Tooprogram.ru

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

Состав жесткого диска

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.

Читать еще:  Работа жесткого диска изнутри

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!

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.

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.

Читать еще:  Жесткий диск описание устройства

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 (sol />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.

Читать еще:  Жесткий магнитный диск строение

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.

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?

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector