Тести та огляди

Чим пишеться інформація на вінчестері. Жорсткий диск: принцип роботи та основні характеристики. Минуле та майбутнє HDD

08.09.2022

Що таке HDD, жорсткий диск та вінчестер - ці слова є різними широко поширеними термінами одного й того самого пристрою, що входить до складу комп'ютера. У зв'язку з необхідністю зберігання інформації на комп'ютері з'явилися пристрої, зберігачі інформації як жорсткий диск та стали невід'ємною частиною персонального комп'ютера.

Раніше на перших обчислювальних машинах інформація зберігалася на перфострічках - це картонний папір з пробитими дірками, наступним кроком людини в розвиток комп'ютера з'явився магнітний запис, принцип роботи якого збережений у жорстких дисках. На відміну від сьогоднішніх терабайтних HDD, інформація для збереження на них налічувала десятки кілобайт, це нікчемні розміри в порівнянні з сьогоднішньою інформацією.

Для чого потрібний HDD та його функціонал

Жорсткий диск- це постійний пристрій комп'ютера, тобто, його основна функція - довготривале зберігання даних. HDD на відміну від оперативної пам'яті не вважається енергозалежною пам'яттю, тобто після відключення живлення від комп'ютера, а потім як наслідок і від жорсткого диска, вся інформація, раніше збережена на цьому накопичувачі, обов'язково збережеться. Виходить, що жорсткий диск служить найкращим місцем на комп'ютері для зберігання особистої інформації: файли, фотографії, документи та відеозаписи, явно довго зберігатимуться саме на ньому, а збережену інформацію можна буде використовувати і надалі у своїх потребах.

ATA/PATA (IDE)- Цей паралельний інтерфейс служить не тільки для підключення жорстких дисків, але і пристроїв для читання оптичних дисків дисків . Ultra ATA є найпросунутішим представником стандарту та має можливу швидкість використання даних інформації до 133 мегабайт на секунду. Зазначений спосіб передачі даних вважається сильно застарілим і сьогодні використовуються в застарілих комп'ютерах, на сучасних системних платах роз'єму IDE вже знайти не вийде.

SATA (Serial ATA)- представляє собою послідовний інтерфейс, який став гарною заміною для застарілого PATA і на відміну від нього є можливість для підключення тільки одного пристрою, але на бюджетних системних платах, є кілька роз'ємів для підключення. Стандарт поділяється на ревізії, що мають різні швидкостіпередачі/обміну даних:

  • SATA має швидкість обміну даних можливу до 150 Мб/с. (1.2 Гбіт/с);
  • SATA rev. 2.0 - у даної ревізії швидкість обміну даними порівняно з першим інтерфейсом SATA зросла в 2 рази до 300 МБ/с (2,4 Гбіт/с);
  • SATA rev. 3.0 - обмін даних у ревізії став ще вищим до 6 Гбіт/с (600 МБ/с).

Всі вищеописані інтерфейси підключення сімейства SATA взаємозамінні, але підключивши, наприклад, жорсткий диск з інтерфейсом SATA 2 в роз'єм материнської плати SATA, обмін даних з жорстким диском буде проходитиме на основі найстаршої ревізії, в даному випадку SATA ревізії 1.0.

Жорсткі диски, або, як їх ще називають, вінчестери є однією з найголовніших складових комп'ютерної системи. Про це знають усі. Але далеко не кожен сучасний користувач навіть у принципі здогадується про те, як функціонує жорсткий диск. Принцип роботи загалом для базового розуміння досить нескладний, проте тут є свої нюанси, про які далі й йтиметься.

Питання призначення та класифікації жорстких дисків?

Питання призначення, звісно, ​​риторичне. Будь-який користувач, нехай навіть самого початкового рівня, відразу відповість, що вінчестер (він же жорсткий диск, він же Hard Driveабо HDD) відразу ж відповість, що він слугує для зберігання інформації.

Загалом і загалом правильно. Не варто забувати, що на жорсткому диску, крім операційної системи та файлів користувача, є створені ОС завантажувальні сектори, завдяки яким вона і стартує, а також деякі мітки, за якими на диску можна швидко знайти потрібну інформацію.

Сучасні моделі досить різноманітні: звичайні HDD, зовнішні жорсткі диски, високошвидкісні твердотільні накопичувачі SSD, хоча саме до жорстких дисків відносити і не прийнято. Далі пропонується розглянути пристрій та принцип роботи жорсткого дискаякщо не в повному обсязі, то принаймні в такому, щоб вистачило для розуміння основних термінів і процесів.

Зверніть увагу, що є й спеціальна класифікація сучасних HDD за деякими основними критеріями, серед яких можна виділити такі:

  • спосіб зберігання інформації;
  • тип носія;
  • метод організації доступу до інформації.

Чому жорсткий диск називають вінчестером?

Сьогодні багато користувачів замислюються над тим, чому називають вінчестерами, що належать до стрілецької зброї. Здавалося б, що може бути спільного між цими двома пристроями?

Сам термін з'явився ще далекого 1973 року, коли ринку з'явився перший у світі HDD, конструкція якого складалася з двох окремих відсіків в одному герметичному контейнері. Місткість кожного відсіку становила 30 Мб, через що інженери дали диску кодову назву «30-30», що було повною мірою співзвучно з маркою популярної на той час рушниці «30-30 Winchester». Щоправда, на початку 90-х в Америці та Європі ця назва практично вийшла з вживання, проте досі залишається популярною на пострадянському просторі.

Пристрій та принцип роботи жорсткого диска

Але ми відволіклися. Принцип роботи жорсткого диска можна коротко описати як процеси зчитування або запису інформації. Але як це відбувається? Для того щоб зрозуміти принцип роботи жорсткого жорсткого диска, в першу чергу необхідно вивчити, як він влаштований.

Сам жорсткий диск є набором пластин, кількість яких може коливатися від чотирьох до дев'яти, з'єднаних між собою валом (віссю), званим шпинделем. Пластини розташовуються одна над одною. Найчастіше матеріалом їх виготовлення служать алюміній, латунь, кераміка, скло тощо. буд. .Кожна така пластина за товщиною становить близько 2 мм.

За запис та читання інформації відповідають радіальні головки (по одній на кожну пластину), а в пластинах використовуються обидві поверхні. За якого може становити від 3600 до 7200 об./хв, і переміщення головок відповідають два електричні двигуни.

При цьому основний принцип роботи жорсткого диска комп'ютера полягає в тому, що інформація записується не абияк, а в строго певні локації, звані секторами, які розташовані на концентричних доріжках або треках. Щоб не було плутанини, застосовуються єдині правила. Мається на увазі, що принципи роботи накопичувачів на жорстких дисках, з погляду їхньої логічної структури, є універсальними. Так, наприклад, розмір одного сектора, прийнятий за єдиний стандарт у всьому світі, становить 512 байт. У свою чергу сектори поділяються на кластери, що є послідовністю поряд секторів, що знаходяться. І особливості принципу роботи жорсткого диска в цьому відношенні полягають у тому, що обмін інформацією якраз і виробляється цілими кластерами (цілим ланцюжком секторів).

Але як відбувається зчитування інформації? Принципи роботи накопичувача на жорстких магнітних дисках виглядають наступним чином: за допомогою спеціального кронштейна головка, що зчитує, в радіальному (спіралеподібному) напрямку переміщається на потрібну доріжку і при повороті позиціонується над заданим сектором, причому всі головки можуть переміщатися одночасно, зчитуючи однакову інформацію не тільки з різних доріг , але і з різних дисків(Пластин). Усі доріжки з однаковими порядковими номерами називають циліндрами.

При цьому можна виділити ще один принцип роботи жорсткого диска: чим ближче голова, що зчитує, до магнітної поверхні (але не стосується її), тим вище щільність запису.

Як здійснюється запис та читання інформації?

Жорсткі диски, або вінчестери, тому й були названі магнітними, що у них використовуються закони фізики магнетизму, сформульовані ще Фарадеєм та Максвеллом.

Як мовилося раніше, на пластини з немагниточувствительного матеріалу наноситься магнітне покриття, товщина якого становить лише кілька мікрометрів. У процесі роботи виникає магнітне поле, що має так звану доменну структуру.

Магнітний домен є строго обмеженою межами намагніченої області феросплаву. Далі принцип роботи жорсткого диска коротко можна описати так: при виникненні впливу зовнішнього магнітного поля, власне поле диска починає орієнтуватися строго вздовж магнітних ліній, а при припиненні на дисках з'являються зони залишкової намагніченості, в якій і зберігається інформація, яка раніше містилася в основному полі .

За створення зовнішнього поля при записі відповідає зчитуюча головка, а при читанні зона залишкової намагніченості, опинившись навпроти головки, створює електрорушійну силу або ЕРС. Далі все просто: зміна ЕРС відповідає одиниці в двійковому коді, яке відсутність чи припинення - нулю. Час зміни ЕРС прийнято називати бітовим елементом.

Крім того, магнітну поверхню суто з міркувань інформатики можна асоціювати як певну точкову послідовність бітів інформації. Але оскільки розташування таких точок абсолютно точно обчислити неможливо, на диску потрібно встановити якісь заздалегідь передбачені мітки, які допомогли визначити потрібну локацію. Створення таких міток називається форматуванням (приблизно, розбивка диска на доріжки та сектори, об'єднані в кластери).

Логічна структура та принцип роботи жорсткого диска з погляду форматування

Що стосується логічної організації HDD, тут на перше місце виходить саме форматування, в якому розрізняють два основні типи: низькорівневий (фізичний) і високорівневий (логічний). Без цих етапів ні про яке приведення жорсткого диска в робочий стан годі й говорити. Про те, як ініціалізувати новий вінчестер, буде сказано окремо.

Низькорівневе форматування передбачає фізичну дію на поверхню HDD, при якому створюються сектори, розташовані вздовж доріжок. Цікаво, що принцип роботи жорсткого диска такий, що кожен створений сектор має свою унікальну адресу, що включає номер самого сектора, номер доріжки, на якій він розташовується, і номер сторони пластини. Таким чином, при організації прямого доступу та ж оперативна пам'ять звертається безпосередньо за заданою адресою, а не шукає потрібну інформацію по всій поверхні, за рахунок чого досягається швидкодія (хоча це і не найголовніше). Зауважте, що при виконанні низькорівневого форматування стирається абсолютно вся інформація, і відновленню вона в більшості випадків не підлягає.

Інша справа – логічне форматування (у Windows-системах це швидке форматування або Quick format). Крім того, ці процеси застосовні і до створення логічних розділів, що становлять певну область основного жорсткого диска, що працює за тими ж принципами.

Логічне форматування, перш за все, зачіпає системну область, яка складається із завантажувального сектора та таблиць розділів (завантажувальний запис Boot record), таблиці розміщення файлів (FAT, NTFS тощо) та кореневого каталогу (Root Directory).

Запис інформації в сектори проводиться через кластер декількома частинами, причому в одному кластері не може міститися два однакові об'єкти (файли). Власне, створення логічного розділу, як би відокремлює його від основного системного розділу, внаслідок чого інформація, на ньому зберігається, при появі помилок і збоїв змін або видалення не схильна.

Основні характеристики HDD

Здається, загалом принцип роботи жорсткого диска трохи зрозумілий. Тепер перейдемо до основних характеристик, які дають повне уявлення про всі можливості (або недоліки) сучасних вінчестерів.

Принцип роботи жорсткого диска та основні характеристики можуть бути різними. Щоб зрозуміти, про що йдеться, виділимо основні параметри, якими характеризуються всі відомі на сьогодні накопичувачі інформації:

  • ємність (обсяг);
  • швидкодія (швидкість доступу до даних, читання та запис інформації);
  • інтерфейс (спосіб підключення, тип контролера).

Місткість є загальною кількістю інформації, яка може бути записана і збережена на вінчестері. Індустрія з виробництва HDD розвивається так швидко, що сьогодні у побут увійшли вже жорсткі диски з обсягами близько 2 Тб і вище. І, як вважається, це ще не межа.

Інтерфейс - найважливіша характеристика. Вона визначає, яким саме способом пристрій підключається до материнської плати, Який саме контролер використовується, як здійснюється читання та запис і т. д. Основними та найпоширенішими інтерфейсами вважаються IDE, SATA та SCSI.

Диски з IDE-інтерфейсом відрізняються невисокою вартістю, проте серед головних недоліків можна виділити обмежену кількість пристроїв, що одночасно підключаються (максимум чотири) і невисоку швидкість передачі даних (причому навіть за умови підтримки прямого доступу до пам'яті Ultra DMA або протоколів Ultra ATA (Mode 2 і Mode) 4). Хоча, як вважається, їх застосування дозволяє підвищити швидкість читання/запису до рівня 16 Мб/с, але насправді швидкість набагато нижча. комплекті з материнською платою.

Говорячи про те, що являє собою принцип роботи жорсткого диска та характеристики, не можна обминути стороною і який є спадкоємцем версії IDE ATA. Перевага цієї технології полягає в тому, що швидкість читання/запису можна підвищити до 100 Мб/с за рахунок використання високошвидкісної шини Fireware IEEE-1394.

Нарешті, інтерфейс SCSI в порівнянні з двома попередніми є найбільш гнучким і найшвидшим (швидкість запису/читання досягає 160 Мб/с і вище). Але й коштують такі вінчестери практично вдвічі дорожчі. Зате кількість пристроїв зберігання інформації, що одночасно підключаються, складає від семи до п'ятнадцяти, підключення можна здійснювати без знеструмлення комп'ютера, а довжина кабелю може становити близько 15-30 метрів. Власне, цей тип HDD здебільшого застосовується не в ПК, а на серверах.

Швидкодія, що характеризує швидкість передачі і пропускну здатність введення/виводу, зазвичай виражається часом передачі та обсягом переданих розташованих послідовно даних і виражається в Мб/с.

Деякі додаткові параметри

Говорячи про те, що є принципом роботи жорсткого диска і які параметри впливають на його функціонування, не можна обійти стороною і деякі додаткові характеристики, від яких може залежати швидкодія або навіть термін експлуатації пристрою.

Тут першому місці виявляється швидкість обертання, яка безпосередньо впливає час пошуку і ініціалізації (розпізнавання) потрібного сектора. Це так званий прихований час пошуку - інтервал, протягом якого необхідний сектор повертається до головки, що зчитує. Сьогодні прийнято кілька стандартів для швидкості обертання шпинделя, вираженої в обертах за хвилину з часом затримки в мілісекундах:

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

Неважко зауважити, що чим вища швидкість, тим менший час витрачається на пошук секторів, а у фізичному плані – на оборот диска до установки для голівки потрібної точки позиціонування пластини.

Ще один параметр – внутрішня швидкість передачі. На зовнішніх доріжках вона мінімальна, але при поступовому переході на внутрішні доріжки збільшується. Таким чином, той же процес дефрагментації, що являє собою переміщення часто використовуваних даних у найшвидші області диска, - не що інше, як перенесення їх на внутрішню доріжку з більшою швидкістю читання. Зовнішня швидкість має фіксовані значення і залежить від використовуваного інтерфейсу.

Нарешті, один з важливих моментів пов'язаний з наявністю жорсткого диска власної кеш-пам'яті або буфера. По суті принцип роботи жорсткого диска в плані використання буфера в чомусь схожий на оперативну або віртуальну пам'ять. Чим більший обсяг кеш-пам'яті (128-256 Кб), тим швидше працюватиме жорсткий диск.

Головні вимоги до HDD

Основних вимог, які здебільшого пред'являються жорстким дискам, негаразд і багато. Головне – тривалий термін служби та надійність.

Основним стандартом для більшості HDD вважається термін служби близько 5-7 років з часом напрацювання не менше ніж п'ятсот тисяч годин, але для вінчестерів високого класу цей показник становить не менше мільйона годин.

Що стосується надійності, це відповідає функція самотестування S.M.A.R.T., яка стежить за станом окремих елементів жорсткого диска, здійснюючи постійний моніторинг. На основі зібраних даних може формуватися навіть прогноз появи можливих несправностейнадалі.

Зрозуміло, що й користувач не повинен залишатися осторонь. Так, наприклад, при роботі з HDD вкрай важливо дотримуватися оптимального температурного режиму (0 - 50 ± 10 градусів Цельсія), уникати струсів, ударів і падінь вінчестера, потрапляння в нього пилу або інших дрібних частинок і т. д. До речі, багатьом буде Цікаво дізнатися, що ті ж частинки тютюнового диму приблизно вдвічі більше відстані між головкою, що зчитує, і магнітною поверхнею вінчестера, а людського волосся - в 5-10 разів.

Питання ініціалізації у системі при заміні вінчестера

Тепер кілька слів про те, які дії потрібно вжити, якщо з якихось причин користувач змінював жорсткий диск або встановлював додатковий.

Повністю описувати цей процес не будемо, а зупинимося лише на основних етапах. Спочатку вінчестер необхідно підключити та подивитися в налаштуваннях BIOS, чи визначилося нове обладнання, у розділі адміністрування дисків зробити ініціалізацію та створити завантажувальний запис, створити простий том, привласнити йому ідентифікатор (літеру) та виконати форматування з вибором файлової системи. Тільки після цього новий гвинт буде повністю готовий до роботи.

Висновок

Ось, власне, і все, що коротко стосується основ функціонування та характеристик сучасних вінчестерів. Принцип роботи зовнішнього жорсткого диска не розглядався принципово, оскільки він практично нічим не відрізняється від того, що використовується для стаціонарних HDD. Єдина різниця полягає лише у методі підключення додаткового накопичувача до комп'ютера чи ноутбука. Найбільш поширеним є з'єднання через USB-інтерфейс, який безпосередньо з'єднаний із материнською платою. При цьому, якщо хочете забезпечити максимальну швидкодію, краще використовувати стандарт USB 3.0 (порт усередині пофарбований у синій колір), природно, за умови, що і зовнішній HDD його підтримує.

В іншому ж, здається, багатьом хоч трохи стало зрозуміло, як функціонує жорсткий диск будь-якого типу. Можливо, вище було наведено занадто багато навіть зі шкільного курсу фізики, проте без цього повною мірою зрозуміти всі основні принципи і методи, закладені в технологіях виробництва та застосування HDD, зрозуміти не вдасться.

Накопичувач на жорсткому диску є, чи не одним з найважливіших елементів сучасного комп'ютера. Так як він призначений в першу чергу для довгострокового зберігання ваших даних, це можуть бути ігри, фільми та інші об'ємні файли, які у вас зберігаються на вашому ПК. І було б дуже шкода, якщо він міг би зненацька зламатися, в результаті чого ви можете втратити всі свої дані, які буває дуже складно відновити. І щоб правильно експлуатувати та замінювати цей елемент, необхідно розуміти як він працює і що собою являє – жорсткий диск.

З цієї статті ви дізнаєтеся про роботу жорсткого диска, його компоненти та технічних характеристиках.

Зазвичай головними елементами жорсткого диска є кілька круглих алюмінієвих пластин. На відміну від гнучких дисків їх складно зігнути, тому і з'явилася назва жорсткий диск. У деяких пристроях вони встановлюються незнімними, і називаються фіксованими (fixeddisk). Але у звичайних стаціонарних комп'ютерах і навіть деяких моделей ноутбуків та планшетів їх можна без проблем замінити.

Малюнок: Жорсткий дискбез верхньої кришки

Нотатка!

Чому жорсткі диски іноді називають - вінчестер і яке відношення вони мають до вогнепальної зброї. Колись у 1960-х роках компанія IBM випустила швидкісний на той момент жорсткий диск з номером розробки 30-30. Що збіглося з позначенням відомої нарізної зброї Winchester і тому цей термін незабаром закріпився в комп'ютерному жаргонному сленгу. А насправді ж жорсткі диски не мають нічого спільного зі справжніми вінчестерами.

Як працює накопичувач на жорстких дисках

Запис та зчитування інформації, що знаходиться на концентричних кіл жорсткого диска, розбитих на сектори, здійснюється за допомогою універсальних головок запису/читання.

Усі сторони диска передбачають свою власну доріжку для запису та читання, проте головки розташовуються на загальному для всіх дисків приводі. Тому головки переміщаються синхронно.

Відео YouTube: Робота відкритого жорсткого диска

Нормальна робота накопичувача не допускає торкання між головками та магнітною поверхнею диска. Однак у разі відсутності електроенергії та зупинки пристрою головки все ж таки опускаються на магнітну поверхню.

Під час роботи жорсткого диска між поверхнею пластини, що обертається, і головкою утворюється незначний повітряний проміжок. Якщо в цей проміжок проникає порошинка або пристрій піддається струсу, велика ймовірність того, що головка зіткнеться з поверхнею, що обертається. Сильний удар може стати причиною виходу з ладу головки. Результатом цього виходу може бути пошкодження кількох байтів або повна непрацездатність пристрою. З цієї причини в багатьох пристроях магнітна поверхня легується, після чого на неї наноситься спеціальне мастило, що дозволяє справлятися з періодичним струсом головок.

Деякі сучасні диски використовують механізм завантаження/розвантаження, який дозволяє голівкам торкатися магнітної поверхні навіть у разі відключення електроживлення.

Форматування високого та низького рівня

Використання форматування високого рівня дозволяє операційній системі створювати структури, що спрощує роботу з файлами та даними, що зберігаються на жорсткому диску. Всі наявні розділи (логічні диски) забезпечуються сектором завантаження тома, двома копіями таблиці розміщення файлів і кореневим каталогом. За допомогою вищевказаних структур операційній системі вдається проводити розподіл дискового простору, відстеження розташування файлів, а також обхід пошкоджених ділянок на диску.

Іншими словами, форматування високого рівня зводиться до створення вмісту диска та файлової системи (FAT, NTFS тощо). До «справжнього» форматування можна віднести лише форматування низького рівня, під час якого відбувається розподіл диска по доріжках та секторах. За допомогою DOS-команди FORMAT гнучкий диск піддається відразу обом типам форматування, тоді як жорсткий - лише форматування високого рівня.

Для того, щоб зробити низькорівневе форматування на жорсткому диску, необхідно використання спеціальної програми, яку найчастіше надає компанія-виробник диска. Форматування гнучких дисків за допомогою FORMAT передбачає виконання обох операцій, тоді як у випадку з жорсткими дисками вищезазначені операції слід виконувати окремо. Більше того, жорсткий диск зазнає і третьої операції - створення розділів, які є необхідною умовою для використання на одному ПК більше однієї операційної системи.

Організація кількох розділів надає можливість встановлювати на кожен із них свою операційну інфраструктуру з окремим томом та логічними дисками. Кожен том або логічний диск має своє літерне позначення (наприклад, диск C, D або E).

З чого складається жорсткий диск

Практично кожен сучасний вінчестер включає той самий набір компонентів:

диски(їх кількість найчастіше сягає 5 штук);

головки читання/запису(їх кількість найчастіше сягає 10 штук);

механізм приводу головок(Даний механізм встановлює головки в необхідне положення);

двигун приводу дисків(пристрій, що приводить у обертання диски);

повітряний фільтр(фільтри, розташовані всередині корпусу накопичувача);

друковану плату зі схемами управління(за допомогою цього компонента проводиться управління накопичувачем та контролером);

кабелі та роз'єми(Електронні компоненти HDD).

Як корпус для дисків, головок, механізму приводу головок і двигуна приводу дисків найчастіше використовується герметичний короб - HDA. Зазвичай цей короб є єдиним вузлом, який практично ніколи не розкривається. Інші компоненти, що не входять у HDA, до яких можна віднести елементи конфігурації, друковану плату та лицьову панель, - знімні.

Автоматичне паркування головок та система контролю

На випадок відключення живлення передбачена контактна паркувальна система, завдання якої зводиться до того, щоб опустити штангу з головками на диски. Незалежно від того, що накопичувач витримує десятки тисяч підйомів і спусків головок, що зчитують, відбуватися це все повинно на спеціально відведених для цих дій ділянках.

Під час постійних підйомів та спусків відбувається неминуча абразія магнітного шару. Якщо після зносу накопичувач зазнає струсу, то найімовірніше відбудеться пошкодження диска або головок. Для запобігання вищевказаним неприємностям, сучасні накопичувачі забезпечуються спеціальним механізмом завантаження/розвантаження, що є пластиною, яка поміщається на зовнішню поверхню жорстких дисків. Цей захід дозволяє запобігти торканню головки та магнітної поверхні навіть у разі відключення живлення. При відключенні напруги накопичувач самостійно паркує головки на поверхні похилої пластини.

Трохи про повітряні фільтри та повітря

Практично всі жорсткі диски мають два повітряні фільтри: барометричний і фільтр рециркуляції. Відрізняє вищезгадані фільтри від змінюваних моделей, що використовуються в накопичувачах старшого покоління, те, що вони поміщені всередину корпусу та їх заміна не передбачається до кінця експлуатаційного терміну.

Старі диски використовували технологію постійної перегонки повітря всередину корпусу і назад, використовуючи при цьому фільтр, який потребував періодичної зміни.

Розробникам сучасних накопичувачів від цієї схеми довелося відмовитися, а тому фільтр рециркуляції, який розташований у герметичному корпусі HDA, застосовується лише для фільтрації повітря, що знаходиться всередині короба, від дрібних частинок, що опинилися всередині корпусу. Незалежно від усіх вжитих запобіжних заходів, дрібні частинки все ж таки утворюються після багаторазових «посадок» і «зльотів» головок. З урахуванням того, що корпус накопичувача відрізняється своєю герметичністю і в ньому відбувається перекачування повітря, він продовжує функціонувати навіть за умов сильно забрудненого навколишнього середовища.

Інтерфейсні роз'єми та з'єднання

Багато сучасних накопичувачів на жорстких дисках забезпечені кількома інтерфейсними роз'ємами, призначеними для підключення до джерела живлення та системи в цілому. Як правило, накопичувач містить мінімум три різновиди роз'ємів:

інтерфейсні роз'єми;

роз'єм для подачі живлення;

роз'єм для заземлення.

На окрему увагу заслуговують інтерфейсні роз'єми, оскільки вони призначені для отримання/передачі накопичувачем команд і даних. Багато стандартів не виключають можливість підключення кількох накопичувачів до однієї шини.

Як вже згадувалося вище, накопичувачі на HDD можуть бути забезпечені декількома інтерфейсними роз'ємами:

MFM та ESDI- Вимерли роз'єми, що використовувалися на перших вінчестерах;

IDE/ATA- роз'єм для підключення накопичувачів, який довгий час був найпоширенішим через свою невисоку вартість. Технічно цей інтерфейс схожий на 16-розрядну шину ISA. Подальший розвиток стандартів IDE сприяв зростанню швидкості обміну даними, а також появі можливості безпосередньо звернутися до пам'яті за допомогою DMA технології;

Serial ATA- роз'єм, що замінив собою IDE, який фізично є односпрямованою лінією, яка використовується для послідовної передачі даних. Будучи в режимі сумісності схожий на IDE інтерфейс, проте, наявність «рідного» режиму дозволяє скористатися додатковим набором можливостей.

SCSI- універсальний інтерфейс, який активно застосовувався на серверах для підключення HDD та інших пристроїв. Незважаючи на хороші технічні показники, не став таким поширеним як IDE через свою дорожнечу.

SAS- Послідовний аналог SCSI.

USB- інтерфейс, необхідний підключення зовнішніх вінчестерів. Обмін інформацією у разі відбувається за допомогою протоколу USB Mass Storage.

FireWire- роз'єм аналогічний USB, необхідний підключення зовнішнього HDD.

Fibre Channel-інтерфейс, використовуваний системами високого класу з допомогою високої швидкості передачі.

Показники якості жорстких дисків

Місткість- обсяг інформації, що вміщується накопичувачем. Цей показник у сучасних вінчестерах може досягати до 4 терабайт (4000 гігабайт);

Швидкодія. Даний параметр безпосередньо впливає на час відгуку і середню швидкість передачі інформації;

Надійність- Показник, що визначається середнім часом напрацювання на відмову.

Обмеження фізичної ємності

Максимальний обсяг ємності, що використовується жорстким диском, залежить від цілого ряду факторів, до яких можна віднести інтерфейс, драйвера, операційну та файлову систему.

Перший накопичувач АТА, випущений в 1986 році, мав обмеження ємності, максимальне значення якого становило 137 Гб.

Різні версії BIOS також сприяли зменшенню максимальної ємності жорстких дисків, тому системи, скомпоновані до 1998 р., мали ємність – до 8,4 Гб, а системи, випущені до 1994 р., - 528 Мб.

Навіть після вирішення проблем з BIOS обмеження ємності накопичувачів з інтерфейсом підключення АТА залишилося, його максимальне значення становило в 137 Гб. Це обмеження було подолано за допомогою стандарту ATA-6, випущеного 2001 р. Цей стандартвикористовував розширену схему адресації, що, своєю чергою, сприяло збільшенню ємності накопичувачів до 144 Гб. Подібне рішення дозволило явити світла накопичувачі з інтерфейсами PATA і SATA, у яких обсяг інформації, що вміщується, - вище зазначеного обмеження в 137 Гб.

Обмеження ОС на максимальний обсяг

Практично всі сучасні операційні системине накладають будь-яких обмежень на такий показник як ємність жорстких дисків, чого не можна сказати про раніші версії операційних систем.

Так, наприклад, DOS не розпізнавав жорсткі диски, ємність яких перевищувала 8,4 Гб, оскільки доступ до накопичувачів в даному випадку виконувався за допомогою LBA-адресації, при цьому в DOS 6.x і раніше підтримувалася лише CHS-адресація.

Обмеження ємності жорсткого диска також є у разі встановлення Windows 95. Максимальне значення цього обмеження - 32 Гб. Крім цього, оновленими версіями Windows 95 підтримується лише файлова система FAT16, яка, своєю чергою, накладає обмеження у вигляді 2 Гб на розміри розділів. З цього випливає, що у разі використання жорсткого диска на 30 Гб його потрібно поділити на 15 розділів.

Обмеження операційної системи Windows 98 дозволяють використовувати жорсткі диски більшого обсягу.

Характеристики та параметри

Кожен жорсткий диск має перелік технічних характеристик, згідно з якими і встановлюється його ієрархія використання.

Насамперед, на що слід звернути увагу, так це на тип використовуваного інтерфейсу. З недавніх пір кожен комп'ютер як удосконалений і більш швидкісний інтерфейс почав використовувати SATA.

Другий не менш важливий момент – обсяг вільного місця на жорсткому диску. Мінімальне його значення нині становить лише 80 Гб, у своїй максимальне – 4 Тб.

Ще однією важливою характеристикою у разі придбання ноутбука є форм-фактор жорсткого диска.

Найбільш затребуваними в цьому випадку вважаються моделі, розмір яких - 2,5 дюйми, при цьому в настільних ПК розмір становить 3,5 дюйми.

Не варто нехтувати і швидкістю обертання шпинделя, мінімальні значення – 4200, максимальні – 15000 обертів на хвилину. Всі вищевказані характеристики безпосередньо впливають на швидкість роботи вінчестера, яка виражається в Мб/С.

Швидкість роботи жорсткого диска

Важливе значення мають швидкісні показники жорсткого диска, які визначаються:

Швидкістю обертання шпинделя, Вимірювання якої проводиться в оборотах в хвилину. У її завдання не входить безпосереднє виявлення реальної швидкості обміну, вона лише дозволяє відрізнити більш швидкісний пристрій менш швидкісного пристрою.

Часом доступу. Даний параметр обчислює час, що витрачається вінчестером, від отримання команди до передачі інформації по інтерфейсу. Найчастіше фігурую середнє та максимальне значення.

Часом позиціонування головок. Це значення вказує час, що витрачається головками, для переміщення та встановлення з одного трека на інший трек.

Пропускною спроможністюабо продуктивністю диска під час послідовної передачі великих обсягів даних.

Внутрішньою швидкістю передачі данихабо швидкістю інформації, що передається від контролера до головок.

Зовнішня швидкість передачі данихабо швидкістю інформації, що передається по зовнішньому інтерфейсу.

Трохи про S.M.A.R.T.

S.M.A.R.T.– утиліта, призначена для самостійної перевірки стану сучасних вінчестерів, що підтримують інтерфейс PATA та SATA, а також працюють у персональних комп'ютерахз операційною системою Windows(Від NT до Vista).

S.M.A.R.T. здійснює підрахунок та аналіз стану підключених жорстких дисків через рівні відрізки часу, незалежно від того запущена операційна система чи ні. Після того, як аналіз було проведено, значок результату діагностики відображається у правому кутку панелі завдань. На основі результатів, отриманих під час S.M.A.R.T. діагностики, значок може вказувати:

На відмінний стан кожного підключеного до комп'ютера вінчестера, що підтримує S.M.A.R.T. технологію;

На те, що один або кілька показників стану не відповідають граничному значенню, при цьому параметри Pre-Failure / Advisory мають нульове значення. Вищевказаний стан жорсткого диска не вважається передаварійним, проте якщо він містить вінчестер важливу інформаціюрекомендується якомога частіше зберігати її на іншому носії або зробити заміну HDD.

На те, що один або кілька показників стану не відповідають граничному значенню, при цьому параметри Pre-Failure / Advisory мають активне значення. На думку розробників жорстких дисків, цей стан передаварійний і зберігати інформацію на такому вінчестері не варто.

Чинник надійності

Такий показник, як надійність зберігання даних є однією з найважливіших характеристик жорсткого диска. Фактор відмови у вінчестера - раз на сто років, з чого можна дійти невтішного висновку, що HDD вважається найбільш надійним джерелом зберігання даних. При цьому на надійність кожного диска впливає умова експлуатації і сам пристрій. Деколи виробники постачають на ринок ще зовсім «сирий» продукт, а тому нехтувати резервним копіюваннямі повністю покладатися на вінчестер не можна.

Вартість та ціна

З кожним днем ​​вартість HDD стає дедалі меншою. Так, наприклад, сьогодні ціна жорсткого диска ATA на 500 Гб складає в середньому 120 доларів, порівняно з 1983 р. вінчестер ємністю 10 Мб коштував 1800 доларів.

Зі сказаного вище твердження можна зробити висновок, що вартість HDD продовжуватиме падати, а тому надалі всі охочі зможуть придбати досить ємні диски за прийнятними цінами.

Жорсткий диск або HDDце пристрій, який дозволяє зберігати інформацію протягом тривалого часу і який є енергонезалежним. Простими словами, залізна коробочка, де знаходяться всі ваші документи, фільми, операційна система та інше. Якщо проводити життєву аналогію, то це щось подібне до великого альбому. Взявши олівець в руки, ви можете малювати або писати твори. Якщо вам щось не сподобається, ви завжди можете взяти "стерку". Суть у тому, що в той час, коли альбом лежить у полиці, всі дані залишаються недоторканими.

Важливих аспектів у разі два. Перший – тривале зберігання. Другий – енергонезалежність. Якщо в першому випадку все має бути зрозумілим з прикладу з альбомом, то для другого випадку я дам деякі пояснення. Суть у тому, що жорсткому диску не потрібне харчування для зберігання інформації, на відміну від оперативної пам'яті. Так що ви можете вимикати комп'ютер від мережі і знати, що дані будуть збережені.

Примітка: Є поширена версія звідки пішли жаргонні назви цієї коробочки Сьогодні жорсткий диск часто називають вінчестер або, скорочено, гвинт. Пішло це від того, що перший такий пристрій мав код схожий на патрони для гвинтівки вінчестер. Наскільки це справді складно сказати, проте версія вважається найбільш реальною.

Розглянемо цю коробочку докладніше.

Якщо ви помітили, то я вже кілька разів згадав абревіатуру HDD і не так. Справа в тому, що технічна назва цієї коробочки – накопичувач на жорстких магнітних дисках або hard (magnetic) disk drive.

Але, повернемося біля пристрою жорсткого диска. В основу цієї коробочки лягає технологія магнітного запису інформації. І ось як це влаштовано. Є круглі жорсткі диски (їх часто називають млинцями), покриті феромагнітним матеріалом (може змінювати свої магнітні властивості). Є спеціальна головка, що рухається (складається з двох частин), яка, власне, і здійснює читання і запис даних (частина голівки для читання, частина для запису).

Сам процес відбувається так. Диск постійно крутиться з досить високою швидкістю, а головка ходить уздовж диска і в потрібний момент або зчитує дані, або записує. При цьому важливо відзначити, що головка не стосується диска, оскільки інакше покриття диска могло б зашкодити. Коли ж диск вимкнений, то головка знаходиться в спеціальній зоні (парковочній), знову ж таки для запобігання пошкодженню феромагнітного покриття.

Варто знати, що внутрішній механізм зроблений так, щоб суто фізично було б дуже складно пошкодити поверхню диска з даними. Однак, все ж таки з часом частини феромагнітної поверхні можуть приходити в непридатність. Тут як у відомому виразі - "Ніщо не вічне".

Також варто знати, що таких пластин може бути кілька всередині короба жорсткого диска. Як ви вже напевно здогадалися, кількість млинців впливає на обсяг інформації, що зберігається. Але не обмежується цим. Наприклад, давно диски були в 1,5 рази більше сьогоднішніх, а містилося на них 20-40Мб.

Рисунок 1. Спрощена схема круглого жорсткого диска

Примітка: На малюнку цифрами вказано: 1 – геометричний сектор, 2 – сектор доріжки, 3 – доріжка, 4 – кластер.

Розглянемо, трохи докладніше саму поверхню млинців. Щоб зберігання та запис інформації можна було структурувати, всю поверхню ділять на спеціальні доріжки. Потім весь диск ділиться за геометричними секторами (рівними один одному). Частину доріжки, яка знаходиться всередині цього геометричного об'єкта, називають сектор доріжки або просто секторами. Об'єднання кількох секторів називають кластером.

Так як диски крутяться з досить високою швидкістю (наприклад, 7200 оборотів за хвилину), то як мінімальна одиниця зберігання використовують саме кластер. Зазвичай кластер представлений розміром 4 Кб і складається з 8 сектором по 512 байтів. До речі, саме тому реальний розмір текстового файлу, що складається всього з одного символу, дорівнюватиме 4 Кб, оскільки, в принципі, розмір ділиться саме за кластерами.

Примітка: Варто знати, що існують методи, що дозволяють зберігати в одному кластері дані кількох файлів, проте зазвичай поділ йде саме кластерами.

Примітка: Також раджу ознайомитися зі статтею Твердотільний жорсткий диск або SSD накопичувач , так як це наступний виток пристроїв для зберігання даних.

Характеристики жорстких дисків

Якщо з пристроєм жорстких дисків, сподіваюся, вам стало зрозуміло, то для повноти картини залишилося розглянути основні характеристики HDD.

1. Форм-фактор. Слова страшні, а по суті означають лише фізичний розмір диска. Для стаціонарних комп'ютерів він зазвичай становить 3,5 дюйми, для ноутбуків менше, всього 2,5 дюйми.

2. Місткість. Це насправді той розмір, скільки даних може зберігати жорсткий диск. Сьогодні диски вимірюються в гігабайтах і терабайтах.

3. Швидкість обертання шпинделя. Ця якраз та сама швидкість, з якою крутяться млинці. Зазвичай це 5400 для ноутбуків та 7200 для звичайних комп'ютерів. Бувають інші швидкості, але в домашньому використанні вони просто не потрібні.

4. Рівень шуму. Тут, мабуть, ви можете і самі здогадатися про що йдеться. Є дуже гучні вінчестери, зазвичай найпростіші, а є й тихіші.

5. Ударостійкість або простолюддя живучість. По суті, означає, що перевантаження може виносити жорсткий диск без пошкодження даних. Проте вкрай не раджу перевіряти цю характеристику.

6. Інтерфейс доступу. Інтерфейс визначає роз'єми, які використовуються для підключення дисків до комп'ютера. Раніше практично всі HDD для домашніх комп'ютерів були IDE, сьогодні в основному йдеться про SATA. У разі зовнішніх дисків зазвичай USB. Варто знати, що насправді роз'єм самого диска не USB, просто всередині коробочки використовується перехідник з контролером.

Багато хто з вас знає, що вся інформація на комп'ютері, представлена ​​у вигляді файлів та папок, зберігається на жорсткому диску. А ось, що таке жорсткий дискі для чого він призначений, правильно дадуть відповідь не багато. Людям, далеким від програмування дуже важко уявити, як можна зберігати інформацію на якийсь залізяку. Адже це не скринька і не аркуш паперу, на якому можна цю саму інформацію можна записати і сховати в скриньку. Так, жорсткий диск це не скринька з листом.

Жорсткий диск (HDD, HMDD-від англ. Hard (magnetic) disk drive) - це магнітний носій інформації. На комп'ютерному сленгу його називають вінчестер. Він призначений для зберігання інформації у вигляді фотографій, картинок, листів, книг різних форматів, музики, фільмів тощо. Зовні цей пристрій зовсім не схожий на диск. Скоріше воно схоже на невелику прямокутну залізну коробочку.

Внутрішнє пристрій жорсткогодиск схожий на старий програвач вінілових платівок.

Усередині цієї металевої коробочки є круглі алюмінієві або скляні пластини-диски, що знаходяться на одній осі, по яких переміщається головка, що зчитує. На відміну від програвача головка жорсткого диска в робочому режимі не стосується поверхні пластин.

Для зручності роботи жорсткий диск ділять кілька розділів. Це умовний поділ. Здійснюється таке за допомогою операційної системи або спеціальними програмами. Нові розділи називаються логічними дисками. Їм надаються літери С, D, E або F. Зазвичай встановлюється на диск C, а файли та папки зберігають на інших дисках, щоб при краху системи ваші файли та папки не постраждали.

Подивіться відео про те, що таке жорсткий диск:

Основні характеристики жорстких дисків

  • Форм-фактор– це ширина жорсткого диска у дюймах. Стандартний розмір для настільного комп'ютера 3.5 дюйми, а для ноутбуків 2.5 дюйми;
  • Інтерфейс– у сучасних комп'ютерахвикористовується підключення до материнської плати SATA різних версій. SATA, SATA ІІ, SATA ІІІ. На старих комп'ютерах використовується інтерфейс IDE.
  • Ємність– це максимальна кількість інформації, яка може зберігати жорсткий диск, що вимірюється в гігабайтах;
  • Швидкість обертання шпинделя- Це кількість обертів шпинделя за хвилину. Чим більша швидкість обертання диска, тим краще. Для операційних систем необхідно ставити диски від 7 200 об/хв і вище, а зберігання файлів можна встановлювати диски з меншою швидкістю.
  • Час напрацювання на відмову- Це середній час безвідмовної роботи, розрахований виробником. Чим воно більше, тим краще;
  • Час довільного доступу– це середнє значення часу, потрібне голівці для позиціонування на довільній ділянці пластини. Розмір не постійна.
  • Ударостійкість– це здатність жорсткого диска переносити зміну тиску та удари.
  • Рівень шуму,який видає диск під час роботи, вимірюється у децибелах. Чим він менший, тим краще.

Нині вже є диски SSD(solid-state drive у простому перекладі – твердотільний накопичувач), які не мають ні шпинделя, ні пластин. Це пристрій на основі мікросхем пам'яті.

SSD-диски абсолютно тихі і мають дуже гарну швидкість читання та запису. Але вони поки що дуже дорогі і не дуже надійні, тому їх встановлюють лише під операційні системи, а для зберігання файлів використовують жорсткі диски IDE та SATA.