Триколор 

Что такое винчестер в персональном компьютере. Что такое винчестер в компьютере

В данной статье будет идти речь только о жестких дисках (HDD) то есть о носителях на магнитных дисках. О SSD будет следующая статья.

Что такое жесткий диск

По традиции, давайте подсмотрим определение жесткого диска в Википедии:
Жесткий диск (винт, винчестер, накопитель на жестких магнитных дисках, НЖМД, HDD, HMDD) - запоминающее устройство произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи.
Используются в подавляющем большинстве компьютеров, а также как отдельно подключаемые устройства для хранения резервных копий данных, в качестве файлового хранилища и т.п.
Чуть-чуть разберемся. Мне нравится термин «накопитель на жестких магнитных дисках«. Эти пять слов передают всю суть. HDD - устройство, предназначение которого длительное время хранить записанные на него данные. Основой HDD являются жесткие (алюминиевые) диски со специальным покрытием, на которое при помощи специальных головок записывается информация.
Не буду рассматривать в деталях сам процесс записи - по сути это физика последних классов школы, и вникать в это, уверен, у вас желания нет, да и статья совсем не о том.
Также обратим внимание на фразу: «произвольного доступа» что, грубо говоря, означает, что мы (компьютер) можем в любое время считать информацию с любого участка ЖД.
Важным является тот факт, что память HDD не энергозависима, то есть не важно подключено питание или нет, записанная на устройство информация никуда не исчезнет. Это важное отличие постоянной памяти компьютера, от временной (ОЗУ).
Взглянув на жесткий диск компьютера в жизни, вы не увидите ни дисков, ни головок, так как все это скрыто в герметичном корпусе (гермозона). Внешне винчестер выглядит так.
Думаю что такое HDD вы поняли. Идем дальше.

Для чего компьютеру нужен жесткий диск

Рассмотрим что такое HDD в компьютере, то есть какую роль он играет в ПК. Понятно, что он хранит данные но, как и какие. Здесь выделим такие функции НЖМД:
- Хранение ОС, пользовательского ПО и их настроек;
- Хранение файлов пользователя: музыка, видео, изображения, документы и т.д;
- Использование части объема жесткого диска, для хранения данных не помещающихся в ОЗУ (файл подкачки) или хранение содержимого оперативной памяти во время использования режима сна;
- Как видим, жесткий диск компьютера не просто свалка из фотографий, музыки и видео. На нем хранится вся операционная система, и помимо этого ЖД помогает справляться с загруженностью ОЗУ, беря на себя часть ее функций.

Из чего состоит жесткий диск

Мы частично упоминали о составных жесткого диска, сейчас разберемся с этим детальнее. Итак, основные составляющие HDD:
- Корпус - защищает механизмы жесткого диска от пыли и влаги. Как правило, является герметичным, дабы внутрь та самая влага и пыль не попадали;
- Диски (блины) - пластины из определенного сплава металлов, с нанесенным с обеих сторон покрытием, на которое и записываются данные. Количество пластин может быть разным - от одной (в бюджетных вариантах), до нескольких;
- Двигатель - на шпинделе которого закреплены блины;
- Блок головок - конструкция из соединенных между собой рычагов (коромысел), и головок. Часть ЖД, которая считывает и записывает на него информацию. Для одного блина используется пара головок, поскольку и верхняя, и нижняя часть у него рабочая;
- Устройство позиционирования (актуатор) - механизм приводящий в действие блок головок. Состоит из пары постоянных неодимовых магнитов и катушки, находящейся на конце блока головок;
- Контроллер - электронная микросхема управляющая работой HDD;
- Парковочная зона - место внутри винчестера рядом с дисками либо на их внутренней части, куда опускаются (паркуются) головки во время простоя, чтобы не повредить рабочую поверхность блинов.
Такое вот незамысловатое устройство жесткого диска. Сформировалось оно много лет назад, и никаких принципиальных изменений в него уже давно не вносились. А мы идем дальше.

Как работает жесткий диск

После того, как на HDD подается питание двигатель, на шпинделе которого закреплены блины, начинает раскручиваться. Набрав скорость, при которой у поверхности дисков образовывается постоянный поток воздуха, начинают двигаться головки.
Данная последовательность (сначала раскручиваться диски, а затем начинают работать головки) необходима для того, чтобы за счет образовавшегося потока воздуха, головки парили над пластинами. Да, они никогда не касаются поверхности дисков, иначе последние были бы моментально повреждены. Тем не менее, расстояние от поверхности магнитных пластин до головок настолько маленькое (~10 нм), что вы не увидите его невооруженным глазом.
После запуска, в первую очередь происходит считывание служебной информации о состоянии жесткого диска и других необходимых сведениях о нем, находящихся на так называемой нулевой дорожке. Только затем начинается работа с данными.
Информация на жестком диске компьютера записывается на дорожки которые, в свою очередь, разбиты на сектора (такая себе разрезанная на кусочки пицца). Для записи файлов несколько секторов объединяют в кластер, он и является наименьшим местом, куда может быть записан файл.
Кроме такого «горизонтального» разбиения диска, есть еще условное «вертикальное». Поскольку все головки объединены, они всегда позиционируются над одной и той же по номеру дорожкой, каждая над своим диском. Таким образом, во время работы HDD головки как бы рисуют цилиндр.
Пока HDD работает, по сути он выполняет две команды: чтение и запись. Когда необходимо выполнить команду записи, происходит вычисление области на диске куда она будет производится, затем позиционируются головки и, собственно, выполняется команда. Затем результат проверяется. Кроме записи данных прямо на диск, информация также попадает в его кеш.
Если контроллеру поступает команда на чтение, в первую очередь происходит проверка наличия требуемой информации в кеше. Если ее там нет, снова происходит вычисление координат для позиционирования головок, дальше, головки позиционируется и считывают данные.
После завершения работы, когда питание винчестера исчезает, происходит автоматическая парковка головок в парковочных зоне.
Вот так в общих чертах и работает жесткий диск компьютера. В действительности же все намного сложнее, но обычному пользователю, скорее всего, такие подробности не нужны, поэтому закончим с этим разделом и пойдем дальше.

Виды жестких дисков и их производители

На сегодняшний день, на рынке существует фактически три основных производителя жестких дисков: Western Digital (WD), Toshiba, Seagate. Они полностью покрывают спрос на устройства всех видов и требований. Остальные компании либо разорились, либо были поглощены кем-то из основной тройки, или перепрофилировались.
Если говорить о видах HDD, их можно разделить таким образом:

1. Для ноутбуков - основной параметр - размер устройства в 2,5 дюйма. Это позволяет им компактно размещаться в корпусе лептопа;
2. Для ПК - в этом случае также возможно использование 2,5″ жестких дисков, но как правило, используются 3,5 дюйма;
3. Внешние жесткие диски - устройства, отдельно подключаемые к ПК/ноутбуку, чаще всего выполняющие роль файлового хранилища.
Также выделяют особый тип жестких дисков - для серверов. Они идентичны обычным ПКшным, но могут отличаются интерфейсами для подключения, и большей производительностью.

Все остальные разделения HDD на виды происходят от их характеристик, поэтому рассмотрим их.

Характеристики жестких дисков

Итак, основные характеристики жесткого диска компьютера:

Объем - показатель максимально возможного количества данных, которые можно будет вместить на диске. Первое на что обычно смотрят при выборе HDD. Данный показатель может достигать 10 Тб, хотя для домашнего ПК чаще выбирают 500 Гб - 1 Тб;
- Форм-фактор - размер жестокого диска. Самые распространенные - 3,5 и 2,5 дюйма. Как говорилось выше, 2,5″ в большинстве случаев, устанавливаются в ноутбуки. Также их используют во внешних HDD. В ПК и на сервера устанавливают 3,5″. Форм фактор влияет и на объем, так как на больший диск может поместиться больше данных;
- Скорость вращения шпинделя - с какой скоростью вращаются блины. Наиболее распространены 4200, 5400, 7200 и 10000 об/мин. Эта характеристика напрямую влияет на производительность, а так же и цену устройства. Чем выше скорость - тем больше оба значения;
- Интерфейс - способ (тип разъема) подключения HDD к компьютеру. Самым популярным интерфейсом для внутренних ЖД сегодня является SATA (в старых компьютерах использовался IDE). Внешние жесткие диски подключаются, как правило, по USB или FireWire. Кроме перечисленных, существуют еще такие интерфейсы как SCSI, SAS;
- Объем буфера (кеш-память) - тип быстрой памяти (по типу ОЗУ) установленный на контроллере ЖД, предназначенный для временного хранения данных, к которым чаще всего обращаются. Объем буфера может составлять 16, 32 или 64 Мб;
- Время произвольного доступа - то время, за которое HDD гарантированно выполнить запись или чтение с любого участка диска. Колеблется от 3 до 15 мс;

Кроме приведенных характеристик также можно встретить такие показатели как:

Скорость передачи данных;
- Количество операций ввода-вывода в сек.;
- Уровень шума;
- Надежность;
- Сопротивляемость ударам и т.д;
На счет характеристик HDD это все.

Жесткий диск компьютера является местом для длительного хранения информации. В характеристиках компьютера обозначают как HDD (англ. Hard Disk Drive). На компьютерном сленге его называют «винчестером» или «винтом». Еще можно услышать название «хард». Название «винчестер» он получил по аналогии с популярным карабином Winchester, в котором использовался патрон «30-30 винчестер». Первый жесткий диск для персонального компьютера был размечен на 30 дорожек, каждая из которых имела 30 секторов, отсюда и пошло название «винчестер». Жесткий диск – это энергонезависимый компонент в компьютере, т.е. при отключении питания записанные (сохраненные) данные не стираются.

Устройство жесткого диска.

Данные сохраняются на одной или нескольких алюминиевых или стеклянных круглых пластинах (дисках), покрытых магнитным слоем. Диск(и) находятся на шпинделе и вращаются с большой скоростью, а блок подвижных магнитных головок считывает или записывает данные на поверхность пластин.

Диск(и) с блоком головок заключены в металлический корпус для защиты от пыли и механических воздействий. На корпусе находится электронная плата, которая управляет работой винчестера – так называемый контроллер. Все это устройство представляет единый блок, который располагается в специально отведенном для него месте « » и подключенный к материнской плате специальным кабелем.

Основные характеристики жесткого диска.

Рассмотрим основные характеристики жесткого диска, которые необходимо знать .

Объем HDD . Наверное, самая важная характеристика, которая определяет максимально возможный объем для хранения информации. Обозначается в гигабайтах (Гб) и терабайтах (Тб). Современные жесткие диски имеют объем от 320 Гб и до 4 Тб.

Как начинающему пользователю определиться, какой объем HDD ему нужен? При выборе компьютера следует исходить из ваших потребностей. Если только для офисного применения (набор текстов, печать, интернет, хранение и обработка фото…), то достаточно жесткого диска объемом 320-500 Гб. Для игр, просмотра фильмов, прослушивания музыки нужен больший объем — от 500 Гб и до максимума. Фильм в формате Blu-Ray может занять до 45 Гб, а современные игры становятся все более прожорливыми, например GTA 5 требует 65 Гб места на диске.

Скорость вращения. Еще одна важная характеристика, влияющая на производительность жесткого диска. Чем быстрее вращаются пластины, тем быстрее доступ и запись данных на них. Скорость вращения измеряется в оборотах в минуту (об/м или rpm от англ. rotate per minute). Для применения в персональных компьютеров производятся жесткие диски с 5400 об/м и 7200 об/м. Жесткие диски, имеющие скорость вращения 7200 об/м предпочтительней, но их стоимость дороже и шумнее чем диски с 5400 об/м.

Размер кэша или кэш память . Кэш жесткого диска – особый вид оперативной памяти (буферной памяти), в которой хранятся часто используемые данные. За счет того, что данные берутся из электронного кэша с высоким быстродействием, а не из относительно медленного механического носителя, то производительность HDD вырастает. Чем больше размер кэша, тем меньше обращений к диску. Размер буферной памяти измеряется в мегабайтах и в современных жестких дисках составляет 16-128 Мб.

Все вышеперечисленные характеристики указываются в прайс-листах компьютеров в магазине, и теперь вы легко сможете сориентироваться при выборе.

Поделиться.



Жесткий диск (HDD - Hard Disk Drive) компьютера - основное место для хранения информации (операционной системы, прикладных программ, данных). Необходимая информация в нужное время считывается с жесткого диска и обрабатывается процессором, результат обработки может быть записан на жесткий диск.

Первый жесткий диск был разработан еще до появления персонального компьютера - в далеком 1957 году фирмой IBM. Имел он объем в 5 Мб и стоил сумасшедших денег.

Для персонального компьютера IBM PC XT был разработан диск емкостью 10 Мб. Жесткий диск имел 30 дорожек по 30 секторов в каждой дорожке. По аналогии с маркировкой многозарядного карабина фирмы Winchester - «30/30″, жесткие диски стали именовать «винчестерами«, или сокращенно «винтами».



Основным компонентом жесткого диска являются одна или несколько пластин (их ещё называют платтеры), выполненных из алюминия или стекла и покрытых магнитным слоем. Именно на этих пластинах и хранится вся информация, расположенная на жестком диске. Диски закреплены на общей оси и вращаются с большой скоростью.

Кроме того, в корпусе жесткого диска имеется блок магнитных головок, которые осуществляют чтение и запись с поверхностей дисков. Строение диска можно видеть на прилагаемом рисунке. Все головки соединены вместе и не могут двигаться раздельно, поэтому запись и чтение производятся сразу со всех поверхностей всех дисков одновременно.



Диски и головки находятся на металлическом шасси, обеспечивающем жесткость все конструкции, и закрыты крышкой, предохраняющей поверхности дисков и головки от попадания пыли. Крайне важна надежная защита блока дисков и головок. Дело в том, что во время работы диска при вращении пластин создается мощный поток воздуха и магнитные головки при чтении-записи «парят» на поверхностями дисков не касаясь их, а зазор между дисками и головками составляет несколько микрометров!

Разумеется, любая пылинка, попавшая в зазор между диском и головкой, процарапает диск, сделав его участок непригодным для дальнейшего использования, кроме того, в худшем случае, возможна и поломка головки. Именно поэтому диски изготавливаются в сверхчистых помещениях и блок головок-дисков (называемый на жаргоне «банка») тщательно закрывается при изготовлении и не подлежит вскрытию пользователем.

На стыке крышки и основания корпуса жесткого диска даже есть наклейка по периметру с предостерегающей надписью, а если уж пользователь вскрыл корпус жесткого диска, ни о каком гарантийном обслуживании изделия речи быть не может.

«Банка» не содержит никакой электроники, она подключается к специальной плате, на которой находится необходимая диску управляющая электроника, и такая совокупность блока дисков-головок и называется «жесткий диск».

Давайте теперь выясним, какими параметрами можно описать производительность жесткого диска. Как и любой другой накопитель данных, жесткий диск характеризуют два основных параметра:

* Время доступа - время, в течение которого можно получить доступ к необходимому участку диска. Это время, необходимое на поворот дисков таким образом, чтобы нужный участок диска оказался под магнитными головками, плюс время необходимое на подвод головок. Разумеется, чем меньше время доступа, тем производительнее жесткий диск. Для современных жестких дисков c 7200 rpm типичное время доступа находится в пределах от 8,2 до 9,3 мс (исключение составляют некоторые модели дисков Samsung со временем доступа аж 11 мс).

* Скорость последовательного чтения-записи . После того, как доступ получен, производительность определяется тем, как быстро можно производить чтение или запись информации на диск.

Существует два физических фактора, влияющих на производительность жесткого диска:

* Скорость вращения дисков . Чем быстрее вращаются диски, тем быстрее можно получать доступ к диску, тем быстрее диски проходят под магнитными головками, следовательно, тем быстрее можно считывать-записывать данные.

* Плотность записи на диске . Этот параметр определяется как произведение линейной плотности записи вдоль дорожки, выражаемой в битах на дюйм (Bits Per Inch - BPI), и количества дорожек на дюйм (Tracks Per Inch - TPI). В результате поверхностная плотность записи выражается в Мбит/кв.дюйм или в Гбит/кв.дюйм. Логично предположить, что, чем плотнее записаны данные, тем больше данных в единицу времени проходит под магнитными головками, следовательно, тем быстрее можно считывать-записывать данные.

Эти два физических параметра диска в основном и определяют производительность устройства. Заметим, что увеличение скорости вращения дисков в банке влияет и на уменьшение времени доступа к диску (так как тратится меньше времени на подвод нужной части диска к головке), и на увеличение скорости чтения-записи, потому что данные быстрее проходят под головками.

А увеличение плотности записи практически не уменьшает время доступа, а лишь ускоряет операции чтения-записи - ведь данные быстрее проходят под головками.

На сегодняшний день используются жесткие диски со скоростями 5400 и 7200 оборотов в минуту (RPM, Rotations Per Minute). Раньше диски с оборотами 5400 были уделом домашнего РС, в то время как более производительные 7200 диски применялись в дорогих серверах.

Сегодня диски с 7200 RPM являются стандартом для домашнего жесткого диска, в то время как 5400 используются лишь в дешевых системах. А на рынке производительных систем уже повсеместно применяются диски с 10 000 оборотов в минуту, и 15 000 оборотов в минуту. Такие диски сегодня совершенно не применяются в домашнем РС, их место - сервера среднего и высшего уровня.

Когда Вы приобретаете жесткий диск, в его документации, прайс-листе продавца, да и на нем самом обычно отображена скорость вращения дисков и Вы всегда можете выбрать диск с нужной вам скоростью вращения.

Сегодня лучше всего приобретать диски с 7200 RPM когда в качестве основного диска в системе. Но если диск будет использоваться только как медиатека и его основная задача – время от времени воспроизводить сохраненные на нем фильмы и музыку – тогда стоит обратить внимание на диски со скоростью вращения 5200 об/мин. У них есть несколько преимуществ.

Кроме более низкой стоимости, они также меньше греются, потребляют меньше электроэнергии и издают значительно меньше шума. Последний фактор может стать решающим когда Вы ходите добиться от своего компьютера максимальной тишины при работе.

Это, кстати, вполне возможно! Такие диски имеют в своей линейке практически все ведущие производители, и обычно они выделяют их зеленым цветом, как наиболее экологические и экономичные.

Здравствуйте Друзья! Что такое жесткий диск или HDD? Жесткий диск это накопитель на жестких магнитных дисках. Сокращенно — НЖМД или hard (magnetic) disk drive — HDD или MHDD. Первый жесткий диск был выпущен компанией IBM в 1956 году имел габариты около одного метра кубического и был способен запомнить до 3.5 МБ информации (смотрите рисунок слева из википедии). В его состав входили 50 магнитных дисков диаметром 610 мм. Поверхность дисков была покрыта чистым железом, благодаря чему и была возможность намагничивать участки и запоминать данные. Этот жесткий диск весит 971 кг и входил в состав первого серийного компьютера IBM 305 RAMAC. Дальше технологии развивались и дошли до того, что вы видите в своих настольных ПК и ноутбуках . Жесткий диск так же называют хард, винчестер или сокращенно — винт. Название винчестер пошло их 70-х годов. В то время компания IBM выпустила новый компьютер с более современным жестким диском, который представлял из себя два шкафчика, каждый запоминал до 30 МБ информации. Была проведена аналогия с винтовкой Winchester, использовавшей патрон 30-30. Наверно, после этого за жесткими дисками, скорее всего навсегда (по крайней мере у русскоязычного населения), закрепилось название — винчестер или сокращенно — винт.

Современный жесткий диск состоит из:

  • корпуса
  • блока электроники
  • блока позиционирования актуатора
  • блока с магнитными пластинами

Рассмотрим каждый подробнее

Корпус . Это как кузов автомобиля. На нем все держится. Основная задача — обеспечивать необходимую жесткость и герметичность. Жесткость необходима для защиты диска от внешних повреждений. Герметичность — для исключения попадания посторонних частиц внутрь диска. Корпус изготавливается из тепло-проводящего сплава, так как при работе устройства выделяется тепло и его нужно как-то отводить. Подробнее об охлаждении HDD можно прочитать . Для выравнивания давлений снаружи и внутри корпуса делается маленькое окошко с гибкой металлической пластинкой.

Блок электроники

Состоит из:

  • интерфейсного блока
  • буфера или кэша
  • управляющего блока

Интерфейсный блок отвечает за связь жесткого диска с компьютером . В ПЗУ — постоянном запоминающем устройстве, записывается служебная информация и прошивка диска. Буфер — кэш память на подобии оперативной памяти . В нее помещается часто используемая информация, что увеличивает быстродействие HDD. Скорость чтения из кэша приближается к максимальной для интерфейса диска. На данный момент наиболее распространен интерфейс SATA III с максимальной пропускной способностью в 6 Гбит/с. Управляющий блок отвечает за функционирование всего устройства. Он следит за скоростью вращения блока с магнитными пластинами и положения блока с актуаторами.

Состоит из актуатора (устройство для записи и чтения информации), кронштейна (на котором все это работает) и привода. Привод получает команды где ему читать и куда записывать информацию от блока управления. (Рисунок ниже взят с сайта http://www.3dnews.ru/editorial/640707)

Блок с запоминающими пластинами . Состоит из привода, дисков или пластин и сепараторов. Последние служат для задания определенного расстояния между пластинами. Диски с сепараторами крепятся на приводе. Последний поддерживает постоянную скорость вращения.

2. Как работает жесткий диск?

При включении компьютера блок управления подает питание на привод с магнитными дисками и ждет пока последний не выйдет на заданную частоту вращения. Как только это происходит компьютер получает сигнал о готовности HDD. Далее идет запрос информации. В дело вступает блок позиционирования, который задает нужное положение актуатора. Данные считываются и попадают в интерфейсный блок, а от туда в оперативную память .

Раньше актуаторы касались магнитных дисков. С увеличением скорости последних потребовалось другая технология. При этом актуатор парил над магнитной поверхностью и касался в определенном месте диска. Технология пошла дальше, скорости вращение пластин выросли и блок с актуаторами стали парковать вне пластин. То есть актуаторы находятся рядом с пластинами пока не достигнута нужная скорость вращения магнитных дисков.

Благодаря высокой скорости вращения дисков создается воздушный поток, который поднимает головку актуатора над поверхностью. Этот же воздушный поток сдувает с поверхности попавшие внутрь пылинки на специальный фильтр в корпусе. Так же в корпусе имеется адсорбент для удаления остатков влаги.

В современных жестких дисках расстояние между считывающей головкой и поверхностью магнитной платины < 10 нм. Благодаря тому, что считывающие головки никогда не касаются магнитных пластин отсутствует трение и продлевается срок жизни HDD.

Каждая магнитная пластина разделена на кольцевые дорожки шириной около 60 нм. Последние в свою очередь поделены на кластеры. Обычно кластер равен 4 КБ. Каждый бит информации представляет собой площадку на дорожке, которая может быть намагничена -1 или нет -0. Эти площадки так же называются доменами. Чем меньше размер этой площадки, тем больше информации поместится на дорожке и более емкий получится жесткий диск. В начале развития применялась продольная запись. Площадка располагалась вдоль дорожки. В дальнейшем эту технологию заменила перпендикулярная запись, что позволило увеличить плотность данных и в свою очередь увеличить емкости HDD.

Совокупность дорожек равноудаленных от центра вращения двигателя называется цилиндром.

До того как жесткие диски перешагнули рубеж ёмкости в 500 MB хватало системы позиционирования CHS (cylinder-head-sector цилиндр-головка-сектор). С ростом объема в 1994 году была принята линейная система позиционирования LBA (linear block addressing). В случае с CHS жесткий диск был прозрачен для операционных систем, С применением же линейной адресации система обращается к нужному сектору жесткого диска, а уже блок управления HDD разбирается где находится физически этот сектор.

Блок позиционирования актуатора. Приводится в движение с помощью соленоидного двигателя. Последний состоит из статора и катушки. Статор состоит из одного или двух постоянных, сильных неодимовых магнитов. Точное позиционирование кронштейна с головками происходит путем подачи напряжения определенной силы на катушку (рисунок взят с http://www.3dnews.ru/editorial/640707)

От силы магнитов зависит скорость позиционирования головок и следовательно — время доступа к информации. Последнее в жестких дисках варьируется в пределах от 3 до 12 мс. Чем время меньше, тем быстрее и дороже жесткий диск. У компании WD есть три серии жесткий дисков : зеленая, синяя и черная. В зеленой применяется один неодимовый магнит и скорость вращения шпинделя 5400 об/мин. За счет этого получается довольно скромная производительность, зато приличная экономичность и низкое энергопотребление. У синих дисков применяется такой же магнит и скорость вращения поднимается до 7200 об/мин. По скоростным характеристикам он занимает промежуточное положение между зелеными и черными HDD. У черных же применяются два магнита и скорость в 7200 об/мин. Это позволяет добиться максимального быстродействия. Еще выше поднять быстродействие можно повысив скорость вращения двигателя с магнитными пластинами до 10000 или 15000 об/мин. Эти диски обладают минимальным временем доступа к информации и применяются в основном в серверах. Твердотельные диски со скоростью доступа < 1 мс пока остаются вне конкуренции.

Жесткие диски при работе производят два вида шума. От быстровращающихся магнитных дисков и от удара блока с головками об ограничитель. Последний возникает при возврате блока с головками в парковочную позицию. Для уменьшения этого удара производители ставят резиновые подкладки, но иногда и это не спасает, особенно в шустрых дисках. Существует два пути снижения шума от HDD. Первый сделать амортизирующие крепления в корпусе ПК. Об этом подробней можно прочитать . Путь второй — использовать технологию AAM, о которой написал подробнее .

3. Производство и производители жестких дисков

В начале было около 70 производителей HDD. Благодаря конкуренции их осталось всего три. Это Toshiba, Seagate и WD. На схеме ниже вы можете посмотреть в какие года происходили поглощения

Производство . В механическом цехе из алюминиевой болванки цилиндрической формы нарезаются заготовки. Затем заготовкам придается нужная форма возможно даже на токарных станках. После заготовки поступают в полировочный цех где поверхности полируются до нужного уровня. Затем происходит контроль и заготовки идут в цех нанесения магнитного покрытия. После снова происходит контроль. Затем происходит сборка жесткого диска и низкоуровневое форматирование . При этом процессе магнитные пластины разбиваются на дорожки и проверяются на битые или не читаемые сектора. Последние сразу помечаются чтобы исключить в них запись информации. На каждой дорожке есть некоторый резерв секторов. Именно из этого резерва происходит замена обнаруженных при работе сбойных участков.

Отдельно необходимо сказать про производство головок для чтения и записи информации. В современных жестких дисках каждый актуатор состоит из двух головок, для чтения и для записи. Сложность производства головок сравнима со сложностью производства процессоров , так же используется фотолитография. Устройства головок составляет производственную тайну.

Заключение

В статье мы затронули немножко истории приведя картинку первого жесткого диска выпущенного в 1956 году. Сказали возможную причину называния накопителей на магнитных жестких диска коротким словом — винт. Затем рассмотрели состав жесткого диска, то что скрывается внутри его корпуса. Постарались уделить внимание каждому блоку отдельно. Рассмотрели работу жесткого диска. В конце разобрались с производителями и самим производством HDD. Надеюсь вы вместе со мной продвинулись в теме HDD.

Любому современному компьютеру - стационарному или портативному - требуется устройство для хранения больших объемов данных. Из всех существующих на сегодняшний день разновидностей электронных хранилищ наиболее емкими являются накопители на магнитных жестких дисках (второе, более простое наименование - винчестер). Для компьютера или ноутбука достойной альтернативы им пока нет. И только в портативных устройствах - смартфонах, планшетах, некоторых субноутбуках - вместо них используется флеш-память, поскольку флеш-накопители более компактные и менее хрупкие, чем магнитные диски.

Жесткий диск или "винчестер"?

Сегодня эти термины используются в компьютерной среде как равнозначные. Откуда же произошло такое необычное для IT название? Обратимся к истории компьютерной отрасли.

В начале 1970 годов магнитные накопители были перспективной, но очень далекой от совершенства технологией. Хотя первый винчестер для компьютера был выпущен еще в 1956 году, шкаф размером с пару холодильников, весом в полторы тонны и емкостью 5 мегабайт был слишком габаритным даже для научных институтов - основного в то время заказчика подобной продукции.

В 1973 году компания IBM выпустила революционную модель 3340, отличавшуюся как высокой на то время скоростью доступа, так и большим объемом: в двух шкафчиках было установлено два жестких диска по 30 Мб каждый. Именно из-за объема разработчики называли эту модель "30-30". Такую же маркировку имела одна из моделей винтовок Winchester 30-30. С чьей-то легкой руки инженеры стали именовать "винчестером" свою новую разработку. Позже это название вышло за пределы IBM и закрепилось за всеми жесткими дисками.

Устройство винчестера

Основной деталью жесткого диска, давшей название всему устройству, являются круглые алюминиевые (реже - стеклянные или керамические) пластины, покрытые слоем ферромагнетика. В первых моделях винчестеров в качестве покрытия использовали нестойкий оксид железа, сейчас наиболее популярный материал - диоксид хрома. Именно на этих пластинах и хранится информация. Современный винчестер может состоять как из одной такой пластины, так и из нескольких. Теперь более подробно о конструкции устройства.

Пластины закрепляются на оси, которая подключена к электродвигателю, обеспечивающему их вращение относительно блока магнитных головок. Последние используются для записи и чтения информации с пластин. К каждой из них подведены две головки: одна работает с верхней стороной конструктивного элемента, другая - с нижней.

Все составляющие винчестера заключены в алюминиевый корпус, защищающий хрупкие детали от пыли и снижающий риск механических повреждений.

Важной частью жесткого диска является управляющая электроника. Она регулирует скорость вращения шпинделя, позиционирование головок, переадресовывает команды компьютера механике жесткого диска и передает считанные данные в систему. Кроме того, к электронике винчестера относится буферная память, позволяющая оптимизировать работу жесткого диска: запросы компьютера накапливаются в памяти устройства, и головки выполняют их, плавно двигаясь над пластинами, а не дергаются по каждому заданию ПК.

Если вам все еще не совсем понятно, как устроен винчестер для компьютера, фото сделает изложенную информацию более наглядной.

Как это работает

При включении компьютера на жесткий диск подается ток, запускается двигатель, раскручивающий пластины. Из парковочной зоны выводится "коромысло", на котором находятся магнитные головки, и выдвигается к рабочей зоне (головки располагаются над пластинами). Обратите внимание: эти элементы никогда не касаются пластин (механический контакт неизбежно ведет к изнашиванию покрытия), а парят над ними в нескольких микронах.

Теперь винчестер готов к работе - записи или чтению информации. Как протекают эти процессы? Полученные от ПК данные электронная система винчестера преобразует в ток, подаваемый на магнитные головки. Оказавшись над незанятыми участками пластин, головки намагничивают их поверхность таким образом, чтобы разные микроскопические участки диска (домены) имели разный вектор намагниченности (расположение магнитных полюсов), образуя логические нули и единицы. Таким образом, информация сохраняется в понятном компьютеру виде.

Процесс считывания аналогичен. Находится участок, на котором хранится нужная информация, магнитное поле преобразуется в электронные импульсы, которые пересылаются в компьютер и там определенным образом интерпретируются операционной системой.

Расположение информации

Необходимые данные записываются на жесткий диск по кругу, причем одновременно на все пластины. Каждый круг называется дорожкой. Дорожки разных пластин, которые головки записывают одновременно, образуют цилиндр. При форматировании они делятся на блоки или сектора определенного размера.

Однако при работе с компьютером пользователь не видит ни дорожек, ни цилиндров. Для операционной системы весь жесткий диск является единым массивом хранения данных. Ради удобства можно создать логические разделы винчестера произвольного размера. Считается, что первый из них будет соответствовать внешней, самой быстрой области диска. Именно сюда лучше устанавливать операционную систему.

Современный интерфейс SATA

Подключение винчестера к компьютеру осуществляется по двум направлениям: обмен данными и питание. Практически единственным используемым на сегодняшний день в персональных компьютерах интерфейсом обмена информацией между компьютером и жестким диском является протокол SATA (Serial ATA).

Существуют три его ревизии (поколения). SATA I устарел и не используется. SATA II может обеспечить скорость обмена данными до 300 Мб в секунду. Этого более чем достаточно для магнитных жестких дисков - пока что просто невозможно достичь такой скорости чтения и записи на магнитные пластины, так что и большая пропускная способность шины не нужна.

Другое дело, если вы планируете использовать винчестер SSD для компьютера. Скорость записи на флеш-накопитель может достигать 500 Мб/сек. Такие устройства, как правило, поддерживают новый стандарт SATA III со скоростью передачи данных до 600 Мб/сек.

Разъемы SATA различных ревизий одинаковы, так что вполне можно подключить устройство SATA III к компьютеру с поддержкой SATA I или наоборот. Но скорость обмена данными не превысит ту, что доступна для более медленного из сопряженных устройств.

Как подключить винчестер к компьютеру

Установка винчестера в ПК не является сложной задачей и не потребует особых знаний (или оборудования сложнее отвертки). Внимание! Все манипуляции внутри компьютера и ноутбука выполняются при отключенном питании!

Итак, прежде всего нужно снять стенку корпуса, установить жесткий диск в отведенное для него место и зафиксировать его по бокам четырьмя винтами. Затем следует подключить кабель (15 контактов) от блока питания. Хотя питание винчестера SATA осуществляется через специальный разъем, при его отсутствии можно использовать переходник Molex (4 контакта) - SATA (15 контактов).

Далее подключается кабель SATA (7 контактов) к винчестеру и разъему на материнской плате. Собственно, все: закрываем корпус и включаем компьютер. Никаких особых драйверов или настроек в большинстве случаев не потребуется.

Аналогично подключается винчестер к ноутбуку. Если при вскрытии корпуса будут повреждены пломбы изготовителя, это может стать основанием для отказа в гарантийном ремонте! С той, разумеется, оговоркой, что в ноутбук можно установить, как правило, только один винчестер. Поэтому после замены старого жесткого диска новым придется создать на нем разделы и установить операционную систему.

Основные характеристики винчестеров

Пользователю ПК, выбирающему новый винчестер для компьютера или ноутбука? важно знать различные характеристики устройства, влияющие на его потребительские свойства.

Прежде всего, жесткие диски выпускаются в двух типоразмерах: 2,5 и 3,5 дюйма. Первые предназначены для использования в ноутбуках, вторые - в ПК. Винчестер для портативного устройства при необходимости можно установить с помощью специального корпуса-переходника.

Важнейшей потребительской характеристикой жесткого диска является его емкость. При покупке надо иметь в виду, что полезная емкость накопителя всегда меньше заявленной. Производитель ради красивой цифры на этикетке пускается на различные ухищрения: указывает данные исходя из формулы 1Гб = 1 миллиард байт (округляя в свою пользу примерно на 7 %), включает в общую емкость служебную область, которая не может быть использована для хранения информации.

На скорость работы влияют несколько характеристик: скорость вращения шпинделя, время доступа, размер буферной памяти. Остановимся на них более подробно.

Скорость вращения указывается в оборотах за минуту. Чаще всего встречаются устройства с показателями 5400 об/мин (ноутбуки), 7200 об/мин (компьютеры), 10000 об/мин (серверы).

Время произвольного доступа показывает, как быстро магнитная головка может переместиться к указанному сектору. Измеряется в миллисекундах (в среднем 7-11мс), чем их меньше, тем лучше.

Очень важным параметром является размер буферной памяти (кэша). Большой кэш - это и лучшая скорость, и большая долговечность устройства.

Долговечность характеризуется средним временем наработки на отказ, измеряемым в часах. Однако если на упаковке написано 1 000 000 часов, это не значит, что винчестер действительно прослужит сто лет. Но, сравнивая показатели разных моделей, можно составить некоторое представление об их качестве по этому показателю.

Уровень шума винчестера измеряется в децибелах. Как правило, чем быстрее устройство, тем оно шумнее и больше потребляет энергии.

Выбор винчестера

Опираясь на знание характеристик жестких дисков, нетрудно будет разобраться, как выбрать винчестер для компьютера.

Прежде всего следует определиться с подходящим по размеру накопителем. Использовать в ПК ноутбучные винчестеры возможно, но нецелесообразно: за те же деньги вы получите устройство меньшей емкости и скорости. Впрочем, диски в 2,5 дюйма менее шумные и потребляют меньше энергии, чем их "коллеги" размером 3,5 дюйма.

С емкостью накопителя тоже все просто: чем больше, тем лучше (и тем дешевле в расчете на один гигабайт). Единственным ограничителем тут выступает кошелек покупателя.

Сильно переплачивать за скоростные показатели для домашнего или офисного компьютера вряд ли стоит: разница в производительности системы будет малозаметна, зато в цене и шуме компьютера - весьма ощутима. А для ноутбука это еще и более быстрая разрядка батареи.

Вот на чем не стоит экономить, так это на буферной памяти. Из моделей одинаковой емкости следует выбрать ту, в которой кэш самый большой.

Уровень шума имеет значение для домашнего компьютера, который предполагается использовать в ночное время в помещении, где спят другие люди, или для офиса, где установлено много машин. В таких случаях разумно будет поступиться производительностью ради комфорта. Шум, особенно ночью, вреден для здоровья.

Проверка программными средствами

Проверка винчестера может выполняться на разных этапах его эксплуатации и с разными целями. После покупки жесткого диска пользователь может проверить реальные скоростные показатели нового накопителя. Или спустя время удостовериться, не ухудшились ли они. Для этих целей можно использовать простую программу HD Speed. Выполнив заданное количество операций чтения и записи, она покажет, с какой скоростью на самом деле работает ваш жесткий диск.

Это же и многое другое умеет программа для винчестера HDTune. Продвинутому пользователю она предоставляет целый набор различных тестов производительности, а также полную информацию о жестком диске, включая данные с термодатчиков. Кроме того, HD Tune умеет проверять поверхность винчестера на наличие поврежденных секторов ("бэдов").

Впрочем, с последней задачей лучше справится специализированный инструмент. Например, HDD Scan. Эта бесплатная утилита в наглядной форме показывает все данные, относящиеся к "здоровью" жесткого диска. Проверка винчестера на "бэды" может быть выполнена в трех различных режимах.

Если плохие сектора есть, а особенно если их много или возникают проблемы при загрузке операционной системы и обращении к некоторым файлам, то следует пустить в ход тяжелую артиллерию. Бесплатная утилита Victoria от белорусского разработчика умеет все то же, что и HDD Scan, но главное ее преимущество заключается в том, что она может "лечить" поврежденные сектора и даже, в некоторых случаях, восстанавливать из них данные.

Неопытного пользователя отпугнет необходимость загружаться в DOS и интерфейс, соответствующий архаичной операционной системе. Но эта программа для более-менее опытных пользователей. Тем более что неосторожное нажатие клавиш с целью "посмотреть, что будет" может закончиться полной и окончательной потерей всех данных на жестком диске. Итак, если используется программа для винчестера Victoria, следует выполнять только те действия, о последствиях которых вы точно осведомлены.

Когда Victoria находит сбойный сектор, она делает многократные попытки считать из него информацию и, если это получается, записывает результат в другой, исправный раздел. В любом случае "бэд" получает соответствующую метку, и больше компьютер к нему обращаться не будет. По сути, делается то, что и при полном форматировании диска, только данные при этом не стираются.

Внешние жесткие диски

Удобным устройством для хранения информации является внешний винчестер. Если размер современных флешек редко превышает десятки гигабайт, то емкость внешних жестких дисков измеряется терабайтами.

Как и производители флешек, разработчики внешних жестких дисков уделяют большое внимание дизайну. Можно приобрести накопитель в пластиковом корпусе любого цвета, в стильном алюминиевом или прорезиненном влагозащитном.

Какой бы ни была оболочка, внутри неё будет располагаться один из хорошо знакомых нам винчестеров: на 2,5 или 3,5 дюйма. Первые более портативны и часто не требуют дополнительных источников электричества. Вторые имеют больший объем, но их нужно подключать к розетке через идущий в комплекте блок питания. На рынке представлены модели, где в одном корпусе размещаются несколько жестких дисков, что позволяет создать массив емкостью до 6 Тб.

Узким местом внешних накопителей является низкая, в сравнении с SATA, пропускная способность внешних интерфейсов, поэтому вопрос "как подключить винчестер" для этой категории устройств отнюдь не праздный.

Привычный USB 2 годится разве что для автоматического фонового резервного копирования, не требующего участия пользователя. USB 3 или "яблочный" Thunderbolt позволяют за вменяемое время записать фильм в HD-качестве. А вот редкий eSATA (external SATA), работающий со скоростью SATA I, дает возможность установить на внешний диск операционную систему, программы и довольно комфортно с ними работать.

Если внешний винчестер для компьютера - это всего лишь хранилище данных и иногда - большая флешка, то для ноутбука, где увеличение дискового пространства - задача нетривиальная, быстрый и емкий внешний жесткий диск - просто находка.

SSD-накопители

В последние годы набирают популярность устройства принципиально нового типа - SSD (Solis State Disc), твердотельные накопители. В их основе не вращающиеся магнитные пластины, а flash-память. Такие устройства по инерции тоже называют винчестерами.

В чем плюсы таких накопителей? Главное преимущество - скорость. Произвольные чтение и запись на них выполняются в разы быстрее, чем на самых лучших серверных магнитных жестких дисках. Особенно это заметно на примере загрузки операционной системы и запуска "тяжелых" приложений: Windows вместо пары минут загружается несколько секунд!

К другим важным достоинствам (особенно в отношении ноутбуков) следует отнести бесшумность, низкое энергопотребление и большую, чем у магнитных жестких дисков, устойчивость к тряске и ударам.

Достоинств не бывает без недостатков. Если бюджетные магнитные диски давно перешагнули за терабайт, то за те же деньги не удастся купить SSD больше 120 Гб. Помимо этого, твердотельные накопители имеют не очень большой ресурс циклов чтения/записи - в десятки раз меньший, чем у привычных винчестеров.

Из этого можно сделать вывод, что винчестер SSD для компьютера есть смысл покупать, чтобы установить на него операционную систему и приложения. А для раздела с пользовательскими файлами (особенно мультимедиа) целесообразно иметь второй диск, изготовленный по традиционной магнитной технологии.