HDD ("winchester", hdd, hard disc drive - eng.) - un dispositivo di memorizzazione delle informazioni basato su piastre magnetiche e l'effetto del magnetismo.
Si applica ovunque in personal computer, laptop, server e così via.
Dispositivo disco rigido. Come funziona un disco rigido.
Nel pavimento sigillato il blocco contiene lastre bifacciali, con applicate su di esse strato magnetico piantato albero motore e ruotando alla velocità di 5400 giri al minuto Il blocco non è completamente sigillato, ma soprattutto non lascia passare piccole particelle e non consente fluttuazioni di umidità. Tutto ciò influisce negativamente sulla durata e sulla qualità del disco rigido.
Nei moderni dischi rigidi viene utilizzato l'albero. Questo dà meno rumore durante il funzionamento, aumenta significativamente la durata e riduce la possibilità di inceppare l'albero a causa del collasso.
La lettura e la scrittura sono finite blocco di testa.
Funzionante, teste salire sopra la superficie del disco a distanza ~10 nm. Sono aerodinamici e salita sopra la superficie del disco a causa di corrente ascensionale dal piatto rotante. Le testine magnetiche possono essere posizionate su entrambi i lati piastre, se gli strati magnetici sono depositati su ciascun lato del disco magnetico.
L'unità principale collegata ha posizione fissa, cioè le teste si muovono tutte insieme.
Tutte le teste sono controllate da uno speciale unità di azionamento basato su elettromagnetismo.
Magnete al neodimio crea un magnetico campo, in cui l'unità principale può muoversi con un'elevata velocità di reazione sotto l'influenza della corrente. Questo è il modo migliore e più veloce per spostare il blocco di teste, e dopotutto, una volta che il blocco di teste veniva spostato meccanicamente, con l'ausilio di ingranaggi.
Quando il disco è spento, per evitare che le testine affondino sul disco e danneggiato lui, fanno pulizia parcheggio di testa(zona parcheggio, zona parcheggio).
Consente inoltre di trasportare dischi rigidi offline senza alcuna restrizione speciale. Nello stato spento, il disco può sopportare carichi pesanti e non essere danneggiato. Nello stato acceso, anche una piccola spinta ad una certa angolazione può distruggere lo strato magnetico della piastra o danneggiare le testine quando si tocca il disco.
Oltre alla parte sigillata, i dischi rigidi moderni hanno una parte esterna pannello di controllo. C'era una volta, tutte le schede di controllo venivano inserite nella scheda madre del computer negli slot di espansione. Non era conveniente in termini di versatilità e capacità. Oggigiorno, con i dischi rigidi, tutta l'elettronica e le interfacce dell'unità si trovano su un piccolo circuito stampato nella parte inferiore del disco rigido. Grazie a ciò, è possibile configurare ogni disco per determinati parametri che sono vantaggiosi dal punto di vista della sua struttura, dandogli un guadagno di velocità o un funzionamento più silenzioso, ad esempio.
Per collegare l'interfaccia e l'alimentazione, vengono utilizzati connettori comuni standard / e Molex/Alimentazione SATA.
Peculiarità.
I dischi rigidi lo sono il più capiente custodi di informazioni e riguardo affidabile. Il volume dei dischi è in costante crescita, ma recentemente ciò è dovuto ad alcuni complessità e per un'ulteriore espansione del volume sono necessarie nuove tecnologie. Possiamo dire che i dischi rigidi sono praticamente andati dritti nel raggiungere le massime capacità. La diffusione degli hard disk è stata facilitata principalmente dal rapporto prezzovolume. Nella maggior parte dei casi, un gigabyte di spazio su disco costa meno di 2,5 rubli.
Pro e contro dei dischi rigidi vs.
Prima dell'avvento dello stato solido SSD(disco a stato solido) - unità, dischi rigidi non avevano concorrenti. Ora i dischi rigidi hanno una direzione verso cui puntare.
Contro dei dischi rigidi(disco rigido) (ssd) unità:
- bassa velocità di lettura sequenziale
- bassa velocità di accesso
- velocità di lettura lenta
- velocità di scrittura leggermente inferiore
- vibrazioni e leggeri rumori durante il funzionamento
Anche se d'altra parte, i dischi rigidi ne hanno altri più pesante i benefici a cui SSD gli accumulatori si sforzano e si sforzano.
professionisti dischi fissi (disco rigido) rispetto allo stato solido (ssd) unità:
- prezzo di volume significativamente migliore
- il miglior indicatore di affidabilità
- volume massimo più alto
- in caso di guasto, molte volte più possibilità di recuperare i dati
- l'opzione migliore per l'utilizzo nei media center, grazie alla sua compattezza e alle unità 2.5 di grande capacità
Riguardo a cosa vale la pena prestare attenzione quando scegli un disco rigido, puoi vedere nel nostro articolo "". Se hai bisogno di riparare il disco rigido o recuperare i dati, puoi fare riferimento a.
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Oggi molti credono che i dischi rigidi magnetici siano troppo lenti, inaffidabili e tecnicamente obsoleti. Allo stesso tempo, le unità a stato solido, al contrario, sono all'apice del loro splendore: ogni dispositivo mobile ha un supporto di archiviazione basato su memoria flash e persino i PC desktop utilizzano tali unità. Tuttavia, le loro prospettive sono molto limitate. Secondo le previsioni di CHIP, il prezzo degli SSD scenderà un po' di più, la densità dei dati e quindi la capacità dell'unità probabilmente raddoppieranno, e poi arriverà la fine. Gli SSD da 1 TB saranno sempre troppo costosi. Sullo sfondo, i dischi magnetici rigidi della stessa capacità sembrano molto attraenti, quindi è troppo presto per parlare del declino dell'era delle unità tradizionali. Oggi, però, sono a un bivio. Il potenziale dell'attuale tecnologia, il metodo di registrazione perpendicolare, consente altri due cicli annuali durante i quali verranno rilasciati nuovi modelli di maggiore capacità, dopodiché verrà raggiunto il limite.
Se i tre principali produttori, Seagate, Western Digital e Toshiba, riusciranno a passare a una delle nuove tecnologie presentate in questo articolo, allora i dischi rigidi da 60 TB o superiori da 3,5 pollici (che è 20 volte più grandi dei modelli attuali) smetteranno di funzionare. essere un lusso irraggiungibile. Allo stesso tempo, aumenterà anche la velocità di lettura, raggiungendo il livello SSD, poiché dipende direttamente dalla densità dei dati che vengono scritti: minore è la distanza che deve superare la testina di lettura, più velocemente funziona il disco. Pertanto, se la nostra "fame di informazioni" continua a crescere, tutti gli "allori" andranno ai dischi magnetici rigidi.
Metodo di registrazione perpendicolare
Da tempo i dischi rigidi utilizzano il metodo di registrazione perpendicolare (su domini disposti verticalmente), che fornisce una maggiore densità di dati. Attualmente è la norma. Le tecnologie successive manterranno questo metodo.
6 TB: limite quasi raggiunto
In due anni i dischi con il metodo di registrazione perpendicolare raggiungeranno il limite di densità dei dati sulla lastra.
Nei moderni dischi rigidi con una capacità fino a 4 TB, la densità di registrazione dei piatti magnetici non supera i 740 Gbit per pollice quadrato. I produttori promettono che le unità che utilizzano il metodo di registrazione perpendicolare saranno in grado di fornire una velocità di 1 Tbps per pollice quadrato. Tra due anni verrà rilasciata l'ultima generazione di tali unità: la capacità dei modelli da 3,5 pollici raggiungerà i 6 TB e i modelli da 2,5 pollici saranno in grado di fornire poco più di 2 TB di spazio su disco. Tuttavia, un tasso di crescita così modesto nella densità di registrazione non tiene più il passo con la nostra crescente fame di informazioni, come dimostrano i grafici seguenti.
Il problema della scelta dei materiali
I dischi rigidi con metodo di registrazione perpendicolare non sono in grado di soddisfare le crescenti esigenze nel campo dell'archiviazione dei dati, poiché con una densità di registrazione di poco superiore a 1 Tbit per pollice quadrato, sono costretti a combattere l'effetto del superparamagnetismo. Questo termine significa che le particelle di una certa dimensione di materiali magnetici non sono in grado di mantenere a lungo uno stato di magnetizzazione, che può cambiare improvvisamente sotto l'influenza del calore dall'ambiente. La dimensione delle particelle a cui si verifica questo effetto dipende dal materiale utilizzato (vedi tabella sotto). Le piastre dei moderni HDD con registrazione perpendicolare sono costituite da una lega di cobalto, cromo e platino (CoCrPt), le cui particelle hanno un diametro di 8 nm e una lunghezza di 16 nm. Per registrare un bit, la testina deve magnetizzare circa 20 di tali particelle. Con un diametro di 6 nm e meno, le particelle di questa lega non sono in grado di mantenere in modo affidabile lo stato del loro campo magnetico.
Nel settore dei dischi rigidi si parla molto del "trilemma". I produttori possono utilizzare tre modi principali per aumentare la densità di registrazione: modificando la dimensione delle particelle, il loro numero e il tipo di lega di cui sono composte. Ma quando la dimensione delle particelle della lega CoCrPt è di 6 nm, l'uso di uno dei metodi porterà al fatto che gli altri due saranno inutili: se la dimensione delle particelle viene ridotta, perderanno la loro magnetizzazione. Se riduci il loro numero per bit, il loro segnale si "dissolverà" nel rumore ambientale dei bit vicini. La testina di lettura non sarà in grado di dire se si tratta di uno "0" o di un "1". Una lega con caratteristiche magnetiche superiori consente l'utilizzo di particelle più piccole e permette anche di ridurne il numero, ma in questo caso la testina di registrazione non è in grado di modificarne la magnetizzazione. Questo trilemma può essere risolto solo se i produttori abbandonano il metodo di registrazione perpendicolare. Per fare questo, ci sono già diverse tecnologie pronte.
Fino a 60 TB: nuove tecnologie di registrazione
La densità di registrazione dei futuri HDD può essere aumentata di dieci volte, con l'aiuto di microonde, laser, controller SSD e nuove leghe.
Lo sviluppo più promettente in grado di fornire una densità di registrazione di oltre 1 Tbit per pollice quadrato è la tecnologia della registrazione magnetica con parziale sovrapposizione delle tracce (il metodo di registrazione "tiled" - Shingled Magnetic Recording, SMR). Il suo principio è che le tracce magnetiche di un disco SMR sono parzialmente sovrapposte, come le tegole su un tetto. Questa tecnologia supera la difficoltà insita nel metodo di registrazione perpendicolare: un'ulteriore riduzione della larghezza delle tracce porterà inevitabilmente all'impossibilità di registrare i dati. I dischi moderni hanno tracce separate con una larghezza da 50 a 30 nm. La larghezza minima possibile della traccia per la registrazione perpendicolare è di 25 nm. Nella tecnologia SMR, a causa della sovrapposizione parziale, la larghezza della traccia per la testina di lettura può arrivare fino a 10 nm, che corrisponde a una densità di registrazione di 2,5 Tbps per pollice quadrato. Il trucco consiste nell'aumentare la larghezza delle tracce di registrazione a 70 nm, assicurandosi che il bordo della traccia sia magnetizzabile al 100%. Il bordo di una traccia non cambierà se scrivi la successiva con un offset di 10 nm. Inoltre, la testina di registrazione è dotata di uno schermo protettivo per evitare che il suo forte campo magnetico danneggi i dati sottostanti. Per quanto riguarda la testa, è già stata sviluppata
di Hitachi. Tuttavia, c'è un altro problema: di solito su un disco magnetico viene eseguita una riscrittura separata diretta dei bit, e nell'ambito della tecnologia SMR ciò è possibile solo sulla traccia più in alto del piatto. Per cambiare le punte situate sul binario inferiore, sarà necessario riscrivere l'intera piastra, il che riduce le prestazioni.
Successore promettente: HAMR
Nel frattempo, IDEMA, un'organizzazione internazionale per le unità disco, i materiali e le apparecchiature, preferisce la registrazione magnetica assistita dal calore (HAMR) e la considera il contendente più probabile per il ruolo di successore della tecnologia di registrazione perpendicolare. Mark Guinen del consiglio di amministrazione di IDEMA prevede che i primi dischi HAMR saranno in vendita nel 2015.
A differenza di SMR, la tecnologia HAMR risolve il trilemma riducendo le particelle magnetiche, e questo richiede una transizione verso un nuovo materiale. Per i dischi HAMR, è necessario utilizzare un materiale con un'energia anisotropa più elevata: il più promettente è una lega di ferro e platino (FePt). L'anisotropia determina quanta energia è necessaria per smagnetizzare un materiale. In FePt è così alto che solo le particelle di 2,5 nm incontrano il limite superparamagnetico (vedi tabella nella sezione successiva). Questa circostanza consentirebbe la produzione di hard disk della capacità di 30 TB con una densità di registrazione di 5 Tbit per pollice quadrato.
Il problema è che la testina di scrittura stessa non è in grado di modificare l'orientamento magnetico delle particelle di lega FePt. Pertanto, nei dischi HAMR è incorporato un laser che riscalda momentaneamente le particelle in un'area di pochi nanometri fino a una temperatura di circa 400 ° C. Di conseguenza, la testina di registrazione richiede meno energia per modificare il campo magnetico delle particelle. Sulla base dei valori di densità di scrittura, le unità di registrazione magnetica assistita termicamente possono avere velocità di lettura elevate (circa 400-500 MB/s), attualmente raggiungibili solo per SSD SATA 3.
Oltre al laser, lo Spin Torque Oscillator, che emette microonde, è in grado di registrare anche su piastre in lega FePt. Le microonde modificano le caratteristiche del campo magnetico delle particelle in modo tale che una debole testina di registrazione le rimagnetizza facilmente. In generale, il generatore aumenta di tre volte l'efficienza della testina di registrazione. La tecnologia di registrazione magnetica a microonde (Microwave Assisted Magnetic Recording, MAMR), a differenza di HAMR, è ancora in fase di sviluppo.
Nuova lega metallica per dischi magnetici a massaggio termico
La lega FePt nel disco HAMR ha una maggiore energia anisotropica e una maggiore capacità di magnetizzazione. Rispetto al metodo di registrazione perpendicolare, qui possono essere utilizzate particelle più piccole.
Cosa succede dopo HAMR?
La tecnologia Bit-Patterned Media (BPM) è stata a lungo considerata la più promettente. Fornisce una soluzione diversa al trilemma: in questo caso, le particelle magnetiche sono separate l'una dall'altra da uno strato isolante di ossido di silicio. A differenza dei dischi magnetici tradizionali, le regioni magnetizzabili vengono applicate utilizzando la litografia, come nella produzione di chip. Ciò rende la produzione di media BPM piuttosto costosa. BPM consente di ridurre il numero di particelle per bit e allo stesso tempo evitare l'influenza del rumore delle particelle vicine sul segnale. L'unico problema oggi è creare una testina di lettura/scrittura in grado di fornire un controllo ad alta precisione dei bit BPM. Pertanto, BPM è attualmente visto come il successore più probabile di HAMR. Se si combinano entrambe le tecnologie, è possibile ottenere una densità di registrazione di 10 Tbit per pollice quadrato e produrre dischi con una capacità di 60 TB.
Un nuovo oggetto di ricerca è la tecnologia della registrazione magnetica bidimensionale (Two Dimensional Magnetic Recording, TDMR), che risolve il trilemma eliminando la difficoltà legata al rapporto segnale/rumore. Con un piccolo numero di particelle per bit, la testina di lettura riceve un segnale sfocato, poiché ha una bassa potenza e si perde nel rumore delle particelle vicine. Una caratteristica della tecnologia TDMR è la capacità di recuperare un segnale perso. Ciò richiede la stampa di più lettori o la stampa di più lettori che formano un'immagine 2D della superficie. Sulla base di queste immagini, il decoder recupera i bit corrispondenti.
I dischi rigidi, o, come vengono anche chiamati, dischi rigidi, sono uno dei componenti più importanti di un sistema informatico. Tutti lo sanno. Ma non tutti gli utenti moderni, anche in linea di principio, indovinano come funziona un disco rigido. Il principio di funzionamento, in generale, è abbastanza semplice per una comprensione di base, ma ci sono alcune sfumature, che saranno discusse ulteriormente.
Domande sullo scopo e sulla classificazione dei dischi rigidi?
La questione dello scopo è, ovviamente, retorica. Qualsiasi utente, anche il più entry-level, risponderà immediatamente che il disco rigido (noto anche come disco rigido, noto anche come disco rigido o HDD) risponderà immediatamente che viene utilizzato per archiviare informazioni.
In generale, è vero. Non dimenticare che sul disco rigido, oltre al sistema operativo e ai file utente, sono presenti i settori di avvio creati dal sistema operativo, grazie ai quali si avvia, nonché alcuni segni tramite i quali è possibile trovare rapidamente le informazioni necessarie sul disco.
I modelli moderni sono piuttosto diversi: HDD convenzionali, dischi rigidi esterni, SSD ad alta velocità, sebbene di solito non vengano chiamati dischi rigidi. Inoltre, si propone di considerare il dispositivo e il principio di funzionamento del disco rigido, se non per intero, almeno in modo tale che sia sufficiente comprendere i termini e i processi di base.
Si noti che esiste anche una classificazione speciale dei moderni HDD secondo alcuni criteri di base, tra i quali si possono distinguere i seguenti:
- metodo di memorizzazione delle informazioni;
- tipo di supporto;
- modo di organizzare l'accesso alle informazioni.
Perché un disco rigido è chiamato disco rigido?
Oggi molti utenti stanno pensando al motivo per cui chiamano i dischi rigidi legati alle armi leggere. Sembrerebbe che cosa può essere comune tra questi due dispositivi?
Il termine stesso è apparso nel 1973, quando è apparso sul mercato il primo HDD al mondo, il cui design consisteva in due scomparti separati in un contenitore sigillato. La capacità di ogni compartimento era di 30 MB, motivo per cui gli ingegneri hanno dato al disco il nome in codice "30-30", che era pienamente in sintonia con il marchio della popolare pistola dell'epoca "30-30 Winchester". È vero, all'inizio degli anni '90 in America e in Europa questo nome è praticamente caduto in disuso, ma rimane ancora popolare nello spazio post-sovietico.
Il dispositivo e il principio di funzionamento del disco rigido
Ma stiamo divagando. Il principio di funzionamento di un disco rigido può essere brevemente descritto come i processi di lettura o scrittura delle informazioni. Ma come succede? Per comprendere il principio di funzionamento di un disco rigido magnetico, è prima necessario studiarne il funzionamento.
Il disco rigido stesso è un insieme di piatti, il cui numero può variare da quattro a nove, interconnessi da un albero (asse) chiamato mandrino. I piatti sono posti uno sopra l'altro. Molto spesso, il materiale per la loro fabbricazione è alluminio, ottone, ceramica, vetro, ecc. Le lastre stesse hanno uno speciale rivestimento magnetico sotto forma di un materiale chiamato piatto, a base di ossido di ferrite gamma, ossido di cromo, ferrite di bario, ecc. Ciascuna di queste lastre ha uno spessore di circa 2 mm.
Le testine radiali sono responsabili della scrittura e della lettura delle informazioni (una per ogni lastra) ed entrambe le superfici sono utilizzate nelle lastre. Per cui può variare da 3600 a 7200 giri al minuto e due motori elettrici sono responsabili del movimento delle teste.
Allo stesso tempo, il principio di base del disco rigido del computer è che le informazioni non vengono registrate da nessuna parte, ma in posizioni rigorosamente definite, chiamate settori, che si trovano su tracce o tracce concentriche. Per evitare confusione, si applicano regole uniformi. Ciò significa che i principi di funzionamento dei dischi rigidi, dal punto di vista della loro struttura logica, sono universali. Così, ad esempio, la dimensione di un settore, adottato come unico standard in tutto il mondo, è di 512 byte. A loro volta, i settori sono divisi in cluster, che sono sequenze di settori adiacenti. E le caratteristiche del principio di funzionamento di un disco rigido a questo proposito sono che lo scambio di informazioni viene effettuato da interi cluster (un numero intero di catene di settori).
Ma come si leggono le informazioni? I principi di funzionamento di un disco rigido sono i seguenti: utilizzando una staffa speciale, la testina di lettura si sposta in direzione radiale (a spirale) verso la traccia desiderata e, una volta ruotata, viene posizionata sopra un dato settore e tutte le testine possono muoversi simultaneamente, leggendo le stesse informazioni non solo da tracce diverse, ma anche da diversi dischi (piatti). Tutte le tracce con gli stessi numeri di serie sono chiamate cilindri.
Allo stesso tempo, si può distinguere un altro principio di funzionamento del disco rigido: più la testina di lettura è vicina alla superficie magnetica (ma non la tocca), maggiore è la densità di registrazione.
Come vengono scritte e lette le informazioni?
I dischi rigidi, o dischi rigidi, sono stati chiamati magnetici perché usano le leggi della fisica del magnetismo, formulate da Faraday e Maxwell.
Come già accennato, le lastre realizzate in materiale non magneticamente sensibile sono rivestite con un rivestimento magnetico, il cui spessore è di pochi micrometri. Nel processo di lavoro, sorge un campo magnetico, che ha la cosiddetta struttura del dominio.
Il dominio magnetico è una regione magnetizzata di una ferrolega strettamente delimitata da confini. Inoltre, il principio di funzionamento di un disco rigido può essere brevemente descritto come segue: quando viene applicato un campo magnetico esterno, il campo stesso del disco inizia ad orientarsi strettamente lungo le linee magnetiche e quando l'impatto si interrompe, compaiono zone di magnetizzazione residua sui dischetti, nei quali sono memorizzate le informazioni che erano precedentemente contenute nel campo principale.
La testina di lettura è responsabile della creazione di un campo esterno durante la registrazione e, durante la lettura, la zona di magnetizzazione residua, essendo opposta alla testina, crea una forza elettromotrice o EMF. Inoltre, tutto è semplice: un cambiamento nell'EMF corrisponde a un'unità in un codice binario e la sua assenza o cessazione corrisponde a zero. Il tempo di cambiamento dell'EMF è solitamente chiamato un elemento bit.
Inoltre, la superficie magnetica, per ragioni puramente informatiche, può essere associata come una certa sequenza punteggiata di bit di informazione. Tuttavia, poiché la posizione di tali punti è assolutamente impossibile da calcolare esattamente, è necessario installare sul disco alcuni segni pre-forniti che hanno contribuito a determinare la posizione desiderata. La creazione di tali segni è chiamata formattazione (in parole povere, suddividere il disco in tracce e settori combinati in cluster).
La struttura logica e il principio di funzionamento del disco rigido in termini di formattazione
Per quanto riguarda l'organizzazione logica dell'HDD, qui viene prima di tutto la formattazione, in cui si distinguono due tipi principali: di basso livello (fisico) e di alto livello (logico). Senza questi passaggi, non è necessario parlare di portare il disco rigido in condizioni di lavoro. Come inizializzare un nuovo disco rigido verrà discusso separatamente.
La formattazione di basso livello comporta un impatto fisico sulla superficie dell'HDD, che crea settori situati lungo le tracce. È curioso che il principio di funzionamento di un disco rigido sia tale che ogni settore creato abbia il proprio indirizzo univoco, che include il numero del settore stesso, il numero della traccia su cui si trova e il numero del lato del piatto. Pertanto, quando si organizza l'accesso diretto, la stessa RAM accede direttamente a un determinato indirizzo e non cerca le informazioni necessarie su tutta la superficie, grazie alla quale si ottiene la velocità (sebbene questa non sia la cosa più importante). Si noti che quando si esegue la formattazione di basso livello, assolutamente tutte le informazioni vengono cancellate e nella maggior parte dei casi non possono essere ripristinate.
Un'altra cosa è la formattazione logica (nei sistemi Windows, si tratta di formattazione rapida o formattazione rapida). Inoltre, questi processi sono applicabili alla creazione di partizioni logiche, che sono un'area del disco rigido principale che funziona secondo gli stessi principi.
La formattazione logica interessa principalmente l'area di sistema, che consiste nel settore di avvio e nelle tabelle delle partizioni (Boot record), nella tabella di allocazione dei file (FAT, NTFS, ecc.) e nella directory principale (Root Directory).
Le informazioni vengono scritte nei settori attraverso il cluster in più parti e un cluster non può contenere due oggetti (file) identici. In realtà, la creazione di una partizione logica, per così dire, la separa dalla partizione di sistema principale, per cui le informazioni memorizzate su di essa, quando si verificano errori e guasti, non sono soggette a modifica o cancellazione.
Caratteristiche principali dell'HDD
Sembra che in termini generali il principio del disco rigido sia poco chiaro. Passiamo ora alle caratteristiche principali, che danno un quadro completo di tutte le possibilità (o svantaggi) dei moderni hard disk.
Il principio di funzionamento del disco rigido e le caratteristiche principali possono essere completamente diversi. Per capire di cosa stiamo parlando, evidenziamo i parametri più basilari che caratterizzano tutti i dispositivi di memorizzazione delle informazioni oggi conosciuti:
- capacità (volume);
- velocità (velocità di accesso ai dati, informazioni di lettura e scrittura);
- interfaccia (metodo di connessione, tipo di controller).
La capacità è la quantità totale di informazioni che possono essere scritte e archiviate su un disco rigido. L'industria degli HDD si sta sviluppando così velocemente che oggi sono già entrati in uso dischi rigidi con volumi dell'ordine di 2 TB e superiori. E, come si crede, questo non è il limite.
L'interfaccia è la caratteristica più significativa. Determina esattamente come il dispositivo è collegato alla scheda madre, quale controller viene utilizzato, come viene eseguita la lettura e la scrittura, ecc. Le interfacce principali e più comuni sono IDE, SATA e SCSI.
Le unità con un'interfaccia IDE non sono costose, ma i principali svantaggi includono un numero limitato di dispositivi connessi contemporaneamente (massimo quattro) e una bassa velocità di trasferimento dati (anche se l'accesso diretto alla memoria Ultra DMA o i protocolli Ultra ATA (Modalità 2 e Modalità 2 e Modalità 2) sono supportate. 4).Sebbene, come si ritiene, il loro utilizzo consente di aumentare la velocità di lettura / scrittura al livello di 16 Mb / s, ma in realtà la velocità è molto inferiore. Inoltre, utilizzare la modalità UDMA, è necessario installare un driver speciale, che, in teoria, dovrebbe essere fornito in dotazione con la scheda madre.
Parlando di qual è il principio di funzionamento di un disco rigido e delle sue caratteristiche, non si può ignorare e qual è il successore della versione IDE ATA. Il vantaggio di questa tecnologia è che la velocità di lettura/scrittura può essere aumentata fino a 100 Mb/s utilizzando il bus Fireware IEEE-1394 ad alta velocità.
Infine, l'interfaccia SCSI è la più flessibile e veloce rispetto alle due precedenti (la velocità di scrittura/lettura raggiunge i 160 Mb/s e oltre). Ma questi dischi rigidi costano quasi il doppio. Ma il numero di dispositivi di archiviazione collegati contemporaneamente va da sette a quindici, la connessione può essere effettuata senza diseccitare il computer e la lunghezza del cavo può essere di circa 15-30 metri. In realtà, questo tipo di HDD viene utilizzato principalmente non nei PC degli utenti, ma nei server.
La velocità, che caratterizza la velocità di trasferimento e il throughput I/O, è solitamente espressa in termini di tempo di trasferimento e quantità di dati sequenziali trasferiti, ed è espressa in Mbps.
Alcune opzioni aggiuntive
Parlando di qual è il principio di funzionamento di un disco rigido e di quali parametri ne influenzano il funzionamento, non si possono ignorare alcune caratteristiche aggiuntive che possono influire sulle prestazioni o addirittura sulla durata del dispositivo.
Qui in primo luogo c'è la velocità di rotazione, che influisce direttamente sul tempo di ricerca e inizializzazione (riconoscimento) del settore desiderato. Questo è il cosiddetto tempo di ricerca nascosto, l'intervallo durante il quale il settore desiderato si rivolge alla testina di lettura. Oggi sono stati adottati diversi standard per la velocità del mandrino espressa in giri al minuto con tempi di sosta in millisecondi:
- 3600 - 8,33;
- 4500 - 6,67;
- 5400 - 5,56;
- 7200 - 4,17.
È facile vedere che maggiore è la velocità, minore è il tempo impiegato per la ricerca dei settori e, in termini fisici, per la rotazione del disco fino a quando non viene impostato il punto di posizionamento del piatto richiesto per la testina.
Un altro parametro è la velocità di trasferimento interna. Sui binari esterni è minimo, ma aumenta con una graduale transizione verso i binari interni. Pertanto, lo stesso processo di deframmentazione, che sposta i dati utilizzati di frequente nelle aree più veloci del disco, non è altro che spostarli su una traccia interna con una velocità di lettura maggiore. La velocità esterna ha valori fissi e dipende direttamente dall'interfaccia utilizzata.
Infine, uno dei punti importanti è legato al fatto che il disco rigido ha una propria memoria cache o buffer. In effetti, il principio di funzionamento di un disco rigido in termini di utilizzo del buffer è in qualche modo simile alla RAM o alla memoria virtuale. Maggiore è la quantità di memoria cache (128-256 KB), più veloce funzionerà il disco rigido.
Principali requisiti per l'HDD
Non ci sono così tanti requisiti di base che nella maggior parte dei casi si applicano ai dischi rigidi. La cosa principale è la lunga durata e l'affidabilità.
Lo standard principale per la maggior parte degli HDD è considerato una durata di servizio di circa 5-7 anni con un tempo di funzionamento di almeno cinquecentomila ore, ma per i dischi rigidi di fascia alta questa cifra è di almeno un milione di ore.
Per quanto riguarda l'affidabilità, di questo è responsabile la funzione di autotest S.M.A.R.T., che monitora lo stato dei singoli elementi dell'hard disk, effettuando un monitoraggio continuo. Sulla base dei dati raccolti è possibile formulare anche una certa previsione della comparsa di possibili malfunzionamenti in futuro.
Va da sé che l'utente non dovrebbe essere lasciato fuori. Quindi, ad esempio, quando si lavora con un HDD, è estremamente importante osservare il regime di temperatura ottimale (0 - 50 ± 10 gradi Celsius), evitare urti, urti e cadute del disco rigido, polvere o altre piccole particelle che vi entrano , ecc. A proposito, sarà interessante per molti sapere che le stesse particelle di fumo di tabacco sono circa il doppio della distanza tra la testina di lettura e la superficie magnetica del disco rigido e un capello umano - 5-10 volte.
Problemi di inizializzazione nel sistema durante la sostituzione di un disco rigido
Ora alcune parole su quali azioni dovrebbero essere intraprese se, per qualche motivo, l'utente ha cambiato il disco rigido o ne ha installato uno aggiuntivo.
Non descriveremo completamente questo processo, ma ci soffermeremo solo sulle fasi principali. Innanzitutto, è necessario collegare il disco rigido e vedere nelle impostazioni del BIOS se è stato rilevato un nuovo hardware, nella sezione di amministrazione del disco, inizializzare e creare una voce di avvio, creare un volume semplice, assegnargli un identificatore (lettera) e formattare con una scelta di file system. Solo dopo la nuova "vite" sarà completamente pronta per il lavoro.
Conclusione
Questo, infatti, è tutto ciò che riguarda brevemente le basi del funzionamento e le caratteristiche dei moderni dischi rigidi. Il principio di funzionamento di un disco rigido esterno non è stato considerato fondamentalmente qui, poiché praticamente non è diverso da quello utilizzato per gli HDD fissi. L'unica differenza è solo nel metodo di connessione di un'unità aggiuntiva a un computer o laptop. La più comune è la connessione tramite un'interfaccia USB, che è direttamente collegata alla scheda madre. Allo stesso tempo, se si vuole garantire il massimo delle prestazioni, è meglio utilizzare lo standard USB 3.0 (la porta interna è colorata di blu), ovviamente, a condizione che lo stesso HDD esterno lo supporti.
Per il resto, sembra che molti abbiano capito almeno un po' come funziona un hard disk di qualsiasi tipo. Forse sono stati dati troppi argomenti sopra, anche da un corso di fisica scolastica, tuttavia, senza questo, non sarà possibile comprendere appieno tutti i principi e i metodi di base inerenti alla produzione e all'applicazione degli HDD.
Come la maggior parte degli utenti di personal computer sa bene, tutti i dati in un PC sono memorizzati su un disco rigido, un dispositivo di archiviazione ad accesso casuale che funziona secondo il principio della registrazione magnetica. I moderni dischi rigidi sono in grado di memorizzare informazioni con un volume totale fino a 6 terabyte (la capacità del disco più capiente al momento, rilasciato da HGST), cosa che sembrava impossibile dieci anni fa. Oltre al fatto che il disco rigido del computer ha un'enorme capacità, grazie alle sofisticate tecnologie moderne utilizzate nel suo lavoro, consente anche di ottenere un accesso quasi istantaneo alle informazioni memorizzate su di esso, senza le quali il funzionamento produttivo del PC sarebbe impossibile. Come funziona questo miracolo della tecnologia moderna e come funziona?
Dispositivo disco rigido
Se rimuovi il coperchio superiore del disco rigido, vedrai solo la scheda elettronica e un altro coperchio, sotto il quale è presente una zona ermetica. È in questa area di contenimento che si trovano gli elementi principali dell'HDD. Nonostante la convinzione diffusa che il contenimento di un disco rigido contenga un vuoto, questo non è affatto vero: all'interno del contenimento è riempito di aria secca priva di polvere e il coperchio di solito ha un piccolo foro con un filtro di pulizia progettato per equalizzare il pressione dell'aria all'interno del contenitore.
In generale, un disco rigido è costituito dai seguenti componenti principali:
Come funziona un disco rigido
Cosa succede quando il disco rigido di un computer viene acceso e inizia a funzionare? A seguito del comando del controllore elettronico, il motore del disco rigido inizia a ruotare, mettendo così in movimento i dischi magnetici, che sono fissati rigidamente al suo asse. Non appena la velocità del mandrino raggiunge un valore sufficiente a creare un flusso d'aria costante sulla superficie del disco, che impedirà alla testina di lettura di cadere sulla superficie del drive, il meccanismo oscillante inizia a muovere le testine di lettura, che passa sopra la superficie del disco. Allo stesso tempo, la distanza dalla testina di lettura allo strato magnetico dell'unità è di soli 10 nanometri circa, pari a un miliardesimo di metro.
Innanzitutto, all'accensione del disco rigido, vengono lette le informazioni di servizio dall'unità (chiamata anche "traccia zero"), che contiene informazioni sul disco e sul suo stato. Se i settori con le informazioni di servizio sono danneggiati, il disco rigido non funzionerà.
Quindi inizia il lavoro direttamente con i dati che si trovano sul disco. Particelle di materiale ferromagnetico, che ricoprono la superficie del disco, sotto l'influenza di una testina magnetica formano condizionalmente bit - unità di memorizzazione di informazioni digitali. I dati su un disco rigido sono organizzati in tracce, che sono un'area anulare sulla superficie di un singolo disco magnetico. La pista, a sua volta, è divisa in segmenti uguali, chiamati settori. Pertanto, passando sopra la superficie di lavoro del disco, la testina magnetica può, modificando il campo magnetico, scrivere dati rigorosamente in un determinato punto dell'unità e, catturando il flusso magnetico, le informazioni vengono lette per settori.
Formattazione del disco rigido
Per poter inserire i dati sul disco rigido, viene prima sottoposto al processo di formattazione. Inoltre, a volte è necessaria la formattazione durante la reinstallazione del sistema operativo, sebbene nel secondo caso non venga formattato l'intero disco, ma solo una delle sue partizioni logiche.
Durante la formattazione, le informazioni di servizio vengono applicate al disco, nonché i dati sulla posizione dei settori e delle tracce sulla superficie del disco. Ciò è necessario per il posizionamento preciso delle testine magnetiche quando si lavora con un disco rigido.
Specifiche del disco rigido
Il moderno mercato dei dischi rigidi offre un'ampia varietà di modelli di dischi rigidi tra cui scegliere, che differiscono l'uno dall'altro per vari parametri tecnici. Ecco le principali caratteristiche in base alle quali i dischi rigidi differiscono:
- Interfaccia di connessione. I dischi rigidi più moderni sono collegati alla scheda madre tramite l'interfaccia SATA, ma esistono modelli con altri tipi di connessioni: eSATA, FireWire, Thunderbolt e IDE.
- Capacità. Un valore che caratterizza la quantità di informazioni che possono stare su un disco rigido. Al momento, le unità più popolari sono 500 GB e 1 TB.
- Fattore di forma I dischi rigidi moderni sono disponibili in due dimensioni fisiche: 2,5 pollici e 3,5 pollici. I primi sono progettati per l'uso in laptop e versioni compatte di PC, i secondi sono utilizzati in normali computer desktop.
- Velocità del mandrino. Maggiore è la velocità del mandrino del disco rigido, più velocemente funziona. La maggior parte dei dischi rigidi sul mercato ha una velocità di rotazione di 5400 o 7200 giri/min, ma esistono anche unità con una velocità del mandrino di 10.000 giri/min.
- Dimensione buffer. Per appianare la differenza di velocità di lettura/scrittura e trasferimento attraverso l'interfaccia, i dischi rigidi utilizzano una memoria intermedia chiamata buffer. La dimensione del buffer è compresa tra 8 e 128 megabyte.
- Tempo di accesso casuale. Questo è il tempo necessario per eseguire l'operazione di posizionamento della testina magnetica su un'area arbitraria della superficie dell'hard disk. Può variare da 2,5 a 16 millisecondi.
Perché un disco rigido è chiamato disco rigido?
Secondo una versione, il disco rigido ha ricevuto il suo soprannome non ufficiale "disco rigido" nel 1973, quando è stato rilasciato il primo HDD al mondo, in cui le testine aerodinamiche di lettura erano collocate in una scatola sigillata con piastre magnetiche. Questa unità aveva una capacità di 30 MB più 30 MB in uno scomparto sostituibile, motivo per cui gli ingegneri che hanno lavorato al suo sviluppo gli hanno dato il nome in codice 30-30, che era in sintonia con la designazione della popolare pistola che utilizzava il .30- 30 cartucce Winchester. All'inizio degli anni novanta il nome "Winchester" cadde in disuso in Europa e negli Stati Uniti, ma è ancora popolare nei paesi di lingua russa. Spesso puoi anche sentire una versione gergale più abbreviata del nome disco rigido - "vite", usata principalmente dagli specialisti di computer.