HDD: Zasada działania i główne cechy

Dyski twarde, lub, jak się je nazywa, dyski twarde są jednym z najważniejszych elementów systemu komputerowego. O wszyscy to wiedzą. Ale nie jest to nowoczesny użytkownik nawet w zasadzie domysły o tym, jak dysk twardy. Zasada działania w ogóle, dla podstawowego zrozumienia dość proste, ale są pewne niuanse, które zostaną omówione dalej.

Pytania przeznaczenia i klasyfikacja dysków twardych?

Pytanie przeznaczenia oczywiście retoryczne. Każdy, nawet najbardziej entry-level, natychmiast odpowiedział, że dysk twardy (znany również jako dysk twardy, aka Hard Drive lub HDD) natychmiast odpowiedział, że jest on używany do przechowywania informacji.

W ogóle, to prawda. Nie zapominajcie, że na dysku twardym, z wyjątkiem systemu operacyjnego i pliki użytkownika są tworzone przez sektor rozruchowy systemu operacyjnego, dzięki czemu będzie ona zacznie, a także pewnych znaków, które dysk można szybko znaleźć żądane informacje.

Aktualne modele są dość zróżnicowane: zwykły HDD, zewnętrzne dyski twarde, dyski półprzewodnikowe SSD szybkich, chociaż jest ona przypisana do dysków twardych i nie jest akceptowana. Ponadto proponuje się rozważyć urządzenie i zasadę działania dysku twardego, jeśli nie w całości, to przynajmniej w tym, że to wystarczy dla zrozumienia podstawowych pojęć i procesów.

Należy pamiętać, że istnieje specjalna klasyfikacja dzisiejszym HDD na kilka podstawowych kryteriów, wśród których są:

• Sposób przechowywania informacji;
• typ nośnika;
• Sposób organizowania dostępu do informacji.

Dlaczego dysk nazywa dysk twardy?

Dziś, wiele osób myśli o tym, dlaczego dyski twarde nazywane są twarde dyski należące do broni. Wydawałoby się, że mogą istnieć podobieństwa między tymi dwoma urządzeniami?

Termin pojawił się już w 1973 roku, kiedy na rynku pojawił się pierwszy na świecie dysk twardy, którego konstrukcja składała się z dwóch oddzielnych przedziałów w szczelnym pojemniku. Pojemność każdej komory wynosiła 30 MB, dlatego inżynierowie nadali kryptonim płycie „30-30”, który był w pełni w zgodzie z marką popularny w momencie pistolet „Winchester, 30-30”. Jednak we wczesnych latach 90-tych w Ameryce i Europie jest nazwą praktycznie wyszły z użycia, ale nadal jest popularny w przestrzeni poradzieckiej.

Urządzenie i zasada działania HDD

Ale błądzić. Zasada działania HDD można podsumować w procesie czytania lub pisania. Ale jak to się stało? Aby zrozumieć działanie magnetycznego dysku twardym, trzeba najpierw dowiedzieć się, jak to działa.

Sam dysk twardy jest zestaw płyt, których liczba może być różna od czterech do dziewięciu ze sobą połączone za pomocą wału (oś), zwany wrzeciono. Płytki są umieszczone jedna nad drugą. W większości przypadków materiały do ich wytwarzania jest aluminium, mosiądzu, ceramiki, szkła, itp. D. Się płyty mają szczególne powłoki magnetycznej materiału zwanego misę, w przeliczeniu na tlenek gamma ferrytu, tlenek chromu, baru ferrytu i T d. . Każda płytka grubości około 2 mm.

Do zapisu i odczytu informacji odpowiadają promieniowej głowicy (jedną dla każdej płytki), a płyty są stosowane zarówno w powierzchniach. Podczas obracania wrzeciona, prędkość, która może wynosić od 3600 do 7200 obr. / Min, a ruchome głowy odpowiada dwoma silnikami elektrycznymi.

W tym przypadku podstawowa zasada dysku twardym komputera jest to, że informacje są rejestrowane nigdzie nie jest, ale w ściśle określonym miejscu, zwane sektory, które znajdują się na koncentrycznych ścieżek lub torów. Aby uniknąć nieporozumień, zastosowanie jednolitych zasad. Istnieje pogląd, że zasady dysków twardych pod względem ich struktury logicznej, uniwersalne. Na przykład, rozmiar jednego sektora, dla jednolitego standardu przyjętego na całym świecie jest 512 bajtów. sektory są podzielone na klastry, które są sekwencje wielu sektorach są po kolei. A zwłaszcza dysk twardy z zasadą działania w tym względzie jest to, że wymiana informacji i tylko wykonanych całych klastrów (sektory całkowitymi łańcuchów).

Ale jak odczytać informacje? napęd działa: dysk twardy w następujący sposób: Za pomocą specjalnego głowę wspornik czytania w promieniowy (spiralny) Kierunek ruchów do żądanej ścieżki i na kolei jest umieszczona w danym sektorze, wszystkie głowice mogą być przenoszone jednocześnie czytając te same informacje nie tylko z różnych torach ale o różnych płyt (płytek). Wszystkie utwory o takich samych numerach porządkowych nazywane są cylindry.

Jest możliwe, aby wybrać inną zasadę działania dysku twardego: głowica odczytująca bliżej powierzchni magnetycznej (ale go nie dotknąć), tym większa gęstość zapisu.

Jak jest pisanie i czytanie informacji?

Dyski twarde lub dyski twarde, i dlatego zostały nazwane magnetyczny, że korzysta z praw fizyki magnetyzmu sformułowane przez Faradaya i Maxwella.

Jak już wspomniano, płyty nemagnitochuvstvitelnogo magnetycznego materiału powłokowego nanosi się do grubości kilku mikrometrów. W trakcie pracy, pole magnetyczne o tak zwaną strukturę domeny.

Domena magnetyczna jest ściśle ograniczona namagnesowane granice regionu żelazostopów. Dalsze Zasada działania HDD można podsumować w następujący sposób: w przypadku zewnętrznego pola magnetycznego, właściwe pole napęd zaczyna się kierować dokładnie wzdłuż linii magnetycznych i na zakończenie wpływu na płytach pojawiają się strefy Remanence w którym przechowywane informacje uprzednio zawartej w głównym polu ,

Dla stworzenia zewnętrznego pola jest odpowiedzialny za nagrywanie głowica odczytująca i strefę odczytu indukcję szczątkową, będąc przeciwieństwem głowica wytwarza siłę elektromotoryczną lub EMF. Wtedy wszystko jest proste: zmienić EMF odpowiada jednemu binarny, a jego nieobecność lub wstrzymanie – zero. Czas zmienia EMF zwane komórki bitowej.

Ponadto magnetyczna powierzchnia czysto informatyki względów może być połączony, w rodzaju punktów bitów danych sekwencji. Jednakże, ponieważ położenie tych punktów jest absolutnie niemożliwe, aby dokładnie obliczyć, na dysku chcesz zainstalować jakiś wstępnie określony etykietą, które pomogły określić pożądaną lokalizację. Stworzenie takich etykiet nazywa formatowania (z grubsza podzielone na dysku na ścieżki i sektory, skupione).

Logiczna struktura i zasada działania dysku twardego pod względem formatowania

W odniesieniu do organizacji logicznych HDD tutaj na pierwszym miejscu jest formatowanie, w którym istnieją dwa główne typy: niski poziom (fizycznego) i wysoki poziom (logika). Bez tych kroków, doprowadzenie dowolnego dysku twardego do stanu działania nie można mówić. Aby uzyskać informacje na temat sposobu, aby zainicjować nowy dysk twardy, to zostanie omówione oddzielnie.

formatowanie niskiego poziomu wymaga fizycznego wpływu na powierzchni dysku twardym, w którym znajdują się sektory wzdłuż torów. Interesujące jest to, że zasada dysku jest taka, że każdy sektor stworzył swój własny unikalny adres, który zawiera samą liczbę sektorów, zapisuje numer, w którym się znajdował, i liczbę płytek. W ten sposób organizacja bezpośrednim dostępem taka sama pamięć odnosi się bezpośrednio z danym adresem, zamiast poszukuje odpowiedniej informacji na całej powierzchni, dzięki czemu osiąga prędkość (choć nie jest to najważniejsze). Należy pamiętać, że podczas formatowania niskiego poziomu jest całkowicie wymazane wszystkie informacje i przywrócenie go w większości przypadków nie może być.

Kolejna rzecz – format logiczny (w systemach Windows jest szybkie formatowanie lub Szybkie formatowanie). Ponadto procesy te są stosowane do tworzenia partycji logicznych reprezentujących pewien obszar pierwotnego dysku twardego, która funkcjonuje na tych samych zasadach.

formatowanie logiczne głównie wpływa na obszar systemu, który składa się z sektora rozruchowego i tablicy partycji (rekord rozruchowy MBR), tablicy alokacji plików (FAT, NTFS, i tak dalej. D.) i katalog główny (root katalog).

Zapisu informacji w sektorach klastra jest przez kilka części, przy czym w jednym zestawie nie może zawierać dwa identyczne obiekty (plików). Faktycznie, tworzenie partycji logicznej, gdyż oddziela ją od głównej partycji systemowej, tak, że informacje zapisane na nim, jeśli były błędy i niepowodzenia, aby zmienić lub usunięcie nie jest naruszona.

Główne cechy HDD

Myślę, że w ogólnej zasady działania HDD trochę rozumieć. Zwróćmy się teraz do głównych cech, które dają pełny obraz wszystkich możliwości (lub wad) nowoczesnych dysków twardych.

Zasada twardych dysków i głównych cech może być zupełnie inna. Aby zrozumieć, o co chodzi, możemy wybrać najbardziej podstawowych parametrów, które charakteryzują wszystkich znanych dotychczas sklepach informacyjnych:

• pojemność (objętość);
• wydajność (dane łącze odczyt i zapis danych);
• interfejs (metoda połączenia typu Controller).

Pojemność to całkowita ilość informacji, które mogą być zapisywane i przechowywane na dysku twardym. z HDD przemysł produkcja rośnie tak szybko, że w dniu dzisiejszym zawarł dysków twardych używać z tomów rzędu 2 TB lub więcej. I, jak uważa się, to nie jest limit.

Interfejs – najbardziej istotna cecha. Określa ona, w jaki sposób urządzenie jest podłączone do płyty głównej, który jest używany jako regulator czytania i pisania jest prowadzony, i tak dalej. D. Do najważniejszych i najczęściej uważane interfejsy IDE, SATA oraz SCSI.

Dyski z IDE połączenia różnych niski koszt, jednakże, wśród najważniejszych wad można odróżnić ograniczoną liczbę połączonych równolegle urządzeń (najwyżej cztery) i niską szybkością transmisji danych (nawet przy pomocy bezpośredniego dostępu do pamięci Ultra DMA lub protokołów Ultra ATA (tryb 2 oraz tryb 4). Mimo, że uważa się ich stosowanie może zwiększyć poziom prędkości odczytu / zapisu 16 Mb / s, ale prędkość jest znacznie niższa niż w rzeczywistości. Dodatkowo, tryb UDMA wymaga instalacji specjalnych sterowników, które Teoretycznie, powinno być dostarczone z płytą główną.

Mówiąc o tym, co zasada dysku twardego i funkcji, nie można ignorować interfejs SATA, który jest następcą wersji IDE ATA. Zaletą tej technologii jest to, że szybkość zapisu / odczytu może być zwiększona do 100 Mb / s dzięki zastosowaniu wysokiej prędkości magistrali Fireware IEEE-1394.

Wreszcie, interfejs SCSI porównaniu z poprzednim dwóch jest najbardziej elastycznym i najwyższą prędkość (prędkość odczytu / zapisu do 160 MB w górę / si powyżej). Ale są takie dyski są prawie dwa razy droższe. Ale liczba podłączonych jednocześnie urządzeń pamięci masowej, począwszy od siedmiu do piętnastu lat, połączenie może być przeprowadzone bez odłączania od zasilania komputera, a długość kabla może być rzędu 15-30 metrów. Faktycznie, ten typ dysku twardego w przeważającej części nie stosuje się do komputerów użytkowników i serwerów.

Wydajność charakteryzującą prędkość transmisji i przepustowość mocy I / O, zwykle wyrażone czas transmisji, a ilość danych przesyłanych w szeregu, i jest wyrażony w Mb / s.

Niektóre opcje dodatkowe

Mówiąc o tym, co jest twardy dysk i zasada działania jakie parametry wpływają na jego działanie, nie da się uniknąć, a niektóre dodatkowe funkcje, które mogą mieć wpływ na wydajność lub żywotność urządzenia.

Tu na pierwszym miejscu jest prędkość obrotowa, która bezpośrednio wpływa na czas szukania i inicjalizacji (uznanie) żądanego sektora. Ten tak zwany utajony czas wyszukiwania – przedział, w którym zapotrzebowanie na sektorze odwraca się do głowicy odczytującej. Dziś przyjęła szereg standardów dla prędkości obrotowej wrzeciona, wyrażoną w obrotach na minutę z opóźnieniem czasowym w milisekundach:

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

Łatwo zauważyć, że im większa prędkość, tym mniej czasu spędzonego na sektor wyszukiwania, a płaszczyzna fizyczna – przez obrót tarczy do punktu głowa instalacja pożądane pozycjonowania płytki.

Innym parametrem, – zawartość szybkość transmisji. Na zewnętrznych torów jest minimalna, ale zwiększa się wraz ze stopniowym przechodzeniem do wewnętrznej ścieżce. W związku z tym sam proces defragmentacji reprezentujących ruch często stosowane dane najszybciej powierzchni płyty – nie tylko przeniesienie wewnętrznym torze o większej prędkości odczytu. Prędkość zewnętrzny ma stałą wartość i zależy od używanego interfejsu.

W końcu jeden z najważniejszych punktów związane z obecnością na dysku twardym własnej pamięci podręcznej lub buforze. W rzeczywistości, dysk twardy działa w zakresie zasady użytkowania bufor coś podobnego do pamięci operacyjnej lub wirtualnym. Im większy rozmiar pamięci podręcznej (128-256 kb), tym szybciej dysk twardy.

Główne wymagania dla HDD

Podstawowe wymagania, które w większości przypadków są prezentowane dyski twarde, nie tak dużo. Najważniejsze – długa trwałość i niezawodność.

Podstawowym standardem dla większości HDD jest uważany za życie rzędu 5-7 lat z czasu pracy nie mniej niż pięćset tysięcy godzin, ale dla dysków high-end, liczba ta wynosi nie mniej niż jeden milion godzin.

Jeśli chodzi o trwałość, jest odpowiedzialny za tę funkcję SMART testu, który monitoruje stan poszczególnych elementów na dysku twardym, prowadzenie ciągłego monitorowania. Na podstawie zebranych danych można wygenerować nawet prognozy możliwego pojawienia się błędów w przyszłości.

Jest rzeczą oczywistą, że użytkownik nie powinien stać z boku. Na przykład, w przypadku stosowania dysk bardzo ważne, aby zachować optymalny zakres temperatury (od 0 – 50 ± 10 stopni), aby uniknąć wstrząsów, uderzenia i spada dysk dotkniętej kurzu lub innych małych cząstek itp Nawiasem mówiąc, wiele będzie .. zainteresowany, aby wiedzieć, że te same cząsteczki dymu jest około dwa razy większa niż odległość pomiędzy głowicy odczytującej i magnetycznych powierzchni dysku i ludzkiego włosa – 5-10 razy.

Pytania inicjowania systemu poprzez zastąpienie dysku twardego

Teraz kilka słów o jakie działania należy podjąć, jeśli z jakiegoś powodu użytkownik zmienić dysk twardy lub zainstalować dpolnitelny.

W pełni opisać proces nie będzie, a skupi się tylko na głównej scenie. Najpierw należy podłączyć dysk twardy i spojrzeć w ustawieniach BIOS-u, czy nowy sprzęt jest wykrywany, na dysku sekcji Administracja zainicjować i utworzyć rekord startowy, należy utworzyć wolumin prosty, przypisać identyfikator (letter) i formatować z możliwością wyboru systemu plików. Dopiero wtedy nowa „śruba” jest w pełni gotowy do pracy.

wniosek

To wszystko, co przychodzi na krótki podstawy funkcjonowania i wykonywania nowoczesnych dysków twardych. Zasada działania zewnętrznego dysku twardego nie jest uważane za ważne, ponieważ praktycznie nie różni się od tej stosowanej do stacjonarnego dysku twardego. Jedyna różnica jest tylko w sposobie podłączenia dodatkowej pamięci do komputera PC lub laptopa. Najczęstszym jest podłączenie poprzez interfejs USB, który jest bezpośrednio podłączony do płyty głównej. Jednocześnie, jeśli chcesz, aby zapewnić maksymalną wydajność, lepiej jest użyć standardowego portu USB 3.0 (wewnątrz w kolorze niebieskim), oczywiście pod warunkiem, że sam dysk zewnętrzny obsługuje.

Co do reszty, myślę, że wiele osób nawet trochę, stało się jasne, jak dysk twardy dowolnego typu. Być może powyższa została podana zbyt dużo informacji technicznych, tym bardziej nawet z kursu fizyki szkoła, ale bez tego, aby w pełni zrozumieć wszystkie podstawowe zasady i metody określone w technologii produkcji i aplikacji HDD nie zrozumie.