Жесткий диск для компьютера — как выбрать по технологии производства, объему памяти, скорости, и производителю
Все программное обеспечение компьютера хранится на его жестком диске. При включении компьютера он одним из первых компьютерных узлов включается в работу и одним из последних – выключается. Любые операции считывания и сохранения информации, запуска программ и приложений, игр, музыки, фото и видео файлов пользователя происходят путем обращения к этому устройству. Магнитный жесткий диск для компьютера, установленный в ПК, сервере или ноутбуке разных производителей, должен обладать большим объемом, быть надежным и обеспечить пользователю скоростной доступ к его информации.
Винчестер, винт – так может называться постоянное запоминающее устройство компьютера, его основная память. Конструктивно он представляет собой параллелепипед длиной 10-15 см, шириной 7-10 см, толщиной 0,7-3 см. Различают встроенные в корпус ноутбука или настольного компьютера диски, и внешние, которые подключаются к компьютеру по USB-кабелю. При создании первых микроконтроллеров с применением микропроцессора применялись постоянные запоминающие устройства на микросхемах, стирание информации в которых производилось ультрафиолетовым облучением.
Создание ПК потребовало разработки устройства быстрой записи, считывания информации. Первые HDD (Hard Disk Drive) созданы по аналогии с виниловыми пластинками – в корпусе находится несколько дисков с магнитным покрытием на вращающемся шпинделе, считывающая и записывающая головка, работающая по принципу магнитной головки магнитофона, механизм ее позиционирования, интерфейс связи с материнской платой. Совсем недавно появились твердотельные накопители больших объемов информации SSD, которые идут на смену HDD, но они пока не сильно распространены ввиду дороговизны.
Технология производства HDD накопителей на жестком магнитном диске для компьютера совершенствуется несколько десятков лет. Сейчас массово используются HDD размером от 1 Тб и выше, стоимость которых от 3000 рублей. Дальнейший рост емкости памяти магнитных накопителей ограничен их размерами и технологическими возможностями. Серьезным их недостатком являются подвижные механические элементы, по вине которых выходит из строя все устройство при встрясках. HDD являются более дешевыми, чем объясняется их популярность для обычных домашних компьютеров.
Магнитные HDD не имели альтернативы до 2009 года, когда было предложено новое устройство хранения больших объемов информации – Solid State Drive (SSD). Основанный на применении микросхем, которые могут располагаться, как на материнской плате, так и в отдельном корпусе, этот тип накопителя появился в серийных детских компьютерах тайваньской компании Quanta Computer с 2007 года в качестве флэш-памяти. Затем уже ASUS начал комплектовать SSD-устройствами линейку нетбуков серии EEE PC 700. Плюсами этой технологии являются:
- беззвучная работа;
- высокая производительность накопителя;
- маленькие размеры;
- низкое энергопотребление.
На стыке двух технологий – старой HDD и инновационной SSD-памяти появился их гибрид – SSHD (Solid State Hybrid Drive). Он представляет из себя жесткий HDD, которому добавлена быстрая флэш-память MLC для организации быстрого и мощного кэша для хранения операционной системы и часто используемых пользователем программ. Объем кэша сейчас устанавливается размером до 8 Гб. При обращении к устройству памяти вначале информация ищется в кэше, и только при ее отсутствии – производится обращение к HDD-памяти. Результатом такой гибридизации является рост скорости работы на 30-40 %.
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.
Про объем диска
Казалось бы, с объемом все достаточно просто: чем больше — тем лучше. Но это лишь с одной стороны, а с другой есть пару моментов, на которые я хочу заострить внимание!
1) Реальный объем диска меньше, чем указано на его упаковке!
Это истина в первой инстанции! Например, на упаковке диска указан его объем в 1 Тб (или 1000 Гб) — по факту, реальное свободное место на нем будет всего 931 Гб!
Почему так происходит?
Дело в том, что производители жестких дисков ведут измерения в десятичной системе, а компьютер считает в двоичной (наверное, многие слышали из курсов информатики). Так вот, 1 Кб = 1024 байт (это в теории!), но у производителей: 1 Кб = 1000 байт. Из-за этой «не кратности» и получается так, что на упаковке заявлен один объем, а в «Моем компьютере», после подключения диска к ПК, вы видите другой.
Важно!
- Если на упаковке диска значится объем в 1 Тб — его реальный объем всего 931,32 Гб!
- Для определения реального объема накопителя: умножьте заявленный объем диска производителем на 0,931 (Важно! Способ подсчета не дает высокой мат. точности, годится для повседневных нужд) .
- Например, возьмем диск в 4 Тб: 4 Тб * 0,931 ≈ 3,724 Тб (т.е. заявлено 4 Тб, по факту сможете записать ~ 3,7 Тб) .
- Второй пример для диска в 2000 Гб: 2000 Гб * 0,931 ≈ 1862 Гб.
2) Не стоит гнаться за последними новинками с самым большим объемом!
Вопрос, конечно, дискуссионный. И все-таки, исходя из статистики и опыта скажу так, что новинки, как правило, гораздо менее надежны! Видимо тут дело в том, что их изготавливают по «не обкатанной» технологии, и многие новые тех. решения еще не доведены до совершенства.
Гораздо более важно обратить внимание на отзывы и рейтинги конкретного модельного ряда одного из известных производителей. По крайней мере, я лично считаю, лучше взять 2 диска (проверенного модельного ряда) по 8 Тб, чем один на 16 Тб (конечно, при втором варианте можно сэкономить 20-30%, но надолго ли?).
Характеристики жестких дисков
Для начала расскажу о характеристиках жестких дисков и о том, какие из них важны, какие – не очень, а на какие и вовсе не стоит обращать внимание.
реклама
Объем. Одна из ключевых характеристик, определяющая, как много данных можно будет разместить на накопителе. Современные жесткие диски в основном представлены моделями от 0.5 до 18 терабайт, при этом с нынешними объемами информации приобретать HDD на 2 или менее терабайта не очень рационально. К тому же, по условной «стоимости одного гига» наиболее выгодными оказываются устройства от 3 до 8 ТБ. Если вы не складируете у себя на ПК тонну медиаконтента, то ваш выбор – HDD на 3-4 терабайта. А если, как и я, складируете, то закупайте несколько «винчестеров» по 6-8 терабайт, только не любых – читайте дальше, и вы поймете, о чем я.
Цена. Здесь все и так понятно, а о том, решения какого объема приобретать выгоднее всего, я уже рассказал. Но ситуация может измениться, например, благодаря скидкам и акциям.
Скорость. Я сейчас не о скорости вращения шпинделя, а о скорости последовательных чтения и записи. До появления быстрых и доступных по цене твердотельных накопителей этот параметр тоже был одним из важнейших, сейчас же на него можно особо не обращать внимания – как, кстати, и на обороты шпинделя. Каких-либо особо тормозных HDD на рынке нет (кроме SMR), а если нужна скорость – покупайте SSD; SATA-версии шустрее в разы, а M.2 PCI Express в десятки раз, и речь о последовательных операциях, если же говорить о случайных, то разница еще более впечатляющая.
Объем кэш-памяти. Еще одна характеристика, практически потерявшая свою значимость, когда ОС, программы и игры перекочевали на SSD.
реклама
Интерфейс. Для ПК нас интересует только SATA III, поскольку SAS предназначен для серверов.
Форм-фактор. 3.5-дюймовые жесткие диски – для компьютеров, 2.5-дюймовые – для ноутбуков. Вы можете установить 2.5-дюймовую модель и в десктоп, но смысла в этом нет: единственное преимущество такого форм-фактора – это миниатюрность. В остальном более габаритные HDD лучше – они объемнее и быстрее. Проще говоря, если есть свободный 3.5 или 5.25 слот – для ПК всегда берем 3.5-дюймовый «винчестер», только во втором случае понадобятся еще и салазки.
реклама
Наполнение. Может быть воздушное либо гелиевое. Фишка гелия в том, что его плотность гораздо ниже плотности воздуха, а значит, в корпус жесткого диска можно поместить больше «блинов», также снижаются энергопотребление и уровень вибраций. Тем не менее, у гелия есть существенный минус – он способен просачиваться даже сквозь сплошной металл, пусть и очень медленно. На временном отрезке порядка нескольких лет – это не страшно, и HDD с гелием в среднем пока показывают себя даже надежнее классических, но что будет в долгосрочном периоде – неизвестно, поэтому, на мой взгляд, гелиевые жесткие диски для домашнего ПК лучше не покупать – тем более, среди моделей на 6-8 терабайт и так достаточно хороших вариантов, а «винчестерам» с более скромным объемом гелий в принципе не нужен. Впрочем, если вы относите себя к новаторам и любите рисковать – можете взять и гелиевый HDD, только бэкапьте с него важные данные, впрочем, как и с любого другого.
Тип записи. Бывает классическая и черепичная (Shingled Magnetic Recording, SMR), с частичным перекрытием дорожек друг другом. Это критически важный параметр, и моя рекомендация проста: вообще не покупайте SMR-диски ни для каких сценариев использования кроме тех, где вы запишете на них что-то один раз, и больше не будете перезаписывать. В домашнем ПК такой сценарий встречается редко – он скорее для архивов и дата-центров.
Отвечу, почему я так категорично настроен против жестких дисков с черепичным типом записи. При перезаписи каких-либо данных, когда исчерпается CMR-буфер, подобным накопителям приходится перезаписывать куда больше дорожек, чем обычным – не только целевую, но и соседние. Соответственно, скорость записи уменьшается в разы, и при больших объемах данных и сильной их фрагментации становится неприемлемо низкой, причем диск может вообще зависнуть или отвалиться из системы, после чего поможет только выключение и включение ПК.
Важно: Не покупайте для игровых, домашних и офисных ПК жесткие диски с черепичным типом записи (SMR) – их производительность при перезаписи больших объемов данных крайне мала, а стабильность работы оставляет желать лучшего. Удел таких HDD – сценарии использования «один раз записали информацию, дальше ее только читаем». Почти полный список SMR-дисков можно найти в этой статье на Хабре.
Можно упомянуть также про запись с подогревом микроволнами или лазером, но решения с такими технологиями только начинают заходить на рынок, и рассматривать их для домашнего ПК рано.
Назначение и режим работы. Для некоторых жестких дисков производитель заявляет целевой режим работы как «8 часов в сутки», для других же – 24/7. Нас, разумеется, интересует только второй вариант, поэтому не советую покупать Seagate Barracuda и WD Blue. Лично у меня компьютер выключается крайне редко, и полагаю, у большинства пользователей дела обстоят так же. Что же касается назначения – одни HDD позиционируются как десктопные, другие – как предназначенные для систем видеонаблюдения, третьи – для NAS, четвертые – для серверов, и так далее. Сильно обращать внимание на это не стоит, хотя вот сопутствующие характеристики посмотреть надо: к примеру, некоторые серверные диски быстрые, но при этом и очень шумные, а некоторые предназначенные для NAS Western Digital Red используют черепичный тип записи.
Уровень шума. Лучше, если он будет до 30 децибел, в крайнем случае – до 35, хотя все сильно зависит еще и от вашего корпуса и субъективного восприятия. Читайте обзоры и отзывы – иногда производитель заявляет модель как тихую, а по факту она издает неприятные и достаточно громкие звуки – к примеру, хруст или щелчки.
Производитель. Выбор производителя – во многом вопрос личных предпочтений. У меня за последние 15 лет померло несколько жестких дисков Seagate, причем 2 из них – без предупреждения в SMART, а WD не померло ни одного, хотя покупал я их больше, но, вероятно, есть пользователи, у которых все наоборот. Toshiba я никогда не покупал и в настоящий момент не планирую – низкая цена и плохие отзывы внушают определенные подозрения. Отпишитесь в комментариях – какие жесткие диски были у вас, и решения какого бренда вы считаете более надежными?
Что такое винчестер
Как выглядит жесткий диск.
У жесткого диска есть несколько альтернативных названий. Например, не редко для его обозначения используется аббревиатура HDD, которая расшифровывается как hard disk drive, что можно перевести как накопитель с жестким диском. Еще одно возможное название – винчестер. Это неофициальное сленговое название, появившееся еще в 70-е годы.
Согласно одной из версий, жесткий диск начали называть винчестером из-за сотрудников компании IBM, которые разрабатывали жесткий диск модели 3340. При создании данного устройства инженеры использовали краткое обозначение «30-30». Данное обозначение указывало на то, что жесткий диск состоял из двух модулей по 30 мегабайт. При этом, оно совпало с названием винтовочного патрона .30-30 Winchester для популярной винтовки Winchester Model 1894. Из-за этого совпадения жесткий диск и начали называть винчестером.
Такое название хорошо прижилось и широко использовалось до конца 90-х годов. Позже, оно начало выходить из употребления. Сейчас в США и Европе жесткий диск больше не называют винчестером, но в странах СНГ это называние все еще используется.
Что далее?
На смену работоспособным, в принципе, вечным и относительно уже недорогим устройствам пришли твердотелы SSD. Всё, чем он вам может не понравиться, это лишь его стоимость. Габариты, вес, скорость обмена данными, долговечность — преимущества этого хранилища перед предшественником неоспоримы.
Двигающихся и вращающихся частей нет, операции в физическом пространстве не ограничены, дефрагментация файловой системы на таком диске стремится к нулю — от этого понятия можно будет отказаться. Теми же остаются требования к броскам температуры. Так что принимаем к сведению: появилась возможность перейти на SSD — даже не размышляйте, берите. Старичок HDD пусть просто хранит информацию, выступая в качестве складского хозяйства. Это не статья о проблеме выбора между HDD и SSD, однако на данный момент различия между двумя типами дисков оформились примерно так:
Описание работы SSD выходит за рамки статьи, так что, если выбор всё-таки станет остро, можно принимать решение в пользу…
Первые жесткие диски
Дебютный жесткий диск HDD RAMAC 305 был выпущен корпорацией IBM в 1956 году. Он представлял собой устройство из 50 металлических пластин, сопоставимое по габаритам с производственным рефрижератором весом в тонну. Накопитель обеспечивал доступ к данным за 600 миллисекунд, скорость информационного обеспечения составляла 8,8 байтов в секунду. Система была ненадежной, так как элементы быстро нагревались и изнашивались, и в 1961 году выпуск модели RAMAC 305 был остановлен.
Последователем данного винчестера стал IBM 1301, выпущенный в этом же году по технологии Air Bearing, которая позволила увеличить срок службы прибора за счет воздушного слоя между головкой и поверхностью накопителя. В 1962 году появилась модифицированная модель 1311 со сменными кассетами.
В 1973 году в историю вошла модель HDD диска IBM 3340. Устройство обеспечивало получение доступа к информации за 25 миллисекунд и высокую скорость передачи данных – 885 килобайт в секунду.
Существенное влияние на эволюцию винчестеров оказало изобретение тонкопленочного магнитного покрытия. Благодаря этой разработке в 1979 году появился накопитель IBM 3370, у которого плотность записи была увеличена в десятки раз.
В 1980 году появилась модель 3380 с емкостью 2,52 гигабайта и скоростью информационного обеспечения 3 мегабайта в секунду.
