Dysk twardy ("winchester", hdd, dysk twardy - inż.) - urządzenie do przechowywania informacji oparte na płytach magnetycznych i działaniu magnetyzmu.
Dotyczy wszędzie w komputerach osobistych, laptopach, serwerach i tak dalej.
Urządzenie dysku twardego. Jak działa dysk twardy.
Na podłodze zapieczętowany blok zawiera dwustronne płytki, z nałożonymi na nie płytkami warstwa magnetyczna posadzone na wał silnika i obraca się z prędkością ok 5400 obrotów na minutę.Blok nie jest całkowicie uszczelniony, ale co najważniejsze nie przepuszcza małe cząstki i nie pozwala wahania wilgotności. Wszystko to niekorzystnie wpływa na żywotność i jakość dysku twardego.
W nowoczesnych dyskach twardych stosuje się wał. Daje to mniejszy hałas podczas pracy, znacznie zwiększa trwałość i zmniejsza ryzyko zakleszczenia się wału na skutek zawalenia.
Czytanie i pisanie jest skończone blok głowy.
Sprawne, głowice szybować nad powierzchnią dysku w pewnej odległości ~10 nm. Są aerodynamiczne i wzrastać nad powierzchnią dysku z powodu prąd wstępujący z obracającej się płyty. Głowice magnetyczne można zlokalizować po obu stronach płyt, jeśli warstwy magnetyczne są osadzone po obu stronach dysku magnetycznego.
Podłączona jednostka główna ma ustalona pozycja, czyli głowy poruszają się razem.
Wszystkie głowy są kontrolowane przez specjalne Jednostka napędowa oparte na elektromagnetyzm.
Magnes neodymowy tworzy magnes pole, w których jednostka główna może poruszać się z dużą szybkością reakcji pod wpływem prądu. To najlepszy i najszybszy sposób przemieszczania bloku głowic, a przecież kiedyś blok głowic był przesuwany mechanicznie, za pomocą kół zębatych.
Gdy dysk jest wyłączony, aby głowice nie opadły na dysk i uszkodzony w nim sprzątają parking na głowę(strefa parkowania, strefa parkowania).
Umożliwia także transport dysków twardych w trybie offline bez żadnych specjalnych ograniczeń. W stanie wyłączonym dysk może wytrzymać duże obciążenia i nie ulec uszkodzeniu. W stanie włączonym nawet niewielkie naciśnięcie pod pewnym kątem może zniszczyć warstwę magnetyczną płytki lub uszkodzić głowice podczas dotykania dysku.
Oprócz uszczelnionej części nowoczesne dyski twarde mają zewnętrzną tablica sterowania. Dawno, dawno temu wszystkie płyty kontrolne były wkładane do płyty głównej komputera w gniazdach rozszerzeń. Nie było to wygodne pod względem wszechstronności i możliwości. W przypadku dzisiejszych dysków twardych cała elektronika napędu i interfejsy znajdują się na małej płytce drukowanej na spodzie dysku twardego. Dzięki temu możliwe jest skonfigurowanie każdego dysku pod określone parametry, które są korzystne z punktu widzenia jego budowy, dając mu np. przyrost szybkości, czy cichszą pracę.
Do podłączenia interfejsu i zasilania służą standardowe wspólne złącza / i Molex/Zasilanie SATA.
Osobliwości.
Dyski twarde są najbardziej pojemny opiekunowie informacji i dot wiarygodny. Wolumen dysków stale rośnie, ale ostatnio jest to spowodowane niektórymi zawiłości a do dalszego zwiększania wolumenu potrzebne są nowe technologie. Można powiedzieć, że dyski twarde praktycznie poszły na wprost w osiąganiu maksymalnych możliwości. Rozprzestrzenianiu się dysków twardych sprzyjał głównie współczynnik cenawolumen. W większości przypadków gigabajt miejsca na dysku kosztuje mniej niż 2,5 rubla.
Plusy i minusy dysków twardych vs.
Przed pojawieniem się stanu stałego Dysk SSD(dysk SSD) - dyski, dyski twarde nie miały konkurencji. Teraz dyski twarde mają kierunek, w którym należy dążyć.
Wady dysków twardych(dysk twardy) (ssd) napędy:
- niska prędkość odczytu sekwencyjnego
- niska prędkość dostępu
- niska prędkość czytania
- nieco mniejsza prędkość zapisu
- wibracje i lekki hałas podczas pracy
Chociaż z drugiej strony dyski twarde mają inne ważniejszy korzyści, do których Dysk SSD akumulatory dążą i dążą.
plusy dyski twarde (twardy dysk) w porównaniu ze stanem stałym (ssd) napędy:
- znacznie lepsza cena objętościowa
- najlepszym wskaźnikiem niezawodności
- wyższa maksymalna głośność
- w przypadku awarii wielokrotnie większa szansa na odzyskanie danych
- najlepsza opcja do użytku w centrach multimedialnych, ze względu na kompaktowość i dużą pojemność dysków 2,5
O czym warto zwrócić uwagę przy wyborze dysku twardego można zobaczyć w naszym artykule „”. Jeśli potrzebujesz naprawy dysku twardego lub odzyskiwania danych, możesz odnieść się do.
Jeśli jesteś osobą prywatną, nasi specjaliści będą w stanie zapewnić najszerszy zakres usług komputerowych. Nasi doświadczeni rzemieślnicy są gotowi rozwiązać każdy problem, który może pojawić się z jednostką systemową lub laptopem.
Połączenie:
Jako usługi komputerowe świadczymy Możesz być pewien, ponieważ mamy doświadczonych i uważnych rzemieślników, którzy od kilku lat udzielają pomocy komputerowej i naprawiają komputery, oczywiście przy użyciu najnowocześniejszego profesjonalnego sprzętu.
Dołączyć:
Konfigurowanie i naprawa komputerów w domu - wzywanie komputerowego kreatora
Instalacja oprogramowania
Naprawa płyty głównej
Usługi pomocy komputerowej
Wymiana zasilacza
Komputer zepsuty? Nie ma problemu. Nasi eksperci wiedzą, jak Ci pomóc. Do naprawy komputerów posiadamy wszystkie niezbędne części zamienne od certyfikowanych producentów. Wizyta domowa przebiega bardzo szybko.
Pomoc komputerowa w domu 250 rubli.
Pilna naprawa laptopa - Ratunek przed zalaniem płynami i wymiana części
Wymiana matrycy
Czyszczenie klawiatury
Wymiana baterii
Naprawa zasilacza
Jeśli twój laptop się zepsuł, nasi doświadczeni technicy szybko go naprawią. Nawet jeśli przypadkowo zalałeś go płynem, a bateria i dysk twardy się w nim wypaliły, nasi mistrzowie szybko przywrócą Twój laptop do pełnej sprawności.
Pilna naprawa laptopów 550 rub.
Usuwanie i leczenie wirusów komputerowych - usuwanie banerów
Instalowanie ochrony antywirusowej
Leczenie wirusów
Usuwanie trojanów
Konfiguracja zapory
Żaden komputer nie jest odporny na ataki złośliwego oprogramowania. Podstępne wirusy mogą poważnie zakłócić pracę komputera i doprowadzić do utraty danych, ale nasi mistrzowie skutecznie usuną wirusy i zainstalują ochronę antywirusową.
Usuwanie wirusów 270 rub.
Instalowanie i konfigurowanie systemu Windows na komputerze lub laptopie
Instalacja Windows XP, Vista, Seven
Konfiguracja systemu Windows
Instalacja sterownika
Odzyskiwanie po awarii systemu
Jeśli nie możesz samodzielnie zainstalować systemu operacyjnego Windows, po prostu skontaktuj się z naszymi specjalistami, którzy zainstalują dowolną licencjonowaną wersję systemu Windows i dokonają wszystkich niezbędnych ustawień.
Instalowanie systemu Windows 260 rub.
Zapisujemy Twoje dane - odzyskiwanie danych
Z dysku twardego
Po sformatowaniu
Z pendrive'a i karty pamięci
Po usunięciu
Bez względu na to, co spowodowało utratę danych i na jakim nośniku wystąpiło to nieprzyjemne zjawisko, nasi wykwalifikowani mistrzowie odzyskają wszystkie Twoje dane, zachowując poufność plików na Twoim komputerze.
Odzyskiwanie danych 410 rub.
Usługi IT dla organizacji i usługi subskrypcyjne dla organizacji
- Administracja komputerem
- Naprawa peryferyjna
- Bezpieczeństwo informacji
- Konfiguracja sieci
Trudno wyobrazić sobie odnoszący sukcesy biznes bez dobrze zorganizowanej obsługi informatycznej. W końcu wiele zależy od dobrze funkcjonujących komputerów i dobrze zorganizowanego systemu bezpieczeństwa danych. Skontaktuj się z nami w sprawie usług IT - nie zawiedziemy Cię.
Obecnie wielu uważa, że magnetyczne dyski twarde są zbyt wolne, zawodne i technicznie przestarzałe. Jednocześnie dyski półprzewodnikowe są u szczytu swojej świetności: każde urządzenie mobilne ma nośnik pamięci oparty na pamięci flash, a nawet komputery stacjonarne używają takich dysków. Jednak ich perspektywy są bardzo ograniczone. Według prognozy CHIP ceny dysków SSD nieco spadną, gęstość danych, a tym samym pojemność dysków, prawdopodobnie podwoi się, a potem nadejdzie koniec. Dyski SSD o pojemności 1 TB zawsze będą zbyt drogie. Na ich tle twarde dyski magnetyczne o tej samej pojemności prezentują się bardzo atrakcyjnie, więc jest jeszcze za wcześnie, by mówić o schyłku ery dysków tradycyjnych. Dziś jednak stoją na rozdrożu. Potencjał obecnej technologii, metoda zapisu prostopadłego, pozwala na jeszcze dwa cykle roczne, podczas których wypuszczane będą nowe modele o większej pojemności, a następnie limit zostanie osiągnięty.
Jeśli trzem głównym producentom — Seagate, Western Digital i Toshiba — uda się przejść na jedną z nowych technologii przedstawionych w tym artykule, wówczas 3,5-calowe dyski twarde o pojemności 60 TB lub większej (czyli 20 razy większe niż obecne modele) przestaną być być nieosiągalnym luksusem. Jednocześnie wzrośnie również prędkość odczytu, osiągając poziom SSD, ponieważ zależy ona bezpośrednio od gęstości zapisywanych danych: im mniejszą odległość musi pokonać głowica czytająca, tym szybciej działa dysk. Dlatego jeśli nasz „głód informacji” będzie nadal rósł, wszystkie „laury” trafią do dysków twardych.
Metoda zapisu prostopadłego
Dyski twarde od pewnego czasu stosują metodę zapisu prostopadłego (na pionowo ułożonych domenach), co zapewnia większą gęstość danych. Obecnie jest to normą. Kolejne technologie zachowają tę metodę.
6 TB: limit prawie osiągnięty
Za dwa lata dyski z zapisem prostopadłym osiągną granicę gęstości danych na płycie.
W nowoczesnych dyskach twardych o pojemności do 4 TB gęstość zapisu talerzy magnetycznych nie przekracza 740 Gbit na cal kwadratowy. Producenci obiecują, że dyski wykorzystujące metodę zapisu prostopadłego będą w stanie zapewnić prędkość 1 Tb/s na cal kwadratowy. Za dwa lata pojawi się ostatnia generacja takich dysków: pojemność modeli 3,5-calowych sięgnie 6 TB, a modele 2,5-calowe będą w stanie zapewnić nieco ponad 2 TB miejsca na dysku. Jednak tak skromne tempo wzrostu gęstości zapisu nie nadąża już za naszym stale rosnącym głodem informacji, co pokazują poniższe wykresy.
Kwestia doboru materiałów
Dyski twarde z metodą zapisu prostopadłego nie są w stanie sprostać rosnącym potrzebom w zakresie przechowywania danych, gdyż przy gęstości zapisu nieco ponad 1 Tbit na cal kwadratowy są zmuszone do walki z efektem superparamagnetyzmu. Termin ten oznacza, że cząstki materiałów magnetycznych o określonej wielkości nie są w stanie utrzymać stanu namagnesowania przez długi czas, który może nagle ulec zmianie pod wpływem ciepła z otoczenia. Wielkość cząstek, przy których występuje ten efekt, zależy od użytego materiału (patrz tabela poniżej). Płyty nowoczesnych dysków twardych z zapisem prostopadłym wykonane są ze stopu kobaltu, chromu i platyny (CoCrPt), którego cząsteczki mają średnicę 8 nm i długość 16 nm. Aby zarejestrować jeden bit, głowica musi namagnesować około 20 takich cząstek. Przy średnicy 6 nm i mniejszej cząstki tego stopu nie są w stanie niezawodnie utrzymać stanu swojego pola magnetycznego.
W branży dysków twardych dużo mówi się o „trylemmie”. Producenci mogą zastosować trzy główne sposoby zwiększenia gęstości zapisu: zmianę wielkości cząstek, ich liczby oraz rodzaju stopu, z którego są zbudowane. Ale gdy rozmiar cząstek stopu CoCrPt wynosi od 6 nm, zastosowanie jednej z metod doprowadzi do tego, że pozostałe dwie będą bezużyteczne: jeśli rozmiar cząstek zostanie zmniejszony, wówczas stracą one namagnesowanie. Jeśli zmniejszysz ich liczbę na bit, ich sygnał „rozpuści się” w szumie otoczenia sąsiednich bitów. Głowica czytająca nie będzie w stanie stwierdzić, czy ma do czynienia z „0” czy „1”. Stop o wyższych właściwościach magnetycznych pozwala na zastosowanie mniejszych cząstek, a także pozwala na zmniejszenie ich liczby, ale w tym przypadku głowica rejestrująca nie jest w stanie zmienić ich namagnesowania. Ten trylemat można rozwiązać tylko wtedy, gdy producenci porzucą metodę zapisu prostopadłego. Aby to zrobić, istnieje już kilka gotowych technologii.
Do 60 TB: nowe technologie nagrywania
Gęstość zapisu przyszłych dysków twardych można zwiększyć dziesięciokrotnie - za pomocą mikrofal, laserów, kontrolerów SSD i nowych stopów.
Najbardziej obiecującym wynalazkiem, który może zapewnić gęstość zapisu powyżej 1 Tbit na cal kwadratowy, jest technologia zapisu magnetycznego z częściowym nakładaniem się ścieżek (metoda zapisu „kafelkowego” – Shingled Magnetic Recording, SMR). Jego zasada polega na tym, że ścieżki magnetyczne dysku SMR częściowo zachodzą na siebie, podobnie jak dachówki na dachu. Technologia ta pokonuje trudności związane z prostopadłą metodą zapisu: dalsze zmniejszanie szerokości ścieżek nieuchronnie doprowadzi do niemożności zapisu danych. Nowoczesne dyski mają osobne ścieżki o szerokości od 50 do 30 nm. Minimalna możliwa szerokość ścieżki dla zapisu prostopadłego wynosi 25 nm. W technologii SMR, ze względu na częściowe nakładanie się, szerokość ścieżki dla głowicy czytającej może sięgać nawet 10 nm, co odpowiada gęstości zapisu 2,5 Tb/s na cal kwadratowy. Sztuczka polega na zwiększeniu szerokości ścieżek zapisu do 70 nm, przy jednoczesnym zapewnieniu, że krawędź ścieżki jest w 100% magnetyzowalna. Krawędź ścieżki nie zmieni się, jeśli napiszesz następną z przesunięciem 10 nm. Ponadto głowica rejestrująca jest wyposażona w osłonę ochronną, która zapobiega uszkodzeniu danych pod jej silnym polem magnetycznym. Jeśli chodzi o głowę, została już opracowana
przez Hitachi. Jest jednak inny problem: zwykle na dysku magnetycznym dokonuje się bezpośredniego, osobnego przepisywania bitów, aw ramach technologii SMR jest to możliwe tylko na najwyższej ścieżce talerza. Aby zmienić bity znajdujące się na dolnym torze, będziesz musiał przepisać całą płytkę, co zmniejsza wydajność.
Obiecujący następca: HAMR
Tymczasem IDEMA, międzynarodowa organizacja zajmująca się dyskami, materiałami i sprzętem, preferuje technologię Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR) i uważa ją za najbardziej prawdopodobnego pretendenta do roli następcy technologii zapisu prostopadłego. Mark Guinen z zarządu IDEMA przewiduje, że pierwsze dyski HAMR trafią do sprzedaży w 2015 roku.
W przeciwieństwie do SMR, technologia HAMR rozwiązuje trylemat poprzez redukcję cząstek magnetycznych, a to wymaga przejścia na nowy materiał. W przypadku dysków HAMR konieczne jest zastosowanie materiału o wyższej energii anizotropowej – najbardziej obiecujący jest stop żelaza i platyny (FePt). Anizotropia określa, ile energii potrzeba do rozmagnesowania materiału. W FePt jest tak wysoka, że tylko cząstki o wielkości 2,5 nm napotykają granicę superparamagnetyczną (patrz tabela w następnym rozdziale). Ta okoliczność pozwoliłaby na produkcję dysków twardych o pojemności 30 TB z gęstością zapisu 5 Tbit na cal kwadratowy.
Problem polega na tym, że sama głowica pisząca nie jest w stanie zmienić orientacji magnetycznej cząstek stopu FePt. Dlatego w dyskach HAMR wbudowany jest laser, który chwilowo podgrzewa cząstki o powierzchni kilku nanometrów do temperatury około 400°C. W rezultacie głowica rejestrująca wymaga mniejszej mocy do zmiany pola magnetycznego cząstek. W oparciu o wartości gęstości zapisu magnetyczne dyski wspomagane termicznie mogą mieć wysokie prędkości odczytu (około 400-500 MB/s), które są obecnie osiągalne tylko dla dysków SSD SATA 3.
Oprócz lasera oscylator Spin Torque Oscillator, który emituje mikrofale, może również rejestrować na płytach ze stopu FePt. Mikrofale zmieniają charakterystykę pola magnetycznego cząstek w taki sposób, że słaba głowica rejestrująca łatwo je ponownie namagnesuje. Ogólnie rzecz biorąc, generator trzykrotnie zwiększa wydajność głowicy rejestrującej. Technologia mikrofalowego zapisu magnetycznego (Microwave Assisted Magnetic Recording, MAMR), w przeciwieństwie do HAMR, jest wciąż w fazie rozwoju.
Nowy stop metali do magnetycznych dysków do nagrywania z masażem termicznym
Stop FePt w dysku HAMR ma wyższą energię anizotropową i większą zdolność magnesowania. W porównaniu do metody zapisu prostopadłego, można tutaj zastosować mniejsze cząstki.
Co dzieje się po HAMR?
Technologia Bit-Patterned Media (BPM) od dawna uważana jest za najbardziej obiecującą. Zapewnia inne rozwiązanie trylematu: w tym przypadku cząstki magnetyczne są oddzielone od siebie izolującą warstwą tlenku krzemu. W przeciwieństwie do tradycyjnych dysków magnetycznych obszary magnesowalne są nakładane za pomocą litografii, podobnie jak w przypadku produkcji chipów. To sprawia, że produkcja nośników BPM jest dość kosztowna. BPM pozwala zmniejszyć liczbę cząstek na bit i jednocześnie uniknąć wpływu szumu sąsiednich cząstek na sygnał. Jedynym problemem dzisiaj jest stworzenie głowicy odczytu/zapisu, która może zapewnić wysoką precyzję kontroli bitów BPM. Dlatego BPM jest obecnie postrzegany jako najbardziej prawdopodobny następca HAMR. Łącząc obie technologie można osiągnąć gęstość zapisu na poziomie 10 Tbit na cal kwadratowy i wyprodukować dyski o pojemności 60 TB.
Nowym przedmiotem badań jest technologia dwuwymiarowego zapisu magnetycznego (Two Dimensional Magnetic Recording, TDMR), która rozwiązuje trylemat eliminując trudność związaną ze stosunkiem sygnału do szumu. Przy małej liczbie cząstek na bit głowica odczytująca otrzymuje rozmyty sygnał, ponieważ ma małą moc i gubi się w szumie sąsiednich cząstek. Cechą technologii TDMR jest możliwość odzyskania utraconego sygnału. Wymaga to wydruków wielu głowic lub wydruków z wielu głowic, które tworzą dwuwymiarowy obraz powierzchni. Na podstawie tych obrazów dekoder odzyskuje odpowiednie bity.
Dyski twarde lub, jak się je również nazywa, dyski twarde, są jednym z najważniejszych elementów systemu komputerowego. Wszyscy o tym wiedzą. Ale daleko od każdego współczesnego użytkownika, nawet w zasadzie, zgaduje, jak działa dysk twardy. Zasada działania jest ogólnie dość prosta dla podstawowego zrozumienia, ale są pewne niuanse, które zostaną omówione dalej.
Masz pytania dotyczące przeznaczenia i klasyfikacji dysków twardych?
Pytanie o cel jest oczywiście retoryczne. Każdy użytkownik, nawet najbardziej początkujący, natychmiast odpowie, że dysk twardy (inaczej dysk twardy, inaczej dysk twardy lub dysk twardy) od razu odpowie, że służy do przechowywania informacji.
Ogólnie rzecz biorąc, to prawda. Nie zapominaj, że na dysku twardym oprócz systemu operacyjnego i plików użytkownika znajdują się sektory rozruchowe utworzone przez system operacyjny, dzięki którym się uruchamia, a także niektóre znaczniki, dzięki którym można szybko znaleźć niezbędne informacje na temat dysk.
Nowoczesne modele są dość zróżnicowane: konwencjonalne dyski twarde, zewnętrzne dyski twarde, szybkie dyski SSD, chociaż zwykle nie są one nazywane dyskami twardymi. Ponadto proponuje się rozważenie urządzenia i zasady działania dysku twardego, jeśli nie w całości, to przynajmniej w taki sposób, aby wystarczyło zrozumieć podstawowe terminy i procesy.
Należy pamiętać, że istnieje również specjalna klasyfikacja nowoczesnych dysków twardych według kilku podstawowych kryteriów, wśród których można wyróżnić:
- sposób przechowywania informacji;
- typ mediów;
- sposób organizacji dostępu do informacji.
Dlaczego dysk twardy nazywa się dyskiem twardym?
Dzisiaj wielu użytkowników zastanawia się, dlaczego nazywają dyski twarde związane z bronią strzelecką. Wydawać by się mogło, że co może łączyć te dwa urządzenia?
Sam termin pojawił się w 1973 roku, kiedy to na rynku pojawił się pierwszy na świecie dysk twardy, którego konstrukcja składała się z dwóch oddzielnych przegródek w jednym szczelnym pojemniku. Pojemność każdego przedziału wynosiła 30 MB, dlatego inżynierowie nadali dyskowi kryptonim „30-30”, co było w pełni zgodne z marką popularnego wówczas pistoletu „30-30 Winchester”. To prawda, że na początku lat 90. w Ameryce i Europie nazwa ta praktycznie wyszła z użycia, ale nadal jest popularna w przestrzeni poradzieckiej.
Urządzenie i zasada działania dysku twardego
Ale my się wycofujemy. Zasadę działania dysku twardego można w skrócie opisać jako procesy odczytu lub zapisu informacji. Ale jak to się dzieje? Aby zrozumieć zasadę działania magnetycznego dysku twardego, należy najpierw zapoznać się z jego działaniem.
Sam dysk twardy to zestaw talerzy, których liczba może wahać się od czterech do dziewięciu, połączonych ze sobą wałkiem (osią) zwanym wrzecionem. Talerze układane są jedna nad drugą. Najczęściej materiałem do ich produkcji jest aluminium, mosiądz, ceramika, szkło itp. Same płytki posiadają specjalną powłokę magnetyczną w postaci materiału zwanego talerzem, na bazie tlenku ferrytu gamma, tlenku chromu, ferrytu baru itp. Każda taka płytka ma grubość około 2 mm.
Za zapis i odczyt informacji odpowiadają głowice promieniowe (po jednej na każdą tabliczkę), aw tabliczkach wykorzystywane są obie powierzchnie. Dla których może on wynosić od 3600 do 7200 obr./min, a za poruszanie głowicami odpowiadają dwa silniki elektryczne.
Jednocześnie podstawową zasadą działania dysku twardego komputera jest to, że informacje są zapisywane nie gdziekolwiek, ale w ściśle określonych miejscach, zwanych sektorami, które znajdują się na koncentrycznych ścieżkach lub ścieżkach. Aby uniknąć nieporozumień, obowiązują jednolite zasady. Oznacza to, że zasady działania dysków twardych z punktu widzenia ich struktury logicznej są uniwersalne. Na przykład rozmiar jednego sektora, przyjęty jako jeden standard na całym świecie, wynosi 512 bajtów. Z kolei sektory dzielą się na klastry, które są sekwencjami sąsiednich sektorów. A cechy zasady działania dysku twardego w tym zakresie polegają na tym, że wymiana informacji odbywa się przez całe klastry (całkowitą liczbę łańcuchów sektorów).
Ale jak odczytuje się informacje? Zasada działania dysku twardego jest następująca: za pomocą specjalnego wspornika głowica czytająca porusza się w kierunku promieniowym (spiralnym) do żądanej ścieżki i po obróceniu ustawia się nad danym sektorem, a wszystkie głowice mogą się poruszać jednoczesne odczytywanie tych samych informacji nie tylko z różnych ścieżek, ale także z różnych dysków (talerzów). Wszystkie gąsienice o tych samych numerach seryjnych nazywane są cylindrami.
Jednocześnie można wyróżnić jeszcze jedną zasadę działania dysku twardego: im bliżej powierzchni magnetycznej znajduje się głowica czytająca (ale jej nie dotyka), tym większa gęstość zapisu.
W jaki sposób informacje są zapisywane i odczytywane?
Dyski twarde lub dyski twarde nazwano magnetycznymi, ponieważ wykorzystują prawa fizyki magnetyzmu sformułowane przez Faradaya i Maxwella.
Jak już wspomniano, płytki wykonane z materiału niemagnetycznie powlekanego pokrywa się powłoką magnetyczną, której grubość wynosi zaledwie kilka mikrometrów. W trakcie pracy powstaje pole magnetyczne, które ma tzw. strukturę domenową.
Domena magnetyczna to namagnesowany obszar żelazostopu ściśle ograniczony granicami. Ponadto zasadę działania dysku twardego można krótko opisać w następujący sposób: po przyłożeniu zewnętrznego pola magnetycznego własne pole dysku zaczyna orientować się ściśle wzdłuż linii magnetycznych, a gdy uderzenie ustanie, pojawiają się strefy namagnesowania szczątkowego na dyskach, na których przechowywane są informacje, które wcześniej były zawarte w polu głównym. .
Głowica czytająca odpowiada za wytworzenie pola zewnętrznego podczas rejestracji, a podczas odczytu strefa magnetyzacji szczątkowej, znajdująca się naprzeciw głowicy, wytwarza siłę elektromotoryczną lub EMF. Co więcej, wszystko jest proste: zmiana pola elektromagnetycznego odpowiada jednostce w kodzie binarnym, a jej brak lub zakończenie odpowiada zero. Czas zmiany pola elektromagnetycznego jest zwykle nazywany elementem bitowym.
W dodatku powierzchnia magnetyczna, czysto informatycznie, może być kojarzona jako pewna kropkowana sekwencja bitów informacji. Ale ponieważ lokalizacja takich punktów jest absolutnie niemożliwa do dokładnego obliczenia, musisz zainstalować na dysku kilka wcześniej dostarczonych znaków, które pomogły określić żądaną lokalizację. Tworzenie takich znaków nazywa się formatowaniem (z grubsza mówiąc dzieleniem dysku na ścieżki i sektory połączone w klastry).
Struktura logiczna i zasada działania dysku twardego w aspekcie formatowania
Jeśli chodzi o logiczną organizację dysku twardego, na pierwszym miejscu jest formatowanie, w którym wyróżnia się dwa główne typy: niski poziom (fizyczny) i wysoki poziom (logiczny). Bez tych kroków nie ma potrzeby mówić o doprowadzeniu dysku twardego do stanu roboczego. Sposób inicjowania nowego dysku twardego zostanie omówiony osobno.
Formatowanie niskopoziomowe wiąże się z fizycznym uderzeniem w powierzchnię dysku twardego, który tworzy sektory zlokalizowane wzdłuż ścieżek. Ciekawe, że zasada działania dysku twardego polega na tym, że każdy utworzony sektor ma swój unikalny adres, który obejmuje numer samego sektora, numer ścieżki, na której się znajduje, oraz numer strony talerza. Tym samym, organizując bezpośredni dostęp, ta sama pamięć RAM uzyskuje bezpośredni dostęp do danego adresu, a nie szuka potrzebnych informacji na całej powierzchni, dzięki czemu osiągana jest prędkość (choć nie to jest najważniejsze). Należy pamiętać, że podczas formatowania niskiego poziomu absolutnie wszystkie informacje są usuwane iw większości przypadków nie można ich przywrócić.
Kolejną rzeczą jest formatowanie logiczne (w systemach Windows jest to szybkie formatowanie lub Szybki format). Ponadto procesy te mają zastosowanie do tworzenia partycji logicznych, czyli jakiegoś obszaru głównego dysku twardego, który działa według tych samych zasad.
Formatowanie logiczne wpływa przede wszystkim na obszar systemowy, który składa się z sektora rozruchowego i tablic partycji (rekord rozruchowy), tabeli alokacji plików (FAT, NTFS itp.) oraz katalogu głównego (katalog główny).
Informacje są zapisywane do sektorów przez klaster w kilku częściach, a jeden klaster nie może zawierać dwóch identycznych obiektów (plików). W rzeczywistości utworzenie partycji logicznej niejako oddziela ją od głównej partycji systemowej, w wyniku czego przechowywane na niej informacje w przypadku wystąpienia błędów i awarii nie podlegają zmianie ani usunięciu.
Główne cechy dysku twardego
Wydaje się, że ogólnie zasada działania dysku twardego jest trochę jasna. Przejdźmy teraz do głównych cech, które dają pełny obraz wszystkich możliwości (lub wad) nowoczesnych dysków twardych.
Zasada działania dysku twardego i główne cechy mogą być zupełnie inne. Aby zrozumieć, o czym mówimy, podkreślmy najbardziej podstawowe parametry, które charakteryzują wszystkie znane dziś urządzenia do przechowywania informacji:
- pojemność (objętość);
- prędkość (szybkość dostępu do danych, odczyt i zapis informacji);
- interfejs (sposób podłączenia, typ sterownika).
Pojemność to całkowita ilość informacji, które można zapisać i przechowywać na dysku twardym. Branża dysków twardych rozwija się tak szybko, że dziś do użytku weszły już dyski twarde o pojemności rzędu 2 TB i więcej. I, jak się uważa, nie jest to limit.
Najważniejszą cechą jest interfejs. Określa dokładnie, w jaki sposób urządzenie jest podłączone do płyty głównej, jaki kontroler jest używany, jak odbywa się odczyt i zapis itp. Główne i najczęściej spotykane interfejsy to IDE, SATA i SCSI.
Dyski z interfejsem IDE nie są drogie, ale głównymi wadami są ograniczona liczba jednocześnie podłączonych urządzeń (maksymalnie cztery) oraz niska szybkość przesyłania danych (nawet w przypadku bezpośredniego dostępu do pamięci Ultra DMA lub protokołów Ultra ATA (Mode 2 i Mode 2 oraz Obsługiwany jest tryb 2. 4).Choć, jak się uważa, ich użycie pozwala na zwiększenie prędkości odczytu/zapisu do poziomu 16 Mb/s, to w rzeczywistości prędkość jest znacznie niższa. trybu UDMA, należy zainstalować specjalny sterownik, który teoretycznie powinien znajdować się w zestawie z płytą główną.
Mówiąc o tym, jaka jest zasada działania i charakterystyka dysku twardego, nie można pominąć i który jest następcą wersji IDE ATA. Zaletą tej technologii jest to, że prędkość odczytu/zapisu można zwiększyć do 100 Mb/s za pomocą szybkiej magistrali Fireware IEEE-1394.
Wreszcie interfejs SCSI jest najbardziej elastyczny i najszybszy w porównaniu do dwóch poprzednich (prędkość zapisu/odczytu sięga 160 Mb/s i więcej). Ale te dyski twarde są prawie dwa razy droższe. Ale liczba jednocześnie podłączonych urządzeń pamięci masowej wynosi od siedmiu do piętnastu, połączenie można wykonać bez odłączania zasilania komputera, a długość kabla może wynosić około 15-30 metrów. W rzeczywistości ten typ dysku twardego jest najczęściej używany nie w komputerach użytkowników, ale na serwerach.
Szybkość, która charakteryzuje szybkość transferu i przepustowość I/O, jest zwykle wyrażana w kategoriach czasu transferu i ilości przesyłanych sekwencyjnie danych i jest wyrażana w Mb/s.
Niektóre dodatkowe opcje
Mówiąc o tym, jaka jest zasada działania dysku twardego i jakie parametry wpływają na jego działanie, nie można pominąć pewnych dodatkowych cech, które mogą mieć wpływ na wydajność, a nawet żywotność urządzenia.
Tutaj na pierwszym miejscu jest prędkość obrotowa, która bezpośrednio wpływa na czas wyszukiwania i inicjalizacji (rozpoznania) żądanego sektora. Jest to tak zwany ukryty czas wyszukiwania - interwał, w którym żądany sektor zwraca się do głowicy odczytu. Obecnie przyjęto kilka norm dotyczących prędkości wrzeciona wyrażonej w obrotach na minutę z czasem przebywania w milisekundach:
- 3600 - 8,33;
- 4500 - 6,67;
- 5400 - 5,56;
- 7200 - 4,17.
Nietrudno zauważyć, że im wyższa prędkość, tym mniej czasu poświęca się na szukanie sektorów, aw sensie fizycznym – na obracanie dysku, aż do ustawienia wymaganego punktu pozycjonowania talerza dla głowicy.
Kolejnym parametrem jest szybkość transferu wewnętrznego. Na torach zewnętrznych jest minimalny, ale wzrasta wraz ze stopniowym przejściem do torów wewnętrznych. Tak więc ten sam proces defragmentacji, który przenosi często używane dane do najszybszych obszarów dysku, to nic innego jak przeniesienie ich na wewnętrzną ścieżkę z większą szybkością odczytu. Prędkość zewnętrzna ma stałe wartości i zależy bezpośrednio od zastosowanego interfejsu.
Wreszcie jeden z ważnych punktów jest związany z faktem, że dysk twardy ma własną pamięć podręczną lub bufor. W rzeczywistości zasada działania dysku twardego pod względem wykorzystania bufora jest nieco podobna do pamięci RAM lub pamięci wirtualnej. Im większa ilość pamięci podręcznej (128-256 KB), tym szybciej będzie działał dysk twardy.
Główne wymagania dotyczące dysku twardego
Nie ma tak wielu podstawowych wymagań, które w większości przypadków dotyczą dysków twardych. Najważniejsze jest długa żywotność i niezawodność.
Za główny standard dla większości dysków twardych uważa się żywotność około 5-7 lat przy czasie pracy co najmniej pięciuset tysięcy godzin, ale w przypadku wysokiej klasy dysków twardych liczba ta wynosi co najmniej milion godzin.
Jeśli chodzi o niezawodność, odpowiada za to funkcja autotestu S.M.A.R.T., która monitoruje stan poszczególnych elementów dysku twardego, prowadząc ciągły monitoring. Na podstawie zebranych danych można nawet sformułować pewną prognozę pojawienia się ewentualnych awarii w przyszłości.
Jest rzeczą oczywistą, że użytkownik nie powinien zostać pominięty. Na przykład podczas pracy z dyskiem twardym niezwykle ważne jest przestrzeganie optymalnego reżimu temperaturowego (0 - 50 ± 10 stopni Celsjusza), unikanie wstrząsów, uderzeń i upadków dysku twardego, dostania się do niego kurzu lub innych drobnych cząstek , itp. Nawiasem mówiąc, dla wielu będzie to interesujące wiedzieć, że te same cząsteczki dymu tytoniowego znajdują się w przybliżeniu dwa razy dalej niż odległość między głowicą czytającą a magnetyczną powierzchnią dysku twardego, a ludzki włos - 5-10 razy.
Problemy z inicjalizacją w systemie podczas wymiany dysku twardego
Teraz kilka słów o tym, jakie działania należy podjąć, jeśli z jakiegoś powodu użytkownik zmienił dysk twardy lub zainstalował dodatkowy.
Nie będziemy w pełni opisywać tego procesu, ale skupimy się tylko na głównych etapach. Najpierw musisz podłączyć dysk twardy i sprawdzić w ustawieniach BIOS-u, czy wykryto nowy sprzęt, w sekcji administracji dyskami zainicjować i utworzyć wpis rozruchowy, utworzyć prosty wolumin, przypisać mu identyfikator (literę) i sformatować to z wyborem systemu plików. Dopiero potem nowa „śruba” będzie całkowicie gotowa do pracy.
Wniosek
To właściwie wszystko, co pokrótce dotyczy podstaw funkcjonowania i charakterystyki nowoczesnych dysków twardych. Zasada działania zewnętrznego dysku twardego nie była tutaj zasadniczo rozważana, ponieważ praktycznie nie różni się od tego, co jest używane w przypadku stacjonarnych dysków twardych. Jedyna różnica polega tylko na sposobie podłączenia dodatkowego dysku do komputera lub laptopa. Najczęstsze jest połączenie przez interfejs USB, który jest bezpośrednio podłączony do płyty głównej. Jednocześnie, jeśli zależy nam na maksymalnej wydajności, lepiej zastosować standard USB 3.0 (port w środku ma kolor niebieski), oczywiście pod warunkiem, że obsługuje go sam zewnętrzny dysk twardy.
Co do reszty, wydaje się, że wielu przynajmniej trochę zrozumiało, jak działa dowolny dysk twardy. Być może powyżej podano zbyt wiele tematów, nawet ze szkolnego kursu fizyki, jednak bez tego nie będzie możliwe pełne zrozumienie wszystkich podstawowych zasad i metod związanych z produkcją i zastosowaniem dysków twardych.
Jak większość użytkowników komputerów osobistych doskonale zdaje sobie sprawę, wszystkie dane w komputerze PC są przechowywane na dysku twardym, urządzeniu pamięci masowej o swobodnym dostępie, które działa na zasadzie zapisu magnetycznego. Nowoczesne dyski twarde są w stanie przechowywać informacje o łącznej objętości do 6 terabajtów (pojemność najpojemniejszego w tej chwili dysku wydanego przez HGST), co jeszcze dziesięć lat temu wydawało się niemożliwe. Oprócz tego, że dysk twardy komputera ma ogromną pojemność, dzięki wyrafinowanym nowoczesnym technologiom zastosowanym w jego pracy, pozwala również uzyskać niemal natychmiastowy dostęp do przechowywanych na nim informacji, bez których produktywna praca komputera byłoby niemożliwe. Jak działa ten cud nowoczesnej technologii i jak to działa?
Urządzenie dysku twardego
Jeśli zdejmiesz górną pokrywę dysku twardego, zobaczysz tylko płytkę elektroniki i drugą pokrywę, pod którą znajduje się strefa hermetyczna. To właśnie w tym obszarze zabezpieczającym znajdują się główne elementy dysku twardego. Wbrew powszechnemu przekonaniu, że obudowa dysku twardego zawiera próżnię, nie jest to wcale prawdą – wewnątrz obudowy znajduje się wolne od kurzu, suche powietrze, a w pokrywie zwykle znajduje się mały otwór z filtrem czyszczącym mającym na celu wyrównanie ciśnienie powietrza wewnątrz obudowy.
Zasadniczo dysk twardy składa się z następujących głównych elementów:
Jak działa dysk twardy
Co się stanie, gdy dysk twardy komputera zostanie włączony i zacznie działać? Na polecenie kontrolera elektronicznego silnik dysku twardego zaczyna się obracać, wprawiając tym samym w ruch dyski magnetyczne, które są sztywno przymocowane do jego osi. Gdy tylko prędkość obrotowa wrzeciona osiągnie wartość wystarczającą do wytworzenia stałego przepływu powietrza nad powierzchnią dysku, co zapobiegnie upadkowi głowicy czytającej na powierzchnię napędu, mechanizm wahadłowy zaczyna poruszać głowicami czytającymi i unosić się nad powierzchnią dysku. Jednocześnie odległość od głowicy czytającej do warstwy magnetycznej napędu wynosi zaledwie około 10 nanometrów, co odpowiada jednej miliardowej części metra.
Po pierwsze, gdy dysk twardy jest włączony, z dysku odczytywane są informacje serwisowe (nazywane również „ścieżką zerową”), które zawierają informacje o dysku i jego stanie. Jeśli sektory z informacjami serwisowymi są uszkodzone, dysk twardy nie będzie działać.
Następnie rozpoczyna się praca bezpośrednio z danymi znajdującymi się na dysku. Cząsteczki materiału ferromagnetycznego, który pokrywa powierzchnię dysku, pod wpływem działania głowicy magnetycznej warunkowo tworzą bity - jednostki pamięci cyfrowej. Dane na dysku twardym są zorganizowane w ścieżki, które są pierścieniowym obszarem na powierzchni pojedynczego dysku magnetycznego. Ścieżka z kolei podzielona jest na równe segmenty, zwane sektorami. Tak więc, unosząc się nad powierzchnią roboczą dysku, głowica magnetyczna może, zmieniając pole magnetyczne, zapisywać dane ściśle w określone miejsce na dysku, a przechwytując strumień magnetyczny, informacje są odczytywane sektorami.
Formatowanie dysku twardego
Aby móc umieścić dane na twardym dysku, najpierw poddawany jest on procesowi formatowania. Ponadto formatowanie jest czasami wymagane podczas ponownej instalacji systemu operacyjnego, chociaż w drugim przypadku formatowany jest nie cały dysk, ale tylko jedna z jego partycji logicznych.
Podczas formatowania na dysk nanoszone są informacje serwisowe, a także dane o lokalizacji sektorów i ścieżek na powierzchni dysku. Jest to niezbędne do precyzyjnego pozycjonowania głowic magnetycznych podczas pracy z dyskiem twardym.
Specyfikacje dysku twardego
Współczesny rynek dysków twardych oferuje do wyboru szeroką gamę modeli dysków twardych, różniących się między sobą różnymi parametrami technicznymi. Oto główne cechy, którymi różnią się dyski twarde:
- Interfejs połączenia. Większość nowoczesnych dysków twardych jest podłączana do płyty głównej za pośrednictwem interfejsu SATA, ale istnieją modele z innymi typami połączeń: eSATA, FireWire, Thunderbolt i IDE.
- Pojemność. Wartość charakteryzująca ilość informacji, które mogą zmieścić się na dysku twardym. W tej chwili najpopularniejsze dyski to 500 GB i 1 TB.
- Współczynnik kształtu Nowoczesne dyski twarde są dostępne w dwóch rozmiarach fizycznych: 2,5 cala i 3,5 cala. Te pierwsze są przeznaczone do użytku w laptopach i kompaktowych wersjach komputerów PC, drugie są używane w zwykłych komputerach stacjonarnych.
- Prędkość wrzeciona. Im wyższa prędkość wrzeciona dysku twardego, tym szybciej działa. Większość dysków twardych na rynku ma prędkość obrotową 5400 lub 7200 obr./min, ale są też dyski z prędkością obrotową wrzeciona 10 000 obr./min.
- Rozmiar bufora. Aby wyrównać różnicę w szybkości odczytu/zapisu i transferu przez interfejs, dyski twarde wykorzystują pamięć pośrednią zwaną buforem. Rozmiar bufora wynosi od 8 do 128 megabajtów.
- Losowy czas dostępu. Jest to czas potrzebny do wykonania operacji pozycjonowania głowicy magnetycznej na dowolnym obszarze powierzchni dysku twardego. Może wynosić od 2,5 do 16 milisekund.
Dlaczego dysk twardy nazywa się dyskiem twardym?
Według jednej wersji dysk twardy otrzymał nieoficjalny przydomek „dysk twardy” w 1973 roku, kiedy to wypuszczono pierwszy na świecie dysk twardy, w którym odczytujące głowice aerodynamiczne umieszczono w jednym szczelnym pudełku z płytkami magnetycznymi. Dysk ten miał pojemność 30 MB plus 30 MB w wymiennej komorze, dlatego inżynierowie pracujący nad jego rozwojem nadali mu kryptonim 30-30, co było zgodne z oznaczeniem popularnego pistoletu wykorzystującego kaliber .30- 30 nabój Winchester. Na początku lat dziewięćdziesiątych nazwa „Winchester” wyszła z użycia w Europie i Stanach Zjednoczonych, ale nadal jest popularna w krajach rosyjskojęzycznych. Często można też usłyszeć bardziej skróconą slangową wersję nazwy dysk twardy - „śruba”, używana głównie przez informatyków.