Пристрій жорсткого диска

Артем Рубцов,R.LAB Уточнення зв'язку між російськомовною та англомовною термінологією виконано Леонідом Воржовим.

Мета цієї статті – описати пристрій сучасного жорсткого диска, розповісти про його головні компоненти, показати, як вони виглядають та називаються. Крім того, ми покажемо зв'язок між російськомовною та англомовною термінологіями, що описують компоненти жорстких дисків.

Для наочності розберемо 3.5-дюймовий SATA диск. Це буде абсолютно новий терабайтник Seagate ST31000333AS. Оглянемо нашого піддослідного кролика.

Зелений текстоліт з мідними доріжками, роз'ємами живлення та SATA називається платою електроніки або платою керування (Printed Circuit Board, PCB). Вона керує роботою жорсткого диска. Чорний алюмінієвий корпус та його вміст називається гермоблоком (Head and Disk Assembly, HDA), фахівці також називають його "банком". Сам корпус без вмісту також називають гермоблок (base).

Тепер знімемо друковану плату та вивчимо розміщені на ній компоненти.

Першим у вічі впадає великий чіп, розташований посередині – мікроконтролер, або процесор (Micro Controller Unit, MCU). На сучасних жорстких дисках мікроконтролер складається з двох частин - власне центрального процесора (Central Processor Unit, CPU), який виробляє всі обчислення, і каналу читання/запису (read/write channel) - особливого пристрою, що перетворює аналоговий сигнал, що надходить з головок, в цифрові дані під час операції читання та кодуючий цифрові дані в аналоговий сигнал під час запису. Процесор має порти вводу-виводу (IO ports) для керування іншими компонентами, розташованими на друкованій платі, та передачі даних через SATA-інтерфейс.

Чіп пам'яті (memory chip) є звичайною DDR SDRAM пам'ять. Об'єм пам'яті визначає розмір кешу жорсткого диска. На цій друкованій платі встановлена ​​пам'ять Samsung DDR об'ємом 32 Мб, що теоретично дає диску кеш в 32 Мб (і саме такий обсяг наводиться в технічних характеристиках жорсткого диска), але це не зовсім правильно. Справа в тому, що пам'ять логічно розділена на буферну пам'ять (кеш) та пам'ять прошивки. Процесор потребує певного обсягу пам'яті для завантаження модулів прошивки. Наскільки ми знаємо, тільки Hitachi/IBM вказують дійсний обсяг кешу в описі технічних характеристик; щодо інших дисків, про обсяг кешу залишається лише гадати.

Наступний чіп - контролер управління двигуном і блоком головок, або "крутилка" (Voice Coil Motor controller, VCM controller). Крім того, цей чіп управляє вторинними джерелами живлення, розташованими на платі, від яких живиться процесор і мікросхема підсилювача-комутатора (preamplifier, preamp), розташована в гермоблоці. Це головний споживач енергії на друкованій платі. Він керує обертанням шпинделя та рухом головок. Ядро VCM-контролера може працювати навіть при температурі 100° C.

Частина прошивки диска зберігається у флеш-пам'яті. При подачі живлення на диск мікроконтролер завантажує вміст флеш-чіпа в пам'ять і приступає до виконання коду. Без коректно завантаженого коду диск навіть не забажає розкручуватись. Якщо на платі немає флеш-чіп, значить, він вбудований в мікроконтролер.

Датчик вібрації (shock sensor) реагує на небезпечну для диска тряску і посилає сигнал про це контролеру VCM. Контролер VCM негайно паркує головки та може зупинити обертання диска. Теоретично такий механізм повинен захищати диск від додаткових пошкоджень, але на практиці він не працює, так що не кидайте диски. На деяких дисках датчик вібрації має підвищену чутливість, реагуючи на найменшу вібрацію. Отримані дані датчика дозволяють контролеру VCM коригувати рух головок. На таких дисках встановлено щонайменше два датчики вібрації.

На платі є ще один захисний пристрій – обмежувач перехідної напруги (Transient Voltage Suppression, TVS). Він захищає плату від стрибків напруги. При стрибку напруги TVS перегорає, створюючи коротке замикання землі. На цій платі встановлено два TVS, на 5 та 12 вольт.

Тепер розглянемо гермоблок.

Під платою знаходяться контакти двигуна та головок. Крім того, на корпусі диска є маленький, майже непомітний отвір (breath hole). Воно слугує для вирівнювання тиску. Багато хто вважає, що всередині жорсткого диска знаходиться ваккум. Насправді, це не так. Цей отвір дозволяє диску вирівняти тиск усередині та зовні гермозони. З внутрішньої сторони цей отвір прикритий фільтром (breath filter), який затримує частинки пилу та вологи.

Тепер заглянемо усередину гермозони. Знімемо кришку диска.

Сама кришка не є нічого цікавого. Це просто шматок металу із гумовою прокладкою для захисту від пилу. Нарешті розглянемо начинку гермозони.

Дорогоцінна інформація зберігається на металевих дисках, які називаються також млинцями або пластинами (platters). На фотографії ви бачите верхній млинець. Пластини виготовляються з полірованого алюмінію або скла і покриваються кількома шарами різного складу, у тому числі феромагнітною речовиною, на якій, власне, зберігаються дані. Між млинцями, а також над верхнім з них ми бачимо спеціальні пластини, які називаються роздільниками або сепараторами (dampers or separators). Вони потрібні для вирівнювання потоків повітря та зниження акустичних шумів. Як правило, їх виготовляють із алюмінію або пластику. Алюмінієві роздільники успішніше справляються з охолодженням повітря усередині гермозони.

Вид млинців і сепараторів збоку.

Головки читання-запису (heads) встановлюються на кінцях кронштейнів блоку магнітних головок або БМГ (Head Stack Assembly, HSA). Паркувальна зона - це область, в якій повинні бути головки справного диска, якщо шпиндель зупинений. У цього диска паркувальна зона розташована ближче до шпинделя, що видно на фотографії.

На деяких накопичувачах паркування проводиться на спеціальних пластикових майданчиках, розташованих за межами пластин.

Жорсткий диск - механізм точного позиціонування, і для нормальної роботи потрібне дуже чисте повітря. У процесі використання всередині жорсткого диска можуть утворюватися мікроскопічні частинки металу та мастила. Для негайної очистки повітря всередині диска є циркуляційний фільтр (recirculation filter). Це високотехнологічний пристрій, який постійно збирає та затримує найдрібніші частинки. Фільтр знаходиться на шляху потоків повітря, що створюються обертанням пластин.

Тепер знімемо верхній магніт і побачимо, що ховається під ним.

У твердих дисках використовуються дуже потужні неодимові магніти. Ці магніти настільки потужні, що можуть піднімати вагу в 1300 разів більшу за їх власну. Так що не варто класти палець між магнітом та металом або іншим магнітом – удар вийде дуже чутливим. На цій фотографії зображено обмежувачі БМГ. Їхнє завдання - обмежити рух головок, залишаючи їх на поверхні пластин. Обмежувачі БМГ різних моделей влаштовані по-різному, але їх завжди два, вони використовуються на сучасних жорстких дисках. На нашому накопичувачі другий обмежувач розташований на нижньому магніті.

Ось що там можна побачити.

Ще бачимо тут котушку (voice coil), що є частиною блоку магнітних головок. Котушка та магніти утворюють привід БМГ (Voice Coil Motor, VCM). Привід та блок магнітних головок утворюють позиціонер (actuator) – пристрій, який переміщує головки. Чорна пластикова деталь складної форми називається фіксатором (actuator latch). Це захисний механізм, що звільняє БМГ після того, як шпиндельний двигун набере певну кількість обертів. Відбувається це рахунок тиску повітряного потоку. Фіксатор захищає головки від небажаних рухів у паркувальному положенні.

Тепер знімемо блок магнітних головок.

Точність та плавність руху БМГ підтримується прецизійним підшипником. Найбільша деталь БМГ, виготовлена ​​з алюмінієвого сплаву, зазвичай називається кронштейном чи коромислом (arm). На кінці коромисла знаходяться головки на пружинній підвісці (Heads Gimbal Assembly, HGA). Зазвичай самі головки та коромисла постачають різні виробники. Гнучкий кабель (FPC) йде до контактного майданчика, що стикується з платою управління.

Розглянемо складові БМГ докладніше.

Котушка з'єднана з кабелем.

Підшипник.

На наступній фотографії зображено контакти БМГ.

Прокладка (gasket) забезпечує герметичність з'єднання. Таким чином, повітря може потрапити всередину блоку з дисками та головками лише через отвір для вирівнювання тиску. У цього диска контакти покриті тонким шаром золота поліпшення провідності.

Це класична конструкція коромисла.

Маленькі чорні деталі на кінцях пружинних підвісів називають слайдерами (sliders). Багато джерел вказують, що слайдери і головки - це те саме. Насправді ж слайдер допомагає зчитувати та писати інформацію, піднімаючи головку над поверхнею млинців. На сучасних жорстких дисках головки рухаються з відривом 5–10 нанометрів від поверхні млинців. Для порівняння: людське волосся має діаметр близько 25000 нанометрів. Якщо під слайдер потрапить якась частинка, це може призвести до перегріву головок через тертя і виходу їх з ладу, саме тому важлива чистота повітря всередині гермозони. Самі елементи, що зчитують і записують, знаходяться на кінці слайдера. Вони такі малі, що розглянути їх можна лише в хороший мікроскоп.

Як бачите, поверхня слайдера не пласка, на ній є аеродинамічні канавки. Вони допомагають стабілізувати висоту польоту слайдера. Повітря під слайдером утворює повітряну подушку (Air Bearing Surface, ABS). Повітряна подушка підтримує майже паралельний поверхні млинця політ слайдера.

Ось ще одне зображення слайдера.

Тут добре видно контакти головок.

Це ще одна важлива частина БМГ, яка поки що не обговорювалася. Вона називається підсилювачем (preamplifier, preamp). Підсилювач - це чіп, що управляє головками і посилює сигнал, що надходить до них або від них.

Підсилювач розташовують прямо в БМГ з дуже простої причини - сигнал, що йде з головок, дуже слабкий. На сучасних дисках має частоту близько 1 ГГц. Якщо винести підсилювач за межі гермозони, такий слабкий сигнал сильно загасне на шляху до плати управління.

Від підсилювача до голівок (праворуч) веде більше доріжок, ніж до гермозони (ліворуч). Справа в тому, що жорсткий диск не може одночасно працювати більш ніж з однією головкою (парою елементів, що пишуть і зчитують). Жорсткий диск посилає сигнали на підсилювач, і він вибирає голівку, до якої зараз звертається жорсткий диск. Цей жорсткий диск до кожної голівки веде шість доріжок. Навіщо так багато? Одна доріжка – земля, ще дві – для елементів читання та запису. Наступні дві доріжки - для керування міні-приводами, особливими п'єзоелектричними або магнітними пристроями, здатними рухати або повертати слайдер. Це допомагає точніше встановити положення головок над треком. Остання стежка веде до нагрівача. Нагрівач служить регулювання висоти польоту головок. Нагрівач передає тепло підвісу, що з'єднує слайдер та коромисло. Підвіс виготовляється із двох сплавів, що мають різні характеристики теплового розширення. При нагріванні підвіс згинається до поверхні млинця, зменшуючи таким чином висоту польоту головки. При охолодженні підвіс випрямляється.

Досить про голівки, давайте розбирати диск далі. Знімемо верхній сепаратор.

Ось як він виглядає.

На наступній фотографії ви бачите гермозону зі знятим верхнім роздільником і блоком головок.

Став видно нижній магніт.

Тепер притискне кільце (platters clamp).

Це кільце утримує блок пластин разом, не даючи їм рухатися одна щодо одної.

Млинці нанизані на шпиндель (spindle hub).

Тепер коли млинці ніщо не утримує, знімемо верхній млинець. Ось що під ним.

Тепер зрозуміло, рахунок чого створюється простір для головок - між млинцями знаходяться розділові кільця (spacer rings). На фотографії видно другий млинець і другий сепаратор.

Кільце розділення - високоточна деталь, виготовлена ​​з немагнітного сплаву або полімерів. Знімемо його.

Витягнемо з диска все інше, щоб оглянути дно гермоблока.

Такий вигляд має отвір для вирівнювання тиску. Воно розташовується просто під повітряним фільтром. Розглянемо фільтр уважніше.

Оскільки повітря, що надходить зовні, обов'язково містить пил, фільтр має кілька шарів. Він набагато товщий за циркуляційний фільтр. Іноді він містить частинки силікагелю для боротьби з вологістю повітря.

Принцип роботи жорсткого диска є досить простим. Типовий вінчестер складається з декількох основних вузлів, як:

• корпус із удароміцного сплаву,
• пластини з магнітним покриттям,
• блок головок із пристроєм для позиціонування,
• блок електроніки та
• електропривод.

Багато користувачів вважають, що жорсткі диски герметичні. Однак це не так – всередині потрібно підтримувати постійний тиск при коливаннях температур. У зв'язку з цим жорсткий диск оснащений фільтром, який затримує частинки діаметром до кількох мікрометрів.

Блок електроніки містить власний пристрій і кілька підблоків, які відповідають за цифрову обробку сигналу, управління і роботу з інтерфейсом. Робота жорсткого диска сильно нагадує структуру магнітофона. Робоча поверхня диска рухається з певною швидкістю щодо голівки, що зчитує. Під час процедури запису чи читання головки ширяють над поверхнею диска на повітряній подушці. Якщо в зазор між диском і головкою потрапить порошинка, то головки можуть вдаритися об поверхню, зіпсувати диск і навіть згоріти.

Магнітний диск може бути виготовлений не тільки з металу, але і зі скла, як це було в моделях від IBM. На поверхні диска знаходиться магнітний шар, який служить основою для запису інформації. Біти інформації записуються за допомогою головки, яка проходячи над поверхнею диска, що обертається, намагнічує мільярди горизонтальних дискретних областей - доменів. Кожна з цих областей є логічним нулем або одиницею залежно від намагніченості.

Спочатку поверхня млинця абсолютно порожня, тобто магнітні домени не спрямовані. Для орієнтування блоку магнітних головок на магнітний диск наносяться спеціальні мітки – серво-мітки. Це здійснюється «рідним» блоком магнітних головок, який керується своєю чергою зовнішнім пристроєм. Після розмітки жорсткий диск сам може читати інформацію і записувати на поверхню. При великих обсягах вінчестера в нього встановлюється кілька магнітних дисків, які закріплюються на шпиндельному двигуні, і утворюють стос млинців.

Характеристики

Інтерфейс- у загальному випадку визначає місце або спосіб з'єднання/дотику/зв'язку. Цей термін використовується в різних галузях науки та техніки. Сучасні накопичувачі можуть використовувати інтерфейси SATA, IDE, USB, IEEE 1394 і т.д.

Фізичний розмір(Форм-фактор) - встановлений типорозмір жорсткого диска. Накопичувачі для персональних комп'ютерів та серверів мають розмір 3.5 дюйми. Вінчестери у форматі 2.5 дюйми частіше застосовуються в ноутбуках. Інші поширені формати – 1.8 дюйма, 1.3 дюйма та 0.85 дюйма.

Швидкість обертання шпинделя- кількість обертів шпинделя за хвилину. Від цього параметра значною мірою залежить час доступу і швидкість передачі. В даний час випускаються вінчестери з наступними стандартними швидкостями обертання: 4200, 5400 та 7200 (ноутбуки), 7200 та 10 000 (персональні комп'ютери), 10 000 та 15 000 об/хв (сервери та високопродуктивні робочі станції).

Час довільного доступу- параметр своєрідної оцінки швидкості роботи жорсткого диска. В англійській мові використовується аналог Random Access Time. Середній час доступу для сучасних моделей коливається від 3 до 15 мс. Чим менше значення, тим краще. Як правило, мінімальний час мають серверні диски.

Ринок HDD

Історія

Назва

Для словосполучення типу Hard Disk Drive (HDD) лінгвісти використовують назву-ретронім - термін, придуманий лінгвістами для вже нової назви існуючого явища, щоб відрізняти його від чогось нового, в даному випадку від гнучких дисків. І ось дивна ситуація: гнучких дисків немає, потреби розрізняти гнучкі диски від жорстких немає, а ретронім залишився, але тепер він служить на відміну від HDD від твердотільних накопичувачів Solid State Drive/Disk (SSD), які загалом і дисками не є.

Величезні магнітофони

Успіх дисків виглядає як казус. У механічному пристрої, став невід'ємною частиною електронних систем, час переміщення головок вимірюється зовсім іншими величинами, ніж швидкість електронних процесів. На відсутність гармонії у союзі між електронікою та механікою звернули увагу давно, ще у п'ятдесяті роки, коли створювалися перші диски. Але тоді механіці не було альтернативи, оскільки напівпровідникові технології робили лише перші кроки, довелося свідомо піти на нерівний шлюб задля досягнення мети, проте він виявився більш ніж успішним. Метою ж був прямий доступ до великих (за тими мірками) обсягів даних, який залишався неможливим, поки дані зчитувалися в потоці або зі стрічки, або з перфокарт. Зчитані з носія дані можна було розмістити або в крихітній оперативній пам'яті, або робити свопінг та підкачувати дані з барабана. У деяких операційних системах були утиліти для читання файлів зі стрічок, але це був дуже повільний процес.

На ранньому етапі розвитку комп'ютерних систем типові жорсткі диски були лише експериментальними моделями. Комп'ютери були схожі на величезні магнітофони. У принципі запис та читання інформації анітрохи не відрізнялися від звичайного касетника – дані розташовувалися лінійно. Ті, хто також пам'ятає ПК на основі носіїв з магнітною плівкою, знають, як це чекати на завантаження чергового рівня - звичайної перемотування касети на потрібне місце.

Перші персональні комп'ютери використовували як накопичувач звичайний касетний аудіо магнітофон. Дисковод для них був недозволеною розкішшю. Ті користувачі, у яких разом із ПК постачався дисковод, вже могли відчути певну подобу свободи дій. Перші комп'ютери фірми IBM постачалися з одним або двома дисководами.

Диски Рабінова

Ідея диска як пристрою з головками, що переміщаються по простору, лежала на поверхні і спроби її реалізувати робилися багатьма компаніями. У комп'ютерному музеї в Маунтін Вью зберігається кілька варіантів дисків. Комерційний успіх раніше інших прийшов до IBM, здатної витратити на розробку більше інших, тому у всіх хроніках еволюції дисків як початкова точка вказується дата 1956 і накопичувач на дисках, що входив до складу комп'ютера IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) , у назві якого прямо зазначено з його унікальну на той час можливість довільного доступу – Random Access Method.

Але IBM була першою. Раніше за всіх працюючий накопичувач зробив самородок-винахідник Яків Рабінов (1910-1999) у 1951 році, який все життя віддав роботі в Національному бюро стандартів. Він народився у Харкові, в оригіналі його прізвище було Рабіновичу, після революції в 1921 році він з батьками через Китай перебрався до , а потім майже 70 років пропрацював у дослідницькому підрозділі Національного бюро стандартів. Рабінов не став вченим, але він був генієм практичних винаходів, серед них, наприклад, удосконалена технологія карбування, що продовжує термін життя монет, винахід приніс Державному казначейству багато мільярдів економії на випуску металевої дрібниці. Однак лише один з його винаходів – пристрій, який називався Notched-Disk Magnetic Memory Device – не приніс йому ні грошей, ні прижиттєвого визнання. Воно складалося з десяти 18-ти дюймових млинців, так у подальшому стали називати власне диски, з вирізаним сегментом, щоб їх можна було міняти на осі.

Експерти з IBM вивчали винахід Рабінова та не приховували пріоритет. Проаналізувавши диск Рабінова, 1953 року вони випустили звіт «Пропозиції щодо довільного доступу до файлів даних» (A Proposal for Rapid Random Access File), який став основою проекту RAMAC.

1956: IBM RAMAC - шафа 975 кг

2000-і: Перпендикулярний магнітний запис

Коли виробники HDD зіткнулися з межею місткості на початку 2000-х, Toshiba та Seagate упорядкували розташування біт даних на пластині диска. Зміна з поздовжньої на перпендикулярну магнітну запис збільшило ємність HDD не мало не багато в 10 разів.

2012: Щільність розміщення інформації на дисках може подвоїтися до 2016 року

Максимальна щільність розміщення інформації на жорстких дисках може подвоїтися до 2016, за даними чергового дослідження IHS iSuppli, опублікованого в 2012 році. Раніше з аналогічним прогнозом вже виступив виробник жорстких дисків компанія Seagate. На думку аналітиків, це розширить можливості використання HDD у системах з більшими обсягами даних, у тому числі аудіо та візуальних системах.

Збільшити щільність жорстких дисків дозволять низку технологій, над якими зараз працюють вендори, зокрема, технологія тепло-магнітного запису (HEMR), яку Seagate запатентувала ще в 2006 році. Компанія також заявила, що зможе випустити 3,5-дюймовий диск на 60 Тб до 2016 року. Диски ноутбуків можуть до цього часу досягти вже 10-20 Тб, йдеться в прогнозі IHS iSuppli.

Аналітики також зазначають, що густина запису зросте до максимальних 1800 Гбіт на квадратний дюйм до 2016 року, на 2011 рік аналогічний показник становив 744 Гбіт. За даними IHS iSuppli, щільність запису інформації на диск збільшиться до 2016 до 1800 Гбіт на квадратний дюйм з 744 Гбіт у 2011 році. З 2011 по 2016 рік збільшення щільності запису на HDD збільшиться в середньому на 19% на рік.

На дату виходу дослідження HDD з максимальною щільністю випущено Seagate у вересні 2011 року: на ньому міститься 4Тб даних, розмір диска – 3,5 дюйми. Щільність диска складає 625 Гбіт квадратний дюйм.

HAMR HDD , який використовує лазер на головці читання\запису жорсткого диска щоб щільніше розташовувати менші біти на диску, що обертається в порівнянні з традиційним магнітним записом.

Сучасне уявлення про диски

Диски еволюціонували за кількома магістральними напрямами:

Нинішня хвиля публічного інтересу до SDD не повинна вводити до сумніву щодо майбутнього HDD, ці диски жили і житимуть, постійно розвиваючись і вдосконалюючись. Найближчим часом з'явиться диск ємністю 20 Тб, а загальний випуск постійно зростає на 1–3% на рік.

підвищення швидкості та ємності дисків; вдосконалення доступу до записаних на них даних; пошук альтернативних твердотільних технологій;

Розвиток за першим напрямом призвів до появи таких HDD, які здатні зберігати терабайтні обсяги та підтримувати високі швидкості обміну.

По другому – до створення дискових апаратних та програмних засобів, що підтримують роботу: файлових систем, здатних підтримувати терабайтні диски та абстрагування від фізики зберігання, в т.ч. швидкісних інтерфейсів, RAID-масивів, що забезпечують високу надійність зберігання, мереж зберігання SAN та мережевих накопичувачів NAS.

По-третє - до появи зовсім недавно створених твердотільних пристроїв корпоративного рівня (Solid State Device, SSD) у поєднанні з орієнтованим на ці пристрої інтерфейсом NVMe. Тепер відкрилася можливість «розумного зберігання», тобто автоматичного оптимального витрат перерозподілу зберігання даних між SSD, HDD і стрічками в залежності від затребуваності даних.

Жорсткі диски, або, як їх ще називають, вінчестери є однією з найголовніших складових комп'ютерної системи. Про це знають усі. Але далеко не кожен сучасний користувач навіть у принципі здогадується про те, як функціонує жорсткий диск. Принцип роботи загалом для базового розуміння досить нескладний, проте тут є свої нюанси, про які далі й йтиметься.

Питання призначення та класифікації жорстких дисків?

Питання призначення, звісно, ​​риторичне. Будь-який користувач, нехай навіть самого початкового рівня, відразу відповість, що вінчестер (він же жорсткий диск, він Hard Drive або HDD) відразу відповість, що він служить для зберігання інформації.

Загалом і загалом правильно. Не варто забувати, що на жорсткому диску, крім операційної системи та файлів користувача, є створені ОС завантажувальні сектори, завдяки яким вона і стартує, а також деякі мітки, за якими на диску можна швидко знайти потрібну інформацію.

Сучасні моделі досить різноманітні: звичайні HDD, зовнішні жорсткі диски, високошвидкісні твердотільні накопичувачі SSD, хоча саме до жорстких дисків відносити і не прийнято. Далі пропонується розглянути пристрій та принцип роботи жорсткого диска, якщо не в повному обсязі, то принаймні в такому, щоб вистачило для розуміння основних термінів та процесів.

Зверніть увагу, що є й спеціальна класифікація сучасних HDD за деякими основними критеріями, серед яких можна виділити такі:

• спосіб зберігання інформації;
• тип носія;
• метод організації доступу до інформації.

Чому жорсткий диск називають вінчестером?

Сьогодні багато користувачів замислюються над тим, чому називають вінчестерами, що належать до стрілецької зброї. Здавалося б, що може бути спільного між цими двома пристроями?

Сам термін з'явився ще далекого 1973 року, коли ринку з'явився перший у світі HDD, конструкція якого складалася з двох окремих відсіків в одному герметичному контейнері. Місткість кожного відсіку становила 30 Мб, через що інженери дали диску кодову назву «30-30», що було повною мірою співзвучно з маркою популярної на той час рушниці «30-30 Winchester». Щоправда, на початку 90-х в Америці та Європі ця назва практично вийшла з вживання, проте досі залишається популярною на пострадянському просторі.

Пристрій та принцип роботи жорсткого диска

Але ми відволіклися. Принцип роботи жорсткого диска можна коротко описати як процеси зчитування або запису інформації. Але як це відбувається? Для того щоб зрозуміти принцип роботи жорсткого жорсткого диска, в першу чергу необхідно вивчити, як він влаштований.

Сам жорсткий диск є набором пластин, кількість яких може коливатися від чотирьох до дев'яти, з'єднаних між собою валом (віссю), званим шпинделем. Пластини розташовуються одна над одною. Найчастіше матеріалом їх виготовлення служать алюміній, латунь, кераміка, скло тощо. буд. Кожна така пластина за товщиною становить близько 2 мм.

За запис та читання інформації відповідають радіальні головки (по одній на кожну пластину), а в пластинах використовуються обидві поверхні. За якого може становити від 3600 до 7200 об./хв, і переміщення головок відповідають два електричні двигуни.

При цьому основний принцип роботи жорсткого диска комп'ютера полягає в тому, що інформація записується не абияк, а в строго певні локації, звані секторами, які розташовані на концентричних доріжках або треках. Щоб не було плутанини, застосовуються єдині правила. Мається на увазі, що принципи роботи накопичувачів на жорстких дисках, з погляду їхньої логічної структури, є універсальними. Так, наприклад, розмір одного сектора, прийнятий за єдиний стандарт у всьому світі, становить 512 байт. У свою чергу сектори поділяються на кластери, що є послідовністю поряд секторів, що знаходяться. І особливості принципу роботи жорсткого диска в цьому відношенні полягають у тому, що обмін інформацією якраз і виробляється цілими кластерами (цілим ланцюжком секторів).

Але як відбувається зчитування інформації? Принципи роботи накопичувача на жорстких магнітних дисках виглядають наступним чином: за допомогою спеціального кронштейна головка, що зчитує, в радіальному (спіралеподібному) напрямку переміщається на потрібну доріжку і при повороті позиціонується над заданим сектором, причому всі головки можуть переміщатися одночасно, зчитуючи однакову інформацію не тільки з різних доріг , але з різних дисків (пластин). Усі доріжки з однаковими порядковими номерами називають циліндрами.

При цьому можна виділити ще один принцип роботи жорсткого диска: чим ближче голова, що зчитує, до магнітної поверхні (але не стосується її), тим вище щільність запису.

Як здійснюється запис та читання інформації?

Жорсткі диски, або вінчестери, тому й були названі магнітними, що у них використовуються закони фізики магнетизму, сформульовані ще Фарадеєм та Максвеллом.

Як мовилося раніше, на пластини з немагниточувствительного матеріалу наноситься магнітне покриття, товщина якого становить лише кілька мікрометрів. У процесі роботи виникає магнітне поле, що має так звану доменну структуру.

Магнітний домен є строго обмеженою межами намагніченої області феросплаву. Далі принцип роботи жорсткого диска коротко можна описати так: при виникненні впливу зовнішнього магнітного поля, власне поле диска починає орієнтуватися строго вздовж магнітних ліній, а при припиненні на дисках з'являються зони залишкової намагніченості, в якій і зберігається інформація, яка раніше містилася в основному полі .

За створення зовнішнього поля при записі відповідає зчитуюча головка, а при читанні зона залишкової намагніченості, опинившись навпроти головки, створює електрорушійну силу або ЕРС. Далі все просто: зміна ЕРС відповідає одиниці в двійковому коді, а його відсутність чи припинення – нулю. Час зміни ЕРС прийнято називати бітовим елементом.

Крім того, магнітну поверхню суто з міркувань інформатики можна асоціювати як певну точкову послідовність бітів інформації. Але оскільки розташування таких точок абсолютно точно обчислити неможливо, на диску потрібно встановити якісь заздалегідь передбачені мітки, які допомогли визначити потрібну локацію. Створення таких міток називається форматуванням (приблизно, розбивка диска на доріжки та сектори, об'єднані в кластери).

Логічна структура та принцип роботи жорсткого диска з погляду форматування

Що стосується логічної організації HDD, тут на перше місце виходить саме форматування, в якому розрізняють два основні типи: низькорівневий (фізичний) і високорівневий (логічний). Без цих етапів ні про яке приведення жорсткого диска в робочий стан годі й говорити. Про те, як ініціалізувати новий вінчестер, буде сказано окремо.

Низькорівневе форматування передбачає фізичну дію на поверхню HDD, при якому створюються сектори, розташовані вздовж доріжок. Цікаво, що принцип роботи жорсткого диска такий, що кожен створений сектор має свою унікальну адресу, що включає номер самого сектора, номер доріжки, на якій він розташовується, і номер сторони пластини. Таким чином, при організації прямого доступу та ж оперативна пам'ять звертається безпосередньо за заданою адресою, а не шукає потрібну інформацію по всій поверхні, за рахунок чого досягається швидкодія (хоча це і не найголовніше). Зауважте, що при виконанні низькорівневого форматування стирається абсолютно вся інформація, і відновленню вона в більшості випадків не підлягає.

Інша справа – логічне форматування (у Windows-системах це швидке форматування або Quick format). Крім того, ці процеси застосовні і до створення логічних розділів, що становлять певну область основного жорсткого диска, що працює за тими ж принципами.

Логічне форматування, перш за все, зачіпає системну область, яка складається із завантажувального сектора та таблиць розділів (завантажувальний запис Boot record), таблиці розміщення файлів (FAT, NTFS тощо) та кореневого каталогу (Root Directory).

Запис інформації в сектори проводиться через кластер декількома частинами, причому в одному кластері не може міститися два однакові об'єкти (файли). Власне, створення логічного розділу, як би відокремлює його від основного системного розділу, внаслідок чого інформація, на ньому зберігається, при появі помилок і збоїв змін або видалення не схильна.

Основні характеристики HDD

Здається, загалом принцип роботи жорсткого диска трохи зрозумілий. Тепер перейдемо до основних характеристик, які дають повне уявлення про всі можливості (або недоліки) сучасних вінчестерів.

Принцип роботи жорсткого диска та основні характеристики можуть бути зовсім різними. Щоб зрозуміти, про що йдеться, виділимо основні параметри, якими характеризуються всі відомі на сьогодні накопичувачі інформації:

• ємність (обсяг);
• швидкодія (швидкість доступу до даних, читання та запис інформації);
• інтерфейс (спосіб підключення, тип контролера).

Місткість є загальною кількістю інформації, яка може бути записана і збережена на вінчестері. Індустрія з виробництва HDD розвивається так швидко, що сьогодні у побут увійшли вже жорсткі диски з обсягами близько 2 Тб і вище. І, як вважається, це ще не межа.

Інтерфейс - найважливіша характеристика. Вона визначає, яким саме способом пристрій підключається до материнської плати, який саме контролер використовується, як здійснюється читання та запис і т. д. Основними та найпоширенішими інтерфейсами вважаються IDE, SATA та SCSI.

Диски з IDE-інтерфейсом відрізняються невисокою вартістю, проте серед головних недоліків можна виділити обмежену кількість пристроїв, що одночасно підключаються (максимум чотири) і невисоку швидкість передачі даних (причому навіть за умови підтримки прямого доступу до пам'яті Ultra DMA або протоколів Ultra ATA (Mode 2 і Mode) 4) Хоча, як вважається, їх застосування дозволяє підвищити швидкість читання/запису до рівня 16 Мб/с, але в реальності швидкість набагато нижча. комплект з материнською платою.

Говорячи про те, що являє собою принцип роботи жорсткого диска та характеристики, не можна обминути стороною і який є спадкоємцем версії IDE ATA. Перевага цієї технології полягає в тому, що швидкість читання/запису можна підвищити до 100 Мб/с за рахунок використання високошвидкісної шини Fireware IEEE-1394.

Нарешті, інтерфейс SCSI в порівнянні з двома попередніми є найбільш гнучким і найшвидшим (швидкість запису/читання досягає 160 Мб/с і вище). Але й коштують такі вінчестери практично вдвічі дорожчі. Зате кількість пристроїв зберігання інформації, що одночасно підключаються, складає від семи до п'ятнадцяти, підключення можна здійснювати без знеструмлення комп'ютера, а довжина кабелю може становити близько 15-30 метрів. Власне, цей тип HDD здебільшого застосовується не в ПК, а на серверах.

Швидкодія, що характеризує швидкість передачі і пропускну здатність введення/виводу, зазвичай виражається часом передачі та обсягом переданих розташованих послідовно даних і виражається в Мб/с.

Деякі додаткові параметри

Говорячи про те, що є принципом роботи жорсткого диска і які параметри впливають на його функціонування, не можна обійти стороною і деякі додаткові характеристики, від яких може залежати швидкодія або навіть термін експлуатації пристрою.

Тут першому місці виявляється швидкість обертання, яка безпосередньо впливає час пошуку і ініціалізації (розпізнавання) потрібного сектора. Це так званий прихований час пошуку - інтервал, протягом якого необхідний сектор повертається до головки, що зчитує. Сьогодні прийнято кілька стандартів для швидкості обертання шпинделя, вираженої в обертах за хвилину з часом затримки в мілісекундах:

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

Неважко зауважити, що чим вища швидкість, тим менший час витрачається на пошук секторів, а у фізичному плані – на оборот диска до установки для голівки потрібної точки позиціонування пластини.

Ще один параметр – внутрішня швидкість передачі. На зовнішніх доріжках вона мінімальна, але при поступовому переході на внутрішні доріжки збільшується. Таким чином, той же процес дефрагментації, що являє собою переміщення часто використовуваних даних у найшвидші області диска, - не що інше, як перенесення їх на внутрішню доріжку з більшою швидкістю читання. Зовнішня швидкість має фіксовані значення і залежить від використовуваного інтерфейсу.

Нарешті, один з важливих моментів пов'язаний з наявністю жорсткого диска власної кеш-пам'яті або буфера. По суті принцип роботи жорсткого диска в плані використання буфера в чомусь схожий на оперативну або віртуальну пам'ять. Чим більший обсяг кеш-пам'яті (128-256 Кб), тим швидше працюватиме жорсткий диск.

Головні вимоги до HDD

Основних вимог, які здебільшого пред'являються жорстким дискам, негаразд і багато. Головне – тривалий термін служби та надійність.

Основним стандартом для більшості HDD вважається термін служби близько 5-7 років з часом напрацювання не менше ніж п'ятсот тисяч годин, але для вінчестерів високого класу цей показник становить не менше мільйона годин.

Що стосується надійності, це відповідає функція самотестування S.M.A.R.T., яка стежить за станом окремих елементів жорсткого диска, здійснюючи постійний моніторинг. За підсумками зібраних даних може формуватися навіть прогноз прогноз появи можливих несправностей надалі.

Зрозуміло, що й користувач не повинен залишатися осторонь. Так, наприклад, при роботі з HDD вкрай важливо дотримуватися оптимального температурного режиму (0 - 50 ± 10 градусів Цельсія), уникати струсів, ударів і падінь вінчестера, потрапляння в нього пилу або інших дрібних частинок і т. д. До речі, багатьом буде Цікаво дізнатися, що ті ж частинки тютюнового диму приблизно вдвічі більше відстані між головкою, що зчитує, і магнітною поверхнею вінчестера, а людського волосся - в 5-10 разів.

Питання ініціалізації у системі при заміні вінчестера

Тепер кілька слів про те, які дії потрібно вжити, якщо з якихось причин користувач змінював жорсткий диск або встановлював додатковий.

Повністю описувати цей процес не будемо, а зупинимося лише на основних етапах. Спочатку вінчестер необхідно підключити та подивитися в налаштуваннях BIOS, чи визначилося нове обладнання, в розділі адміністрування дисків зробити ініціалізацію та створити завантажувальний запис, створити простий том, присвоїти йому ідентифікатор (літеру) та виконати форматування з вибором файлової системи. Тільки після цього новий гвинт буде повністю готовий до роботи.

Висновок

Ось, власне, і все, що коротко стосується основ функціонування та характеристик сучасних вінчестерів. Принцип роботи зовнішнього жорсткого диска не розглядався принципово, оскільки він практично нічим не відрізняється від того, що використовується для стаціонарних HDD. Єдина різниця полягає лише у методі підключення додаткового накопичувача до комп'ютера чи ноутбука. Найбільш поширеним є з'єднання через USB-інтерфейс, який безпосередньо з'єднаний із материнською платою. При цьому, якщо хочете забезпечити максимальну швидкодію, краще використовувати стандарт USB 3.0 (порт усередині пофарбований у синій колір), природно, за умови, що і зовнішній HDD його підтримує.

В іншому ж, здається, багатьом хоч трохи стало зрозуміло, як функціонує жорсткий диск будь-якого типу. Можливо, вище було наведено занадто багато навіть зі шкільного курсу фізики, проте без цього повною мірою зрозуміти всі основні принципи і методи, закладені в технологіях виробництва та застосування HDD, зрозуміти не вдасться.

Вітаю, друзі!

Сьогодні ми з вами поговоримо про таку штуку, як вінчестер. Рідкісний користувач комп'ютера не чув про нього!

Вінчестер, він же HDD (Hard Disk Drive), він жорсткий диск - це пристрій для зберігання інформації.

HDD отримав свою жаргону назву на ім'я знаменитої гвинтівки, з якої білі люди завойовували Америку. Одна з перших моделей жорстких дисків позначалася "30/30", що збігалося з калібром цієї вогнепальної зброї.

Нижче йтиметься про комп'ютерні вінчестери.

Як влаштований комп'ютерний вінчестер?

Ми розглянемо, як потрібен традиційний (електромеханічний) вінчестер, що застосовується в персональних комп'ютерах. Основа його - чи кілька інформаційних дисків. У перших моделях вінчестерів використовувалися диски із алюмінію.

Але ті перші моделі мали великий розмір та малу ємність.

Гнучкі та жорсткі диски

Ті «гвинти» (ще одна жаргонна назва) мали фізичні розміри та об'єм, приблизно рівний дисководу гнучких дисків 5,25 дюйма. На зорі комп'ютерної промисловості дані зберігалися і гнучких дисках (дискетах) 5,25 і 3,5 дюймів.

Привід для читання та запису таких дисків називався FDD (Floppy Disk Drive).

Ці диски були виготовлені з круглого шматка пластику з нанесеним на обидва боки феромагнітним покриттям. Вони були тонкими та гнучкими, тому привід і отримав таку назву. Для захисту від зовнішніх впливів ці диски поміщалися у квадратний пластиковий футляр.

Диски в HDD мають схожу будову, але вони товстіші і не гнуться, що і відображається в назві. На такий диск наноситься за допомогою центрифуги тонкий феромагнітний шар із оксидів металів. Дані записуються та зчитуються за допомогою магнітних головок.

При записі магнітну головку подається інформаційний сигнал, який змінює орієнтацію доменів (феромагнітних частинок) у феромагнітному шарі.

При зчитуванні намагнічені ділянки наводять струм у голівці, який обробляється схемою управління (контролером). Вимоги до швидкості та обсягів даних постійно зростали. У цю область були спрямовані найкращі уми світу. І жорсткі диски, як і решта комп'ютерного заліза безперервно вдосконалювалися.

Диски стали робити зі скла та склокераміки. Це дозволило зменшити їх вагу, товщину та збільшити швидкість обертання.

Швидкість обертання диска зросла з 3600 об/хв до 5400, 7200, та був до 10 000 і навіть до 15 00о об/мин!Для порівняння скажемо, що швидкість обертання диска FDD мала величину 360 об/хв.

Чим більша швидкість обертання, тим швидше зчитуються дані.

Феромагнітний шар

Феромагнітний шар на поверхню дисків може наноситися двома способами - гальванічним осадженням та вакуумним напилюванням. У першому випадку диск занурюється в розчин солей металів і на нього осаджується тонка плівка металу (кобальту).

При вакуумному напилюванні диск поміщають у герметичну камеру, відкачують з неї повітря і за допомогою електричного розряду беруть в облогу частинки металу.

Зверху на магнітний шар наносять захисне вуглецеве покриття. Воно оберігає тонкий магнітний шар від руйнування (і втрати інформації) при можливому зіткненні з головкою.

Вінчестер може мати один фізичний диск чи кілька. В останньому випадку диски зібрані в єдину конструкцію та обертаються синхронно. Кожен диск має дві сторони з феромагнітним шаром, дані зчитуються двома різними головками (розташованими зверху та знизу).

Головки також зібрані в єдину конструкцію та переміщаються синхронно.

Механізм переміщення головок містить у собі котушку із дротом і нерухомо закріплений постійний магніт. При подачі струму в котушку в ній генерується магнітне поле, що взаємодіє з магнітом. Сила, що виникає при цьому, рухає котушку з усією рухомою частиною механізму (і головками теж).

Механізм містить у собі пружину, яка за відсутності живлення переміщує головки у вихідне положення (Зону паркування).Це захищає головки та диски від пошкодження.

Зазначимо, що невеликі неодимові магніти, що створюють постійне магнітне поле, дуже сильні!

У робочому стані диски обертаються постійно, головки «парять» над диском. При обертанні виникає аеродинамічний потік, що піднімає головки. У міру вдосконалення технології відстань між головками та диском зменшується.

Наразі доведено до кількох десятків нанометрів!

Зменшення відстані дозволяє збільшити густину запису інформації. Таким чином, у той самий обсяг можна втиснути більше інформації.

Головки, що зчитують і записують

У сучасних вінчестерах застосовуються магніторезистивні головки.

Кристал магниторезистора може змінювати свій опір залежно від величина та напрями магнітного поля. При проходженні головки над областями з різною намагніченістю її опір змінюється, що уловлюється схемою керування.

Головка вінчестера містить у собі, власне, дві головки - зчитуючу та записуючу. Головка, що записує, працює на тому ж принципі, що і головка в старих магнітофонах, в яких використовувалися касети з магнітною стрічкою.

Вона містить розімкнений сердечник, у зазорі якого створюється магнітне поле, що змінює орієнтацію магнітних доменів на поверхні диска. "Обмотка" головки виконана друкованим способом за допомогою фотолітографії.

Шпиндель та гермоблок

Основний двигун вінчестера (шпиндель), що крутить диск, містить у собі гідродинамічний підшипник. Він відрізняється від шарикопідшипника тим, що має набагато менше радіальне биття.

У сучасних вінчестерах щільність запису інформації дуже висока, доріжки розташовуються дуже близько один до одного.

Велика величина радіального биття не дала б збільшити щільність запису, або (при зменшенні відстані між доріжками) головка «скакала» по сусідніх доріжках протягом одного обороту. Гідродинамічний підшипник містить у собі тонкий шар мастила між рухомою та нерухомою частиною.

Насамкінець скажемо, що шпиндель, диски, головка з приводом поміщені в окремий відсік. Перші моделі вінчестерів містили негерметичні відсіки, забезпечені фільтром з дуже дрібними осередками для вирівнювання тиску.

Потім з'явилися герметичні відсіки, які мали у собі отвір, закритий гнучкою мембраною. Мембрана може згинатися в обидві сторони, компенсуючи перепад тисків повітря всередині та поза відсіком з головками.

У наступній частині статті ми продовжимо знайомство з тим, як влаштований і працює вінчестер.

З вами був Віктор Геронда. До зустрічі на блозі!

Кожен із нас щодня стикається з різними комп'ютерними термінами, знання про які є поверхневими, а деякі терміни нам взагалі не знайомі. Та й навіщо щось знати про те, що нас не торкається чи не турбує. Чи не так? Відома істина: поки якесь обладнання (в т.ч. і жорсткий диск) нормально і безпроблемно функціонує, то ніхто й ніколи не забиватиме свою голову тонкощами його роботи, та це й до чого.

Але, в моменти, коли в процесі роботи будь-якого пристрою системного блоку починаються збої, або просто раптово знадобилася допомога з комп'ютером, дуже багато користувачів відразу беруть викрутку і книгу «ази комп'ютерної грамотності, або як реанімувати комп'ютер в домашніх умовах». І намагаються самостійно вирішити проблему, не вдаючись при цьому до допомоги фахівця. І найчастіше це закінчується дуже плачевно для їхнього комп'ютера.

• Поняття "жорсткий диск" або "вінчестер" та їх виникнення

Визначення та виникнення поняття "вінчестер"

Отже, темою нашої чергової статті цього разу буде така запчастина системного блоку, як жорсткий диск. Ми з вами докладно розглянемо саме значення цього поняття, коротко згадаємо історію його розвитку, і докладніше зупинимося на внутрішній будові, розберемо його основні типи, інтерфейси та подробиці його підключення. Окрім цього трохи зазирнемо в майбутнє, а може навіть майже і в сьогодення, і розповімо, що поступово приходить на зміну старим добрим гвинтам. Забігаючи наперед, скажемо, що це твердотільні накопичувачі, що працюють за принципом USB-флешок - SSD-пристрою.

Найперший у світі жорсткий диск такого типу, як ми звикли бачити його зараз і яким звикли користуватися, винайшов співробітник IBM Кеннет Хотон в 1973 році. Ця модель називалася загадковим поєднанням цифр: 30-30, так само, як калібр у всьому відомої гвинтівки Winchester. А можливо, хтось його зараз прочитав взагалі вперше.

Перейдемо до визначення: жорсткий диск (а, якщо вам зручно, то хард, вінчестер, HDD або гвинт) – це пристрій комп'ютера (або ноутбука), на який за допомогою спеціальних головок читання/запису інформація записується, зберігається і видаляється при необхідності .

"А чим же це все відрізняється від простих дискет чи CD-DVD?" - Ви просите. А вся річ у тому, що на відміну від гнучких чи оптичних носіїв, тут дані записуються на жорсткі (звідси й назва, хоча хтось може вже й здогадався сам) алюмінієві чи скляні пластини, на які нанесений тонкий шар феромагнітного матеріалу, найчастіше для цього використовується хром діоксид.

Вся поверхня таких магнітних пластин, що обертаються, розділена на доріжки і сектори по 512 байт кожен. У деяких накопичувачах є лише один такий диск. Інші містять одинадцять і більше пластин, причому інформація записується на обидві сторони кожної з них.

Внутрішня будова

Сама конструкція жорсткого диска складається не тільки з безпосередніх накопичувачів інформації, але й механізму, який зчитує ці дані. Все разом це і є головною відмінністю хардів від дискет та оптичних накопичувачів. А на відміну від оперативної пам'яті (ОЗП), яка потребує постійного живлення, вінчестер є енергонезалежним пристроєм. Його можна сміливо відключати від харчування та брати із собою куди завгодно. Дані на ньому зберігаються. Це стає особливо важливо, коли потрібно відновити інформацію.

Тепер трохи розповімо безпосередньо про внутрішню будову жорсткого диска. Сам вінчестер складається із герметичного блоку, заповненого звичайним знеспиленим повітрям під атмосферним тиском. Розкривати їх у домашніх умовах ми рекомендуємо, т.к. це може призвести до поломки пристрою. Яким би чистюлею ви не були, але пил у кімнаті знайдеться завжди і він може потрапити всередину корпусу. У професійних сервісах, що спеціалізуються на відновленні даних, є спеціально обладнана «чиста кімната», всередині якої й розтин вінчестера.

Також до складу пристрою входить плата із електронною схемою управління. Усередині блоку є механічні частини накопичувача. На шпинделі двигуна приводу обертання дисків закріплено одну або кілька магнітних пластин.

У корпусі також розташований підсилювач-комутатор магнітних головок. Сама ж магнітна головка здійснює читання або запис інформації з поверхні однієї зі сторін магнітного диска. Швидкість обертання якого сягає 15 тис. оборотів за хвилину - це щодо сучасних моделей.

При включенні живлення процесор жорсткого диска починає з того, що тестує електроніку. Якщо все гаразд, вмикається шпиндельний двигун. Після того, як досягнуто певної критичної швидкості обертання, щільність прошарку повітря, що набігає між поверхнею диска і головкою, стає достатньою, щоб подолати силу притиску головки до поверхні.

В результаті, головка читання/запису "зависає" над пластиною на крихітній відстані всього 5-10 нм. Робота голівки читання/запису схожа з принципом дії голки в грамофоні, тільки з однією відмінністю - у неї не відбувається фізичного контакту з пластиною, тоді як у грамофоні головка голки стикається з платівкою.

У моменти, коли живлення комп'ютера вимикається та диски зупиняються, головка опускається на неробочу зону поверхні пластини, так звану зону паркування. Тому не рекомендується завершувати роботу комп'ютера аварійно - просто натискаючи кнопку вимкнення або висмикуючи кабель живлення з розетки. Це може призвести до виходу з експлуатації всього HDD. Ранні моделі мали спеціальне програмне забезпечення, яке ініціювало операцію паркування головок.

У сучасних HDD виведення головки в зону паркування відбувається автоматично, коли знижується швидкість обертання нижче номінальної або коли подається команда на відключення живлення. Назад у робочу зону головки виводяться лише тоді, коли буде досягнуто номінальної швидкості обертання двигуна.

Напевно, у вашому допитливому розумі вже дозріло питання – наскільки герметичний сам блок дисків і яка ймовірність того, що туди може просочитися пил чи інші дрібні частинки? Як ми вже писали вище, вони можуть призвести до збою в роботі харда або взагалі до його поломки та втрати важливої ​​інформації.

Але не варто хвилюватись. Виробники все давно давно передбачили. Блок дисків із двигуном та головки знаходяться у спеціальному герметичному корпусі – гермоблоці (камері). Однак його вміст не повністю ізольований від навколишнього середовища, обов'язково потрібне переміщення повітря з камери назовні та навпаки.

Це потрібно, щоб вирівняти тиск усередині блоку із зовнішнім, щоб запобігти деформації корпусу. Ця рівновага досягається за допомогою спеціального пристрою, який називається барометричний фільтр. Він розміщений усередині гермоблоку.

Фільтр вміє вловлювати найдрібніші частинки, величина яких перевищує відстань між головкою читання/запису та феромагнітною поверхнею диска. Крім вищезгаданого фільтра є ще один – фільтр рециркуляції. Він уловлює частинки, які є у повітряному потоці всередині самого блоку. Вони можуть там з'являтися від обсипання магнітного запилення дисків (напевно, ви чули коли-небудь фразу, що «хард посипався»). Крім того, цей фільтр уловлює ті частинки, які "пропустив" його барометричний "колега".

Інтерфейси підключення HDD

На сьогоднішній день, щоб підключити жорсткий диск до комп'ютера, ви можете використовувати один з трьох інтерфейсів: IDE, SCSI і SATA.

Спочатку в 1986 інтерфейс IDE розроблявся тільки для підключення HDD. Потім його модифікували розширений інтерфейс ATA. В результаті до нього можна підключати не лише вінчестери, а й CD/DVD-приводи.

Інтерфейс SATA - більш швидкий, сучасний і продуктивний, ніж ATA.

У свою чергу, SCSI - високопродуктивний інтерфейс, який здатний підключати різноманітні пристрої. Сюди входять як накопичувачі інформації, а й різна периферія. Наприклад, швидші SCSI-сканери. Однак, коли з'явилася USB-шина, необхідність підключення периферії за допомогою SCSI відпала. Так що якщо вам пощастить його десь побачити, то вважайте, що вам пощастило.

Зараз давайте трохи розповімо про підключення до інтерфейсу IDE. У системі може бути два контролери (первинний і вторинний), до кожного з яких можна підключити два пристрої. Відповідно отримуємо максимум 4: первинний майстер, первинний підлеглий та вторинний майстер, вторинний підлеглий.

Після підключення пристрою до контролера слід вибрати режим його роботи. Він вибирається за допомогою установки спеціальної перемички (вона називається джампер) у певне місце у роз'ємі (поряд із роз'ємом для підключення шлейфу IDE).

При цьому слід пам'ятати, що швидше обладнання до контролера підключається першим і називається master. Друге називається slave (підпорядковане). Останньою маніпуляцією буде підключити живлення, для цього нам потрібно вибрати один із кабелів блоку живлення. Дана інформація вам знадобиться, якщо у вас дуже старий комп'ютер. Бо в сучасних потреба у подібних маніпуляціях відпала.

Через SATA підключити набагато простіше. Кабель йому має однакові роз'єми обох кінцях. SATA-диск не має перемичок, тому у вас немає необхідності вибирати режим роботи пристроїв – впорається навіть дитина. Живлення підключається за допомогою спеціального кабелю (3,3 В). Однак існує можливість підключитись через перехідник до звичайного кабелю живлення.

Дамо одну корисну пораду: якщо до вас часто приходять друзі зі своїми вінчестерами переписати нових фільмів або музики (так-так, друзі у вас настільки суворі, що носять із собою не зовнішній HDD, а звичайний внутрішній), і ви вже втомилися весь час розкручувати системний блок, рекомендуємо придбати спеціальну кишеню для жорсткого диска (він називається Mobile Rack). Вони є і з IDE, і із SATA-інтерфейсами. Щоб підключити до вашого комп'ютера ще один додатковий хард, просто вставляємо його в таку кишеню та готове.

SSD диски - новий етап у розвитку

Вже сьогодні (а можливо вже й учора) розпочався наступний етап у розвитку пристроїв-накопичувачів інформації. На зміну жорстким дискам приходить новий тип – SSD. Далі розповімо про нього детальніше.

Отже, SSD (Solid State Disk) – твердотільний накопичувач, який працює за принципом флеш-пам'яті USB. Одна з найважливіших його відмінних рис від звичайних вінчестерів та оптичних накопичувачів – у його пристрій не входить жодних рухомих деталей та механічних компонентів.

Накопичувачі даного типу, як це часто буває, спочатку розроблялися виключно для військових цілей, а також для високошвидкісних серверів, оскільки старі добрі харди для таких потреб були недостатньо швидкими і надійними.

Перерахуємо найважливіші переваги SSD:

• По-перше, запис інформації на SSD та читання з нього відбувається набагато швидше (десятки разів), ніж з HDD. Роботу звичайного вінчестера дуже гальмує рух головки читання/запису. А т.к. у SSD її немає, то й проблеми немає.
• По-друге, завдяки одночасному використанню всіх модулів пам'яті, встановлених у SSD-накопичувач, швидкість передачі даних значно вища.
• По-третє, не такі сприйнятливі до ударів. У той час як жорсткі накопичувачі можуть втратити при ударі частину даних або взагалі вийти з ладу, що і трапляється найчастіше - будьте обережні!
• По-четверте, споживають менше енергії, що робить їх зручними у використанні у пристроях, що працюють від акумуляторів – ноутбуках, нетбуках, ультрабуках.
• По-п'яте, даний тип накопичувачів при роботі практично не робить ніякого шуму, тоді як при роботі хардів ми чуємо обертання дисків та рух головки. А коли вони виходять з ладу, то і взагалі сильний тріск чи стукіт головок.

Але не приховуватимемо: мабуть, є два недоліки SSD - 1) за його певну ємність ви заплатите значно дорожче, ніж за жорсткий диск ідентичного обсягу пам'яті (різниця буде в кілька разів, хоча з кожним роком стає все менше і менше); 2) SSD мають відносно невелику обмежену кількість циклів читання/запису (тобто спочатку обмежений термін служби).

Отже, ми з вами познайомилися з поняттям "жорсткий диск", розглянули його будову, принцип роботи та особливості різних інтерфейсів підключення. Сподіваємося, запропонована інформація виявилася нескладною для сприйняття, а головне корисною.

Якщо у вас виникли труднощі з вибором, якщо не можете визначити, який тип жорстких дисків підтримує ваша материнська плата, який інтерфейс підходить або який обсяг HDD більше відповідатиме вашим потребам, то ви завжди можете звернутися за допомогою до комп'ютерного сервісу Комполайф на всій території нашого обслуговування.

Наші фахівці допоможуть вам із вибором та заміною жорсткого диска. Крім цього, у нас ви можете замовити встановлення нового пристрою у ваш системний блок або ноутбук.

Викликати майстра