Жорсткий диск («вінчестер», hdd, hard disc drive - eng.) - Накопичувач інформації заснований на магнітних пластинах і ефекті магнетизму.

Застосовується повсюдноу персональних комп'ютерах, ноутбуках, серверах тощо.

Влаштування жорсткого диска. Як твердий диск працює.

У підлозі герметичнійблоці знаходяться двосторонні пластини, з нанесеним на них магнітним шаром, посаджені на вал двигунаі обертаються зі швидкістю від 5400 оборотів за хвилину. Блок не зовсім герметичний, але найголовніше він не пропускає дрібні частинкиі не допускає перепадів вологості. Все це згубно позначається на терміні служби та якості роботи жорсткого диска.

У сучасних жорстких дисках для валу використовуються . Це дає менший шум при роботі, значно збільшує довговічність і зменшує шанс заклинювання валу через руйнування.

Зчитування та запис здійснюється за допомогою блоку головок.

У робочому стані, головки парятьнад поверхнею диска на відстані ~10нм. Вони мають аеродинамічну форму та піднімаютьсянад поверхнею диска за рахунок висхідного потокувід пластини, що крутиться. Магнітні головки можуть бути з двох боківпластини, якщо з кожної сторони магнітного диска нанесено магнітні шари.

З'єднаний блок головок має фіксоване положеннятобто головки переміщаються всі разом.

Всіми головками, керує спеціальним привідзаснований на електромагнетизм.

Неодимовий магнітстворює магнітне поле, В якому з високою швидкістю реакції під впливом струму, може переміщатися блок головок. Це найкращий і найшвидший варіант переміщення блоку головок, адже колись блок головок переміщався механічно, за допомогою шестерень.

Коли диск вимикається, щоб головки не опустилися на диск і не пошкодилийого, вони забираються в зону паркування головок(Паркувальна зона, parking zone).

Це також дозволяє без особливих обмежень транспортувати вимкнені жорсткі диски. У вимкненому стані диск може витримати великі навантаження і не пошкодитися. У увімкненому стані навіть невеликий поштовх під певним кутом може зруйнувати магнітний шар пластини або пошкодити головки при торканні диска.

Крім герметичної частини, сучасні жорсткі диски мають зовнішню плата керування. Колись всі плати управління були вставлені в материнську плату комп'ютера в слоти розширення. Це було не зручно в плані універсальності та можливостей. Зараз у жорстких дисків, вся керуюча диском електроніка, та інтерфейс розташовані на невеликій платі в нижній частині жорсткого диска. Завдяки цьому, можна налаштувати кожен диск під певні, вигідні з погляду його будови параметри, даючи йому виграш у швидкості, чи тиху роботу наприклад.

Для підключення інтерфейсу та живлення використовуються стандартні загальноприйняті роз'єми / та Molex/Power SATA.

Особливості.

Жорсткі диски є найємнішимизберігачами інформації та щодо надійними. Об'єми дисків постійно зростають, але останнім часом це пов'язано з деякими складнощамиі подальшого розширення обсягу, потрібні нові технології. Можна сказати, що жорсткі диски практично вийшли на пряму для досягнення максимальних можливостей. Розповсюдженню жорстких дисків в основному сприяло співвідношення цінаобсяг. У більшості випадків, гігабайт об'єму диска коштує менше ніж 2.5 рубля.

Плюси та мінуси жорстких дисків у порівнянні з .

До появи твердотільних SSD(solid state drive) — накопичувачів, жорсткі диски не мали конкурентів. Тепер жорсткі диски мають напрям куди потрібно прагнути.

Мінуси жорстких дисків(hard drive) (ssd) накопичувачами:

• низька швидкість послідовного читання
• низька швидкість доступу
• низька швидкість читання
• трохи нижча швидкість запису
• вібрації та невеликий шум при роботі

Хоча з іншого боку, жорсткі диски мають інші, більш вагоміпереваги, до яких SSDнакопичувачам прагнути та прагнути.

Плюси жорстких дисків (hard drive) порівняно з твердотілими (ssd) накопичувачами:

• значно кращий показник об'єму
• найкращий показник надійності
• більший максимальний обсяг
• при виході з ладу в рази більший шанс відновити дані
• найкращий варіант для використання в медіа центрах, завдяки компактності та великому об'єму 2.5 накопичувачів

Про те, на що варто звертати увагупри виборі жорсткого диска можна подивитися в нашій статті ««. Якщо вам потрібний ремонт жорсткого диска або відновлення інформації, можна звернутися до .

Комп'ютер – незамінна складова людського суспільства. Він опрацьовує картинки, звуки, числа, слова. На щастя всю інформацію можна зберегти, щоб не втратити, коли комп'ютер вимикається.

Завдання жорсткого диска всередині комп'ютера – зберігати та видавати інформацію дуже швидко. Жорсткий диск дуже дивовижний винахід комп'ютерної індустрії. Він може зберігати астрономічну кількість інформації. Цей мініатюрний пристрій записує практично не обмежену кількість інформації, користуючись законами фізики.

Якщо випадково зробити форматування жорсткого диска, то відновити дані з нього можна, але довго і дорого.

Як працює жорсткий диск?

Щоб зрозуміти – треба зламати. Жорсткий диск складається з п'яти основних частин:

Захищати диск необхідно, якщо ми хочемо користуватися цим пристроєм роками. А які можуть бути ушкодження? Ушкодження диска це метафора. У таких тонких шарах, вага головки прирівнюється до ваги 747 літаків, а вага 747 літаків можна порівняти з вагою ста тисяч пасажирів, що летять на швидкості 100 кілометрів на годину. Відхилення в частині міліметра та все…

Яку важливу роль грає сила тертя, коли коромисло починає зчитувати інформацію, зміщуючись до 60 разів на секунду. Двигун коромисла невидимий, тому що ця електромагнітна система працює на взаємодії двох сил природи – електрики та магнетизму. Така взаємодія розганяє коромисло до швидкостей світла.

До цього йшлося про компоненти, тепер поговоримо про зберігання даних. Дані зберігаються у вузьких доріжках на диску. При виробництві на диску створюється понад двісті тисяч таких доріжок. Кожна доріжка поділена на сектори. Карта доріжок та секторів дозволяє голівці визначити, куди записати або де рахувати інформацію. Поверхня диска гладка і блискуча, але при ближчому розгляді структура виявляється складнішою. Феримагнітна плівка на поверхні запам'ятовує всю записану інформацію. Головка намагнічує мікроскопічну область на плівці, встановлюючи магнітний момент такого осередку в один із станів «0» або «1», кожен такий нуль і одиниця називається бітами. Значення біта відповідає орієнтації магнітного поля плюсу або мінусу і не варто турбуватися за збереження даних, тому що фотографія гарної якості займає близько 29 мільйонів таких осередків і розкидана по 12 різних секторах. Звучить вражаюче, але насправді така неймовірна кількість бітів займає дуже невелику ділянку на поверхні диска. Кожен квадратний сантиметр поверхні включає 31 мільярд бітів. Ось це я розумію пам'ять.

Жорсткий диск записує та видає інформацію на швидкостях, яку важко уявити. Використовуючи закони магнетизму, тонка плівка може запам'ятати безліч різних енциклопедій чи сотні тисяч фотографій легко. Жорсткий диск дійсно мініатюрний прилад, що записує будь-яку інформацію в маленьких бітах. Цей шедевр інженерної думки розширює рамки розумної фізики біт за бітом.

У всіх сучасних комп'ютерах є жорсткий диск, який призначений для зберігання даних, а також завантаження операційної системи. Років 15-20 тому практично всі комп'ютери оснащувалися дисководами для гнучких дисків, які використовувалися для завантаження програм та операційної системи. Операційна система MS-DOS завантажувалася в оперативну пам'ять із дискети.

Але поступово, як і вимагає прогрес, розмір програм став збільшуватися. Для роботи в сучасних операційних системах потрібен обсяг дискового простору як мінімум кілька сотень мегабайт. Уявляєте, скільки дискет знадобиться, щоб зберегти цей обсяг? Гнучкі диски, незважаючи на всі хитрощі розробників, вже не могли вмістити достатню кількість файлів, що містять графічні образи комп'ютерних ігор та звуки. А користувачі вимагали дедалі барвистіших ігор. І, нарешті, було ухвалено рішення, в результаті якого розробили новий пристрій – жорсткий диск.

Жорсткий диск, він же Hard Disk Drive, HDD, вінчестер, накопичувач на жорстких магнітних дисках (НЖМД), або з використанням жаргону "гвинт", є прямим нащадком дисководу для гнучких дисків.

Основне призначення жорсткого диска - він повинен надати користувачеві дисковий простір, настільки необхідний для зберігання файлів операційної системи та всіх необхідних програм.

Особливістю жорсткого диска на відміну дисковода для гнучких дисків є висока надійність зберігання даних.

Єдиний недолік нового винаходу - відсутність мобільності носія, через що гостро постала проблема перенесення даних. Але жорсткий диск спочатку створювався як незнімний пристрій.

Відомості з історії: у 1973 році на фірмі IBM за новою технологією було розроблено перший жорсткий диск, який міг зберігати до 16 Кбайт інформації. Оскільки цей диск мав 30 циліндрів (доріжок), кожна з яких була розбита на 30 секторів, спочатку йому привласнили нехитру назву -30/30. За аналогією з автоматичними гвинтівками, що мають калібр 30/30, такі жорсткі диски отримали прізвисько вінчестер.

Зовні жорсткий диск нагадує невелику металеву коробку.

Зверху на корпусі, як правило, є наклейка, на якій нанесені основні технічні параметри даної моделі, такі як на ім'я виробника, назва моделі, номінальна напруга живлення, інформація про положення перемичок, призначених для конфігурування вінчестера, і т.п. на корпусі прикріплена друкована плата, що є вбудованим контролером жорсткого диска, який необхідний для забезпечення його нормальної роботи.

Корпус вінчестера

Корпус вінчестера захищає жорсткий диск від пошкоджень. Повітря, яким заповнений корпус, обов'язково має бути очищено від пилу, інакше навіть найменша частка при потраплянні всередину може привести в непридатність весь пристрій. Тому практично всі моделі вінчестерів мають фільтр, який є невеликим віконцем, закритим міцним матеріалом, що пропускає незначну кількість повітря.

Усередині корпусу розміщуються практично всі елементи, необхідні для роботи вінчестера: носій інформації, який являє собою ті ж, але жорсткі диски, а також пристрій зчитування/запису інформації (магнітні головки і пристрій позиціонування).

Габаритні розміри сучасних жорстких дисків характеризуються так звані форм-фактором, який вказує горизонтальний і вертикальний розміри корпусу. Можливі такі горизонтальні розміри: 1,8; 2,5; 3,5 або 5,25", з них найбільш поширені два останні (хоча останній зустрічається все рідше і рідше).

Носій інформації

Вінчестер містить один або кілька дисків (platters), тобто це носій, який змонтований на осі-шпинделі, що рухається спеціальним двигуном (частина приводу). Швидкість обертання сучасних вінчестерів може бути 5400, 7200, 10000 об/хв. Досягнуто швидкості аж до 15 000 об/хв., але такі вінчестери поки що занадто дорогі для середнього користувача. Зрозуміло, що вища швидкість обертання, то швидше зчитується інформація з диска. Слід мати на увазі, що чим вища швидкість обертання, тим вищий рівень шуму, що видається вінчестером. Це досить неприємною платою за високу швидкість роботи.

Самі диски є оброблені з високою точністю керамічні або алюмінієві пластини, на які і нанесений спеціальний магнітний шар (покриття). З обох боків диски покриті найтоншим шаром феромагнітного матеріалу (окисом якогось металу), подібного до того, що застосовується для виробництва, наприклад, дискет. Від міцності покриття залежать деякі експлуатаційні характеристики, наприклад, міцність вінчестерів. Як робоча поверхня зазвичай використовують обидві сторони кожного диска, крім дисків, розташованих по краях пакета - у цих дисків зовнішні поверхні, повернені в бік корпусу, для зберігання інформації не використовуються. Вони є захисними.

Кількість дисків може бути різною - від одного до п'яти і вище, кількість робочих поверхонь при цьому відповідно вдвічі більше, щоправда, не завжди. Іноді зовнішні крайніх дисків або одного з них не використовуються для зберігання даних, при цьому кількість робочих поверхонь зменшується і може виявитися непарним.

Магнітні головки

Найбільш важливою частиною будь-якого накопичувача є головки читання-запису (read-write head). Головки являють собою магнітні керовані контури з сердечниками, на обмотки яких подається змінна напруга. Принцип дії дуже схожий на принцип роботи головок звичайного магнітофона, тільки вимоги до них пред'являються значно жорсткіші.

Кількість магнітних головок завжди дорівнює кількості фізичних поверхонь, що використовуються для зберігання даних. Кожна пара головок одягнена на своєрідну "вилку", що охоплює диск з обох боків. Дана "вилка" має дуже довгий "хвіст", який закінчує масивним хвостовиком, що становить противагу голівкам та їх несучим. Коли вінчестер не працює, головки завдяки пружності "вилки" притискаються до поверхні диска, що дозволяє виключити їх "брязкіт" під час транспортування. Всі магнітні головки об'єднані в єдиний блок, що дозволяє організувати їхнє синхронне переміщення.

Практично всі сучасні жорсткі диски мають функцію автоматичної "парковки" головок. Паркуванням називається процес переміщення магнітних головок у спеціальну зону диска, яка називається паркувальною зоною" (від англ. Landing Zone). Ця зона не містить абсолютно ніякої корисної інформації, крім спеціальної сервісної мітки, що вказує на місце розташування "парковки". стан жорсткий диск можна транспортувати за досить поганих фізичних умов - вібрація, легкі удари, струси.

Функція "парковки" реалізована досить легко. У неробочому стані хвостовик блоку головок "приклеюється" до невеликого магніту, розташованого у пристрої позиціонування. При надходженні напруги живлення на жорсткий диск генерується досить потужний електромагнітний імпульс, який "відриває" хвостовик від посадкового місця. Поки жорсткий диск працює, електромагнітне поле, що постійно утримується, не дає хвостовику "прилипнути" до магніту. Коли ж напруга живлення зникає, то головки за рахунок тяжіння постійного магніту практично миттєво переміщуються в зону паркування, де вони благополучно приземляються на поверхню дисків.

Зауважимо, що в сучасних вінчестерах головки як би «летять» на відстані частки мікрона від поверхні дисків, не торкаючись їх.

Пристрій позиціонування

Пристрій позиціонування, що переміщує магнітні головки, зовні дуже схожий на баштовий кран. З одного боку знаходяться довгі тонкі несучі магнітних головок, а з іншого - короткий і значно масивніший хвостовик з обмоткою електромагнітного приводу. Обмотку позиціонера оточує статор, що є постійним магнітом. При подачі в обмотку електромагніту струму певної величини і полярності хвостовик починає повертатися у відповідну сторону з прискоренням, пропорційним силі струму. При зміні полярності струму хвостовик починає рух у зворотний бік. Динамічно змінюючи рівень і полярність струму, можна встановлювати магнітні головки в будь-яке можливе положення (від центру до краю дисків). Таку систему іноді називають Voice Coil (звукова котушка) – за аналогією з дифузором гучномовця. Даний пристрій позиціонування ще називають лінійним двигуном. Застосування як рушійної сили електромагнітного поля надає головкам рівномірного лінійного переміщення, чого так не вистачає кроковим двигунам, які використовуються в дисководах для гнучких дисків.

Для визначення необхідного положення головок є спеціальні сервісні мітки, записані на носій при виготовленні вінчестера і зчитувані при позиціонуванні. У деяких моделях вінчестерів під сервісну інформацію відводять окрему поверхню і спеціалізовану магнітну голівку, що дозволяє з високою швидкістю визначити точне місце розташування інших головок, що рухаються синхронно з нею. Якщо сервісні мітки записані на тих же доріжках, що й дані, то для них виділяється спеціальний сектор, а читання виконується тими самими головками, що й читання даних. Завдяки використанню лінійного двигуна з'явилася можливість "тонкого настроювання" головок шляхом їх незначного переміщення щодо доріжки, що допомагає більш точно відстежити центр кола сервісної мітки. В результаті підвищується достовірність даних, що зчитуються, і виключається необхідність тимчасових витрат на процедури корекції положення головок, як це відбувається в дисководах.

Плата електроніки

Усередині будь-якого вінчестера обов'язково знаходиться друкована плата з електронними компонентами. Друкована плата, на якій розташовані електронні компоненти системи керування жорстким диском, зазвичай прикріплюється до нижньої площини корпусу за допомогою звичайних гвинтів. Залежно від моделі електроніка може бути або закрита металевою пластиною, або відкрита для будь-яких механічних впливів - виробники по-різному представляють реальні умови експлуатації жорсткого диска. З внутрішньою частиною вінчестера плата з'єднується за допомогою спеціального гнізда.

Плата електроніки призначена для керування роботою механічних рухомих частин пристрою та формування електричних імпульсів під час читання/запису. Вона містить:

1. мікропроцесор, керуючий рештою електронікою жорсткого диска;
2. буферну пам'ять, призначену для тимчасового зберігання даних, що записуються на диск або зчитуються з нього;
3. мікросхему ПЗП, що використовується для зберігання алгоритмів роботи, як основного мікропроцесора, гак та всіх інших електронних компонентів;
4. генератор, що живить змінним струмом, двигун дисків;
5. складну сервісну систему, яка керує пристроєм позиціонування блоку головок на необхідну доріжку (циліндр) відповідно до сигналів, що надходять;
6. підсилювачі запису, що формують електричні імпульси, які подаються на магнітні головки при записі даних;
7. підсилювачі зчитування та формувачі вихідних сигналів при зчитуванні інформації.

Мікропроцесор є спеціалізованою мікросхемою, внутрішня структура якої спрямована на обробку масивів даних, що надходять у схему електроніки, як з боку магнітних головок, так і з боку комп'ютера. Основним завданням цієї мікросхеми є перетворення цифрових потоків даних, що надходять з комп'ютера в електромагнітні імпульси, що записуються на диск, а також зворотна операція: перетворення зчитуваних імпульсів в потік цифрових даних. Крім цього мікропроцесор займається постійним наглядом за станом усіх функцій вінчестера, щоб можна було прогнозувати можливий вихід його з ладу.

Буферна пам'ять необхідна жорсткому диску, щоб трохи узгодити різницю у швидкості роботи інтерфейсу з реальною швидкістю читання/запису з дисків. При записі інформації вона спочатку зберігається в буфері, а потім записується на поверхню дисків. При читанні інформації використовується трохи інший режим: дані передаються відразу ж на інтерфейс і паралельно записуються в буферну пам'ять. При повторному зверненні до цих даних читання проводиться вже з буфера. На сучасних жорстких дисках обсяг буферної пам'яті (іноді зустрічається назва кеш-пам'ять вінчестера) може досягати 2 Мбайт і більше, що є оптимальним для більшості завдань, що виконуються комп'ютером.

Мікросхема ПЗУ призначена для зберігання алгоритмів роботи мікро процесора, а також технічної інформації, яку можна прочитати за допомогою різних тестових утиліт (модель вінчестера, серійний номер тощо). Деякі дешеві моделі жорстких дисків зберігають всю службу на дисках і при кожному включенні завантажують її в звичайний модуль оперативної пам'яті.

Інтерфейсна логіка представляє цілий набір електронних компонентів, завдання яких зводиться до організації з'єднання з комп'ютером, тобто створення фізичного з'єднання інтерфейсу жорсткого диска з контролером комп'ютера.

Важливим компонентом електронної плати є роз'єми для підключення з'єднувального кабелю та напруги живлення (рис. 10.3). Між цими роз'ємами, як правило, розташовується набір перемичок, за допомогою яких змінюється конфігурація жорсткого диска (Master, Slave). Опис усіх можливих варіантів ви, швидше за все, знайдете на наклейці, яка є на верхній площині корпусу.

Плата інтерфейсної електроніки сучасного вінчестера, як ви вже зрозуміли, є самостійним пристроєм з власним процесором, пам'яттю, пристроями вводу/виводу та іншими атрибутами, властивими будь-якому комп'ютеру. Насправді, жорсткий диск це комп'ютер у комп'ютері.

Багато вінчестерів мають на платі електроніки спеціальний технологічний інтерфейс з роз'ємом, через який за допомогою стендового обладнання можна виконувати різні сервісні операції з накопичувачем - тестування, форматування, пошук і "фіксацію" дефектних ділянок.

Накопичувач на жорсткому магнітному диску (НЖМД) HDD (Hard Disk Drive) вінчестер (носій) - матеріальний об'єкт, здатний зберігати інформацію.

Накопичувачі інформації можуть бути класифіковані за такими ознаками:

• способу зберігання інформації: магнітоелектричні, оптичні, магнітооптичні;
• виду носія інформації: накопичувачі на гнучких та жорстких магнітних дисках, оптичних та магнітооптичних дисках, магнітній стрічці, твердотільні елементи пам'яті;
• способу організації доступу до інформації - накопичувачі прямого, послідовного та блокового доступу;
• типу пристрою зберігання інформації - вбудовані (внутрішні), зовнішні, автономні, мобільні (що носяться) та ін.

Значна частина накопичувачів інформації, використовуваних нині, створено з урахуванням магнітних носіїв.

Пристрій жорсткого диска

Вінчестер містить набір пластин, що представляють найчастіше металеві диски, вкриті магнітним матеріалом – платтером (гама-ферит-оксид, ферит барію, окис хрому…) та з'єднані між собою за допомогою шпинделя (валу, осі).
Самі диски (товщина приблизно 2мм) виготовляються з алюмінію, латуні, кераміки або скла. (Див. Рис)

Для запису використовуються обидві поверхні дисків. Використовується 4-9 пластин. Вал обертається з високою постійною швидкістю (3600-7200 оборотів/хв.)
Обертання дисків та радикальне переміщення головок здійснюється за допомогою 2-х електродвигунів.
Дані записуються або зчитуються за допомогою головок запису/читанняпо одній на кожну поверхню диска. Кількість головок дорівнює кількості робочих поверхонь всіх дисків.

Запис інформації на диск ведеться по строго визначених місцях - концентричних доріжкам (трекам) . Доріжки діляться на сектора.В одному секторі 512 байт інформації.

Обмін даними між ОЗП та НМД здійснюється послідовно цілим числом (кластером). Кластер- Ланцюжки послідовних секторів (1,2,3,4, ...)

Спеціальний двигунза допомогою кронштейна позиціонує головку читання/запису над заданою доріжкою (переміщає її у радіальному напрямку).
При повороті диска головка знаходиться над потрібним сектором. Очевидно, що всі головки переміщуються одночасно і зчитують інфоголовки переміщуються одночасно і зчитують інформацію з однакових доріжок різних ро-мацію з однакових доріжок різних дисків.

Доріжки вінчестера з однаковим порядковим номером на різних дисках вінчестера циліндром .
Головки читання запису переміщаються вздовж поверхні платтера. Чим ближче до поверхні диска знаходиться головка при цьому, не торкаючись її, тим вище допустима щільність запису.

Влаштування вінчестера

Магнітний принцип читання та запису інформації

магнітний принцип запису інформації

Фізичні основи процесів запису та відтворення інформації на магнітних носіях закладені в роботах фізиків М.Фарадея (1791 – 1867) та Д. К. Максвелла (1831 – 1879).

У магнітних носіях інформації цифровий запис проводиться на чутливий магніто матеріал. До таких матеріалів відносяться деякі різновиди оксидів заліза, нікель, кобальт та його сполуки, сплави, а також магнітопласти та магнітоеласти з в'язкою з пластмас та гуми, мікропорошкові магнітні матеріали.

Магнітне покриття має товщину кілька мікрометрів. Покриття наноситься на немагнітну основу, якою для магнітних стрічок та гнучких дисків використовуються відмінність пластмаси, а для жорстких дисків – алюмінієві сплави та композиційні матеріали підкладки. Магнітне покриття має доменну структуру, тобто. складається з безлічі найдрібніших намагнічених частинок.

Магнітний домен (від лат. dominium – володіння) - це мікроскопічна, однорідно намагнічена область у феромагнітних зразках, відокремлена від сусідніх областей тонкими перехідними шарами (доменними межами).

Під впливом зовнішнього магнітного поля власні магнітні поля доменів орієнтуються відповідно до напряму магнітних силових ліній. Після припинення впливу зовнішнього поля на поверхні домену утворюються зони залишкової намагніченості. Завдяки цій властивості на магнітному носії зберігається інформація, що діяло магнітному полі.

Під час запису інформації зовнішнє магнітне поле створюється з допомогою магнітної головки. У процесі зчитування інформації зони залишкової намагніченості, опинившись навпроти магнітної головки, наводять у ній під час зчитування електрорушійну силу (ЕРС).

Схема запису та читання з магнітного диска дана на рис.3.1 Зміна напрямку ЕРС протягом деякого проміжку часу ототожнюється з двійковою одиницею, а відсутність цієї зміни – з нулем. Зазначений проміжок часу називається бітовим елементом.

Поверхня магнітного носія сприймається як послідовність точкових позицій, кожна у тому числі асоціюється з бітом інформації. Оскільки розташування цих позицій визначається неправильно, для запису потрібні заздалегідь нанесені мітки, які допомагають знаходити необхідні позиції запису. Для нанесення таких синхронізуючих міток має бути розбито диск на доріжки
та сектори - форматування.

Організація швидкого доступу до інформації на диску є важливим етапом для зберігання даних. Оперативний доступ до будь-якої частини поверхні диска забезпечується, по-перше, за рахунок надання йому швидкого обертання та, по-друге, шляхом переміщення магнітної головки читання/запису радіусом диска.
Гнучкий диск обертається зі швидкістю 300-360 об/хв, а жорсткий диск - 3600-7200 об/хв.

Логічне влаштування вінчестера

Магнітний диск спочатку не готовий до роботи. Для приведення його в робочий стан він має бути відформатовано, тобто. має бути створена структура диска.

Структура (розмітка) диска створюється під час форматування.

Форматування магнітних дисків включає 2 етапи:

1. фізичне форматування (низького рівня)
2. логічне (високого рівня).

При фізичному форматуванні робоча поверхня диска розбивається окремі області, звані секторами,які розташовані вздовж концентричних кіл – доріжок.

Крім того, визначаються сектори, непридатні для запису даних, вони позначаються як поганідля того, щоб уникнути їх використання. Кожен сектор є мінімальною одиницею даних на диску, має власну адресу для прямого доступу до нього. Адреса сектора включає номер сторони диска, номер доріжки та номер сектора на доріжці. Визначаються фізичні параметри диска.

Як правило, користувачеві не потрібно займатися фізичним форматуванням, так як у більшості випадків жорсткі диски надходять у відформатованому вигляді. Взагалі, цим має займатися спеціалізований сервісний центр.

Форматування низького рівняпотрібно проводити у таких випадках:

• якщо з'явився збій у нульовій доріжці, що викликає проблеми при завантаженні з жорсткого диска, але диск при завантаженні з дискети доступний;
• якщо ви повертаєте в робочий стан старий диск, наприклад, переставлений зі зламаного комп'ютера.
• якщо диск виявився відформатованим для роботи з іншою операційною системою;
• якщо диск перестав нормально працювати та всі методи відновлення не дали позитивних результатів.

Потрібно мати на увазі, що фізичне форматування є дуже сильнодіючою операцією- при його виконанні дані, що зберігалися на диску, будуть повністю стерті і відновити їх буде абсолютно неможливо! Тому не приступайте до форматування низького рівня, якщо ви не впевнені, що зберегли всі важливі дані поза жорстким диском!

Після того, як ви виконаєте форматування низького рівня, слідує черговий етап - створення розбивки жорсткого диска на один або кілька логічних дисківнайкращий спосіб впоратися з плутаниною каталогів та файлів, розкиданих по диску.

Не додаючи жодних апаратних елементів до вашої системи, Ви отримуєте можливість працювати з кількома частинами одного жорсткого диска, як із кількома накопичувачами.
При цьому ємність диска не збільшується, проте можна значно покращити його організацію. Крім того, можна використовувати різні логічні диски для різних операційних систем.

При логічне форматування відбувається остаточна підготовка носія до зберігання даних шляхом логічного організації дискового простору.
Диск підготовляється для запису файлів у сектори, створені за низькорівневого форматування.
Після створення таблиці розбивки диска слідує черговий етап - логічне форматування окремих частин розбивки, іменованих надалі логічними дисками.

Логічний диск - Це деяка область жорсткого диска, що працює так само, як окремий накопичувач.

Логічне форматування є значно простішим процесом, ніж форматування низького рівня.
Для того, щоб виконати його, завантажтеся з дискети, що містить утиліту FORMAT.
Якщо у вас є кілька логічних дисків, послідовно відформатуйте все.

У процесі логічного форматування на диску виділяється системна область, Що складається з 3-х частин:

• завантажувального сектора та таблиця розділів (Boot reсord)
• таблиці розміщення файлів (FAT), в яких записуються номери доріжок та секторів, що зберігають файли
• кореневий каталог (Root Direсtory).

Запис інформації здійснюється частинами через кластер. В тому самому кластері не може бути 2-х різних файлів.
Крім того, на даному етапі диску може бути надане ім'я.

Жорсткий диск може бути розбитий на кілька логічних дисків і навпаки 2 жорсткі диски можуть бути об'єднані в один логічний.

Рекомендується на жіночому диску створювати як мінімум два розділи (два логічні диски): один з них відводиться під операційну систему та програмне забезпечення, другий диск виключно виділяється під дані користувача. Таким чином дані та системні файли зберігаються окремо один від одного і в разі збою операційної системи набагато більша ймовірність збереження даних користувача.

Характеристики вінчестерів

Жорсткі диски (вінчестери) відрізняються між собою такими характеристиками:

1. ємністю
2. швидкодією – часом доступу до даних, швидкістю читання та запису інформації.
3. інтерфейсом (спосіб підключення) - типом контролера, до якого повинен приєднуватися вінчестер (найчастіше IDE/EIDE та різні варіанти SСSI).
4. інші особливості

1. Ємність- кількість інформації, що міститься на диску (визначається рівнем технології виготовлення).
Сьогодні ємність становить 500 -2000 і більше Гб. Місця на жорсткому диску ніколи не буває багато.

2. Швидкість роботи (швидкість)диска характеризується двома показниками: часом доступу до даних на дискуі швидкістю читання/запису на диску.

Час доступу – час, необхідний для переміщення (позиціонування) головок читання/запису на потрібну доріжку та потрібний сектор.
Середній характерний час доступу між двома випадково вибраними доріжками приблизно 8-12мс (мілісекунд), швидші диски мають час 5-7мс.
Час переходу на сусідню доріжку (сусідний циліндр) менший за 0.5 - 1.5мс. Для повороту в потрібний сектор теж потрібен час.
Повний час обороту диска для сучасних вінчестерів 8 – 16мс, середній час очікування сектора становить 3-8мс.
Чим менший час доступу, тим швидше буде працювати диск.

Швидкість читання/запису(пропускна здатність введення/виводу) або швидкість передачі даних (трансферт)– час передачі послідовно розташованих даних, залежить тільки від диска, а й його контролера, типи шини, швидкодія процесора. Швидкість повільних дисків 1.5-3 Мб/с, у швидких 4-5Мб/с, у останніх 20Мб/с.
Вінчестери з SСSI-інтерфейсом підтримують частоту обертання 10000 об./хв. та середній час пошуку 5мс, швидкість передачі даних 40-80 Мб/с.

3.Стандарт інтерфейсу підключення вінчестера - Тобто. тип контролера, якого повинен підключатися жорсткий диск. Він знаходиться на материнській платі.
Розрізняють три основні інтерфейси підключення

1. IDE та його різні варіанти

IDE (Integrated Disk Elestronis) або (ATA) Advanсed Technology Attaсhment
Переваги - простота та невисока вартість

Швидкість передачі: 8.3, 16.7, 33.3, 66.6, 100 Мб/с. У міру розвитку даних інтерфейс підтримує розширення списку пристроїв: жорсткий диск, супер-флопі, магнітооптика,
НМЛ, CD-ROM, CD-R, DVD-ROM, LS-120, ZIP.

Вводяться деякі елементи розпаралелювання (gneuing і dissonneсt/resonneсt), контролю за цілісністю даних при передачі. Головний недолік IDE - невелика кількість пристроїв, що підключаються (не більше 4), що для ПК високого класу явно мало.
Сьогодні інтерфейси IDE перейшли на нові протоколи обміну Ultra ATA. Значно збільшивши свою пропускну здатність
Mode 4 і DMA (Direсt Memory Aссess) Mode 2 дозволяє передавати дані зі швидкістю 16,6 Мб/с, проте реальна швидкість передачі була б набагато менше.
Стандарти Ultra DMA/33 та Ultra DMA/66, розроблені в лютому 98р. компанією Quantum мають 3 режими роботи 0,1,2 і 4, відповідно у другому режимі носій підтримує
швидкість передачі 33Мб/с. (Ultra DMA/33 Mode 2) Для забезпечення такої високої швидкості можна досягти лише при обміні з буфером накопичувача. Для того, щоб скористатися
стандартами Ultra DMA необхідно виконати 2 умови:

1. апаратна підтримка на материнській платі (чіпсета) та з боку самого накопичувача.

2. для підтримки режиму Ultra DMA, як і інший DMA (direсt memory Aссess-прямий доступ до пам'яті).

Потрібний спеціальний драйвер для різних наборів мікросхем різних. Як правило, вони входять до комплекту системної плати, у разі необхідності її можна «завантажити»
з Internet зі сторінки фірми-виробника материнської плати.

Стандарт Ultra DMA має зворотну сумісність з попередніми контролерами, що працюють у більш повільному варіанті.
Сьогоднішній варіант: Ultra DMA/100 (кінець 2000р.) та Ultra DMA/133 (2001р.).

SATA
Заміна IDE (ATA) не інша високошвидкісна послідовна шина Fireware (IEEE-1394). Застосування нової технології дозволить довести швидкість передачі 100Мб/с,
підвищується надійність системи, це дозволить встановлювати пристрої, не включаючи ПК, що категорично не можна в ATA-інтерфейсі.

SСSI (Small Computer System Interfase)— пристрої дорожчі за звичайні в 2 рази, вимагають спеціального контролера на материнській платі.
Використовуються для серверів, видавничих систем, САПР. Забезпечують більш високу швидкодію (швидкість до 160Мб/с), широкий діапазон пристроїв зберігання даних, що підключаються.
SСSI-контролер необхідно купувати разом із відповідним диском.

SСSI перевага перед IDE- гнучкість та продуктивність.
Гнучкість полягає великою кількістю пристроїв, що підключаються (7-15), а у IDE (4 максимально), більшою довжиною кабелю.
Продуктивність - висока швидкість передачі та можливість одночасної обробки кількох транзакцій.

1. Ultra Sсsi 2/3(Fast-20) до 40Мб/с 16-розрядний варіант Ultra2-стандарт SСSI до 80Мб/с

2. Інша технологія SСSI-інтерфейсу названа Fibre Сhannel Arbitrated Loop (FС-AL) дозволяє підключати до 100Мбс, довжина кабелю при цьому до 30 метрів. Технологія FС-AL дозволяє здійснити «гарячі» підключення, тобто. на «ходу», має додаткові лінії для контролю та корекції помилок (технологія дорожча за звичайний SСSI).

4. Інші особливості сучасних вінчестерів

Величезна різноманітність моделей вінчестера ускладнює вибір відповідного.
Крім потрібної ємності, дуже важлива і продуктивність, яка визначається в основному його фізичними характеристиками.
Такими характеристиками є середній час пошуку, швидкість обертання, внутрішня і зовнішня швидкість передачі, обсяг Кеш-пам'яті.

4.1 Середній час пошуку.

Жорсткий диск витрачає якийсь час для того, щоб перемістити магнітну головку поточного положення в нове, необхідне зчитування чергової порції інформації.
У кожній конкретній ситуації цей час є різним, залежно від відстані, на яку повинна переміститися головка. Зазвичай у специфікаціях наводиться лише усереднені значення, причому застосовувані різними фірмами алгоритми усереднення, у випадку різняться, отже пряме порівняння утруднено.

Так, фірми Fujitsu, Western Digital проводять по всіх можливих парах доріжок, фірми Maxtor та Quantum застосовують метод випадкового доступу. Отримуваний результат може додатково коригуватися.

Значення часу пошуку для запису часто дещо вище, ніж для читання. Деякі виробники у своїх специфікаціях наводять лише менше значення (для читання). У будь-якому випадку крім середніх значень корисно враховувати і максимальне (через весь диск),
та мінімальний (тобто з доріжки на доріжку) час пошуку.

4.2 Швидкість обертання

З точки зору швидкості доступу до потрібного фрагмента запису швидкість обертання впливає на величину так званого прихованого часу, якого для того, щоб диск повернувся до магнітної голівки потрібним сектором.

Середнє значення цього часу відповідає половині обороту диска і становить 8.33 мс при 3600 об/хв, 6.67 мс при 4500 об/хв, 5,56 мс при 5400 об/хв, 4,17 при 7200 об/хв.

Значення прихованого часу можна порівняти з середнім часом пошуку, так що в деяких режимах воно може мати такий самий, якщо не більше, вплив на продуктивність.

4.3 Внутрішня швидкість передачі

- швидкість, з якою дані записуються на диск або зчитуються з диска. Через зонний запис вона має змінне значення - вище на зовнішніх доріжках і нижче на внутрішніх.
Працюючи з довгими файлами у часто саме цей параметр обмежує швидкість передачі.

4.4 Зовнішня швидкість передачі

- Швидкість (пікова) з якою дані передаються через інтерфейс.

Вона залежить від типу інтерфейсу і має найчастіше фіксовані значення: 8.3; 11.1; 16.7Мб/с для Enhanсed IDE (PIO Mode2, 3, 4); 33.3 66.6 100 для Ultra DMA; 5, 10, 20, 40, 80, 160 Мб/с для синхронних SСSI, Fast SСSI-2, FastWide SСSI-2 Ultra SСSI (16 розрядів) відповідно.

4.5 Наявність у вінчестера своєї Кеш-пам'яті та її обсяг (дисковий буфер).

Об'єм та організація Кеш-пам'яті (внутрішнього буфера) може помітно вливати на продуктивність жорсткого диска. Так само як і для звичайної кеш-пам'яті,
приріст продуктивності після досягнення деякого обсягу різко уповільнюється.

Сегментована кеш-пам'ять великого обсягу актуальна для продуктивних SСSI-дисків, що використовуються в багатозадачних середовищах. Що більше КЕШ, то швидше працює вінчестер (128-256Кб).

Вплив кожного з параметрів на загальну продуктивність вичленувати досить важко.

Вимоги до жорстких дисків

Основна вимога до дисків - надійність роботи гарантується значним терміном служби компонентів 5-7 років; хорошими статистичними показниками, а саме:

• середній час напрацювання на відмову не менше 500 тисяч годин (вищого класу 1 мільйон годин і більше)
• вбудована система активного контролю за станом вузлів диска SMART /Self Monitoring Analysis and Report Технології.

Технологія S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology)є відкритим промисловим стандартом, розроблений у свій час Сompaq, IBM та рядом інших виробників жорстких дисків.

Сенс цієї технології полягає у внутрішній самодіагностиці жорсткого диска, яка дозволяє оцінити його поточний стан та інформувати про можливі майбутні проблеми, які можуть призвести до втрати даних або до виходу диска з ладу.

Здійснюється постійний моніторинг стану всіх життєво важливих елементів диска:
головок, робочих поверхонь, електродвигуна зі шпинделем, блоку електроніки. Скажімо, якщо виявляється ослаблення сигналу, інформація перезаписується і відбувається подальше спостереження.
Якщо сигнал знову послаблюється, дані переносяться в інше місце, а даний кластер поміщається як дефектний і недоступний, а замість нього надається в розпорядженні інший кластер з резерву диска.

При роботі з жорстким диском слід дотримуватись температурного режиму, в якому функціонує накопичувач. Виробники гарантують безвідмовну роботу вінчестера при температурі навколишнього середовища в діапазоні від 0С до 50С, хоча, в принципі, без серйозних наслідків можна змінити межі принаймні градусів на 10 обидві сторони.
При великих відхиленнях температури повітряний прошарок необхідною товщиною може не утворюватися, що призведе до пошкодження магнітного шару.

Взагалі, виробники HDD приділяють досить велику увагу надійності своїх виробів.

Основна проблема - потрапляння всередину диска сторонніх частинок.

Для порівняння: частинка тютюнового диму вдвічі більша за відстань між поверхнею і головкою, товщина людського волосся в 5-10 разів більша.
Для голівки зустріч з такими предметами обернеться сильним ударом і, як наслідок, частковим пошкодженням або повним виходом з ладу.
Зовні це помітно як поява великої кількості закономірно розташованих непридатних кластерів.

Небезпечні короткочасні великі за модулем прискорення (перевантаження), що виникають при ударах, падіннях і т.д. Наприклад, від удару головка різко вдаряє по магнітному
шару та викликає його руйнування у відповідному місці. Або, навпаки, спочатку рухається у протилежний бік, а потім під дією сили пружності немов пружина б'є по поверхні.
В результаті в корпусі з'являються частинки магнітного покриття, які можуть пошкодити головку.

Не варто думати, що під дією відцентрової сили вони відлетять із диска — магнітний шар
міцно притягне їх до себе. У принципі, страшні наслідки не самого удару (можна якось змиритися зі втратою деякої кількості кластерів), а те, що при цьому утворюються частинки, які обов'язково викличуть подальше псування диска.

Для запобігання таких дуже неприємних випадків різні фірми вдаються до різноманітних хитрощів. Крім простого підвищення механічної міцності компонентів диска, застосовуються також інтелектуальна технологія S.M.A.R.T., яка стежить за надійністю запису та збереження даних на носії (див. вище).

Взагалі диск завжди відформатований не на повну ємність, є деякий запас. Пов'язано це переважно ще й з тим, що практично неможливо виготовити носій,
на якому абсолютно вся поверхня була б якісною, обов'язково буде bad-кластери (збійні). При низькорівневому форматуванні диска його електроніка налаштовується так,
щоб вона оминала ці збійні ділянки, і для користувача було зовсім не помітно, що носій має дефект. Але якщо вони видно (наприклад, після форматування
утиліта виводить їх кількість, відмінну від нуля), то це вже дуже погано.

Якщо гарантія не закінчилася (а HDD, на мій погляд, найкраще купувати з гарантією), то відразу ж віднесіть диск до продавця і вимагайте заміни носія або повернення грошей.
Продавець, звичайно, відразу почне говорити, що парочка збійних ділянок – ще не привід для занепокоєння, але не вірте йому. Як уже говорилося, ця парочка, швидше за все, викличе ще багато інших, а згодом взагалі можливий повний вихід вінчестера з ладу.

Особливо чутливий до пошкоджень диск у робочому стані, тому не слід поміщати комп'ютер у місце, де він може бути схильний до різних поштовхів, вібрацій і так далі.

Підготовка вінчестера до роботи

Почнемо із самого початку. Припустимо, що ви купили накопичувач на жорсткому диску та шлейф до нього окремо від комп'ютера.
(Річ у тім, що, купуючи зібраний комп'ютер, ви отримаєте підготовлений до використання диск).

Декілька слів про поводження з ним. Накопичувач на жорсткому диску - дуже складний виріб, що містить, крім електроніки, прецизійну механіку.
Тому він вимагає акуратного поводження - удари, падіння та сильна вібрація можуть пошкодити його механічну частину. Як правило, плата накопичувача містить багато малогабаритних елементів і не закрита міцними кришками. Тому слід подбати про її збереження.
Перше, що слід зробити, отримавши жорсткий диск — прочитати документацію, що прийшла з ним, — у ній напевно виявиться багато корисної та цікавої інформації. При цьому слід звернути увагу на такі моменти:

• наявність та варіанти встановлення перемичок, що визначають налаштування (установку) диска, наприклад, що визначає такий параметр, як фізичне ім'я диска (вони можуть бути, але їх може і не бути),
• кількість головок, циліндрів, секторів на дисках, рівень прекомпенсації та тип диска. Ці дані потрібно ввести у відповідь на запит програми інсталяції комп'ютера (setup).
  Вся ця інформація знадобиться під час форматування диска та підготовки машини до роботи з ним.
• Якщо ПК сам не визначить параметри вашого вінчестера, більшою проблемою стане встановлення накопичувача, на який немає жодної документації.
  На більшості жорстких дисків можна знайти етикетки з назвою фірми-виробника, з типом (маркою) пристрою, а також таблицею неприпустимих для використання доріжок.
  Крім того, на накопичувачі може бути наведена інформація про кількість головок, циліндрів та секторів та рівень прекомпенсації.

Заради справедливості треба сказати, що нерідко на диску написано лише його назву. Але і в цьому випадку можна знайти необхідну інформацію або в довіднику,
або зателефонувавши до представництва фірми. При цьому важливо отримати відповіді на три запитання:

• як повинні бути встановлені перемички для того, щоб використовувати накопичувач як master\slave?
• скільки на диску циліндрів, головок, скільки секторів на доріжку, що дорівнює значення прекомпенсації?
• який тип диска із записаних у ROM BIOS найкраще відповідає даному накопичувачу?

Володіючи цією інформацією, можна переходити до встановлення накопичувача на жорсткому диску.

Для встановлення жорсткого диска на комп'ютер слід зробити наступне:

1. Вимкнути повністю системний блок від живлення, зняти кришку.
2. Приєднати шлейф вінчестера до контролера материнської плати. Якщо Ви встановлюєте другий диск, можна скористатися шлейфом від першого за наявності на ньому додаткового роз'єму, при цьому потрібно пам'ятати, що швидкість роботи різних вінчестерів буде порівняна в бік повільно.
3. Якщо потрібно, перемикайте перемички відповідно до способу використання жорсткого диска.
4. Встановити накопичувач на вільне місце та приєднати шлейф від контролера на платі до гнізда вінчестера червоною смугою до живлення, кабель джерела живлення.
5. Надійно закріпити жорсткий диск чотирма болтами з двох сторін, акку/spanратно розташувати кабелі всередині комп'ютера, так, щоб при закриванні кришки не перерубати їх,
6. Закрийте системний блок.
7. Якщо ПК сам не визначив вінчестер, змінити конфігурацію комп'ютера за допомогою Setup, щоб комп'ютер знав, що до нього додали новий пристрій.

Фірми-виробники вінчестерів

Вінчестери однакової ємності (але від різних виробників) зазвичай мають більш-менш подібні характеристики, а відмінності виражаються головним чином в конструкції корпусу, форм-факторі (простіше кажучи, розмірах) і термін гарантійного обслуговування. Причому про останнє слід сказати особливо: вартість інформації на сучасному вінчестері часто у багато разів перевищує його ціну.

Якщо на вашому диску з'явилися збої, то намагатися його ремонтувати часто означає лише піддавати свої дані до додаткового ризику.
Набагато розумніший шлях-заміна збійного пристрою на новий.
Левову частку жорстких дисків російському (та й лише) ринку становить продукції фірм IBM, Maxtor, Fujitsu, Western Digital (WD), Seagate, Quantum.

назва фірми-виробника, що виробляє даний тип накопичувача,

Корпорація Quantum (www. quantum. com.), заснована 1980г.,- одне з ветеранів над ринком дискових накопичувачів. Компанія відома своїми новаторськими технічними рішеннями, спрямованими на підвищення надійності та продуктивності жорстких дисків, часом доступу до даних на диску та швидкістю читання/запису на диску, можливістю інформувати про можливі майбутні проблеми, які можуть призвести до втрати даних або виходу диска з ладу.

— Однією з фірмових технологій Quantum є SPS (Shoсk Proteсtion System), покликана захистити диск від ударних дій.

— вбудована програма DPS (Data Proteсtion System), призначеної зберегти найдорожче — дані, що зберігаються на них.

Корпорація Western Digital (www.wdс.сom.)також є однією з найстаріших компаній-виробників дискових накопичувачів, вона знала у своїй історії та злети та падіння.
Компанія за останній час змогла впровадити у свої диски останні технології. Серед них варто відзначити власну розробку-технологію Data Lifeguard, яка є подальшим розвитком системи S.M.A.R.T. У ній зроблена спроба логічного завершення ланцюжка.

Згідно з цією технологією проводиться регулярне сканування поверхні диска в період, коли він незадіяний системою. При цьому проводиться читання даних та перевірка їхньої цілісності. Якщо в процесі звернення до сектора зазначаються проблеми, дані переносяться в інший сектор.
Інформація про неякісні сектори заноситься у внутрішній дефект-аркуш, що дозволяє уникнути у майбутньому запису у майбутньому запису до дефектних секторів.

Фірма Seagate (www.seagate. Сom)дуже відома на нашому ринку. До речі, я рекомендую вінчестери саме цієї фірми, як найнадійніші і довговічніші.

У 1998 р. вона змусила знову привернути до себе увагу, випустивши серію дисків Medallist Pro
зі швидкістю обертання 7200 об/хв, застосувавши для цього спеціальні підшипники. Раніше така швидкість використовувалася лише в дисках інтерфейсу SСSI, що дозволило збільшити продуктивність. У цій же серії використовується технологія SeaShield System, покликана покращити захист диска і даних, що зберігаються на ньому, від впливу електростатики та ударних впливів. Одночасно зменшується також вплив електромагнітних випромінювань.

Усі вироблені диски підтримують технологію S.M.A.R.T.
У нових дисках Seagate передбачає застосування покращеної версії своєї системи SeaShield із ширшими можливостями.
Показово, що Seagate заявив про найбільшу в галузі стійкість оновленої серії до ударів – 300G у неробочому стані.

Фірма IBM (www. storage. ibm. сom)хоч і не була донедавна великим постачальником на російському ринку жорстких дисків, але встигла швидко здобути хорошу репутацію завдяки своїм швидким і надійним дисковим накопичувачам.

Фірма Fujitsu (www. Fujitsu. сom)є великим і досвідченим виробником дискових накопичувачів, причому як магнітних, а й оптичних і магнитооптических.
Правда, на ринку вінчестерів з інтерфейсом IDE компанія аж ніяк не лідер: вона контролює (з різних досліджень) приблизно 4% цього ринку, а основні її інтереси лежать в області SСSI-пристроїв.

Термінологічний словник

Так як деякі елементи накопичувача, що відіграють важливу роль у його роботі, часто сприймаються як абстрактні поняття, наведено нижче пояснення найбільш важливих термінів.

Час доступу (Aссes time)— період часу, необхідний для накопичувача на жорсткому диску для пошуку та передачі даних у пам'ять або з пам'яті.
Швидкодія накопичувачів на жорстких магнітних дисках часто визначається часом доступу (вибірки).

Кластер (Сluster)- Найменша одиниця простору, з якою працює ОС у таблиці розташування файлів. Зазвичай кластер складається з 2-4-8 чи більше секторів.
Кількість секторів залежить від типу диска. Пошук кластерів замість окремих секторів скорочує витрати операційної системи за часом. Великі кластери забезпечують швидшу роботу
накопичувача, оскільки кількість кластерів у такому разі менше, але при цьому гірше використовується простір (місце) на диску, так як багато файлів можуть виявитися менше кластера і байти кластера, що залишилися, не використовуються.

Контролер (УУ) (Сontroller)- схеми, зазвичай розташовані на платі розширення, що забезпечують керування роботою накопичувача на жорсткому диску, включаючи переміщення головки та зчитування та запис даних.

Циліндр (Сylinder)- Доріжки, розташовані навпроти один одного на всіх сторонах всіх дисків.

Головка накопичувача (Drive head)— механізм, що переміщається поверхнею жорсткого диска і забезпечує електромагнітний запис або зчитування даних.

Таблиця розміщення файлів (FAT) (File Alloсation Table (FAT))— запис, що формується ОС, яка відстежує розміщення кожного файлу на диску і те, які сектори використані, а які — вільні для запису нових даних.

Зазор магнітної головки (Head gap)- Відстань між головкою накопичувача і поверхнею диска.

Чергування (Interleave)- Відношення між швидкістю обертання диска та організацією секторів на диску. Зазвичай швидкість обертання диска перевищує здатність отримувати дані з диска. До того моменту, коли контролер зчитує дані, наступний послідовний сектор вже проходить головку. Тому дані записуються на диск через один чи два сектори. За допомогою спеціального програмного забезпечення під час форматування диска можна змінити порядок чергування.

Логічний диск (Logiсal drive)— певні частини робочої поверхні твердого диска, які розглядають як окремі накопичувачі.
Деякі логічні диски можуть бути використані для інших операційних систем, наприклад, UNIX.

Паркування (Park)— переміщення головок накопичувача в певну точку і фіксація їх у нерухомому стані над частинами диска, що не використовуються, для того, щоб звести до мінімуму пошкодження при струсі накопичувача, коли головки ударяються об поверхню диска.

Розбивка (Partitioning)- Операція розбиття жорсткого диска на логічні диски. Розбиваються всі диски, хоча невеликі диски можуть мати лише один розділ.

Диск (Platter)- сам металевий диск, покритий магнітним матеріалом, який записуються дані. Накопичувач на жорстких дисках має, як правило, більше одного диска.

RLL (Run-length-limited)— кодуюча схема, яка використовується деякими контролерами для збільшення кількості секторів на доріжку для розміщення більшої кількості даних.

Сектор (Seсtor)— розподіл дискових доріжок, що є основною одиницею розміру, використовувану накопичувачем. Сектори ОС зазвичай містять 512 байтів.

Час позиціонування (Seek time)— час, необхідний головці для переміщення з доріжки, де вона встановлена, на якусь іншу потрібну доріжку.

Доріжка (Trask)- Концентричний поділ диска. Доріжки схожі на доріжки на платівці. На відміну від доріжок пластинки, які є безперервною спіраль, доріжки на диску мають форму кола. Доріжки в свою чергу поділяються на кластери та сектори.

Час переходу з доріжки на доріжку (Trask-to-trask seek time)— час, необхідний переходу головки накопичувача на сусідню доріжку.

Швидкість передачі (Transfer rate)- Обсяг інформації, що передається між диском і ЕОМ в одиницю часу. До нього входить час пошуку доріжки.

Зберігання інформації на жорстких дисках

Частина 1

1. Введення

Більшість користувачів, відповідаючи на питання, що знаходиться в їхньому системному блоці, також згадують вінчестер. Вінчестер – це пристрій, на якому найчастіше зберігаються Ваші дані. Існує легенда, яка пояснює, чому за жорсткими дисками повелася така химерна назва. Перший жорсткий диск, випущений в Америці на початку 70-х років, мав ємність 30 МБ інформації на кожній робочій поверхні. У той же час широко відома в тій же Америці магазинна гвинтівка О. Ф. Вінчестера мала калібр - 0,30; може гуркотів при своїй роботі перший вінчестер як автомат чи порохом від нього пахло — не знаю, але з того часу почали називати жорсткі диски вінчестерами.

У процесі роботи комп'ютера трапляються збої. Віруси, перебої енергопостачання, програмні помилки — все це може спричинити пошкодження інформації, що зберігається на жорсткому диску. Пошкодження інформації далеко не завжди означає її втрату, тому корисно знати про те, як вона зберігається на жорсткому диску, бо тоді її можна відновити. Тоді, наприклад, у разі пошкодження вірусом завантажувальної області, не обов'язково форматувати весь диск (!), а, відновивши пошкоджене місце, продовжити нормальну роботу зі збереженням всіх своїх безцінних даних.

З одного боку, в процесі написання цієї статті я ставив собі завдання розповісти Вам:

1. про засади запису інформації на жорсткий диск;
2. про розміщення та завантаження операційної системи;
3. про те, як грамотно розділити Ваш новий вінчестер на розділи з метою використання декількох операційних систем.

З іншого боку, я хочу підготувати читача до другої статті, в якій я розповім про програми, які називають boot manager-ами. Для того щоб розуміти, як працюють ці програми, потрібно мати базові знання про такі речі як MBR, Partitions і т.д.

Досить загальних слів - приступимо.

2. Пристрій жорсткого диска

Жорсткий диск (НDD - Hard Disk Drive) влаштований наступним чином: на шпинделі, з'єднаним з електромотором, розташований блок з декількох дисків (млинців), над поверхнею яких знаходяться головки для читання/запису інформації. Форма голівок надається у вигляді крила і кріпляться вони на серпоподібний повідець. Під час роботи вони «літають» над поверхнею дисків у повітряному потоці, що створюється при обертанні цих дисків. Вочевидь, що підйомна сила залежить від тиску повітря на головки. Воно ж, своєю чергою, залежить від зовнішнього атмосферного тиску. Тому деякі виробники вказують у специфікації на свої пристрої граничну стелю експлуатації (наприклад, 3000 м). Ну, чим не літак? Диск розбитий на доріжки (або треки), які у свою чергу поділені на сектори. Дві доріжки, що рівно віддалені від центру, але розташовані по різні боки диска, називаються циліндрами.

3. Зберігання інформації

Жорсткий диск, як і будь-який інший блоковий пристрій, зберігає інформацію фіксованими порціями, які називаються блоками. Блок є найменшою порцією даних, що має унікальну адресу на жорсткому диску. Для того, щоб прочитати або записати потрібну інформацію в потрібне місце, необхідно представити адресу блоку як параметр команди, що видається контролеру жорсткого диска. Розмір блоку вже досить з давніх-давен є стандартним для всіх жорстких дисків - 512 байт.

На жаль, досить часто відбувається плутанина між такими поняттями як «сектор», «кластер» та «блок». Фактично, між «блоком» та «сектором» різниці немає. Щоправда, одне поняття логічне, а друге — топологічне. "Кластер" - це кілька секторів, що розглядаються операційною системою як одне ціле. Чому не відмовилися від простої роботи із секторами? Відповім. Перехід до кластерів стався тому, що розмір таблиці FAT було обмежено, а розмір диска збільшувався. У разі FAT16 для диска об'ємом 512 МБ кластер становитиме 8 КБ, до 1 ГБ – 16 КБ, до 2 ГБ – 32 КБ тощо.

Щоб однозначно адресувати блок даних, необхідно вказати всі три числа (номер циліндра, номер сектора на доріжці, номер головки). Такий спосіб адресації диска був поширений і отримав згодом позначення абревіатурою CHS (cylinder, head, sector). Саме цей спосіб був спочатку реалізований у BIOS, тому згодом виникли обмеження, пов'язані з ним. Справа в тому, що BIOS визначив розрядну сітку адрес на 63 сектори, 1024 циліндри та 255 головок. Однак розвиток жорстких дисків на той час обмежився використанням лише 16 головок у зв'язку із складністю виготовлення. Звідси з'явилося перше обмеження максимально допустиму для адресації ємність жорсткого диска: 1024×16×63×512 = 504 МБ.

Згодом, виробники стали робити HDD більшого розміру. Відповідно кількість циліндрів на них перевищила 1024, максимально допустиме число циліндрів (з точки зору старих BIOS). Однак, адресована частина диска продовжувала дорівнювати 504 Мбайт, за умови, що звернення до диска велося засобами BIOS. Це обмеження з часом було знято запровадженням так званого механізму трансляції адрес, про який трохи нижче.

Проблеми, що виникли з обмеженістю BIOS щодо фізичної геометрії дисків, призвели врешті-решт до появи нового способу адресації блоків на диску. Цей метод досить простий. Блоки на диску описуються одним параметром – лінійною адресою блоку. Адресація диска лінійно отримала абревіатуру LBA (logical block addressing). Лінійна адреса блоку однозначно пов'язана з його CHS адресою:

lba = (cyl * HEADS + head) * SECTORS + (sector-1);

Суть цього методу полягає в тому, що якщо в наведеній вище формулі збільшити параметр HEADS, то потрібно менше циліндрів, щоб адресувати ту ж саму кількість блоків диска. Але зате потрібно головок.Однак головок-то якраз використовувалося всього 16 з 255. Тому BIOS"и стали переводити надлишкові циліндри в головки, зменшуючи число одних і збільшуючи число інших. Це дозволило їм використовувати розрядну сітку головок повністю. Це відсунуло межу адресованого BIOS"ом дискового простору до 8 ГБ.

Не можна не сказати кілька слів і про Large Mode. Цей режим роботи призначений для жорстких дисків об'ємом до 1 ГБ. У Large Mode кількість логічних головок збільшується до 32, а кількість логічних циліндрів зменшується вдвічі. При цьому звернення до логічних головок 0..F транслюються у парні фізичні циліндри, а звернення до головок 10..F - у непарні. Вінчестер, розмічений у режимі LBA, несумісний із режимом Large, і навпаки.

Подальше збільшення об'ємів диска, що адресуються, з використанням колишніх сервісів BIOS стало принципово неможливим. Справді, всі параметри задіяні за максимальною «планкою» (63 сектори, 1024 циліндри та 255 головок). Тоді було розроблено новий розширений інтерфейс BIOS, що враховує можливість великих адрес блоків. Однак цей інтерфейс вже не сумісний із колишнім, внаслідок чого старі операційні системи, такі як DOS, які користуються старими інтерфейсами BIOS, не змогли і не зможуть переступити межі 8GB. Практично всі сучасні системи вже не користуються BIOS, а використовують власні драйвера для роботи з дисками. Тому дане обмеження на них не поширюється. Але слід розуміти, що перш ніж система зможе використовувати власний драйвер, вона повинна як мінімум його завантажити. На етапі початкового завантаження будь-яка система змушена користуватися BIOS"ом. Це і викликає обмеження на розміщення багатьох систем за межами 8GB, вони не можуть звідти завантажуватись, але можуть читати та писати інформацію (наприклад, DOS який працює з диском через BIOS).

4. Розділи, або Partitions

Звернемося до розміщення операційних систем на жорстких дисках. Для організації систем дисковий адресний простір блоків поділяється на частини, які називаються розділами (partitions). Розділи повністю подібні до цілого диска в тому, що вони складаються з суміжних блоків. Завдяки такій організації для опису розділу достатньо вказівки початку розділу та його довжини у блоках. Жорсткий диск може містити чотири первинні розділи.

Під час завантаження комп'ютера, BIOS завантажує перший сектор головного розділу (завантажувальний сектор) за адресою 0000h:7C00h та передає йому керування. На початку цього сектора розташований завантажувач (завантажувальний код), який прочитує таблицю розділів і визначає розділ, що завантажується (активний). А далі все повторюється. Тобто він завантажує завантажувальний сектор цього розділу на цю адресу і знову передає йому управління.

Розділи є контейнерами всього вмісту. Цим вмістом, як правило, є файлова система. Під файловою системою з погляду диска розуміється система розмітки блоків зберігання файлів. Після того, як на розділі створено файлову систему і в ній розміщено файли операційної системи, розділ може стати завантаженим. Завантажуваний розділ має у своєму першому блоці невелику програму, яка здійснює завантаження операційної системи. Однак для завантаження певної системи потрібно запустити її завантажувальну програму з першого блоку. Про те, як це відбувається, буде розказано трохи нижче.

Розділи із файловими системами не повинні перетинатися. Це пов'язано з тим, що дві різні файлові системи мають кожна своє уявлення про розміщення файлів, але коли це розміщення припадає на те саме фізичне місце на диску, між файловими системами виникає конфлікт. Цей конфлікт виникає не відразу, а лише в міру того, як файли починають розміщуватися там диска, де розділи перетинаються. Тому слід уважно ставитись до розділення диска на розділи.

Саме по собі перетин розділів не є небезпечним. Небезпечно саме розміщення декількох файлових систем на розділах, що перетинаються. Розмітка диска на розділи ще не означає створення файлових систем. Однак, вже сама спроба створення порожньої файлової системи (тобто форматування), на одному з розділів, що перетинаються, може призвести до виникнення помилок у файловій системі іншого розділу. Все сказане відноситься однаково до всіх операційних систем, а не тільки найпопулярніших.

Диск розбивається на розділи програмним шляхом. Тобто Ви можете створити довільну конфігурацію розділів. Інформація про розбиття диска зберігається в першому блоці жорсткого диска, що називається головним завантажувальним записом (Master Boot Record (MBR)).

5. MBR

MBR є основним засобом завантаження з жорсткого диска, що підтримується BIOS. Для наочності представимо вміст завантажувальної області у вигляді схеми:

Все те, що знаходиться по зміщенню 01BEh-01FDh, називається таблицею розділів. Ви бачите, що в ній чотири розділи. Лише один із чотирьох розділів має право бути поміченим як активний, що означатиме, що програма завантаження має завантажити на згадку перший сектор саме цього розділу та передати туди керування. Останні два байти MBR мають містити число 0xAA55. Наявність цієї сигнатури BIOS перевіряє, що перший блок був завантажений успішно. Сигнатуру цю обрано не випадково. Її успішна перевірка дозволяє встановити, що всі лінії даних можуть передавати і нулі, і одиниці.

Програма завантаження переглядає таблицю розділів, вибирає їх активний, завантажує перший блок цього розділу і передає туди управління.

Давайте подивимося як влаштований дескриптор розділу:

* 0001h-0003h початок розділу
** 0005h-0007h кінець розділу

З погляду розділів диска найбільш популярною донедавна була і залишається MS-DOS. Вона забирає у своє користування два з чотирьох розділів: Primary DOS partition, Extended DOS partition. Перший (primary) це звичайний досовий диск C:. Другий – це контейнер логічних дисків. Вони всі бовтаються там у вигляді ланцюжка підрозділів, які так і називаються: D:, E:, ... Логічні диски можуть мати і сторонні файлові системи, відмінні від файлової системи DOS. Однак, як правило, стороння файлова система пов'язана присутністю ще однієї операційної системи, яку, взагалі кажучи, слід було б помістити у свій власний розділ (не extended DOS), але для таких витівок часто виявляється занадто маленькою таблиця розділів.

Зазначимо ще одну важливу обставину. Коли на чистий жорсткий диск встановлюється DOS, при завантаженні немає жодних альтернатив у виборі операційних систем. Тому завантажувач виглядає дуже примітивно, йому не треба запитувати у користувача, яку систему той хоче завантажити. З бажанням мати відразу кілька систем виникає потреба заводити програму, що дозволяє вибирати систему для завантаження.

6. Висновок

Я сподіваюся, що зміг досить зрозуміло і детально подати базову інформацію про пристрій жорсткого диска, MBR і PT. На мій погляд, такого набору знань цілком достатньо для дрібного ремонту сховища інформації. У наступній статті я розповім Вам про програми, які звуться Boot Manager, та принципи їх роботи.

Дуже дякую за допомогу Володимиру Дашевському