Principiul de funcționare a unui hard disk. În detaliu și simplu despre hard disk, cunoscut și sub numele de HDD (hard disk drive)

Astăzi nu ar fi exagerat să spunem că marea majoritate a utilizatorilor de computere sunt familiarizați cu conceptul de „ HDD calculator." Ei știu că fiecare computer are o „memorie” care stochează toate informațiile, cum ar fi filme, muzică, fotografii, jocuri și programe. Cu toate acestea, puțini din numărul total celor cărora le place să se uite la monitor au mers mai departe în înțelegerea acestui dispozitiv de stocare misterios decât cunoașterea că „acesta este un lucru atât de dreptunghiular în care toate fișierele sunt stocate cumva de neînțeles”. Și tocmai pentru acei cititori care doresc să sape mai adânc și să afle cum funcționează un hard disk, precum și să înțeleagă structura acestuia, a fost scris acest articol, în care vom aborda aceste probleme simplu și în limba rusă.

Cum funcționează hard diskul unui computer?

Mai întâi să facem mica excursieîn istorie. Primul hard disk a fost creat de IBM în urmă cu aproape șase decenii, în 1957. Volumul său era de 5 megaocteți - cifre ridicole după standardele actuale, dar la acea vreme era o adevărată descoperire tehnologică. După ceva timp, inginerii de la aceeași companie au creat un hard disk cu o capacitate de 30 MB și încă 30 MB într-un compartiment detașabil. Deoarece această structură de disc a evocat asocieri cu marcarea cartușului pentru carabina Winchester populară din America - „.30-30” - designerii au dat acestui hard disk numele de cod „Winchester”. Un fapt interesant este că în vremurile moderne în Occident hard disk-uri Aproape nimeni nu o mai numește așa, dar în mediul vorbitor de limbă rusă, acest nume a prins rădăcini mult mai ferm, dând naștere și unei versiuni prescurtate convenabile - „vint”, care este utilizat pe scară largă în vorbirea colocvială.

Design hard disk

Acum să trecem direct la punctul culminant al programului și să începem cu el dispozitiv intern. Designul hard disk-ului constă din următoarele componente.

1. Un bloc de discuri magnetice sau așa-numitele. „clătite” (de la una până la trei bucăți într-un bloc, situate una deasupra celeilalte) - în esență elementul principal hard disk. Fiecare disc magnetic este realizat din aluminiu sau sticlă și acoperit cu un material feromagnetic, adesea dioxid de crom. Datele sunt scrise pe stratul magnetic folosind un cap magnetic.
2. Bloc cap magnetic - este un culbutor conectat la un microcircuit amplificator-comutator care amplifică semnalul primit la citirea de pe un disc. La vârfurile plăcilor basculante se află capete magnetice, care interacționează cu discul magnetic la efectuarea operațiilor de citire și scriere.
3. Motorul axului este un motor electric special care este folosit pentru a accelera discurile magnetice. În funcție de modelul de hard disk, această cifră poate ajunge la 15.000 rpm. Designul motorului se bazează pe utilizarea rulmenților (cu bile și hidrodinamici), ceea ce îi permite să fie silentios și să nu creeze vibrații.
4. Placa de control – circuit integrat, a cărui funcție este de a controla funcționarea hard disk-ului prin conversia semnalelor care sunt transmise de la capetele magnetice în unele ușor de înțeles pentru computer.

Cum funcționează un hard disk

După ce am studiat componentele individuale, putem picta o imagine completă a ceea ce se întâmplă și putem descrie pas cu pas modul în care funcționează hard diskul unui computer. Deci, hard disk-ul este alimentat - controlerul electronic trimite un semnal motorului axului, care începe să rotească discurile magnetice fixate ferm pe axa sa. După atingerea vitezei de rotație necesare, la care apare un spațiu de aer între clătită și cap, eliminând posibilitatea contactului acestora, balansoarul aduce capetele la ele la o distanță „de lucru”, care este de aproximativ 10 nanometri (o miliardime din un metru, imaginați-vă!).

Primele date primite de pe un hard disk pornit sunt întotdeauna informații de service sau așa-numitele. „zero track”. Conține informații despre starea hard disk-ului și caracteristicile acestuia. Dacă din anumite motive aceste informații nu pot fi obținute, dispozitivul nu va porni și nu va funcționa.
Dacă datele de serviciu sunt primite cu succes și nu conțin erori, începe faza de lucru cu informațiile înregistrate direct pe disc. Cel mai probabil, ești deja chinuit de întrebarea - „cum este înregistrată?” Răspundem: capetele magnetice, sub influența impulsurilor de curent, sunt capabile să magnetizeze secțiuni ale discului, formând astfel biți („zerouri” și „uni” logice, diferiți unul de celălalt în direcția momentului magnetic). Cu alte cuvinte, toate informațiile de pe hard diskul unui computer sunt secțiunile sale magnetizate diferit, care, după ce au fost convertite în semnale standardizate, sunt recunoscute de computer și prezentate utilizatorului într-o formă care este pe înțelesul lui. Trebuie remarcat faptul că aceste zone sunt strict structurate - ele reprezintă așa-numitele. „urme”, adică zone în formă de inel de pe suprafața unui disc magnetic.

Este important de reținut că blocul de cap este dintr-o singură bucată, astfel încât toate capetele din el se mișcă sincron - prin urmare, ele sunt întotdeauna situate pe aceeași cale a fiecărei clătite individuale. Pe baza acesteia, pistele formează un cilindru în plan vertical. În plus, fiecare pistă este formată din segmente numite „sectoare”. Când scriu informații în aceste sectoare, capetele magnetice își schimbă câmpul magnetic, iar când citesc informații, pur și simplu le captează. După ce am înțeles structura fizică a stocării datelor, putem concluziona că volumul unui hard disk este egal cu produsul dintre numărul de cilindri, numărul de capete și numărul de sectoare.

Formatarea hard diskului

O poveste despre modul în care funcționează un hard disk de computer nu poate fi numită completă dacă nu atinge subiectul formatării. Formatarea este un proces special de marcare a zonei de stocare a informațiilor a unui hard disk, a cărui esență este crearea anumitor structuri pentru accesarea acestor date, de exemplu Sistemul de fișiere, prin înregistrarea anumitor informații de serviciu. În acest caz, datele stocate anterior sunt distruse (cu toate acestea, nu întotdeauna iremediabil). Cel mai adesea, formatarea este efectuată atunci când instalați (sau reinstalați) un sistem de operare pe un computer, deoarece cea mai bună opțiune pentru aceasta este un disc „curat”, formatat, șters de datele din sistemul de operare anterior. Pentru a nu pierde informațiile necesare, „șurubul”, de regulă, este mai întâi împărțit logic în mai multe partiții - în acest caz, formatarea va fi necesară numai pentru partiția pe care va fi instalat sistemul de operare, în timp ce datele de pe partițiile rămase vor rămâne neatinse, ceea ce este o abordare foarte ușor de utilizat.

Instrucțiuni

Designul hard disk-ului constă dintr-un bloc de discuri metalice cu un strat special care poate aminti și stoca impactul camp magnetic. Design-urile moderne constau din 1-3 discuri care sunt perfect echilibrate si au o suprafata perfect plana, deoarece viteza de rotatie este destul de mare si ajunge de la 7200 la 10000 rpm, iar precizia de pozitionare a capetelor trebuie sa fie mare.

Capete magnetice speciale sunt folosite pentru a scrie și a citi informațiile de pe disc. Cel mai adesea, două pe disc - pe ambele părți. Când sunt expuse la impulsuri de curent, capetele formează un câmp magnetic și magnetizează o secțiune a discului cu un moment magnetic dintr-o direcție dată („unu” logic sau „zero”) logic. Procesul de înregistrare se realizează prin aplicarea unui impuls de curent la momentul necesar, capul magnetic este poziționat la locul potrivit. Când citesc informații de pe un disc, capetele reacționează la modificările câmpului magnetic excitând curentul din ele. Semnal analog acest tip este citit și convertit în digital. În această formă este transferat în sistemul informatic.

Informațiile de pe un disc magnetic sunt plasate și stocate pe piste sub formă de cercuri concentrate. Toate capetele magnetice ale hard diskului formează un bloc comun. Se mută de la o pistă de disc la alta în același timp. Un cap servește o parte a discului. Adică capetele sunt pe aceeași cale de mai sus diferite discuri la orice moment dat. Prin urmare acest set pistele formează un cilindru. ÎN În ultima vreme Pentru a deplasa capetele magnetice se folosește o unitate de solenoid. Se mișcă în jurul axei lor. Bobina fixata cu reversul capete, le mută deasupra suprafeței discului folosind un electromagnet. Capetele nu au voie să atingă discul atunci când sunt deconectate de la sursa de alimentare, acestea sunt îndepărtate de la suprafață în lateral.

Fiecare pistă de disc este împărțită în sectoare - cele mai mici elemente spatiu pe disc cu o capacitate de stocare de 512 octeți. Capacitatea totală de memorie a unui hard disk poate fi determinată de produsul numărului de capete, cilindri și sectoare. De asemenea, merită luat în considerare faptul că în timpul fabricării discurilor se formează sectoare și piste defecte. Acest proces nu poate fi evitat. Aceste zone nu sunt luate în considerare în timpul funcționării. Principalul lucru este că discul în sine are volumul total necesar.

Amplasarea logică a capetelor, cilindrilor și sectoarelor este de obicei diferită de cea fizică și este indicată pe capacul hard diskului. Parametrii sunt salvați pe hard disk Program de instalare, iar apoi computerul funcționează cu defalcare logică. Pentru a se potrivi cu valorile fizice și logice ale dispozitivului, utilizați procedura speciala– traducerea parametrilor discului. Acest bloc situat pe hard disk-ul propriu-zis și convertește coridoarele logice în cele fizice, oferind astfel acces la partea dorită a discului fizic.

Hard disk-urile, sau, așa cum sunt numite și hard disk-uri, sunt una dintre cele mai importante componente sistem informatic. Toată lumea știe despre asta. Dar nu toată lumea utilizator modern chiar și în principiu înțelege cum funcționează un hard disk. Principiul de funcționare, în general, este destul de simplu pentru o înțelegere de bază, dar există câteva nuanțe, care vor fi discutate în continuare.

Întrebări despre scopul și clasificarea hard disk-urilor?

Întrebarea scopului este, desigur, retorică. Orice utilizator, chiar și cel mai entry-level, va răspunde imediat că hard disk-ul (aka hard disk, aka Hard disk sau HDD) va răspunde imediat că este folosit pentru a stoca informații.

În general, acest lucru este adevărat. Nu uitați că pe hard disk, pe lângă sistemul de operare și fișierele utilizator, există sectoare de boot create de sistemul de operare, datorită cărora pornește, precum și anumite etichete prin care puteți găsi rapid informațiile necesare pe disc.

Modelele moderne sunt destul de diverse: HDD-uri obișnuite, hard disk-uri externe, stare solidă de mare viteză Unități SSD, deși nu este obișnuit să le clasificăm în mod specific ca hard disk-uri. În continuare, ne propunem să luăm în considerare dispozitivul și principiul muncește din greu disc, dacă nu în întregime, atunci cel puțin suficient pentru a înțelege termenii și procesele de bază.

Vă rugăm să rețineți că există și o clasificare specială a HDD-urilor moderne în funcție de câteva criterii de bază, printre care se numără următoarele:

metoda de stocare a informatiilor;
tipul media;
modalitatea de organizare a accesului la informaţie.

De ce un hard disk se numește hard disk?

Astăzi, mulți utilizatori se întreabă de ce numesc hard disk-uri legate de armele de calibru mic. S-ar părea, ce ar putea fi comun între aceste două dispozitive?

Termenul în sine a apărut în 1973, când a apărut pe piață primul HDD din lume, al cărui design consta din două compartimente separate într-un container sigilat. Capacitatea fiecărui compartiment era de 30 MB, motiv pentru care inginerii au dat discului numele de cod „30-30”, care era pe deplin în ton cu marca pistolului „30-30 Winchester”, popular la acea vreme. Adevărat, la începutul anilor 90 în America și Europa, acest nume aproape că a căzut din uz, dar rămâne încă popular în spațiul post-sovietic.

Structura și principiul de funcționare a unui hard disk

Dar divagam. Principiul de funcționare al unui hard disk poate fi descris pe scurt ca procese de citire sau scriere a informațiilor. Dar cum se întâmplă asta? Pentru a înțelege principiul de funcționare a unui hard disk magnetic, mai întâi trebuie să studiați cum funcționează.

Hard disk-ul în sine este un set de plăci, al căror număr poate varia de la patru la nouă, conectate între ele printr-un arbore (axă) numit ax. Plăcile sunt amplasate una deasupra celeilalte. Cel mai adesea, materialele pentru fabricarea lor sunt aluminiu, alamă, ceramică, sticlă etc. Plăcile în sine au o acoperire magnetică specială sub forma unui material numit platou, pe bază de oxid de ferită gamma, oxid de crom, ferită de bariu etc. Fiecare astfel de placă are o grosime de aproximativ 2 mm.

Capetele radiale (unul pentru fiecare placă) sunt responsabile pentru scrierea și citirea informațiilor, iar ambele suprafețe sunt folosite în plăci. Pentru care poate varia de la 3600 la 7200 rpm, iar două motoare electrice sunt responsabile de mișcarea capetelor.

În acest caz, principiul de bază al funcționării hard disk-ului unui computer este că informațiile nu sunt înregistrate oriunde, ci în locații strict definite, numite sectoare, care sunt situate pe căi sau piste concentrice. Pentru a evita confuzia, se aplică reguli uniforme. Aceasta înseamnă că principiile de funcționare ale unităților pe hard disk-uri, din punctul lor de vedere structura logica, universal. Deci, de exemplu, dimensiunea unui sector, luată ca standard unic la nivel mondial, este de 512 octeți. La rândul lor, sectoarele sunt împărțite în clustere, care sunt secvențe de sectoare adiacente. Și particularitățile principiului de funcționare al unui hard disk în acest sens sunt că schimbul de informații este realizat de grupuri întregi (un număr întreg de lanțuri de sectoare).

Dar cum se întâmplă citirea informațiilor? Principiile de funcționare ale unității magnetic dur discurile arată astfel: folosind un suport special, capul de citire se deplasează într-o direcție radială (spirală) către pista dorită și, atunci când este rotit, este poziționat deasupra unui sector dat, iar toate capetele se pot mișca simultan, citind aceleași informații nu numai de pe piste diferite, dar si de pe diferite discuri (placi). Toate pistele cu aceleași numere de serie sunt de obicei numite cilindri.

În acest caz, mai poate fi identificat un principiu de funcționare a hard diskului: cu cât capul de citire este mai aproape de suprafața magnetică (dar nu o atinge), cu atât densitatea de înregistrare este mai mare.

Cum se scrie și se citește informațiile?

Hard disk-urile, sau hard disk-urile, au fost numite magnetice deoarece folosesc legile fizicii magnetismului, formulate de Faraday și Maxwell.

După cum sa menționat deja, plăcile din material sensibil nemagnetic sunt acoperite cu un strat magnetic, a cărui grosime este de doar câțiva micrometri. În timpul funcționării, apare un câmp magnetic, care are o așa-numită structură de domeniu.

Un domeniu magnetic este o regiune magnetizată a unui feroaliaj strict limitată de granițe. În plus, principiul de funcționare al unui hard disk poate fi descris pe scurt după cum urmează: atunci când este expus la un câmp magnetic extern, câmpul propriu al discului începe să fie orientat strict de-a lungul liniilor magnetice, iar când influența se oprește, apar zone de magnetizare reziduală. pe discuri, în care sunt stocate informațiile care erau conținute anterior în câmpul principal.

Pentru creație câmp extern la scriere, capul de citire răspunde, iar la citire, zona de magnetizare reziduală, fiind opusa capului, creează forta electromotoare sau EMF. Atunci totul este simplu: modificarea EMF corespunde unității în cod binar, iar absența sau terminarea acesteia este zero. Timpul de schimbare a EMF este de obicei numit element bit.

În plus, suprafața magnetică, pur din considerente informatice, poate fi asociată ca o anumită secvență de biți de informații. Dar, deoarece locația unor astfel de puncte nu poate fi calculată cu absolut exactitate, trebuie să instalați pe disc niște markeri pre-desemnati care vă ajută să determinați locația dorită. Crearea unor astfel de mărci se numește formatare (în general, împărțirea discului în piste și sectoare combinate în clustere).

Structura logică și principiul de funcționare a unui hard disk în ceea ce privește formatarea

În ceea ce privește organizarea logică a HDD-ului, formatarea este pe primul loc aici, în care se disting două tipuri principale: de nivel scăzut (fizic) și de nivel înalt (logic). Fără acești pași, nu există nicio modalitate de a introduce hard disk-ul conditii de lucru nu este nevoie să vorbim. Despre cum să inițializați hard disk nou, vor fi discutate separat.

Formatarea la nivel scăzut implică impact fizic pe suprafața HDD-ului, care creează sectoare situate de-a lungul pistelor. Este curios că principiul de funcționare al unui hard disk este de așa natură încât fiecare sector creat are propria sa adresă unică, care include numărul sectorului în sine, numărul pistei pe care se află și numărul părții laterale. a platoului. Astfel, atunci când se organizează accesul direct, aceeași memorie RAM accesează direct la o anumită adresă, mai degrabă decât să caute informațiile necesare pe întreaga suprafață, datorită cărora se realizează performanța (deși acesta nu este cel mai important lucru). Vă rugăm să rețineți că atunci când efectuați formatare la nivel scăzut, absolut toate informațiile sunt șterse și, în majoritatea cazurilor, nu pot fi restaurate.

Un alt lucru este formatarea logică (în sistemele Windows aceasta este formatare rapidă sau format rapid). În plus, aceste procese sunt aplicabile și pentru crearea de partiții logice, care sunt o anumită zonă a hard disk-ului principal care funcționează pe aceleași principii.

Formatarea logică afectează în primul rând zona sistemului, care constă în sectorul de bootși tabele de partiții (Boot record), tabele de alocare a fișierelor (FAT, NTFS etc.) și directorul rădăcină(Director rădăcină).

Informațiile sunt scrise în sectoare prin cluster în mai multe părți, iar un cluster nu poate conține două obiecte (fișiere) identice. De fapt, crearea unei partiții logice, așa cum ar fi, o separă de cea principală partiția sistemului, drept urmare informațiile stocate pe acesta nu sunt supuse modificării sau ștergerii în cazul unor erori și defecțiuni.

Principalele caracteristici ale HDD-ului

cred că în schiță generală Principiul de funcționare al unui hard disk este puțin clar. Acum să trecem la principalele caracteristici, care oferă o imagine completă a tuturor capabilităților (sau deficiențelor) hard disk-urilor moderne.

Principiul de funcționare al unui hard disk și principalele sale caracteristici pot fi complet diferite. Pentru a înțelege ce despre care vorbim, să evidențiem cei mai de bază parametrii care caracterizează toate dispozitivele de stocare a informațiilor cunoscute în prezent:

capacitate (volum);
performanță (viteza de acces la date, citirea și scrierea informațiilor);
interfață (metoda de conectare, tipul controlerului).

Capacitatea reprezintă cantitatea totală de informații care pot fi scrise și stocate pe un hard disk. Industria de producție a HDD-urilor se dezvoltă atât de repede încât astăzi au intrat în uz hard disk-uri cu capacități de aproximativ 2 TB și mai mari. Și, după cum se crede, aceasta nu este limita.

Interfața este cea mai semnificativă caracteristică. Determină exact modul în care dispozitivul este conectat la placa de bază, ce controler este utilizat, cum se face citirea și scrierea etc. Principalele și cele mai comune interfețe sunt IDE, SATA și SCSI.

Unitățile IDE sunt diferite cost scăzut, cu toate acestea, printre principalele dezavantaje se numără numărul limitat de dispozitive conectate simultan (maximum patru) și viteza redusă de transfer de date (chiar și cu suport pentru acces direct la memoria Ultra DMA sau protocoalele Ultra ATA (Mod 2 și Mode 4). se crede că utilizarea lor vă permite să creșteți viteza de citire/scriere la 16 MB/s, dar, în realitate, viteza este mult mai mică În plus, pentru a utiliza modul UDMA, trebuie să instalați un driver special, care, în teorie, ar trebui să fie inclusă cu dispozitivul. placa de baza.

Vorbind despre principiul de funcționare al unui hard disk și despre caracteristicile sale, nu putem ignora care este succesorul versiuni IDE LA O. Avantajul acestei tehnologii este că viteza de citire/scriere poate fi mărită la 100 MB/s prin utilizarea magistralei de mare viteză Fireware IEEE-1394.

In cele din urma, Interfață SCSI comparativ cu cele două anterioare, este cea mai flexibilă și cea mai rapidă (viteza de scriere/citire atinge 160 MB/s și mai mare). Dar astfel de hard disk-uri costă aproape de două ori mai mult. Dar numărul de dispozitive de stocare a informațiilor conectate simultan variază de la șapte la cincisprezece, conexiunea se poate face fără a opri computerul, iar lungimea cablului poate fi de aproximativ 15-30 de metri. De fapt, acesta tip HDDÎn cea mai mare parte, este folosit nu pe computerele utilizatorilor, ci pe servere.

Viteza, care caracterizează viteza de transmisie și debitului I/O, de obicei exprimate în termeni de timp de transfer și cantitatea de date secvențiale transferate și exprimate în MB/s.

Câteva opțiuni suplimentare

Vorbind despre principiul de funcționare al unui hard disk și despre ce parametri îi afectează funcționarea, nu putem ignora unele caracteristici suplimentare, de care poate depinde performanța sau chiar durata de viață a dispozitivului.

Aici, pe primul loc este viteza de rotație, care afectează direct timpul de căutare și inițializare (recunoaștere) a sectorului dorit. Acesta este așa-numitul timp ascuns căutare - intervalul în care sectorul necesar este rotit către capul de citire. Astăzi, au fost adoptate mai multe standarde pentru viteza axului, exprimată în rotații pe minut cu un timp de întârziere în milisecunde:

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

Este ușor de observat că cu cât viteza este mai mare, cu atât se petrece mai puțin timp căutând sectoare și, în termeni fizici, pe rotație a discului înainte de a seta capul la punctul de poziționare dorit al platoului.

Un alt parametru este viteza de transmisie internă. Pe pistele externe este minim, dar crește odată cu o tranziție treptată la pistele interne. Astfel, același proces de defragmentare, care mută datele utilizate frecvent în cele mai rapide zone ale discului, nu este altceva decât mutarea lor pe o pistă internă cu o viteză de citire mai mare. Viteza externă are valori fixeși depinde direct de interfața utilizată.

În cele din urmă, unul dintre Puncte importante este asociată cu prezența memoriei cache sau a bufferului propriu al hard diskului. De fapt, principiul de funcționare al unui hard disk în ceea ce privește utilizarea bufferului este oarecum similar cu RAM sau memoria virtuală. Cu cât memoria cache este mai mare (128-256 KB), cu atât va funcționa mai repede hard diskul.

Principalele cerințe pentru HDD

Nu există atât de multe cerințe de bază care sunt impuse hard disk-urilor în majoritatea cazurilor. Principal - termen lung serviciu si fiabilitate.

Standardul principal pentru majoritatea HDD-urilor este o durată de viață de aproximativ 5-7 ani, cu o durată de funcționare de cel puțin cinci sute de mii de ore, dar pentru hard disk-uri de vârf, această cifră este de cel puțin un milion de ore.

În ceea ce privește fiabilitatea, este responsabilă funcția de autotestare S.M.A.R.T, care monitorizează starea elementelor individuale ale hard disk-ului, efectuând o monitorizare constantă. Pe baza datelor culese, chiar și o anumită prognoză a apariției posibile defecțiuni mai departe.

Este de la sine înțeles că utilizatorul nu trebuie să rămână pe margine. De exemplu, atunci când lucrați cu HDD, este extrem de important să mențineți optim regim de temperatură(0 - 50 ± 10 grade Celsius), evitați șocurile, impacturile și căderile de hard disk, praful sau alte particule mici care pătrund în el etc. Apropo, mulți vor fi interesați să știe că aceleași particule de fum de tutun sunt aproximativ de două ori mai mult distanta mai mareîntre capul de citire și suprafața magnetică a hard disk-ului și un păr uman - de 5-10 ori.

Probleme de inițializare în sistem la înlocuirea unui hard disk

Acum câteva cuvinte despre ce acțiuni trebuie întreprinse dacă dintr-un motiv oarecare utilizatorul a schimbat hard disk-ul sau a instalat unul suplimentar.

Nu vom descrie pe deplin acest proces, ci ne vom concentra doar pe etapele principale. Mai întâi trebuie să conectezi hard disk-ul și să te uiți la el setări BIOS, dacă au fost identificate echipamente noi, în secțiunea de administrare a discului, inițializați și creați o înregistrare de boot, creați un volum simplu, atribuiți-i un identificator (litera) și formatați-l selectând un sistem de fișiere. Abia după aceasta noul „șurub” va fi complet gata de lucru.

Concluzie

Asta, de fapt, este tot ceea ce privește pe scurt funcționarea și caracteristicile de bază ale hard disk-urilor moderne. Principiul de funcționare a unui hard disk extern nu a fost luat în considerare în mod fundamental aici, deoarece practic nu este diferit de ceea ce este folosit pentru HDD-urile staționare. Singura diferență este metoda de conectare stocare suplimentară la un computer sau laptop. Cea mai comună conexiune este printr-o interfață USB, care este conectată direct la placa de bază. În același timp, dacă doriți să vă asigurați performanță maximă, este mai bine de folosit Standard USB 3.0 (portul interior este vopsit Culoarea albastră), bineînțeles, cu condiția ca însuși HDD-ul extern să îl accepte.

În rest, cred că mulți oameni au înțeles măcar puțin cum funcționează un hard disk de orice tip. Poate s-au dat prea multe mai sus, mai ales chiar de la curs școlar fizicienii, cu toate acestea, fără aceasta, nu va fi posibil să înțeleagă pe deplin toate principiile și metodele de bază inerente tehnologiilor de producere și utilizare a HDD-urilor.

Când computerul pornește, un set de firmware stocat în Cipul BIOS, verifică echipamentul. Dacă totul este în regulă, acesta transferă controlul către bootloader-ul sistemului de operare. Apoi se încarcă sistemul de operare și începeți să utilizați computerul. În același timp, unde a fost stocat înainte de a porni computerul? sistem de operare? Cum a rămas intact eseul tău, pe care l-ai scris toată noaptea, după ce computerul a fost oprit? Din nou, unde este depozitat?

Bine, probabil că am mers prea departe și știți cu toții foarte bine că datele computerului sunt stocate pe hard disk. Cu toate acestea, nu toată lumea știe ce este și cum funcționează și, din moment ce vă aflați aici, concluzionam că ne-am dori să aflăm. Ei bine, hai să aflăm!

Ce este un hard disk

Conform tradiției, să aruncăm o privire definiția hard disc pe Wikipedia:

HDD (șurub, hard disk, hard disk magnetic, HDD, HDD, HMDD) - un dispozitiv de stocare cu acces aleatoriu bazat pe principiul înregistrării magnetice.

Folosit în marea majoritate a computerelor și, de asemenea, ca dispozitive de stocare conectate separat copii de rezervă date ca Stocarea fișierelorși așa mai departe.

Să ne dăm seama puțin. imi place termenul " unitate hard disk ". Aceste cinci cuvinte transmit esența. HDD este un dispozitiv al cărui scop este stocarea datelor înregistrate pe el pentru o perioadă lungă de timp. Baza HDD-urilor sunt discuri dure (aluminiu) cu un strat special, pe care informațiile sunt înregistrate folosind capete speciale.

Nu voi lua în considerare procesul de înregistrare în detaliu - în esență aceasta este fizica ultimelor clase de școală și sunt sigur că nu aveți nicio dorință să aprofundați în acest lucru și nu despre asta este deloc articolul.

Să acordăm atenție și frazei: „ acces aleatoriu „Ceea ce, în linii mari, înseamnă că noi (calculatorul) putem citi informații din orice secțiune a căii ferate în orice moment.

Un fapt important este că memoria HDD-ului nu este volatilă, adică indiferent dacă alimentarea este conectată sau nu, informațiile înregistrate pe dispozitiv nu vor dispărea nicăieri. Acest diferenta importanta memorie permanentă computer, din temporar ().

Privind un hard disk de computer în viața reală, nu veți vedea nici discuri, nici capete, deoarece toate acestea sunt ascunse într-o carcasă sigilată (zonă ermetică). În exterior, hard disk-ul arată astfel:

De ce are nevoie un computer de un hard disk?

Să ne uităm la ce este un HDD într-un computer, adică ce rol joacă acesta într-un computer. Este clar că stochează date, dar cum și ce. Aici evidențiem următoarele funcții ale HDD-ului:

Stocarea sistemului de operare, a software-ului utilizatorului și a setărilor acestora;
Stocarea fișierelor utilizatorului: muzică, videoclipuri, imagini, documente etc.;
Utilizarea unei părți din spațiul de pe hard disk pentru a stoca date care nu se potrivesc în RAM (fișier de pagină) sau pentru a stoca conținut memorie cu acces aleatorîn timp ce utilizați modul de repaus;

După cum puteți vedea, hard disk-ul computerului nu este doar o gură de fotografii, muzică și videoclipuri. Întregul sistem de operare este stocat pe acesta și, în plus, hard disk-ul ajută să facă față sarcinii RAM, preluând unele dintre funcțiile sale.

În ce constă un hard disk?

Am menționat parțial componentele unui hard disk, acum ne vom uita la asta mai detaliat. Deci, principalele componente ale HDD-ului:

Cadru — protejează mecanismele hard disk-urilor de praf și umiditate. De regulă, este sigilat, astfel încât umiditatea și praful să nu pătrundă înăuntru;
Discuri (clătite) - plăci dintr-un anumit aliaj metalic, acoperite pe ambele fețe, pe care se înregistrează datele. Numărul de farfurii poate fi diferit - de la una (în opțiunile bugetare) la mai multe;
Motor — pe fusul căruia sunt fixate clătitele;
Bloc de cap - un design de pârghii interconectate (balance) și capete. Partea hard diskului care citește și scrie informații pe acesta. Pentru o clătită, se utilizează o pereche de capete, deoarece atât părțile superioare, cât și cele inferioare funcționează;
Dispozitiv de poziționare (actuator ) - un mecanism care antrenează blocul capului. Constă dintr-o pereche de magneți permanenți din neodim și o bobină situată la capătul blocului de cap;
Controlor — cip electronic sef de munca HDD;
Zona de parcare - un loc în interiorul hard disk-ului lângă discuri sau pe partea interioară a acestora, unde capetele sunt coborâte (parcate) în timpul nefuncționării, pentru a nu deteriora suprafața de lucru a clătitelor.

Acest lucru este atât de simplu dispozitiv dur disc. S-a format în urmă cu mulți ani și nu i s-au făcut modificări fundamentale de mult timp. Și mergem mai departe.

Cum funcționează un hard disk?

După ce alimentarea HDD-ului este furnizată, motorul, pe axul căruia sunt atașate clătitele, începe să se rotească. Atinsă viteza cu care se formează un flux constant de aer la suprafața discurilor, capetele încep să se miște.

Această secvență (mai întâi discurile se rotesc, apoi capetele încep să funcționeze) este necesară pentru ca, datorită fluxului de aer rezultat, capetele să plutească deasupra plăcilor. Da, nu ating niciodată suprafața discurilor, altfel acestea din urmă ar fi deteriorate instantaneu. Cu toate acestea, distanța de la suprafața plăcilor magnetice la capete este atât de mică (~10 nm) încât nu o puteți vedea cu ochiul liber.

După pornire, în primul rând, informații despre service despre stare de rigiditate disc și altele informatie necesara despre el, situat pe așa-numita cale zero. Abia atunci începe lucrul cu datele.

Informațiile de pe hard diskul unui computer sunt înregistrate pe piste, care, la rândul lor, sunt împărțite în sectoare (ca o pizza tăiată în bucăți). Pentru a scrie fișiere, mai multe sectoare sunt combinate într-un cluster, care este cel mai mic loc în care poate fi scris un fișier.

Pe lângă această partiție de disc „orizontală”, există și o partiție „verticală” convențională. Deoarece toate capetele sunt combinate, ele sunt întotdeauna poziționate deasupra aceluiași număr de piesă, fiecare deasupra discului său. Astfel, în timpul Funcționare HDD capetele par să deseneze un cilindru:

În timp ce HDD-ul rulează, în esență execută două comenzi: citire și scriere. Cand este necesara executarea unei comenzi de scriere, se calculeaza zona de pe disc in care se va executa, apoi se pozitioneaza capetele si, de fapt, se executa comanda. Rezultatul este apoi verificat. Pe lângă scrierea datelor direct pe disc, informațiile ajung și în memoria cache.

Dacă controlerul primește o comandă de citire, mai întâi verifică dacă informațiile necesare sunt în cache. Dacă nu este acolo, se calculează din nou coordonatele pentru poziționarea capetelor, apoi se poziționează capete și se citesc datele.

După terminarea lucrărilor, când alimentarea pe hard disk dispare, capetele sunt parcate automat în zona de parcare.

Practic, acesta este modul în care funcționează un hard disk de computer. În realitate, totul este mult mai complicat, dar la utilizatorul mediu, cel mai probabil, astfel de detalii nu sunt necesare, așa că să terminăm această secțiune și să mergem mai departe.

Tipuri de hard disk și producătorii acestora

Astăzi, există de fapt trei principale pe piață producator de rigide discuri: Western Digital(WD), Toshiba, Seagate. Acestea acoperă pe deplin cererea de dispozitive de toate tipurile și cerințele. Restul companiilor fie au dat faliment, fie au fost absorbite de una dintre principalele trei, fie au fost reutilizate.

Dacă vorbim despre tipurile de HDD, acestea pot fi împărțite după cum urmează:

Pentru laptopuri, parametrul principal este dimensiunea dispozitivului de 2,5 inchi. Acest lucru le permite să fie plasate compact în corpul laptopului;
Pentru PC - în acest caz este posibil să utilizați și 2.5″ hard disk-uri, dar, de regulă, se folosesc 3,5 inci;
Dur exterior discurile sunt dispozitive care sunt conectate separat la un PC/laptop, servind cel mai adesea drept stocare de fișiere.

Există și o specială tip tare discuri - pentru servere. Sunt identice cu cele obișnuite pentru PC, dar pot diferi în ceea ce privește interfețele de conectare și performanța mai mare.

Toate celelalte diviziuni ale HDD-urilor în tipuri provin din caracteristicile lor, așa că să le luăm în considerare.

Specificații hard disk

Deci, principalele caracteristici ale hard diskului unui computer:

Volum — un indicator al cantității maxime posibile de date care pot fi stocate pe disc. Primul lucru la care se uită de obicei când alegerea HDD-ului. Acest indicator poate ajunge la 10 TB, deși pentru un PC de acasă aleg adesea 500 GB - 1 TB;
Factor de formă - dimensiunea hard diskului. Cele mai comune sunt 3,5 și 2,5 inci. După cum am menționat mai sus, 2.5″ în majoritatea cazurilor sunt instalate în laptopuri. Ele sunt, de asemenea, utilizate în HDD-urile externe. 3.5″ este instalat pe PC-uri și servere. Factorul de formă afectează și volumul, deoarece disc mai mare poate încadra mai multe date;
Viteza axului — cu ce viteză se rotesc clătitele? Cele mai comune sunt 4200, 5400, 7200 și 10000 rpm. Această caracteristică afectează direct performanța, precum și prețul dispozitivului. Cu cât viteza este mai mare, cu atât ambele valori sunt mai mari;
Interfață - metoda (tip conector) conexiuni HDD la calculator. Cea mai populară interfață pentru hard disk-urile interne de astăzi este SATA (calculatoarele mai vechi foloseau IDE). Hard disk-urile externe sunt de obicei conectate prin USB sau FireWire. Pe lângă cele enumerate, există și interfețe precum SCSI, SAS;
Volumul tamponului (memorie cache) - tip memorie rapidă(tip de RAM) hard disk instalat pe controler, conceput pentru stocarea temporară a datelor care sunt cel mai des accesate. Dimensiunea bufferului poate fi de 16, 32 sau 64 MB;
Timp de acces aleatoriu — timpul în care HDD-ul este garantat să scrie sau să citească de pe orice parte a discului. Interval de la 3 la 15 ms;

Pe lângă caracteristicile de mai sus, puteți găsi și indicatori precum:

Salutări, prieteni!

Astăzi vom vorbi despre un hard disk. Rareori un utilizator de computer nu a auzit de el!

Winchester, alias HDD ( Hard disk Drive), cunoscut și sub numele de hard disk, este un dispozitiv pentru stocarea informațiilor.

HDD-ul și-a primit numele din argou de la celebra pușcă cu care bărbații albi au cucerit America. Unul dintre primele modele de hard disk a fost desemnat „30/30”, care a coincis cu calibrul acestei arme de foc.

Mai jos vom vorbi despre hard disk-urile computerelor.

Cum funcționează hard diskul unui computer?

Vom analiza cum să triplăm un hard disk tradițional (electromecanic) folosit în calculatoare personale. Se bazează pe unul sau mai multe discuri de informații. Primele modele de hard disk foloseau discuri din aluminiu.

Dar acele primele modele aveau marime mare si capacitate redusa.

Dischetă și hard disk

Acele „șuruburi” (un alt nume argotic) aveau dimensiuni fiziceși o capacitate aproximativ egală cu o unitate de dischetă de 5,25 inchi. În primele zile ale industriei computerelor, datele erau stocate pe dischete(dischete) 5,25 și 3,5 inchi.

Unitatea pentru citirea și scrierea unor astfel de discuri se numea FDD (Floppy disk Conduce).

Aceste discuri au fost realizate dintr-o bucată rotundă de plastic cu un strat feromagnetic aplicat pe ambele părți. Erau subțiri și flexibili, motiv pentru care unitatea și-a primit numele. Pentru a le proteja de influențele externe, aceste discuri au fost plasate într-o carcasă pătrată din plastic.

Discurile din HDD-uri au o structură similară, dar sunt mai groase și nu se îndoaie, ceea ce se reflectă în nume. Un strat feromagnetic subțire de oxizi metalici este aplicat pe un astfel de disc folosind o centrifugă. Datele sunt scrise și citite folosind capete magnetice.

Când înregistrați pe capul magnetic, semnal informativ, care modifică orientarea domeniilor (particulele feromagnetice) în stratul feromagnetic.

La citire, zonele magnetizate induc curent în cap, care este apoi procesat de circuitul de control (controler). Cerințele pentru viteză și volumele de date sunt în continuă creștere. Cele mai bune minți din lume au fost trimise în această zonă. Și hard disk-urile, ca și restul hardware-ului computerelor, au fost îmbunătățite continuu.

Discurile au început să fie făcute din sticlă și sticlă ceramică. Acest lucru a făcut posibilă reducerea greutății lor, grosimea și creșterea vitezei de rotație.

Viteza de rotație a discului a crescut de la 3600 rpm la 5400, 7200, apoi la 10.000 și chiar 15.000 rpm! Pentru comparație, să presupunem că viteza de rotație a discului în FDD a fost de 360 rpm.

Cu cât viteza de rotație este mai mare, cu atât datele sunt citite mai rapid.

Strat ferromagnetic

Un strat feromagnetic poate fi aplicat pe suprafața discurilor în două moduri - depunere galvanică și depunere în vid. În primul caz, discul este scufundat într-o soluție de săruri metalice, iar pe acesta se depune o peliculă subțire de metal (cobalt).

În depunerea în vid, discul este plasat într-o cameră etanșă, aerul este pompat din ea și particulele de metal sunt depuse folosind o descărcare electrică.

Un strat protector de carbon este aplicat deasupra stratului magnetic. Protejează stratul magnetic subțire de distrugere (și pierderea de informații) în cazul unui posibil contact cu capul.

Winchester poate avea unul disc fizic sau mai multe. În acest din urmă caz, discurile sunt asamblate într-o singură structură și se rotesc sincron. Fiecare disc are două fețe cu un strat feromagnetic, datele sunt citite de două capete diferite (situate în partea de sus și de jos).

Capetele sunt, de asemenea, asamblate într-o singură structură și se mișcă sincron.

Mecanismul de mișcare a capetelor conține o bobină de sârmă și un magnet permanent fix. Când se aplică curent bobinei, în ea este generat un câmp magnetic, care interacționează cu magnetul. Forța rezultată mișcă bobina cu întreaga parte în mișcare a mecanismului (și de asemenea capete).

Mecanismul conține un arc, care, în absența puterii, mută capetele înăuntru poziția inițială (parcare). Acest lucru protejează capetele și discurile de deteriorare.

Rețineți că magneții mici de neodim care creează un câmp magnetic constant sunt foarte puternici!

În stare de funcționare, discurile se rotesc cu o viteză constantă, capetele „planează” deasupra discului. În timpul rotației, are loc un flux aerodinamic, ridicând capetele. Pe măsură ce tehnologia se îmbunătățește, distanța dintre capete și disc scade.

Până în prezent, a fost adus la câteva zeci de nanometri!

Reducerea distanței vă permite să creșteți densitatea înregistrării informațiilor. În acest fel, mai multe informații pot fi stoarse în aceeași cantitate de spațiu.

Citiți și scrieți capete

Folosesc hard disk-uri moderne capete magnetorezistive.

Cristalul magnetoresistorului își poate modifica rezistența în funcție de mărimea și direcția câmpului magnetic. Pe măsură ce capul trece peste zone cu magnetizare diferită, rezistența sa se schimbă, care este detectată de circuitul de control.

Capul de hard disk conține, de fapt, două capete - de citit și de scris. Capul de înregistrare funcționează pe același principiu ca și capul de la casetofonele mai vechi, care foloseau casete cu bandă magnetică.

Conține un miez deschis, în golul căruia se creează un câmp magnetic, care modifică orientarea domeniilor magnetice de pe suprafața discului. „Înfășurarea” capului este imprimată folosind fotolitografie.

Fus și HDA

Motorul principal al hard diskului (axul), care rotește discul, conține rulment hidrodinamic. Diferă de un rulment cu bile prin faptul că are o deformare radială mult mai mică.

În hard disk-urile moderne, densitatea de înregistrare a informațiilor este foarte mare, piesele sunt situate foarte aproape una de alta.

O curgere radială mare nu ar permite o creștere a densității de înregistrare sau (cu o scădere a distanței dintre piste) capul ar „sări” de-a lungul pistelor adiacente în timpul unei revoluții. Un rulment hidrodinamic conține un strat subțire de lubrifiant între părțile mobile și staționare.

In concluzie, spunem ca fusul, discurile, capul cu actionare sunt plasate intr-un compartiment separat. Primele modele de hard disk-uri conțineau compartimente cu scurgeri echipate cu un filtru cu celule foarte mici pentru a egaliza presiunea.

Apoi au apărut compartimente sigilate, care aveau o gaură în ele închisă cu o membrană flexibilă. Membrana se poate îndoi în ambele direcții, compensând diferența de presiune a aerului în interiorul și exteriorul compartimentului cu capete.

În următoarea parte a articolului vom continua să ne familiarizăm cu modul în care este structurat hard disk-ul și cum funcționează.

Victor Geronda a fost cu tine. Ne vedem pe blog!