Что такое хард диск. Программные ошибки жестких дисков. Как в ноутбуке

Многие из вас знают, что вся информация на компьютере, представленная в виде файлов и папок, хранится на жестком диске. А вот, что такое жесткий диск и для чего он предназначен, правильно ответят не многие. Людям, далёким от программирования очень тяжело представить, каким образом можно хранить информацию на какой-то железяке. Это ведь не шкатулка и не лист бумаги, на котором можно эту самую информацию можно записать и спрятать в шкатулку. Да, жесткий диск это не шкатулка с письмом.

Жесткий диск (HDD, HMDD-от англ. hard (magnetic) disk drive) – это магнитный носитель информации. На компьютерном сленге его называют «винчестер». Он предназначен для хранения информации в виде фотографий, картинок, писем, книг различных форматов, музыки, фильмов, и т.п. Внешне это устройство совсем не похоже на диск. Скорее оно похоже на небольшую прямоугольную железную коробочку.

Внутреннее устройство жесткого диска похоже на старый проигрыватель виниловых пластинок.

Внутри этой металлической коробочки есть круглые алюминиевые или стеклянные пластины-диски, находящиеся на одной оси, по которым перемещается считывающая головка. В отличие от проигрывателя, головка жесткого диска в рабочем режиме не касается поверхности пластин.

Для удобства работы жесткий диск делят на несколько разделов. Это разделение условное. Осуществляется такое при помощи операционной системы или специальными программами. Новые разделы называют логическими дисками. Им присваиваются буквы С, D, E или F. Обычно устанавливается на диск C, а файлы и папки хранят на других дисках, чтобы при крахе системы ваши файлы и папки не пострадали.

Посмотрите видеоролик о том, что такое жесткий диск:

Основные характеристики жестких дисков

Форм-фактор – это ширина жесткого диска в дюймах. Стандартный размер для настольного компьютера 3.5 дюйма, а для ноутбуков 2.5 дюйма;
Интерфейс – в современных компьютерах используется подключения к материнской плате SATA различных версий. SATA, SATA II, SATA III. В старых компьютерах используется интерфейс IDE.
Ёмкость – это максимальное количество информации, которое может хранить жесткий диск, измеряется в гигабайтах;
Скорость вращения шпинделя – это количество оборотов шпинделя в минуту. Чем больше скорость вращения диска, тем лучше. Для операционных систем необходимо ставить диски от 7 200 об/мин и выше, а для хранения файлов можно устанавливать диски с меньшей скоростью.
Время наработки на отказ – это среднее время безотказной работы, расчитанное производителем. Чем оно больше, тем лучше;
Время произвольного доступа — это среднее значение времени, требуемое головке для позиционирования на произвольном участке пластины. Величина не постоянная.
Ударостойкость – это способность жесткого диска переносить смену давления и удары.
Уровень шума, который издает диск во время работы, измеряется в децибеллах. Чем он меньше, тем лучше.

Сейчас уже есть диски SSD (solid-state drive в простом переводе — твёрдотельный накопитель), которые не имеют ни шпинделя, ни пластин. Это запоминающее устройство на основе микросхем памяти.

Доброго всем времени суток, мои дорогие друзья и читатели. Мне друг один рассказывал, что когда он работал еще в видеосалоне, то пришла к нему бабуля лет 70-80. Подошла к другу и сказала, что ей нужен «ХАДЭДЭ». Друг как бы сразу не понял и переспросил, мол хадэдэ? Она повторила еще раз, но когда увидела, что друган не вкуривает, то достала бумажку и сказала, что внук сказал ей купить ХАДЭДЭ.

На той бумажке было написано HDD 160 GB. Ну друг усмехнулся и сказал, что это жесткий диск для компьютера и направил их в другой магазин. Но удивляет больше не это. Как внучок мог вообще послать свою бабушку за жестким диском? Ну с дуба что ли рухнул?

Но я к чему клоню? Давайте я вас всё таки расскажу, что такое HDD в компьютере. Тогда у вас точно не будет вопросов, если вы захотите купить его себе.

HDD (Hard Disk Drive) — жесткий диск вашего компьютера. Вы можете услышать в разговорах и альтернативные названия этого устройства, например «Винчестер», «Винт», «Хард», «Жесткий» и т.д. Устройство это нужно для хранения вашей информации, кроме того на него устанавливается операционная система, в которой вы работаете. Т.е. без жесткого диска вы за компьютером особо ничего не поделаете.

Жесткий диск является долговременным источником памяти и после отключения питания вся информация остается на нем, в отличие от быстрой оперативной памяти. Поэтому вы можете всегда хранить на нем свои файлы, фотографии, музыку и т.д. Но конечно это устройство, поэтому не стоит забывать о для большей безопасности.

Я уже слышу вопрос «А почему же его называют винчестером? Это же стрелковое оружие!». Действительно, что может быть общего у устройства хранения информации и ружьем? Дело в том, что в 1973 году небезызвестная компания IBM выпустила жесткий диск модели 3340, но для созвучия его стали именовать просто «30-30», что означало два модуля по 30 мегабайт каждый.

Руководитель Кеннет Хотон нашел созвучие 30-30 в знаменитой винтовке. Дело в том, что патроны к этой винтовке имели такую же маркировку 30-30, где первая цифра означала размер калибра в дюймах (0.30 — 7,62 см), а вторая цифра означала вес пороха в гранах (это не опечатка, а мера веса), который засыпался патрон (30 гран — это примерно 1,94 грамма).

Для удобства и решено было использовать такое название в качестве сленга. Правда у американцев этот сленг уже давно не используется, а у нас еще пока не вышел из обихода, хотя чаще его можно слышать в сокращенной названии «Винт».

Устройство жесткого диска

Внешне эта штуковина выглядит как небольшая прямоугольная коробочка, но внутри ее находятся несколько магнитных дисков на одном шпенделе, которые внешне чем-то похожи на CD. И конечно же присутствует некая считывающая головка, которая и бегает по этим магнитным пластинам, считывая всю информацию. Ну естественно есть и другие составляющие, но думаю, что это всё уже детали.

И работа эта чем-то похожа на работу проигрывателя грампластинок, только считыватель без иголки и не прикасается к магнитным дискам, хотя расстояние между ними просто ничтожное.

Основные арактеристики жесткого диска

Объем

Объем вашего харда определяет, сколько информации вы сможете хранить на нем. Со временем размеры памяти на новых жестких увеличиваются, так как в этом есть реальная потребность. Если на моем первом компьютере объем был 40 ГБ и мне хватало с головой, то теперь у меня на компьютере 2000 ГБ и половину я уже забил. Конечно часть можно удалить без слез).

Но есть одна хитрость. Производители пишут размер, например 500 ГБ, но когда вы подключите винчестер к компьютеру, то увидите там гораздо меньший объем, где-то 476 ГБ. А куда же делось 24 лишних ГБ? Да всё очень просто.

Производители округляют размеры величин, мол 1 ГБ — это 1000 МБ, 1 МБ — это 1000 КБ, и т.д. Получается, что они вам продают диск объемом 500 миллионов байт и если разделить на 1000, а потом еще на 1000, то получится 500 ГБ.

Но ведь в 1 ГБ на самом деле не 1000, а 1024 МБ, так же как и в 1 МБ не 1000, а 1024 КБ. В итоге получается, что мы 500 миллионов делим на 1024, а потом еще на 1024 и получаем наши 476 ГБ с копейками. У меня на диске размером 2 Террабайта сжирается порядка 140 ГБ. Нехило, да? В общем теперь будете знать.

Скорость вращения

Производительность жесткого диска определяется также скоростью вращения шпинделя. И чем больше эта скорость, тем больше производительность диска, но тем больше требуется энергозатрат и больше вероятность отказа.

Для ноутбуков и внешних ЖД чаще всего используют скорость 5400 оборотов в минуту, так как это действительно целесообразнее для этих устройств. Скорость обмена информацией меньше, зато меньшая вероятность выхода из строя.

На стационарных компьютерах в большинстве случаях ставятся харды со скоростью 7200 об/мин. Здесь это действительно выгодно, так как на стационарниках как правило стоит более мощное оборудование, способное работать при такой скорости. Плюс ко всему компьютер постоянно подключен к розетке, а значит нехватки энергии не будет.

Существуют и большее количество оборотов, даже 15000, но здесь я их рассматривать не буду.

Интерфейс подключения

И конечно же жесткие диски постоянно совершенствуются и даже разъемы подключения у них меняются. Давайте посмотрим какие разъемы бывают.

IDE (ATA/PATA) — так называемый параллельный интерфейс с возможной скоростью использования данных до 133 МБ в секунду. Но сегодня этот интерфейс устарел и жестки с таким разъемом уже не производят.

SATA — Последовательный интерфейс, уже более современный, который пришел на замену IDE. У стандарта на данный момент есть три разных ревизии с разной скоростью передачи данных: SATA 1 — до 150 МБ/сек, SATA 2 — до 300 МБ/сек, SATA 3, до 600 МБ/сек.

USB — Этот стандарт относится к внешним переносным жестким дискам, которые подключаются к компьютеру через USB и спокойно можно работать. Плюс такого устройства в том, что вы в любой момент можете вырубить его, не отключая сам компьютер.

Есть и другие интерфейсы, например SCSI или SAS, но это уже не обязательные для простого пользования стандарты.

Форм-фактор

Меня тут недавно спросили, а что такое форм-фактор у хардов? Тут всё просто. Это всего лишь его габариты. Различают 2,5 и 3,5 дюйма. Есть конечно и другие, но ими в повседневной жизни никто не пользуется или они давно устарели.

В ноутбуки вставлют ЖД 2,5", а в стационарные компы 3,5". Я думаю, что вы ничего не перепутаете)

Ну вот вроде и всё, что я вам хотел поведать в этой статье. Но я уже слышу: «А почему не рассказал про SSD?». Друзья мои, про SSD надо писать отдельную статью, тем более этот вид является скоростным твердотельным накопителем. В общем обязательно про него напишу).

С уважением, Дмитрий Костин.

Жесткий диск или HDD это устройство, которое позволяет хранить информацию в течении длительного времени и которое является энергонезависимым. Простыми словами, железная коробочка, где находятся все ваши документы, фильмы, операционная система и все прочее. Если проводить жизненную аналогию, то это нечто вроде большого альбома. Взяв карандаш в руки, вы можете рисовать или же писать сочинения. Если вам что-то не понравится, то вы всегда можете взять "стерку". Суть в том, что в то время, когда альбом лежит в полке, то все данные остаются нетронутыми.

Важных аспектов в данном случае два. Первый - длительное хранение. Второй - энергонезависимость. Если в первом случае все должно быть понятно из примера с альбомом, то для второго случая я дам некоторые пояснения. Суть в том, что жесткому диску не требуется питание для хранения информации, в отличии от оперативной памяти . Так что вы можете выключать компьютер от сети и знать, что данные будут в сохранности.

Примечание : Есть распространенная версия откуда пошли жаргонные названия этой коробочки. Сегодня, жесткий диск часто называют винчестер или, сокращенно, винт. Пошло это от того, что первое такое устройство имело код схожий с патронами для винтовки винчестер. Насколько это правда сложно сказать, однако версия считается наиболее реальной.

Рассмотрим же эту коробочку подробнее.

Если вы заметили, то я уже несколько раз упомянул аббревиатуру HDD и не просто так. Дело в том, что техническое название этой коробочки - накопитель на жестких магнитных дисках или hard (magnetic) disk drive.

Но, вернемся у устройству жесткого диска. В основу этой коробочки ложится технология магнитной записи информации. И вот как это устроено. Есть круглые жесткие диски (их еще часто называют блинами), покрытые ферромагнитным материалом (может менять свои магнитные свойства). Есть специальная движущаяся головка (состоит из двух частей), которая, собственно, и осуществляет чтение и запись данных (часть головки для чтения, часть для записи).

Сам процесс происходит следующим образом. Диск постоянно крутится с достаточно высокой скоростью, а головка ходит вдоль диска и в нужный момент либо считывает данные, либо осуществляет запись. При этом важно отметить, что головка не касается диска, так как иначе покрытие диска могло бы повредится. Когда же диск выключен, то головка находится в специальной зоне (парковочной), опять же для предохранения ферромагнитного покрытия от повреждения.

Стоит знать, что внутренний механизм сделан так, чтобы чисто физически было бы очень сложно повредить поверхность диска с данными. Однако, все же со временем части ферромагнитной поверхности могут приходить в негодность. Тут как в известном выражении - "Ничто не вечно".

Так же стоит знать, что таких пластин может быть несколько внутри короба жесткого диска. Как вы уже наверное догадались, количество блинов влияет на объем хранимой информации. Но, не ограничивается этим. К примеру, давным давно диски были раза в 1,5 больше сегодняшних, а помещалось на них 20-40Мб.

Рисунок 1. Упрощенная схема круглого жесткого диска

Примечание : На рисунке цифрами указано: 1 - геометрический сектор, 2 - сектор дорожки, 3 - дорожка, 4 - кластер.

Рассмотрим, чуть более подробно саму поверхность блинов. Чтобы хранение и запись информации можно было структурировать, всю поверхность делят на специальные дорожки. Затем весь диск делится по геометрическим секторам (равным друг другу). Часть дорожки, которая находится внутри этого геометрического объекта называют сектор дорожки или попросту секторами. Объединение нескольких секторов называют кластером.

Так как диски крутятся с достаточно высокой скоростью (например, 7200 оборотов в минуту), то в качестве минимальной единицы хранения используют именно кластер. Обычно, кластер представлен размером 4 Кб и состоит из 8 сектором по 512 байтов. Кстати, именно поэтому реальный размер текстового файла, состоящего всего из одного символа, будет равен 4 Кб, так как, в принципе, размер делится именно по кластерам.

Примечание : Стоит знать, что существуют методы, позволяющие хранить в одном кластере данные нескольких файлов, однако обычно деление идет именно по кластерам.

Примечание : Так же советую ознакомиться со статьей Твердотельный жесткий диск или SSD накопитель , так как это следующий виток устройств для хранения данных.

Характеристики жестких дисков

Если с устройством жестких дисков, надеюсь, вам стало понятно, то для полноты картины осталось рассмотреть вопрос основных характеристик HDD.

1. Форм-фактор . Слова страшные, а по сути означают только лишь физический размер диска. Для стационарных компьютеров он обычно составляет 3,5 дюйма, для ноутбуков меньше, всего 2,5 дюйма

2. Емкость . Это по сути тот размер, сколько данных может хранить жесткий диск. Сегодня, диски измеряются в гигабайтах и террабайтах.

3. Скорость вращения шпинделя . Эта как раз та самая скорость, с которой крутятся блины. Обычно это 5400 для ноутбуков и 7200 для обычных компьютеров. Бывают и другие скорости, но в домашнем использовании они просто не нужны.

4. Уровень шума . Тут, вероятно, вы можете и сами догадаться о чем идет речь. Есть весьма громкие винчестеры, обычно самые простые, а есть и более тихие.

5. Ударостойкость или в простонародье живучесть . По сути, обозначает какие перегрузки может выносить жесткий диск без повреждения данных. Тем не менее, крайне не советую проверять это характеристику.

6. Интерфейс доступа . Интерфейс определяет разъемы, которые используются для подключения дисков к компьютеру. Раньше практически все HDD для домашних компьютеров были IDE, сегодня же в основном речь идет о SATA. В случае внешних дисков обычно USB. Стоит знать, что в реальности разъем самого диска не USB, просто внутри коробочки используется переходник с контроллером.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Как и в каком виде хранятся данные на жестком диске компьютера

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

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

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

Принцип работы жесткого диска

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

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

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

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

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

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

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

Жесткие диски, или, как их еще называют, винчестеры, являются одной из самых главных составляющих компьютерной системы. Об это знают все. Но вот далеко не каждый современный пользователь даже в принципе догадывается о том, как функционирует жесткий диск. Принцип работы, в общем-то, для базового понимания достаточно несложен, однако тут есть свои нюансы, о которых далее и пойдет речь.

Вопросы предназначения и классификации жестких дисков?

Вопрос предназначения, конечно, риторический. Любой пользователь, пусть даже самого начального уровня, сразу же ответит, что винчестер (он же жесткий диск, он же Hard Drive или HDD) сразу же ответит, что он служит для хранения информации.

В общем и целом верно. Не стоит забывать, что на жестком диске, кроме операционной системы и пользовательских файлов, имеются созданные ОС загрузочные секторы, благодаря которым она и стартует, а также некие метки, по которым на диске можно быстро найти нужную информацию.

Современные модели достаточно разнообразны: обычные HDD, внешние жесткие диски, высокоскоростные твердотельные накопители SSD, хотя их именно к жестким дискам относить и не принято. Далее предлагается рассмотреть устройство и принцип работы жесткого диска, если не в полном объеме, то, по крайней мере, в таком, чтобы хватило для понимания основных терминов и процессов.

Обратите внимание, что существует и специальная классификация современных HDD по некоторым основным критериям, среди которых можно выделить следующие:

способ хранения информации;
тип носителя;
способ организации доступа к информации.

Почему жесткий диск называют винчестером?

Сегодня многие пользователи задумываются над тем, почему называют винчестерами, относящимися к стрелковому оружию. Казалось бы, что может быть общего между этими двумя устройствами?

Сам термин появился еще в далеком 1973 году, когда на рынке появился первый в мире HDD, конструкция которого состояла из двух отдельных отсеков в одном герметичном контейнере. Емкость каждого отсека составляла 30 Мб, из-за чего инженеры дали диску кодовое название «30-30», что было в полной мере созвучно с маркой популярного в то время ружья «30-30 Winchester». Правда, в начале 90-х в Америке и Европе это название практически вышло из употребления, однако до сих пор остается популярным на постсоветском пространстве.

Устройство и принцип работы жесткого диска

Но мы отвлеклись. Принцип работы жесткого диска кратко можно описать как процессы считывания или записи информации. Но как это происходит? Для того чтобы понять принцип работы магнитного жесткого диска, в первую очередь необходимо изучить, как он устроен.

Сам жесткий диск представляет собой набор пластин, количество которых может колебаться от четырех до девяти, соединенных между собой валом (осью), называемым шпинделем. Пластины располагаются одна над другой. Чаще всего материалом для их изготовления служат алюминий, латунь, керамика, стекло и т. д. Сами же пластины имеют специальное магнитное покрытие в виде материала, называемого платтером, на основе гамма-феррит-оксида, окиси хрома, феррита бария и т. д. Каждая такая пластина по толщине составляет около 2 мм.

За запись и чтение информации отвечают радиальные головки (по одной на каждую пластину), а в пластинах используются обе поверхности. За которого может составлять от 3600 до 7200 об./мин, и перемещение головок отвечают два электрических двигателя.

При этом основной принцип работы жесткого диска компьютера состоит в том, что информация записывается не куда попало, а в строго определенные локации, называемые секторами, которые расположены на концентрических дорожках или треках. Чтобы не было путаницы, применяются единые правила. Имеется ввиду, что принципы работы накопителей на жестких дисках, с точки зрения их логической структуры, универсальны. Так, например, размер одного сектора, принятый за единый стандарт во всем мире, составляет 512 байт. В свою очередь секторы делятся на кластеры, представляющие собой последовательности рядом находящихся секторов. И особенности принципа работы жесткого диска в этом отношении состоят в том, что обмен информацией как раз и производится целыми кластерами (целым числом цепочек секторов).

Но как же происходит считывание информации? Принципы работы накопителя на жестких магнитных дисках выглядят следующим образом: с помощью специального кронштейна считывающая головка в радиальном (спиралевидном) направлении перемещается на нужную дорожку и при повороте позиционируется над заданным сектором, причем все головки могут перемещаться одновременно, считывая одинаковую информацию не только с разных дорожек, но и с разных дисков (пластин). Все дорожки с одинаковыми порядковыми номерами принято называть цилиндрами.

При этом можно выделить еще один принцип работы жесткого диска: чем ближе считывающая головка к магнитной поверхности (но не касается ее), тем выше плотность записи.

Как осуществляется запись и чтение информации?

Жесткие диски, или винчестеры, потому и были названы магнитными, что в них используются законы физики магнетизма, сформулированные еще Фарадеем и Максвеллом.

Как уже говорилось, на пластины из немагниточувствительного материала наносится магнитное покрытие, толщина которого составляет всего лишь несколько микрометров. В процессе работы возникает магнитное поле, имеющее так называемую доменную структуру.

Магнитный домен представляет собой строго ограниченную границами намагниченную область ферросплава. Далее принцип работы жесткого диска кратко можно описать так: при возникновении воздействия внешнего магнитного поля, собственное поле диска начинает ориентироваться строго вдоль магнитных линий, а при прекращении воздействия на дисках появляются зоны остаточной намагниченности, в которой и сохраняется информация, которая ранее содержалась в основном поле.

За создание внешнего поля при записи отвечает считывающая головка, а при чтении зона остаточной намагниченности, оказавшись напротив головки, создает электродвижущую силу или ЭДС. Далее все просто: изменение ЭДС соответствует единице в двоичном коде, а его отсутствие или прекращение - нулю. Время изменения ЭДС принято называть битовым элементом.

Кроме того, магнитную поверхность чисто из соображений информатики можно ассоциировать, как некую точечную последовательность битов информации. Но, поскольку местоположение таких точек абсолютно точно вычислить невозможно, на диске нужно установить какие-то заранее предусмотренные метки, которые помогли определить нужную локацию. Создание таких меток называется форматированием (грубо говоря, разбивка диска на дорожки и секторы, объединенные в кластеры).

Логическая структура и принцип работы жесткого диска с точки зрения форматирования

Что касается логической организации HDD, здесь на первое место выходит именно форматирование, в котором различают два основных типа: низкоуровневое (физическое) и высокоуровневое (логическое). Без этих этапов ни о каком приведении жесткого диска в рабочее состояние говорить не приходится. О том, как инициализировать новый винчестер, будет сказано отдельно.

Низкоуровневое форматирование предполагает физическое воздействие на поверхность HDD, при котором создаются секторы, расположенные вдоль дорожек. Любопытно, что принцип работы жесткого диска таков, что каждый созданный сектор имеет свой уникальный адрес, включающий в себя номер самого сектора, номер дорожки, на которой он располагается, и номер стороны пластины. Таким образом, при организации прямого доступа та же оперативная память обращается непосредственно по заданному адресу, а не ищет нужную информацию по всей поверхности, за счет чего и достигается быстродействие (хотя это и не самое главное). Обратите внимание, что при выполнении низкоуровневого форматирования стирается абсолютно вся информация, и восстановлению она в большинстве случаев не подлежит.

Другое дело - логическое форматирование (в Windows-системах это быстрое форматирование или Quick format). Кроме того, эти процессы применимы и к созданию логических разделов, представляющих собой некую область основного жесткого диска, работающую по тем же принципам.

Логическое форматирование, прежде всего, затрагивает системную область, которая состоит из загрузочного сектора и таблиц разделов (загрузочная запись Boot record), таблицы размещения файлов (FAT, NTFS и т. д.) и корневого каталога (Root Directory).

Запись информации в секторы производится через кластер несколькими частями, причем в одном кластере не может содержаться два одинаковых объекта (файла). Собственно, создание логического раздела, как бы отделяет его от основного системного раздела, вследствие чего информация, на нем хранимая, при появлении ошибок и сбоев изменению или удалению не подвержена.

Основные характеристики HDD

Думается, в общих чертах принцип работы жесткого диска немного понятен. Теперь перейдем к основным характеристикам, которые и дают полное представление обо всех возможностях (или недостатках) современных винчестеров.

Принцип работы жесткого диска и основные характеристики могут быть совершенно разными. Чтобы понять, о чем идет речь, выделим самые основные параметры, которыми характеризуются все известные на сегодня накопители информации:

емкость (объем);
быстродействие (скорость доступа к данным, чтение и запись информации);
интерфейс (способ подключения, тип контроллера).

Емкость представляет собой общее количество информации, которая может быть записана и сохранена на винчестере. Индустрия по производству HDD развивается так быстро, что сегодня в обиход вошли уже жесткие диски с объемами порядка 2 Тб и выше. И, как считается, это еще не предел.

Интерфейс - самая значимая характеристика. Она определяет, каким именно способом устройство подключается к материнской плате, какой именно контроллер используется, как осуществляется чтение и запись и т. д. Основными и самыми распространенными интерфейсами считаются IDE, SATA и SCSI.

Диски с IDE-интерфейсом отличаются невысокой стоимостью, однако среди главных недостатков можно выделить ограниченное количество одновременно подключаемых устройств (максимум четыре) и невысокую скорость передачи данных (причем даже при условии поддержки прямого доступа к памяти Ultra DMA или протоколов Ultra ATA (Mode 2 и Mode 4). Хотя, как считается, их применение позволяет повысить скорость чтения/записи до уровня 16 Мб/с, но в реальности скорость намного ниже. Кроме того, для использования режима UDMA требуется установка специального драйвера, который, по идее, должен поставляться в комплекте с материнской платой.

Говоря о том, что собой представляет принцип работы жесткого диска и характеристики, нельзя обойти стороной и который является наследником версии IDE ATA. Преимущество данной технологии состоит в том, что скорость чтения/записи можно повысить до 100 Мб/с за счет применения высокоскоростной шины Fireware IEEE-1394.

Наконец, интерфейс SCSI по сравнению с двумя предыдущими является наиболее гибким и самым скоростным (скорость записи/чтения достигает 160 Мб/с и выше). Но и стоят такие винчестеры практически в два раза дороже. Зато количество одновременно подключаемых устройств хранения информации составляет от семи до пятнадцати, подключение можно осуществлять без обесточивания компьютера, а длина кабеля может составлять порядка 15-30 метров. Собственно, этот тип HDD большей частью применяется не в пользовательских ПК, а на серверах.

Быстродействие, характеризующее скорость передачи и пропускную способность ввода/вывода, обычно выражается временем передачи и объемом передаваемых расположенных последовательно данных и выражается в Мб/с.

Некоторые дополнительные параметры

Говоря о том, что представляет собой принцип работы жесткого диска и какие параметры влияют на его функционирование, нельзя обойти стороной и некоторые дополнительные характеристики, от которых может зависеть быстродействие или даже срок эксплуатации устройства.

Здесь на первом месте оказывается скорость вращения, которая напрямую влияет на время поиска и инициализации (распознавания) нужного сектора. Это так называемое скрытое время поиска - интервал, в течение которого необходимый сектор поворачивается к считывающей головке. Сегодня принято несколько стандартов для скорости вращения шпинделя, выраженной в оборотах в минуту со временем задержки в миллисекундах:

3600 - 8,33;
4500 - 6,67;
5400 - 5,56;
7200 - 4,17.

Нетрудно заметить, что чем выше скорость, тем меньшее время затрачивается на поиск секторов, а в физическом плане - на оборот диска до установки для головки нужной точки позиционирования пластины.

Еще один параметр - внутренняя скорость передачи. На внешних дорожках она минимальна, но увеличивается при постепенном переходе на внутренние дорожки. Таким образом, тот же процесс дефрагментации, представляющий собой перемещение часто используемых данных в самые быстрые области диска, - не что иное, как перенос их на внутреннюю дорожку с большей скоростью чтения. Внешняя скорость имеет фиксированные значения и напрямую зависит от используемого интерфейса.

Наконец, один из важных моментов связан с наличием у жесткого диска собственной кэш-памяти или буфера. По сути, принцип работы жесткого диска в плане использования буфера в чем-то похож на оперативную или виртуальную память. Чем больше объем кэш-памяти (128-256 Кб), тем быстрее будет работать жесткий диск.

Главные требования к HDD

Основных требований, которые в большинстве случаев предъявляются жестким дискам, не так уж и много. Главное - длительный срок службы и надежность.

Основным стандартом для большинства HDD считается срок службы порядка 5-7 лет со временем наработки не менее пятисот тысяч часов, но для винчестеров высокого класса этот показатель составляет не менее миллиона часов.

Что касается надежности, за это отвечает функция самотестирования S.M.A.R.T., которая следит за состоянием отдельных элементов жесткого диска, осуществляя постоянный мониторинг. На основе собранных данных может формироваться даже некий прогноз появления возможных неисправностей в дальнейшем.

Само собой разумеется, что и пользователь не должен оставаться в стороне. Так, например, при работе с HDD крайне важно соблюдать оптимальный температурный режим (0 - 50 ± 10 градусов Цельсия), избегать встрясок, ударов и падений винчестера, попадания в него пыли или других мелких частиц и т. д. Кстати сказать, многим будет интересно узнать, что те же частицы табачного дыма примерно в два раза больше расстояния между считывающей головкой и магнитной поверхностью винчестера, а человеческого волоса - в 5-10 раз.

Вопросы инициализации в системе при замене винчестера

Теперь несколько слов о том, какие действия нужно предпринять, если по каким-то причинам пользователь менял жесткий диск или устанавливал дполнительный.

Полностью описывать это процесс не будем, а остановимся только на основных этапах. Сначала винчестер необходимо подключить и посмотреть в настройках BIOS, определилось ли новое оборудование, в разделе администрирования дисков произвести инициализацию и создать загрузочную запись, создать простой том, присвоить ему идентификатор (литеру) и выполнить форматирование с выбором файловой системы. Только после этого новый «винт» будет полностью готов к работе.

Заключение

Вот, собственно, и все, что вкратце касается основ функционирования и характеристик современных винчестеров. Принцип работы внешнего жесткого диска здесь не рассматривался принципиально, поскольку он практически ничем не отличается от того, что используется для стационарных HDD. Единственная разница состоит только в методе подключения дополнительного накопителя к компьютеру или ноутбуку. Наиболее распространенным является соединение через USB-интерфейс, который напрямую соединен с материнской платой. При этом, если хотите обеспечить максимальное быстродействие, лучше использовать стандарт USB 3.0 (порт внутри окрашен в синий цвет), естественно, при условии того, что и сам внешний HDD его поддерживает.

В остальном же, думается, многим хоть немного стало понятно, как функционирует жесткий диск любого типа. Быть может, выше было приведено слишком много тем более даже из школьного курса физики, тем не менее без этого в полной мере понять все основные принципы и методы, заложенные в технологиях производства и применения HDD, понять не получится.