Massdomain.ru

Хостинг и домены
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как устроен жесткий диск компьютера (HDD)

Как устроен жесткий диск компьютера (HDD)

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

zhestkii-disk-v-razobrannom-sostoianii

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

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

ustroistvo-zhestkogo-diska-kompiutera

Подготовка к подключению

На данный момент времени жесткие диски могут включать в себя два разных, но не одинаковых одновременно интерфейса: IDE или SATA.

в чем разница интерфейсов ide и sata

На рисунке слева показан шлейф интерфейса SATA, справа – IDE

По большей части, интерфейс IDE практически не используется на новых компьютерах, и на то есть несколько причин. Он имеет намного меньше скорость передачи и пропускную способность, чем SATA. Также IDE неудобен в эксплуатации из-за довольно крупного шлейфа.

Альтернативный же интерфейс вы встретите, скорее всего, в большинстве случаев. Обычно провод, проходящий к разъему SATA, красного цвета (как и сам разъем), поэтому вы сможете легко его найти в своем компьютере.

Если же у вас вдруг используется IDE разъем, то не стоит сильно переживать. Его мы также затронем в нашей статье, и я расскажу, как через него подключить жесткий диск к компьютеру. Но перед этим бы хотелось вас попросить, чтобы вы открыли системный блок и получили доступ к его содержимому. Сделали? Теперь давайте ознакомимся с небольшим инструктажем:

  • Посмотрите, установлен ли у вас на компьютере жесткий диск (он будет безоговорочно присутствовать, если компьютер не новый и вы им регулярно пользуетесь). Вы сможете легко установить и второй накопитель – обычно специальное пространство расположено под CD/DVD приводом.
  • Проверьте, имеется ли свободное пространство для установки второго HDD диска. Если места нет, то в этом случае рекомендуется приобрести внешний накопитель либо использовать «инженерные схемы» для монтажа второго винчестера.
  • Не забывайте об интерфейсах, о которых было сказано ранее. Проверьте, какой именно поддерживается в вашем компьютере, чтобы не ошибиться в выборе.
  • Также убедитесь в магазине, что вы приобретаете жесткий диск 3,5 дюйма. Меньшие накопители предназначены для ноутбуков, их покупать не нужно.
Читайте так же:
Биос не видит ssd диск что делать

С ознакомительной частью у нас всё, далее перейдем непосредственно к подключению жесткого диска через разъемы IDE и SATA.

Зачем нужен жесткий диск?

В общем и целом жесткий диск нужен, чтобы хранить данные. На компьютере это все ваши фотографии, видео, музыка, документы и приложения; кроме того, код операционной системы вашего компьютера, программные платформы и драйверы также хранятся на жестких дисках. Емкость жесткого диска измеряется в мегабайтах (МБ), гигабайтах (ГБ) и терабайтах (ТБ).

Жесткий диск отличается от ОЗУ (оперативной памяти), которая представляет собой устройство для временного хранения данных компьютера, требующее электропитания для этой цели, а следовательно, являющееся энергозависимым ЗУ, сохраняющим данные только при включенном компьютере. ОЗУ используется не для личных данных, а для функционирования компьютера. Чтобы вы могли работать без перебоев и переключаться между задачами и приложениями, начиная с того места, где закончили, вашему компьютеру требуется память. ОЗУ является устройством первичного (оперативного) хранения данных, а HDD и SSD относятся к категории устройств вторичного, или долговременного, хранения данных.

Жесткий диск — это запоминающее устройство для хранения ваших файлов и данных в течение длительного времени. Сохраняя файл на свой компьютер, вы сохраняете его на жестком диске устройства. Жесткий диск — это картотечный шкаф для ваших цифровых файлов.

Таблица разделов

Схема MBR

Информация о размещении разделов на жёстком диске хранится в таблице разделов (partition table), которая является частью главной загрузочной записи (MBR). MBR располагается в первом физическом секторе жёсткого диска.

Главная загрузочная запись (англ. master boot record, MBR) — код и данные, необходимые для последующей загрузки операционной системы и расположенные в первых физических секторах (чаще всего в самом первом) на жёстком диске или другом устройстве хранения информации.

MBR содержит небольшой фрагмент исполняемого кода, таблицу разделов (partition table) и специальную сигнатуру.

Функция MBR — «переход» в тот раздел жёсткого диска, с которого следует исполнять «дальнейший код» (обычно — загружать ОС). На «стадии MBR» происходит выбор раздела диска, загрузка кода ОС происходит на более поздних этапах алгоритма.

В процессе запуска компьютера, после окончания начального теста (Power-on self-test — POST), Базовая система ввода-вывода (BIOS) загружает «код MBR» в оперативную память (в IBM PC обычно с адреса 0000:7c00) и передаёт управление находящемуся в MBR загрузочному коду.

Читайте так же:
Материнская плата asus p8h77 v характеристики

Классическая структура главной загрузочной записи (MBR)

СмещениеДлина, байтОписание
0000h446Машинный код загрузчика
01BEh16Раздел 1Таблица разделов
01CEh16Раздел 2
01DEh16Раздел 3
01EEh16Раздел 4
01FEh2Сигнатура (55h AAh)

В MBR под таблицу разделов выделено 64 байта. Каждая запись занимает 16 байт. Таким образом, всего на жестком диске может быть создано не более четырёх разделов. Когда разрабатывалась структура MBR, это считалось достаточным. Однако, позднее был введён дополнительный раздел, структура которого позволяет создавать внутри него неограниченное число логических дисков (разделов).

Таким образом, MBR может содержать не более четырёх первичных (primary) разделов, либо, как вариант, не более трёх первичных и один расширенный (extended) раздел. Расширенный раздел — это костыль, придуманный в 1980-х для того, чтобы можно было создать больше четырёх разделов.

Организация таблицы разделов налагает ограничение в 2 ТБ на общий размер адресуемого места на диске.

Схема GPT

В новых компьютерах, перешедших на технологию EFI вместо BIOS, используется не MBR, а GPT (GUID Partition Table).

  • Нет ограничений на количество основных разделов, а логических и расширенных за ненадобностью не существует. Точнее, по умолчанию есть лимит в 128 разделов.
  • Нет ограничения в 2 ТБ.
  • Для именования разделов используются уникальные идентификаторы (GUID), нет риска конфликтов имён или смещения нумерации разделов.
  • Принудительно используется LBA вместо CHS.
  • Структуры, описывающие разметку, дублируются в конце диска. При повреждении начальных секторов можно восстановить.
  • Обеспечивается проверка целостности структур при помощи контрольных сумм.
  • Можно давать разделам имена (независимо от ФС).
  • GPT является родной технологией для EFI/UEFI.

Характеристики жесткого диска

Современный рынок жестких дисков предлагает на выбор самые разнообразные модели винчестеров, отличающиеся между собой по различным техническим параметрам. Вот основные характеристики, по которым различаются жесткие диски:

  • Интерфейс подключения.Большинство современных жестких дисков подключаются к материнской плате посредством интерфейса SATA, однако встречаются модели и с другими типами подключений: eSATA, FireWire, Thunderbolt и IDE.
  • Емкость. Величина, характеризующая количество информации, способное поместиться на жестком диске. На данный момент наибольшей популярностью пользуются накопители емкостью 500 Гб и 1 Тб.
  • Форм-фактор. Современные жесткие диски выпускают в двух физических размерах: 2,5 дюйма и 3,5 дюйма. Первые предназначены для использования в ноутбуках и компактных версиях ПК, вторые используются в обычных настольных компьютерах.
  • Скорость вращения шпинделя. Чем выше скорость вращения шпинделя жесткого диска, тем быстрее он работает. Основная масса винчестеров на рынке имеют скорость вращения 5400 или 7200 оборотов за минуту, однако встречаются также диски со скоростью вращения шпинделя 10000 об/мин.
  • Объем буфера. Для сглаживания разницы в скорости чтения/записи и передачи через интерфейс в жестких дисках используется промежуточная память, именуемая буфером. Объем буфера составляет от 8 до 128 мегабайт.
  • Время произвольного доступа. Это время, которое требуется для выполнение операции по позиционированию магнитной головки на произвольный участок поверхности жесткого диска. Может составлять от 2,5 до 16 миллисекунд.
Читайте так же:
Делаем внешний жесткий диск

Характеристики жесткого диска

Интерфейс — поддерживаемый стандарт обмена данными с накопителями информации: ATA (IDE, PATA), SATA.

Ёмкость — объём данных, которые может хранить жесткий диск (ГБ, ТБ).

Форм-фактор — физический размер диска с ферромагнитным покрытием: 3,5 или 2,5 дюйма.

Время доступа — время, за которое жесткий диск гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска (диапазон от 2,5 до 16 мс).

Скорость вращения шпинделя – параметр от которого зависит время доступа и средняя скорость передачи данных. Жесткие диски для ноутбуков имеют скорость вращения 4200, 5400 и 7200 оборотов в минуту, а для стационарных компьютеров 5400, 7200 и 10 000 об/мин.

Ввод-вывод — количество операций ввода-вывода в секунду. Обычно жесткий диск производит около 50 операций в секунду при произвольном доступе и около 100 при последовательном.

Потребление энергии — потребляемая мощность в Ваттах, важный фактор для мобильных устройств.

Уровень шума – шум в децибелах, который создает механика жесткого диска при его работе (вращение шпинделя, аэродинамика, позиционирование). Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже.

Ударостойкость — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам. Измеряется в единицах допустимой перегрузки (G) во включённом и выключенном состоянии.

Скорость передачи данных – скорость чтения/записи при последовательном доступе (внутренняя зона диска — от 44,2 до 74,5 Мб/с, внешняя зона диска — от 60,0 до 111,4 Мб/с).

Объём буфера — промежуточная память (Мб), предназначенная для сглаживания разницы скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. Обычно варьируется от 8 до 64 Мб.

Жесткие диски SMR: за и против

Жесткие диски SMR: за и против

Покупая жесткий диск, пользователи ориентируются на объем, форм-фактор, скорость вращения шпинделя и размер кэша. Однако есть еще одна характеристика, которая существенно влияет на производительность винчестеров – технология записи.

Читайте так же:
Материнская плата asus h81 plus

Технология записи жестких дисков

Схема работы жесткого диска не сложная. Круглые пластины из металла с покрытием из ферромагнитного сплава, вращаются на шпинделе. На пишущие головки подается напряжение, которое намагничивает участки дисков. Каждый намагниченный участок называется доменом, и хранит бит данных, приобретая значения 0 или 1. Значение домена определяется магнитным вектором.

Сейчас в жестких дисках используется две технологии записи информации:

CMR – аббревиатура от «conventional magnetic recording», что обозначает «обычная магнитная запись». Из названия видно, что это стандартная технология записи, которая распространена у большинства современных жестких дисков.

На самом деле, CMR – это упрощенный вариант, произошедший от аббревиатуры PMR, обозначающей технологию перпендикулярной записи. Это значит, что вектор намагниченности доменов располагается под прямым углом к плоскости диска, то есть перпендикулярно. В CMR-накопителях при записи информации треки (дорожки) накладываются параллельно, не взаимодействуя друг с другом.

SMR – черепичная магнитная запись. Все треки записываются, частично накладываясь на предыдущий, словно черепица на крыше. Если необходимо перезаписать информацию в середине массива, системе придется продублировать второй трек, который наложен сверху, что влечет за собой перезапись третьего по счету и дальше по цепочке.

Чтоб избежать перезаписи всего диска, дорожки объединяют в ленты. При записи информации, обновление треков не выходит за пределы одной ленты.

Управление процессами записи и перезаписи осуществляется компонентами самого диска или и с участием системы ПК:

DM-SMR – запись регулируется только контроллером. К этой группе относится большинство жестких дисков пользовательского сегмента.

HM-SMR – процессы записи и чтения контролируются системой (хостом), а фиксация данных осуществляется строго последовательно.

HA-SMR – комбинация двух технологий, процессы записи могут контролироваться силами винчестера или хоста.

Также в различных источниках можно встретить упоминание о технологии LMR. Это продольная запись, при которой магнитный вектор находится на плоскости диска. Технология устаревшая и с 2010 года не используется.

Плюсы и минусы SMR

У дисков с черепичной технологией записи есть определенные преимущества:

  • Наслоение треков позволяет существенно экономить место на физическом диске винчестера, а значит повышается емкость накопителя.
  • Необходимого объема накопителя можно достичь меньшим количеством физических дисков, следовательно, уменьшается вес, энергопотребление, шум и степень нагрева.
  • SMR-диски имеют меньшую себестоимость.

Не обошлось и без недостатков:

  • При регулярной перезаписи информации, диск быстрее изнашивается, появляются ошибки и битые сектора.
  • Если объем перезаписываемых данных большой, или на диске осталось мало свободного пространства, активизируется технология случайной записи. Это значит, что записываемая информация распределяется по пустующим участкам диска в случайном порядке. При этом устройству приходится перезаписывать большое количество лент, что в свою очередь приводит к существенному падению скорости записи и времени отклика диска.
Читайте так же:
Жесткий диск является внешней памятью

Однако самой острой проблемой по мнению пользователей является тот факт, что не все производители считают нужным сообщать, какая технология записи используется в различных моделях.

Компания Seagate – наверное единственная, которая откровенно заявила о применении технологии SMR в своих жестких дисках. Но в апреле 2020 года несколько журналистских расследований доказали, что технология черепичной записи используется и другими корпорациями без соответствующей маркировки и каких-либо упоминаний.

Полемика велась больше месяца, в результате производители опубликовали списки моделей дисков SMR и написали подробные рекомендации по эксплуатации к линейкам, предназначенным для data-центров, NAS-хранилищ и RAID-массивов. Это именно те конфигурации систем хранения данных, которые в большей степени зависят от скоростных характеристик накопителей.

Как правильно использовать диски SMR

Несмотря на очевидные и в некоторых случаях критичные недостатки, SMR-диски нельзя считать продуктами недостойными внимания. В некоторых сценариях экономия может быть вполне оправдана.

Идеальным режимом эксплуатации SMR-дисков является сценарий WORM – «однократно записал, многократно прочитал». Или-же Cold Data — «холодне данные» – информации которая записывается и крайне редко заменяется, в основном только читается. Также накопители можно использовать в качестве домашних хранилищ статичного контента: фотографий, аудиотеки, фильмов и прочего.

Падение скоростей дисков SMR не доставит проблем в сборках с достаточным количеством оперативной памяти. Объем ОЗУ определяет частоту обращения к файлу подкачки. Если в ПК установлена оперативная память в объеме 16 ГБ и более, файл подкачки задействуется по минимуму, снижая нагрузку на винчестер.

Избавить винчестер от чрезмерной нагрузки поможет установка в систему пользовательского SSD. На твердотельный накопитель следует установить операционную систему, игры, рабочие программы и приложения. Другими словами, все те элементы, которые в процессе работы ПК часто модифицируются.

SMR-диски крайне не рекомендуется использовать в конфигурациях массивов RAID 5/50, RAID 6/60, RAIDZ. Высокая степень нагрузки может привести к падению производительности всего массива. В домашних NAS-хранилищах с конфигурацией RAID 5 допускается использование младших моделей винчестеров WD линейки Red.

Таким образом, если выбрать правильный сценарий эксплуатации, жесткие диски SMR с «черепичной» магнитной записью могут стать удачным выбором для создания систем хранения информации за умеренную цену.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector