Що може бути на жорсткому диску. Як влаштований переносний жорсткий диск з прикладу WD Elements Ultra. Як і в якому вигляді зберігаються дані на жорсткому диску комп'ютера

HDD, жорсткий диск, вінчестер — це назви одного добре відомого пристрою зберігання даних. У цьому матеріалі ми розповімо вам про технічну основу таких накопичувачів, про те, яким чином на них може зберігатися інформація, та про інші технічні нюанси та принципи функціонування.

Виходячи з повної назви даного пристрою - накопичувач на жорстких магнітних дисках (НЖМД) - можна без особливих зусиль зрозуміти, що лежить в основі його роботи. Завдяки своїй дешевизні та довговічності ці носії інформації встановлюють у різні комп'ютери: ПК, ноутбуки, сервери, планшети тощо. Відмінною рисою HDD є можливість зберігати величезні обсяги даних, маючи при цьому зовсім невеликі габарити. Нижче ми розповімо про його внутрішній пристрій, принципи роботи та інші особливості. Почнемо!

Гермоблок та плата електроніки

Зелена склотканина та доріжки з міді на ній, разом з роз'ємами для підключення блоку живлення та гніздом SATА називаються платою управління(Printed Circuit Board, PCB). Ця інтегральна схема служить для синхронізації роботи диска з ПК та керівництвом всіх процесів усередині HDD. Корпус із алюмінію чорного кольору і те, що всередині нього, називається герметичним блоком(Head and Disk Assembly, HDA).

У центрі інтегральної схеми розташований чіп великого розміру - це мікроконтролер(Micro Controller Unit, MCU). У сьогоднішніх HDD мікропроцесор містить у собі два компоненти: центральний обчислювальний блок(Central Processor Unit, CPU), який займається всіма розрахунками, та канал читання та запису- Спеціальний пристрій, що переводить аналоговий сигнал з головки в дискретний, коли вона зайнята читанням і навпаки - цифровий в аналоговий під час запису. Мікропроцесор має портами введення/виводу, З допомогою яких він керує іншими елементами, розташованими на платі, і здійснює обмін інформацією через SATA-підключення.

Інший чіп, що розташований на схемі, є DDR SDRAM пам'яттю (memory chip). Її кількість визначає обсяг кешу вінчестера. Цей чіп розділений на пам'ять прошивки, що частково міститься у флеш-накопичувачі, і буферну, необхідну процесору для того, щоб завантажувати модулі прошивки.

Третій чіп називається контролером управління двигуном та головками(Voice Coil Motor controller, VCM controller). Він керує додатковими джерелами електроживлення, що розташовані на платі. Від них отримують харчування мікропроцесор та підсилювач-комутатор(preamplifier), що міститься в герметичному блоці. Цей контролер вимагає більше енергії, ніж решта компонентів на платі, тому що відповідає за обертання шпинделя та рух головок. Ядро підсилювача-комутатора здатне працювати, будучи нагрітим до 100 ° C! Коли НЖМД подається харчування, мікроконтролер вивантажує вміст флеш-микросхемы на згадку і починає виконання закладених у ній інструкцій. Якщо код не вдасться належним чином завантажитися, то HDD не зможе навіть почати розкручування. Також флеш-пам'ять може бути вбудована в мікроконтролер, а не утримуватись на платі.

Розташований на схемі датчик вібрації(Shock sensor) визначає рівень тряски. Якщо він визнає її інтенсивність небезпечною, то буде надіслано сигнал контролеру управління двигуном і головками, після чого він негайно паркує голівки або зовсім зупиняє обертання HDD. Теоретично, даний механізм покликаний забезпечувати захист HDD від різних механічних ушкоджень, щоправда, практично у нього це сильно виходить. Тому не варто упускати жорсткий диск, адже це здатне спричинити неадекватну роботу вібродатчика, що може стати причиною повної непрацездатності пристрою. Деякі НЖМД мають надчутливі до вібрації датчики, які реагують на найменший її прояв. Дані, які отримує VCM, допомагають коригувати рух головок, тому диски обладнуються як мінімум двома такими датчиками.

Ще один пристрій, створений для захисту HDD обмежувач перехідної напруги(Transient Voltage Suppression, TVS), покликаний запобігати можливому виходу з ладу у разі стрибків напруги. На одній схемі таких обмежувачів може бути кілька.

Поверхня гермоблоку

Під інтегральною платою знаходяться контакти від моторів і головок. Тут же можна побачити майже невидимий технічний отвір (breath hole), який вирівнює тиск усередині та зовні герметичної зони блоку, що руйнує міф про те, що всередині вінчестера знаходиться вакуум. Внутрішня область покрита спеціальним фільтром, який не пропускає пил і вологу безпосередньо в HDD.

нутрощі гермоблока

Під кришкою герметичного блоку, що є звичайним пластом металу і гумовою прокладкою, яка захищає його від попадання вологи і пилу, знаходяться магнітні диски.

Вони також можуть називатися млинцямиабо пластинами(Platers). Диски зазвичай створюються зі скла або алюмінію, який було попередньо відполіровано. Потім вони покриваються кількома шарами різних речовин, серед яких присутній і феромагнетик - завдяки йому є можливість записувати і зберігати інформацію на жорсткому диску. Між пластинами і над верхнім млинцем розташовуються роздільники(Dampers або separators). Вони вирівнюють потоки повітря та знижують акустичні шуми. Зазвичай виготовляються із пластику або алюмінію.

Сепараторні пластини, які були виготовлені з алюмінію, краще справляються зі зниженням температури повітря всередині герметичної зони.

Блок магнітних головок

На кінцях кронштейнів, що знаходяться в блоці магнітних головок(Head Stack Assembly, HSA), розташовані головки читання/запису. Коли шпиндель зупинено, вони повинні перебувати в препарувальній області - це місце, де розташовуються головки справного жорсткого диска в той час, коли вал не працює. У деяких HDD паркування відбувається на пластикових препарувальних областях, які розташовані поза пластинами.

Для нормальної роботи жорсткого диска потрібно якомога чистіше повітря, що містить мінімум сторонніх частинок. Згодом у накопичувачі утворюються мікрочастинки мастила та металу. Щоб їх виводити, HDD обладнуються циркуляційними фільтрами(recirculation filter), які постійно збирають та затримують дуже маленькі частинки речовин. Вони встановлюються по дорозі повітряних потоків, які утворюються через обертання пластин.

У НЖМД встановлюють неодимові магніти, здатні притягувати і утримувати вагу, яка може більше власного в 1300 разів. Призначення цих магнітів у HDD - обмеження руху головок шляхом утримання їх над пластиковими або алюмінієвими млинцями.

Ще однією частиною блоку магнітних головок є котушка(Voice coil). Разом із магнітами вона утворює привід БМГ, який разом із БМГ складає позиціонер(actuator) - пристрій, що переміщує головки. Захисний механізм для цього пристрою називається фіксатором(Actuator latch). Він звільняє БМГ, як тільки шпиндель набере достатньо обертів. У процесі визволення бере участь тиск потоку повітря. Фіксатор запобігає будь-яким рухам головок у препарувальному стані.

Під БМГ перебуватиме прецизійний підшипник. Він підтримує плавність та точність даного блоку. Тут же знаходиться виконана з алюмінієвого сплаву деталь, яка називається коромислом(Arm). На її кінці, на пружинній підвісці, розташовані голівки. Від коромисла йде гнучкий кабель(Flexible Printed Circuit, FPC), що веде до контактного майданчика, що з'єднується з платою електроніки.

Ось так виглядає котушка, яка з'єднана з кабелем:

Тут можна побачити підшипник:

Ось тут зображені контакти БМГ:

Прокладка(Gasket) допомагає забезпечити герметичність зчеплення. Завдяки цьому в блок з дисками та головками повітря потрапляє лише через отвір, який вирівнює тиск. Контакти даного диска покриті найтоншою позолотою, що покращує провідність.

Типове складання кронштейна:

На закінчення пружинних підвісів знаходяться малогабаритні деталі. слайдери(Sliders). Вони допомагають зчитувати та записувати дані, піднімаючи голівку над пластинами. У сучасних накопичувачах головки працюють, розташовуючись з відривом 5-10 нм від поверхні металевих млинців. Елементи зчитування та запису інформації розташовані на кінцях слайдерів. Вони настільки малі, що побачити їх можна лише скориставшись мікроскопом.

Ці деталі є абсолютно плоскими, оскільки мають у собі аеродинамічні канавки, службовці стабілізації висоти польоту слайдера. Повітря під ним створює подушку(Air Bearing Surface, ABS), яка підтримує паралельний поверхні пластини політ.

Підсилювач— чіп, який відповідає за керування головками та посилення сигналу до них або від них. Розташований він безпосередньо в БМГ, тому як сигнал, який виробляють головки, має недостатню потужність (близько 1 ГГц). Без підсилювача в герметичній зоні він просто розсіявся на шляху до інтегральної схеми.

Від цього пристрою у бік головок йде більше доріжок, ніж до герметичної зони. Пояснюється це тим, що жорсткий диск може взаємодіяти тільки з одним із них у певний момент часу. Мікропроцесор відправляє запити підсилювачу, щоб вибрав потрібну йому головку. Від диска до кожної з них йде кілька доріжок. Вони відповідають за заземлення, читання та запис, керування мініатюрними приводами, роботу зі спеціальним магнітним обладнанням, яке може керувати слайдером, що дозволяє збільшити точність розташування головок. Одна з них повинна вести до нагрівача, який регулює висоту їхнього польоту. Працює ця конструкція так: з нагрівача тепло передається підвісці, яка з'єднує слайдер та коромисло. Підвіс створюється зі сплавів, які мають різні параметри розширення від тепла, що надходить. При підвищенні температури він згинається у бік пластини, тим самим зменшуючи відстань від неї головки. При зменшенні кількості тепла відбувається зворотна дія - головка віддаляється від млинця.

Ось таким чином виглядає верхній роздільник:

На цій фотографії знаходиться герметична зона без блоку головок та верхнього сепаратора. Також можна помітити нижній магніт та притискне кільце(platters clamp):

Дане кільце стримує блоки млинців разом, запобігаючи всякому їхньому руху відносно один одного:

Самі пластини нанизані на вал(spindle hub):

А ось що знаходиться під верхньою пластиною:

Як можна зрозуміти, місце для головок створюється за допомогою спеціальних розділових кілець(Spacer rings). Це високоточні деталі, що виготовляються з немагнітних сплавів або полімерів:

На дні гермоблока знаходиться простір для вирівнювання тиску, розташований прямо під повітряним фільтром. Повітря, яке знаходиться поза герметичним блоком, безумовно, містить у собі частинки пилу. Для вирішення цієї проблеми, встановлюється багатошаровий фільтр, який набагато товщий за той же циркулярний. Іноді на ньому можна виявити сліди силікатного гелю, який повинен абсорбувати всю вологу:

Висновок

У цій статті було наведено докладний опис нутрощів HDD. Сподіваємося, цей матеріал був вам цікавим і допоміг дізнатися багато нового зі сфери комп'ютерного обладнання.

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

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

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

Тепер знімемо друковану плату та вивчимо розміщені на ній компоненти.

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

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

Наступний чіп - контролер управління двигуном та блоком головок, або «крутилка» (Voice Coil Motor controller, VCM controller). Крім того, цей чіп управляє вторинними джерелами живлення, розташованими на платі, від яких живиться процесор і мікросхема підсилювача-комутатора (preamplifier, preamp), розташована в гермоблоці. Це головний споживач енергії на друкованій платі. Він керує обертанням шпинделя та рухом головок. Ядро VCM-контролера може працювати навіть при температурі 100 ° C. Частина прошивки диска зберігається у флеш-пам'яті. При подачі живлення на диск мікроконтролер завантажує вміст флеш-чіпа в пам'ять і приступає до виконання коду. Без коректно завантаженого коду диск навіть не захоче розкручуватися. Якщо на платі відсутній флеш-чіп, значить, він вбудований в мікроконтролер.

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

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

Тепер розглянемо гермоблок.

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

Тепер заглянемо усередину гермозони. Знімемо кришку диска.

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

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

Вид млинців і сепараторів збоку.

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

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

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

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

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

Ось що там можна побачити.

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

Тепер знімемо блок магнітних головок.

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

Розглянемо складові БМГ докладніше.

Котушка з'єднана з кабелем.

Підшипник.

На наступній фотографії зображено контакти БМГ.

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

Це класична конструкція коромисла.

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

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

Ось ще одне зображення слайдера.

Тут добре видно контакти головок.

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

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

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

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

Ось як він виглядає.

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

Став видно нижній магніт.

Тепер притискне кільце (platters clamp).

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

Млинці нанизані на шпиндель (spindle hub).

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

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

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

Витягнемо з диска все інше, щоб оглянути дно гермоблока.

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

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

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. Вказаний 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:

фізичне форматування (низького рівня)
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:

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

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 цьому накопичувачу?

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

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

Вимкнути повністю системний блок від живлення, зняти кришку.
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.
Якщо потрібно, перемикайте перемички відповідно до способу використання жорсткого диска.
Встановити накопичувач на вільне місце та приєднати шлейф від контролера на платі до гнізда вінчестера червоною смугою до живлення, кабель джерела живлення.
Надійно закріпити жорсткий диск чотирма болтами з двох сторін, акку/spanратно розташувати кабелі всередині комп'ютера, так, щоб при закриванні кришки не перерубати їх,
Закрийте системний блок.
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 нове.
Левову частку жорстких дисків на російському (та й не тільки) ринку складає продукції фірм IBM, Maxtor, Fujitsu, Western Digital (WD), Seagate, Quantum.

назва фірми-виробника, що виробляє даний тип накопичувача,

Корпорація Quantum (www. quantum. com.), Заснована в 1980 р., - одна з ветеранів на ринку 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 та 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.

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? Пошкодження 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 частки 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.

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 надто 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 диска у Вікіпедії:

Жорсткий диск (Гвинт, вінчестер, накопичувач на жорстких магнітних дисках, НЖМД, HDD, HMDD) - пристрій довільного доступу, що запам'ятовує, 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 пам'яті комп'ютера, від тимчасової ().

Поглянувши на жорсткий диск комп'ютера у житті, ви побачите ні дисків, ні головок, оскільки 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, в першу чергу відбувається зчитування службової інформації про стан жорсткого диска 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.

Окрім 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 HDD головки 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 користувачу, швидше 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:

Для ноутбуків – основний параметр – розмір пристрою в 2,5 дюйми. Це дозволяє їм компактно розміщуватись у корпусі лептопа;
Для ПК — у цьому випадку також можливе використання 2,5″ жорстких дисків, але зазвичай використовуються 3,5 дюйма;
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 HDD до 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 ОЗУ) 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.