Меню

Устройство и функции жесткого диска



Что такое винчестер (HDD, жесткий диск) в компьютере?

Разобравшись, как подключить стационарный компьютер к Wi-Fi, установив и настроив на ПК необходимые программы, пользователь может сделать передышку и немного расширить свой кругозор. И в том числе узнать, что такое жёсткий диск и зачем он вообще нужен. Ниже будет рассказано о разновидностях HDD и значимых характеристиках устройств — ими следует руководствоваться при подборе винчестера для домашнего использования.

Что такое жёсткий диск?

Жёсткий диск, иначе называемый HDD (Hard Disk Drive), НЖМД (накопитель на жёстких магнитных дисках) или винчестер, — это универсальное устройство для хранения, миграции, планового и экстренного использования цифровых данных. На сегодня, несмотря на появление более прогрессивных и надёжных видов носителей, жёсткие диски по-прежнему занимают лидирующую позицию в этой области, и, вероятно, в ближайшие несколько лет ситуация не изменится.

В самом первом компьютере никаких жёстких дисков не было; первая модель, огромная, весящая чуть меньше тонны, появилась в 1956 году в США. Со временем размеры HDD уменьшались, производительность и ёмкость — увеличивались, а требования к материалам изготовления становились жёстче. Так, спустя полвека, и появились современные винчестеры — лёгкие и удобные, в достаточной степени защищённые от механических повреждений.

Жёсткими диски, на которых хранится информация, называются потому, что данные записываются не на гибкий магнитный слой, как в дискетах, а на твёрдые пластины, состоящие:

  • из основы из чистого, лишённого магнитных свойств стекла или алюминия;
  • и покрытия-ферромагнетика, в большинстве случаев — оксида хрома; на нём и сохраняется цифровая информация.

Теперь — несколько слов о названиях. Самое точное и наиболее редко встречающееся на практике (НМЖД) акцентирует внимание на фактическом наличии в винчестере нескольких магнитных дисков. Так оно и есть; современные накопители высокой ёмкости оснащены двумя, тремя или более «пластинками», посаженными на общую ось и обслуживаемыми каждая своей считывающей головкой, удерживаемой от непосредственного контакта с ферромагнетиком за счёт возникающей во время вращения воздушной подушки. Во время простоя эти головки отводятся в безопасную позицию, в которой просто не могут соприкасаться с дисками.

Второе по популярности наименование жёсткого диска (HDD), используемое, в частности, в названии программы Victoria HDD, означает точно то же самое; иногда оно заменяется русской калькой ХДД; главное её преимущество — отсутствие необходимости переключаться с кириллицы на латиницу и обратно.

Наконец, наименование «винчестер» обязано своим появлением рабочему названию разрабатываемой в 1970-х годах инженерами IBM модели с условным наименованием «30/30», совпавшим с одним из разработанных Winchester калибром патронов. Этот вариант почти совершенно вышел из употребления в европейских и американских странах, однако упорно сохраняется в СНГ — иногда сокращаясь до не менее известного пользователю «винта».

Важно: именно появление жёстких дисков дало развитие большинству современных технологий, связанных с разработкой, внедрением и обслуживанием операционных систем и сопутствующего программного обеспечения, в частности UEFI Boot.

Для чего нужен жёсткий диск?

Как уже упоминалось, основное назначение жёсткого диска — постоянное (в отличие от оперативной памяти) хранение виртуальных данных. Разница видна на простом примере: когда компьютер выключается, ОЗУ автоматически очищается, так как не обладает ресурсами для записи; в то же время файлы и незавершённые системные процессы сохраняются на HDD и остаются доступны после очередного включения.

Следовательно, пользователю не нужно каждый раз переписывать информацию на листочек, наносить на перфоленту, скидывать на оптический диск или дискету. Достаточно просто запустить компьютер или ноутбук — и почти мгновенно получить доступ к ранее созданным или просматриваемым данным.

Второе назначение НЖМД — перенос и распространение цифровой информации; в современных условиях возможны несколько вариантов процесса:

  • физический — пользователь записывает данные на жёсткий диск и переставляет его из одного компьютера в другой;
  • виртуальный — сведения распространяются при помощи технологий удалённого доступа, в том числе в «облаках»; в зависимости от выбранных владельцем настроек файлы могут быть доступны как только ему, так и неограниченному числу пользователей по всему миру.

Винчестеры, выполняющие вторую функцию, могут входить в состав так называемых серверов — программно-аппаратных комплексов, обеспечивающих массовый доступ к уникальным, изначально хранящимся только в одном месте данным.

Читайте также:  Как пометить бэд блоки на жестком диске

Важнейшая опция жёсткого диска, являющаяся частным случаем первой, — создание среды для запуска и использования на компьютере операционной системы. Именно благодаря НЖМД пользователю нет необходимости каждый раз запускаться с дискеты, CD, DVD или флешки — теперь эта необходимость возникает только при повреждении критически важных данных на HDD или при необходимости переустановки ОС.

Разновидности винчестеров

Классифицировать жёсткие диски, работающие в бытовых компьютерах, можно по нескольким признакам. Большая часть будет перечислена далее; сейчас же следует поговорить о самом «наглядном» — необходимости установки в корпус машины.

В соответствии с этим критерием все HDD, вне зависимости от других параметров, наименования производителя и модели, можно разделить на три категории:

  • Несъёмные. Это привычные для пользователя винчестеры, устанавливаемые (и при должном уровне аккуратности закрепляемые) внутри системного блока — или в корпусе ноутбука. Как правило, они отличаются большими массогабаритами, а также имеют на плате два основных разъёма: для подключения шлейфа считывания информации и подведения электропитания. Зачем нужен первый, понятно; второй необходим, чтобы привести в движение ферромагнитные «пластинки» — иначе будет невозможно получить доступ к данным.

  • Внешние. Портативные устройства, которые подключаются к компьютеру через USB-разъём при помощи специального шнура, обеспечивающего для HDD как подвод необходимой электроэнергии, так и снятие информации. Отличаются значительно большей мобильностью — с таким НЖМД куда удобнее путешествовать, а в домашних условиях его можно использовать с тем же уровнем комфорта, что и обычную флешку. С другой стороны, винчестеры такого типа существенно чаще выходят из строя или «теряют» пути файлов; чтобы избежать неприятностей, пользователю придётся обращаться с ними как можно бережнее.

  • Гибридные. В таких жёстких дисках совмещены стандарты «несъёмной» и флеш-памяти. Проще говоря, ёмкость HDD этого типа можно «нарастить» за счёт microSD или флешки, а затем — извлечь носитель и подключить его к другому компьютеру.

Важно: сравнительно недавно появились так называемые «салазки» (или корпуса для несъёмных жёстких дисков), позволяющие подключать НЖМД через USB-разъём. При таком применении HDD фактически переходит из первой категории во вторую — со всеми её достоинствами и недостатками.

Как выбрать жёсткий диск?

Выбор жёсткого диска для компьютера легче всего сделать, по порядку отвечая на следующие вопросы:

  • Как планируется использовать HDD — внутри компьютера или в качестве переносного носителя? О преимуществах и недостатках этих разновидностей написано выше; пользователю, нечасто пускающемуся в дорогу и имеющему в распоряжении обычный стационарный ПК, логичнее будет предпочесть первый вариант; владельцу ноутбука или любителю путешествий — второй.
  • Какой на компьютере доступен интерфейс подключения? В настоящее время есть два основных варианта: IDE — сильно устаревший, но всё ещё имеющийся в продаже; SATA первого, второго и третьего поколений — новый, значительно более производительный и энергозащищённый.

Совет: узнать, какой интерфейс нужен, можно, взглянув на разъёмы старого жёсткого диска или свободные шлейфы внутри компьютера — отличить SATA от IDE не составит никакого труда.

  • Для чего планируется использовать винчестер? Это основополагающий вопрос; он напрямую определяет сразу два важных параметра: ёмкость носителя и число оборотов магнитных пластинок вокруг своей оси в минуту. Если пользователь хочет запускать с жёсткого диска операционную систему и хранить на нём «рабочую» информацию, хватит объёма от 256 гигабайтов и скорости вращения от 7200 оборотов в минуту. «Вторичные» HDD, нужные для хранения и архивирования информации, должны в современных условиях обладать ёмкостью от терабайта, однако могут иметь меньшую скорость вращения, поскольку время задержки при обращении к ним не является критическим параметром. В целом же действует эмпирическое правило: чем больше, тем лучше — но и дороже; руководствуясь предложенным алгоритмом или игнорируя его, юзер заплатит за винчестер ровно столько, сколько готов отдать — и получит соответствующие результаты.
  • В каких условиях будет эксплуатироваться НЖМД? Чем «агрессивнее» обстановка вокруг (с учётом пыли, вибрации, возможных ударов и перепадов напряжения), тем выше должен быть уровень защиты и тем дороже будет модель.
  • Будет ли компьютер работать ночью? Жёсткие диски во время вращения издают характерное жужжание — для большинства неприметное, но на некоторых людей действующее раздражающе. Чтобы избежать излишней траты нервов, пользователю рекомендуется сразу выбрать HDD с повышенным уровнем шумоизоляции.

Важно: ориентироваться при выборе винчестера на наименование производителя давно не имеет смысла. Практически весь рынок занят тремя корпорациями: Toshiba, Seagate и Western Digital — в итоге и разброс цен, и разница в качестве продукции при других равных условиях минимальны.

Теперь, определившись с требуемыми параметрами жёсткого диска для компьютера, можно отправляться в магазин — и подобрать для себя оптимальный вариант, не забыв взять у продавца гарантийный талон.

Читайте также:  Usb драйвера для жесткого диска seagate

Подводим итоги

Жёсткий диск в компьютере используется для накопления, хранения и переноса цифровых данных. Другие названия носителя — HDD, винчестер или НЖМД. При выборе жёсткого диска следует обращать внимание на интерфейс, ёмкость, скорость вращения и уровень защиты; чем выше каждый из этих показателей, тем дольше проработает устройство, но тем значительнее будет его цена.

Источник

Как устроен жесткий диск компьютера (HDD)

Приветствую всех читателей блога pc-information-guide.ru. Многих интересует вопрос — как устроен жесткий диск компьютера. Поэтому я решил посвятить этому сегодняшнюю статью.

Жесткий диск компьютера (HDD или винчестер) нужен для хранения информации после выключения компьютера, в отличие от ОЗУ (оперативной памяти) — которая хранит информацию до момента прекращения подачи питания (до выключения компьютера).

Жесткий диск, по-праву, можно назвать настоящим произведением искусства, только инженерным. Да-да, именно так. Настолько сложно там внутри все устроено. На данный момент во всем мире жесткий диск — это самое популярное устройство для хранения информации, он стоит в одном ряду с такими устройствами, как: флеш-память (флешки), SSD. Многие наслышаны о сложности устройства жесткого диска и недоумевают, как в нем помещается так много информации, а поэтому хотели бы узнать, как устроен или из чего состоит жесткий диск компьютера. Сегодня будет такая возможность).

Устройство жесткого диска компьютера

Жесткий диск состоит из пяти основных частей. И первая из них — интегральная схема, которая синхронизирует работу диска с компьютером и управляет всеми процессами.

Вторая часть — электромотор (шпиндель), заставляет вращаться диск со скоростью примерно 7200 об/мин, а интегральная схема поддерживает скорость вращения постоянной.

А теперь третья, наверное самая важная часть — коромысло, которое может как записывать, так и считывать информацию. Конец коромысла обычно разделен, для того чтобы можно было работать сразу с несколькими дисками. Однако головка коромысла никогда не соприкасается с дисками. Существует зазор между поверхностью диска и головкой, размер этого зазора примерно в пять тысяч раз меньше толщины человеческого волоса!

Но давайте все же посмотрим, что случится, если зазор исчезнет и головка коромысла соприкоснется с поверхностью вращающегося диска. Мы все еще со школы помним, что F=m*a (второй закон Ньютона, по-моему), из которого следует, что предмет с небольшой массой и огромным ускорением — становится невероятно тяжелым. Учитывая огромную скорость вращения самого диска, вес головки коромысла становится весьма и весьма ощутимым. Естественно, что повреждение диска в таком случае неизбежно. Кстати, вот что случилось с диском, у которого этот зазор по каким то причинам исчез:

Так же важна роль силы трения, т.е. ее практически полного отсутствия, когда коромысло начинает считывать информацию, при этом смещаясь до 60 раз за секунду. Но постойте, где же здесь находится двигатель, что приводит в движение коромысло, да еще с такой скоростью? На самом деле его не видно, потому что это электромагнитная система, работающая на взаимодействии 2 сил природы: электричества и магнетизма. Такое взаимодействия позволяет разгонять коромысло до скоростей света, в прямом смысле.

Четвертая часть — сам жесткий диск, это то, куда записывается и откуда считывается информация, кстати их может быть несколько.

Ну и пятая, завершающая часть конструкции жесткого диска — это конечно же корпус, в который устанавливаются все остальные компоненты. Материалы применяются следующие: почти весь корпус выполнен из пластмассы, но верхняя крышка всегда металлическая. Корпус в собранном виде нередко называют «гермозоной». Бытует мнение, что внутри гермозоны нету воздуха, а точнее, что там — вакуум. Мнение это опирается на тот факт, что при таких высоких скоростях вращения диска, даже пылинка, попавшая внутрь, может натворить много нехорошего. И это почти верно, разве что вакуума там никакого нету — а есть очищенный, осушенный воздух или нейтральный газ — азот например. Хотя, возможно в более ранних версиях жестких дисков, вместо того, чтобы очищать воздух — его просто откачивали.

Читайте также:  Если умер контроллер на жестком диске

Это мы говорили про компоненты, т.е. из чего состоит жесткий диск. Теперь давайте поговорим про хранение данных.

Как и в каком виде хранятся данные на жестком диске компьютера

Данные хранятся в узких дорожках на поверхности диска. При производстве, на диск наносится более 200 тысяч таких дорожек. Каждая из дорожек разделена на секторы.

Карты дорожек и секторов позволяют определить, куда записать или где считать информацию. Опять же вся информация о секторах и дорожках находится в памяти интегральной микросхемы, которая, в отличие от других компонентов жесткого диска, размещена не внутри корпуса, а снаружи и обычно снизу.

Сама поверхность диска — гладкая и блестящая, но это только на первый взгляд. При более близком рассмотрении структура поверхности оказывается сложнее. Дело в том, что диск изготавливается из металлического сплава, покрытого ферромагнитным слоем. Этот слой как раз и делает всю работу. Ферромагнитный слой запоминает всю информацию, как? Очень просто. Головка коромысла намагничивает микроскопическую область на пленке (ферромагнитном слое), устанавливая магнитный момент такой ячейки в одно из состояний: о или 1. Каждый такой ноль и единица называются битами. Таким образом, любая информация, записанная на жестком диске, по-факту представляет собой определенную последовательность и определенное количество нулей и единиц. Например, фотография хорошего качества занимает около 29 миллионов таких ячеек, и разбросана по 12 различным секторам. Да, звучит впечатляюще, однако в действительности — такое огромное количество битов занимает очень маленький участок на поверхности диска. Каждый квадратный сантиметр поверхности жесткого диска включает в себя несколько десятков миллиардов битов.

Принцип работы жесткого диска

Мы только что с вами рассмотрели устройство жесткого диска, каждый его компонент по отдельности. Теперь предлагаю связать все в некую систему, благодаря чему будет понятен сам принцип работы жесткого диска.

Итак, принцип, по которому работает жесткий диск следующий: когда жесткий диск включается в работу — это значит либо на него осуществляется запись, либо с него идет чтение информации, или с него загружается ОС, электромотор (шпиндель) начинает набирать обороты, а поскольку жесткие диски закреплены на самом шпинделе, соответственно они вместе с ним тоже начинают вращаться. И пока обороты диска(ов) не достигли того уровня, чтобы между головкой коромысла и диском образовалась воздушная подушка, коромысло во избежание повреждений находится в специальной «парковочной зоне». Вот как это выглядит.

Как только обороты достигают нужного уровня, сервопривод (электромагнитный двигатель) приводит в движение коромысло, которое уже позиционируется в то место, куда нужно записать или откуда считать информацию. Этому как раз способствует интегральная микросхема, которая управляет всеми движениями коромысла.

Распространено мнение, этакий миф, что в моменты времени, когда диск «простаивает», т.е. с ним временно не осуществляется никаких операций чтения/записи, жесткие диски внутри перестают вращаться. Это действительно миф, ибо на самом деле, жесткие диски внутри корпуса вращаются постоянно, даже тогда, когда винчестер находится в энергосберегающем режиме и на него ничего не записывается.

Ну вот мы и рассмотрели с вами устройство жесткого диска компьютера во всех подробностях. Конечно же, в рамках одной статьи, нельзя рассказать обо всем, что касается жестких дисков. Например в этой статье не было сказано про интерфейсы жесткого диска — это большая тема, я решил написать про это отдельную статью.

Нашел интересное видео, про то, как работает жесткий диск в разных режимах

Всем спасибо за внимание, если вы еще не подписаны на обновления этого сайта — очень рекомендую это сделать, дабы не пропустить интересные и полезные материалы. До встречи на страницах блога!

Источник