Hard disk, ce este? În ce constă un hard disk și cum funcționează? Avantaje și dezavantaje ale HDD-ului în comparație cu SSD. Cum funcționează un hard disk?

Hard disk-urile, sau hard disk-urile, după cum mai sunt numite, sunt una dintre cele mai importante componente ale unui sistem informatic. Toată lumea știe despre asta. Dar nu orice utilizator modern are o înțelegere de bază a modului în care 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 un hard disk (aka hard disk, aka Hard Drive 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, unități SSD de mare viteză, deși nu sunt clasificate în general ca hard disk-uri. În continuare, se propune să se ia în considerare structura și principiul de funcționare a unui hard disk, dacă nu în totalitate, atunci cel puțin în așa fel încât să fie suficient să înțelegem 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 procesele 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 a hard disk-urilor, din punct de vedere al structurii lor logice, sunt universale. De exemplu, dimensiunea unui sector, adoptat ca standard uniform în întreaga lume, 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 a unei unități de disc magnetic dur sunt următoarele: folosind un suport special, capul de citire este mutat într-o direcție radială (spirală) către pista dorită și, atunci când este rotit, este poziționat deasupra unui sector dat și toate capetele se poate deplasa simultan, citind aceleași informații nu numai de pe piste diferite, ci și de pe discuri (plăci) diferite. 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 încetează, apar zone de magnetizare reziduală. pe discuri, în care sunt stocate informațiile care erau conținute anterior în câmpul principal.

Capul de citire este responsabil pentru crearea unui câmp extern la scriere, iar la citire, zona de magnetizare reziduală, situată vizavi de cap, creează o forță electromotoare sau EMF. În plus, totul este simplu: o modificare a EMF corespunde uneia în cod binar, iar absența sau terminarea acesteia corespunde cu 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 se vorbește despre aducerea hard disk-ului în stare de funcționare. Cum să inițializați un nou hard disk va fi discutat separat.

Formatarea la nivel scăzut implică un impact fizic asupra suprafeței 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 formatarea rapidă sau formatarea rapidă). 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 din sectorul de boot și tabelele de partiții (Boot record), tabelul de alocare a fișierelor (FAT, NTFS etc.) și directorul rădăcină (Root Directory).

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 spune, o separă de partiția principală a sistemului, ca urmare a faptului că informațiile stocate pe ea nu pot fi modificate sau șterse în cazul unor erori și eșecuri.

Principalele caracteristici ale HDD-ului

Se pare că în termeni generali principiul de funcționare a 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 despre ce vorbim, să evidențiem cei mai de bază parametri care caracterizează toate dispozitivele de stocare a informațiilor cunoscute astăzi:

• 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.

Discurile cu interfață IDE sunt ieftine, dar principalele dezavantaje includ un număr limitat de dispozitive conectate simultan (maximum patru) și viteze scăzute de transfer de date (chiar dacă acceptă acces direct la memorie Ultra DMA sau protocoale Ultra ATA (Mod 2 și Mode 4) Deși se crede că utilizarea lor crește viteza de citire/scriere la 16 MB/s, în realitate viteza este mult mai mică În plus, pentru a utiliza modul UDMA, trebuie să instalați un driver special, ceea ce, în teorie, ar trebui fie livrat complet cu placa de baza.

Când vorbim despre principiul de funcționare a unui hard disk și caracteristicile sale, nu putem ignora care este succesorul versiunii IDE ATA. 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.

În cele din urmă, interfața SCSI, în comparație cu cele două anterioare, este cea mai flexibilă și mai rapidă (vitezele de scriere/citire ajung la 160 MB/s și mai mult). 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, acest tip de HDD este folosit în mare parte nu pe computerele utilizatorilor, ci pe servere.

Performanța, care caracterizează viteza de transfer și debitul I/O, este de obicei exprimată în termeni de timp de transfer și cantitatea de date secvențiale transferate și exprimate în MB/s.

Câteva opțiuni suplimentare

Vorbind despre care este principiul de funcționare al unui hard disk și ce parametri afectează funcționarea acestuia, nu putem ignora unele caracteristici suplimentare care pot afecta 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 de căutare latent - intervalul în care sectorul necesar se rotește spre 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 fixe și depinde direct de interfața utilizată.

În cele din urmă, unul dintre punctele importante este legat de prezența memoriei cache sau a bufferului propriu al hard diskului. În esență, principiul de funcționare a unui hard disk în ceea ce privește utilizarea tamponului 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.

Cerințe principale pentru HDD

Nu există atât de multe cerințe de bază care sunt impuse hard disk-urilor în majoritatea cazurilor. Principalul lucru este durata lungă de viață și fiabilitatea.

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 colectate, se poate forma chiar și o anumită prognoză a apariției unor posibile defecțiuni în viitor.

Este de la sine înțeles că utilizatorul nu trebuie să rămână pe margine. Deci, de exemplu, atunci când lucrați cu un HDD, este extrem de important să mențineți regimul optim de temperatură (0 - 50 ± 10 grade Celsius), să evitați scuturarea, impactul și căderea hard disk-ului, praful sau alte particule mici care pătrund în el , etc. Apropo, mulți vor Este interesant de știut că aceleași particule de fum de tutun sunt de aproximativ două ori distanța dintre capul de citire și suprafața magnetică a hard disk-ului și părul 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 conectați unitatea de disc și să căutați în setările BIOS pentru a vedea dacă a fost identificat un nou hardware, să îl inițializați în secțiunea de administrare a discului și să creați o înregistrare de pornire, să creați un volum simplu, să îi atribuiți 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 a unității suplimentare 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 asigurați performanțe maxime, este mai bine să utilizați standardul USB 3.0 (portul din interior este colorat în albastru), bineînțeles, cu condiția ca însuși HDD-ul extern să îl suporte.

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

Astăzi, nu ar fi o exagerare să spunem că marea majoritate a utilizatorilor de computere sunt familiarizați cu conceptul de „hard disk pentru computer”. 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 de oameni cărora le place să se uite la monitor au mers mai departe în înțelegerea acestui dispozitiv de stocare misterios decât știind 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 o scurtă excursie în 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 prezent, în Occident, aproape nimeni nu numește hard disk-urile așa, dar în mediul de limbă rusă acest nume a prins rădăcini mult mai ferm, dând naștere și unei versiuni prescurtate convenabile - „șurub”, 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 structura sa internă. Designul hard disk-ului constă din următoarele componente.

1. Un bloc de discuri magnetice sau așa-numitele. „clătitele” (de la una până la trei bucăți într-un bloc, situate una deasupra celeilalte) sunt în esență elementul principal al hard disk-ului. 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. Unitate de cap magnetică – 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 este un circuit integrat a carui functie este de a controla functionarea hard disk-ului prin convertirea semnalelor transmise de la capetele magnetice in unele inteligibile pentru calculator.

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. Mai mult, 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 un sistem 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.

Hard disk-ul este aproape unul dintre cele mai importante elemente ale unui computer modern. Deoarece este conceput în primul rând pentru stocarea pe termen lung a datelor dvs., acestea pot fi jocuri, filme și alte fișiere mari stocate pe computer. Și ar fi păcat dacă s-ar putea strica brusc, drept urmare ai putea pierde toate datele, ceea ce poate fi foarte greu de recuperat. Și pentru a funcționa și a înlocui corect acest element, trebuie să înțelegeți cum funcționează și ce este un hard disk.

Din acest articol veți afla despre funcționarea unui hard disk, componentele sale și caracteristicile tehnice.

De obicei, elementele principale ale unui hard disk sunt mai multe platouri rotunde din aluminiu. Spre deosebire de dischete (dischetele uitate), acestea sunt greu de îndoit, de unde și denumirea de hard disk. În unele dispozitive sunt instalate nedemontabile și se numesc fixe (fixeddisk). Dar în computerele desktop obișnuite și chiar în unele modele de laptopuri și tablete, acestea pot fi înlocuite fără probleme.

Figura: Hard disk fără capac superior

Nota!

De ce sunt uneori numite hard disk-uri și ce legătură au ele cu armele de foc? Cândva în anii 1960, IBM a lansat ceea ce era atunci un hard disk de mare viteză cu numărul de dezvoltare 30-30. Ceea ce a coincis cu desemnarea celebrei arme Winchester cu răni și, prin urmare, acest termen a devenit curând înrădăcinat în argou informatic. Dar, de fapt, hard disk-urile nu au nimic în comun cu hard disk-urile reale.

Cum funcționează un hard disk?

Înregistrarea și citirea informațiilor situate pe cercurile concentrice ale hard diskului, împărțite în sectoare, se realizează cu ajutorul capetelor universale de scriere/citire.

Fiecare parte a discului are propria pista pentru scriere și citire, dar capetele sunt situate pe o unitate comună pentru toate discurile. Din acest motiv, capetele se mișcă sincron.

Video YouTube: Deschideți operarea hard disk

Funcționarea normală a unității nu permite contactul dintre capete și suprafața magnetică a discului. Totuși, dacă nu există energie și dispozitivul se oprește, capetele încă cad pe suprafața magnetică.

În timpul funcționării hard disk-ului, se formează un mic spațiu de aer între suprafața platoului rotativ și cap. Dacă o bucată de praf intră în acest spațiu sau dispozitivul este scuturat, există șanse mari ca capul să se ciocnească de suprafața rotativă. Un impact puternic poate duce la cedarea capului. Această ieșire poate duce la corupția mai multor octeți sau la imposibilitatea completă a dispozitivului. Din acest motiv, în multe dispozitive suprafața magnetică este aliată, după care i se aplică un lubrifiant special pentru a face față tremurării periodice a capetelor.

Unele unități moderne folosesc un mecanism de încărcare/descărcare care împiedică capetele să atingă suprafața magnetică chiar dacă alimentarea este pierdută.

Formatare la nivel înalt și scăzut

Folosirea formatării la nivel înalt permite sistemului de operare să creeze structuri care facilitează lucrul cu fișierele și datele stocate pe hard disk. Toate partițiile disponibile (unitățile logice) sunt prevăzute cu un sector de încărcare de volum, două copii ale tabelului de alocare a fișierelor și un director rădăcină. Prin structurile de mai sus, sistemul de operare reușește să aloce spațiu pe disc, să urmărească locația fișierelor și, de asemenea, să ocolească zonele deteriorate de pe disc.

Cu alte cuvinte, formatarea la nivel înalt se reduce la crearea unui cuprins pentru disc și sistemul de fișiere (FAT, NTFS etc.). Formatarea „reală” poate fi clasificată doar ca formatare de nivel scăzut, timp în care discul este împărțit în piste și sectoare. Folosind comanda DOS FORMAT, o dischetă suferă ambele tipuri de formatare simultan, în timp ce un hard disk suferă doar formatare de nivel înalt.

Pentru a efectua formatarea la nivel scăzut pe un hard disk, trebuie să utilizați un program special, cel mai adesea furnizat de producătorul discului. Formatarea dischetelor folosind FORMAT presupune efectuarea ambelor operațiuni, în timp ce în cazul hard disk-urilor, operațiunile de mai sus trebuie efectuate separat. Mai mult, hard disk-ul suferă o a treia operațiune - crearea de partiții, care sunt o condiție prealabilă pentru utilizarea mai multor sisteme de operare pe un singur computer.

Organizarea mai multor partiții face posibilă instalarea pe fiecare dintre ele a propriei infrastructuri de operare cu un volum separat și unități logice. Fiecare volum sau unitate logică are propria sa denumire literă (de exemplu, unitatea C, D sau E).

În ce constă un hard disk?

Aproape fiecare hard disk modern include același set de componente:

discuri(numărul lor ajunge cel mai adesea la 5 bucăți);

capete de citire/scriere(numărul lor ajunge cel mai adesea la 10 bucăți);

mecanism de antrenare a capului(acest mecanism setează capetele în poziția dorită);

motorul unității de disc(un dispozitiv care face ca discurile să se rotească);

filtru de aer(filtre situate în interiorul carcasei unității);

placa de circuit imprimat cu circuite de control(prin această componentă sunt gestionate drive-ul și controlerul);

cabluri și conectori(componente electronice HDD).

O cutie sigilată - HDA - este folosită cel mai adesea ca o carcasă pentru discuri, capete, un mecanism de antrenare a capului și un motor de unitate de disc. De obicei, această cutie este o singură unitate care nu este aproape niciodată deschisă. Alte componente care nu sunt incluse în HDA, care includ elemente de configurare, placa de circuit imprimat și panoul frontal, sunt detașabile.

Sistem automat de parcare și control al capului

În cazul unei pene de curent, este prevăzut un sistem de parcare a contactelor, a cărui sarcină este să coboare bara cu capetele pe discurile în sine. Indiferent de faptul că unitatea poate rezista la zeci de mii de ascensiuni și coborâri ale capetelor de citire, toate acestea trebuie să se întâmple în zone special amenajate pentru aceste acțiuni.

În timpul ascensiunilor și coborârilor constante, are loc inevitabil abraziune a stratului magnetic. Dacă unitatea este agitată după uzură, este posibil să apară deteriorarea discului sau a capetelor. Pentru a preveni problemele de mai sus, unitățile moderne sunt echipate cu un mecanism special de încărcare/descărcare, care este o placă care este plasată pe suprafața exterioară a hard disk-urilor. Această măsură împiedică capul să atingă suprafața magnetică chiar dacă alimentarea este oprită. Când tensiunea este oprită, unitatea „parcă” automat capetele pe suprafața plăcii înclinate.

Câteva despre filtre de aer și aer

Aproape toate hard disk-urile sunt echipate cu două filtre de aer: un filtru barometric și un filtru de recirculare. Ceea ce diferențiază filtrele de mai sus de modelele înlocuibile utilizate în unitățile de generație mai veche este că acestea sunt plasate în interiorul carcasei și nu se așteaptă să fie înlocuite până la sfârșitul duratei de viață.

Discurile vechi foloseau tehnologia mișcării constante a aerului în și în afara carcasei, folosind un filtru care trebuia schimbat periodic.

Dezvoltatorii de unități moderne au fost nevoiți să renunțe la această schemă și, prin urmare, filtrul de recirculare, care se află în carcasa HDA sigilată, este folosit doar pentru a filtra aerul din interiorul cutiei de la cele mai mici particule prinse în interiorul carcasei. Indiferent de toate măsurile de precauție luate, particulele mici încă se formează după aterizări și decolări repetate ale capetelor. Ținând cont de faptul că carcasa de antrenare este etanșată și aerul este pompat în interiorul acesteia, aceasta continuă să funcționeze chiar și într-un mediu puternic poluat.

Conectori de interfață și conexiuni

Multe hard disk-uri moderne sunt echipate cu mai mulți conectori de interfață proiectați să se conecteze la sursa de alimentare și la sistem în ansamblu. De regulă, unitatea conține cel puțin trei tipuri de conectori:

conectori de interfață;

conector de alimentare;

conector de masă.

Conectorii de interfață merită o atenție deosebită, deoarece sunt proiectați pentru ca unitatea să primească/transmite comenzi și date. Multe standarde nu exclud posibilitatea de a conecta mai multe unități la o singură magistrală.

După cum sa menționat mai sus, unitățile HDD pot fi echipate cu mai mulți conectori de interfață:

MFM și ESDI- conectori dispăruți utilizați pe primele hard disk-uri;

IDE/ATA- un conector pentru conectarea dispozitivelor de stocare, care a fost mult timp cel mai comun datorită costului redus. Din punct de vedere tehnic, această interfață este similară cu magistrala ISA pe 16 biți. Dezvoltarea ulterioară a standardelor IDE a contribuit la creșterea vitezei de schimb de date, precum și la apariția capacității de a accesa direct memorie folosind tehnologia DMA;

Serial ATA- un conector care a înlocuit IDE, care este fizic o linie unidirecțională folosită pentru transferul de date în serie. A fi în modul de compatibilitate este similar cu interfața IDE, totuși, prezența unui mod „nativ” vă permite să profitați de un set suplimentar de capabilități.

SCSI- o interfață universală care a fost utilizată în mod activ pe servere pentru conectarea HDD-urilor și a altor dispozitive. În ciuda performanțelor tehnice bune, nu a devenit la fel de răspândit ca IDE datorită costului ridicat.

SAS- SCSI serial analogic.

USB- o interfață care este necesară pentru conectarea hard disk-urilor externe. Schimbul de informații în acest caz are loc prin protocolul USB Mass Storage.

FireWire- un conector similar USB, necesar pentru conectarea unui HDD extern.

Fibre Channel-interfață utilizată de sistemele de vârf datorită ratelor mari de transfer de date.

Indicatori de calitate a hard diskului

Capacitate— cantitatea de informații pe care o poate deține unitatea. Această cifră în hard disk-urile moderne poate ajunge până la 4 terabytes (4000 gigabytes);

Performanţă. Acest parametru are un impact direct asupra timpului de răspuns și a vitezei medii de transfer a informațiilor;

Fiabilitate– un indicator determinat de timpul mediu dintre defecțiuni.

Limite de capacitate fizică

Capacitatea maximă utilizată de un hard disk depinde de o serie de factori, inclusiv interfața, driverele, sistemul de operare și sistemul de fișiere.

Prima unitate ATA, lansată în 1986, avea o limită de capacitate de 137 GB.

Diferitele versiuni de BIOS au contribuit și la reducerea capacității maxime a hard disk-urilor și, prin urmare, sistemele construite înainte de 1998 aveau o capacitate de până la 8,4 GB, iar sistemele lansate înainte de 1994 aveau o capacitate de 528 MB.

Chiar și după rezolvarea problemelor cu BIOS-ul, limitarea capacității unităților cu o interfață de conexiune ATA a rămas valoarea maximă de 137 GB. Această limitare a fost depășită prin standardul ATA-6, lansat în 2001. Acest standard a folosit o schemă de adresare extinsă, care, la rândul său, a contribuit la creșterea capacității de stocare la 144 GB. O astfel de soluție a făcut posibilă introducerea unităților cu interfețe PATA și SATA, a căror capacitate de stocare este mai mare decât limita specificată de 137 GB.

Restricții OS privind volumul maxim

Aproape toate sistemele de operare moderne nu impun nicio restricție asupra unui astfel de indicator precum capacitatea hard disk-urilor, ceea ce nu se poate spune despre versiunile anterioare ale sistemelor de operare.

De exemplu, DOS nu a recunoscut hard disk-urile a căror capacitate depășea 8,4 GB, deoarece accesul la unități în acest caz se realiza prin adresare LBA, în timp ce în DOS 6.x și versiunile anterioare era acceptată doar adresarea CHS.

Există, de asemenea, o limitare a capacității hard disk-ului la instalarea Windows 95. Valoarea maximă pentru această limită este de 32 GB. În plus, versiunile actualizate de Windows 95 acceptă doar sistemul de fișiere FAT16, care, la rândul său, impune o limită de 2 GB pentru dimensiunile partițiilor. Rezultă că, dacă utilizați un hard disk de 30 GB, acesta trebuie să fie împărțit în 15 partiții.

Limitările sistemului de operare Windows 98 permit utilizarea hard disk-urilor mai mari.

Caracteristici și parametri

Fiecare hard disk are o listă de caracteristici tehnice, în funcție de care se stabilește ierarhia de utilizare a acestuia.

Primul lucru la care ar trebui să acordați atenție este tipul de interfață utilizat. Recent, fiecare computer a început să se folosească SATA.

Al doilea punct la fel de important este cantitatea de spațiu liber pe hard disk. Valoarea sa minimă astăzi este de doar 80 GB, în timp ce maxima este de 4 TB.

O altă caracteristică importantă la achiziționarea unui laptop este factorul de formă a hard diskului.

Cele mai populare în acest caz sunt modelele a căror dimensiune este de 2,5 inchi, în timp ce la PC-urile desktop dimensiunea este de 3,5 inci.

Nu trebuie să neglijați viteza de rotație a axului, valorile minime sunt 4200, maximul este de 15000 rpm. Toate caracteristicile de mai sus au un impact direct asupra vitezei hard disk-ului, care este exprimată în MB/s.

Viteza hard diskului

De importanță nu mică sunt indicatorii de viteză ai hard disk-ului, care sunt determinați de:

Viteza axului, măsurată în rotații pe minut. Sarcina sa nu include identificarea directă a vitezei reale de schimb, vă permite doar să distingeți un dispozitiv mai rapid de un dispozitiv mai lent.

Timp de acces. Acest parametru calculează timpul petrecut de hard disk de la primirea unei comenzi până la transmiterea informațiilor prin interfață. Cel mai adesea folosesc valorile medii și maxime.

Timpul de poziționare a capului. Această valoare indică timpul necesar capetelor să se miște și să se configureze de la o pistă la alta.

Lățimea de bandă sau performanța discului în timpul transferului secvenţial de cantități mari de date.

Rata de transfer intern de date sau viteza informațiilor transmise de la controlor către capete.

Rată de transmisie externă sau viteza informațiilor transmise prin interfața externă.

Un pic despre S.M.A.R.T.

INTELIGENT.– un utilitar conceput pentru a verifica independent starea hard disk-urilor moderne care suportă interfețele PATA și SATA, precum și a celor care rulează pe computere personale cu sistemul de operare Windows (de la NT la Vista).

INTELIGENT. calculează și analizează starea hard disk-urilor conectate la intervale egale de timp, indiferent dacă sistemul de operare rulează sau nu. După ce analiza a fost efectuată, pictograma rezultatului diagnosticului este afișată în colțul din dreapta al barei de activități. Pe baza rezultatelor obținute în timpul S.M.A.R.T. diagnostic, pictograma poate indica:

Pentru starea excelentă a fiecărui hard disk conectat la computerul care acceptă S.M.A.R.T. tehnologie;

Faptul că unul sau mai mulți indicatori de sănătate nu îndeplinesc valoarea de prag, în timp ce parametrii Pre-Eșec/Consiliere au valoare zero. Condiția de mai sus a hard disk-ului nu este considerată pre-defecțiune, totuși, dacă acest hard disk conține informații importante, se recomandă să îl salvați pe un alt mediu cât mai des posibil sau să înlocuiți HDD-ul.

Faptul că unul sau mai mulți indicatori de stare nu îndeplinesc valoarea de prag, în timp ce parametrii Pre-Eșec/Consiliere au o valoare activă. Potrivit dezvoltatorilor de hard disk, aceasta este o stare pre-urgență și nu merită stocarea informațiilor pe un astfel de hard disk.

Factorul de fiabilitate

Un indicator precum fiabilitatea stocării datelor este una dintre cele mai importante caracteristici ale unui hard disk. Rata de eșec a unui hard disk este o dată la o sută de ani, din care putem concluziona că HDD-ul este considerat cea mai fiabilă sursă de stocare a datelor. În același timp, fiabilitatea fiecărui disc este influențată direct de condițiile de funcționare și de dispozitivul în sine. Uneori, producătorii furnizează pieței un produs complet „brut” și, prin urmare, nu puteți neglija backupul și vă bazați complet pe hard disk.

Cost și preț

În fiecare zi, costul HDD-ului devine din ce în ce mai mic. De exemplu, astăzi prețul unui hard disk ATA de 500 GB este în medie de 120 USD, comparativ cu 1.800 USD în 1983 pentru un hard disk de 10 MB.

Din afirmația de mai sus putem concluziona că costul HDD-urilor va continua să scadă și, prin urmare, în viitor toată lumea va putea achiziționa discuri destul de încăpătoare la prețuri rezonabile.

Mulți utilizatori sunt interesați de dispozitivul hard disk. Și pe bună dreptate, pentru că astăzi cel mai comun dispozitiv de stocare pe un computer este HDD-ul. În continuare, vor fi discutate principiile funcționării și structurii sale.

Un Winchester este în esență ca un recorder. Conține, de asemenea, platourile și capete de citit. Cu toate acestea, dispozitivul HDD este mai complex. Dacă dezasamblam hard disk-ul, vom vedea că plăcile sunt în mare parte metalice și acoperite cu un strat magnetic. Aici sunt scrise datele. În funcție de volumul hard diskului, există de la 4 la 9 plăci. Acestea sunt montate pe un arbore, care se numește „ax” și are o viteză mare de rotație de la 3600 la 10000 rpm pentru produsele de larg consum.

Lângă blocul de napolitane există un bloc de cap de citire. Numărul de capete este determinat de numărul de discuri magnetice, și anume câte unul pentru fiecare suprafață a discului. Spre deosebire de un hard disk player, capul nu atinge suprafața platourilor, ci plutește deasupra acesteia. Acest lucru elimină uzura mecanică. Deoarece plăcile au o viteză mare de rotație, iar capetele trebuie să fie la o distanță constantă extrem de mică deasupra lor, este foarte important ca nimic să nu poată intra în carcasă. La urma urmei, cea mai mică bucată de praf poate provoca daune fizice. De aceea, partea mecanică este sigilată ermetic cu o carcasă, iar partea electronică este scoasă în exterior.

Unii utilizatori sunt interesați de cum să dezasamblați un hard disk. Trebuie să înțelegeți că dezasamblarea unui drive care funcționează implică ruperea etanșării acesteia. Și acest lucru, la rândul său, îl va face inutilizabil. Prin urmare, nu ar trebui să faceți acest lucru decât dacă sunteți gata să pierdeți toate datele de pe mediul de stocare. Dacă nu aveți o nevoie urgentă de a deschide unitatea, dar sunteți doar curioși din ce este făcut hard disk-ul, puteți privi o fotografie a unui HDD dezasamblat.

De aceea, hard disk-urile de pe discuri magnetice sunt dezasamblate în timpul reparației și asamblate într-o hotă specială cu flux laminar. Folosind un sistem de alimentare cu aer foarte purificat și etanșeitate, menține mediul necesar pentru o astfel de muncă. Prin dezasamblarea discului dvs. acasă, îl veți face cu siguranță inoperabil.

Când nu sunt operative, capetele de citire sunt situate lângă blocul de napolitane. Aceasta se mai numește și „poziție de parcare”. Un dispozitiv special aduce capetele în zona de lucru numai atunci când discul a accelerat la viteza necesară. Toți se mișcă împreună, nu fiecare separat. Acest lucru vă permite să aveți acces rapid la toate datele.

Placa electronică, sau controlerul, este de obicei atașată la partea de jos a hard disk-ului. Nimic nu îl protejează, iar acest lucru îl face destul de vulnerabil la daune mecanice și termice. Ea este cea care controlează mecanica. Hard disk-ul laptopului diferă de cel standard de 3,5 inci doar ca dimensiune. Principiul de funcționare al unui hard disk este exact același. Ele pot diferi doar prin numărul de clătite magnetice și capacitatea de depozitare.

După cum puteți vedea, dispozitivul hard disk este supus șocurilor, șocurilor, zgârieturilor, schimbărilor semnificative de temperatură și creșterilor de putere. Și acest lucru îl face să nu fie un purtător de informații complet de încredere. Din acest motiv, hard disk-ul unui laptop se defectează mai des decât pe un computer desktop. La urma urmei, dispozitivele portabile sunt agitate constant, uneori scăpate, scoase la frig sau plasate la soare. Și acest lucru, la rândul său, afectează negativ hard disk-ul.

Pentru a prelungi durata de viață a HDD-ului, nu-l expuneți la căderi sau șocuri, asigurați-vă că există o ventilație suficientă a carcasei și efectuați orice manipulări cu discul numai atunci când alimentarea este oprită. Aceste neajunsuri au dus la apariția unui nou tip de hard disk SSD. Ele înlocuiesc treptat HDD-urile, care odată arătau ca un mediu de stocare grozav.

Dispozitiv logic

Am aflat cum arată un hard disk în interior. Acum vom analiza structura sa logica. Datele sunt scrise pe hard diskul computerului pe piste care sunt împărțite în sectoare specifice. Dimensiunea fiecărui sector este de 512 octeți. Sectoarele consecutive sunt combinate într-un cluster.

Când instalați un nou HDD, trebuie să îl formatați, altfel computerul pur și simplu nu va vedea spațiul liber de pe unitate. Formatarea poate fi fizică sau logică. Primul implică împărțirea discului în sectoare. Unele dintre ele pot fi definite ca „rele”, adică nepotrivite pentru înregistrarea datelor. În cele mai multe cazuri, unitatea este deja formatată în acest mod înainte de a fi vândută.

Formatarea logică presupune crearea unei partiții logice a hard diskului. Acest lucru vă permite să simplificați și să vă optimizați în mod semnificativ munca cu informații. O anumită zonă a unității este alocată pentru o partiție logică (sau, așa cum se mai numește, un „disc logic”). Puteți lucra cu el ca și cu un hard disk separat. Pentru a înțelege cum funcționează un hard disk cu partițiile sale, este suficient să împărțiți vizual hard disk-ul în 2-4 părți, în funcție de numărul de volume logice. Fiecare volum poate avea propriul sistem de formatare: FAT32, NTFS sau exFAT.

Date tehnice

HDD-urile diferă unele de altele în funcție de următoarele date:

• volum;
• viteza de rotație a arborelui;
• interfata.

Astăzi, capacitatea medie a hard disk-ului este de 500-1000 GB. Acesta determină cantitatea de informații pe care o puteți scrie mass-media. Viteza axului va determina cât de repede puteți accesa date, adică citiți și scrieți informații. Cea mai comună interfață este SATA, care a înlocuit IDE-ul deja învechit și lent. Ele diferă unele de altele prin lățimea de bandă și tipul de conector conectat la placa de bază. Rețineți că discul unui laptop modern poate avea doar o interfață SATA sau SATA2.

Acest articol a examinat modul în care funcționează un hard disk, principiile sale de funcționare, datele tehnice și structura logică.