Жесткий диск - это что такое? Особенности жестких дисков. Жесткий диск компьютера. Все о нем
Жесткий диск (HDD, ВИНТ, ВИНЧЕСТЕР) – это накопитель информации в персональном компьютере. Жесткий диск – предназначен для хранения и передачи информации. На жестком диске данные хранятся на магнитной поверхности диска. Информация записывается и снимается с помощью магнитных головок. Внутри жесткого диска может быть установлено несколько пластин — дисков. Двигатель, вращающий диск, включается при подаче питания на диск и остается включенным до снятия питания. Двигатель вращается с постоянной скоростью, измеряемой в оборотах в минуту (rpm). Данные организованы на диске в цилиндрах, дорожках и секторах. Цилиндры — концентрические дорожки на дисках, расположенные одна над другой. Дорожка затем разделяется на сектора. Диск имеет магнитный слой на каждой своей стороне. Каждая пара головок одета как бы на «вилку», обхватывающую каждый диск. Эта «вилка» перемещается над поверхностью диска с помощью отдельного серводвигателя (а не шагового, как часто ошибочно думают — шаговый двигатель не позволяет быстро перемещаться над поверхностью). Все жесткие диски имеют резервные сектора, которые используются его схемой управления, если на диске обнаружены дефектные сектора.
Устройство жесткого диска:
Интерфейсы жестких дисков
Интерфейсом накопителей называется набор электроники, обеспечивающий обмен информацией между контроллером устройства (кеш-буфером) и компьютером. Интерфейс — это способ взаимодействия жесткого диска и материнской платы компьютера. Он представляет собой набор специальных линий и специального протокола (набора правил передачи данных). То есть чисто физически — это шлейф (кабель, провод), с двух сторон которого находятся входы, а на жестком диске и материнской плате есть специальные порты (места, куда присоединяется кабель). Таким образом, понятие интерфейс — включает в себя соединительный кабель и порты, находящиеся на соединяемых им устройствах.
IDE — в переводе с английского «Integrated Drive Electronics», что буквально означает — «встроенный контроллер». Это уже потом IDE стали называть интерфейсом для передачи данных, поскольку контроллер (находящийся в устройстве, обычно в жестких дисках и оптических приводах) и материнскую плату нужно было чем-то соединять. Его (IDE) еще называют ATA (Advanced Technology Attachment), получается что то вроде «Усовершенствованная технология подсоединения».
Что тут сказать, IDE хоть и был очень медленный (пропускная способность канала передачи данных составляла от 100 до 133 мегабайта в секунду в разных версиях IDE — и то чисто теоретически, на практике гораздо меньше), однако позволял присоединять одновременно сразу два устройства к материнской плате, используя при этом один шлейф.
Причем в случае подключения сразу двух устройств, пропускная способность линии делилась пополам. Однако, это далеко не единственный недостаток IDE. Сам провод, как видно из рисунка, достаточно широкий и при подключении займет львиную долю свободного пространства в системном блоке, что негативно скажется на охлаждении всей системы в целом. В общем IDE уже устарел морально и физически, по этой причине разъем IDE уже не встретить на многих современных материнских платах, хотя до недавнего времени их еще ставили (в количестве 1 шт.) на бюджетные платы и на некоторые платы среднего ценового сегмента.
Следующим, не менее популярным, чем IDE в свое время, интерфейсом является SATA (Serial ATA) , характерной особенностью которого является последовательная передача данных. Стоит отметить, что на момент написания статьи — является самым массовым для применения в ПК.
Интерфейсы SATA, SATA 2(II), SATA 3 (III)
В 2002 году появились первые жёсткие диски, с прогрессивным, на то время, интерфейсомSATA . Максимальная скорость передачи данных которого, составляла 150 Мбайт/c.
Если говорить о преимуществах, то первое что бросается в глаза – это замена 80-жильного шлейфа (рис.1), на семижильный кабель SATA (рис.3), который намного устойчивее к помехам, что позволило увеличить стандартную длину кабеля с 46 см до 1м. Также, были разработаны соответствующие разъёмы SATA (рис.4), которые в несколько раз компактнее, нежели разъёмы предшествующего стандарта IDE. Это позволило разместить на материнской плате больше разъёмов, теперь на новых материнских платах можно встретить более 6 разъёмов SATA, против традиционных 2-3 IDE, в старых материнских платах ориентированных на данный стандарт.
Далее, появился стандарт SATA ІІ, скорость передачи данных докатилась до 300 Мбайт/c. Данный стандарт заимел множество преимуществ, среди них: технология Native Command Queuing (именно она позволила достичь скорости 300Мбайт/с), горячее подключение дисков, выполнение нескольких команд одной транзакцией и другие.
Ну, а в 2009 году на свет был представлен интерфейс SATA 3 . Данным стандартом предусмотрена передача данных со скоростью 600 Мбайт/c (для жёстких дисков «ой» как избыточно).
В актив улучшений интерфейса можно дописать более эффективное управление питанием и, конечно же, повышение скорости.
Следует отметить, что SATA, SATA II и SATA III, полностью совместимы.
- 1956 год - жёсткий диск IBM 350 в составе первого серийного компьютера IBM 305 RAMAC. Накопитель занимал ящик размером с большой холодильник и имел вес 971 кг, а общий объём памяти 50 вращавшихся в нём покрытых чистым железом тонких дисков диаметром 610 мм составлял около 5 миллионов 6-битных байт.
- 1980 год - первый 5,25-дюймовый Winchester, Shugart ST-506, 5 Мб.
- 1981 год - 5,25-дюймовый Shugart ST-412, 10 Мб.
- 1986 год - стандарты SCSI, ATA.
- 1990 год - максимальная ёмкость 320 Мб.
- 1995 год - максимальная ёмкость 2 Гб.
- 1997 год - максимальная ёмкость 10 Гб.
- 1998 год - стандарты UDMA/33 и ATAPI.
- 1999 год - IBM выпускает Microdrive ёмкостью 170 и 340 Мб.
- 2000 год - IBM выпускает Microdrive ёмкостью 500 Мб и 1 Гб.
- 2002 год - стандарт ATA/ATAPI-6 и накопители емкостью свыше 137 Гб.
- 2003 год - появление SATA.
- 2003 год - Hitachi выпускает Microdrive ёмкостью 2 Гб.
- 2004 год - Seagate выпускает ST1 - аналог Microdrive ёмкостью 2.5 и 5 Гб.
- 2005 год - максимальная ёмкость 500 Гб.
- 2005 год - стандарт Serial ATA 3G.
- 2005 год - появление SAS.
- 2005 год - Seagate выпускает ST1 - аналог Microdrive ёмкостью 8 Гб.
- 2006 год - применение перпендикулярного метода записи в коммерческих накопителях.
- 2006 год - появление первых «гибридных» жёстких дисков, содержащих блок флеш-памяти.
- 2006 год - Seagate выпускает ST1 - аналог Microdrive ёмкостью 12 Гб.
- 2007 год - Hitachi представляет первый коммерческий накопитель ёмкостью 1 Тб.
- 2009 год - на основе 500-гигабайтных пластин Western Digital, затем Seagate Technology LLC выпустили модели ёмкостью 2 Тб.
- 2009 год - Samsung выпустила первые жёсткие диски с интерфейсом USB 2.0
- 2009 год - Western Digital объявила о создании 2,5-дюймовых HDD объемом 1 Тб
- 2009 год - появление стандарта SATA 3.0.
- 2010 год - Seagate выпускает жёсткий диск объемом 3 Тб.
- 2010 год - Samsung выпускает жёсткий диск с пластинами, у которых плотность записи - 667 Гб на одной пластине
- 2011 год - Western Digital выпустила первый диск на 750 Гб пластинах.
Жесткий диск компьютера является местом для длительного хранения информации. В характеристиках компьютера обозначают как HDD (англ. Hard Disk Drive). На компьютерном сленге его называют «винчестером» или «винтом». Еще можно услышать название «хард». Название «винчестер» он получил по аналогии с популярным карабином Winchester, в котором использовался патрон «30-30 винчестер». Первый жесткий диск для персонального компьютера был размечен на 30 дорожек, каждая из которых имела 30 секторов, отсюда и пошло название «винчестер». Жесткий диск – это энергонезависимый компонент в компьютере, т.е. при отключении питания записанные (сохраненные) данные не стираются.
Устройство жесткого диска.
Данные сохраняются на одной или нескольких алюминиевых или стеклянных круглых пластинах (дисках), покрытых магнитным слоем. Диск(и) находятся на шпинделе и вращаются с большой скоростью, а блок подвижных магнитных головок считывает или записывает данные на поверхность пластин.
Диск(и) с блоком головок заключены в металлический корпус для защиты от пыли и механических воздействий. На корпусе находится электронная плата, которая управляет работой винчестера – так называемый контроллер. Все это устройство представляет единый блок, который располагается в специально отведенном для него месте « » и подключенный к материнской плате специальным кабелем.
Основные характеристики жесткого диска.
Рассмотрим основные характеристики жесткого диска, которые необходимо знать .
Объем HDD . Наверное, самая важная характеристика, которая определяет максимально возможный объем для хранения информации. Обозначается в гигабайтах (Гб) и терабайтах (Тб). Современные жесткие диски имеют объем от 320 Гб и до 4 Тб.
Как начинающему пользователю определиться, какой объем HDD ему нужен? При выборе компьютера следует исходить из ваших потребностей. Если только для офисного применения (набор текстов, печать, интернет, хранение и обработка фото…), то достаточно жесткого диска объемом 320-500 Гб. Для игр, просмотра фильмов, прослушивания музыки нужен больший объем — от 500 Гб и до максимума. Фильм в формате Blu-Ray может занять до 45 Гб, а современные игры становятся все более прожорливыми, например GTA 5 требует 65 Гб места на диске.
Скорость вращения. Еще одна важная характеристика, влияющая на производительность жесткого диска. Чем быстрее вращаются пластины, тем быстрее доступ и запись данных на них. Скорость вращения измеряется в оборотах в минуту (об/м или rpm от англ. rotate per minute). Для применения в персональных компьютеров производятся жесткие диски с 5400 об/м и 7200 об/м. Жесткие диски, имеющие скорость вращения 7200 об/м предпочтительней, но их стоимость дороже и шумнее чем диски с 5400 об/м.
Размер кэша или кэш память . Кэш жесткого диска – особый вид оперативной памяти (буферной памяти), в которой хранятся часто используемые данные. За счет того, что данные берутся из электронного кэша с высоким быстродействием, а не из относительно медленного механического носителя, то производительность HDD вырастает. Чем больше размер кэша, тем меньше обращений к диску. Размер буферной памяти измеряется в мегабайтах и в современных жестких дисках составляет 16-128 Мб.
Все вышеперечисленные характеристики указываются в прайс-листах компьютеров в магазине, и теперь вы легко сможете сориентироваться при выборе.
Поделиться.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.
Жесткий диск
Схема устройства накопителя на жёстких магнитных дисках.
Накопи́тель на жёстких магни́тных ди́сках , НЖМД , жёсткий диск , винче́стер (англ. Hard (Magnetic) Disk Drive, HDD, HMDD ; в просторечии винт , хард , харддиск ) - энергонезависимое перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство . Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах .
В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома . В НЖМД используется от одной до нескольких пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках 5-10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.
Название «Винчестер»
По одной из версий название «винчестер» накопитель получил благодаря фирме 1973 году выпустила жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе пластины диска и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название «30-30», что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 Мб каждый. Кеннет Хотон, руководитель проекта, по созвучию с обозначением популярного охотничьего ружья «Winchester 30-30» предложил назвать этот диск «винчестером» .
Физический размер (форм-фактор) (англ. dimension ) - почти все современные ( -2008 года) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма . Последние чаще применяются в ноутбуках . Так же получили распространение форматы - 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в формфакторах 8 и 5,25 дюймов.
Время произвольного доступа (англ. random access time ) - время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Диапазон этого параметра невелик от 2,5 до 16 мс , как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 - 3,7 мс ), самым большим из актуальных - диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 - 12,5 ).
Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed ) - количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).
Блок головок - пакет рычагов из пружинистой стали (по паре на каждый диск). Одним концом они закреплены на оси рядом с краем диска. На других концах (над дисками) закреплены головки.
Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава. Хотя были попытки делать их из пластика и даже стекла, но такие пластины оказались хрупкими и недолговечными. Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика - окислов железа , марганца и других металлов. Точный состав и технология нанесения держатся в секрете. Большинство бюджетных устройств содержит 1 или 2 пластины, но существуют модели с большим числом пластин.
Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (4200, 5400, 7200, 10 000, 15 000). При такой скорости вблизи поверхности пластины создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Форма головок рассчитывается так, чтобы при работе обеспечить оптимальное расстояние от пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин.
Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных, как правило неодимовых, постоянных магнитов и катушки на подвижном блоке головок.
Вопреки расхожему мнению, внутри гермозоны нет вакуума . Одни производители делают её герметичной (отсюда и название) и заполняют очищенным и осушенным воздухом или нейтральными газами, в частности, азотом ; а для выравнивания давления устанавливают тонкую металлическую или пластиковую мембрану. (В таком случае внутри корпуса жёсткого диска предусматривается маленький карман для пакетика силикагеля , который абсорбирует водяные пары, оставшиеся внутри корпуса после его герметизации). Другие производители выравнивают давление через небольшое отверстие с фильтром, способным задерживать очень мелкие (несколько микрометров) частицы. Однако в этом случае выравнивается и влажность, а также могут проникнуть вредные газы. Выравнивание давления необходимо, чтобы предотвратить деформацию корпуса гермозоны при перепадах атмосферного давления и температуры, а так же при прогреве устройства во время работы.
Пылинки, оказавшиеся при сборке в гермозоне и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр - пылеуловитель.
Низкоуровневое форматирование
На заключительном этапе сборки устройства поверхности пластин форматируются - на них формируются дорожки и секторы.
Ранние «винчестеры» (подобно дискетам) содержали одинаковое количество секторов на всех дорожках. На пластинах современных «винчестеров» дорожки сгруппированы в несколько зон. Все дорожки одной зоны имеют одинаковое количество секторов. Однако, на каждой дорожке внешней зоны секторов больше, и чем зона ближе к центру, тем меньше секторов приходится на каждую дорожку зоны. Это позволяет добиться более равномерной плотности записи и, как следствие, увеличения ёмкости пластины без изменения технологии производства.
Границы зон и количество секторов на дорожку для каждой зоны хранятся в ПЗУ блока электроники.
Кроме того, в действительности на каждой дорожке есть дополнительные резервные секторы. Если в каком либо секторе возникает неисправимая ошибка, то этот сектор может быть подменён резервным (англ. remaping ). Конечно, данные, хранившиеся в нём, скорее всего, будут потеряны, но ёмкость диска не уменьшится. Существует две таблицы переназначения: одна заполняется на заводе, другая в процессе эксплуатации.
Таблицы переназначения секторов также хранятся в ПЗУ блока электроники.
Во время операций обращения к «винчестеру» блок электроники самостоятельно определяет, к какому физическому сектору следует обращаться и где он находится (с учётом зон и переназначений). Поэтому со стороны внешнего интерфейса «винчестер» выглядит однородным.
В связи с вышеизложенным существует очень живучая легенда о том, что корректировка таблиц переназначения и зон может увеличить ёмкость жёсткого диска. Для этого существует масса утилит, но на практике оказывается, что если прироста и удаётся добиться, то незначительного. Современные диски настолько дёшевы, что подобная корректировка не стоит потраченных на это ни сил, ни времени.
Блок электроники
В ранних жёстких дисках управляющая логика была вынесена на MFM или RLL контроллер компьютера, а плата электроники содержала только модули аналоговой обработки и управление шпиндельным двигателем, позиционером и коммутатором головок. Увеличение скоростей передачи данных вынудило разработчиков уменьшить до предела длину аналогового тракта, и в современных жёстких дисках блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала .
Интерфейсный блок обеспечивает сопряжение электроники жёсткого диска с остальной системой.
Блок управления представляет собой систему управления , принимающую электрические сигналы позиционирования головок, и вырабатывающую управляющие воздействия приводом типа «звуковая катушка», коммутации информационных потоков с различных головок, управления работой всех остальных узлов (к примеру, управление скоростью вращения шпинделя).
Блок ПЗУ хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию винчестера.
Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти в некоторых случаях позволяет увеличить скорость работы накопителя.
Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации). Для цифровой обработки применяются различные методы, например метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood - максимальное правдоподобие при неполном отклике). Осуществляется сравнении принятого сигнала с образцами. При этом выбирается образец наиболее похожий по форме и временным характеристикам с декодируемым сигналом.
Технологии записи данных
Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.
В последнее время для считывания применяют магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. В них, изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления, в зависимости от изменения напряженности магнитного поля. Подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации (особенно при больших плотностях записи информации).
Метод параллельной записи
На данный момент это всё ещё самая распространенная технология записи информации на НЖМД. Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая проходя над поверхностью вращающегося диска намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей - доменов . Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.
Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см². В настоящее время происходит постепенное вытеснение данного метода методом перпендикулярной записи.
Метод перпендикулярной записи
Метод перпендикулярной записи - это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных образцов - 15-23 Гбит/см², в дальнейшем планируется довести плотность до 60-75 Гбит/см².
Жёсткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.
Метод тепловой магнитной записи
Метод тепловой магнитной записи (англ. Heat-assisted magnetic recording, HAMR ) на данный момент самый перспективный из существующих, сейчас он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность «закрепляется». На рынке ЖД данного типа пока не представлены (на 2009 год), есть лишь экспериментальные образцы, но их плотность уже превышает 150 Гбит/см². Разработка HAMR-технологий ведется уже довольно давно, однако эксперты до сих пор расходятся в оценках максимальной плотности записи. Так, компания Hitachi называет предел в 2,3−3,1 Тбит/см², а представители Seagate Technology предполагают, что они смогут довести плотность записи HAMR-носители до 7,75 Тбит/см². Широкого распространения данной технологии следует ожидать после 2010 года.
Сравнение интерфейсов
| Пропускная способность, Мбит/с | Максимальная длина кабеля, м | Требуется ли кабель питания | Количество накопителей на канал | Число проводников в кабеле | Другие особенности | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ultra | 2 | 40/80 | Controller+2Slave, горячая замена невозможна | |||
| FireWire /400 | 400 | Да/Нет (зависит от типа интерфейса и накопителя) | 63 | 4/6 | ||
| FireWire /800 | 800 | 4,5 (при последовательном соединении до 72 м) | Нет | 63 | 4/6 | устройства равноправны, горячая замена возможна |
| USB 2.0 | 480 | 5 (при последовательном соединении, через хабы , до 72 м) | Да/Нет (зависит от типа накопителя) | 127 | 4 | |
| Ultra-320 | ||||||
| SAS | 3000 | 8 | Да | Свыше 16384 | горячая замена; возможно подключение | |
| eSATA | 2400 | 2 | Да | 1 (с умножителем портов до 15) | 4 | Host/Slave, горячая замена возможна |
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.
