про интерфейсы жесткого диска — это большая тема, я решил написать про это отдельную статью.

Нашел интересное видео, про то, как работает жесткий диск в разных режимах

Всем спасибо за внимание, если вы еще не подписаны на обновления этого сайта — очень рекомендую это сделать, дабы не пропустить интересные и полезные материалы. До встречи на страницах блога!

Хранение информации на жестких дисках

Часть 1

1. Введение

Большинство пользователей, отвечая на вопрос, что находится в их системном блоке, помимо прочего упоминают винчестер. Винчестер — это устройство, на котором чаще всего хранятся Ваши данные. Бытует легенда, объясняющая, почему за жесткими дисками повелось такое причудливое название. Первый жесткий диск, выпущенный в Америке в начале 70-х годов, имел емкость по 30 МБ информации на каждой рабочей поверхности. В то же время, широко известная в той же Америке магазинная винтовка О. Ф. Винчестера имела калибр — 0,30; может грохотал при своей работе первый винчестер как автомат или порохом от него пахло — не знаю, но с той поры стали называть жесткие диски винчестерами.

Читать еще:  Минимальный адресуемый элемент жесткого диска

В процессе работы компьютера случаются сбои. Вирусы, перебои энергоснабжения, программные ошибки — все это может послужить причиной повреждения информации, хранящейся на Вашем жестком диске. Повреждение информации далеко не всегда означает ее потерю, так что полезно знать о том, как она хранится на жестком диске, ибо тогда ее можно восстановить. Тогда, например, в случае повреждения вирусом загрузочной области, вовсе не обязательно форматировать весь диск (!), а, восстановив поврежденное место, продолжить нормальную работу с сохранением всех своих бесценных данных.

С одной стороны, в процессе написания этой статьи я ставил для себя задачей рассказать Вам:

  1. о принципах записи информации на жесткий диск;
  2. о размещении и загрузке операционной системы;
  3. о том как грамотно разделить Ваш новый винчестер на разделы с целью использовать несколько операционных систем.

С другой стороны, я хочу подготовить читателя ко второй статье, в которой я расскажу о программах, называемых boot manager-ами. Для того чтобы понимать, как работают эти программы, нужно обладать базовыми знаниями о таких вещах как MBR, Partitions и т. д.

Довольно общих слов — приступим.

2. Устройство жесткого диска

Жесткий диск (НDD — Hard Disk Drive) устроен следующим образом: на шпинделе, соединенным с электромотором, расположен блок из нескольких дисков (блинов), над поверхностью которых находятся головки для чтения/записи информации. Форма головкам придается в виде крыла и крепятся они на серпообразный поводок. При работе они «летят» над поверхностью дисков в воздушном потоке, который создается при вращении этих же дисков. Очевидно, что подъемная сила зависит от давления воздуха на головки. Оно же, в свою очередь, зависит от внешнего атмосферного давления. Поэтому некоторые производители указывают в спецификации на свои устройства предельный потолок эксплуатации (например, 3000 м). Ну чем не самолет? Диск разбит на дорожки (или треки), которые в свою очередь поделены на сектора. Две дорожки, равноудаленные от центра, но расположенные по разные стороны диска, называются цилиндрами.

3. Хранение информации

К сожалению, достаточно часто происходит путаница между такими понятиями как «сектор», «кластер» и «блок». Фактически, между «блоком» и «сектором» разницы нет. Правда, одно понятие логическое, а второе топологическое. «Кластер» — это несколько секторов, рассматриваемых операционной системой как одно целое. Почему не отказались от простой работы с секторами? Отвечу. Переход к кластерам произошел потому, что размер таблицы FAT был ограничен, а размер диска увеличивался. В случае FAT16 для диска объемом 512 МБ кластер будет составлять 8 КБ, до 1 ГБ — 16 КБ, до 2 ГБ — 32 КБ и так далее.

Для того чтобы однозначно адресовать блок данных, необходимо указать все три числа (номер цилиндра, номер сектора на дорожке, номер головки). Такой способ адресации диска был широко распространен и получил впоследствии обозначение аббревиатурой CHS (cylinder, head, sector). Именно этот способ был первоначально реализован в BIOS, поэтому впоследствии возникли ограничения, связанные с ним. Дело в том, что BIOS определил разрядную сетку адресов на 63 сектора, 1024 цилиндра и 255 головок. Однако развитие жестких дисков в то время ограничилось использованием лишь 16 головок в связи со сложностью изготовления. Отсюда появилось первое ограничение на максимально допустимую для адресации емкость жесткого диска: 1024×16×63×512 = 504 МБ.

Со временем, производители стали делать HDD большего размера. Соответственно число цилиндров на них превысило 1024, максимально допустимое число цилиндров (с точки зрения старых BIOS). Однако, адресуемая часть диска продолжала равняться 504 Мбайтам, при условии, что обращение к диску велось средствами BIOS. Это ограничение со временем было снято введением так называемого механизма трансляции адресов, о котором чуть ниже.

Проблемы, возникшие с ограниченностью BIOS по части физической геометрии дисков, привели в конце концов к появлению нового способа адресации блоков на диске. Этот способ довольно прост. Блоки на диске описываются одним параметром — линейным адресом блока. Адресация диска линейно получила аббревиатуру LBA (logical block addressing). Линейный адрес блока однозначно связан с его CHS адресом:

lba = (cyl*HEADS + head)*SECTORS + (sector-1);

Введение поддержки линейной адресации в контроллеры жестких дисков дало возможность BIOS’aм заняться трансляцией адресов. Суть этого метода состоит в том, что если в приведенной выше формуле увеличить параметр HEADS, то потребуется меньше цилиндров, чтобы адресовать то же самое количество блоков диска. Но зато потребуется больше головок. Однако головок-то как раз использовалось всего 16 из 255. Поэтому BIOS’ы стали переводить избыточные цилиндры в головки, уменьшая число одних и увеличивая число других. Это позволило им использовать разрядную сетку головок целиком. Это отодвинуло границу адресуемого BIOS’ом дискового пространства до 8 ГБ.

Нельзя не сказать несколько слов и о Large Mode. Этот режим работы предназначен для работы жестких дисков объемом до 1 ГБ. В Large Mode количество логических головок увеличивается до 32, а количество логических цилиндров уменьшается вдвое. При этом обращения к логическим головкам 0..F транслируются в четные физические цилиндры, а обращения к головкам 10..1F — в нечетные. Винчестер, размеченный в режиме LBA, несовместим с режимом Large, и наоборот.

Дальнейшее увеличение адресуемых объемов диска с использованием прежних сервисов BIOS стало принципиально невозможным. Действительно, все параметры задействованы по максимальной «планке» (63 сектора, 1024 цилиндра и 255 головок). Тогда был разработан новый расширенный интерфейс BIOS, учитывающий возможность очень больших адресов блоков. Однако этот интерфейс уже не совместим с прежним, вследствие чего старые операционные системы, такие как DOS, которые пользуются старыми интерфейсами BIOS, не смогли и не смогут переступить границы в 8GB. Практически все современные системы уже не пользуются BIOS’ом, а используют собственные драйвера для работы с дисками. Поэтому данное ограничение на них не распространяется. Но следует понимать, что прежде чем система сможет использовать собственный драйвер, она должна как минимум его загрузить. Поэтому на этапе начальной загрузки любая система вынуждена пользоваться BIOS’ом. Это и вызывает ограничения на размещение многих систем за пределами 8GB, они не могут оттуда загружаться, но могут читать и писать информацию (например, DOS который работает с диском через BIOS).

4. Разделы, или Partitions

Во время загрузки компьютера, BIOS загружает первый сектор головного раздела (загрузочный сектор) по адресу 0000h:7C00h и передает ему управление. В начале этого сектора расположен загрузчик (загрузочный код), который прочитывает таблицу разделов и определяет загружаемый раздел (активный). А дальше все повторяется. То есть он загружает загрузочный сектор этого раздела на этот же адрес и снова передает ему управление.

Разделы являются контейнерами всего своего содержимого. Этим содержимым является, как правило, файловая система. Под файловой системой с точки зрения диска понимается система разметки блоков для хранения файлов. После того, как на разделе создана файловая система и в ней размещены файлы операционной системы, раздел может стать загружаемым. Загружаемый раздел имеет в своем первом блоке небольшую программу, которая производит загрузку операционной системы. Однако для загрузки определенной системы нужно явно запустить ее загрузочную программу из первого блока. О том, как это происходит, будет рассказано чуть ниже.

Разделы с файловыми системами не должны пересекаться. Это связано с тем, что две разные файловые системы имеют каждая свое представление о размещении файлов, но когда это размещение приходится на одно и то же физическое место на диске, между файловыми системами возникает конфликт. Этот конфликт возникает не сразу, а лишь по мере того, как файлы начинают размещаться в том месте диска, где разделы пересекаются. Поэтому следует внимательно относиться к разделению диска на разделы.

Само по себе пересечение разделов не опасно. Опасно именно размещение нескольких файловых систем на пересекающихся разделах. Разметка диска на разделы еще не означает создания файловых систем. Однако, уже сама попытка создания пустой файловой системы (то есть форматирование), на одном из пересекающихся разделов может привести к возникновению ошибок в файловой системе другого раздела. Все сказанное относится в одинаковой степени ко всем операционным системам, а не только самым популярным.

Диск разбивается на разделы программным путем. То есть, Вы можете создать произвольную конфигурацию разделов. Информация о разбиении диска хранится в самом первом блоке жесткого диска, называемым главной загрузочной записью (Master Boot Record (MBR)).

5. MBR

MBR является основным средством загрузки с жесткого диска, поддерживаемым BIOS. Для наглядности представим содержимое загрузочной области в виде схемы:

Все то что находится по смещению 01BEh-01FDh называется таблицей разделов. Вы видите, что в ней четыре раздела. Только один из четырех разделов имеет право быть помеченным как активный, что будет означать, что программа загрузки должна загрузить в память первый сектор именно этого раздела и передать туда управление. Последние два байта MBR должны содержать число 0xAA55. По наличию этой сигнатуры BIOS проверяет, что первый блок был загружен успешно. Сигнатура эта выбрана не случайно. Ее успешная проверка позволяет установить, что все линии данных могут передавать и нули, и единицы.

Программа загрузки просматривает таблицу разделов, выбирает из них активный, загружает первый блок этого раздела и передает туда управление.

Давайте посмотрим как устроен дескриптор раздела:

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты 220 Вольт
Adblock
detector