Tooprogram.ru

Компьютерный справочник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Накопитель на жестком диске винчестер

Компьютерная Энциклопедия

Архитектура ЭВМ

Компоненты ПК

Интерфейсы

Мини блог

Самое читаемое

Накопители на жёстких дисках

Накопители на жестких дисках

Что такое жесткий диск

Накопитель на жестком диске многим кажется самым необходимым и в то же время загадочным компонентом компьютерной системы. Как известно, он предназначен для долгосрочного хранения данных, и последствия его выхода из строя зачастую оказываются катастрофическими. Предполагается, что данные на жестком диске будут храниться до тех пор, пока сам пользователь их не сотрет или не перепишет. Для правильной эксплуатации или модернизации компьютера необходимо хорошо себе представлять, что же это такое — накопитель на жестком диске.

Основными элементами накопителя являются несколько круглых алюминиевых или некристаллических стекловидных пластин. В отличие от гибких дисков (дискет) их нельзя согнуть; отсюда и появилось название жесткий диск (см. рисунок). В большинстве устройств они несъемные, поэтому иногда такие накопители называются фиксированными (fixed disk). Существуют также накопители со сменными дисками.

Примечание!

Формфакторы

Одним из краеугольных камней индустрии ПК была стандартизация; физические и электрические характеристики жестких дисков — тому свидетельство. Благодаря промышленным стандартам можно приобрести корпус (или систему) у одного производителя и установить в него накопитель от другого и при этом быть уверенным, что накопитель войдет в отсек, шурупы совпадут с предназначенными для них отверстиями, а кабели подойдут к разъемам. Промышленные стандарты обеспечивают взаимную совместимость различных корпусов, системных плат, кабелей и накопителей.

Интересно проследить историю принятия стандартных форм и размеров. В некоторых случаях один производитель создавал накопитель общепринятой формы, поддерживающий популярный протокол обмена данными, в то время как другие копировали или клонировали параметры этого накопителя, создавая продукты, физически или электрически совместимые с оригиналом. Но бывало и так, что различные комитеты или группы формировались для утверждения определенных промышленных стандартов, после чего всем компаниям предлагалось создавать продукты, им соответствующие.

С течением времени появилось несколько стандартных типов жестких дисков, обычно различающихся размером пластин. В таблице представлены типы жестких дисков, применявшихся в настольных и портативных компьютерах.

На данный момент в настольных компьютерах используются накопители шириной 3,5 дюйма, а в портативных — 2,5 дюйма и меньше. На смену накопителям формфактора 3,5 дюйма с интерфейсом Parallel ATA быстро приходят накопители с интерфейсом Serial ATA, которым оснащены все современные компьютеры. В то же время ноутбуки, в которых используются жесткие диски с интерфейсом Serial ATA, стали появляться на рынке относительно недавно. Это связано с тем, что количество наборов микросхем для ноутбуков, поддерживающих интерфейс SATA, крайне ограничено; подавляющее их большинство ограничивается поддержкой интерфейса PATA. При этом поддержка SATA часто была реализована с помощью дополнительного контроллера, интегрированного на системной плате, что отрицательно сказывалось как на цене, так и на энергопотреблении ноутбука. И только наборы микросхем серии 900 от компании Intel обзавелись SATA, а накопители SATA формфактора 2,5 дюйма доступны на рынке.

Принципы работы накопителей на жестких дисках

В накопителях на жестких дисках данные записываются и считываются универсальными головками чтения/записи с концентрических окружностей вращающихся магнитных дисков (дорожек), разбитых на секторы емкостью 512 байт (см. рисунок).

В накопителях обычно устанавливается несколько дисковых пластин и данные записываются на обеих сторонах каждой из них. В большинстве накопителей есть по меньшей мере два или три диска (что позволяет выполнять запись на четырех или шести сторонах), но существуют также устройства, содержащие до 11 и более дисков. Однотипные (одинаково расположенные) дорожки на всех сторонах дисков объединяются в цилиндр (см. рисунок ниже). Для каждой стороны диска предусмотрена своя дорожка чтения/записи, но при этом все головки смонтированы на общем стержне, или приводе. Поэтому головки не могут перемещаться независимо друг от друга, т.е. двигаются только синхронно.

Жесткие диски вращаются намного быстрее, чем гибкие. Частота их вращения даже в большинстве первых моделей составляла 3600 об/мин (т.е. в 10 раз больше, чем в накопителе на гибких дисках) и до последнего времени была почти стандартом для жестких дисков. Но в настоящее время частота вращения жестких дисков возросла. Несмотря на то что скорость вращения может изменяться, современные устройства раскручивают пластины до 4200, 5400, 7200, 10000 и даже 15000 об/мин. Некоторые диски малых формфакторов с целью экономии электроэнергии раскручиваются всего до 4200 об/мин, в то время как высокоскоростные можно встретить в основном в рабочих станциях и серверах, где повышенная цена, а также дополнительный шум и тепловыделение не играют решающей роли. Высокая скорость вращения в сочетании со скоростным механизмом подачи головок и большим количеством секторов на дорожке — вот главные факторы, определяющие общую производительность жесткого диска.

При нормальной работе жесткого диска головки чтения/записи не касаются (и не должны касаться!) дисков. Но при выключении питания и остановке дисков они опускаются на поверхность. Во время работы устройства между головкой и поверхностью вращающегося диска образуется очень малый воздушный зазор (воздушная подушка). Если в этот зазор попадет пылинка или произойдет сотрясение, головка “столкнется” с диском, вращающимся “на полном ходу”. Если удар будет достаточно сильным, произойдет поломка головки. Последствия этого могут быть разными — от потери нескольких байтов данных до выхода из строя всего накопителя. Поэтому в большинстве накопителей поверхности магнитных дисков легируют и покрывают специальными смазками, что позволяет устройствам выдерживать ежедневные “взлеты” и “приземления” головок, а также более серьезные потрясения.

В некоторых современных накопителях вместо конструкции CSS (Contact Start Stop) используется механизм загрузки/разгрузки, который не позволяет головкам входить в контакт с жесткими дисками даже при отключении питания накопителя. Этот механизм впервые был использован в 2,5-дюймовых накопителях портативных компьютеров, для которых устойчивость к механическим воздействиям играет весьма важную роль. В механизме загрузки/разгрузки используется наклонная панель, расположенная непосредственно над внешней поверхностью жесткого диска. Когда накопитель выключен или находится в режиме экономии потребляемой мощности, головки съезжают на эту панель. При подаче электроэнергии головки разблокируются только тогда, когда скорость вращения жестких дисков достигнет нужной величины. Поток воздуха, создаваемый при вращении дисков (аэростатический подшипник), позволяет избежать возможного контакта между головкой и поверхностью жесткого диска.

Читать еще:  Принцип работы жесткого диска кратко

Поскольку пакеты магнитных дисков содержатся в плотно закрытых корпусах и их ремонт не предусмотрен, плотность дорожек на них очень высока — до 96000 и более на дюйм (Hitachi Travelstar 80GH). Блоки HDA (Head Disk Assembly — блок головок и дисков) собирают в специальных цехах в условиях практически полной стерильности. Обслуживанием HDA занимаются считанные фирмы, поэтому ремонт или замена каких-либо деталей внутри герметичного блока HDA обходится очень дорого. Вам придется смириться с мыслью, что рано или поздно накопитель выйдет из строя, и вопрос только в том, когда это произойдет и успеете ли вы сохранить свои данные.

Внимание!

Многие пользователи считают накопители на жестких дисках самыми хрупкими и ненадежными узлами компьютеров, и, вообще говоря, они правы. Однако во время проводимых мною семинаров по аппаратному обеспечению компьютеров и проблемам восстановления данных накопители практически постоянно работали со снятыми крышками. Иногда приходилось даже снимать и устанавливать на место крышки работающих накопителей, и несмотря на это они по сей день продолжают успешно работать и с крышками, и без них. Разумеется, я не советую вам делать то же самое со своими устройствами.

Основные компоненты жестких дисков

Существует множество типов накопителей на жестких дисках, но практически все они состоят из одних и тех же основных узлов. Конструкции этих узлов, а также качество используемых материалов могут различаться, но их основные рабочие характеристики и принципы функционирования одинаковы. Основные элементы конструкции типичного накопителя на жестком диске (см. рисунок ниже) перечислены ниже:

  • диски;
  • головки чтения/записи;
  • механизм привода головок;
  • двигатель привода дисков;
  • печатная плата со схемами управления;
  • кабели и разъемы;
  • элементы конфигурации (перемычки и переключатели).

Диски, двигатель привода дисков, головки и механизм привода головок обычно размещаются в герметичном корпусе, который называется HDA (Head Disk Assembly — блок головок и дисков). Обычно этот блок рассматривается как единый узел; его почти никогда не вскрывают. Прочие узлы, не входящие в блок HDA (печатная плата, лицевая панель, элементы конфигурации и монтажные детали), являются съемными.

Характеристики

Если вы решили купить новый накопитель или просто хотите разобраться, каковы различия между устройствами разных семейств, сравните их параметры. Ниже приведены критерии, по которым обычно оценивается качество жестких дисков:

Жесткий диск

HDD (Hard Disk Drive – устройство управления жесткими дисками, винчестер, жесткий диск, дисковод жестких дисков, накопитель на жестком магнитном диске (НМЖД), Hard Magmetic Disk Drive (HMDD)) используется для хранения больших объемов информации пользователя.

Рисунок 1. Разобранный жесткий диск

Назначение

НЖМД является наиболее совершенным и сложным устройством современного ПК. Его диски способны вместить много мегабайт информации, которая передается с большой скоростью. Основные принципы работы жесткого диска за время его существования остались практически неизменными. НЖМД помещен в герметичный металлический корпус, который защищает дисковод от частичек пыли и защищает накопитель от электромагнитных помех.

НЖМД служит для длительного хранения информации, при этом в процессе работы данные могут удаляться и записываться. Жесткий диск используется для хранения больших объемов информации. Емкость жестких дисков современных ПК составляет несколько терабайт.

История

Первый жесткий диск фирма $IBM$ создала в $1973$ г. Он вмещал до $16$ Мбайт информации. Диск состоял из $30$ цилиндров, которые были разбиты на $30$ секторов, и обозначался как $30/30$. По аналогии с автоматическими винтовками, которые имели калибр $30/30$, этот диск получил название «винчестер».

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Рисунок 2. НЖМД объёмом $44$ Мб ($1980$-е гг.)

Строение и принцип работы НЖМД

Жесткий диск помещен в герметичную железную коробку, в которой размещены магнитные диски, блок головок для чтения и записи и электродвигатель.

При включении ПК электродвигатель раскручивает магнитный диск до скорости в несколько тысяч об/мин и диск вращается в течении всего времени, пока ПК включен.

Рисунок 4. Устройство и принцип работы НЖМД

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

Вследствие высокой скорости вращения диска специальные магнитные головки, которые записывают и считывают информацию, «парят» над ним. При касании головок к диску он быстро пришел бы в негодность.

Логическая структура магнитного диска

  • загрузочный сектор (boot record) – сектор с номером $0$, в котором содержится небольшая программа, с помощью которой ПК определяет возможность загрузки операционной системы с данного диска;
  • таблица размещения файлов, в которой хранятся сведения о размещении файлов на диске;
  • область данных (data area), которая служит для непосредственного хранения данных и занимает основную часть дискового пространства.

Основные параметры жесткого диска

Емкость – для настольных ПК от $40$ Гб до нескольких Тб.

Скорость чтения данных. $IDE$ ($ATA$) имеет максимальную скорость передачи данных $2,1–8,3$ Мб/сек, $EIDE$ ($ATA-2$) – $11,1–33,3$ Мб/сек. Эта скорость зависит от того, куда передаются данные: в регистры ЦП или непосредственно в оперативную память (более производительный режим).

Скорость вращения диска достигает $15 000$ об/мин. Скорость вращения жесткого диска в основном влияет на сокращение среднего времени доступа (поиска). Жесткие диски вращаются непрерывно даже тогда, когда к ним нет обращений, что увеличивает скорость передачи данных, т.к. при обращении не тратится время на разгон диска.

Читать еще:  Как отформатировать подключенный жесткий диск

Стандартные скорости для настольных ПК $5 400$, $5 900$, $7 200$ и $10 000$ об/мин. В ноутбуках скорость вращения меньше – $4 200$, $5 400$ и $7 200$ об/мин.

Размер кэш-памяти, в которую ПК помещает данные, наиболее часто используемые.

Фирма-производитель. Производством жестких дисков занимаются $7$ компаний: Fujitsu, Hitachi, Maxtor, Samsung, Seagate, Toshiba и Western Digital. При этом каждая модель одного производителя имеет свои, только ей присущие, особенности.

Интерфейсы подключения НЖМД

В современных ПК существуют НЖМД с различными интерфейсами подключения:

$IDE$ (или $ATA$) – интерфейс подключения жесткого диска к контроллеру с помощью $40-$ или $80$-жильного шлейфа. К одному шлейфу можно подключить сразу $2$ устройства, для чего необходимо произвести некоторые дополнительные настройки.

Serial $ATA$ ($SATA$) – интерфейс с более высокой скоростью, поддерживаемый всеми современными системными платами. Данные передаются по семижильному кабелю, накопители конфигурируются автоматически без дополнительных настроек.

$SCSI$ – производительный параллельный интерфейс, который применяется в системах на основе сервера. Системные платы с поддержкой $SCSI$ встречаются редко, поэтому для подключения $SCSI$-дисков необходимо установить дополнительный $SCSI$-контроллер. В некоторых современных системах встречается интерфейс – $SAS$ (Serial Attached SCSI).

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь

Жесткий диск HDD — что это такое: все о накопителе

Жесткий диск является важной частью компьютера, на нем хранятся все ваши файлы, фотографии, фильмы. Именно с него и загружается операционная система, когда вы включаете свой ПК или ноутбук, если конечно не используете SSD.

Он установлен практически в каждом компьютере и знать, что он из себя представляет стоит каждому. Это довольно сложное устройство, которое обладает множеством возможностей и своих преимуществ перед другими накопителями информации.

Недавно мы разобрали, что такое SSD накопитель, данный материал будет посвящен другому накопителю информации — жесткому диску, вы узнаете, что это, из чего состоит и как работает.

Что такое жесткий диск HDD

Жесткий диск (HDD, hard disk, магнитный диск) — это устройство для хранения данных, в котором используются магнитные пластины для записи информации. Применяется в большинстве настольных компьютеров и ноутбуках в качестве основного накопителя.

На сленге часто называется — винчестер, так его прозвали в 1973 году из-за сходства с винтовкой Winchester. Все потому, что у модели HDD 3340 было 2 модуля по 30Мб, а у винтовки патроны назывались 30-30 Winchester. Эта «удивительная» схожесть и породила такое название. Хотя в России чаще его просто называют — винт.

Память на таком устройстве не энергозависима, как, например, у оперативной памяти, это означает, что данные не будут стираться при отключении питания.

На компьютере или ноутбуке просто необходимо, чтобы был установлен какой-либо накопитель информации, это может быть, как раз жесткий диск, или твердотельный накопитель. Такой накопитель выполняет следующие функции:

  • Хранит на себе всю операционную систему, ее файлы и настройки
  • Все файлы, пользователи, музыка, фото, видеоролики, документы и т.д.
  • Используется для хранения временных файлов самой системой, чтобы разгрузить оперативную память

Конструкция

Конструкция HDD выглядит одновременно простой и довольно сложной. Собирается он из следующих основных компонентов:

  • Корпус — защищает от пыли, влаги
  • Магнитные пластины — на них, как раз и производится запись информации
  • Головки записи/чтения — они считывают информацию с магнитных пластин
  • Двигатель — он вращает магнитные пластины
  • Контроллер — управляет работой, по сути это обычная микросхема

В конструкции есть и другие элементы, но эти основные из них.

Как работает жесткий диск

По сути жесткие диски записывают и считывают информацию, примерно также, как происходить запись и чтение на виниловых пластинках. Т.е. не углубляясь в множество терминов. Головки чтения и записи информации при помощи магнитных импульсов записывают и считывают данные с магнитных пластин.

Записанная информация хранится на секторах, которые для большего удобства объединяются в кластеры. Выглядит это примерно, как разрезанная пицца. Запись информации происходит в непрерывной последовательности кластеров, т.е. головка для записи/чтения двигается по пластине без лишних сдвигов ровно по кластерам.

Это дает возможность быстрого доступа к записанной информации. Но, к сожалению, при удалении, какой-либо информации кластера пустеют и происходит фрагментация файлов подробнее об этом в материале — что такое дефрагментация диска.

Виды жестких дисков

Магнитные диски делают много разных производителей, основные из них это: Seagate, Western Digital и Toshiba. Делят их на следующие виды:

  • 3.5 дюймов — используют HDD такого размера обычно в персональных компьютерах и на серверах
  • 2.5 дюймов — в таком варианте можно чаще всего встретить в ноутбуках, но и на ПК тоже ставят
  • Внешние HDD — работают по USB, можно подключить к любому устройству, например, к телевизору, что реально удобно

По другим параметрам будем делить их по характеристикам.

Характеристики жестких дисков

Основные характеристики Hard Disk это:

  • Объем памяти — для домашнего ПК рекомендую на данный момент брать модели от 1 Тб т.к. игры, кино и другой медиа контент будет занимать довольно много места.
  • Форм фактор — для ПК стоит взять или 3.5 или 2.5, а для ноутбука 2.5. Если нужен, например, для телевизора — берите внешний.
  • Скорость работы — брать только от 7200 об/мин, остальное будет очень медленно, я про 5400 об/мин, особенно по сравнению с SSD. Лучше если найдете вариант с 10000 об/мин.
  • Интерфейс подключения — на данный момент в материнских платах для HDD предусмотрен интерфейс SATA, раньше использовался IDE. Внешние же — подключаются просто по USB.
  • Время произвольного доступа — промежуток в течение, которого жесткий гарантированно выполнит запись или чтение. Обычно это от 3 до 15 миллисекунд.
Читать еще:  Какова логическая структура жесткого диска

Также их можно еще разделить на: уровень издаваемого шума, защищенность от физического воздействия, надежность, на сколько циклов рассчитан.

Преимущества HDD дисков

Самое главное преимущество HDD перед SSD — это их долговечность в плане использования. Практически неограниченный цикл записи/чтения. Это идеальный вариант для хранения информации в виде: видео, фото, музыки. Если вы часто смотрите кино с телевизора, то рекомендую купить именно внешний жесткий диск. Разницы в скорости вы все равно не заметите, а прослужит он вам реально намного больше.

Минусы HDD

Одним из самых главных минусов по сравнению с новыми SSD является — скорость работы. Да они действительно работают намного медленнее. Поэтому для операционной системы лучше брать именно ССД, а вот уже для хранения файлов — жесткий disk.

Еще один минус, это то, что они сильно подвержены механическому воздействию, такие накопители лучше не ронять. А если берете внешний, то лучше ищите модель, защищенную от падений и ударов, такой Travel вариант.

В заключение

Этот тип хранителей информации действительно надежен и долговечен. Рекомендую брать для хранения всех своих файлов, также можно использовать в качестве резервного хранилища. Для каких целей используете вы свой HDD?

Жесткий диск: устройство и характеристики

Жёсткий диск (HDD) – энергонезависимое запоминающее устройство, назначение которого длительное хранение данных. Информация сохраняется на жестких носителях (дисках из специальных сплавов) имеющих ферромагнитное покрытие (двуокись хрома).

Устройство жесткого диска

Гермозона

Включает в себя: корпус из прочного сплава, диски с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя.

Блок головок

Пакет рычагов из пружинистой стали с закрепленными головками на концах.

Пластины

Изготовлены из металлического сплава и покрыты напылением ферромагнетика (окислов железа, марганца и других металлов). Диски жёстко закреплены на шпинделе, который вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту. При такой скорости вблизи поверхности диска создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности диска.

Устройство позиционирования головок

Состоит из неподвижной пары сильных постоянных магнитов, а также катушки на подвижном блоке головок.

Гермозона — заполняется очищенным и осушенным воздухом или нейтральными газами, в частности, азотом, а для выравнивания давления устанавливается тонкая металлическая или пластиковая мембрана. Выравнивание давления необходимо, чтобы предотвратить деформацию корпуса гермозоны при перепадах атмосферного давления и температуры, а также при прогреве устройства во время работы. Пылинки, оказавшиеся при сборке в гермозоне и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр — пылеуловитель.


Блок электроники

Содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство, буферную память, интерфейсный блок (передача данных, подача питания) и блок цифровой обработки сигнала.

Блок управления представляет собой систему:

  • позиционирования головок;
  • управления приводом;
  • коммутации информационных потоков с различных головок;
  • управления работой всех остальных узлов — приёма и обработки сигналов с датчиков устройства:
    • одноосный акселерометр — используемый в качестве датчика удара,
    • трёхосный акселерометр — используемый в качестве датчика свободного падения,
    • датчик давления,
    • датчик угловых ускорений,
    • датчик температуры.

Блок постоянного запоминающего устройства хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию жесткого диска.

Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память).

Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации).

Характеристики жесткого диска

Интерфейс — поддерживаемый стандарт обмена данными с накопителями информации: ATA (IDE, PATA), SATA.

Ёмкость — объём данных, которые может хранить жесткий диск (ГБ, ТБ).

Форм-фактор — физический размер диска с ферромагнитным покрытием: 3,5 или 2,5 дюйма.

Время доступа — время, за которое жесткий диск гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска (диапазон от 2,5 до 16 мс).

Скорость вращения шпинделя – параметр от которого зависит время доступа и средняя скорость передачи данных. Жесткие диски для ноутбуков имеют скорость вращения 4200, 5400 и 7200 оборотов в минуту, а для стационарных компьютеров 5400, 7200 и 10 000 об/мин.

Ввод-вывод — количество операций ввода-вывода в секунду. Обычно жесткий диск производит около 50 операций в секунду при произвольном доступе и около 100 при последовательном.

Потребление энергии — потребляемая мощность в Ваттах, важный фактор для мобильных устройств.

Уровень шума – шум в децибелах, который создает механика жесткого диска при его работе (вращение шпинделя, аэродинамика, позиционирование). Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже.

Ударостойкость — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам. Измеряется в единицах допустимой перегрузки (G) во включённом и выключенном состоянии.

Скорость передачи данных – скорость чтения/записи при последовательном доступе (внутренняя зона диска — от 44,2 до 74,5 Мб/с, внешняя зона диска — от 60,0 до 111,4 Мб/с).

Объём буфера — промежуточная память (Мб), предназначенная для сглаживания разницы скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. Обычно варьируется от 8 до 64 Мб.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector