Letysite.ru

IT Новости с интернет пространства
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Назначение жесткого диска компьютера

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!

Что такое винчестер (HDD, жесткий диск) в компьютере?

Разобравшись, как подключить стационарный компьютер к Wi-Fi, установив и настроив на ПК необходимые программы, пользователь может сделать передышку и немного расширить свой кругозор. И в том числе узнать, что такое жёсткий диск и зачем он вообще нужен. Ниже будет рассказано о разновидностях HDD и значимых характеристиках устройств — ими следует руководствоваться при подборе винчестера для домашнего использования.

Что такое жёсткий диск?

Жёсткий диск, иначе называемый HDD (Hard Disk Drive), НЖМД (накопитель на жёстких магнитных дисках) или винчестер, — это универсальное устройство для хранения, миграции, планового и экстренного использования цифровых данных. На сегодня, несмотря на появление более прогрессивных и надёжных видов носителей, жёсткие диски по-прежнему занимают лидирующую позицию в этой области, и, вероятно, в ближайшие несколько лет ситуация не изменится.

В самом первом компьютере никаких жёстких дисков не было; первая модель, огромная, весящая чуть меньше тонны, появилась в 1956 году в США. Со временем размеры HDD уменьшались, производительность и ёмкость — увеличивались, а требования к материалам изготовления становились жёстче. Так, спустя полвека, и появились современные винчестеры — лёгкие и удобные, в достаточной степени защищённые от механических повреждений.

Жёсткими диски, на которых хранится информация, называются потому, что данные записываются не на гибкий магнитный слой, как в дискетах, а на твёрдые пластины, состоящие:

  • из основы из чистого, лишённого магнитных свойств стекла или алюминия;
  • и покрытия-ферромагнетика, в большинстве случаев — оксида хрома; на нём и сохраняется цифровая информация.

Теперь — несколько слов о названиях. Самое точное и наиболее редко встречающееся на практике (НМЖД) акцентирует внимание на фактическом наличии в винчестере нескольких магнитных дисков. Так оно и есть; современные накопители высокой ёмкости оснащены двумя, тремя или более «пластинками», посаженными на общую ось и обслуживаемыми каждая своей считывающей головкой, удерживаемой от непосредственного контакта с ферромагнетиком за счёт возникающей во время вращения воздушной подушки. Во время простоя эти головки отводятся в безопасную позицию, в которой просто не могут соприкасаться с дисками.

Второе по популярности наименование жёсткого диска (HDD), используемое, в частности, в названии программы Victoria HDD, означает точно то же самое; иногда оно заменяется русской калькой ХДД; главное её преимущество — отсутствие необходимости переключаться с кириллицы на латиницу и обратно.

Наконец, наименование «винчестер» обязано своим появлением рабочему названию разрабатываемой в 1970-х годах инженерами IBM модели с условным наименованием «30/30», совпавшим с одним из разработанных Winchester калибром патронов. Этот вариант почти совершенно вышел из употребления в европейских и американских странах, однако упорно сохраняется в СНГ — иногда сокращаясь до не менее известного пользователю «винта».

Важно: именно появление жёстких дисков дало развитие большинству современных технологий, связанных с разработкой, внедрением и обслуживанием операционных систем и сопутствующего программного обеспечения, в частности UEFI Boot.

Для чего нужен жёсткий диск?

Как уже упоминалось, основное назначение жёсткого диска — постоянное (в отличие от оперативной памяти) хранение виртуальных данных. Разница видна на простом примере: когда компьютер выключается, ОЗУ автоматически очищается, так как не обладает ресурсами для записи; в то же время файлы и незавершённые системные процессы сохраняются на HDD и остаются доступны после очередного включения.

Читать еще:  Какой жесткий диск купить для компьютера

Следовательно, пользователю не нужно каждый раз переписывать информацию на листочек, наносить на перфоленту, скидывать на оптический диск или дискету. Достаточно просто запустить компьютер или ноутбук — и почти мгновенно получить доступ к ранее созданным или просматриваемым данным.

Второе назначение НЖМД — перенос и распространение цифровой информации; в современных условиях возможны несколько вариантов процесса:

  • физический — пользователь записывает данные на жёсткий диск и переставляет его из одного компьютера в другой;
  • виртуальный — сведения распространяются при помощи технологий удалённого доступа, в том числе в «облаках»; в зависимости от выбранных владельцем настроек файлы могут быть доступны как только ему, так и неограниченному числу пользователей по всему миру.

Винчестеры, выполняющие вторую функцию, могут входить в состав так называемых серверов — программно-аппаратных комплексов, обеспечивающих массовый доступ к уникальным, изначально хранящимся только в одном месте данным.

Важнейшая опция жёсткого диска, являющаяся частным случаем первой, — создание среды для запуска и использования на компьютере операционной системы. Именно благодаря НЖМД пользователю нет необходимости каждый раз запускаться с дискеты, CD, DVD или флешки — теперь эта необходимость возникает только при повреждении критически важных данных на HDD или при необходимости переустановки ОС.

Разновидности винчестеров

Классифицировать жёсткие диски, работающие в бытовых компьютерах, можно по нескольким признакам. Большая часть будет перечислена далее; сейчас же следует поговорить о самом «наглядном» — необходимости установки в корпус машины.

В соответствии с этим критерием все HDD, вне зависимости от других параметров, наименования производителя и модели, можно разделить на три категории:

  • Несъёмные. Это привычные для пользователя винчестеры, устанавливаемые (и при должном уровне аккуратности закрепляемые) внутри системного блока — или в корпусе ноутбука. Как правило, они отличаются большими массогабаритами, а также имеют на плате два основных разъёма: для подключения шлейфа считывания информации и подведения электропитания. Зачем нужен первый, понятно; второй необходим, чтобы привести в движение ферромагнитные «пластинки» — иначе будет невозможно получить доступ к данным.

  • Внешние. Портативные устройства, которые подключаются к компьютеру через USB-разъём при помощи специального шнура, обеспечивающего для HDD как подвод необходимой электроэнергии, так и снятие информации. Отличаются значительно большей мобильностью — с таким НЖМД куда удобнее путешествовать, а в домашних условиях его можно использовать с тем же уровнем комфорта, что и обычную флешку. С другой стороны, винчестеры такого типа существенно чаще выходят из строя или «теряют» пути файлов; чтобы избежать неприятностей, пользователю придётся обращаться с ними как можно бережнее.

  • Гибридные. В таких жёстких дисках совмещены стандарты «несъёмной» и флеш-памяти. Проще говоря, ёмкость HDD этого типа можно «нарастить» за счёт microSD или флешки, а затем — извлечь носитель и подключить его к другому компьютеру.

Важно: сравнительно недавно появились так называемые «салазки» (или корпуса для несъёмных жёстких дисков), позволяющие подключать НЖМД через USB-разъём. При таком применении HDD фактически переходит из первой категории во вторую — со всеми её достоинствами и недостатками.

Как выбрать жёсткий диск?

Выбор жёсткого диска для компьютера легче всего сделать, по порядку отвечая на следующие вопросы:

  • Как планируется использовать HDD — внутри компьютера или в качестве переносного носителя? О преимуществах и недостатках этих разновидностей написано выше; пользователю, нечасто пускающемуся в дорогу и имеющему в распоряжении обычный стационарный ПК, логичнее будет предпочесть первый вариант; владельцу ноутбука или любителю путешествий — второй.
  • Какой на компьютере доступен интерфейс подключения? В настоящее время есть два основных варианта: IDE — сильно устаревший, но всё ещё имеющийся в продаже; SATA первого, второго и третьего поколений — новый, значительно более производительный и энергозащищённый.

Совет: узнать, какой интерфейс нужен, можно, взглянув на разъёмы старого жёсткого диска или свободные шлейфы внутри компьютера — отличить SATA от IDE не составит никакого труда.

  • Для чего планируется использовать винчестер? Это основополагающий вопрос; он напрямую определяет сразу два важных параметра: ёмкость носителя и число оборотов магнитных пластинок вокруг своей оси в минуту. Если пользователь хочет запускать с жёсткого диска операционную систему и хранить на нём «рабочую» информацию, хватит объёма от 256 гигабайтов и скорости вращения от 7200 оборотов в минуту. «Вторичные» HDD, нужные для хранения и архивирования информации, должны в современных условиях обладать ёмкостью от терабайта, однако могут иметь меньшую скорость вращения, поскольку время задержки при обращении к ним не является критическим параметром. В целом же действует эмпирическое правило: чем больше, тем лучше — но и дороже; руководствуясь предложенным алгоритмом или игнорируя его, юзер заплатит за винчестер ровно столько, сколько готов отдать — и получит соответствующие результаты.
  • В каких условиях будет эксплуатироваться НЖМД? Чем «агрессивнее» обстановка вокруг (с учётом пыли, вибрации, возможных ударов и перепадов напряжения), тем выше должен быть уровень защиты и тем дороже будет модель.
  • Будет ли компьютер работать ночью? Жёсткие диски во время вращения издают характерное жужжание — для большинства неприметное, но на некоторых людей действующее раздражающе. Чтобы избежать излишней траты нервов, пользователю рекомендуется сразу выбрать HDD с повышенным уровнем шумоизоляции.

Важно: ориентироваться при выборе винчестера на наименование производителя давно не имеет смысла. Практически весь рынок занят тремя корпорациями: Toshiba, Seagate и Western Digital — в итоге и разброс цен, и разница в качестве продукции при других равных условиях минимальны.

Теперь, определившись с требуемыми параметрами жёсткого диска для компьютера, можно отправляться в магазин — и подобрать для себя оптимальный вариант, не забыв взять у продавца гарантийный талон.

Подводим итоги

Жёсткий диск в компьютере используется для накопления, хранения и переноса цифровых данных. Другие названия носителя — HDD, винчестер или НЖМД. При выборе жёсткого диска следует обращать внимание на интерфейс, ёмкость, скорость вращения и уровень защиты; чем выше каждый из этих показателей, тем дольше проработает устройство, но тем значительнее будет его цена.

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.

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.

Читать еще:  Компьютер не видит переносной жесткий диск

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.

Устройство и характеристики
жесткого диска, SSD

Статья в доступной форме раскрывает основные принципы работы современных компьютерных запоминающих устройств — HDD и SSD.

Читатель узнает о преимуществах и недостатках каждого типа носителей, а также о том, как выбрать носитель для своего компьютера.

Долго рассказывать о важном значении запоминающих устройств и их основных функциях смысла особого нет. Практически всем известно, что в этих устройствах хранятся все данные, имеющиеся в компьютере: фотографии, видео, музыка, программы для компьютера, текстовые файлы и др. На сегодняшний день в компьютерной технике используются 2 основных типа запоминающих устройств – это жесткие диски и SSD.

Жесткий диск

Жесткий диск (накопитель на жёстких магнитных дисках (НЖМД), «винчестер», англ. — hard disk drive (HDD) – постоянное запоминающее устройство, в котором используется принцип магнитной записи. Внутри этого носителя запись данных производится на жесткие пластины, изготовленные из легкометаллического сплава или стекла, покрытые слоем специального магнитного материала (чаще всего – двуокисью хрома). В зависимости от конструкции, в жестком диске могут использоваться одна или несколько таких пластин, быстро вращающихся на одной оси.

За счет вращения создается своеобразный подпор воздуха, благодаря которому считывающие головки не касаются поверхности пластин, хотя и находятся очень близко к ним (всего несколько нанометров). Это гарантирует надежность записи и считывания данных. При остановке пластин, головки перемещаются за пределы их поверхности, поэтому механический контакт между головками и пластинами практически исключен. Такая конструкция обеспечивает долговечность жестких дисков.

Кроме пластин, в состав жесткого диска входит накопитель, привод и блок электроники.

Благодаря высокой надежности работы и относительно невысокой стоимости, жесткие диски сегодня являются самым распространенным устройством хранения информации.

В разговорной речи жесткий диск часто называют «винчестером» или сокращенно «винтом». Этот термин когда-то давно был позаимствован у охотничьего винтовочного патрона «30-30 Winchester», популярного в США на момент создания первого жесткого диска, который в то время имел созвученое название «30-30».

SSD (solid-state drive) или твердотельный накопитель — запоминающее устройство относительно нового типа, работающее на основе использования микросхем памяти и в отличие от жесткого диска не содержащее движущихся частей.

SSD по сравнению с жесткими дисками имеет ряд преимуществ: отсутствие какой-либо вибрации и шума, низкое энергопотребление, более высокая скорость работы при небольших размерах, стойкость к температурным колебаниям и механическому воздействию и др.

SSD имеют свои недостатки. Самыми большими недостатками SSD являются их высокая стоимость и быстрая изнашиваемость (обычно, около 10 тис. циклов перезаписи, в более дорогих изделиях – до 100 тис.). Последнее обязательно должно учитываться при их эксплуатации. Не рекомендуется производить дефрагментацию таких носителей (это никак не ускорит поиск информации), размещать на них файл подкачки, а также производить другие действия, связанные с их «неоправданным» использованием. Среди операционных систем семейства Windows только Windows 7 учитывает эти особенности. При использовании более ранних версий ОС Windows срок службы SSD сокращается.

Вероятно, пройдя ряд совершенствований, носители SSD со временем вытеснят классические жесткие диски. Но пока для рядового пользователя последние остаются более предпочтительным вариантом с точки зрения как долговечности, так и стоимости.

Основные характеристики жестких дисков и SSD:

• Емкость – показатель, определяющий количество данных, которые на нем можно хранить. Сегодня существуют жесткие диски емкостью более 4000 ГБ. Максимальные показатели SSD более низкие. Нужно учитывать, что при маркировке емкости запоминающих устройств, производители используют величины, кратные не 1024 (как обычно принято), а 1000. То есть винчестер, емкость которого согласно маркировки равна, например, 500 ГБ, на самом деле сможет хранить не более 465 ГБ информации.

• Интерфейс – совокупность линий связи, которыми запоминающее устройство подсоединяется к материнской плате компьютера. Каждый тип интерфейса имеет свои особенности и скорость передачи данных. Наиболее распространенным на данный момент является интерфейс SATA. Более старый PATA пока также встречается часто.

• Форм-фактор , а иначе говоря физический размер запоминающего устройства, измеряется в дюймах. Классический жесткий диск имеет форм-фактор 3,5 дюйма. В ноутбуках, нетбуках и других портативных устройствах чаще всего используются запоминающие устройства 2,5 либо 1,8 дюйма, хотя встречаются и другие варианты.

• Время произвольного доступа (RAT, random access time) – этот показатель имеет значение только при выборе жестких дисков (для SSD не актуально) и обозначает средний промежуток времени, за который устройство осуществляет позиционирования головки на нужный участок магнитной пластины. Этот параметра в современных устройств варьирует в пределах 2,5 — 16 мс (чем меньше, тем лучше).

• Скорость вращения шпинделя – количество оборотов магнитных пластин жесткого диска за 1 минуту (для SSD не актуально). От этого показателя напрямую зависит производительность запоминающего устройства (чем выше, тем лучше), а также его энергопотребление, степень вибрации и шума (чем ниже, тем лучше). Здесь важен баланс: для стационарных компьютеров лучше выбрать более быстрый носитель, для портативного – более экономичный и тихий. Скорость вращения шпинделя современных жестких дисков может варьировать от 4200 до 15000 оборотов в минуту.

• Объём буфера — специальной внутренней быстрой памяти диска, используемой для временного хранения данных с целью сглаживания перебоев при чтении и записи информации на носитель и ее передачи по интерфейсу. В современных запоминающих устройствах буфер может достигать размеров до 64 МБ. Чем этот показатель больше, тем лучше.

Это основные характеристики жестких дисков и SSD, которые нужно учитывать при их выборе. Иногда говорят также о количестве операций ввода-вывода в секунду, уровне потребления электроэнергии, ударостойкости, скорости передачи информации и др.

За всю историю своего существования жесткие диски производились многими фирмами. В связи с поглощением одних компаний другими, по состоянию на момент подготовки этого материала на рынке оставалось только три производителя этого типа устройств: Toshiba, WD (Western Digital) и Seagate. Их продукция воплощает многолетний опыт работы и является достаточно качественной.

С запоминающими устройствами типа SSD дела обстоят иначе. Это новая, быстро развивающаяся отрасль, в которой свои силы пробуют многие производители. Говорить о более высоком качестве продукции отдельных из них особых оснований пока нет.

Каково устройство жесткого диска или HDD?

Существует не так уж много компонентов персонального компьютера, которые вызывали бы у пользователя столь живой интерес, как компонент, который в списке характеристик компьютера принято обозначать краткой аббревиатурой HDD. И это неудивительно, ведь одной из важнейших функций компьютера является хранение информации, и именно HDD (Hard Disk Drive), также часто называемый жестким диском, накопителем на жестких магнитных дисках (НЖМД) или винчестером, ответственен за долговременное хранение всей информации пользователя, порой являющейся результатом его кропотливого и плодотворного труда.

Читать еще:  Что дает жесткий диск в компьютере

Описание и назначение

Несмотря на то, что винчестер обычно устанавливается внутри системного блока (хотя существуют и такое устройство, как внешний жесткий диск), как правило, его принято относить к системе внешней памяти компьютера. Предназначение HDD – долговременное хранение больших объемов данных, использующихся компьютером, файлов операционной системы и программ.

Винчестер является одним из самых сложных устройств компьютера и единственным из важнейших компонентов компьютера, в котором одновременно используются как механические, так и электронные элементы.

Винчестер подключается к системной плате при помощи специального кабеля данных, а также кабеля питания. Существует несколько стандартов интерфейсов для подключения HDD и среди них можно отметить такие интерфейсы как IDE (Parallel ATA), Serial ATA (SATA) и SCSI. Кроме того, такая разновидность винчестера, как внешний жесткий диск, может подключаться к персональному компьютеру при помощи шины USB.

История

Жесткий магнитный диск, как и использующиеся в нем технологии, имеет долгую историю. Прежде всего, стоит отметить, что методика записи информации на магнитный носитель была разработана еще в конце позапрошлого века. Что же касается компьютерных устройств, записывающих информацию на магнитные диски, то они были созданы в середине 1950-х гг. фирмой IBM для своих суперкомпьютеров. Правда, тогдашний винчестер мало походил на современный – его емкость составляла всего несколько мегабайт, а размером он был с большой шкаф.

В последующие годы фирма IBM также оставалась флагманом в области разработки НЖМД. В частности, ею в начале 1970-х гг. была разработана сравнительно компактная модель накопителя под кодовым названием «Винчестер» (в честь популярной разновидности ружья). Конструкция данной модели оказалась столь удачной, что сохранилась в общих чертах вплоть до сегодняшних дней, а ее кодовое название стало нарицательным для всех устройств данного типа.

Тем не менее, несмотря на то, что в больших компьютерах жесткие магнитные диски широко использовались в течение десятилетий, в персоналках они появились далеко не сразу. Во многом это объяснялось громоздкостью и дороговизной тогдашних накопителей на жестких дисках Однако к концу 1980-х гг в большинстве компьютеров семейства IBM PC уже был установлен винчестер. Преимущества жестких дисков перед накопителями на гибких магнитных дисках были очевидны – это большая емкость, быстродействие и надежность хранения данных.

Устройство

Общий вид разобранного жесткого диска с несколькими пластинами

Теперь стоит подробнее рассмотреть устройство жесткого диска, и изучить, какие основные элементы его составляют. Прежде всего, следует прояснить вопрос о том, почему данный тип накопителя называется жестким диском или накопителем на жестких дисках, и в чем состоит его отличие от накопителя для гибких дисков (флоппи-дисковода). Данный термин подчеркивает основную особенность HDD – то, что информация в этом устройстве размещается на достаточно толстых негнущихся пластинах (платтерах), на которые нанесен магнитный слой. Эта особенность выгодно отличает винчестер от гибкого диска, поскольку значительно облегчает точное позиционирование магнитных головок, а также гарантирует большую степень сохранности информации.

Из самого названия устройства ­- накопитель на жестких дисках, следует тот факт, что подобных пластин в накопителе не одна, а несколько. И действительно, в НЖМД может присутствовать несколько магнитных пластин. Однако это обстоятельство справедливо, в основном, для старых дисков, в современных же накопителях, часто используется всего одна пластина, причем иногда лишь одна ее сторона.

Основа пластин HDD изготавливается из алюминиевого сплава или специального стекла. На нее наносится особый слой из ферромагнитного материала — диоксида хрома. Современный винчестер имеет чрезвычайно высокую плотность записи информации – до 1 Тбит на квадратный дюйм. Полный же объем жесткого диска на сегодняшнее время составляет значительную величину – до 8 ТБайт для 3,5-дюймовых серверных накопителей топ-уровня.

После включения HDD пластины раскручиваются и вращаются с большой и постоянной скоростью в течение всей работы устройства. Эта скорость у разных винчестеров может иметь разные значения (например, 5400 или 7200 об/мин), причем от данного параметра во многом зависит скорость считывания данных с диска.

Для считывания информации с диска и одновременно для записи на него информации служат магнитные головки, которые способны поворачиваться при помощи специального соленоидного привода таким образом, что могут получить быстрый доступ к любой точке диска, которая может быть расположена как на его внешнем крае, так и на внутреннем. Время, которое требуется головкам для позиционирования к любой части диска, называется временем произвольного доступа и тоже является одним из важнейших параметров накопителя. Как правило, для современных HDD время произвольного доступа составляет от 2,5 до 16 мс.

Магнитная головка жесткого диска

Для того, чтобы избежать повреждения пластины и головок во время возможных соударений, поверхность диска тщательно обрабатывается с целью удаления мельчайших неровностей и полируется. При работе диска головки плотно прилегают к поверхности пластины, однако, все-таки не соприкасаются с ней, а отделены от нее небольшим воздушным зазором. При выключении диска, чтобы избежать нежелательного падения головок на поверхность диска, предусмотрена процедура парковки головок, то есть отвод их за пределы поверхности магнитной пластины.

Пластина жесткого диска представляет собой неплохое зеркало

Работой накопителя на жестких дисках управляет контроллер, или блок электроники, который встроен в корпус самого диска. Кроме микросхем, управляющих работой механики и электроники диска, в блоке электроники расположена также кэш-память, которая необходима для ускорения операций чтения-записи.

Плата контроллера жесткого диска

Корпус HDD может изготавливаться в нескольких форм-факторах. Внутренние диски форм-фактора 3,5 дюйма, как правило, используются в настольных компьютерах, а накопители форм-фактора 2,5 дюйма – в ноутбуках.

Логическая структура данных на винчестере

Устройство жесткого диска во многом определяет такое важное понятие, как структура размещения информации на HDD или геометрия диска. Геометрия диска включает такие координатные элементы, как головки, цилиндры и сектора. Под головкой в данном случае подразумевается не собственно магнитная головка, а та сторона магнитной пластины, к которой эта головка относится. Цилиндр представляет собой набор дорожек на пластинах, расположенных на одинаковом расстоянии от края диска, а сектор, являющийся самой младшей координатой жесткого диска – это часть окружности, на которой расположен цилиндр. Сектор жесткого диска, как правило, имеет объем в 512 байт.

Процедура нанесения на поверхность диска границ цилиндров и секторов носит название низкоуровневого форматирования. Однако стоит иметь в виду, что у современных дисков логическая геометрия, т.е. геометрия, доступная пользователю, например, в опциях BIOS, не соответствует физической, т.е. реальной геометрии. Информация о физической геометрии диска обычно скрыта от пользователя и доступна лишь контроллеру накопителя.

Головки, цилиндры и сектора

Разновидности

По способу размещения относительно корпуса компьютера жесткие диски делятся на такие типы, как внутренний жесткий диск и внешний жесткий диск (также известный, как съемный жесткий диск). О последнем типе жестких дисков стоит, пожалуй, рассказать более подробно.

Внешний жесткий диск является сравнительно недавним изобретением, которое стало доступно после появления технологий, которые повысили степень надежности хранения информации на жестком диске, считавшемся ранее довольно хрупким устройством. Внешний жесткий диск не находится постоянно в корпусе персонального компьютера, а подключается к нему извне, как правило, при помощи порта USB. Съемный жесткий диск обычно не требует дополнительного источника питания, хотя бывают и исключения. Как правило, внешний жесткий диск имеет один из тех форм-факторов, которые характерны и для внутренних накопителей – это форм-факторы 3,5 и 2,5 дюйма.

В последнее время внешний жесткий диск является незаменимым устройством для тех пользователей, которые желают обладать объемным и относительно компактным переносным носителем информации. Внешний жесткий диск можно использовать для увеличения объема информации, доступного на компьютере. Кроме того, внешний жесткий диск представляет собой удобное средство для создания резервных копий информации, содержащейся на основном жестком диске.

Если еще несколько лет назад внешний жесткий диск стоил намного дороже внутреннего, то теперь разница в стоимости между этими типами дисков составляет всего несколько процентов, что делает съемный жесткий диск неплохим выбором для устройства хранения информации.

Будущее жестких дисков и перспективные технологии записи

Мало найдется таких компьютерных устройств, которым компьютерные аналитики столь часто предрекали бы скорую смерть, и которые раз за разом опровергали все пессимистические прогнозы насчет своего будущего, как жесткие диски. Хотя винчестер, как устройство для хранения информации, имеет ряд обусловленных наличием механических приводов очевидных недостатков, таких, как низкие быстродействие и надежность, а также высокий уровень шума, тем не менее, на сегодняшний день жесткие диски являются безусловными лидерами среди накопителей по такому параметру, как стоимость на единицу объема информации. Кроме того, максимальный объем жесткого диска на сегодняшний день тоже превосходит подобный параметр для других типов накопителей.

Это связано, во многом, с тем, что многочисленные прогнозы о кончине жестких дисков при достижении ими естественной границы емкости, обусловленной физическими размерами магнитных доменов, пока что не сбылись. В последние годы было разработано немало инновационных технологий, позволивших значительно увеличить плотность записи информации на магнитных пластинах, например, технология поперечной записи, позволяющая размещать магнитные домены перпендикулярно поверхности пластины. На подходе же еще более многообещающие технологии, такие, как технологии структурированной записи и термоассистируемой записи, позволяющие увеличить плотность информации на магнитной пластине более чем в 50 раз по сравнению с сегодняшним уровнем. Поэтому, несмотря на появление в последние годы таких перспективных типов устройств для хранения информации, как, например, твердотельные накопители, в ближайшее десятилетие гегемонии жестких дисков в сегменте накопителей большого и сверхбольшого объема, похоже, ничто не угрожает.

Заключение

Винчестер – одно из сложнейших устройств персонального компьютера, совмещающее многие лучшие достижения современной науки и технологии в области физики, механики и электроники.

В настоящее время жесткие диски повсеместно используются в компьютерном мире и не только для хранения информации, доступной отдельным пользователям персональных компьютеров, но и для хранения информации, доступной миллиардам пользователей глобальной сети Интернет, в том числе и того текста, который вы в данный момент читаете. Современную компьютерную цивилизацию трудно представить как без скромного винчестера домашнего компьютера, так и без быстродействующих сетевых накопителей, использующихся в мощных профессиональных серверах.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector