Детально і просто про жорсткому диску він же hdd (hard disk drive)

Н

акопітель на жорсткому диску є, мало не одним з найважливіших елементів сучасного комп`ютера. Так як він призначений в першу чергу для довгострокового зберігання ваших даних, це можуть бути ігри, фільми та інші об`ємні файли, що зберігаються у вас на вашому ПК. І було б дуже шкода якщо він міг би несподівано зламатися, в результаті чого ви можете втратити всі свої дані, які буває дуже складно відновити. І щоб правильно експлуатувати і замінювати цей елемент, необхідно розуміти як він працює і що з себе представляє - жорсткий диск.

Зміст статті по розділах:

З цієї статті ви дізнаєтеся про роботу жорсткого диска, його компонентах і технічних характеристиках.

Зазвичай головними елементами жорсткого диска є кілька круглих пластин з алюмінію. На відміну від гнучких дисків (забутих дискеток) їх складно зігнути, тому і з`явилася назва жорсткий диск. У деяких пристроях вони встановлюються незнімні, і називаються фіксованими (fixeddisk). Але в звичайних стаціонарних комп`ютерах і навіть деяких моделей ноутбуків і планшетів їх можна без проблем замінити.

Малюнок: Жорсткий диск без верхньої кришки

Замітка!

Чому жорсткі диски іноді називають - вінчестер і яке відношення вони мають до вогнепальної зброї. Коли то в 1960-х роках компанія IBMвипустіла швидкісний на той момент жорсткий диск з номером розробки 30-30. Що співпало з позначенням відомого нарізної зброї Winchester, і тому цей термін незабаром закріпився в комп`ютерному жаргонному сленгу. А насправді ж жорсткі диски не мають нічого спільного зі справжніми вінчестерами.

Як працює накопичувач на жорстких дисках

Запис і зчитування інформації, що знаходиться на концентричних кіл жорсткого диска, розбитих на сектори, проводиться посредствам універсальних головок запису / читання.

Всі сторони диска передбачають свою власну доріжку для запису і читання, однак головки розташовуються на загальному для всіх дисків приводі. З цієї причини головки переміщаються синхронно.

Відео YouTube: Робота відкритого жорсткого диска

Автор ролика: Joshua Marius - letheonline.net

Нормальна робота накопичувача не допускає торкань між головками і магнітною поверхнею диска. Однак в разі відсутності електроенергії і зупинки пристрою головки все ж опускаються на магнітну поверхню.

Під час роботи жорсткого диска між поверхнею обертається пластини і голівкою утворюється незначний повітряний проміжок. Якщо в цей проміжок проникає порошинка або пристрій піддається струсу, велика ймовірність того, що головка зіткнеться з обертається поверхнею. Сильний удар може стати причиною виходу з ладу головки. Результатом цього виходу може бути пошкодження декількох байтів або ж повна непрацездатність пристрою. З цієї причини в багатьох пристроях магнітна поверхня легується, після чого на неї наноситься спеціальна змазка, що дозволяє справлятися з періодичної струсом головок.

Деякі сучасні диски використовують механізм завантаження / розвантаження, який не дозволяє голівках стосуватися магнітної поверхні навіть в разі відключення електроживлення.

Форматування високого і низького рівня

Використання форматування високого рівня дозволяє операційній системі створювати структури, яка спрощує роботу з зберігаються на жорсткому диску файлами і даними. Всі наявні розділи (логічні диски) забезпечуються завантажувальним сектором томи, двома копіями таблиці розміщення файлів і кореневим каталогом. Посредствам вищевказаних структур, операційній системі вдається виробляти розподіл дискового простору, відстеження розташування файлів, а також обхід пошкоджених ділянок на диску.

Іншими словами, форматування високого рівня зводиться до створення змістів диска і файлової системи (FAT, NTFS і т.п.). До "справжньому" форматування можна віднести лише форматування низького рівня, під час якого відбувається поділ диска по доріжках і секторах. Посредствам DOS-команди FORMAT гнучкий диск піддається відразу обом типам форматування, тоді як жорсткий - лише форматування високого рівня.

Для того, що б зробити низькорівневе форматування на жорсткому диску, необхідно використання спеціальної програми, найчастіше надається компанією-виробником диска. Форматування гнучких дисків посредствам FORMAT має на увазі виконання обох операцій, тоді як у випадку з жорсткими дисками вищевказані операції слід виконувати по окремості. Більш того, жорсткий диск піддається і третьої операції - створення розділів, які є необхідною умовою для використання на одному ПК кілька операційних систем.

Організація декількох розділів надає можливість встановлювати на кожен з них свою операційну інфраструктуру з окремим томом і логічними дисками. Кожен том або логічний диск має своє літерне позначення (наприклад диск C, D або E).

З чого складається жорсткий диск

Практично кожен сучасний вінчестер включає один і той же набір компонентів:

• диски (Їх кількість найчастіше доходить до 5 штук);

• головки читання / запису (Їх кількість найчастіше доходить до 10 штук);

• механізм приводу головок (Даний механізм встановлює головки в потрібне положення);

• двигун приводу дисків (Пристрій, що приводить в обертання диски);

• повітряний фільтр (Фільтри, розташовані всередині корпусу накопичувача);

• друковану плату зі схемами управління (Посредствам цього компонента здійснюється управління накопичувачем і контролером);

• кабелі і роз`єми (Електронні компоненти HDD).

В якості корпусу для дисків, головок, механізму приводу головок і двигуна приводу дисків найчастіше використовується герметичний короб - HDA. Зазвичай даний короб є єдиним вузлом, який практично ніколи не розкривається. Інші компоненти, які входять в HDA, до числа яких можна віднести елементи конфігурації, друковану плату і лицьову панель, - знімні.

Автоматична парковка головок і система контролю

На випадок відключення живлення передбачена контактна паркувальна система, завдання якої зводиться до того, щоб опустити штангу з головками на самі диски. Незалежно від того, що накопичувач витримує десятки тисяч підйомів і спусків, що зчитують головок, відбуватися це все повинно на спеціально відведених для цих дій ділянках.

Під час постійних підйомів і спусків відбувається неминуча абразія магнітного шару. Якщо після зносу накопичувач піддасться струсу, то скоріш за все відбудеться пошкодження диска або головок. Для запобігання вищевказаних неприємностей, сучасні накопичувачі забезпечуються спеціальним механізмом завантаження / розвантаження, що представляє собою пластину, яка поміщається на зовнішню поверхню жорстких дисків. Цей захід дозволяє запобігти дотик головки і магнітної поверхні навіть у випадку відключення живлення. При відключенні напруги накопичувач самостійно "паркує" головки на поверхні похилої пластини.

Трохи про повітряних фільтрах і повітрі

Практично всі жорсткі диски забезпечені двома типами повітряних фільтрів: барометричним і фільтром рециркуляції. Відрізняє вищевказані фільтри від змінюваних моделей, що використовуються в накопичувачах старшого покоління, то, що вони поміщені всередину корпусу і їх заміна не передбачено до кінця експлуатаційного терміну.

Старі диски використовували технологію постійної перегонки повітря всередину корпусу і назад, використовуючи при цьому фільтр, який потребував періодичної зміни.

Розробникам сучасних накопичувачів від цієї схеми довелося відмовитися, а тому фільтр рециркуляції, який розташований в герметичному корпусі HDA, застосовується лише для фільтрації знаходиться всередині короба повітря від найдрібніших частинок, які опинилися всередині корпусу. Незалежно від всіх вжитих заходів обережності, дрібні частинки все ж утворюються після багаторазових "посадок" і "злетів" головок. З урахуванням того, що корпус накопичувача відрізняється своєю герметичністю і в ньому відбувається перекачування повітря, він продовжує функціонувати навіть в умовах сильно забрудненого навколишнього середовища.

Інтерфейсні роз`єми і з`єднання

Багато сучасні накопичувачі на жорстких дисках забезпечені декількома інтерфейсними роз`ємами, призначеними для підключення до джерела живлення і до системи в цілому. Як правило, накопичувач містить мінімум три різновиди роз`ємів:

• інтерфейсні раз`еми-

• роз`єм для подачі живлення-

• роз`єм для заземлення.

На окрему увагу заслуговують інтерфейсні роз`єми, оскільки вони призначені для отримання / передачі накопичувачем команд і даних. Багато стандарти не виключають можливість підключення декількох накопичувачів до однієї шині.

Як уже згадувалося вище, накопичувачі на HDD можуть бути забезпечені декількома інтерфейсними роз`ємами:

• MFM і ESDI - вимерлі роз`єми, що використовувалися на перших вінчестерах;

• IDE / ATA - роз`єм для підключення накопичувачів, який довгий час був найпоширенішим через свою невисоку вартість. Технічно цей інтерфейс схожий з 16-розрядної шиною ISA. Подальший розвиток стандартів IDE посприяло зростанню швидкості обміну даними, а також появі можливості безпосередньо звернутися до пам`яті посредствам DMA технології;

• Serial ATA - роз`єм, який замінив собою IDE, який фізично є односпрямованої лінією, використовуваної для послідовної передачі даних. Будучи в режимі сумісності схожий з IDE інтерфейсом, однак, наявність "рідного" режиму дозволяє скористатися додатковим набором можливостей.

• SCSI - універсальний інтерфейс, який активно застосовувався на серверах для підключення HDD і іншого роду пристроїв. Незважаючи на хороші технічні показники, не став таким поширеним як IDE через свою дорожнечу.

• SAS - послідовний аналог SCSI.

• USB - інтерфейс, який необхідний для підключення зовнішніх вінчестерів. Обмін інформацією в даному випадку відбувається посредствам протоколу USB Mass Storage.

• FireWire - роз`єм аналогічний USB, необхідний для підключення зовнішнього HDD.

• Fibre Channel -інтерфейс, який використовується системами високого класу за рахунок високої швидкості передачі даних.

Показники якості жорстких дисків

• ємність - обсяг інформації, що вміщає накопичувачем. Цей показник в сучасних вінчестерах може досягати до 4 терабайт (4000 гігабайт);

• швидкодія. Даний параметр безпосередньо впливає на час відгуку і середню швидкість передачі інформації;

• надійність - показник, який визначається середнім часом напрацювання на відмову.

Обмеження фізичної ємності

Максимальний обсяг ємності, використовуваної жорстким диском, залежить від цілого ряду чинників, до числа яких можна віднести інтерфейс, драйвера, операційну та файлову систему.

У першого накопичувача АТА, випущеного в 1986 році, було обмеження ємності, максимальне значення якого становило 137 Гб.

Різні версії BIOS також сприяли зменшенню максимальної місткості жорстких дисків, а тому системи, скомпоновані до 1998 р, мали ємність - до 8,4 Гб, а системи, випущені до 1994 р, - 528 Мб.

Навіть після рішення проблем з BIOS обмеження ємності накопичувачів з інтерфейсом підключення АТА залишилося, максимальне його значення становило в 137 Гб. Це обмеження було подолано посредствам стандарту ATA-6, випущеного в 2001 р Даний стандарт використовував розширену схему адресації, що, в свою чергу, призвело до збільшення ємності накопичувачів до 144 Гб. Подібне рішення дозволило виявити світла накопичувачі з інтерфейсами PATA і SATA, у яких обсяг вміщається інформації - вище зазначеного обмеження в 137 Гб.

Обмеження ОС на максимальний обсяг

Практично всі сучасні операційні системи не накладають жодних обмежень на такий показник як ємність жорстких дисків, чого не можна сказати про більш ранніх версіях операційних систем.

Так, наприклад, DOS нерозпізнаних жорсткі диски, ємність яких перевищувала 8,4 Гб, оскільки доступ до накопичувачів в даному випадку виконувався посредствам LBA-адресації, при цьому в DOS 6.x і більш ранніх версіях підтримувалася лише CHS-адресація.

Обмеження ємності жорсткого диска також є в разі установки ОС Windows 95. Максимальне значення цього обмеження - 32 Гб. Крім цього, оновленими версіями Windows 95 підтримується лише файлова система FAT16, яка, в свою чергу, накладає обмеження в розмірі 2 Гб на розміри розділів. З цього випливає, що в разі використання жорсткого диска на 30 Гб, його потрібно поділити на 15 розділів.

Обмеження операційної системи Windows 98 допускають використання жорстких дисків більшого обсягу.

Характеристики та параметри

Кожен жорсткий диск має переліком технічних характеристик, згідно з якими і встановлюється його ієрархія використання.

Насамперед, на що слід звернути увагу, так це на тип використовуваного інтерфейсу. З недавніх пір кожен комп`ютер в якості удосконаленого і більш швидкісного інтерфейсу почав використовувати SATA.

Другий не менш важливий момент - обсяг вільного місця на жорсткому диску. Мінімальна його значення на сьогоднішній день складає лише 80 Гб, при цьому максимальне - 4 Тб.

Ще однією важливою характеристикою в разі придбання ноутбука є форм-фактор жорсткого диска.

Найбільш затребуваними в цьому випадку вважаються моделі, розмір яких - 2,5 дюйма, при цьому в настільних ПК розмір становить 3,5 дюйма.

Не варто нехтувати і швидкістю обертання шпинделя, мінімальні значення - 4200, максимальні - 15000 обертів на хвилину. Всі вищевказані характеристики безпосередньо впливають на швидкість роботи вінчестера, яка виражається в Мб / С.

Швидкість роботи жорсткого диска

Важливим значенням мають швидкісні показники жорсткого диска, які визначаються:

• Швидкістю обертання шпинделя, вимір якої проводиться в оборотах на хвилину. В її завдання не входить безпосереднє виявлення реальної швидкості обміну, вона лише дозволяє відрізнити більш швидкісний пристрій від менш швидкісного пристрою.

• часом доступу. Даний параметр обчислює витрачається вінчестером час від отримання команди до передачі інформації по інтерфейсу. Найчастіше фігурую середнє і максимальне значення.

• Часом позиціонування головок. Це значення вказує витрачається головками час для переміщення і установки з одного треку на інший трек.

• пропускною спроможністю або продуктивністю диска під час послідовної передачі великих обсягів даних.

• Внутрішньої швидкістю передачі даних або швидкістю переданої інформації від контролера до голівок.

• Зовнішньої швидкістю передачі даних або швидкістю переданої інформації по зовнішньому інтерфейсу.

Трохи про S.M.A.R.T.

S.M.A.R.T. - утиліта, призначена для самостійної перевірки стану сучасних вінчестерів, що підтримують інтерфейс PATA і SATA, а також працюють в персональних комп`ютерах з операційною системою Windows (від NT до Vista).

S.M.A.R.T. проводить підрахунок і аналіз стану підключених жорстких дисків через рівні відрізки часу, незалежно від того працює під керуванням операційної система чи ні. Після того, як аналіз був проведений, значок результату діагностики відображається в правій частині панелі завдань. Грунтуючись на результатах, отриманих під час S.M.A.R.T. діагностики, значок може вказувати:

• на відмінний стан кожного підключеного до комп`ютера вінчестера, що підтримує S.M.A.R.T. технологію;

• на те, що один або кілька показників стану не відповідають граничного значення, при цьому у параметрів Pre-Failure / Advisory нульове значення. Вищевказане стан жорсткого диска не рахується передаварійним, однак якщо цей вінчестер містить важливу інформацію, рекомендується якомога частіше зберігати її на іншому носії або зробити заміну HDD.

• на те, що один або кілька показників стану не відповідають граничного значення, при цьому у параметрів Pre-Failure / Advisory активну значення. На думку розробників жорстких дисків, це стан передаварійний, і зберігати інформацію на такому вінчестері не варто.

фактор надійності

Такий показник, як надійність зберігання даних є одним з найбільш важливих характеристик жорсткого диска. Фактор відмови у вінчестера - раз в сто років, з чого можна зробити висновок, що HDD вважається найбільш надійним джерелом зберігання даних. При цьому на надійність кожного диска безпосередній вплив надає умова експлуатації і сам пристрій. Часом виробники поставляють на ринок ще зовсім "сирої" продукт, а тому нехтувати резервним копіюванням і повністю покладатися на вінчестер можна.

Вартість і ціна

З кожним днем вартість HDD стає все менше. Так, наприклад, сьогодні ціна жорсткого диска ATA на 500 Гб становить в середньому 120 доларів, до порівняння, в 1983 р вінчестер ємністю 10 Мб коштував 1800 доларів.

З вищесказаного твердження можна зробити висновок, що вартість HDD буде продовжувати падати, а тому надалі всі бажаючі зможуть придбати досить ємні диски за прийнятними цінами.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!
Увага, тільки СЬОГОДНІ!