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.
Как работает накопитель на жестких дисках
Запись и считывание информации, находящейся на концентрических окружностях жесткого диска, разбитых на секторы, производится посредствам универсальных головок записи/чтения.
Все стороны диска предусматривают свою собственную дорожку для записи и чтения, однако головки располагаются на общем для всех дисков приводе. По этой причине головки перемещаются синхронно.
Видео YouTube: Работа открытого жесткого диска
Автор ролика: Joshua Marius — www.letheonline.net
Нормальная работа накопителя не допускает касаний между головками и магнитной поверхностью диска. Однако в случае отсутствия электроэнергии и остановки устройства головки все же опускаются на магнитную поверхность.
Во время работы жесткого диска между поверхностью вращающейся пластины и головкой образуется незначительный воздушный промежуток. Если в этот промежуток проникает пылинка или устройство подвергается встряске, велика вероятность того, что головка столкнется с вращающейся поверхностью. Сильный удар может стать причиной выхода из строя головки. Результатом этого выхода может быть повреждение нескольких байтов или же полная неработоспособность устройства. По этой причине во многих устройствах магнитная поверхность легируется, после чего на нее наносится специальная смазка, позволяющая справляться с периодической встряской головок.
Некоторые современные диски используют механизм загрузки/разгрузки, который не позволяет головкам касаться магнитной поверхности даже в случае отключения электропитания.
Распространённые названия жёсткого диска, откуда появилось название «Винчестер»
Ответ на вопрос что такое HDD можно сформулировать как накопитель на жёстких магнитных дисках, пожалуй, самая профильная формулировка, но также этот накопитель правильно называть: HMDD (hard magnetic disk drive от англ.), жёсткий диск, винчестер и разными производными.
- HDD или HMDD — здесь всё просто, перевод с английского языка — накопитель на жёстких магнитных дисках.
- Ж ёсткий диск и почему не мягкий, всё просто внутри жёсткого диска имеются пластины, они твёрдые, примерно в одно время с ним появились дискеты, у этого носителя информации, составляющей частью были гибкие (мягкие) магнитные диски — флоппи. Поэтому смех, вызванный из-за фразы: почему жёсткий диск не мягкий совершенно не обоснованный, разве только у незнающего человека.
- Само название винчестер ближе уже к профессиональному сленгу, появление данного названия наверняка, не известно, но существует наиболее популярная трактовка, которую рассмотрим ниже.
Опять для понимания появления другого имени жёсткого диска как компьютерного винчестера, нужно обратиться к истории. Винчестеры раньше имели немного больший размер чем в наше время. В 1973 году выл выпущена моделью HDD 3340, сам диск же для краткости обозначался инженерами, разработавшими его «30-30», обозначавшее 2 модуля по 30 мегабайт, что дало повод найти соотношение с американской винтовкой Winchester, у которой патроны имели созвучное название 30-30 Winchester, отсюда и его название — винчестер.
Жесткий диск — а почему не мягкий?
Жесткий диск (другие названия — винчестер, хард) — это компактное устройство в системном блоке, которое соединяется с материнской платой небольшими шлейфами (проводами). Его предназначение — хранение абсолютно всей информации пользователя. Сюда входят основные программы, такие как операционная система, драйвера для различных устройств, файлы настроек и прочие элементы управления компьютером. Помимо этого на жестком диске хранится все, что на него загружается самим пользователем.
Игры, музыка, фильмы, фотографии, книги — все это располагается на миллионах кластеров внутри самого устройства.
Жесткий диск так называется потому, что внутри его мощного и прочного корпуса сокрыты пластины из металла, на которые, собственно, и записывается вся информация.
А многими годами раньше хранение данных осуществлялось на тонких пластиковых листах с магнитным напылением. Они, что вполне логично, легко сгибались и ломались.
Сейчас такие нигде не используются ввиду их хрупкости, ненадежности и абсолютной неактуальности. Обычные винчестеры напрочь их вытеснили не только из системных блоков, но даже из сознания людей. Ныне мало кто вспомнит гибкие диски для хранения данных, их великолепно заменяют CD и DVD диски, флешки.
Устройство жесткого диска компьютера
Жесткий диск состоит из пяти основных частей. И первая из них — интегральная схема, которая синхронизирует работу диска с компьютером и управляет всеми процессами.
Вторая часть — электромотор (шпиндель), заставляет вращаться диск со скоростью примерно 7200 об/мин, а интегральная схема поддерживает скорость вращения постоянной.
А теперь третья, наверное самая важная часть — коромысло, которое может как записывать, так и считывать информацию. Конец коромысла обычно разделен, для того чтобы можно было работать сразу с несколькими дисками. Однако головка коромысла никогда не соприкасается с дисками. Существует зазор между поверхностью диска и головкой, размер этого зазора примерно в пять тысяч раз меньше толщины человеческого волоса!
Но давайте все же посмотрим, что случится, если зазор исчезнет и головка коромысла соприкоснется с поверхностью вращающегося диска. Мы все еще со школы помним, что F=m*a (второй закон Ньютона, по-моему), из которого следует, что предмет с небольшой массой и огромным ускорением — становится невероятно тяжелым. Учитывая огромную скорость вращения самого диска, вес головки коромысла становится весьма и весьма ощутимым. Естественно, что повреждение диска в таком случае неизбежно. Кстати, вот что случилось с диском, у которого этот зазор по каким то причинам исчез:
Так же важна роль силы трения, т.е. ее практически полного отсутствия, когда коромысло начинает считывать информацию, при этом смещаясь до 60 раз за секунду. Но постойте, где же здесь находится двигатель, что приводит в движение коромысло, да еще с такой скоростью? На самом деле его не видно, потому что это электромагнитная система, работающая на взаимодействии 2 сил природы: электричества и магнетизма. Такое взаимодействия позволяет разгонять коромысло до скоростей света, в прямом смысле.
Четвертая часть — сам жесткий диск, это то, куда записывается и откуда считывается информация, кстати их может быть несколько.
Ну и пятая, завершающая часть конструкции жесткого диска — это конечно же корпус, в который устанавливаются все остальные компоненты. Материалы применяются следующие: почти весь корпус выполнен из пластмассы, но верхняя крышка всегда металлическая. Корпус в собранном виде нередко называют «гермозоной». Бытует мнение, что внутри гермозоны нету воздуха, а точнее, что там — вакуум. Мнение это опирается на тот факт, что при таких высоких скоростях вращения диска, даже пылинка, попавшая внутрь, может натворить много нехорошего. И это почти верно, разве что вакуума там никакого нету — а есть очищенный, осушенный воздух или нейтральный газ — азот например. Хотя, возможно в более ранних версиях жестких дисков, вместо того, чтобы очищать воздух — его просто откачивали.
Это мы говорили про компоненты, т.е. из чего состоит жесткий диск. Теперь давайте поговорим про хранение данных.
Для чего нужен жёсткий диск?
Как уже упоминалось, основное назначение жёсткого диска — постоянное (в отличие от оперативной памяти) хранение виртуальных данных. Разница видна на простом примере: когда компьютер выключается, ОЗУ автоматически очищается, так как не обладает ресурсами для записи; в то же время файлы и незавершённые системные процессы сохраняются на HDD и остаются доступны после очередного включения.
Следовательно, пользователю не нужно каждый раз переписывать информацию на листочек, наносить на перфоленту, скидывать на оптический диск или дискету. Достаточно просто запустить компьютер или ноутбук — и почти мгновенно получить доступ к ранее созданным или просматриваемым данным.
Второе назначение НЖМД — перенос и распространение цифровой информации; в современных условиях возможны несколько вариантов процесса:
- физический — пользователь записывает данные на жёсткий диск и переставляет его из одного компьютера в другой;
- виртуальный — сведения распространяются при помощи технологий удалённого доступа, в том числе в «облаках»; в зависимости от выбранных владельцем настроек файлы могут быть доступны как только ему, так и неограниченному числу пользователей по всему миру.
Винчестеры, выполняющие вторую функцию, могут входить в состав так называемых серверов — программно-аппаратных комплексов, обеспечивающих массовый доступ к уникальным, изначально хранящимся только в одном месте данным.
Важнейшая опция жёсткого диска, являющаяся частным случаем первой, — создание среды для запуска и использования на компьютере операционной системы. Именно благодаря НЖМД пользователю нет необходимости каждый раз запускаться с дискеты, CD, DVD или флешки — теперь эта необходимость возникает только при повреждении критически важных данных на HDD или при необходимости переустановки ОС.
Неисправности жесткого диска
Случайное или ошибочное форматирование дисков, повреждения файловой системы, повреждение разделов в диске относят к логическим ошибкам. Такие неисправности жесткого диска «лечатся» программными методами и нет необходимости вмешиваться в устройство винчестера.
Аппаратные сбои требуют ремонта внутренних элементов и не всегда есть гарантия успеха.
Повреждение поверхности диска. Могут быть результатом износа либо ударов головки о поверхность, попадания на диск частиц пыли после разгерметизации корпуса. Чтение информации обычным способом с таких участков невозможно. Существует вероятность разрушения головки из-за трения и последующего перегрева. Ремонт невозможен, можно попытаться считать информацию при помощи специальных программ и перенести на резервный носитель.
Неисправность контроллера. Обычно является следствием короткого замыкания из-за попадания на поверхность платы влаги или пыли. Ремонтируется перепайкой части контактов, заменой поврежденных микросхем или самой платы.
Неисправности двигателя. Основных причин две: повреждение обмоток вращающего шпиндель двигателя и заклинивание самого шпинделя. В первом случае есть возможность заменить двигатель без разбалансировки дисков. Во втором — пытаются расклинить вал, что получается не всегда. В случае неудачи диски перемещают в донорский корпус, после чего могут возникнуть проблемы с балансировкой.
Неисправности головок. Иногда при внезапном выключении напряжения головки не успевают уйти в парковочную зону и опускаются на диск. Его поверхность и слайдеры «слипаются» и при повторном включении диск не запустится. Для отделения головок существуют специальные съемники. После операции на поверхности диска остаются нечитаемые «пятна», а сами головки могут быть повреждены.
Причиной разрушения головок могут быть удары о поверхность диска, попадание между головкой и диском частиц пыли, сильное сотрясение. В случае поломки одной или нескольких головок проводится попытка считывания информации при помощи оставшихся. Таким способом возможно восстановить от 20 до 70% объема памяти. Метод подходит для считывания лишь небольших файлов.
Причиной выхода из строя всего блока головок чаще всего становится сгорание предусилителя. Для восстановления памяти проводится пересадка ББМБМГ. Процедура ювелирная и дорогая.
