Что такое жёсткий диск компьютера. Жесткие диски и SSD

Один из основных узлов любого компьютера – это жесткий магнитный диск, который используется в качестве накопителя постоянной информации.

Это устройство имеет несколько «неформальных» названий: хард-диск, винчестер или «винт».

Почему жесткий диск называют винчестером?

Винчестерами жесткие компьютерные диски начали называть в США в 70-х годах ХХ века. Тогда компанией IBM был выпущен первый аналог современных жестких дисков: устройство, состоящее из двух шкафов, внутри которых располагались магнитные диски емкостью 30 Мб каждый.

Маркировалось оно надписью «30х30» — точно такая же надпись присутствовала на винтовке известной фирмы «Winchester». Сначала жесткие диски называли «винчестерами» в шутку, но вскоре название прочно закрепилось за ними и стало почти официальным.

Как устроен винчестер компьютера?

Принцип устройства жесткого компьютерного диска остается неизменным в течение нескольких десятков лет. Конечно, технические детали претерпели серьезные изменения, но главные черты конструкции остались такими же, как и сорок лет назад.

Винчестер представляет собой несколько тонких стеклянных либо алюминиевых дисков, на поверхность которых нанесен тонкий слой диоксида хрома. Диски закреплены строго параллельно друг другу на шпинделе и закрыты алюминиевым корпусом. Кроме того, внутри корпуса находится блок магнитных головок.

Электродвигатель приводит диски в движение, и они начинают вращаться с постоянной скоростью. Возникающие потоки воздуха удерживают головки на некотором расстоянии от поверхности дисков, благодаря чему на ней не остается царапин или потертостей.

Верхний слой жесткого диска служит для записи и считывания информации. Эту работу выполняют магнитные головки, которые перемещаются над поверхностью дисков, находя нужные положения по специальным меткам на диске.

Конечно, диаметры современных винчестеров значительно уменьшились по сравнению с первыми моделями, а информационная емкость, наоборот, возросла в сотни тысяч раз. Однако первые винчестеры имели примерно такое же принципиальное устройство.

Запись информации на винчестер

Процесс записи и чтения информации основан на двоичном коде: наличии либо отсутствии сигнала. Зашифрованный таким образом информационный блок, преобразованный в колебания электрического тока, подается на блок магнитных головок винчестера.


Головки находят нужный участок диска и преобразуют колебания тока в колебания магнитного поля. При этом на поверхности диска создаются микроскопические участки: одни намагниченные, другие – не намагниченные. Двоичный код записи таким образом оказывается перенесенным на винчестер.

Процесс считывания информации выглядит аналогичным образом: блок магнитных головок проходит над нужным участком диска, и благодаря наличию колебаний магнитного поля, генерируемого поверхностью диска, в головках то возрастает, то уменьшается электрические напряжение.

Считанная информация поступает в , где обрабатывается и выводится на экран. Монитор показывает нам текст или изображение, которое хранится на жестком диске.

Форматирование жесткого диска

Процесс форматирования жесткого диска напоминает стирание информации со школьной доски. Магнитные головки полностью уничтожают все, что было ранее записано на диске, и разбивают его поверхность на секторы для новых записей. Совершенно новые диски тоже подвергаются форматированию: это необходимо для упорядочения процесса записи и чтения.

Представление информации на винчестере

Информация записывается на винчестер не беспорядочно, а в виде окружностей (дорожек), расположенных одна в другой. Винчестер состоит из нескольких дисков, и каждая головка «отвечает» за одну сторону одного диска, но все они перемещаются одновременно на одну и ту же глубину.

Поэтому информация записывается сразу на несколько дисков, дорожки которых образуют цилиндрическую поверхность. Диски разбиваются на секторы, причем одна дорожка сектора содержит 512 байт.

Логическое представление информации отличается от ее физического размещения. Во время форматирования винчестер разбивается на так называемые логические диски, каждый из которых обозначается латинской буквой. Размер каждого логического диска назначается произвольно, по желанию владельца компьютера.


Такое представление информации выбрано для удобства пользователей. Для перевода логических координат в физические существует специальный транслятор, расположенный в корпусе винчестера.

Здравствуйте Друзья! Что такое жесткий диск или HDD? Жесткий диск это накопитель на жестких магнитных дисках. Сокращенно — НЖМД или hard (magnetic) disk drive — HDD или MHDD. Первый жесткий диск был выпущен компанией IBM в 1956 году имел габариты около одного метра кубического и был способен запомнить до 3.5 МБ информации (смотрите рисунок слева из википедии). В его состав входили 50 магнитных дисков диаметром 610 мм. Поверхность дисков была покрыта чистым железом, благодаря чему и была возможность намагничивать участки и запоминать данные. Этот жесткий диск весит 971 кг и входил в состав первого серийного компьютера IBM 305 RAMAC. Дальше технологии развивались и дошли до того, что вы видите в своих настольных ПК и ноутбуках . Жесткий диск так же называют хард, винчестер или сокращенно — винт. Название винчестер пошло их 70-х годов. В то время компания IBM выпустила новый компьютер с более современным жестким диском, который представлял из себя два шкафчика, каждый запоминал до 30 МБ информации. Была проведена аналогия с винтовкой Winchester, использовавшей патрон 30-30. Наверно, после этого за жесткими дисками, скорее всего навсегда (по крайней мере у русскоязычного населения), закрепилось название — винчестер или сокращенно — винт.

Современный жесткий диск состоит из:

• корпуса
• блока электроники
• блока позиционирования актуатора
• блока с магнитными пластинами

Рассмотрим каждый подробнее

Корпус . Это как кузов автомобиля. На нем все держится. Основная задача — обеспечивать необходимую жесткость и герметичность. Жесткость необходима для защиты диска от внешних повреждений. Герметичность — для исключения попадания посторонних частиц внутрь диска. Корпус изготавливается из тепло-проводящего сплава, так как при работе устройства выделяется тепло и его нужно как-то отводить. Подробнее об охлаждении HDD можно прочитать . Для выравнивания давлений снаружи и внутри корпуса делается маленькое окошко с гибкой металлической пластинкой.

Блок электроники

Состоит из:

• интерфейсного блока
• буфера или кэша
• управляющего блока

Интерфейсный блок отвечает за связь жесткого диска с компьютером . В ПЗУ — постоянном запоминающем устройстве, записывается служебная информация и прошивка диска. Буфер — кэш память на подобии оперативной памяти . В нее помещается часто используемая информация, что увеличивает быстродействие HDD. Скорость чтения из кэша приближается к максимальной для интерфейса диска. На данный момент наиболее распространен интерфейс SATA III с максимальной пропускной способностью в 6 Гбит/с. Управляющий блок отвечает за функционирование всего устройства. Он следит за скоростью вращения блока с магнитными пластинами и положения блока с актуаторами.

Состоит из актуатора (устройство для записи и чтения информации), кронштейна (на котором все это работает) и привода. Привод получает команды где ему читать и куда записывать информацию от блока управления. (Рисунок ниже взят с сайта http://www.3dnews.ru/editorial/640707)

Блок с запоминающими пластинами . Состоит из привода, дисков или пластин и сепараторов. Последние служат для задания определенного расстояния между пластинами. Диски с сепараторами крепятся на приводе. Последний поддерживает постоянную скорость вращения.

2. Как работает жесткий диск?

При включении компьютера блок управления подает питание на привод с магнитными дисками и ждет пока последний не выйдет на заданную частоту вращения. Как только это происходит компьютер получает сигнал о готовности HDD. Далее идет запрос информации. В дело вступает блок позиционирования, который задает нужное положение актуатора. Данные считываются и попадают в интерфейсный блок, а от туда в оперативную память .

Раньше актуаторы касались магнитных дисков. С увеличением скорости последних потребовалось другая технология. При этом актуатор парил над магнитной поверхностью и касался в определенном месте диска. Технология пошла дальше, скорости вращение пластин выросли и блок с актуаторами стали парковать вне пластин. То есть актуаторы находятся рядом с пластинами пока не достигнута нужная скорость вращения магнитных дисков.

Благодаря высокой скорости вращения дисков создается воздушный поток, который поднимает головку актуатора над поверхностью. Этот же воздушный поток сдувает с поверхности попавшие внутрь пылинки на специальный фильтр в корпусе. Так же в корпусе имеется адсорбент для удаления остатков влаги.

В современных жестких дисках расстояние между считывающей головкой и поверхностью магнитной платины < 10 нм. Благодаря тому, что считывающие головки никогда не касаются магнитных пластин отсутствует трение и продлевается срок жизни HDD.

Каждая магнитная пластина разделена на кольцевые дорожки шириной около 60 нм. Последние в свою очередь поделены на кластеры. Обычно кластер равен 4 КБ. Каждый бит информации представляет собой площадку на дорожке, которая может быть намагничена -1 или нет -0. Эти площадки так же называются доменами. Чем меньше размер этой площадки, тем больше информации поместится на дорожке и более емкий получится жесткий диск. В начале развития применялась продольная запись. Площадка располагалась вдоль дорожки. В дальнейшем эту технологию заменила перпендикулярная запись, что позволило увеличить плотность данных и в свою очередь увеличить емкости HDD.

Совокупность дорожек равноудаленных от центра вращения двигателя называется цилиндром.

До того как жесткие диски перешагнули рубеж ёмкости в 500 MB хватало системы позиционирования CHS (cylinder-head-sector цилиндр-головка-сектор). С ростом объема в 1994 году была принята линейная система позиционирования LBA (linear block addressing). В случае с CHS жесткий диск был прозрачен для операционных систем, С применением же линейной адресации система обращается к нужному сектору жесткого диска, а уже блок управления HDD разбирается где находится физически этот сектор.

Блок позиционирования актуатора. Приводится в движение с помощью соленоидного двигателя. Последний состоит из статора и катушки. Статор состоит из одного или двух постоянных, сильных неодимовых магнитов. Точное позиционирование кронштейна с головками происходит путем подачи напряжения определенной силы на катушку (рисунок взят с http://www.3dnews.ru/editorial/640707)

От силы магнитов зависит скорость позиционирования головок и следовательно — время доступа к информации. Последнее в жестких дисках варьируется в пределах от 3 до 12 мс. Чем время меньше, тем быстрее и дороже жесткий диск. У компании WD есть три серии жесткий дисков : зеленая, синяя и черная. В зеленой применяется один неодимовый магнит и скорость вращения шпинделя 5400 об/мин. За счет этого получается довольно скромная производительность, зато приличная экономичность и низкое энергопотребление. У синих дисков применяется такой же магнит и скорость вращения поднимается до 7200 об/мин. По скоростным характеристикам он занимает промежуточное положение между зелеными и черными HDD. У черных же применяются два магнита и скорость в 7200 об/мин. Это позволяет добиться максимального быстродействия. Еще выше поднять быстродействие можно повысив скорость вращения двигателя с магнитными пластинами до 10000 или 15000 об/мин. Эти диски обладают минимальным временем доступа к информации и применяются в основном в серверах. Твердотельные диски со скоростью доступа < 1 мс пока остаются вне конкуренции.

Жесткие диски при работе производят два вида шума. От быстровращающихся магнитных дисков и от удара блока с головками об ограничитель. Последний возникает при возврате блока с головками в парковочную позицию. Для уменьшения этого удара производители ставят резиновые подкладки, но иногда и это не спасает, особенно в шустрых дисках. Существует два пути снижения шума от HDD. Первый сделать амортизирующие крепления в корпусе ПК. Об этом подробней можно прочитать . Путь второй — использовать технологию AAM, о которой написал подробнее .

3. Производство и производители жестких дисков

В начале было около 70 производителей HDD. Благодаря конкуренции их осталось всего три. Это Toshiba, Seagate и WD. На схеме ниже вы можете посмотреть в какие года происходили поглощения

Производство . В механическом цехе из алюминиевой болванки цилиндрической формы нарезаются заготовки. Затем заготовкам придается нужная форма возможно даже на токарных станках. После заготовки поступают в полировочный цех где поверхности полируются до нужного уровня. Затем происходит контроль и заготовки идут в цех нанесения магнитного покрытия. После снова происходит контроль. Затем происходит сборка жесткого диска и низкоуровневое форматирование . При этом процессе магнитные пластины разбиваются на дорожки и проверяются на битые или не читаемые сектора. Последние сразу помечаются чтобы исключить в них запись информации. На каждой дорожке есть некоторый резерв секторов. Именно из этого резерва происходит замена обнаруженных при работе сбойных участков.

Отдельно необходимо сказать про производство головок для чтения и записи информации. В современных жестких дисках каждый актуатор состоит из двух головок, для чтения и для записи. Сложность производства головок сравнима со сложностью производства процессоров , так же используется фотолитография. Устройства головок составляет производственную тайну.

Заключение

В статье мы затронули немножко истории приведя картинку первого жесткого диска выпущенного в 1956 году. Сказали возможную причину называния накопителей на магнитных жестких диска коротким словом — винт. Затем рассмотрели состав жесткого диска, то что скрывается внутри его корпуса. Постарались уделить внимание каждому блоку отдельно. Рассмотрели работу жесткого диска. В конце разобрались с производителями и самим производством HDD. Надеюсь вы вместе со мной продвинулись в теме HDD.

Жесткие диски — в числе ключевых компонентов ПК или ноутбука. во многом зависит от характеристик данных девайсов. Какие разновидности жестких дисков представлены на современном рынке? Как выбрать оптимальный с точки зрения решения типичных пользовательских задач девайс?

Что такое жесткий диск?

Жесткий диск — это основное устройство хранения файлов на ПК или ноутбуке. Конструкционно представляет собой вращающуюся магнитную пластину со считывающим и записывающим элементом — головкой. На сленге любителей компьютерной техники называется «винчестером», «винтом», «хардом». Специфика функционирования жестких дисков в том, что считывающая и одновременно записывающая головка не контактирует с магнитной пластиной. Благодаря этому, а также ряду иных конструкционных особенностей, устройство функционирует долго и может рассматриваться как одно из самых надежных средств для хранения информации.

Жесткий диск — ресурс, на котором, как правило, располагаются системные файлы, то есть те, что присутствуют в структуре ОС, различных приложений, игр. Инсталляция ПО практически всегда предполагает задействование ресурсов «винчестера».

Большинство современных моделей компьютеров поддерживает подключение нескольких жестких дисков. В ноутбуках чаще всего размещается только один жесткий диск — в силу небольших габаритов соответствующих устройств. При этом если речь идет о типа (их специфику мы рассмотрим чуть позже), то максимальное их количество чаще всего ограничивается доступностью соответствующих слотов на ПК, а также характеристиками производительности компьютера.

Итак, жесткий диск — важнейший аппаратный компонент компьютера. Наша задача — определить критерии оптимального выбора соответствующего девайса для ПК. Для ее решения полезно будет исследовать для начала классификацию «винчестеров».

Классификация жестких дисков

Рассмотрим, таким образом, в каких разновидностях представлены современные жесткие диски на рынке компьютерной техники.

В числе самых популярных типов девайсов — жесткий диск компьютера, который соответствует форм-фактору 3,5 дюйма. Такие диски имеют скорость вращения 5400 либо 7200 оборотов в минуту. Коммуникация «винчестеров» с ПК осуществляется с помощью различных интерфейсов. Самые распространенные — IDE и SATA.

Есть жесткие диски, адаптированные для серверов. Размер их, как правило, тот же, что и в ПК, однако скорость оборотов таких устройств гораздо выше — порядка 15000 вращений в минуту. «Винчестеры» для серверов соединяются с основными аппаратными компонентами чаще всего через интерфейс SCSI, но возможна поддержка последовательных стандартов SATA или SAS. Серверный жесткий диск — это исключительно надежное устройство, что неудивительно: компьютеры, на которые подобные накопители ставятся, призваны обслуживать ключевые участки цифровой инфраструктуры компаний, государственных организаций, интернет-провайдеров.

Указанные типы «винчестеров» подлежат установке внутри системного блока ПК или сервера. Но есть и внешние жесткие диски. Они подключаются к одному из наружных портов компьютера — чаще всего USB или FireWire. Их функциональность в целом аналогична той, что характеризует устройства внутреннего типа. Объем жесткого диска, относящегося к категории внешних, как правило, достаточно большой — порядка 500-1000 Гб. Дело в том, что подобного типа устройства часто используются для перемещения от одного компьютера к другому больших объемов данных.

Существуют жесткие диски, адаптированные для ноутбуков. Размер их меньше, чем у «винчестеров», рассчитанных на установку в «десктопные» компьютеры — 2,5 дюйма. Скорость жесткого диска для ноутбука — чаще всего 4200 либо 5400 оборотов в минуту. Функционируют такие винчестеры обычно при задействовании интерфейса SATA. Характеризуются высокой устойчивостью к изменению положения, что вполне логично с учетом специфики пользования ноутбуками.

В числе самых технологически продвинутых разновидностей жестких дисков — твердотельные накопители. Их, в принципе, можно считать отдельным классом устройств, так как в их структуре нет движущихся пластин. Данные в подобного типа жестких дисках записываются на флеш-память. Устройства такого типа имеют как преимущества, так и недостатки.

Многие ведущие мировые производители ПК адаптируют свои фабричные линии к выпуску девайсов, оснащенных именно твердотельными накопителями. Данного типа жесткие диски стоят дороже, чем те, в структуре которых присутствуют вращающиеся элементы. Однако в сравнении с ними они характеризуются пониженным энергопотреблением, практически полным отсутствием шума при работе, во многих случаях — меньшим весом. Относительно скорости можно отметить, что типичный показатель для твердотельных жестких дисков — 300-400 Мб/сек, что очень прилично на фоне ведущих коммуникационных стандартов, поддерживаемых современными компьютерами.

Интерфейсы

Успешная установка жесткого диска в ПК во многом зависит от наличия в нем необходимых интерфейсов. Рассмотрим специфику самых распространенных стандартов коммуникации на современном рынке компьютерной техники. Это будет полезно для соотнесения задач пользователя и типа «винчестера», который оптимально подойдет для их решения.

В числе самых распространенных интерфейсов для подключения внешних жестких дисков — USB. При этом данный коммуникационный стандарт может быть представлен в разных версиях — 1, 2 и 3. Скорость жесткого диска непосредственным образом зависит от его совместимости с соответствующей технологией. Касательно 1-й версии интерфейса можно сказать, что при его использовании возможна передача данных на 12 Мбит/сек, 2-я гарантирует обмен файлами со скоростью до 480 Мбит/сек, 3 поколение USB-интерфейсов обеспечивает показатель в 5 Гбит/сек. Если предполагается использование девайса не только для хранения файлов, но также, например, для инсталляции игр или программ, то лучше всего, если он будет поддерживать самые современные интерфейсы USB — во 2-й версии, а еще лучше в 3-й.

Внешний жесткий диск компьютера может быть также подключен с помощью интерфейса FireWire. Он характеризуется высокой скоростью передачи данных — порядка 400 Мбит/сек. Исключительно эффективен при работе с видеофайлами.

Рассмотрим стандарты, используемые при установке в ПК накопителей внутреннего типа. Считающийся относительно устаревшим, однако до сих пор популярный интерфейс — IDE.

Он может передавать данные со скоростью порядка 133 Мб/сек. Распространен в настольных ПК — во многом из-за достаточно большой величины разъема, неоптимального для конструкционной структуры ноутбука.

Интерфейс SATA — результат совершенствования стандарта IDE. Позволяет передавать данные со скоростью до 300 Мб/сек. Характеризуется повышенной защищенностью от помех. Активно используется в ноутбуках — благодаря относительно небольшой величине разъема, а также хорошей скорости передачи данных.

Интерфейс SCSI, как мы отметили выше, ставится, главным образом, на серверах. Также характеризуется высокой скоростью передачи данных — порядка 320 Мб/сек. Есть модернизированная модификация рассматриваемого интерфейса — SAS. Жесткие диски, функционирующие при его задействовании, могут обеспечивать обмен данными на скорости порядка 12 Гбит/сек.

Критерии выбора жесткого диска

Характеристики рассмотренных нами выше интерфейсов можно считать значимыми критериями при выборе жесткого диска. Также мы озвучили ряд иных важных параметров — таких как скорость вращения элементов девайса, форм-фактор. Но самая, вероятно, значимая в аспекте выбора оптимальной модели девайса характеристика — память жесткого диска. Во многом этот параметр субъективен — многие пользователи предпочтут более скоростной «винчестер», чем тот, в котором можно будет размещать большое количество файлов. Однако - все-таки первое, на что обращают внимание многие пользователи.

Важнейший аспект выбора «винчестера» - некоторые из его номинальных характеристик (например, совместимость с теми или иным интерфейсами) должны быть совместимы с коммуникационными возможностями ПК. Бывает так, что жесткий диск компьютера невероятно технологичен, однако поддержка соответствующих стандартов на материнской плате ПК недостаточная. Рассмотрим ключевые нюансы совместимости «винчестеров» и некоторых аппаратных компонентов современных компьютеров.

Важна совместимость размеров

Выше мы отметили, что жесткие диски различаются размерами. Может показаться, что этот параметр — второстепенный. Но зачастую он оказывается едва ли не определяющим. Дело в том, что установка жесткого диска в ПК или в соответствующую область ноутбука будет крайне затруднена, если размер накопителя будет слишком маленьким, и потому неоптимальным с точки зрения использования доступного в структуре девайса пространства. Она будет практически невозможна, если габариты окажутся слишком большими - «винчестер» попросту не влезет в компьютер.

Конечно, данная закономерность характерна главным образом для ноутбуков, так как проблем с размещением жесткого диска в «десктопных» ПК обычно не возникает (во многом в силу доступности различных дополнительных приспособлений). Поэтому, планируя приобретать новые жесткие диски для ноутбука, нужно знать, каков точный размер текущих. Выше мы отметили, что в соответствующих типах компьютеров распространены «винчестеры» с форм-фактором 2,5 дюйма. Но нужно иметь в виду, что в некоторых моделях ноутбука устанавливаются жесткие диски в размере 1,8 дюйма.

Совместимость коммуникационных стандартов

Совместимыми должны быть также и коммуникационные интерфейсы «винчестера» и материнской платы ПК. Главный нюанс здесь — различия в версиях стандартов обмена данными. Так, есть три разновидности Важно, чтобы соответствующий стандарт коммуникаций, поддерживаемый накопителем, был также совместим с материнской платой. Может получиться так, что пользователь купит дорогой, обеспечивающий обмен данными по современному стандарту SATA 3, жесткий диск (цена таких моделей может составлять порядка 10 тыс. руб.), но компьютер не сможет его полноценно поддерживать. Владелец ПК, таким образом, может существенно переплатить.

То же самое касается соотнесения поддерживаемых «винчестером» и ПК стандартов USB. Если жесткий диск рассчитан на подключение через интерфейс USB 3.0, а материнская плата его не поддерживает, то технологические возможности соответствующего стандарта также не будут в полной мере реализованы. Касательно интерфейса FireWire можно сказать, что, покупая поддерживающий его жесткий диск (цена девайса также может быть приличной — порядка 8-10 тыс. руб.), необходимо убедиться, что ПК в принципе совместим с ним. Данный коммуникационный стандарт типичен для ноутбуков, но отсутствует на многих «десктопных» ПК. Конечно, жесткие диски, поддерживающие FireWire, как правило, одновременно совместимы также и с интерфейсами USB, и крайне маловероятно, что устройство окажется нефункциональным в силу отсутствия порта FireWire на ПК. Но если пользователь, например, рассчитывал задействовать самое явное конкурентное преимущество FireWire — эффективную работу с видеоданными, то он может не получить желаемых результатов работы винчестера.

Оптимальный объем

Как мы отметили выше, объем в качестве основной характеристики такого устройства, как жесткий диск, — это очень субъективный параметр. Многим пользователям вполне хватает, условно говоря, нескольких гигабайт дискового пространства — например, если они работают преимущественно с документами. Кому-то и жесткий диск на терабайт покажется недостаточно вместительным в силу частого размещения на нем больших объемов мультимедийного контента — видео, фотографий, музыки.

Рекомендовать оптимальный объем накопителя достаточно сложно. Но концепция «чем больше — тем лучше» - не всегда лучший вариант, опять же с экономической точки зрения. Можно потратиться на дорогой, вместительный жесткий диск — 1TB. Целый терабайт будет, таким образом, в распоряжении — но на практике он может использоваться едва ли наполовину. При этом при покупке менее вместительного, но стоящего дешевле накопителя освободившиеся финансовые средства можно направить на улучшение производительности ПК или ноутбука (например, купить дополнительный модуль ОЗУ или более мощный кулер на процессор).

По мнению ряда IT-специалистов, жесткий диск на 500 Гб — оптимальное решение для большинства пользовательских задач. Так, на «винчестере» соответствующего объема можно разместить порядка 100-150 тыс. фотографий в хорошем качестве, инсталлировать около 100-150 современных игр. Если владелец ПК — не коллекционер фотошедевров и не геймер, то маловероятно, что он задействует хотя бы половину соответствующего ресурса. Но если он, в свою очередь, увлекается фотографированием и играми, то тех возможностей, которые ему даст жесткий диск на 500 Гб, действительно может оказаться недостаточно. Вместе с тем данный объем «винчестера» рассматривается как один из оптимальных с точки зрения типичных задач, которые решают современные пользователи.

Скорость оборотов

Другой важный параметр, который характеризует жесткий диск — это скорость оборота пластин. Относительно него можно сказать, что он важен с точки зрения фактической скорости передачи данных, а также динамики обработки операционной системой различных файлов. Если «винчестер» используется как основной, то есть на нем стоит ОС, на него инсталлируются программы и игры, то лучше, если рассматриваемая характеристика будет выражаться в как можно больших величинах. Если пользователь покупает второй жесткий диск, предназначенный главным образом для хранения файлов, то в этом смысле скорость вращения пластин — не самый важный показатель.

Чем выше значение рассматриваемого показателя, тем дороже накопитель. В этом смысле переплата за более высокие обороты при том, что их наличия не требуется, может, опять же, оказаться нежелательной. «Винчестер» с большой скоростью вращения дисков издает существенно больше шума, чем тот, у которого обороты скромнее, а также характеризуется большим энергопотреблением. Оптимальный показатель для современных жестких дисков, при котором возможно эффективное решение большинства пользовательских задач — 7200 оборотов в минуту.

Кэш-память

В числе значимых показателей производительности накопителя — кэш-память. Задействуя данный ресурс, жесткий диск может существенно ускорять процедуры выполнения многих операций с файлами. В кэш-памяти фиксируются наиболее частые алгоритмы запросов к тем или иным ресурсам компьютера. Если некие данные присутствуют в кэш, то «винчестеру» нет необходимости искать их в пространстве оперативной памяти либо среди файлов. Чем больше размер кэш-памяти, тем лучше. Но рекомендуемая многими экспертами оптимальная величина соответствующего показателя — 64 Мб.

Имеет ли значение бренд?

Имеет ли смысл выбирать жесткий диск при прочих равных, ориентируясь на бренд? Мнения IT-экспертов и пользователей на этот счет очень разные. Это касается как рекомендации ориентироваться на бренд, так и точек зрения на качество накопителей, выпускаемых конкретным производителем. Одни пользователи будут характеризовать исключительно позитивно свой, выпущенный компанией Samsung, жесткий диск, отзывы других владельцев девайса от корейского бренда могут быть менее восторженными. Некоторые IT-эксперты хвалят бренды Hitachi, Toshiba, другие не считают их чем-то лучше конкурентов. Вместе с тем указанные компании — лидеры рынка. Данный факт в любом случае стоит рассматривать как значимый. Статус лидера высококонкурентного рынка компьютерных комплектующих не дается легко. Этому, вероятно, способствует высокое качество производимых товаров.

Итак, если нам нужен жесткий диск для ПК или ноутбука, то мы можем ориентироваться на следующую совокупность критериев:

Размер (актуально главным образом для ноутбуков - нежелательно, чтобы соответствующий показатель был меньше, чем слоты, предусмотренные для размещения жестких дисков, недопустимо — чтобы он был больше);

Поддерживаемые стандарты (важно, чтобы технологичные интерфейсы на «винчестере» были в полной мере совместимы с ресурсами ПК);

Объем (субъективно, но 500 Гб — оптимальный показатель для большинства пользовательских задач);

Скорость вращения пластин (оптимально — 7200 оборотов в минуту);

Кэш-память (оптимально — 64 Мб).

Желательно также, чтобы «винчестер» был выпущен фирмой-производителем, которая находится на лидирующих позициях на мировом рынке в соответствующем сегменте устройств.

Жесткий диск

Схема устройства накопителя на жёстких магнитных дисках.

Накопи́тель на жёстких магни́тных ди́сках , НЖМД , жёсткий диск , винче́стер (англ. Hard (Magnetic) Disk Drive, HDD, HMDD ; в просторечии винт , хард , харддиск ) - энергонезависимое перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство . Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах .

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома . В НЖМД используется от одной до нескольких пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках 5-10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Название «Винчестер»

По одной из версий название «винчестер» накопитель получил благодаря фирме 1973 году выпустила жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе пластины диска и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название «30-30», что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 Мб каждый. Кеннет Хотон, руководитель проекта, по созвучию с обозначением популярного охотничьего ружья «Winchester 30-30» предложил назвать этот диск «винчестером» .

Физический размер (форм-фактор) (англ. dimension ) - почти все современные ( -2008 года) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма . Последние чаще применяются в ноутбуках . Так же получили распространение форматы - 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в формфакторах 8 и 5,25 дюймов.

Время произвольного доступа (англ. random access time ) - время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Диапазон этого параметра невелик от 2,5 до 16 мс , как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 - 3,7 мс ), самым большим из актуальных - диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 - 12,5 ).

Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed ) - количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).

Блок головок - пакет рычагов из пружинистой стали (по паре на каждый диск). Одним концом они закреплены на оси рядом с краем диска. На других концах (над дисками) закреплены головки.

Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава. Хотя были попытки делать их из пластика и даже стекла, но такие пластины оказались хрупкими и недолговечными. Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика - окислов железа , марганца и других металлов. Точный состав и технология нанесения держатся в секрете. Большинство бюджетных устройств содержит 1 или 2 пластины, но существуют модели с большим числом пластин.

Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (4200, 5400, 7200, 10 000, 15 000). При такой скорости вблизи поверхности пластины создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Форма головок рассчитывается так, чтобы при работе обеспечить оптимальное расстояние от пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин.

Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных, как правило неодимовых, постоянных магнитов и катушки на подвижном блоке головок.

Вопреки расхожему мнению, внутри гермозоны нет вакуума . Одни производители делают её герметичной (отсюда и название) и заполняют очищенным и осушенным воздухом или нейтральными газами, в частности, азотом ; а для выравнивания давления устанавливают тонкую металлическую или пластиковую мембрану. (В таком случае внутри корпуса жёсткого диска предусматривается маленький карман для пакетика силикагеля , который абсорбирует водяные пары, оставшиеся внутри корпуса после его герметизации). Другие производители выравнивают давление через небольшое отверстие с фильтром, способным задерживать очень мелкие (несколько микрометров) частицы. Однако в этом случае выравнивается и влажность, а также могут проникнуть вредные газы. Выравнивание давления необходимо, чтобы предотвратить деформацию корпуса гермозоны при перепадах атмосферного давления и температуры, а так же при прогреве устройства во время работы.

Пылинки, оказавшиеся при сборке в гермозоне и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр - пылеуловитель.

Низкоуровневое форматирование

На заключительном этапе сборки устройства поверхности пластин форматируются - на них формируются дорожки и секторы.

Ранние «винчестеры» (подобно дискетам) содержали одинаковое количество секторов на всех дорожках. На пластинах современных «винчестеров» дорожки сгруппированы в несколько зон. Все дорожки одной зоны имеют одинаковое количество секторов. Однако, на каждой дорожке внешней зоны секторов больше, и чем зона ближе к центру, тем меньше секторов приходится на каждую дорожку зоны. Это позволяет добиться более равномерной плотности записи и, как следствие, увеличения ёмкости пластины без изменения технологии производства.

Границы зон и количество секторов на дорожку для каждой зоны хранятся в ПЗУ блока электроники.

Кроме того, в действительности на каждой дорожке есть дополнительные резервные секторы. Если в каком либо секторе возникает неисправимая ошибка, то этот сектор может быть подменён резервным (англ. remaping ). Конечно, данные, хранившиеся в нём, скорее всего, будут потеряны, но ёмкость диска не уменьшится. Существует две таблицы переназначения: одна заполняется на заводе, другая в процессе эксплуатации.

Таблицы переназначения секторов также хранятся в ПЗУ блока электроники.

Во время операций обращения к «винчестеру» блок электроники самостоятельно определяет, к какому физическому сектору следует обращаться и где он находится (с учётом зон и переназначений). Поэтому со стороны внешнего интерфейса «винчестер» выглядит однородным.

В связи с вышеизложенным существует очень живучая легенда о том, что корректировка таблиц переназначения и зон может увеличить ёмкость жёсткого диска. Для этого существует масса утилит, но на практике оказывается, что если прироста и удаётся добиться, то незначительного. Современные диски настолько дёшевы, что подобная корректировка не стоит потраченных на это ни сил, ни времени.

Блок электроники

В ранних жёстких дисках управляющая логика была вынесена на MFM или RLL контроллер компьютера, а плата электроники содержала только модули аналоговой обработки и управление шпиндельным двигателем, позиционером и коммутатором головок. Увеличение скоростей передачи данных вынудило разработчиков уменьшить до предела длину аналогового тракта, и в современных жёстких дисках блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала .

Интерфейсный блок обеспечивает сопряжение электроники жёсткого диска с остальной системой.

Блок управления представляет собой систему управления , принимающую электрические сигналы позиционирования головок, и вырабатывающую управляющие воздействия приводом типа «звуковая катушка», коммутации информационных потоков с различных головок, управления работой всех остальных узлов (к примеру, управление скоростью вращения шпинделя).

Блок ПЗУ хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию винчестера.

Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти в некоторых случаях позволяет увеличить скорость работы накопителя.

Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации). Для цифровой обработки применяются различные методы, например метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood - максимальное правдоподобие при неполном отклике). Осуществляется сравнении принятого сигнала с образцами. При этом выбирается образец наиболее похожий по форме и временным характеристикам с декодируемым сигналом.

Технологии записи данных

Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.

В последнее время для считывания применяют магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. В них, изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления, в зависимости от изменения напряженности магнитного поля. Подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации (особенно при больших плотностях записи информации).

Метод параллельной записи

На данный момент это всё ещё самая распространенная технология записи информации на НЖМД. Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая проходя над поверхностью вращающегося диска намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей - доменов . Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.

Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см². В настоящее время происходит постепенное вытеснение данного метода методом перпендикулярной записи.

Метод перпендикулярной записи

Метод перпендикулярной записи - это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных образцов - 15-23 Гбит/см², в дальнейшем планируется довести плотность до 60-75 Гбит/см².

Жёсткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.

Метод тепловой магнитной записи

Метод тепловой магнитной записи (англ. Heat-assisted magnetic recording, HAMR ) на данный момент самый перспективный из существующих, сейчас он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность «закрепляется». На рынке ЖД данного типа пока не представлены (на 2009 год), есть лишь экспериментальные образцы, но их плотность уже превышает 150 Гбит/см². Разработка HAMR-технологий ведется уже довольно давно, однако эксперты до сих пор расходятся в оценках максимальной плотности записи. Так, компания Hitachi называет предел в 2,3−3,1 Тбит/см², а представители Seagate Technology предполагают, что они смогут довести плотность записи HAMR-носители до 7,75 Тбит/см². Широкого распространения данной технологии следует ожидать после 2010 года.

Сравнение интерфейсов

Это то устройство в Вашем компьютере или ноутбуке, на котором хранится непосредственно вся информация. Т.е. физически все данные (фотографии, документы и пр.) находятся именно на нем.

Соответственно если вдруг жесткий диск выходит из строя, то все ваши данные становятся не доступны или другими словами теряются . Конечно при очень большом желании можно восстановить все данные, обратившись в специализированный сервисный центр по восстановлению данных, но это весьма недешевая услуга. Поэтому во избежание потерь данных делайте резервные копии .

Жесткие диски бывают 2-х физических размеров (габаритов). 3,5 дюйма предназначен для установки в стандартный компьютер, т.е. не в ноутбуки. И 2,5 дюйма предназначен как раз-таки для установки в ноутбуки или какие-то компактные устройства.

Как устроен жесткий диск

Внутри жесткого диска находятся несколько магнитных пластин . Металлические круглые пластины внешне похожи на DVD диски, только меньшего размера. Внутри жесткого диска для записи или чтения информации с пластины жесткого диска есть перемещаемая магнитная головка. Собственно, при записи каких-либо данных магнитная головка их записывает непосредственно на пластину жесткого диска. Принцип работы похож на то как работает проигрыватель для виниловых пластинок.

Таких пластин в жестком диске может быть несколько. Скорость вращения таких пластин в стандартном жестком диске 7200 оборотов в минуту, к слову сказать, это очень много. Вдумайтесь, в секунду диск делает 120 оборотов!

Минусы магнитных жестких дисков

На данный момент они очень выгодны для хранения больших объемов информации из-за своей цены. Но у них по современным меркам низкая скорость . И за последние лет, наверное, 8 скорость этих дисков практически не возросла. Объемы для хранения росли быстро, когда-то 120 GB было много, сейчас же таких дисков вы и в продаже не найдете, минимум 340 ГБ.

И это было большой проблемой поскольку процессоры, память и все прочие элементы в компьютере увеличили свои скорости в разы, а жесткие диски свои скорости практически не увеличивали. Из-за этого компьютер по-прежнему долго загружался и программы медленно открывались, поскольку жесткий диск являлся узким местом.

SSD диски

Не так давно все большей популярностью стали пользоваться SSD (твердотельные жесткие диски) . Принцип работы у них совсем другой. Там нет никаких магнитных пластин, по сути это флешка с повышенной надежностью и с очень высокой скоростью. SSD диски раза в 4 минимум быстрее чем обычные (магнитные) жесткие диски .

Еще важным параметром жесткого диска - это время доступа . Объясню на примере. Вам нужно какой-то файл открыть, допустим фотографию, и вы в компьютере нажимаете кнопку открыть. Какие действия нужно выполнить жесткому диску. Жесткому диску нужно переместить считывающую головку на то место, где располагаются записи о вашей фотографии, на это должно уйти какое-то время. Это и есть время доступа.

В SSD дисках это время практически не берется в расчет, поскольку там нет физического механизма, нет считывающей головки, которую нужно куда-то перемещать. Это Flash память. В ней такое понятие отсутствует.

Почему же тогда до сих пор используются старые магнитные жесткие диски?

Во-первых, из-за объема . Как я уже говорил выше, жесткие диски (магнитные) используются для хранения больших объемов информации. Почему так? Потому что на данный момент не существует SSD дисков больших объемов, а даже если бы и были, то стоили как минимум в 10 раз дороже.

Во-вторых, это цена. SSD диски весьма недешевы . Для примера SSD диск объемом 256 ГБ стоит примерно 7000 р., за эти же деньги можно купить обычный жесткий диск объемом 4000 ГБ.

Возможно вы подумали зачем же мне такой маленький жесткий диск, пусть даже и очень быстрый, где мне тогда хранить мои данные.

Сейчас на хороших компьютерах ставится два жестких диска . Один SSD для хранения на нем операционной системы и программ для быстрой загрузки и работы компьютера.

А второй - обычный магнитный жесткий диск для хранения вашей информации (документы, фотографии и пр.).

На данный момент это идеальный вариант.