Твърд диск: принцип на работа и основни характеристики

Твърдите дискове или, както се наричат, твърди дискове, са един от най-важните компоненти на компютърната система. Всеки знае това. Но далеч от всеки модерен потребител, дори принципно познава как функционира твърдият диск. Принципът на работа, по принцип, за основно разбиране е съвсем прост, но има някои нюанси, за които ще продължим.

Въпроси относно целта и класификацията на твърдите дискове?

Въпросът за целта, разбира се, е реторика. Всеки потребител, дори най-основното ниво, веднага отговаря, че твърдият диск (който също е твърд диск, известен като твърд диск или твърд диск) веднага отговаря, че служи за съхраняване на информация.

Като цяло, това е вярно. Не забравяйте, че на твърдия диск, с изключение на операционната система и потребителски файлове са създадени от секторите на зареждане на операционната система, благодарение на която тя ще започне, както и някои марки, които диска могат бързо да намерят желаната информация.

Модерните модели са доста разнообразни: конвенционални твърди дискове, външни твърди дискове, високоскоростни SSD SSD, въпреки че те не са строго класифицирани като твърди дискове. След това се предлага да се разгледа устройството и принципът на твърдия диск, ако не и в неговата цялост, поне по такъв начин, че да бъдат достатъчни, за да се разберат основните термини и процеси.

Имайте предвид, че има и специална класификация на съвременния твърд диск според някои основни критерии, сред които са следните:

• метод за съхранение на информация;
• вид превозвач;
• начин за организиране на достъпа до информация.

Защо твърдият диск се нарича твърд диск?

Днес много потребители мислят защо твърдите дискове се наричат ​​твърди дискове с малък капацитет. Изглежда, че между двете устройства може да има нещо общо?

Самият термин се появи през 1973 г., когато на пазара се появи първият твърд диск в света, чийто дизайн се състоеше от две отделни отделения в един запечатан контейнер. Капацитетът на всяко отделение е 30 MB, което е и причината Инженерите кодовото име на диска "30-30", която е напълно в унисон с марката популярна по времето пистолета "Уинчестър, 30-30". Въпреки това, в началото на 90-те години в Америка и Европа, това име почти не се използва, но все още остава популярно в постсъветското пространство.

Устройството и принципът на твърдия диск

Но ние се отклоняваме. Принципът на работа на твърдия диск може да бъде описан накратко като процес на четене или писане на информация. Но как става това? За да разберем принципа на магнитния твърд диск, първо трябва да проучим как е подреден.

Самият твърд диск е набор плочи, чийто брой може да варира от четири до девет, свързани с вал (ос), наречен шпиндел. Плочите се поставят една над друга. В повечето случаи, материалът за тяхното производство са алуминий, месинг, керамика, стъкло и други подобни. Г. Самите на плочата има специална магнитно покритие от материал, наречен блюдото, базирани на гама ферит оксид, хромен оксид, бариев ферит и т. D Всяка такава плоча има дебелина около 2 mm.

За записването и четенето на информация радиалните глави (по една за всяка плоча) са отговорни и двете плоскости се използват в плочите. За въртене на шпиндела, чиято скорост може да бъде от 3600 до 7200 об / мин, а движението на главите съответства на два електродвигателя.

Същевременно основният принцип на работата на компютъра с твърд диск е, че информацията се записва не само навсякъде, но и в строго дефинирани места, наречени сектори, които се намират на концентрични песни или писти. За да се избегне объркване, се прилагат единни правила. Това означава, че принципите на твърдите дискове въз основа на логическата им структура са универсални. Така например, размерът на един сектор, приет за един стандарт в целия свят, е 512 байта. От своя страна секторите са разделени на клъстери, които са последователности от редица сектори. Характеристиките на принципа на твърдия диск в това отношение са, че обменът на информация се извършва само от цели клъстери (цял брой сектори).

Но как да прочетете информацията? шофиране работи: твърд диск, както следва: С помощта на специална глава скоба четене в радиално (спираловидна) посока се движи до желаната песен и при завой е позициониран върху даден сектор, всички началници могат да се местят едновременно чрез четене на една и съща информация не само от различни писти , но и от различни дискове (плочи). Всички песни със същите номера се наричат ​​цилиндри.

Възможно е да се разграничи още един принцип на работа на твърдия диск: колкото по-близо е четящата глава до магнитната повърхност (но не я докосва), толкова по-висока е плътността на записване.

Как се записва и чете информацията?

Твърди дискове или твърди дискове се наричат ​​магнитни, за да използват законите на физиката на магнетизма, формулирани още Фарадей и Максуел.

Както вече беше споменато, плоча от немагнетично чувствителен материал е покрита с магнитно покритие, чиято дебелина е само няколко микрометра. В процеса на работа възниква магнитно поле, което има така наречената домейна.

Магнитният домейн е строго ограничен от магнетизираната област на феросплавта. Допълнителна принцип HDD операция може да се обобщи по следния начин: в случай на външно магнитно поле, което правилното диск започва да се ръководи именно по магнитните линии и при прекратяване на въздействието върху дисковете се появи остатъчен зона, в която се съхранява информацията по-рано, съдържаща се в основното поле ,

За създаването на външно поле главата за четене е отговорна за писането и когато чете зоната на останала магнетизация, която е срещу главата, създава електродвижеща сила или ЕМП. Освен това всичко е просто: промяната в ЕМП съответства на една в двоичния код и нейното отсъствие или прекратяване е нула. Времето за промяна на EMF обикновено се нарича малко елемент.

В допълнение, магнитната повърхност може да се свърже чисто като информативна причина, като определена битова последователност от информационни бита. Но тъй като местоположението на такива точки не може да бъде точно изчислено, е необходимо да се инсталират някои предварително определени маркировки върху диска, които помогнаха да се определи желаното местоположение. Създаването на такива етикети се нарича форматиране (грубо казано, разделяне на диска в песни и сектори, групирани в клъстери).

Логическа структура и принцип на работа на твърдия диск по отношение на форматирането

Що се отнася до логическата организация на HDD, тук първото място е форматирането, в което има два основни типа: ниско ниво (физическо) и високо ниво (логично). Без тези стъпки не е необходимо да се говори за привеждане на твърд диск в работно състояние. За това как да инициализирате нов твърд диск ще бъде обсъден отделно.

Форматирането на ниско ниво предполага физическо въздействие върху повърхността на твърдия диск, в която се създават сектори по дължината на песните. Интересно е, че принципът на твърдия диск е, че всеки създаден сектор има свой собствен уникален адрес, който включва номера на сектора, номера на песента, на който се намира, и страничния номер на табелата. По този начин, в организацията на директен достъп, същата RAM се достига директно от дадения адрес и не търси необходимата информация за цялата повърхност, поради която се постига скорост (въпреки че това не е най-важното нещо). Имайте предвид, че при извършване на форматиране на ниско ниво абсолютно цялата информация се изтрива и в повечето случаи не се възстановява.

Друго нещо - логическо форматиране (в Windows базирани системи това е бързо форматиране или бърз формат). В допълнение, тези процеси са приложими и за създаването на логически дялове, представляващи определена част от главния твърд диск, работеща по същите принципи.

Логически форматиране засяга основно района на система, която се състои от зареждащия сектор и таблицата на дяловете (Boot запис MBR) на таблицата за разпределение на файлове (FAT, NTFS, и така нататък. Г.) И в главната директория (главната директория).

Информацията се записва в секторите чрез клъстера в няколко части и два идентични обекта (файлове) не могат да се съдържат в един клъстер. Всъщност създаването на логически дял, което е било, го отделя от главния системен дял, така че информацията, съхранявана върху него, когато се появят грешки и повреди, не подлежи на промяна или премахване.

Основни характеристики на твърдия диск

Мисля, че по принцип принципът на твърдия диск е малко разбираем. Сега да преминем към основните характеристики, които дават пълна картина на всички възможности (или недостатъци) на съвременните твърди дискове.

Принципът на работа на твърдия диск и основните характеристики могат да бъдат напълно различни. За да разберем какво става, нека да изведем най-основните параметри, които характеризират всички известни устройства за съхранение на информация:

• капацитет (обем);
• скорост (скорост на достъп до данни, информация за четене и запис);
• интерфейс (метод на свързване, тип контролер).

Капацитетът е общото количество информация, която може да бъде написана и запазена на твърдия диск. Промишлеността за производство на твърди дискове се развива толкова бързо, че днес дисковите устройства с твърд диск с обем от 2 TB и повече вече са влезли в употреба. Смята се, че това не е границата.

Интерфейсът е най-важната характеристика. Той определя как устройството се свързва с дънната платка, кой контролер използва, как го чете и пише и т.н. Основните и най-често срещаните интерфейси са IDE, SATA и SCSI.

Дискове с IDE интерфейс различен ниска цена, обаче, сред основните недостатъци могат да различат ограничен брой едновременно свързани устройства (максимум четири) и ниска скорост на данни (и дори с подкрепата на директен достъп до паметта Ultra DMA или протоколи Ultra ATA (Mode 2 и Mode 4). Въпреки че се смята използването им може да се увеличи нивото на скоростта на четене / запис на 16 MB / сек, но скоростта е много по-ниска, отколкото в действителност. в допълнение, в режим UDMA изисква инсталирането на специални драйвери, които на теория, трябва да бъдат пакетирани с дънната платка.

Говорейки за това какво е принципът на производителността и характеристиките на твърдия диск, не може да се игнорира SATA интерфейс, който е наследник на IDE версията на ATA. Предимството на тази технология е, че скоростта на четене / запис може да се увеличи до 100 Mb / s, благодарение на използването на високоскоростната FireWire IEEE-1394 шина.

Накрая, интерфейсът SCSI в сравнение с предходните две е най-гъвкав и най-бърз (скоростта на четене / четене достига 160 Mb / s и по-висока). Но дори тези твърди дискове са почти два пъти по-скъпи. Но броят на едновременно свързани устройства за съхранение е от седем до петнадесет, връзката може да се осъществи, без да се изключва компютърът, а дължината на кабела може да бъде около 15-30 метра. Всъщност, този тип твърд диск се използва най-вече в потребителски персонални компютри, но на сървъри.

Ефективността, характеризираща скоростта на предаване и широчината на входно / изходната честотна лента, обикновено се изразява в времето на предаване и количеството предадени последователно предадени данни и се изразява в Mb / s.

Някои допълнителни параметри

Говорейки какво е принципът на твърдия диск и какви параметри влияят върху неговата работа, не е възможно да се игнорират някои допълнителни характеристики, на които може да зависи скоростта или дори животът на устройството.

Тук на първо място е скоростта на въртене, която пряко засяга времето на търсене и инициализация (разпознаване) на желания сектор. Това е така нареченото латентно време за търсене - интервалът, през който секунният сектор се върти към главата за четене. Днес се приемат няколко стандарта за скоростта на въртене на шпиндела, изразена в обороти на минута с време на забавяне в милисекунди:

• 3600 - 8.33;
• 4500-6,67;
• 5400 - 5,56;
• 7200 - 4.17.

Лесно е да се види, че колкото по-висока е скоростта, толкова по-малко време се изразходва за търсене на сектори и физически - на завой на диска, преди да се монтира главата за желаната точка на позициониране на плочата.

Друг параметър е вътрешната скорост на трансфер. На външните песни е минимална, но се увеличава с постепенния преход към вътрешни песни. По този начин същият процес на дефрагментиране, който е движението на често използвани данни в най-бързите области на диска, е нищо повече от прехвърлянето им на вътрешната траектория с по-бърза скорост на четене. Външната скорост има фиксирани стойности и директно зависи от използвания интерфейс.

И накрая, една от важните точки е свързана с присъствието на твърдия диск на собствената си кеш памет или буфер. Всъщност, принципът на твърдия диск по отношение на използването на буфера в нещо подобно на операционната или виртуалната памет. Колкото по-голям е кеша (128-256 KB), толкова по-бързо ще работи твърдият диск.

Основни изисквания за твърдия диск

Основните изисквания, които в повечето случаи се представят на твърди дискове, не са толкова много. Основното нещо е дълъг живот и надеждност.

Основният стандарт за повечето твърди дискове е експлоатационният живот от около 5-7 години с работно време най-малко петстотин хиляди часа, но за твърдите дискове от висок клас тази цифра е поне един милион часа.

По отношение на надеждността, функцията за самотест на S.M.A.R.T. отговаря за това, което следи състоянието на отделните елементи на твърдия диск и извършва непрекъснато наблюдение. Въз основа на събраните данни може да се формира прогноза за появата на възможни неизправности в бъдеще.

От само себе си се разбира, че потребителят не трябва да стои настрана. Например, когато се използва твърд диск изключително важно да се наблюдава оптимален температурен диапазон (0-50 ± 10 градуса по Целзий), за да се избегне удари, удари и пада твърд диск, засегнати от прах или други малки частици и др Между другото, ще бъде много .. интересно да научите, че едни и същи частици дим е около два пъти по-големи от разстоянието между главата за четене и магнитна повърхност на твърдия диск, както и човешкото косата - 5-10 пъти.

Проблеми с инициализирането в системата при смяна на твърдия диск

Сега няколко думи за това, което трябва да направите, ако по някаква причина потребителят промени твърдия диск или инсталира второстепенния.

Няма да опишем напълно този процес, а ще се фокусираме само върху основните етапи. Първо трябва да свържете твърдия диск и погледнете в настройките на BIOS, ако новият хардуер е открита в диск раздел администрация да се инициализира и да създадете запис за начално зареждане, създаване на прост том зададете ID (писмо) и да форматирате с възможност за избор на файлова система. Само след това новият "винт" ще бъде напълно готов за работа.

заключение

Това всъщност и всичко, което накратко се докосва до основите на функционирането и характеристиките на съвременните твърди дискове. Принципът на работа на външен твърд диск по принцип не се разглежда тук, тъй като практически не се различава от това, което се използва за стационарни твърди дискове. Единствената разлика е само в начина на свързване на допълнително устройство към компютър или лаптоп. Най-често срещаната връзка е чрез USB интерфейс, който е директно свързан към дънната платка. В този случай, ако искате да осигурите максимална производителност, е по-добре да използвате стандарта USB 3.0 (пристанището вътре е боядисано в синьо), разбира се, при условие че външният HDD го поддържа.

В останалата част, мисля, стана ясно за много хора как работи твърдият диск от всякакъв тип. Може би твърде голяма техническа информация е дадена по-горе, особено от учебния курс по физика, въпреки това без нея не може да се разберат всички основни принципи и методи, заложени в технологиите за производство и използване на твърди дискове, без да се разбира.