HDD – це пристрій для зберігання даних – накопичувач на жорстких магнітних дисках. "HDD" - абревіатура від англійського словосполучення Hard Disk Drive. Інші назви HDD: жорсткий диск, вінчестер, НЖМД, гвинт, хард, бляшанка, бляшанка.

Для чого потрібний HDD

HDD використовується для збереження інформації. Інформація, що знаходиться на жорсткому диску, називається даними. Дані на диску організовані за допомогою файлової системи та є файлами.

HDD – це пам'ять комп'ютера. Не плутайте з оперативкою. Жорсткий диск – енергонезалежна пам'ять, оперативна пам'ять – енергозалежна.

Вінчестер зараз – основний пристрій зберігання інформації і якщо у вас є комп'ютер, значить є і гвинт.

Принцип роботи HDD

Жорсткі диски, тобто HDD, працюють аналогічно пристрою, про який вже всі давно забули, - «програвачеві», з диском, що обертається, і голкою для програвання музики. Перетворюючі елементи (головки читання/запису), що використовуються у вінчестерах, аналогічні головкам читання/запису, які використовуються у відеомагнітофонах та касетних стереомагнітофонах для доступу до інформації на магнітному носії.

У жорстких дисках інформація зберігається на металевій або скляній пластині, що обертається, покритій магнітним матеріалом. Як правило, диск складається з кількох пластин, з'єднаних загальним стрижнем – шпинделем. Кожна пластина - це щось типу вінілової платівки із записом, що відтворюється програвачем. Інформація зазвичай зберігається з обох боків пластини.

Коли диск обертається, елемент, який називають головкою, зчитує або записує двійкові дані на магнітний носій. Інформація на диск записується з використанням будь-якого способу кодування, яких є безліч. Метод кодування та щільність запису визначається контролером диска.

Не заглиблюючись далі в опис принципу роботи HDD, можна сказати, що жорсткий диск - це, по суті, супер-програвач з купою (а може й лише однієї) грамплатівок усередині. Хоча, звичайно, за складністю пристрою програвач з ним і поруч не валявся.

Минуле та майбутнє HDD

Перший HDD був розроблений фірмою IBM на початку 70-х років.

У 1983 році з випуском першого комп'ютера IBM PC/XT у житті тисяч новоспечених, поки що диких користувачів з'явився вінчестер від фірми Seagate Technology. Інтерфейс перших накопичувачів на жорстких дисках, розроблений Аланом Шугартом (засновником фірми Seagate Technology), багато років фактично був стандартом для HDD. Надалі розробки фірми Seagate стали основою інтерфейсів ESDI і IDE. Шугартом також розроблено інтерфейс SCSI, який використовується зараз у багатьох сучасних комп'ютерах.

До речі, зараз жорсткі диски компанії Seagate є найбільш продаваними в Європі. Та й у Росії хто не знає знаменитих Барракуд?

Найважливішим напрямом у розвитку технології жорстких дисків завжди було збільшення їх (накопичувачів) ємності. Прогрес у цій галузі особливо підвищує безперервно зростаючі вимоги програмного забезпечення. Збільшення ємності накопичувачів можливе або за рахунок збільшення розмірів самих накопичувачів або за допомогою підвищення густини зберігання даних. Межа збільшення розмірів HDD досягнуто, межа щільності зберігання даних ще немає. Але лишилося недовго.

Потрібно знати

1. HDD – складна штуковина для зберігання інформації

2. Жорсткий диск недовговічний і при постійній експлуатації навряд чи проживе понад три роки

3. Жорсткий диск вкрай небажано носити (кудись), крутити в руках і взагалі виймати з комп'ютера. Вінчестер дуже чутливий до вібрації!

4. Внутрішній HDD пристрій дуже складний. Якщо ви колись ходили до гуртка юних радіоаматорів, це зовсім не означає, що тепер можете ремонтувати вінчестери. Для ремонту жорстких дисків потрібний не тільки паяльник!

5. Любителям колупатися в залізі потрібно пам'ятати, що, розкриваючи гермоблок диска, ви тим самим ставите хрест і на інформації, і на вінчестері.

6. З безпеки зберігання, носії інформації можна розташувати у порядку (із зростанням небезпеки втрати даних): голова, папір, вінчестер. Не зберігайте важливу інформацію на HDD! А якщо доводиться - постійно робіть резервне копіювання!

7. Якщо інформація на жорсткому диску з будь-яких причин не доступна, не намагайтеся її відновити! Найімовірніше ви тільки її знищите - краще зверніться до професіоналів. Відновлення інформації – це вам не хухри-мухри!

8. Слово «HDD» є лайливим і в пристойному суспільстві не вживається, характеризує щось (м'яко кажучи) ненадійне, недовговічне та огидне

Жорсткий диск(HDD, ВІНТ, ВІНЧЕСТЕР) – це накопичувач інформації в персональному комп'ютері. Жорсткий диск – призначений для зберігання та передачі інформації. На жорсткому диску дані зберігаються на магнітній поверхні диска. Інформація записується та знімається за допомогою магнітних головок. Всередині жорсткого диска можна встановити кілька пластин — дисків. Двигун, що обертає диск, вмикається при подачі живлення на диск і залишається увімкненим до зняття живлення. Двигун обертається з постійною швидкістю, що вимірюється в обертах за хвилину (rpm). Дані організовані на диску у циліндрах, доріжках та секторах. Циліндри – концентричні доріжки на дисках, розташовані одна над одною. Доріжка потім поділяється на сектори. Диск має магнітний шар на кожній своїй стороні. Кожна пара головок одягнена як би на "вилку", що охоплює кожен диск. Ця "вилка" переміщається над поверхнею диска за допомогою окремого серводвигуна (а не крокового, як часто помилково думають - кроковий двигун не дозволяє швидко переміщатися над поверхнею). Всі жорсткі диски мають резервні сектори, які використовуються його схемою керування, якщо на диску виявлено дефектні сектори.

Пристрій жорсткого диска:

Інтерфейси жорстких дисків

Інтерфейсом накопичувачів називається набір електроніки, що забезпечує обмін інформацією між контролером пристрою (кеш-буфером) та комп'ютером. Інтерфейс – це спосіб взаємодії жорсткого диска та материнської плати комп'ютера. Він є набором спеціальних ліній і спеціального протоколу (набору правил передачі). Тобто чисто фізично — це шлейф (кабель, дріт), з двох сторін якого знаходяться входи, а на жорсткому диску та материнській платі є спеціальні порти (місця, куди приєднується кабель). Таким чином, поняття інтерфейс — включає з'єднувальний кабель і порти, що знаходяться на пристроях, що з'єднуються ним.

IDE- у перекладі з англійської "Integrated Drive Electronics", що буквально означає - "вбудований контролер". Це вже потім IDE стали називати інтерфейсом для передачі даних, оскільки контролер (що знаходиться у пристрої, зазвичай у жорстких дисках та оптичних приводах) та материнську плату потрібно було чимось з'єднувати. Його (IDE) ще називають ATA (Advanced Technology Attachment), виходить щось на зразок «Удосконалена технологія приєднання».

Що тут сказати, IDE хоч і був дуже повільний (пропускна здатність каналу передачі даних становила від 100 до 133 мегабайти на секунду в різних версіях IDE — і те суто теоретично, на практиці набагато менше), проте дозволяв приєднувати одночасно відразу два пристрої до материнської плати , використовуючи у своїй один шлейф.

Причому у разі підключення відразу двох пристроїв пропускна здатність лінії ділилася навпіл. Однак це далеко не єдиний недолік IDE. Сам провід, як видно з малюнка, досить широкий і при підключенні займе левову частку вільного простору в системному блоці, що негативно вплине на охолодження всієї системи в цілому. В загальному IDE вже застарівморально і фізично, тому роз'єм IDE вже не зустріти на багатьох сучасних материнських платах, хоча донедавна їх ще ставили (у кількості 1 шт.) на бюджетні плати і деякі плати середнього цінового сегмента.

Наступним, не менш популярним, ніж IDE у свій час, інтерфейсом є SATA (Serial ATA)характерною особливістю якого є послідовна передача даних. Варто зазначити, що на момент написання статті є наймасовішим для застосування в ПК.

Інтерфейси SATA, SATA 2(II), SATA 3(III)

У 2002 році з'явилися перші жорсткі диски з прогресивним, на той час, інтерфейсом. SATA . Максимальна швидкість передачі якого становила 150 Мбайт/c.

Якщо говорити про переваги, то перше що впадає у вічі – це заміна 80-жильного шлейфу (Мал.1), на семижильний кабель SATA (Мал.3), який набагато стійкіший до перешкод, що дозволило збільшити стандартну довжину кабелю з 46 см до 1м. Також були розроблені відповідні роз'єми SATA (рис.4), які в кілька разів компактніші, ніж роз'єми попереднього стандарту IDE. Це дозволило розмістити на материнській платі більше роз'ємів, тепер нових материнських платах можна зустріти понад 6 роз'ємів SATA, проти традиційних 2-3 IDE, в старих материнських платах орієнтованих цей стандарт.

Далі з'явився стандарт SATA ІІ, швидкість передачі даних докотилася до 300 Мбайт/c. Даний стандарт отримав безліч переваг, серед них: технологія Native Command Queuing (саме вона дозволила досягти швидкості 300Мбайт/с), гаряче підключення дисків, виконання кількох команд однією транзакцією та інші.

Ну, а в 2009 році на світ був представлений інтерфейс SATA 3 . Даним стандартом передбачено передачу даних зі швидкістю 600 Мбайт/c (Для жорстких дисків «ой» як надмірно).

До активу покращень інтерфейсу можна дописати більш ефективне керування живленням і, звичайно ж, підвищення швидкості.

Слід зазначити, що SATA, SATA II та SATA III, повністю сумісні.

• 1956 - жорсткий диск IBM 350 у складі першого серійного комп'ютера IBM 305 RAMAC. Накопичувач займав ящик розміром з великий холодильник і мав вагу 971 кг, а загальний обсяг пам'яті 50 тонких дисків, що оберталися в ньому покритих чистим залізом, діаметром 610 мм становив близько 5 мільйонів 6-бітних байт.
• 1980 - перший 5,25-дюймовий Winchester, Shugart ST-506, 5 Мб.
• 1981 - 5,25-дюймовий Shugart ST-412, 10 Мб.
• 1986 - стандарти SCSI, ATA.
• 1990 рік – максимальна ємність 320 Мб.
• 1995 - максимальна ємність 2 Гб.
• 1997 - максимальна ємність 10 Гб.
• 1998 рік - стандарти UDMA/33 та ATAPI.
• 1999 - IBM випускає Microdrive ємністю 170 і 340 Мб.
• 2000 рік - IBM випускає Microdrive ємністю 500 Мб та 1 Гб.
• 2002 рік - стандарт ATA/ATAPI-6 та накопичувачі ємністю понад 137 Гб.
• 2003 рік – поява SATA.
• 2003 рік – Hitachi випускає Microdrive ємністю 2 Гб.
• 2004 рік - Seagate випускає ST1 - аналог Microdrive ємністю 2.5 та 5 Гб.
• 2005 рік – максимальна ємність 500 Гб.
• 2005 рік – стандарт Serial ATA 3G.
• 2005 рік – поява SAS.
• 2005 рік - Seagate випускає ST1 - аналог Microdrive ємністю 8 Гб.
• 2006 - застосування перпендикулярного методу запису в комерційних накопичувачах.
• 2006 - поява перших «гібридних» жорстких дисків, що містять блок флеш-пам'яті.
• 2006 - Seagate випускає ST1 - аналог Microdrive ємністю 12 Гб.
• 2007 - Hitachi представляє перший комерційний накопичувач ємністю 1 Тб.
• 2009 - на основі 500-гігабайтних пластин Western Digital, потім Seagate Technology LLC випустили моделі ємністю 2 Тб.
• 2009 - Samsung випустила перші жорсткі диски з інтерфейсом USB 2.0
• 2009 рік - Western Digital оголосила про створення 2,5-дюймових HDD об'ємом 1 Тб
• 2009 рік – поява стандарту SATA 3.0.
• 2010 рік – Seagate випускає жорсткий диск об'ємом 3 Тб.
• 2010 рік – Samsung випускає жорсткий диск із пластинами, у яких щільність запису – 667 Гб на одній пластині
• 2011 рік – Western Digital випустила перший диск на 750 Гб пластинах.

Як влаштовувати жорсткий диск? Які бувають жорсткі диски? Яку роль вони виконують у комп'ютері? Як взаємодіють із іншими компонентами? Які параметри враховувати при виборі та купівлі жорсткого диска, ви дізнаєтесь із цієї статті.

НЖМД- скорочена назва від " Накопичувач на Жорстких Магнітних Дисках". Також ви зустрінете англійську HDD- і сленгове Вінчестерабо скорочено Гвинт.

На комп'ютері жорсткий диск відповідає за зберігання даних. Windows, програми, фільми, фотографії, документи, вся інформація, яку ви завантажуєте в комп'ютер, зберігається на жорсткому диску. А інформація у комп'ютері це найцінніше! Якщо вийшов з ладу процесор або відеокарта, їх можна купити та замінити. А ось втрачені сімейні фотографії з відпустки минулого літа або дані бухгалтерії невеликого підприємства за рік не так просто відновити. Тому надійності зберігання даних приділяється особлива увага.

Чому прямокутна металева коробка називається диском? Для відповіді на це питання нам потрібно заглянути всередину і дізнатися, як жорсткий диск влаштований. На зображенні нижче ви можете подивитися з яких деталей жорсткий диск складається і які функції виконує кожна деталь Натисніть для збільшення. (Взято із сайту itc.ua)

Пропоную також подивитися уривок з передачі каналу Discovery про те як влаштований і працює жорсткий диск.

Ще три факти, які вам треба знати про жорсткі диски.

1. Жорсткий диск найповільніша деталь комп'ютера.Коли комп'ютер "зависає", зверніть увагу на індикатор роботи жорсткого диска. Якщо він часто блимає або горить безперервно, значить жорсткий диск виконує команди однієї з програм, а всі інші простоюють, чекаючи своєї черги. Якщо операційній системі не вистачає оперативної оперативної пам'яті для запуску програми, вона використовує місце на жорсткому диску, що дуже сильно гальмує весь комп'ютер. Тому один із способів збільшити швидкість роботи комп'ютера – збільшити розмір оперативної пам'яті.
2. Жорсткий диск також є найтендітнішою деталлю комп'ютера.Як ви дізналися з відео, двигун розкручує диск до кількох тисяч обертів за хвилину. При цьому магнітні головки "парять" над диском в повітряному потоці, створеному диском, що обертається. Відстань між диском та головками у сучасних пристроях становить близько 10 нм. Якщо в цей момент зазнати диска удару або трясіння, головка може торкнутися диска і пошкодити поверхню з даними, що зберігаються на ній. В результаті з'являються так звані " badblocks- нечитані області, через які комп'ютер не може вважати який-небудь файл або завантажити систему. У вимкненому стані головки "паркуються" за межами робочої області і перевантаження від удару не такі страшні жорсткому диску. Робіть, будь ласка, резервні копії важливих даних !
3. Об'єм жорсткого диска часто трохи менший за той, який вказує продавець або виробник.Причина в тому, що виробники вказують об'єм диска, виходячи з того, що в одному гігабайті 1000000000 байт, в той час як їх там 1073741824.

Купуємо жорсткий диск

Якщо ви вирішили збільшити обсяг для зберігання інформації в комп'ютері, підключивши додатковий жорсткий диск або замінивши старий більш містким, що вам знати при покупці?

По-перше, загляньте під кришку системного блоку комп'ютера. Вам необхідно з'ясувати, який інтерфейс підключення жорсткого диска підтримує материнська плата. На сьогоднішній день найбільш поширені стандарти SATAі відживає свій вік IDE. Їх легко відрізнити на вигляд. На малюнку зліва показаний фрагмент материнської плати, яка оснащена роз'ємами обох видів, але на вашій, швидше за все, виявиться один з них.

Існує три версії інтерфейсу SATA. Вони відрізняються швидкістю передачі. SATA, SATA IIі SATA IIIзі швидкістю 1.5, 3 та 6 гігабайт на секунду відповідно. Усі версії інтерфейсів SATAвиглядають однаково та сумісні між собою. Ви можете підключити їх у будь-якій комбінації, в результаті швидкість передачі даних буде обмежена повільнішою версією. При цьому швидкість роботи жорсткого диска ще менша. Тому потенціал швидких інтерфейсів зможе розкритися лише з появою нових швидкодіючих накопичувачів.

Якщо ви вирішили купувати додатковий жорсткий диск SATA, перевірте, чи є у вас інтерфейсний кабель як на картинці. У комплекті із диском він не продається. (Зазвичай вони комплектуються до материнської плати.) Також серед роз'ємів блока живлення повинен бути хоча один вільний для підключення жорсткого диска або вам може знадобитися перехідник зі старого стандарту на новий.

Тепер про жорсткий диск: Головним параметром є, звичайно, ємність. Як я згадував вище, врахуйте, що вона виявиться трохи меншою за заявлену. Для операційної системи та програм потрібно 100 - 200 Гб, що за сучасними мірками зовсім небагато. Скільки вам може знадобитися додаткового простору, ви можете визначити досвідченим шляхом. Великі обсяги можуть знадобитися, наприклад, для запису відео високої якості. Сучасні фільми у форматі HD досягають кількох десятків Гігабайт.

Крім цього, серед основних параметрів вказують:

1. Форм-фактор- Розмір диска. Диски розміром 1.8 та 2.5 дюйма використовуються в . Для стаціонарного комп'ютера слід придбати диск 3.5 дюйма. Роз'єми SATA у них однакові і диск для ноутбука може працювати у стаціонарному комп'ютері. Але диски невеликих розмірів створені з упором на компактність і низьке енергоспоживання, а за швидкодією поступаються більшим моделям. І коштують при цьому дорожче.
2. RPM- Швидкість обертання диска. Вимірюється в кількості оборотів за хвилину ( RPM- скорочення від revolutions per minute). Чим більша швидкість обертання, тим швидше диск записує та зчитує інформацію. Але при цьому споживає більше енергії. На сьогоднішній день найбільш поширені диски з 5400 RPMі 7200 RPM. Нижчі обороти частіше зустрічаються в дисках для ноутбуків, дисках великої ємності (більше двох терабайт) і про "зелених" дисках, названих так через зниженого енергоспоживання. Також існують жорсткі диски зі швидкістю обертання. 10000 RPMі 15000 RPM. Вони розраховані для роботи у високонавантажених серверах і мають підвищений ресурс надійності, але й коштують набагато дорожче за звичайні.
3. Виробник. На даний момент на ринку накопичувачів є кілька великих виробників. Серед них йде досить жорстка конкуренція, тому якістю вони нічим не поступаються один одному. Тому можете вибирати будь-яке з відомих імен: Hitachi, HP, Seagate, Silicon Power, Toshiba Transcend, Western Digital.

Кількість операцій введення-виведення на секунду(англ. IOPS) - у сучасних дисків це близько 50 оп./с при довільному доступі до накопичувача та близько 100 оп./сек при послідовному доступі.

Споживання енергії- Важливий фактор для мобільних пристроїв.

Опірність ударам(англ. G-shock rating) - опір накопичувача різким стрибкам тиску або ударам, вимірюється в одиницях допустимого навантаження у включеному та вимкненому стані.

Швидкість передачі даних(англ. Transfer Rate) при послідовному доступі:

• внутрішня зона диска: від 44,2 до 74,5 Мб/с;
• Зовнішня зона диска: від 60,0 до 111,4 Мб/с.

Об'єм буфера- буфером називається проміжна пам'ять, призначена для згладжування відмінностей швидкості читання/запису та передачі за інтерфейсом. У сучасних дисках він зазвичай варіюється від 8 до 64 Мб.

Рівень шуму

Силіконові шайби для кріплення жорстких дисків. Зменшують вібрацію та шум

Рівень шуму- Шум, який виробляє механіка накопичувача при його роботі. Вказується в децибелах. Тихими накопичувачами є пристрої з рівнем шуму близько 26 дБ і нижче. Шум складається з шуму обертання шпинделя (у тому числі аеродинамічного) та шуму позиціонування.

Для зниження шуму від жорстких дисків застосовують такі методи:

Виробники

Спочатку на ринку була велика різноманітність жорстких дисків, що вироблялися безліччю компаній. У зв'язку з посиленням конкуренції, бурхливим зростанням ємності, що вимагає сучасних технологій, і зниженням норм прибутку більшість виробників було або куплено конкурентами, або перейшло інші види продукції.

В даний час у зв'язку з просуванням на ринок зовнішніх накопичувачів та розвитком технологій типу SSD кількість фірм, що пропонують готові рішення, знову зросла.

Пристрій

Жорсткий диск складається з гермозони та блоку електроніки.

Гермозона

Розібраний жорсткий диск Samsung HD753LJ ємністю 750 Гб

Розібраний жорсткий диск

Гермозона включає корпус із міцного сплаву, власне диски (пластини) з магнітним покриттям, в деяких моделях розділені сепараторами, а також блок головок з пристроєм позиціонування, і електропривод шпинделя.

Всупереч поширеній думці, у переважній більшості пристроїв усередині гермозони немає вакууму. Одні виробники роблять її герметичною (звідси і назва) і заповнюють очищеним та осушеним повітрям або нейтральними газами, зокрема азотом, а для вирівнювання тиску встановлюють тонку металеву або пластикову мембрану. (У такому разі всередині корпусу жорсткого диска передбачається маленька кишеня для пакетика силікагелю, який абсорбує водяну пару, що залишилася всередині корпусу після його герметизації). Інші виробники вирівнюють тиск через невеликий отвір із фільтром, здатним затримувати дуже дрібні (кілька мікрометрів) частинки. Однак у цьому випадку вирівнюється і вологість, а також можуть проникнути шкідливі гази. Вирівнювання тиску необхідно, щоб запобігти деформації корпусу гермозони при перепадах атмосферного тиску (наприклад, у літаку) та температури, а також при прогріванні пристрою під час роботи.

Пилинки, що опинилися при складанні в гермозоні і потрапили на поверхню диска, при обертанні зносяться на ще один фільтр - пиловловлювач.

Диски (пластини), як правило, виготовлені із металевого сплаву. Хоча були спроби робити їх із пластику і навіть скла (IBM), але такі пластини виявилися крихкими та недовговічними. Обидві площини пластин, подібно до магнітофонної стрічки, покриті найтоншим пилом феромагнетика - оксидів заліза, марганцю та інших металів. Точний склад та технологія нанесення становлять комерційну таємницю. Більшість бюджетних пристроїв містять одну або дві пластини, але існують моделі з більшим числом пластин.

Диски жорстко закріплені на шпинделі. Під час роботи шпиндель обертається зі швидкістю кілька тисяч обертів за хвилину (від 3600 до 15 000). За такої швидкості поблизу поверхні пластини створюється потужний повітряний потік, який піднімає головки і змушує їх ширяти над поверхнею пластини. Форма головок розраховується так, щоб під час роботи забезпечити оптимальну відстань від пластини. Поки що диски не розігналися до швидкості, необхідної для «зльоту» головок, паркувальний пристрійутримує головки в зоні паркування. Це запобігає пошкодженню головок та робочої поверхні пластин. Шпиндельний двигун жорсткого диска трифазний синхронний, що забезпечує стабільність обертання магнітних дисків, змонтованих на осі (шпинделі) двигуна. Статор двигуна містить три обмотки, включених "зіркою" з відведенням посередині, а ротор - постійний секційний магніт.

Сепаратор (розділювач) - пластина, виготовлена ​​із пластику або алюмінію, що знаходиться між пластинами магнітних дисків та над верхньою пластиною магнітного диска. Використовується для вирівнювання потоків повітря усередині гермозони.

Пристрій позиціонування

Розібраний жорсткий диск. Знято верхню пластину статора соленоїдного двигуна

Влаштування позиціонування головок (сервопривід, жарг. актуатор) являє собою малоінерційний соленоїдний двигун. Воно складається з нерухомої пари сильних постійних неодимових магнітів, а також котушки (соленоїд) на рухомому кронштейні блоку головок.

Принцип роботи двигуна полягає в наступному: обмотка знаходиться всередині статора (зазвичай два нерухомі магніти), струм, що подається з різною силою та полярністю, змушує її точно позиціонувати кронштейн (коромисло) з головками по радіальній траєкторії. Від швидкості роботи пристрою розташування залежить час пошуку даних на поверхні пластин.

У кожному накопичувачі існує спеціальна зона, яка називається паркувальною, саме на ній зупиняються головки в ті моменти, коли накопичувач вимкнений або знаходиться в одному з режимів низького енергоспоживання. У стані паркування кронштейн (коромисло) блоку головок знаходиться у крайньому положенні і впирається в обмежувач ходу. При операціях доступу до інформації (читання/запис) одним із джерел шуму є вібрація внаслідок ударів кронштейнів, що утримують магнітні головки, обмежувачі ходу в процесі повернення головок у нульову позицію. Для зниження шуму на обмежувачах ходу встановлено демпфуючі шайби з м'якої гуми. Значно зменшити шум жорсткого диска можна програмним шляхом, змінюючи параметри режимів прискорення та гальмування блоку головок. Для цього розроблена спеціальна технологія – Automatic Acoustic Management. Офіційно можливість програмного управління рівнем шуму жорсткого диска з'явилася в стандарті ATA /ATAPI-6 (для цього потрібно змінювати значення змінної, що управляє), хоча деякі виробники робили експериментальні реалізації і раніше.

Блок електроніки

Інтерфейсний блок забезпечує пару електроніки жорсткого диска з іншою системою.

Блок управління являє собою систему управління , що приймає електричні сигнали позиціонування головок, і виробляє керуючі впливу приводом типу «звукова котушка», комутації інформаційних потоків з різних головок, управління роботою всіх інших вузлів (наприклад, управління швидкістю обертання шпинделя), прийому та обробки сигналів з датчиків пристрою (система датчиків може включати в себе одновісний акселерометр, що використовується як датчик удару, тривісний акселерометр, що використовується як датчик вільного падіння, датчик тиску, датчик кутових прискорень, датчик температури).

Блок ПЗУ зберігає керуючі програми для блоків керування та цифрової обробки сигналу, а також службову інформацію вінчестера.

Буферна пам'ять згладжує різницю швидкостей інтерфейсної частини та накопичувача (використовується статична пам'ять, що швидко діє). Збільшення розміру буферної пам'яті в деяких випадках дозволяє збільшити швидкість накопичувача.

Блок цифрової обробки сигналу здійснює очищення ліченого аналогового сигналу та його декодування (витяг цифрової інформації). Для цифрової обробки застосовуються різні методи, наприклад метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood - максимальна правдоподібність при неповному відгуку). Здійснюється порівняння прийнятого сигналу із зразками. При цьому вибирається зразок, найбільш схожий за формою та тимчасовими характеристиками з сигналом, що декодується.

Низькорівневе форматування

На заключному етапі складання пристрою поверхні пластин форматуються – на них формуються доріжки та сектори. Конкретний спосіб визначається виробником та/або стандартом, але, як мінімум, на кожну доріжку наноситься магнітна мітка, що означає її початок.

Існують утиліти, здатні тестувати фізичні сектори диска, та обмежено переглядати та правити його службові дані. Конкретні можливості подібних утиліт сильно залежать від моделі диска та технічних відомостей, відомих автору програмного забезпечення відповідного сімейства моделей.

Геометрія магнітного диска

З метою адресації простору поверхні пластин диска поділяються на доріжки- Концентричні кільцеві області. Кожна доріжка поділяється на рівні відрізки. сектори. Адресація CHS передбачає, що всі доріжки у заданій зоні диска мають однакову кількість секторів.

Циліндр- сукупність доріжок, рівновіддалених від центру, всіх робочих поверхнях пластин жорсткого диска. Номер голівкизадає робочу поверхню, що використовується (тобто конкретну доріжку з циліндра), а номер сектора- конкретний сектор на доріжці.

Щоб використовувати адресацію CHS, потрібно знати геометріювикористовуваного диска: загальна кількість циліндрів, головок та секторів у ньому. Спочатку цю інформацію потрібно задавати вручну; у стандарті ATA -1 було введено функцію автовизначення геометрії (команда Identify Drive).

Вплив геометрії на швидкість дискових операцій

Геометрія жорсткого диска впливає швидкість читання записи. Ближче до зовнішнього краю пластини диска зростає довжина доріжок (вміщується більше секторів) і, відповідно, кількість даних, які пристрій може рахувати або записати за один оберт. У цьому швидкість читання може змінюватися від 50 до 30 Мб/с. Знаючи цю особливість, доцільно розміщувати кореневі розділи операційних систем саме тут. Нумерація секторів починається з зовнішнього краю диска з нуля. В GParted зовнішній край диска розташовується ліворуч (на діаграмі) та зверху (у списку).

Особливості геометрії жорстких дисків із вбудованими контролерами

Зонування

На пластинах сучасних вінчестерів доріжки згруповані в кілька зон (англ. Zoned Recording). Усі доріжки однієї зони мають однакову кількість секторів. Проте на доріжках зовнішніх зон секторів більше, ніж на доріжках внутрішніх. Це дозволяє, використовуючи більшу довжину зовнішніх доріжок, досягти більш рівномірної щільності запису, збільшуючи ємність пластини за тієї ж технології виробництва.

Резервні сектори

Для збільшення терміну служби диска на кожній доріжці можуть бути додаткові резервні сектори. Якщо у якомусь секторі виникає невиправна помилка, цей сектор може бути підмінений резервним (англ. remapping). Дані, що зберігалися в ньому, можуть бути втрачені або відновлені за допомогою ECC , а ємність диска залишиться колишньою. Існує дві таблиці перепризначення: одна заповнюється на заводі, інша - у процесі експлуатації. Межі зон, кількість секторів на доріжку для кожної зони та таблиці перепризначення секторів зберігаються у ПЗП блоку електроніки.

Логічна геометрія

У міру зростання ємності жорстких дисків їх фізична геометрія перестала вписуватися в обмеження, що накладаються програмними та апаратними інтерфейсами (див.: Об'єм жорсткого диска). Крім того, доріжки з різною кількістю секторів несумісні зі способом адресації CHS. В результаті контролери дисків почали повідомляти не реальну, а фіктивну, логічну геометрію, що вписується в обмеження інтерфейсів, але не відповідає реальності. Так, максимальні номери секторів та головок для більшості моделей беруться 63 та 255 (максимально можливі значення у функціях переривання BIOS INT 13h), а число циліндрів підбирається відповідно до ємності диска. Сама ж фізична геометрія диска не може бути отримана у штатному режимі роботи та іншим частинам системи невідома.

Адресація даних

Мінімальною адресованою областю даних на жорсткому диску є сектор. Обсяг сектора зазвичай дорівнює 512 байт. 2006 року IDEMA оголосила про перехід на розмір сектора 4096 байт, який планується завершити до 2010 року.

Компанія Western Digital вже повідомила про початок використання нової технології форматування, названої Advanced Format і випустила серію накопичувачів, що використовують нову технологію. До цієї серії відносяться лінійки AARS/EARS та BPVT.

Перед використанням накопичувача з технологією Advanced Format для роботи в Windows XP необхідно виконати процедуру вирівнювання за допомогою спеціальної утиліти. Якщо розділи на диску створюються Windows Vista, Windows 7 і Mac OS не потрібно вирівнювати.

У Windows Vista, Windows 7, Windows Server 2008 та Windows Server 2008 R2 є обмежена підтримка дисків зі збільшеним розміром сектора.

Існує 2 основних способи адресації секторів на диску: циліндр-головка-сектор(англ. cylinder-head-sector, CHS) та лінійна адресація блоків(англ. linear block addressing, LBA).

CHS

При цьому способі сектор адресується за його фізичним положенням на диску 3 координатами - номером циліндра, номером головкиі номером сектора. У дисках об'ємом більше 528482304 байт (504 Мб) з вбудованими контролерами ці координати вже не відповідають фізичному положенню сектора на диску і є «логічними координатами» (див. ).

LBA

При цьому способі адреса блоків даних на носії задається за допомогою лінійної лінійної адреси. LBA-адресація почала впроваджуватися та використовуватися у 1994 році спільно зі стандартом EIDE (Extended IDE). Необхідність LBA була викликана, зокрема, появою дисків великих об'ємів, які не можна було повністю використати за допомогою старих схем адресації.

Метод LBA відповідає Sector Mapping для SCSI. BIOS SCSI-контролера виконує ці завдання автоматично, тобто для SCSI-інтерфейсу метод логічної адресації характерний спочатку.

Технології запису даних

Принцип роботи жорстких дисків нагадує роботу магнітофонів. Робоча поверхня диска рухається щодо зчитувальної головки (наприклад, у вигляді котушки індуктивності із зазором у магнітопроводі). При подачі змінного електричного струму (при записі) на котушку головки змінне магнітне поле, що виникає, із зазору головки впливає на феромагнетик поверхні диска і змінює напрямок вектора намагніченості доменів в залежності від величини сигналу. При зчитуванні переміщення доменів біля зазору головки призводить до зміни магнітного потоку в магнітопроводі головки, що призводить до виникнення змінного електричного сигналу в котушці через ефект електромагнітної індукції.

Останнім часом для зчитування застосовують магніторезистивний ефект та використовують у дисках магніторезистивні головки. Вони зміна магнітного поля призводить до зміни опору, залежно від зміни напруженості магнітного поля. Подібні голівки дозволяють збільшити ймовірність достовірності зчитування інформації (особливо за великих щільностей запису інформації).

Метод поздовжнього запису

Жорсткі диски з перпендикулярним записом доступні на ринку з 2005 року.

Метод теплового магнітного запису

Метод теплового магнітного запису (англ. Heat-assisted magnetic recording, HAMR ) на даний момент найперспективніший з існуючих, зараз він активно розробляється. При використанні цього методу використовується точковий підігрів диска, який дозволяє голівці намагнічувати дуже дрібні області поверхні. Після того, як диск охолоджується, намагніченість закріплюється. На 2009 рік були доступні лише експериментальні зразки, густина запису яких становила 150 Гбіт/см². Фахівці Hitachi називає межу для цієї технології в 2,3-3,1 Тбіт/см2, представники Seagate Technology - 7,75 Тбіт/см2.

Структуровані носії даних

Структурований (патернований) носій даних (англ. Bit patterned media), - перспективна технологія зберігання даних на магнітному носії, що використовує для запису даних масив однакових магнітних осередків, кожна з яких відповідає одному біту інформації, на відміну від сучасних технологій магнітного запису, в яких біт інформації записується на кількох магнітних доменах.

Метод самоскладання полімерів

Зараз останньою розробкою в галузі збільшення обсягу HDD є метод самоскладання полімерів (14 листопада 2012 року).

Порівняння інтерфейсів

	Пропускна спроможність, Мбіт/с	Максимальна довжина кабелю, м	Чи потрібний кабель живлення	Кількість накопичувачів на канал	Число провідників у кабелі	Інші особливості
UltraATA /133	1064	0,46	Так (3,5") / Ні (2,5")	2	40/80	Controller+2Slave, гаряча заміна неможлива
SATA-300	3000	1	Так	1	7	Host/Slave, можлива гаряча заміна на деяких контролерах
SATA-600	6144	немає даних	Так	1	7
FireWire/400	400			63	4/6
FireWire/800	800	4,5 (при послідовному з'єднанні до 72 м)	Так/Ні (залежить від типу інтерфейсу та накопичувача)	63	9	пристрої рівноправні, гаряча заміна можлива
USB 2.0	480	5 (при послідовному з'єднанні, через хаби до 72 м)		127	4
USB 3.0	4800	немає даних	Так/Ні (залежить від типу накопичувача)	немає даних	9	Двонаправлений, сумісний із USB 2.0
Ultra-320 SCSI	2560	12	Так	16	50/68	пристрої рівноправні, гаряча заміна можлива
SAS	3000	8	Так	Понад 16384		гаряча заміна; можливе підключення SATA-пристроїв у SAS-контролери
eSATA	3000	2	Так	1 (з помножувачем портів до 15)	7	Host/Slave, гаряча заміна можлива

Історія прогресу накопичувачів

Ринок жорстких дисків

Наслідки повені в Таїланді (2011)

Внаслідок повені було затоплено кілька індустріальних зон, де розташовані заводи з виробництва жорстких дисків, що на думку експертів, викликало дефіцит жорстких дисків на світовому ринку. За оцінками Piper Jaffray у IV кварталі 2011 року дефіцит жорстких дисків на світовому ринку складе 60-80 мільйонів одиниць за обсягом попиту 180 мільйонів, станом на 9 листопада 2011 року ціни на жорсткі диски вже зросли в межах від 10 до 60%. До середини 2012 року рівень виробництва та ціни вінчестерів повернулися на колишній рівень.

Див. також

Примітки

1. Reference Guide - Hard Disk Drives (англ.). - Огляд технології жорстких дисків. Архівовано з першоджерела 23 серпня 2011 року. Перевірено 28 липня 2009 року.
2. http://www.storagereview.com/guide/histEarly.html Reference Guide - Hard Disk Drives - Early Disk Drives (англ.)
3. IBM Archives: IBM 3340 direct access storage facility
4. Жорсткий диск чи вінчестер?
5. Seagate представила жорсткий диск ємністю 4 Тб
6. Medalist 545XE (англ.). Seagate (17 серпня 1994 року). (недоступне посилання - історія) Перевірено 8 грудня 2008 року.(недоступне посилання - історія)
   У специфікації диска Medalist 545xe (Seagate ST3660A) заявлені параметри: форматований об'єм 545,5 Мб та геометрія 1057 циліндрів×16 головок×63 сектори×512 байт у секторі = 545 513 472 байт. Однак заявлений об'єм 545,5 з геометрії виходить тільки якщо поділити її на 1000×1000; при розподілі на 1024×1024 виходить значення 520,2.
   Barracuda 7200.9 320 GB PATA hard drive (ST3320833A) (англ.) . Seagate. - Закладка Technical Specifications. Архівовано з першоджерела 23 серпня 2011 року. Перевірено 8 грудня 2008 року.
   Інший приклад: заявлений обсяг 320 Гб і кількість доступних секторів 625 142 448. Однак якщо кількість секторів помножити на їх розмір (512), то в результаті вийде 320 072 933 376. «320» звідси виходять лише розподілом на 1000³, при виходить лише 298.
7. Основа знань Seagate. Стандарти вимірювання ємності пристрою (рус.)
8. http://www.hitachigst.com/hdd/support/15k147/15k147.htm
9. http://www.seagate.com/products/notebook/momentus.html (недоступне посилання - історія)
10. Огляд Scythe Quiet Drive на thg.ru
11. Toshiba: News Release 1 Oct, 2009
12. Seagate завершує придбання підрозділу з виробництва жорстких дисків Samsung | Seagate
13. Влаштування жорсткого диска. R.LAB (23 червня 2010 року). Архівовано з першоджерела 3 лютого 2012 року.
14. Розбирання з вінчестером (вникаємо у суть жорстких дисків), частини 1-3 / Публікації / hi-Tech
15. Колекція утиліт для низькорівневої діагностики та ремонту жорстких дисків. ???. Архівовано
16. Утиліта діагностики та ремонту жорстких дисків UDMA-3000 з модулями для безлічі моделей. ???. Архівовано з першоджерела 23 серпня 2011 року. Перевірено???.

Привіт, друзі! Що таке жорсткий дискабо HDD? Жорсткий диск – це накопичувач на жорстких магнітних дисках. Скорочено – НЖМД або hard (magnetic) disk drive – HDD або MHDD. Перший жорсткий диск був випущений компанією IBM в 1956 мав габарити близько одного метра кубічного і був здатний запам'ятати до 3.5 МБ інформації (дивіться малюнок зліва з вікіпедії). До його складу входило 50 магнітних дисків діаметром 610 мм. Поверхня дисків була вкрита чистим залізом, завдяки чому і була можливість намагнічувати ділянки та запам'ятовувати дані. Цей жорсткий диск важить 971 кг та входив до складу першого серійного комп'ютера IBM 305 RAMAC. Далі технології розвивалися і дійшли до того, що ви бачите у своїх настільних ПК та ноутбуках. Жорсткий диск також називають хард, вінчестер або скорочено гвинт. Назва вінчестера пішла їх 70-х років. У той час компанія IBM випустила новий комп'ютер з більш сучасним жорстким диском, який представляв із себе дві шафки, кожен запам'ятовував до 30 МБ інформації. Було проведено аналогію з гвинтівкою Winchester, яка використовувала патрон 30-30. Напевно, після цього за жорсткими дисками, швидше за все назавжди (принаймні у російськомовного населення), закріпилася назва вінчестер або скорочено гвинт.

Сучасний жорсткий диск складається з:

• корпуси
• блоку електроніки
• блоку позиціонування актуатора
• блоки з магнітними пластинами

Розглянемо кожен докладніше

Корпус. Це як кузов автомобіля. На ньому все тримається. Основне завдання - забезпечувати необхідну жорсткість та герметичність. Жорсткість потрібна для захисту диска від зовнішніх пошкоджень. Герметичність — щоб уникнути попадання сторонніх частинок всередину диска. Корпус виготовляється з теплопровідного сплаву, тому що при роботі пристрою виділяється тепло і його потрібно якось відводити. Докладніше про охолодження HDD можна прочитати. Для вирівнювання тисків зовні та всередині корпусу робиться маленьке віконце з гнучкою металевою пластинкою.

Блок електроніки

Складається з:

• інтерфейсного блоку
• буфер або кеш
• керуючого блоку

Інтерфейсний блок відповідає за зв'язок жорсткого диска з комп'ютером. У ПЗУ — постійному пристрої, записується службова інформація і прошивка диска. Буфер - кеш пам'ять на кшталт оперативної пам'яті. У неї міститься інформація, що часто використовується, що збільшує швидкодію HDD. Швидкість читання з кешу наближається до максимальної інтерфейсу диска. На даний момент найбільш поширений інтерфейс SATA III з максимальною пропускною здатністю 6 Гбіт/с. Керуючий блок відповідає за функціонування всього пристрою. Він стежить за швидкістю обертання блоку з магнітними пластинами та положення блоку з актуаторами.

Складається з актуатора (пристрій для запису та читання інформації), кронштейна (на якому все це працює) та приводу. Привід отримує команди, де йому читати і куди записувати інформацію від блоку управління. (Малюнок нижче взятий із сайту http://www.3dnews.ru/editorial/640707)

Блок із запам'ятовуючими пластинами. Складається з приводу, дисків або пластин та сепараторів. Останні служать завдання певного відстані між пластинами. Диски із сепараторами кріпляться на приводі. Останній підтримує постійну швидкість обертання.

2. Як працює жорсткий диск?

При включенні комп'ютера блок управління подає живлення на привід з магнітними дисками і чекає, поки останній не вийде на задану частоту обертання. Як тільки це відбувається, комп'ютер отримує сигнал про готовність HDD. Далі йде запит інформації. У справу входить блок позиціонування, який задає необхідне становище актуатора. Дані зчитуються і потрапляють до інтерфейсного блоку, а від туди до оперативної пам'яті.

Раніше актуатори стосувалися магнітних дисків. Зі збільшенням швидкості останніх знадобилася інша технологія. При цьому актуатор ширяв над магнітною поверхнею і торкався в певному місці диска. Технологія пішла далі, швидкості обертання пластин виросли і блок з актуаторами почали паркувати поза пластинами. Тобто актуатори знаходяться поруч із пластинами доки не досягнуто потрібної швидкості обертання магнітних дисків.

Завдяки високій швидкості обертання дисків створюється повітряний потік, що піднімає головку актуатора над поверхнею. Цей же повітряний потік здуває з поверхні порошини, що потрапили всередину, на спеціальний фільтр в корпусі. Також у корпусі є адсорбент видалення залишків вологи.

У сучасних жорстких дисках відстань між головкою, що зчитує, і поверхнею магнітної платини.< 10 нм. Благодаря тому, что считывающие головки никогда не касаются магнитных пластин отсутствует трение и продлевается срок жизни HDD.

Кожна магнітна пластина розділена на кільцеві доріжки завширшки близько 60 нм. Останні своєю чергою поділені на кластери. Зазвичай кластер дорівнює 4 КБ. Кожен біт інформації є майданчиком на доріжці, яка може бути намагнічена -1 чи ні -0. Ці майданчики називаються доменами. Чим менший розмір цього майданчика, тим більше інформації поміститься на доріжці і більш ємний вийде жорсткий диск. На початку розвитку застосовувався поздовжній запис. Майданчик розташовувався вздовж доріжки. Надалі цю технологію замінив перпендикулярний запис, що дозволило збільшити щільність даних і в свою чергу збільшити ємності HDD.

Сукупність доріжок рівновіддалених від центру обертання двигуна називається циліндром.

Перш ніж жорсткі диски переступили кордон ємності в 500 MB вистачало системи позиціонування CHS (cylinder-head-sector циліндр-головка-сектор). Зі зростанням обсягу 1994 року було прийнято лінійну систему позиціонування LBA (linear block addressing). У випадку з CHS жорсткий диск був прозорий для операційних систем, із застосуванням лінійної адресації система звертається до потрібного сектора жорсткого диска, а вже блок управління HDD розбирається де знаходиться фізично цей сектор.

Блок позиціонування актуатора. Наводиться рух за допомогою соленоїдного двигуна. Останній складається зі статора та котушки. Статор складається з одного або двох постійних сильних неодимових магнітів. Точне позиціонування кронштейна з головками відбувається шляхом подачі напруги певної сили на котушку.

Від сили магнітів залежить швидкість позиціонування головок і отже час доступу до інформації. Останнє у жорстких дисках варіюється в межах від 3 до 12 мс. Чим менший час, тим швидше і дорожче жорсткий диск. У компанії WD є три серії жорстких дисків: зелена, синя та чорна. У зеленій застосовується один неодимовий магніт та швидкість обертання шпинделя 5400 об/хв. За рахунок цього виходить досить скромна продуктивність, натомість пристойна економічність та низьке енергоспоживання. У синіх дисків застосовується такий самий магніт і швидкість обертання піднімається до 7200 об/хв. За швидкісними характеристиками він займає проміжне положення між зеленими та чорними HDD. У чорних застосовуються два магніти і швидкість 7200 об/хв. Це дозволяє досягти максимальної швидкодії. Ще вище підняти швидкодію можна підвищивши швидкість обертання двигуна з магнітними пластинами до 10000 або 15000 об/хв. Ці диски мають мінімальний час доступу до інформації і застосовуються в основному в серверах. Твердотільні диски зі швидкістю доступу< 1 мс пока остаются вне конкуренции.

Жорсткі диски під час роботи виробляють два види шуму. Від магнітних дисків, що швидко обертаються, і від удару блоку з головками об обмежувач. Останній виникає при поверненні блоку з головками в позицію паркувального. Для зменшення цього удару виробники ставлять гумові підкладки, але іноді це не рятує, особливо в спритних дисках. Існує два шляхи зниження шуму HDD. Перший зробити кріплення, що амортизують, в корпусі ПК. Про це докладніше можна прочитати. Шлях другий – використовувати технологію AAM, про яку написав докладніше.

3. Виробництво та виробники жорстких дисків

Спочатку було близько 70 виробників HDD. Завдяки конкуренції їх залишилося лише три. Це Toshiba, Seagate та WD. На схемі нижче ви можете подивитися в які роки відбувалися поглинання

Виробництво. У механічному цеху з алюмінієвої болванки циліндричної форми нарізаються заготовки. Потім заготовкам надається необхідна форма можливо навіть на токарних верстатах. Після заготівлі надходять у полірувальний цех, де поверхні поліруються до потрібного рівня. Потім відбувається контроль та заготівлі йдуть у цех нанесення магнітного покриття. Після цього знову відбувається контроль. Потім відбувається складання жорсткого диска та низькорівневе форматування. При цьому процесі магнітні пластини розбиваються на доріжки і перевіряються на биті сектори, що не читаються. Останні відразу позначаються щоб виключити у них запис інформації. Кожна доріжка має певний резерв секторів. Саме з цього резерву відбувається заміна виявлених під час роботи збійних ділянок.

Окремо необхідно сказати про виробництво головок для читання та запису інформації. У сучасних жорстких дисках кожен актуатор складається із двох головок, для читання та для запису. Складність виробництва головок можна порівняти зі складністю виробництва процесорів, так само використовується фотолітографія. Пристрої головок складає виробничу таємницю.

Висновок

У статті ми торкнулися трохи історії, привівши картинку першого жорсткого диска, випущеного в 1956 році. Сказали можливу причину називання накопичувачів на магнітних жорстких дисках коротким словом — гвинт. Потім розглянули склад жорсткого диска, що ховається всередині його корпусу. Намагалися приділити увагу кожному блоку окремо. Розглянули роботу жорсткого диска. Наприкінці розібралися з виробниками та самим виробництвом HDD. Сподіваюся ви разом зі мною просунулися у темі HDD.