Что такое жесткий диск компьютера?
Во время запуска компьютера, набор микропрограмм, записанных в микросхеме BIOS, производит проверку оборудования. Если все в порядке, он передает управление загрузчику операционной системы. Дальше ОС загружается и вы начинаете пользоваться компьютером. При этом – где до включения компьютера хранилась операционная система? Каким образом ваш реферат, который вы писали всю ночь, остался цел после отключения питания ПК? Снова же – где он хранится?
Ладно, вероятно я слишком загнул и вы все прекрасно знаете, что данные компьютера хранятся на жестком диске. Тем не менее что он из себя представляет и как работает не все знают, и поскольку вы здесь, делаем вывод, что хотели бы узнать. Что же, давайте разбираться!
В данной статье будет идти речь только о жестких дисках (HDD) то есть о носителях на магнитных дисках. О SSD можно почитать здесь.
Устройство жесткого диска
Правильное название данного устройства звучит как — накопитель на жестких магнитных дисках или hard (magnetic) disk drive на английском языке. Так же широко распространены следующие варианты: винчестер, винт, хард, НМЖД, HDD, HMDD. Почему его называют винчестер есть множество версий, но наиболее распространенная версия, что первый жесткий диск в современном понимании этого слова разработанный компанией IBM имел внутренне сокращенное наименование «30-30», что совпадало с популярной охотничьей винтовкой Winchester Model 1894 применявшей патрон .30-30 Winchester . Название «винт» является его сокращением в компьютерном сленге.
Мы не будем подробно описывать принципы магнитной записи и устройства HDD, так как обычным пользователям это не нужно, а рассмотрим основные моменты работы жесткого диска и его характеристики. Технически представляет собой устройство записи и хранения информации основанное на принципе магнитной записи. Информация записывается на круглые жесткие диски (пластины или блины) покрытые слоем ферромагнитного материала и расположенные на одной оси привода. Чтение и запись данных осуществляется с помощью подвижных считывающих головок. Принцип напоминает проигрыватель на виниловых пластинках, однако в винчестере считывающие головки не касаются поверхности пластин, в отличие от иглы проигрывателя. В рабочем положении они парят над поверхностью пластин на высоте нескольких нанометров за счет потока набегающего воздуха от быстрого вращения пластин. В выключенном состоянии, головки располагаются в парковочной зоне, чтобы исключить случайное взаимное повреждение деталей от сотрясения винчестера.
Наличие подвижных механических частей несколько снижает надежность устройства, однако отсутствие прямого механического контакта между подвижными деталями компенсирует этот недостаток и обеспечивает надежность и большой ресурс работы винчестеров. Тем не менее, иногда на диске могут все-таки появляться поврежденные участки по различным причинам. Помимо пластин, привода и считывающих головок в одном корпусе с ними располагается управляющая электроника.
Стоит отметить, что сейчас активно развивается технология твердотельных накопителей (SSD). Так же используется для долговременного хранения информации в компьютере, но в них используются микросхемы памяти и отсутствуют движущиеся части. Кроме этого, есть гибридные жесткие диски, сочетающие в одном устройстве традиционный жесткий диск и SSD маленького объема для кэша.
Подвижная головка состоит из двух частей: головка чтения и головка записи. В зависимости от необходимой в данный момент времени операции, используется нужная головка. Количество пластин в корпусе жесткого диска может быть различно и зависит от его емкости и примененных технологий записи. Меньшее количество пластин уменьшает энергопотребление, снижает количество подвижных частей, улучшает температурный режим работы накопителя, что положительно сказывается на его надежности и долговечности. Правда это все в теории, а на практике, каждый конкретный экземпляр индивидуален и утверждать, что накопитель с четырьмя пластинами хуже, чем с двумя неверно.
Чтобы на пластины можно было записывать информацию, их поверхность разбивают на дорожки — концентрические кольцевые области. Все дорожки на всех пластинах HDD находящиеся на одинаковом расстоянии от центра называются цилиндр. В свою очередь, дорожки делятся на равные отрезки называемые секторами. Из объединения соседних секторов в группу образуется кластер. На рисунке ниже, представлена упрощенная схема структуры пластины жесткого диска компьютера.
На рисунке цифрами указано:
1 — геометрический сектор
2 — сектор дорожки
3 — дорожка
4 — кластер
Кластер — минимальная логическая ячейка для хранения информации на жестком диске компьютера. В настоящее время стандартным является кластер размером 4 096 байт , состоящий из восьми секторов по 512 байт каждый. Ознакомиться подробнее с влиянием его размера на параметры HDD можно в статье посвященной файловой системе в операционной системе Windows.
Методы магнитной записи данных на диск
В двух словах принцип записи информации выглядит следующем образом. Пластины жесткого диска вращаются с большой скоростью (обычно 5400 или 7200 об/мин для персональных компьютеров), а головки парят над ними. При подаче на головку переменного электрического тока возникает переменное магнитное поле изменяющее направление вектора намагниченности доменов находящихся под головкой в данный момент в зависимости от величины сигнала. Другими словами происходит заполнение пластин логическими нулями и единицами или процесс записи. Чтение данных с поверхности пластин происходит в обратном порядке, перемещение намагниченных доменов под считывающей головкой приводит появлению переменного электрического сигнала в катушке головки под влиянием эффекта электромагнитной индукции. Поскольку физические размеры пластин ограниченны и стандартизованы увеличение емкости жестких дисков возможно в двух направлениях: увеличение количества пластин в одном устройстве или увеличение количества записанной информации на одной пластине (плотность записи).
Метод продольной записи
Традиционный способ записи, применявшийся в накопителях на магнитных дисках. Вектор намагниченности домена параллелен поверхности пластины. Рост емкости жестких дисков привел в итоге к тому, что она больше не позволяла обеспечивать необходимые емкости дисков. В настоящее время практически не используется.
Метод перпендикулярной записи
Данный метод пришел на смену традиционному способу. За счет вертикальной ориентации доменов, плотность записи значительно возросла и следовательно на одну пластину можно записать больше информации.
Технологии не стоят на месте и ведутся исследования по дальнейшему увеличению плотности записи на пластину, например метод тепловой магнитной записи или метод самосборки полимеров.
PCI Express, то есть возвращение к боковым разъемам
В настоящее время всё чаще используется разъем стандарта PCI Express, который позволяет обойти ограничение интерфейса SATA III, и, одновременно, доступен на старых устройствах.
Скорость передачи данных в этом случае превышает 1 Гб/сек. PCI Express также более энергоэффективен, чем SATA. Такого типа интерфейса используется только в настольных компьютерах.
Разъемы PCI Express имеют разную длину. Подключаемые к нему карты используют только определенное количество каналов. Поэтому устройство с двумя каналами можно подключить к слоту, имеющему четыре, восемь и даже шестнадцать каналов.
Последняя версия интерфейса PCI Express 3.0. Совместима с устройствами предыдущих поколений. Преимуществом является двусторонняя передача, благодаря которой передача данных осуществляется одновременно в две стороны.
Основные моменты в работе HMDD
HDD — это устройство хранения информации по принципу магнитной записи. Информация записывается на пластины, имеющие покрытие ферримагнитным материалом, которые расположены на одной оси. Пластины называют магнитными дисками, а в самом винчестере могут использоваться несколько магнитных пластин.
Запись ровно так же, как и чтение осуществляется при помощи частей подвижной считывающей головки. Хорошим и наглядным примером работы HDD будет сравнение с работой граммофона и его пластинками, но в отличие от его иглы, которая соприкасается с грампластинкой, головка жёсткого диска делает свою работу на расстояние. Само расстояние очень мало, что сквозь воздушный зазор могут пройти частицы пыли или даже табачного дыма.
По мнению экспертов, в прокуренных и запылённых помещения жёсткие диски выходят из строя гораздо чаще.
Головка парит во время работы, а точнее её части для записи и считывания данных, но во время отключения она возвращаются к месту окончанию работы и её же начала, парковочной зоне.
Так же к немаловажной внутренней составляющей жёсткого диска относятся:
Двигатели, предназначенные для вращения магнитных пластин HDD и блок управляющей электроники — руководящий всеми процессами.
Для хранения информации HDD форматируют, то есть он разбит на равные дорожки, которые разбиваются на секторы свою очередь образующие кластеры.
Необходимо знать, что сам жёсткий диск не герметичен, а герметичен его гермоблок, вскрытие которого непременно приведёт к неработоспособности всего жёсткого диска.
Битва накопителей
SSD, или же твердотельный накопитель, не содержит движущихся элементов. SSD весит меньше и работает тихо: шуметь там нечему. Здесь нет считывающих головок, расходующих ресурсы аккумулятора. Следовательно, энергопотребление будет низким. Но есть одна особенность, которая делает выбор не очевидным. О ней расскажем далее.
HDD, или же накопитель на жестких магнитных дисках, состоит из движущихся деталей. Пластины намагничены и обычно вращаются со скоростью 5400, 7200 или 10000 оборотов в минуту. Специальная головка записывает, удаляет и считывает информацию с магнитных дисков. Вся эта механика шумит. И именно за характерный «щелкающий» звук во время работы первых моделей жесткие диски назвали «винчестерами».
Так что же лучше? Давайте выясним.
Датчик вибрации
Установленный в схеме датчик контролирующий уровень вибрации, четко определяет критический момент колебаний. И если он посчитает, что степень вибрации превышает норму, то отправляется сигнал контроллеру. В свою очередь контроллер, корректирующий работу шпинделя и парковку магнитных головок, мгновенно реагирует на это.
И после этого сразу же припарковываются головки либо прекращается вращение шпинделя жесткого диска. На самом деле это устройство предназначено гарантировать защиту винчестеру от всевозможных повреждений. Хотя в процессе эксплуатации это у него не всегда получается. В связи с этим, не допускайте падений HDD на твердую поверхность, дабы избежать выхода из строя датчика вибрации.
И как следствие, прихода в негодность всего устройства. Существую накопители на жестких магнитных дисках снабженные особо чувствительными приборами вибрации способные улавливать незначительный уровень колебания. Информацию, которая приходит на блок управления головками и мотором, способствует регулированию движения головок. Вследствие этого, диски комплектуются как правило парой таких датчиков. И чтобы хорошо себе представлять принцип их работы, нужно знать, что такое винчестер в компьютере.
Есть еще один компонент установленный на плате электроники и служащий для защиты контроллера — это элемент ограничения импульсного напряжения. Одна электронная схема винчестера может содержать в себе от одного и более таких ограничителей.
Разновидности жестких дисков
Все существующие ныне винчестеры отличаются друг от друга множеством параметров, ниже представлю вашему вниманию самые важные из них. Если к ним присмотреться и понять, что вам нужно, то легко определиться, какой выбрать и как:
Интерфейс подключения
Существуют несколько вариантов — это IDE и SATA. Если разъем для последнего еще можно встретить на старых модификациях материнских плат, то IDE уже практически нигде не встречается. Их обоих заменил новый интерфейс, получивший название SATA 2. Штекер, посредством которого жесткий диск подключается к плате, имеет буквально 1 см в длину и 2-3 мм в ширину (сам провод темно-розового или красного цвета). Для сравнения: разъем IDE — это гигантский шлейф длиной в 4-5 см. Который легко случайно перегнуть и, как следствие, сломать.
Также существуют SSD винчестеры. В них нет никаких дисков, в них вообще нет подвижных элементов. Они работают по принципу обычных флешек, но с гораздо большим объемом памяти. Следует учитывать, что такие диски работают гораздо быстрее, нежели классические харды. Но при равных объемах памяти их цена в разы больше, чем у HDD.
А еще при желании вы можете приобрести и использовать внешний жесткий диск. Тут вообще никаких проблем нет — просто выбрать нужный объем памяти и подключить через USB.
Объем накопителя
Раньше вся информация компьютера могла умещаться на одной небольшой дискетке, но цифровая эпоха уничтожила этот стандарт. Сейчас минимальный объем, который можно найти, — это 80 Гб. Сего пространства хватит примерно на 5-6 современных игр или 30-40 фильмов в хорошем качестве. Про музыку и файлы вроде MS Word и Excel речи не идет, так как их можно записать тысячами.
Если вы планируете обращаться с большим объемом информации, то оптимальным вариантом для вас станет жесткий диск с 500 Гб и больше.
Скорость передачи данных
Важный показатель. Крайне важный для тех, кто хочет быстрой работы без тормозов. Чем выше эта скорость, тем быстрее хард будет обмениваться информацией с системой, чтобы та выводила ее на монитор.
Энергопотребление
На этот показатель нужно обращать внимание, если вы берете устройство для ноутбука, так как это позволит экономить заряд батареи.
Существуют еще иные характеристики, но ими мало кто интересуется. В их число входят сопротивляемость ударам, уровень шума и прочие.
Подключение диска
После выбора многие пользователи начинают думать, как правильно подключить жесткий диск. На деле же это очень простой процесс. Достаточно вставить его в предназначенный слот (нижняя часть системного блока, находится прямо позади передней панели) и прочно прикрутить. Далее необходимо вставить провод, идущий в комплекте, в соответствующий разъем на материнской плате и непосредственно в сам винчестер. Все, процесс подключения завершен.
Другой вопрос — это подключение вентилятора (кулера). Он монтируется непосредственно на хард, а подключается уже в другой порт на материнской плате. На каждой модели этот разъем находится в разных местах, поэтому конкретную точку нужно искать уже в руководстве пользователя.
Думаю, что я дал исчерпывающий ответ на вопрос о необходимости жесткого диска и критериев его выбора для компьютера или ноутбука. Если вы считаете, что материал был полезным, поделитесь им со своими друзьями в соцсетях. Кто знает, может этим вы облегчите вопрос выбора и им!
Дорогой читатель! Вы посмотрели статью до конца. Получили вы ответ на свой вопрос? Напишите в комментариях пару слов. Если ответа не нашли, укажите что искали или откройте содержание блога.
ОЧЕНЬ ВАЖНО! Оцени лайком или дизлайком статью!
Цена компьютера тоже немаловажный критерий. Производительность устройства напрямую связано с его стоимостью. Найти золотую
Очень важно при выборе компьютера учитывать дальнейшее использование. Нужна ли вам мобильность устройства или
