Жесткие диски — в числе ключевых компонентов ПК или ноутбука. во многом зависит от характеристик данных девайсов. Какие разновидности жестких дисков представлены на современном рынке? Как выбрать оптимальный с точки зрения решения типичных пользовательских задач девайс?
Что такое жесткий диск?
Жесткий диск — это основное устройство хранения файлов на ПК или ноутбуке. Конструкционно представляет собой вращающуюся магнитную пластину со считывающим и записывающим элементом — головкой. На сленге любителей компьютерной техники называется «винчестером», «винтом», «хардом». Специфика функционирования жестких дисков в том, что считывающая и одновременно записывающая головка не контактирует с магнитной пластиной. Благодаря этому, а также ряду иных конструкционных особенностей, устройство функционирует долго и может рассматриваться как одно из самых надежных средств для хранения информации.
Жесткий диск — ресурс, на котором, как правило, располагаются системные файлы, то есть те, что присутствуют в структуре ОС, различных приложений, игр. Инсталляция ПО практически всегда предполагает задействование ресурсов «винчестера».
Большинство современных моделей компьютеров поддерживает подключение нескольких жестких дисков. В ноутбуках чаще всего размещается только один жесткий диск — в силу небольших габаритов соответствующих устройств. При этом если речь идет о типа (их специфику мы рассмотрим чуть позже), то максимальное их количество чаще всего ограничивается доступностью соответствующих слотов на ПК, а также характеристиками производительности компьютера.
Итак, жесткий диск — важнейший аппаратный компонент компьютера. Наша задача — определить критерии оптимального выбора соответствующего девайса для ПК. Для ее решения полезно будет исследовать для начала классификацию «винчестеров».
Классификация жестких дисков
Рассмотрим, таким образом, в каких разновидностях представлены современные жесткие диски на рынке компьютерной техники.
В числе самых популярных типов девайсов — жесткий диск компьютера, который соответствует форм-фактору 3,5 дюйма. Такие диски имеют скорость вращения 5400 либо 7200 оборотов в минуту. Коммуникация «винчестеров» с ПК осуществляется с помощью различных интерфейсов. Самые распространенные — IDE и SATA.
Есть жесткие диски, адаптированные для серверов. Размер их, как правило, тот же, что и в ПК, однако скорость оборотов таких устройств гораздо выше — порядка 15000 вращений в минуту. «Винчестеры» для серверов соединяются с основными аппаратными компонентами чаще всего через интерфейс SCSI, но возможна поддержка последовательных стандартов SATA или SAS. Серверный жесткий диск — это исключительно надежное устройство, что неудивительно: компьютеры, на которые подобные накопители ставятся, призваны обслуживать ключевые участки цифровой инфраструктуры компаний, государственных организаций, интернет-провайдеров.
Указанные типы «винчестеров» подлежат установке внутри системного блока ПК или сервера. Но есть и внешние жесткие диски. Они подключаются к одному из наружных портов компьютера — чаще всего USB или FireWire. Их функциональность в целом аналогична той, что характеризует устройства внутреннего типа. Объем жесткого диска, относящегося к категории внешних, как правило, достаточно большой — порядка 500-1000 Гб. Дело в том, что подобного типа устройства часто используются для перемещения от одного компьютера к другому больших объемов данных.
Существуют жесткие диски, адаптированные для ноутбуков. Размер их меньше, чем у «винчестеров», рассчитанных на установку в «десктопные» компьютеры — 2,5 дюйма. Скорость жесткого диска для ноутбука — чаще всего 4200 либо 5400 оборотов в минуту. Функционируют такие винчестеры обычно при задействовании интерфейса SATA. Характеризуются высокой устойчивостью к изменению положения, что вполне логично с учетом специфики пользования ноутбуками.
В числе самых технологически продвинутых разновидностей жестких дисков — твердотельные накопители. Их, в принципе, можно считать отдельным классом устройств, так как в их структуре нет движущихся пластин. Данные в подобного типа жестких дисках записываются на флеш-память. Устройства такого типа имеют как преимущества, так и недостатки.
Многие ведущие мировые производители ПК адаптируют свои фабричные линии к выпуску девайсов, оснащенных именно твердотельными накопителями. Данного типа жесткие диски стоят дороже, чем те, в структуре которых присутствуют вращающиеся элементы. Однако в сравнении с ними они характеризуются пониженным энергопотреблением, практически полным отсутствием шума при работе, во многих случаях — меньшим весом. Относительно скорости можно отметить, что типичный показатель для твердотельных жестких дисков — 300-400 Мб/сек, что очень прилично на фоне ведущих коммуникационных стандартов, поддерживаемых современными компьютерами.
Интерфейсы
Успешная установка жесткого диска в ПК во многом зависит от наличия в нем необходимых интерфейсов. Рассмотрим специфику самых распространенных стандартов коммуникации на современном рынке компьютерной техники. Это будет полезно для соотнесения задач пользователя и типа «винчестера», который оптимально подойдет для их решения.
В числе самых распространенных интерфейсов для подключения внешних жестких дисков — USB. При этом данный коммуникационный стандарт может быть представлен в разных версиях — 1, 2 и 3. Скорость жесткого диска непосредственным образом зависит от его совместимости с соответствующей технологией. Касательно 1-й версии интерфейса можно сказать, что при его использовании возможна передача данных на 12 Мбит/сек, 2-я гарантирует обмен файлами со скоростью до 480 Мбит/сек, 3 поколение USB-интерфейсов обеспечивает показатель в 5 Гбит/сек. Если предполагается использование девайса не только для хранения файлов, но также, например, для инсталляции игр или программ, то лучше всего, если он будет поддерживать самые современные интерфейсы USB — во 2-й версии, а еще лучше в 3-й.
Внешний жесткий диск компьютера может быть также подключен с помощью интерфейса FireWire. Он характеризуется высокой скоростью передачи данных — порядка 400 Мбит/сек. Исключительно эффективен при работе с видеофайлами.
Рассмотрим стандарты, используемые при установке в ПК накопителей внутреннего типа. Считающийся относительно устаревшим, однако до сих пор популярный интерфейс — IDE.
Он может передавать данные со скоростью порядка 133 Мб/сек. Распространен в настольных ПК — во многом из-за достаточно большой величины разъема, неоптимального для конструкционной структуры ноутбука.
Интерфейс SATA — результат совершенствования стандарта IDE. Позволяет передавать данные со скоростью до 300 Мб/сек. Характеризуется повышенной защищенностью от помех. Активно используется в ноутбуках — благодаря относительно небольшой величине разъема, а также хорошей скорости передачи данных.
Интерфейс SCSI, как мы отметили выше, ставится, главным образом, на серверах. Также характеризуется высокой скоростью передачи данных — порядка 320 Мб/сек. Есть модернизированная модификация рассматриваемого интерфейса — SAS. Жесткие диски, функционирующие при его задействовании, могут обеспечивать обмен данными на скорости порядка 12 Гбит/сек.
Критерии выбора жесткого диска
Характеристики рассмотренных нами выше интерфейсов можно считать значимыми критериями при выборе жесткого диска. Также мы озвучили ряд иных важных параметров — таких как скорость вращения элементов девайса, форм-фактор. Но самая, вероятно, значимая в аспекте выбора оптимальной модели девайса характеристика — память жесткого диска. Во многом этот параметр субъективен — многие пользователи предпочтут более скоростной «винчестер», чем тот, в котором можно будет размещать большое количество файлов. Однако - все-таки первое, на что обращают внимание многие пользователи.
Важнейший аспект выбора «винчестера» - некоторые из его номинальных характеристик (например, совместимость с теми или иным интерфейсами) должны быть совместимы с коммуникационными возможностями ПК. Бывает так, что жесткий диск компьютера невероятно технологичен, однако поддержка соответствующих стандартов на материнской плате ПК недостаточная. Рассмотрим ключевые нюансы совместимости «винчестеров» и некоторых аппаратных компонентов современных компьютеров.
Важна совместимость размеров
Выше мы отметили, что жесткие диски различаются размерами. Может показаться, что этот параметр — второстепенный. Но зачастую он оказывается едва ли не определяющим. Дело в том, что установка жесткого диска в ПК или в соответствующую область ноутбука будет крайне затруднена, если размер накопителя будет слишком маленьким, и потому неоптимальным с точки зрения использования доступного в структуре девайса пространства. Она будет практически невозможна, если габариты окажутся слишком большими - «винчестер» попросту не влезет в компьютер.
Конечно, данная закономерность характерна главным образом для ноутбуков, так как проблем с размещением жесткого диска в «десктопных» ПК обычно не возникает (во многом в силу доступности различных дополнительных приспособлений). Поэтому, планируя приобретать новые жесткие диски для ноутбука, нужно знать, каков точный размер текущих. Выше мы отметили, что в соответствующих типах компьютеров распространены «винчестеры» с форм-фактором 2,5 дюйма. Но нужно иметь в виду, что в некоторых моделях ноутбука устанавливаются жесткие диски в размере 1,8 дюйма.
Совместимость коммуникационных стандартов
Совместимыми должны быть также и коммуникационные интерфейсы «винчестера» и материнской платы ПК. Главный нюанс здесь — различия в версиях стандартов обмена данными. Так, есть три разновидности Важно, чтобы соответствующий стандарт коммуникаций, поддерживаемый накопителем, был также совместим с материнской платой. Может получиться так, что пользователь купит дорогой, обеспечивающий обмен данными по современному стандарту SATA 3, жесткий диск (цена таких моделей может составлять порядка 10 тыс. руб.), но компьютер не сможет его полноценно поддерживать. Владелец ПК, таким образом, может существенно переплатить.
То же самое касается соотнесения поддерживаемых «винчестером» и ПК стандартов USB. Если жесткий диск рассчитан на подключение через интерфейс USB 3.0, а материнская плата его не поддерживает, то технологические возможности соответствующего стандарта также не будут в полной мере реализованы. Касательно интерфейса FireWire можно сказать, что, покупая поддерживающий его жесткий диск (цена девайса также может быть приличной — порядка 8-10 тыс. руб.), необходимо убедиться, что ПК в принципе совместим с ним. Данный коммуникационный стандарт типичен для ноутбуков, но отсутствует на многих «десктопных» ПК. Конечно, жесткие диски, поддерживающие FireWire, как правило, одновременно совместимы также и с интерфейсами USB, и крайне маловероятно, что устройство окажется нефункциональным в силу отсутствия порта FireWire на ПК. Но если пользователь, например, рассчитывал задействовать самое явное конкурентное преимущество FireWire — эффективную работу с видеоданными, то он может не получить желаемых результатов работы винчестера.
Оптимальный объем
Как мы отметили выше, объем в качестве основной характеристики такого устройства, как жесткий диск, — это очень субъективный параметр. Многим пользователям вполне хватает, условно говоря, нескольких гигабайт дискового пространства — например, если они работают преимущественно с документами. Кому-то и жесткий диск на терабайт покажется недостаточно вместительным в силу частого размещения на нем больших объемов мультимедийного контента — видео, фотографий, музыки.
Рекомендовать оптимальный объем накопителя достаточно сложно. Но концепция «чем больше — тем лучше» - не всегда лучший вариант, опять же с экономической точки зрения. Можно потратиться на дорогой, вместительный жесткий диск — 1TB. Целый терабайт будет, таким образом, в распоряжении — но на практике он может использоваться едва ли наполовину. При этом при покупке менее вместительного, но стоящего дешевле накопителя освободившиеся финансовые средства можно направить на улучшение производительности ПК или ноутбука (например, купить дополнительный модуль ОЗУ или более мощный кулер на процессор).
По мнению ряда IT-специалистов, жесткий диск на 500 Гб — оптимальное решение для большинства пользовательских задач. Так, на «винчестере» соответствующего объема можно разместить порядка 100-150 тыс. фотографий в хорошем качестве, инсталлировать около 100-150 современных игр. Если владелец ПК — не коллекционер фотошедевров и не геймер, то маловероятно, что он задействует хотя бы половину соответствующего ресурса. Но если он, в свою очередь, увлекается фотографированием и играми, то тех возможностей, которые ему даст жесткий диск на 500 Гб, действительно может оказаться недостаточно. Вместе с тем данный объем «винчестера» рассматривается как один из оптимальных с точки зрения типичных задач, которые решают современные пользователи.
Скорость оборотов
Другой важный параметр, который характеризует жесткий диск — это скорость оборота пластин. Относительно него можно сказать, что он важен с точки зрения фактической скорости передачи данных, а также динамики обработки операционной системой различных файлов. Если «винчестер» используется как основной, то есть на нем стоит ОС, на него инсталлируются программы и игры, то лучше, если рассматриваемая характеристика будет выражаться в как можно больших величинах. Если пользователь покупает второй жесткий диск, предназначенный главным образом для хранения файлов, то в этом смысле скорость вращения пластин — не самый важный показатель.
Чем выше значение рассматриваемого показателя, тем дороже накопитель. В этом смысле переплата за более высокие обороты при том, что их наличия не требуется, может, опять же, оказаться нежелательной. «Винчестер» с большой скоростью вращения дисков издает существенно больше шума, чем тот, у которого обороты скромнее, а также характеризуется большим энергопотреблением. Оптимальный показатель для современных жестких дисков, при котором возможно эффективное решение большинства пользовательских задач — 7200 оборотов в минуту.
Кэш-память
В числе значимых показателей производительности накопителя — кэш-память. Задействуя данный ресурс, жесткий диск может существенно ускорять процедуры выполнения многих операций с файлами. В кэш-памяти фиксируются наиболее частые алгоритмы запросов к тем или иным ресурсам компьютера. Если некие данные присутствуют в кэш, то «винчестеру» нет необходимости искать их в пространстве оперативной памяти либо среди файлов. Чем больше размер кэш-памяти, тем лучше. Но рекомендуемая многими экспертами оптимальная величина соответствующего показателя — 64 Мб.
Имеет ли значение бренд?
Имеет ли смысл выбирать жесткий диск при прочих равных, ориентируясь на бренд? Мнения IT-экспертов и пользователей на этот счет очень разные. Это касается как рекомендации ориентироваться на бренд, так и точек зрения на качество накопителей, выпускаемых конкретным производителем. Одни пользователи будут характеризовать исключительно позитивно свой, выпущенный компанией Samsung, жесткий диск, отзывы других владельцев девайса от корейского бренда могут быть менее восторженными. Некоторые IT-эксперты хвалят бренды Hitachi, Toshiba, другие не считают их чем-то лучше конкурентов. Вместе с тем указанные компании — лидеры рынка. Данный факт в любом случае стоит рассматривать как значимый. Статус лидера высококонкурентного рынка компьютерных комплектующих не дается легко. Этому, вероятно, способствует высокое качество производимых товаров.
Итак, если нам нужен жесткий диск для ПК или ноутбука, то мы можем ориентироваться на следующую совокупность критериев:
Размер (актуально главным образом для ноутбуков - нежелательно, чтобы соответствующий показатель был меньше, чем слоты, предусмотренные для размещения жестких дисков, недопустимо — чтобы он был больше);
Поддерживаемые стандарты (важно, чтобы технологичные интерфейсы на «винчестере» были в полной мере совместимы с ресурсами ПК);
Объем (субъективно, но 500 Гб — оптимальный показатель для большинства пользовательских задач);
Скорость вращения пластин (оптимально — 7200 оборотов в минуту);
Кэш-память (оптимально — 64 Мб).
Желательно также, чтобы «винчестер» был выпущен фирмой-производителем, которая находится на лидирующих позициях на мировом рынке в соответствующем сегменте устройств.
В данной статье будет идти речь только о жестких дисках (HDD) то есть о носителях на магнитных дисках. О SSD будет следующая статья.
Что такое жесткий диск
По традиции, давайте подсмотрим определение жесткого диска в Википедии:
Жесткий диск (винт, винчестер, накопитель на жестких магнитных дисках, НЖМД, HDD, HMDD) - запоминающее устройство произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи.
Используются в подавляющем большинстве компьютеров, а также как отдельно подключаемые устройства для хранения резервных копий данных, в качестве файлового хранилища и т.п.
Чуть-чуть разберемся. Мне нравится термин «накопитель на жестких магнитных дисках«. Эти пять слов передают всю суть. HDD - устройство, предназначение которого длительное время хранить записанные на него данные. Основой HDD являются жесткие (алюминиевые) диски со специальным покрытием, на которое при помощи специальных головок записывается информация.
Не буду рассматривать в деталях сам процесс записи - по сути это физика последних классов школы, и вникать в это, уверен, у вас желания нет, да и статья совсем не о том.
Также обратим внимание на фразу: «произвольного доступа» что, грубо говоря, означает, что мы (компьютер) можем в любое время считать информацию с любого участка ЖД.
Важным является тот факт, что память HDD не энергозависима, то есть не важно подключено питание или нет, записанная на устройство информация никуда не исчезнет. Это важное отличие постоянной памяти компьютера, от временной (ОЗУ).
Взглянув на жесткий диск компьютера в жизни, вы не увидите ни дисков, ни головок, так как все это скрыто в герметичном корпусе (гермозона). Внешне винчестер выглядит так.
Думаю что такое HDD вы поняли. Идем дальше.
Для чего компьютеру нужен жесткий диск
Рассмотрим что такое HDD в компьютере, то есть какую роль он играет в ПК. Понятно, что он хранит данные но, как и какие. Здесь выделим такие функции НЖМД:
- Хранение ОС, пользовательского ПО и их настроек;
- Хранение файлов пользователя: музыка, видео, изображения, документы и т.д;
- Использование части объема жесткого диска, для хранения данных не помещающихся в ОЗУ (файл подкачки) или хранение содержимого оперативной памяти во время использования режима сна;
- Как видим, жесткий диск компьютера не просто свалка из фотографий, музыки и видео. На нем хранится вся операционная система, и помимо этого ЖД помогает справляться с загруженностью ОЗУ, беря на себя часть ее функций.
Из чего состоит жесткий диск
Мы частично упоминали о составных жесткого диска, сейчас разберемся с этим детальнее. Итак, основные составляющие HDD:
- Корпус - защищает механизмы жесткого диска от пыли и влаги. Как правило, является герметичным, дабы внутрь та самая влага и пыль не попадали;
- Диски (блины) - пластины из определенного сплава металлов, с нанесенным с обеих сторон покрытием, на которое и записываются данные. Количество пластин может быть разным - от одной (в бюджетных вариантах), до нескольких;
- Двигатель - на шпинделе которого закреплены блины;
- Блок головок - конструкция из соединенных между собой рычагов (коромысел), и головок. Часть ЖД, которая считывает и записывает на него информацию. Для одного блина используется пара головок, поскольку и верхняя, и нижняя часть у него рабочая;
- Устройство позиционирования (актуатор) - механизм приводящий в действие блок головок. Состоит из пары постоянных неодимовых магнитов и катушки, находящейся на конце блока головок;
- Контроллер - электронная микросхема управляющая работой HDD;
- Парковочная зона - место внутри винчестера рядом с дисками либо на их внутренней части, куда опускаются (паркуются) головки во время простоя, чтобы не повредить рабочую поверхность блинов.
Такое вот незамысловатое устройство жесткого диска. Сформировалось оно много лет назад, и никаких принципиальных изменений в него уже давно не вносились. А мы идем дальше.
Как работает жесткий диск
После того, как на HDD подается питание двигатель, на шпинделе которого закреплены блины, начинает раскручиваться. Набрав скорость, при которой у поверхности дисков образовывается постоянный поток воздуха, начинают двигаться головки.
Данная последовательность (сначала раскручиваться диски, а затем начинают работать головки) необходима для того, чтобы за счет образовавшегося потока воздуха, головки парили над пластинами. Да, они никогда не касаются поверхности дисков, иначе последние были бы моментально повреждены. Тем не менее, расстояние от поверхности магнитных пластин до головок настолько маленькое (~10 нм), что вы не увидите его невооруженным глазом.
После запуска, в первую очередь происходит считывание служебной информации о состоянии жесткого диска и других необходимых сведениях о нем, находящихся на так называемой нулевой дорожке. Только затем начинается работа с данными.
Информация на жестком диске компьютера записывается на дорожки которые, в свою очередь, разбиты на сектора (такая себе разрезанная на кусочки пицца). Для записи файлов несколько секторов объединяют в кластер, он и является наименьшим местом, куда может быть записан файл.
Кроме такого «горизонтального» разбиения диска, есть еще условное «вертикальное». Поскольку все головки объединены, они всегда позиционируются над одной и той же по номеру дорожкой, каждая над своим диском. Таким образом, во время работы HDD головки как бы рисуют цилиндр.
Пока HDD работает, по сути он выполняет две команды: чтение и запись. Когда необходимо выполнить команду записи, происходит вычисление области на диске куда она будет производится, затем позиционируются головки и, собственно, выполняется команда. Затем результат проверяется. Кроме записи данных прямо на диск, информация также попадает в его кеш.
Если контроллеру поступает команда на чтение, в первую очередь происходит проверка наличия требуемой информации в кеше. Если ее там нет, снова происходит вычисление координат для позиционирования головок, дальше, головки позиционируется и считывают данные.
После завершения работы, когда питание винчестера исчезает, происходит автоматическая парковка головок в парковочных зоне.
Вот так в общих чертах и работает жесткий диск компьютера. В действительности же все намного сложнее, но обычному пользователю, скорее всего, такие подробности не нужны, поэтому закончим с этим разделом и пойдем дальше.
Виды жестких дисков и их производители
На сегодняшний день, на рынке существует фактически три основных производителя жестких дисков: Western Digital (WD), Toshiba, Seagate. Они полностью покрывают спрос на устройства всех видов и требований. Остальные компании либо разорились, либо были поглощены кем-то из основной тройки, или перепрофилировались.
Если говорить о видах HDD, их можно разделить таким образом:
1. Для ноутбуков - основной параметр - размер устройства в 2,5 дюйма. Это позволяет им компактно размещаться в корпусе лептопа;
2. Для ПК - в этом случае также возможно использование 2,5″ жестких дисков, но как правило, используются 3,5 дюйма;
3. Внешние жесткие диски - устройства, отдельно подключаемые к ПК/ноутбуку, чаще всего выполняющие роль файлового хранилища.
Также выделяют особый тип жестких дисков - для серверов. Они идентичны обычным ПКшным, но могут отличаются интерфейсами для подключения, и большей производительностью.
Все остальные разделения HDD на виды происходят от их характеристик, поэтому рассмотрим их.
Характеристики жестких дисков
Итак, основные характеристики жесткого диска компьютера:
Объем - показатель максимально возможного количества данных, которые можно будет вместить на диске. Первое на что обычно смотрят при выборе HDD. Данный показатель может достигать 10 Тб, хотя для домашнего ПК чаще выбирают 500 Гб - 1 Тб;
- Форм-фактор - размер жестокого диска. Самые распространенные - 3,5 и 2,5 дюйма. Как говорилось выше, 2,5″ в большинстве случаев, устанавливаются в ноутбуки. Также их используют во внешних HDD. В ПК и на сервера устанавливают 3,5″. Форм фактор влияет и на объем, так как на больший диск может поместиться больше данных;
- Скорость вращения шпинделя - с какой скоростью вращаются блины. Наиболее распространены 4200, 5400, 7200 и 10000 об/мин. Эта характеристика напрямую влияет на производительность, а так же и цену устройства. Чем выше скорость - тем больше оба значения;
- Интерфейс - способ (тип разъема) подключения HDD к компьютеру. Самым популярным интерфейсом для внутренних ЖД сегодня является SATA (в старых компьютерах использовался IDE). Внешние жесткие диски подключаются, как правило, по USB или FireWire. Кроме перечисленных, существуют еще такие интерфейсы как SCSI, SAS;
- Объем буфера (кеш-память) - тип быстрой памяти (по типу ОЗУ) установленный на контроллере ЖД, предназначенный для временного хранения данных, к которым чаще всего обращаются. Объем буфера может составлять 16, 32 или 64 Мб;
- Время произвольного доступа - то время, за которое HDD гарантированно выполнить запись или чтение с любого участка диска. Колеблется от 3 до 15 мс;
Кроме приведенных характеристик также можно встретить такие показатели как:
Скорость передачи данных;
- Количество операций ввода-вывода в сек.;
- Уровень шума;
- Надежность;
- Сопротивляемость ударам и т.д;
На счет характеристик HDD это все.
Здравствуйте Друзья! Что такое жесткий диск или HDD? Жесткий диск это накопитель на жестких магнитных дисках. Сокращенно — НЖМД или hard (magnetic) disk drive — HDD или MHDD. Первый жесткий диск был выпущен компанией IBM в 1956 году имел габариты около одного метра кубического и был способен запомнить до 3.5 МБ информации (смотрите рисунок слева из википедии). В его состав входили 50 магнитных дисков диаметром 610 мм. Поверхность дисков была покрыта чистым железом, благодаря чему и была возможность намагничивать участки и запоминать данные. Этот жесткий диск весит 971 кг и входил в состав первого серийного компьютера IBM 305 RAMAC. Дальше технологии развивались и дошли до того, что вы видите в своих настольных ПК и ноутбуках . Жесткий диск так же называют хард, винчестер или сокращенно — винт. Название винчестер пошло их 70-х годов. В то время компания IBM выпустила новый компьютер с более современным жестким диском, который представлял из себя два шкафчика, каждый запоминал до 30 МБ информации. Была проведена аналогия с винтовкой Winchester, использовавшей патрон 30-30. Наверно, после этого за жесткими дисками, скорее всего навсегда (по крайней мере у русскоязычного населения), закрепилось название — винчестер или сокращенно — винт.
Современный жесткий диск состоит из:
- корпуса
- блока электроники
- блока позиционирования актуатора
- блока с магнитными пластинами
Рассмотрим каждый подробнее
Корпус . Это как кузов автомобиля. На нем все держится. Основная задача — обеспечивать необходимую жесткость и герметичность. Жесткость необходима для защиты диска от внешних повреждений. Герметичность — для исключения попадания посторонних частиц внутрь диска. Корпус изготавливается из тепло-проводящего сплава, так как при работе устройства выделяется тепло и его нужно как-то отводить. Подробнее об охлаждении HDD можно прочитать . Для выравнивания давлений снаружи и внутри корпуса делается маленькое окошко с гибкой металлической пластинкой.
Блок электроники
Состоит из:
- интерфейсного блока
- буфера или кэша
- управляющего блока
Интерфейсный блок отвечает за связь жесткого диска с компьютером . В ПЗУ — постоянном запоминающем устройстве, записывается служебная информация и прошивка диска. Буфер — кэш память на подобии оперативной памяти . В нее помещается часто используемая информация, что увеличивает быстродействие HDD. Скорость чтения из кэша приближается к максимальной для интерфейса диска. На данный момент наиболее распространен интерфейс SATA III с максимальной пропускной способностью в 6 Гбит/с. Управляющий блок отвечает за функционирование всего устройства. Он следит за скоростью вращения блока с магнитными пластинами и положения блока с актуаторами.
Состоит из актуатора (устройство для записи и чтения информации), кронштейна (на котором все это работает) и привода. Привод получает команды где ему читать и куда записывать информацию от блока управления. (Рисунок ниже взят с сайта http://www.3dnews.ru/editorial/640707)
Блок с запоминающими пластинами . Состоит из привода, дисков или пластин и сепараторов. Последние служат для задания определенного расстояния между пластинами. Диски с сепараторами крепятся на приводе. Последний поддерживает постоянную скорость вращения.
2. Как работает жесткий диск?
При включении компьютера блок управления подает питание на привод с магнитными дисками и ждет пока последний не выйдет на заданную частоту вращения. Как только это происходит компьютер получает сигнал о готовности HDD. Далее идет запрос информации. В дело вступает блок позиционирования, который задает нужное положение актуатора. Данные считываются и попадают в интерфейсный блок, а от туда в оперативную память .
Раньше актуаторы касались магнитных дисков. С увеличением скорости последних потребовалось другая технология. При этом актуатор парил над магнитной поверхностью и касался в определенном месте диска. Технология пошла дальше, скорости вращение пластин выросли и блок с актуаторами стали парковать вне пластин. То есть актуаторы находятся рядом с пластинами пока не достигнута нужная скорость вращения магнитных дисков.
Благодаря высокой скорости вращения дисков создается воздушный поток, который поднимает головку актуатора над поверхностью. Этот же воздушный поток сдувает с поверхности попавшие внутрь пылинки на специальный фильтр в корпусе. Так же в корпусе имеется адсорбент для удаления остатков влаги.
В современных жестких дисках расстояние между считывающей головкой и поверхностью магнитной платины < 10 нм. Благодаря тому, что считывающие головки никогда не касаются магнитных пластин отсутствует трение и продлевается срок жизни HDD.
Каждая магнитная пластина разделена на кольцевые дорожки шириной около 60 нм. Последние в свою очередь поделены на кластеры. Обычно кластер равен 4 КБ. Каждый бит информации представляет собой площадку на дорожке, которая может быть намагничена -1 или нет -0. Эти площадки так же называются доменами. Чем меньше размер этой площадки, тем больше информации поместится на дорожке и более емкий получится жесткий диск. В начале развития применялась продольная запись. Площадка располагалась вдоль дорожки. В дальнейшем эту технологию заменила перпендикулярная запись, что позволило увеличить плотность данных и в свою очередь увеличить емкости HDD.
Совокупность дорожек равноудаленных от центра вращения двигателя называется цилиндром.
До того как жесткие диски перешагнули рубеж ёмкости в 500 MB хватало системы позиционирования CHS (cylinder-head-sector цилиндр-головка-сектор). С ростом объема в 1994 году была принята линейная система позиционирования LBA (linear block addressing). В случае с CHS жесткий диск был прозрачен для операционных систем, С применением же линейной адресации система обращается к нужному сектору жесткого диска, а уже блок управления HDD разбирается где находится физически этот сектор.
Блок позиционирования актуатора. Приводится в движение с помощью соленоидного двигателя. Последний состоит из статора и катушки. Статор состоит из одного или двух постоянных, сильных неодимовых магнитов. Точное позиционирование кронштейна с головками происходит путем подачи напряжения определенной силы на катушку (рисунок взят с http://www.3dnews.ru/editorial/640707)
От силы магнитов зависит скорость позиционирования головок и следовательно — время доступа к информации. Последнее в жестких дисках варьируется в пределах от 3 до 12 мс. Чем время меньше, тем быстрее и дороже жесткий диск. У компании WD есть три серии жесткий дисков : зеленая, синяя и черная. В зеленой применяется один неодимовый магнит и скорость вращения шпинделя 5400 об/мин. За счет этого получается довольно скромная производительность, зато приличная экономичность и низкое энергопотребление. У синих дисков применяется такой же магнит и скорость вращения поднимается до 7200 об/мин. По скоростным характеристикам он занимает промежуточное положение между зелеными и черными HDD. У черных же применяются два магнита и скорость в 7200 об/мин. Это позволяет добиться максимального быстродействия. Еще выше поднять быстродействие можно повысив скорость вращения двигателя с магнитными пластинами до 10000 или 15000 об/мин. Эти диски обладают минимальным временем доступа к информации и применяются в основном в серверах. Твердотельные диски со скоростью доступа < 1 мс пока остаются вне конкуренции.
Жесткие диски при работе производят два вида шума. От быстровращающихся магнитных дисков и от удара блока с головками об ограничитель. Последний возникает при возврате блока с головками в парковочную позицию. Для уменьшения этого удара производители ставят резиновые подкладки, но иногда и это не спасает, особенно в шустрых дисках. Существует два пути снижения шума от HDD. Первый сделать амортизирующие крепления в корпусе ПК. Об этом подробней можно прочитать . Путь второй — использовать технологию AAM, о которой написал подробнее .
3. Производство и производители жестких дисков
В начале было около 70 производителей HDD. Благодаря конкуренции их осталось всего три. Это Toshiba, Seagate и WD. На схеме ниже вы можете посмотреть в какие года происходили поглощения
Производство . В механическом цехе из алюминиевой болванки цилиндрической формы нарезаются заготовки. Затем заготовкам придается нужная форма возможно даже на токарных станках. После заготовки поступают в полировочный цех где поверхности полируются до нужного уровня. Затем происходит контроль и заготовки идут в цех нанесения магнитного покрытия. После снова происходит контроль. Затем происходит сборка жесткого диска и низкоуровневое форматирование . При этом процессе магнитные пластины разбиваются на дорожки и проверяются на битые или не читаемые сектора. Последние сразу помечаются чтобы исключить в них запись информации. На каждой дорожке есть некоторый резерв секторов. Именно из этого резерва происходит замена обнаруженных при работе сбойных участков.
Отдельно необходимо сказать про производство головок для чтения и записи информации. В современных жестких дисках каждый актуатор состоит из двух головок, для чтения и для записи. Сложность производства головок сравнима со сложностью производства процессоров , так же используется фотолитография. Устройства головок составляет производственную тайну.
Заключение
В статье мы затронули немножко истории приведя картинку первого жесткого диска выпущенного в 1956 году. Сказали возможную причину называния накопителей на магнитных жестких диска коротким словом — винт. Затем рассмотрели состав жесткого диска, то что скрывается внутри его корпуса. Постарались уделить внимание каждому блоку отдельно. Рассмотрели работу жесткого диска. В конце разобрались с производителями и самим производством HDD. Надеюсь вы вместе со мной продвинулись в теме HDD.
При обсуждении компьютеров не редко используются такие термины как жесткий диск, винчестер или HDD. Эти термины обозначают один из основных компонентов современного компьютера, который используется для хранения всех данных пользователя. В данной статье вы узнаете, что такое жесткий диск, почему его называют винчестером, а также как правильно выбрать этот компонент.
Как выглядит жесткий диск без крышки.
Жесткий диск – это устройство для хранения данных, которое работает на основе магнитной записи. В этом устройстве данные записываются на слой ферромагнитного материала, нанесенного на поверхность алюминиевого или стеклянного диска.
В жестком диске используется один или несколько таких дисков, которые зафиксированы на общей оси. В процессе работы устройства эти диски вращаются с большой скоростью (5400 оборотов в минуту или больше), при этом над диском находится магнитная головка, которая считывает и записывает информацию на диск.
Жесткий диск – достаточно чувствительное устройство. В случае возникновения большой перегрузки, например, из-за удара, он может легко выйти из строя. Эта уязвимость особенно актуальна во время работы устройства. Это связано с тем, что при производстве жесткого диска используются минимальные допуски. Например, расстояние между считывающей магнитной головкой и поверхностью диска, который вращается во время работы, составляет всего 10 нанометров.
Сейчас жесткие диски понемногу вытесняются . В отличие от жестких дисков твердотельные накопители не имеют движущихся частей и благодаря этому значительно надежней, они не так сильно боятся ударов и перегрузок. Кроме этого, твердотельные накопители работают . Это позволяет быстрее включать компьютер и запускать программы.
С другой стороны, стоимость хранения 1 гигабайта данных на SSD-накопителе намного выше. Так, жесткий диск на 1 терабайт сейчас стоит около 50 долларов, в то время как 1 терабайт на SSD стоит не меньше 200 долларов. Поэтому жесткие диски все еще являются основным устройством для долговременного хранения данных, производители настольных компьютеров и ноутбуков продолжают встраивать их в свои устройства.
Но, со временем, стоимость твердотельных накопителей будет снижаться и в какой-то момент они полностью заменят жесткие диски. Сейчас же SSD чаще всего используют в паре с жестким диском. На SSD-накопитель записывают операционную систему и программы, а на жесткий диск пользовательские файлы.
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.
Выбор жесткого диска
Для того чтобы не ошибиться с важно четко понимать, для чего этот диск будет использоваться. Во-первых, нужно определиться с типом жесткого диска. Сейчас существуют внешние и внутренние жесткие диски. обычно имеют защитный корпус и USB интерфейс, который позволяет подключать этот диск к компьютеру как обычную флешку. Такой тип дисков обычно используют для переноса или резервного копирования данных. Внутренние жесткие диски обычно оснащаются интерфейсом SATA и предназначаются для установки внутрь компьютера.
А во-вторых, нужно выбрать форм-фактор. Современные диски выпускаются в двух вариантах: 2.5 и 3.5 дюйма. 2.5 дюймовые версии устанавливаются в ноутбуки, а 3.5 дюймовые в настольные компьютеры. Внешние жесткие диски также могут быть как на 2.5, так и 3.5 дюйма. Внешние диски на 2.5 дюйма более компактные и не требуют дополнительного питания, в то время как внешние диски на 3.5 дюйма предлагают больший объем за ту же цену.
После того как вы определились с типом и форм-фактором жесткого диска, можно смотреть на объем и другие характеристики. Например, очень важны такие характеристики как скорость вращения шпинделя и объем кэша. Чем они выше, тем быстрее будет работать накопитель. Также важен производитель жестких дисков, сейчас самые качественные модели выпускают компании Western Digital и Seagate.
Первый серийный жесткий диск емкостью 16 кбайт был выпущен компанией IBM еще в 1973 р., и содержал 30 магнитных цилиндров по 30 дорожек на каждом. Острые на язык разработчики уловили схожесть этих цифр с маркой «30/30», которая соответствует названию оружия — «винчестеру».
— это накопитель информации на жестких магнитных дисках.
Основным элементом накопителей на жестких магнитных дисках (HDD — Hard Disk Drive) является несколько жестких алюминиевых или стеклянных пластин круглой формы — дисков. Поверхность такого диска покрывается тонким слоем вещества, которая способна сохранять остаточную намагниченность после воздействия на нее внешнего магнитного поля. Этот слой называется рабочим или магнитным и на нем сохраняются записанные данные. Накопитель состоит из таких элементов.
- Дисков с вращающимся приводом, которые смонтированы на общей вертикальной оси.
- Головки чтения/записи информации с собственным приводом.
Основной критерий качества — поверхностная плотность записи . Современный показатель — 60-80 Гбайт/пластину.
Любой винчестер состоит из трех основных блоков. Итак, рассмотрим, каковы составляющие структуры жесткого диска .
Первый блок — собственно, само хранилище информации — одна или несколько стеклянных (или металлических) дисков. Структура диска выглядит так: магнитная поверхность каждого диска разделена на концентрические «дорожки (track) «, которые, в свою очередь, делятся на отрезки — секторы . Наряду с дорожками, которые имеют свой номер, и секторами, существуют цилиндры. Цилиндр — это совокупность всех совпадающих друг с другом дорожек по вертикали по всем рабочим поверхностям. Таким образом, чтобы узнать, какое количество цилиндров содержит жесткий диск, необходимо просто умножить число дорожек на суммарное число рабочих поверхностей. При низкоуровневом форматировании диска, которое исполняется на заводе-производителе, сначала и в конце каждого сектора создаются области, которые содержат информацию об их номерах и другое (служебная информация). Размер сектора составляет величину 571 байт, из которых 512 байт отведено под полезные для пользователя данные, другие — под заголовок (header) или префикс, по которому определяется начало и номер сектора и окончание (trailer) или суффикс, где записывается контрольная сумма, необходимая для проверки сохранности диска.
Второй блок — механика жесткого диска, которая отвечает за вращение массива «блинов» и точное позиционирование системы считывающих головок. Каждой рабочей поверхности жесткого диска соответствует одна считывающая головка, причем размещаются они по-вертикали точным столбиком. А значит, в любой момент времени все головки находятся на дорожках с одинаковым номером. То есть, работают в пределах одного цилиндра.
Третий блок включает электронную начинку — микросхемы, отвечающие за обработку данных, коррекцию возможных ошибок и управления механической частью, а также микросхемы кэш-памяти.
Кластер (cluster) — это наименьшая область диска, которая выделяется для файла или его части. Каждый файл занимает на диске пространство, которое равняется целому числу кластеров. Как правило, кластер состоит из нескольких секторов.
Для жестких дисков размер кластера определяется при форматировании и зависит от версии операционной системы и размера диска. Но дисковое пространство занимается неэффективно. Например, необходимо сохранить файл в 500 байт. Зная, что каждый файл может занимать пространство на целом числе кластеров, то в этом случае будет занят один кластер. Файл будет записан с потерей дискового пространства.
Качественные характеристики жесткого диска
Время поиска сектора . Время поиска сектора (latency time) — это среднее время, необходимое для того, чтобы искомый сектор оказался под головкой после ее выведения на дорожку. Среднее время поиска равняется половине периода вращения диска и рассчитывается по формуле:
Среднее время поиска = 1/(число оборотов двигателя в секунду*2)
То есть при частоте вращения 7200 об/хв. время поиска составляет величину 4,17 мс.
Скорость чтения данных и спецификация . Средний показатель скорости чтения данных — около 40-45 Мбайт/с.
Считается, что контроллер на материнской плате спецификации UDMA/33 обязан обеспечивать скорость чтения данных не менее 33 Мбайт/с. А современные спецификации, например, UDMA/100 и UDMA/133 должны гарантировать не менее 100 и 133 Мбайт/с.
Скорость передачи данных определяет объемы данных, которые могут быть переданы из накопителя в компьютер и назад за определенные промежутки времени. Скорость передачи данных определяется двумя факторами:
- Способом подключения накопителей, то есть производительностью интерфейса.
- Скоростью считывания данных головками.
Скорость считывания данных (ее называют внутренней скоростью обмена данными и измеряют в Мбайт/с) можно определить по формуле:
Скорость считывания данных = количество секторов на дорожке * 512* * частота вращения дисков / 1000000.
Частота вращения дисков измеряется в об/с, 512 — количество байт данных в секторе.
Среднее время поиска . Среднее время поиска (Average seek time) — среднестатистическое время, в течение которого головки смещаются из одного цилиндра на другой. Этот показатель зависит от конструкции привода головок и составляет величину до 10 мс.
Среднее время доступа . Определяется как сумма среднего времени поиска и времени задержки и характеризует среднестатистическое время, необходимое для получения доступа к данным, записанным на произвольном секторе.
Скорость вращения диска . Показатель, напрямую связанный со скоростью доступа и скоростью чтения данных. Существуют параметры 5400 об/хв., 7200 об/хв. (IDE); 10000 об/хв., 15000 об/хв. (SCSI).
Жесткие диски подключаются к материнской плате при помощи специальных шлейфов-кабелей.
Таблица размещения файлов
Таблица размещения файлов — это область на диске, куда заносятся номера кластеров, которые занимаются файлами. Сюда не входят кластеры, которые содержат служебную информацию (загрузочные секторы, сама таблица размещения файлов и данные корневого каталога). В операционных системах производства Microsoft популярна файловая система FAT (File Location Table). На каждом логическом диске может быть создана отдельная файловая система. Таким образом, на одном жестком диске могут существовать файловые системы нескольких типов.
Популярные файловые системы
FAT . Эта файловая система используется в операционных системах MS DOS, Windows 3.x/9.x/2000, ME, XP, OS/2.
HPFS . Название этой файловой системы пошло от High Реrfomаnce File System, что значит высокопродуктивная файловая система. Поддерживается операционными системами OS/2, Windows NT.
NTFS . Название этой файловой системы пошло от Windows NT File System, что значит файловая система Windows NT/2000, поддерживается операционными системами Windows NT/2000, ХР.
Логические диски
Известно, что компьютер присваивает всем дискам, независимо от их конструкции логические имена А:, В:, С:. Имена А:, В: по умолчанию присваиваются накопителям на гибких дисках. Системному логическому диску, тому, на котором записана операционная система, присваивается имя С:.
Пространство жесткого диска можно разбить на разделы и логические диски. Операционные системы работают с логическими дисками, а не с физическими.
Преимущества развития винчестеров на несколько логических дисков:
- Уменьшаются потери дискового пространства.
- Упрощается структуризация данных.
- Упрощается процесс дефрагментации диска, проверки на вирусы, и т. д.
На одном диске можно сохранять рабочие программы, на другом — документацию и архивы, игры (инсталляционные файлы). В случае сбоя в работе потеря информации минимизируется.
