Жорсткий диск, що таке? З чого складається та як працює жорсткий диск. Плюси та мінуси HDD у порівнянні з SSD. Що таке жорсткий диск комп'ютера? Жорсткий диск для чого він потрібний

Під час запуску комп'ютера набір мікропрограм, записаних у мікросхемі BIOS, здійснює перевірку обладнання. Якщо все гаразд, він передає керування завантажувачу операційної системи. Далі ОС завантажується, і ви починаєте користуватися комп'ютером. При цьому де до включення комп'ютера зберігалася операційна система? Яким чином ваш реферат, який ви писали всю ніч, залишився цілим після відключення живлення ПК? Знову ж таки — де він зберігається?

Гаразд, мабуть я занадто загнув і ви всі чудово знаєте, що дані комп'ютера зберігаються на жорсткому диску. Тим не менш, що він з себе представляє і як працює не всі знають, і оскільки ви тут, робимо висновок, що хотіли б дізнатися. Що ж, розбираймося!

Що таке жорсткий диск

За традицією, давайте підглянемо визначення жорсткого дискау Вікіпедії:

Жорсткий диск (гвинт, вінчестер, накопичувач на жорстких магнітнихдисках, НЖМД, HDD, HMDD) - запам'ятовуючий пристрій довільного доступу, заснований на принципі магнітного запису.

Використовуються в переважній більшості комп'ютерів, а також як окремі пристрої для зберігання резервних копій даних, як файлового сховища і т.п.

Трохи розберемося. Мені подобається термін « накопичувач на жорстких магнітних дисках «. Ці п'ять слів передають усю суть. HDD — пристрій, призначений для якого тривалий час зберігати записані на нього дані. Основою HDD є жорсткі (алюмінієві) диски із спеціальним покриттям, на яке за допомогою спеціальних головок записується інформація.

Не розглядатиму в деталях сам процес запису — по суті, це фізика останніх класів школи, і вникати в це, певен, у вас бажання немає, та й стаття зовсім не про те.

Також звернемо увагу на фразу: « довільного доступу що, грубо кажучи, означає, що ми (комп'ютер) можемо в будь-який час рахувати інформацію з будь-якої ділянки залізничного.

Важливим є той факт, що пам'ять HDD не енергозалежна, тобто не важливо, підключене живлення чи ні, записана на пристрій інформація нікуди не зникне. Це важлива відмінність постійної пам'яті комп'ютера від тимчасової ().

Поглянувши на жорсткий дисккомп'ютера в житті ви не побачите ні дисків, ні головок, так як все це приховано в герметичному корпусі (гермозона). Зовні вінчестер виглядає так:

Для чого комп'ютеру потрібний жорсткий диск

Розглянемо, що таке HDD у комп'ютері, тобто яку роль він грає у ПК. Зрозуміло, що він зберігає дані, але, як і які. Тут виділимо такі функції НЖМД:

• Зберігання ОС, користувача ПЗ та їх налаштувань;
• Зберігання файлів користувача: музика, відео, зображення, документи тощо;
• Використання частини об'єму жорсткого диска для зберігання даних, що не містяться в ОЗУ (файл підкачки) або зберігання вмісту оперативної пам'яті під час використання режиму сну;

Як бачимо, жорсткий диск комп'ютера не просто звалище з фотографій, музики та відео. На ньому зберігається вся операційна система, і крім цього залізнична допомога допомагає справлятися із завантаженістю ОЗУ, беручи на себе частину її функцій.

З чого складається жорсткий диск

Ми частково згадували про складові жорсткого диска, зараз розберемося з цим детальніше. Отже, основні складові HDD:

• Корпус - захищає механізми жорсткого диска від пилу та вологи. Як правило, є герметичним, щоб всередину та сама волога і пил не потрапляли;
• Диски (Млинці) - пластини з певного сплаву металів, з нанесеним з обох сторін покриттям, на яке і записуються дані. Кількість пластин може бути різною - від однієї (у бюджетних варіантах), до декількох;
• Двигун - на шпинделі якого закріплені млинці;
• Блок головок - Конструкція зі з'єднаних між собою важелів (коромисел), і головок. Частина ЗД, яка зчитує та записує на нього інформацію. Для одного млинця використовується пара головок, оскільки верхня, і нижня частина у нього робоча;
• Пристрій позиціонування (актуатор ) - Механізм приводить в дію блок головок. Складається з пари постійних неодимових магнітів та котушки, що знаходиться на кінці блоку головок;
• Контролер - Електронна мікросхема керуюча роботою HDD;
• Паркувальна зона - місце всередині вінчестера поруч із дисками або на їх внутрішній частині, куди опускаються (паркуються) головки під час простою, щоб не пошкодити робочу поверхню млинців.

Такий ось нехитрий пристрій жорсткого диска. Сформувалося воно багато років тому, і жодних принципових змін до нього вже давно не вносилося. А ми йдемо далі.

Як працює жорсткий диск

Після того, як на HDD подається живлення, двигун, на шпинделі якого закріплені млинці, починає розкручуватися. Набравши швидкість, коли у поверхні дисків утворюється постійний потік повітря, починають рухатися головки.

Дана послідовність (спочатку розкручуватися диски, а потім починають працювати головки) необхідна для того, щоб за рахунок потоку повітря, що утворився, головки ширяли над пластинами. Так, вони ніколи не стосуються поверхні дисків, інакше останні були б негайно пошкоджені. Тим не менш, відстань від поверхні магнітних пластин до головок настільки маленька (~10 нм), що ви не побачите її неозброєним оком.

Після запуску, насамперед відбувається зчитування службової інформації про стан жорсткогодиска та інші необхідні відомості про нього, що знаходяться на так званій нульовій доріжці. Тільки потім розпочинається робота з даними.

Інформація на жорсткому диску комп'ютера записується на доріжки, які, у свою чергу, розбиті на сектори (така собі розрізана на шматочки піца). Для запису файлів кілька секторів об'єднують у кластер, і є найменшим місцем, куди може бути записаний файл.

Крім такого «горизонтального» розбиття диска є ще умовне «вертикальне». Оскільки всі головки об'єднані, вони завжди позиціонуються над однією і тією ж за номером доріжкою, кожна над диском. Таким чином, під час роботи HDDголовки як би малюють циліндр:

Поки HDD працює, він виконує дві команди: читання і запис. Коли необхідно виконати команду запису, відбувається обчислення області на диску, куди вона буде виконуватися, потім позиціонуються головки і, власне, виконується команда. Потім результат перевіряється. Крім запису даних прямо на диск, інформація також потрапляє до його кешу.

Якщо контролеру надходить команда читання, насамперед відбувається перевірка наявності необхідної інформації у кеші. Якщо її там немає, знову відбувається обчислення координат для позиціонування головок, далі головки позиціонується і зчитують дані.

Після завершення роботи, коли живлення вінчестера зникає, відбувається автоматичне паркування головок у зоні паркування.

Ось так загалом і працює жорсткий диск комп'ютера. Насправді все набагато складніше, але звичайному користувачевішвидше за все, такі подробиці не потрібні, тому закінчимо з цим розділом і підемо далі.

Види жорстких дисків та їх виробники

На сьогоднішній день, на ринку існує фактично три основні виробники жорстких дисків: Western Digital(WD), Toshiba, Seagate. Вони повністю покривають попит на пристрої всіх видів та вимог. Інші компанії або розорилися, або були поглинені кимось із основної трійки, або перепрофілювалися.

Якщо говорити про види HDD, їх можна поділити таким чином:

1. Для ноутбуків – основний параметр – розмір пристрою в 2,5 дюйми. Це дозволяє їм компактно розміщуватись у корпусі лептопа;
2. Для ПК — у цьому випадку також можливе використання 2,5″ жорстких дисків, але зазвичай використовуються 3,5 дюйма;
3. Зовнішні жорсткі диски - пристрої, що окремо підключаються до ПК/ноутбука, найчастіше виконують роль файлового сховища.

Також виділяють особливий тип жорстких дисків для серверів. Вони ідентичні звичайним ПКшним, але можуть відрізнятися інтерфейсами для підключення і більшою продуктивністю.

Решта поділу HDD на види походять від їх характеристик, тому розглянемо їх.

Характеристики жорстких дисків

Отже, основні характеристики жорсткого диска комп'ютера:

• Об `єм - Показник максимально можливої ​​кількості даних, які можна буде вмістити на диску. Перше, на що зазвичай дивляться при виборі HDD. Цей показник може досягати 10 Тб, хоча для домашнього ПК частіше вибирають 500 Гб - 1 Тб;
• Форм-фактор - Розмір жорсткого диска. Найпоширеніші - 3,5 та 2,5 дюйма. Як говорилося вище, 2,5″ в більшості випадків, встановлюються у ноутбуки. Також їх використовують у зовнішніх HDD. У ПК і сервери встановлюють 3,5″. Форм фактор впливає і на обсяг, тому що на більший диск може поміститися більше даних;
• Швидкість обертання шпинделя - З якою швидкістю обертаються млинці. Найбільш поширені 4200, 5400, 7200 та 10000 об/хв. Ця характеристика безпосередньо впливає на продуктивність, а також ціну пристрою. Чим вище швидкість - тим більше обидва значення;
• Інтерфейс - спосіб (тип роз'єму) підключення HDDдо комп'ютера. Найпопулярнішим інтерфейсом для внутрішніх залізничних систем сьогодні є SATA (у старих комп'ютерах використовувався IDE). Зовнішні жорсткі диски підключаються, як правило, USB або FireWire. Крім перерахованих, існують такі інтерфейси як SCSI, SAS;
• Об'єм буфера (Кеш-пам'ять) - тип швидкої пам'яті(за типом ОЗП) встановлений на контролері залізничного ПК, призначений для тимчасового зберігання даних, до яких найчастіше звертаються. Об'єм буфера може становити 16, 32 або 64 Мб;
• Час довільного доступу — час, за який HDD гарантовано виконати запис або читання з будь-якої ділянки диска. Коливається від 3 до 15 мс;

Крім наведених характеристик також можна зустріти такі показники, як.

Що таке HDD, жорсткий диск та вінчестер - ці слова є різними широко поширеними термінами одного й того самого пристрою, що входить до складу комп'ютера. У зв'язку з необхідністю зберігання інформації на комп'ютері з'явилися пристрої, зберігачі інформації як жорсткий диск і стали невід'ємною частиною персонального комп'ютера.

Раніше на перших обчислювальних машинах інформація зберігалася на перфострічках - це картонний папір з пробитими дірками, наступним кроком людини в розвиток комп'ютера з'явився магнітний запис, принцип роботи якого збережений у жорстких дисках. На відміну від сьогоднішніх терабайтних HDD, інформація для збереження на них налічувала десятки кілобайт, це нікчемні розміри в порівнянні з сьогоднішньою інформацією.

Для чого потрібний HDD та його функціонал

Жорсткий диск- це постійний пристрій комп'ютера, тобто, його основна функція - довготривале зберіганняданих. HDD на відміну від оперативної пам'яті не вважається енергозалежною пам'яттю, тобто після відключення живлення від комп'ютера, а потім як наслідок і від жорсткого диска, вся інформація, раніше збережена на цьому накопичувачі, обов'язково збережеться. Виходить, що жорсткий диск служить найкращим місцемна комп'ютері для зберігання особистої інформації: файли, фотографії, документи та відеозаписи, явно довго зберігатимуться саме на ньому, а збережену інформацію можна буде використовувати і надалі у своїх потребах.

ATA/PATA (IDE)- Цей паралельний інтерфейс служить не тільки для підключення жорстких дисків, але і пристроїв для читання оптичних дисків дисків . Ultra ATA є найпросунутішим представником стандарту та має можливу швидкість використання даних інформації до 133 мегабайт на секунду. Зазначений спосіб передачі даних вважається сильно застарілим і сьогодні використовуються в застарілих комп'ютерах, на сучасних системних платахроз'єму IDE вже знайти не вийде.

SATA ( Serial ATA) - представляє собою послідовний інтерфейс, який став гарною заміною для застарілого PATA і на відміну від нього є можливість для підключення тільки одного пристрою, але на бюджетних системних платах, є кілька роз'ємів для підключення. Стандарт поділяється на ревізії, що мають різні швидкостіпередачі/обміну даних:

• SATA має швидкість обміну даних можливу до 150 Мб/с. (1.2 Гбіт/с);
• SATA rev. 2.0 - у даної ревізії швидкість обміну даними порівняно з першим інтерфейсом SATA зросла в 2 рази до 300 МБ/с (2,4 Гбіт/с);
• SATA rev. 3.0 - обмін даних у ревізії став ще вищим до 6 Гбіт/с (600 МБ/с).

Всі описані вище інтерфейси підключення сімейства SATA взаємозамінні, але підключивши, наприклад, жорсткий диск з інтерфейсом SATA 2 в роз'єм материнської плати SATA, Обмін даних з жорстким диском буде проходити на основі найстаршої ревізії, в даному випадку SATA ревізії 1.0.

Жорстким диском є ​​пристрій для зберігання інформації, який для цього використовує магнітний запис.

Завдяки магнітному запису з'являється можливість перезаписувати інформацію на носій багаторазово. Вінчестер є головним накопичувачем даних у переважній більшості комп'ютерів. На відміну від гнучкого диска (дискети), дані у вінчестері записуються на жорсткі (алюмінієві або скляні) пластини.

Є кілька версій щодо виникнення назви вінчестер. Найвідоміша з них свідчить, що в 1973 році вийшов жорсткий диск 3340 від IBM, у якого при розробці була кодова назва 30-30 (у конструкції були дві пластини, кожна по тридцять мегабайт). Ця назва співпадала з маркуванням гвинтівкового патрона Winchester 30-30 (діаметром 0.3 дюйма, зарядом пороху - 30 гран, приблизно 2 грами). Є також версія, що ця назва з'явилася тільки через назву патрона, який був першим боєприпасом, створеним у США для цивільної зброї на бездимному пороху, який був кращим за старі патрони за всіма показниками і дуже швидко здобув широку популярність.

У США та Європі назва «вінчестер» не вживається вже давно, а в країнах СНД вона прижилася і набула напівофіційного статусу, а в комп'ютерному сленгу зменшилася до слова «гвинт».

Як влаштований жорсткий диск

Жорсткий диск складається з декількох дискових пластин, нанизаних на вісь, що обертається, яка називається шпиндель.

Пластини покриті феромагнітним сплавом, який при зниженні температури до певного значення набуває магнітних властивостей.

Інформацію зчитують так звані голівки, що зчитують. Вони не повинні стосуватися поверхні дисків, що збільшує термін служби вінчестера. Якщо обертання відсутнє, то головки забираються за межу диска, щоб уникнути контакту з поверхнею. У кожному жорсткому диску існує так звана паркувальна зона. Це місце, де зупиняються головки в ті моменти, коли вінчестер вимкнений, або знаходиться в режимі низького енергоспоживання.

Диски з головками знаходяться в герметичній ділянці з очищеним від пилу повітрям. Крім того, у пристрої також знаходиться плата керування та шпиндельний привід.

При роботі вінчестера спочатку включається привід, який запускає шпиндель. Коли пластини досягають певної швидкості, у них утворюється щільний повітряний потік. Потім опускаються головки, що зчитують, які зчитують дані на дистанції в кілька мікрон від поверхні диска, що досягається завдяки повітряному потоку. Якщо обертання зупинено, головки знову піднімаються та відводяться убік.

Крім приводу та герметичного блоку, у жорсткому диску знаходиться блок електроніки. До його складу входить інтерфейсний блок, буферна пам'ять, система управління, ПЗУ та декодуючий блок.

Всі дані, що надходять до вінчестера, потрапляють до інтерфейсного блоку. Він забезпечує зв'язок диска із комп'ютером.

Оскільки швидкість інтерфейсної частини та накопичувача різняться, то для вирівнювання їх швидкостей застосовується спеціальний буфер, який складається з модулів швидкодіючої пам'яті.

Усі складові жорсткого диска регулюються системою керування. Вона отримує, обробляє і відсилає сигнали на датчики, відстежує позицію головок, що зчитують, і виконує багато інших операцій, необхідних для точної і безвідмовної роботи.

Всі службові дані вінчестера, а також всілякі програми для системи управління та системи обробки сигналу знаходяться в ПЗУ.

Сигнал, зчитаний з диска, подається в аналоговій формі. Для перетворення на цифровий вигляд використовується блок декодування. Він також усуває перешкоди у вихідному сигналі, що покращує якість обробки.

Логічне подання жорсткого диска

Будь-які дані, що записуються або зчитуються з жорсткого диска, мають адресу на жорсткому диску, необхідну для їх пошуку.

Щоб створити адресний простір, потрібна операція форматування, яка також має на увазі негайне видалення всього вмісту жорсткого диска.

У кожному жорсткому диску є кільцеві області поверхні диска, звані доріжками. Самі доріжки поділяються на сектори. Кожен сектор кожної доріжки має однаковий розмір.

Якщо вінчестер складається з декількох пластин, то вводиться поняття циліндра. Циліндр – це набір доріжок на поверхні пластин, що знаходяться на однаковій відстані від центру.

У жорсткому диску з однією пластиною адресація відбувається за номером доріжки та сектора. Необхідна область утворюється їх перетином. Якщо ж у вінчестері знаходиться безліч пластин, то адреса задається за номером циліндра, який визначає доріжки, номер голівки, що зчитує, що визначає необхідну пластину і номер сектора.

Основні параметри жорстких дисків

Головними параметрами сьогоднішніх жорстких дисків є їх розмір, ємність, роз'єм, швидкість обертання, енергоспоживання, розмір буфера, час довільного доступу, швидкість передачі, рівень шуму, опір ударам.

Серед цих характеристик, основний є обсяг накопичувача. Ця величина визначає кількість інформації, яку можна зберігати. Зараз популярними є диски на 500 гігабайт та один терабайт для настільних комп'ютерів, а також 320 та 500 – гігабайтні вінчестери для ноутбуків.

Швидкість передачіі швидкість обертання шпинделя, також дуже важливі параметри. Ці характеристики впливають на швидкість передачі між системою і накопичувачем. Швидкість шпинделя відображає кількість обертів диска за секунду. Чим більша швидкість, тим швидше зчитуватимуться дані з поверхні. Швидкість передачі данихвідображає швидкість обміну даними між вінчестером та комп'ютером. В цьому випадку можна покращити швидкодію за рахунок збільшення швидкості інтерфейсу підключення вінчестера.

Енергоспоживання- дуже важлива характеристикадля нетбуків та ноутбуків. Вона дозволяє заощаджувати заряд батареї, дозволяючи пристроям працювати довше.

Інтерфейс підключення- це зв'язок, що передає сигнали між вінчестером та системою, а також протоколи (правило обміну між ними). Існує кілька основних видів інтерфейсів підключення - SATA 2, IDE, SATA і так далі.

Час довільного доступу- час, який необхідний виконання вінчестером операції читання-запису будь-якій ділянці магнітного диска.

Рівень шуму- звук, який створюється вінчестером під час його роботи. Цей звук складається з шуму при обертанні шпинделя та шуму при позиціонуванні. Тихим вважається вінчестер із рівнем шуму 26 децибелів і нижче.

Опірність ударам- опір вінчестера стрибкам тиску або ударам.

Особливості вінчестерів для ноутбуків

Ноутбук є комп'ютером, отже, компоненти ноутбука та комп'ютера ідентичні. Але через менші розміри, а також економію енергії та зменшення тепловиділення, вінчестери для ноутбуків мають деякі особливості.

У ноутбука дуже обмежений простір для пристроїв усередині корпусу, тому обладнання для ноутбуків меншого розміру, ніж для настільних комп'ютерів. Наприклад, жорсткі диски 3.5 дюйма використовуються для настільних систем, для ноутбуків, у свою чергу, діаметр жорсткого диска становить 2.5 дюйма і менше. Таке зменшення позначається і обсягом, пластини 3.5 дюйма вміщують більше даних, ніж 2.5 - дюймовые.

Типовим роз'ємом підключення накопичувачів 1.8 дюйма є IDE, хоча вже почали з'являтися жорсткі диски на базі SATA, як настільних комп'ютерів.

Щоб заощаджувати енергію та підвищити стабільність роботи використовуються накопичувачі з меншою кількістю оборотів. Вінчестери також вимикаються через деякий час. Все це робить жорсткі диски для ноутбуків економнішими, але і повільнішими.

У переважній більшості ноутбуків, на відміну від стаціонарних систем, можна встановити лише один вінчестер, але зараз цей недолік легко усувається придбанням зовнішнього накопичувача- Вінчестер, що підключається через інтерфейс USB. Компанії виробники вінчестерів для ноутбуків: Samsung, Western Digital, Seagate, Toshiba та інші.

Зовнішні жорсткі диски

Сьогодні існує кілька методів підключення зовнішніх пристроїв. Є жорсткі диски, які підключаються до USB порту, який використовуються в основному для обміну інформацією з камерами та іншими мобільними пристроями. Через невисоку пропускну здатність даної шини, подібні диски не зможуть зрівнятися у швидкості обміну даними та продуктивності з внутрішніми пристроями.

Профілактика та усунення несправностей жорстких дисків

Всі поломки жорстких дисків можна розділити на користувача або виробника, що відбулися з вини. До перших належать такі несправності, які виникли через недбалу та неправильну експлуатацію: різні поломки внаслідок падінь ноутбука, скачування та встановлення шкідливого програмного забезпечення, потрапляння комах усередину, проливання рідини та інших порушень правил використання жорстких дисків. При виникненні таких проблем слід звернутися до сервісний центр. Якщо у вас немає досвіду роботи з вінчестерами, краще доручити цю справу професіоналам, це вбереже вас від втрати особистих даних.

У разі попадання рідини або при збоях у роботі після удару, то краще відразу віддати ноутбук до сервісного центру на діагностику, тому що наслідки таких пошкоджень можуть непередбачено позначитися на роботі вашого пристрою.

Другу категорію складають поломки апаратної чи логічної структури дисків. Такі пошкодження можна розділити на фізичні, внаслідок зовнішніх факторів, пошкодження поверхні диска, збої в роботі електроніки, помилок читання та запису. У більшості випадків після цих пошкоджень диск не можна відремонтувати, оскільки після удару відбувається поломка двигуна або поломка інших критичних частин конструкції пристрою. Найкраще віднести такий пристрій до сервісного центру на діагностику.

Попадання пилу та перегрів зазвичай призводить до пошкоджень поверхні диска. Такий диск не буде видно системою, при його роботі можна буде чути характерний стукіт головок. У такій ситуації можливий ремонт у сервісному центрі. Він відбувається шляхом відключення головок, які зчитують дефектні поверхні та перенесенням усієї необхідної інформаціїновий диск. Весь процес досить складний і має проводитися досвідченими фахівцямиз використанням спеціального обладнання, настійно не рекомендується розбирати вінчестер у домашніх умовах, якщо ви не маєте достатніх для цього знань.

Деколи пошкодження поверхні призводять до виходу головок із ладу. Така проблема може також виникнути сама собою. Ознакою її є стукіт головок під час роботи вінчестера, який особливо помітний під час виконання операції читання-запису. Вінчестер може не визначатися комп'ютером. Такі проблеми виникають внаслідок перегріву жорсткого диска чи механічних ударів. Ремонт у разі повністю аналогічний ремонту пошкодженої поверхні.

Поломки плати управління або іншої електроніки виникають через короткого замикання, стрибків напруги або розлитої рідини. За таких несправностей жорсткий диск не видає жодних звуків та не визначається системою. Тут вирішальну роль може зіграти везіння. При деяких несправностях слід відразу змінювати пристрій, у кращому разі можна відновити частину інформації. Деколи буде достатньо замінити недорогу плату.

Проблеми читання-запису найпоширеніші. Вони проявляються у виникненні пошкоджених блоків на вінчестері, які не зчитуються, порушують цілісність даних та можуть призвести до їх втрати. Зазвичай такі помилки виникають через неполадки з поверхнею диска, щоправда можуть виникати і через проблеми з елементами управління. Діагностику помилок можна провести також і в домашніх умовах із використанням спеціального програмного забезпечення, але відновлення даних краще зробити в сервісному центрі.

Якщо диск не визначається системою, або неправильно визначається об'єм, то, швидше за все, пошкоджено службову інформацію на поверхні диска або ПЗУ. Якщо проблеми виникли в ПЗУ, то правильніше буде негайно звернутися в сервісний центр і провести прошивку або заміну мікросхеми ПЗУ. У разі втрати даних через пошкодження поверхні, то службові дані просто перезаписуються на інші не пошкоджені ділянки.

Несправність самого приводу або заклинювання шпинделя виникає внаслідок удару. Диск починає тихенько дзижчати, або постукувати. При таких пошкодженнях ремонт неможливий.

Як правильно користуватись вінчестером

Щоб ваш накопичувач служив вам довго і надійно, необхідно дотримуватися таких правил:

1. Обережно поводитися з ноутбуками, уникати падінь та інших пошкоджень.
2. Постійно оновлюйте ваші. Не відвідуйте сумнівні сайти та не запускайте сумнівні програми.
3. Проводьте дефрагментацію та перевірку вашого жорсткого диска щомісяця.
4. Усі важливі дані зберігайте у вигляді резервних копій на зовнішніх носіях, тому що витрати на створення якогось документа можуть значно перевищувати вартість покупки нового вінчестера.
5. Не потрібно заповнювати жорсткий диск повністю, завжди залишайте певну кількість вільного простору.
6. Не робіть часте повне форматуваннявінчестера, форматування розраховане на граничну кількість разів.
7. Не можна різко змінювати положення працюючого вінчестера у просторі.

Ці поради допоможуть зберегти ваш жорсткий диск від поломок і дозволять зберегти ваш час і гроші.

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

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

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

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

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

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

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

Купуємо жорсткий диск

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

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

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

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

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

Крім цього, серед основних параметрів вказують:

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

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

Питання призначення та класифікації жорстких дисків?

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

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

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

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

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

Чому жорсткий диск називають вінчестером?

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

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

Пристрій та принцип роботи жорсткого диска

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

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

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

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

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

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

Як здійснюється запис та читання інформації?

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

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

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

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

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

Логічна структура та принцип роботи жорсткого диска з погляду форматування

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

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

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

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

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

Основні характеристики HDD

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Деякі додаткові параметри

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

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

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

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

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

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

Головні вимоги до HDD

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

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

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

Зрозуміло, що й користувач не повинен залишатися осторонь. Так, наприклад, при роботі з HDD вкрай важливо дотримуватися оптимального температурний режим(0 - 50 ± 10 градусів Цельсія), уникати струсів, ударів і падінь вінчестера, попадання в нього пилу або інших дрібних частинок і т. д. До речі, багатьом буде цікаво дізнатися, що ті ж частки тютюнового диму приблизно в два рази більше відстаніміж зчитувальною головкою та магнітною поверхнею вінчестера, а людського волосся - у 5-10 разів.

Питання ініціалізації у системі при заміні вінчестера

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

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

Висновок

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

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