Жесткий диск - это что такое? Особенности жестких дисков. Что такое винчестер и зачем он нужен

Н акопитель на жестком диске является, чуть ли не одним из самых важных элементов современного компьютера. Так как он предназначен в первую очередь для долгосрочного хранения ваших данных, это могут быть игры, фильмы и другие объемные файлы, хранящиеся у вас на вашем ПК. И было бы очень жалко если он мог бы неожиданно сломаться, в результате чего вы можете потерять все свои данные, которые бывает очень сложно восстановить. И чтобы правильно эксплуатировать и заменять этот элемент, необходимо понимать как он работает и что из себя представляет – жесткий диск.

Из этой статьи вы узнаете о работе жесткого диска, его компонентах и технических характеристиках.

Обычно главными элементами жесткого диска являются несколько круглых пластин из алюминия. В отличие от гибких дисков(забытых дискеток) их сложно согнуть, поэтому и появилось название жесткий диск. В некоторых устройствах они устанавливаются несъемные, и называются фиксированными (fixeddisk). Но в обычных стационарных компьютерах и даже некоторых моделей ноутбуков и планшетов их можно без проблем заменить.

Рисунок: Жесткий диск без верхней крышки

Заметка!

Почему жесткие диски иногда называют – винчестер и какое отношение они имеют к огнестрельному оружию. Когда то в 1960-х годах компания IBMвыпустила скоростной на тот момент жесткий диск с номером разработки 30-30. Что совпало с обозначением известного нарезного оружия Winchester, и поэтому этот термин вскоре закрепился в компьютерном жаргонном сленге. А на самом же деле жесткие диски не имеют ничего общего с настоящими винчестерами.

Как работает накопитель на жестких дисках

Запись и считывание информации, находящейся на концентрических окружностях жесткого диска, разбитых на секторы, производится посредствам универсальных головок записи/чтения.

Все стороны диска предусматривают свою собственную дорожку для записи и чтения, однако головки располагаются на общем для всех дисков приводе. По этой причине головки перемещаются синхронно.

Видео YouTube: Работа открытого жесткого диска

Нормальная работа накопителя не допускает касаний между головками и магнитной поверхностью диска. Однако в случае отсутствия электроэнергии и остановки устройства головки все же опускаются на магнитную поверхность.

Во время работы жесткого диска между поверхностью вращающейся пластины и головкой образуется незначительный воздушный промежуток. Если в этот промежуток проникает пылинка или устройство подвергается встряске, велика вероятность того, что головка столкнется с вращающейся поверхностью. Сильный удар может стать причиной выхода из строя головки. Результатом этого выхода может быть повреждение нескольких байтов или же полная неработоспособность устройства. По этой причине во многих устройствах магнитная поверхность легируется, после чего на нее наносится специальная смазка, позволяющая справляться с периодической встряской головок.

Некоторые современные диски используют механизм загрузки/разгрузки, который не позволяет головкам касаться магнитной поверхности даже в случае отключения электропитания.

Форматирование высокого и низкого уровня

Использование форматирования высокого уровня позволяет операционной системе создавать структуры, упрощающую работу с хранящимися на жестком диске файлами и данными. Все имеющиеся разделы (логические диски) снабжаются загрузочным сектором тома, двумя копиями таблицы размещения файлов и корневым каталогом. Посредствам вышеуказанных структур, операционной системе удается производить распределение дискового пространства, отслеживание расположения файлов, а также обход поврежденных участков на диске.

Другими словами, форматирования высокого уровня сводится к созданию оглавлений диска и файловой системы (FAT, NTFS и т.п.). К «настоящему» форматированию можно отнести лишь форматирование низкого уровня, во время которого происходит деление диска по дорожкам и секторам. Посредствам DOS-команды FORMAT гибкий диск подвергается сразу обоим типам форматирования, тогда как жесткий - лишь форматированию высокого уровня.

Для того, что бы произвести низкоуровневое форматирование на жестком диске, необходимо использование специальной программы, чаще всего предоставляемой компанией-производителем диска. Форматирование гибких дисков посредствам FORMAT подразумевает выполнение обеих операций, тогда как в случае с жесткими дисками вышеуказанные операции следует выполнять по раздельности. Более того, жесткий диск подвергается и третьей операции - созданию разделов, которые являются необходимым условием для использования на одном ПК более одной операционной системы.

Организация нескольких разделов предоставляет возможность устанавливать на каждый из них свою операционную инфраструктуру с отдельным томом и логическими дисками. Каждый том или логический диск имеет своё буквенное обозначение(например диск C,D или E).

Из чего состоит жесткий диск

Практически каждый современный винчестер включает один и тот же набор компонентов:

диски (их количество чаще всего доходит до 5 штук);

головки чтения/записи (их количество чаще всего доходит до 10 штук);

механизм привода головок (данный механизм устанавливает головки в необходимое положение);

двигатель привода дисков (устройство, приводящее во вращение диски);

воздушный фильтр (фильтры, расположенные внутри корпуса накопителя);

печатную плату со схемами управления (посредствам этого компонента производится управление накопителем и контроллером);

кабели и разъемы (электронные компоненты HDD).

В качестве корпуса для дисков, головок, механизма привода головок и двигателя привода дисков чаще всего используется герметичный короб — HDA. Обычно данный короб является единым узлом, который практически никогда не вскрывается. Иные компоненты, не входящие в HDA, к числу которых можно отнести элементы конфигурации, печатную плату и лицевую панель, — съемные.

Автоматическая парковка головок и система контроля

На случай отключения питания предусмотрена контактная парковочная система, задача которой сводится к тому, чтобы опустить штангу с головками на сами диски. Независимо от того, что накопитель выдерживает десятки тысяч подъемов и спусков считывающих головок, происходить это все должно на специально отведенных для этих действий участках.

Во время постоянных подъемов и спусков происходит неизбежная абразия магнитного слоя. Если после износа накопитель подвергнется встряске, то вероятней всего произойдет повреждение диска или головок. Для предотвращения вышеуказанных неприятностей, современные накопители снабжаются специальным механизмом загрузки/разгрузки, представляющим собой пластину, которая помещается на внешнюю поверхность жестких дисков. Эта мера позволяет предотвратить касание головки и магнитной поверхности даже в случае отключения питания. При отключении напряжения накопитель самостоятельно «паркует» головки на поверхности наклонной пластины.

Немного о воздушных фильтрах и воздухе

Практически все жесткие диски снабжены двумя воздушными фильтрами: барометрическим и фильтром рециркуляции. Отличает вышеуказанные фильтры от сменяемых моделей, используемых в накопителях старшего поколения, то, что они помещены внутрь корпуса и их замена не предусматривается до конца эксплуатационного срока.

Старые диски использовали технологию постоянной перегонки воздуха внутрь корпуса и обратно, используя при этом фильтр, который нуждался в периодической смене.

Разработчикам современных накопителей от этой схемы пришлось отказаться, а потому фильтр рециркуляции, который расположен в герметичном корпусе HDA, применяется лишь для фильтрации находящегося внутри короба воздуха от мельчайших частиц, оказавшихся внутри корпуса. Независимо от всех предпринятых мер предосторожности, мелкие частицы все же образуются после многократных «посадок» и «взлетов» головок. С учетом того, что корпус накопителя отличается своей герметичностью и в нем происходит перекачка воздуха, он продолжает функционировать даже в условиях сильно загрязненной окружающей среды.

Интерфейсные разъемы и соединения

Многие современные накопители на жестких дисках снабжены несколькими интерфейсными разъемами, предназначенными для подключения к источнику питания и к системе в целом. Как правило, накопитель содержит минимум три разновидности разъемов:

интерфейсные разъемы;

разъем для подачи питания;

разъем для заземления.

Отдельного внимания заслуживают интерфейсные разъемы, поскольку они предназначены для получения/передачи накопителем команд и данных. Многие стандарты не исключают возможность подключения нескольких накопителей к одной шине.

Как уже упоминалось выше, накопители на HDD могут быть снабжены несколькими интерфейсными разъемами:

MFM и ESDI - вымершие разъемы, использовавшиеся на первых винчестерах;

IDE/ATA - разъем для подключения накопителей, который долгое время был самым распространённым по причине своей невысокой стоимости. Технически этот интерфейс схож с 16-разрядной шиной ISA. Последующее развитие стандартов IDE поспособствовало росту скорости обмена данными, а также появлению возможности напрямую обратиться к памяти посредствам DMA технологии;

Serial ATA - разъем, заменивший собой IDE, который физически является однонаправленной линией, используемой для последовательной передачи данных. Будучи в режиме совместимости схож с IDE интерфейсом, однако, наличие «родного» режима позволяет воспользоваться дополнительным набором возможностей.

SCSI - универсальный интерфейс, который активно применялся на серверах для подключения HDD и иного рода устройств. Несмотря на хорошие технические показатели, не стал таким распространенным как IDE по причине своей дороговизны.

SAS - последовательный аналог SCSI.

USB - интерфейс, который необходим для подключения внешних винчестеров. Обмен информацией в данном случае происходит посредствам протокола USB Mass Storage.

FireWire - разъем аналогичный USB, необходим для подключения внешнего HDD.

Fibre Channel -интерфейс, используемый системами высокого класса за счет высокой скорости передачи данных.

Показатели качества жестких дисков

Емкость — объем информации, вмещаемый накопителем. Этот показатель в современных винчестерах может достигать до 4 терабайт(4000 гигабайт);

Быстродействие . Данный параметр оказывает непосредственное влияние на время отклика и среднюю скорость передачи информации;

Надежность – показатель, определяемый средним временем наработки на отказ.

Ограничения физической емкости

Максимальный объем емкости, используемой жестким диском, зависит от целого ряда факторов, к числу которых можно отнести интерфейс, драйвера, операционную и файловую систему.

У первого накопителя АТА, выпущенного в 1986 году, имелось ограничение емкости, максимальное значение которого составляло 137 Гб.

Разные версии BIOS также способствовали уменьшению максимальной емкости жестких дисков, а потому системы, скомпонованные до 1998 г., имели емкость – до 8,4 Гб, а системы, выпущенные до 1994 г., - 528 Мб.

Даже после решения проблем с BIOS ограничение емкости накопителей с интерфейсом подключения АТА осталось, максимальное его значение составляло в 137 Гб. Это ограничение было преодолено посредствам стандарта ATA-6, выпущенного в 2001 г. Данный стандарт использовал расширенную схему адресации, что, в свою очередь, поспособствовало увеличению емкости накопителей до 144 Гб. Подобное решение позволило явить свету накопители с интерфейсами PATA и SATA, у которых объем вмещаемой информации — выше указанного ограничения в 137 Гб.

Ограничения ОС на максимальный объем

Практически все современные операционные системы не накладывают каких-либо ограничений на такой показатель как емкость жестких дисков, чего нельзя сказать о более ранних версиях операционных систем.

Так, например, DOS не распознавал жесткие диски, емкость которых превышала 8,4 Гб, поскольку доступ к накопителям в данном случае выполнялся посредствам LBA-адресации, при этом в DOS 6.x и более ранних версиях поддерживалась лишь CHS-адресация.

Ограничение емкости жесткого диска также имеется в случае установки ОС Windows 95. Максимальное значение этого ограничения — 32 Гб. Помимо этого, обновленными версиями Windows 95 поддерживается лишь файловая система FAT16, которая, в свою очередь, налагает ограничение в размере 2 Гб на размеры разделов. Из этого следует, что в случае использования жесткого диска на 30 Гб, его нужно поделить на 15 разделов.

Ограничения операционной системы Windows 98 допускают использование жестких дисков большего объема.

Характеристики и параметры

Каждый жёсткий диск обладает перечнем технических характеристик, согласно которым и устанавливается его иерархия использования.

Первым делом, на что следует обратить внимание, так это на тип используемого интерфейса. С недавних пор каждый компьютер в качестве усовершенствованного и более скоростного интерфейса начал использовать SATA .

Второй не менее важный момент — объём свободного места на жёстком диске. Минимальное его значение на сегодняшний день составляет лишь 80 Гб, при этом максимальное – 4 Тб.

Еще одной важной характеристикой в случае приобретения ноутбука является форм-фактор жесткого диска.

Наиболее востребованными в этом случае считаются модели, размер которых — 2,5 дюйма, при этом в настольных ПК размер составляет 3,5 дюйма.

Не стоит пренебрегать и скоростью вращения шпинделя, минимальные значения – 4200, максимальные – 15000 оборотов в минуту. Все вышеуказанные характеристики оказывают непосредственное влияние на скорость работы винчестера, которая выражается в Мб/С.

Скорость работы жесткого диска

Немаловажным значением обладают скоростные показатели жёсткого диска, которые определяются:

Скоростью вращения шпинделя , измерение которой проводится в оборотах в минуту. В ее задачу не входит непосредственное выявление реальной скорости обмена, она лишь позволяет отличить более скоростное устройство от менее скоростного устройства.

Временем доступа . Данный параметр вычисляет затрачиваемое винчестером время от получения команды до передачи информации по интерфейсу. Чаще всего фигурирую среднее и максимальное значения.

Временем позиционирования головок . Это значение указывает затрачиваемое головками время для перемещения и установки с одного трека на другой трек.

Пропускной способностью или производительностью диска во время последовательной передачи больших объёмов данных.

Внутренней скоростью передачи данных или скоростью передаваемой информации от контроллера к головкам.

Внешней скоростью передачи данных или скоростью передаваемой информации по внешнему интерфейсу.

Немного о S.M.A.R.T.

S.M.A.R.T. – утилита, предназначенная для самостоятельной проверки состояния современных винчестеров, поддерживающих интерфейс PATA и SATA, а также работающих в персональных компьютерах с операционной системой Windows (от NT до Vista).

S.M.A.R.T. производит подсчет и анализ состояния подключенных жестких дисков через равные отрезки времени, независимо от того запущена операционная система или нет. После того, как анализ был проведен, значок результата диагностики отображается в правом углу панели задач. Основываясь на результатах, полученных во время S.M.A.R.T. диагностики, значок может указывать:

На отличное состояние каждого подключенного к компьютеру винчестера, поддерживающего S.M.A.R.T. технологию;

На то, что один или несколько показателей состояния не соответствуют пороговому значению, при этом у параметров Pre-Failure / Advisory нулевое значение. Вышеуказанное состояние жесткого диска не считается предаварийным, однако если этот винчестер содержит важную информацию, рекомендуется как можно чаще сохранять ее на другом носителе или произвести замену HDD.

На то, что один или несколько показателей состояния не соответствуют пороговому значению, при этом у параметров Pre-Failure / Advisory активное значение. По мнению разработчиков жестких дисков, это состояние предаварийное, и хранить информацию на таком винчестере не стоит.

Фактор надежности

Такой показатель, как надежность хранения данных является одним из наиболее важных характеристик жесткого диска. Фактор отказа у винчестера — раз в сто лет, из чего можно сделать вывод, что HDD считается наиболее надежным источником хранения данных. При этом на надежность каждого диска непосредственное влияние оказывает условие эксплуатации и само устройство. Порой производители поставляют на рынок еще совсем «сырой» продукт, а потому пренебрегать резервным копированием и полностью полагаться на винчестер нельзя.

Стоимость и цена

С каждым днем стоимость HDD становится всё меньше. Так, например, сегодня цена жесткого диска ATA на 500 Гб составляет в среднем 120 долларов, к сравнению, в 1983 г. винчестер емкостью 10 Мб стоил 1800 долларов.

Из вышесказанного утверждения можно сделать вывод, что стоимость HDD будет продолжать падать, а потому в дальнейшем все желающие смогут приобрести довольно емкие диски по приемлемым ценам.

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.

Сегодня мы поговорим о том, что такое HDD накопители, какие они бывают, рассмотрим их характеристики. Узнаем какие из них являются лучшими, и какие HDD покупать не стоит.

Жёсткий диск — это накопитель информации, который применяется в компьютерах и ноутбуках, для установки на него операционной системы, драйверов, программ, а также для хранения всевозможных пользовательских файлов.

HDD — наполовину механическое, наполовину электронное устройство, состоящее из магнитных пластин, считывающих головок, шпинделя(мотора), и платы управления. Шпиндель, на котором закреплены магнитные пластины, раскручивает их до нескольких тысяч об. в минуту.
Считается, что чем выше крутящий момент шпинделя, то и скорость его чтения больше. Хотя к немаловажным факторам относятся: время произвольного доступа и плотность записи. HDD отличаются между собой скоростью, объёмом, ну и конечно надёжностью. Этот параметр им гарантирует фирма производитель.

Какие фирмы производители лучше?

Самыми надёжными и быстрыми считаются накопители фирмы Samsung. Фирма Hitachi выпускает тоже очень хорошие диски, но скорость у них меньше. Средним качеством обладают HDD фирмы Western Digital. Получилось так что эта фирма изначально стала выпускать свою продукцию на дешёвых фабриках, не имеющих высококлассного оборудования. Самым низким качеством производства устройств этого типа из известных брендов является некогда лидирующая американская фирма по электронике Seagate. Ну а фирмы Fujitsu и Toshiba сейчас вовсе не могут похвастаться качеством производства жёстких дисков.

Поэтому при выборе покупки HDD лучше выбрать либо Samsung, либо Hitachi. Они отличаются своими габаритами. На компьютеры устанавливаются HDD имеющие ширину диска 3,5 (дюйма), а на ноутбуки 2,5 (дюйма).
Скорость винчестера системного блока компьютера составляет более 7000 об.мин., но в продаже попадаются HDD с производительностью не выше 5500 об.мин. Такие низкооборотные экземпляры покупать не стоит. А вот накопители ноутбуков с частотой вращения 5400 об.мин. работают гораздо тише и не так греются.

Буфером у жёсткого диска называется кеш память, и служит для его ускорения. Она колеблется от 32 до 128 Мб. Хотя 32 Мб. будет и так достаточно для его нормальной работы. Скорость чтения и записи является одним из важнейших параметров, который очень сильно влияет на рабочую производительность устройства.

Скорость обмена информацией

Хорошим показателем для HDD принято считать скорость чтения 110 — 140 мб/с. Не следует покупать HDD со скоростью не превышающей 100 мб/с. Время произвольного доступа является вторым важным показателем производительности винчестера, после чтения и записи. Считается, что чем этот параметр меньше, тем лучше качество устройства. В основном он влияет на копирование и чтение маленьких файлов. Довольно неплохо, если время доступа HDD составляет 13 — 14 м.с. Носители данного типа бывают с двумя видами разъёмов. Это SATA 2 (более ранний) и SATA 3. Эти разъёмы совместимы между собой, поэтому это никак не отражается на работе накопителей и их скорости. За последние десять лет жёсткие диски совершенно не изменились. Поэтому и цена на них осталась примерно на том же уровне.

Жесткий диск или HDD это устройство, которое позволяет хранить информацию в течении длительного времени и которое является энергонезависимым. Простыми словами, железная коробочка, где находятся все ваши документы, фильмы, операционная система и все прочее. Если проводить жизненную аналогию, то это нечто вроде большого альбома. Взяв карандаш в руки, вы можете рисовать или же писать сочинения. Если вам что-то не понравится, то вы всегда можете взять "стерку". Суть в том, что в то время, когда альбом лежит в полке, то все данные остаются нетронутыми.

Важных аспектов в данном случае два. Первый - длительное хранение. Второй - энергонезависимость. Если в первом случае все должно быть понятно из примера с альбомом, то для второго случая я дам некоторые пояснения. Суть в том, что жесткому диску не требуется питание для хранения информации, в отличии от оперативной памяти . Так что вы можете выключать компьютер от сети и знать, что данные будут в сохранности.

Примечание : Есть распространенная версия откуда пошли жаргонные названия этой коробочки. Сегодня, жесткий диск часто называют винчестер или, сокращенно, винт. Пошло это от того, что первое такое устройство имело код схожий с патронами для винтовки винчестер. Насколько это правда сложно сказать, однако версия считается наиболее реальной.

Рассмотрим же эту коробочку подробнее.

Если вы заметили, то я уже несколько раз упомянул аббревиатуру HDD и не просто так. Дело в том, что техническое название этой коробочки - накопитель на жестких магнитных дисках или hard (magnetic) disk drive.

Но, вернемся у устройству жесткого диска. В основу этой коробочки ложится технология магнитной записи информации. И вот как это устроено. Есть круглые жесткие диски (их еще часто называют блинами), покрытые ферромагнитным материалом (может менять свои магнитные свойства). Есть специальная движущаяся головка (состоит из двух частей), которая, собственно, и осуществляет чтение и запись данных (часть головки для чтения, часть для записи).

Сам процесс происходит следующим образом. Диск постоянно крутится с достаточно высокой скоростью, а головка ходит вдоль диска и в нужный момент либо считывает данные, либо осуществляет запись. При этом важно отметить, что головка не касается диска, так как иначе покрытие диска могло бы повредится. Когда же диск выключен, то головка находится в специальной зоне (парковочной), опять же для предохранения ферромагнитного покрытия от повреждения.

Стоит знать, что внутренний механизм сделан так, чтобы чисто физически было бы очень сложно повредить поверхность диска с данными. Однако, все же со временем части ферромагнитной поверхности могут приходить в негодность. Тут как в известном выражении - "Ничто не вечно".

Так же стоит знать, что таких пластин может быть несколько внутри короба жесткого диска. Как вы уже наверное догадались, количество блинов влияет на объем хранимой информации. Но, не ограничивается этим. К примеру, давным давно диски были раза в 1,5 больше сегодняшних, а помещалось на них 20-40Мб.

Рисунок 1. Упрощенная схема круглого жесткого диска

Примечание : На рисунке цифрами указано: 1 - геометрический сектор, 2 - сектор дорожки, 3 - дорожка, 4 - кластер.

Рассмотрим, чуть более подробно саму поверхность блинов. Чтобы хранение и запись информации можно было структурировать, всю поверхность делят на специальные дорожки. Затем весь диск делится по геометрическим секторам (равным друг другу). Часть дорожки, которая находится внутри этого геометрического объекта называют сектор дорожки или попросту секторами. Объединение нескольких секторов называют кластером.

Так как диски крутятся с достаточно высокой скоростью (например, 7200 оборотов в минуту), то в качестве минимальной единицы хранения используют именно кластер. Обычно, кластер представлен размером 4 Кб и состоит из 8 сектором по 512 байтов. Кстати, именно поэтому реальный размер текстового файла, состоящего всего из одного символа, будет равен 4 Кб, так как, в принципе, размер делится именно по кластерам.

Примечание : Стоит знать, что существуют методы, позволяющие хранить в одном кластере данные нескольких файлов, однако обычно деление идет именно по кластерам.

Примечание : Так же советую ознакомиться со статьей Твердотельный жесткий диск или SSD накопитель , так как это следующий виток устройств для хранения данных.

Характеристики жестких дисков

Если с устройством жестких дисков, надеюсь, вам стало понятно, то для полноты картины осталось рассмотреть вопрос основных характеристик HDD.

1. Форм-фактор . Слова страшные, а по сути означают только лишь физический размер диска. Для стационарных компьютеров он обычно составляет 3,5 дюйма, для ноутбуков меньше, всего 2,5 дюйма

2. Емкость . Это по сути тот размер, сколько данных может хранить жесткий диск. Сегодня, диски измеряются в гигабайтах и террабайтах.

3. Скорость вращения шпинделя . Эта как раз та самая скорость, с которой крутятся блины. Обычно это 5400 для ноутбуков и 7200 для обычных компьютеров. Бывают и другие скорости, но в домашнем использовании они просто не нужны.

4. Уровень шума . Тут, вероятно, вы можете и сами догадаться о чем идет речь. Есть весьма громкие винчестеры, обычно самые простые, а есть и более тихие.

5. Ударостойкость или в простонародье живучесть . По сути, обозначает какие перегрузки может выносить жесткий диск без повреждения данных. Тем не менее, крайне не советую проверять это характеристику.

6. Интерфейс доступа . Интерфейс определяет разъемы, которые используются для подключения дисков к компьютеру. Раньше практически все HDD для домашних компьютеров были IDE, сегодня же в основном речь идет о SATA. В случае внешних дисков обычно USB. Стоит знать, что в реальности разъем самого диска не USB, просто внутри коробочки используется переходник с контроллером.

Во время запуска компьютера, набор микропрограмм, записанных в микросхеме BIOS, производит проверку оборудования. Если все в порядке, он передает управление загрузчику операционной системы. Дальше ОС загружается и вы начинаете пользоваться компьютером. При этом — где до включения компьютера хранилась операционная система? Каким образом ваш реферат, который вы писали всю ночь, остался цел после отключения питания ПК? Снова же — где он хранится?

Ладно, вероятно я слишком загнул и вы все прекрасно знаете, что данные компьютера хранятся на жестком диске. Тем не менее что он из себя представляет и как работает не все знают, и поскольку вы здесь, делаем вывод, что хотели бы узнать. Что же, давайте разбираться!

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 ().

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:

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.