От какво са направени твърдите дискове? Твърд диск: принцип на работа и основни характеристики

харддиск (харддиск, HDD) - памет с произволен достъп (устройство за съхранение на информация), базирана на принципа на магнитен запис. Това е основната среда за съхранение в повечето компютри.

за разлика от " Гъвкава» диск ( дискети), информация в HDDзаписани върху твърди (алуминиеви или стъклени) плочи, покрити със слой от феромагнитен материал, най-често хромов диоксид - магнитни дискове. AT HDDсе използват една или повече вложки на една ос. Четещите глави в работен режим не докосват повърхността на плочите поради слоя от насрещния въздушен поток, образуван близо до повърхността при бързо въртене. Разстоянието между главата и диска е няколко нанометра, а липсата на механичен контакт гарантира дълъг експлоатационен живот на устройството. При липса на въртене на дисковете главите са разположени при шпиндела или извън диска в безопасна зона, където е изключен ненормалния им контакт с повърхността на дисковете.

Първият твърд диск

AT 1957 година от фирмата IBMе разработен първият твърд диск, който е разработен още преди създаването на персонален компютър. За него той трябваше да плати „чиста“ сума, въпреки че имаше само 5 MB. След това беше разработен твърд диск с капацитет 10 MBспециално за персонален компютър IBM настолен компютър XT. Уинчестър имаше всичко 30 песнии повече на 30 секторавъв всяка писта. " Уинчестъри"- така твърдите дискове започнаха да се наричат, ако е съкратено, тогава" ATintami”, Това дойде от аналогия с маркировката на карабината на компанията Уинчестър - "30/30", който беше многозареден.

За яснота, нека да разгледаме 3,5 инча SATAдиск. Ще бъде Seagate ST31000333AS.

Зелен текстолит с медни писти, захранващи конектори и SATAнаречена електронна платка или контролна платка (P печатна платка, печатна платка). Използва се за управление на работата на твърдия диск. Черният алуминиев корпус и съдържанието му се наричат HDA ( Монтаж на глава и диск, HDA), експертите също го наричат " буркан". Тялото без съдържание се нарича още HDA (база).

Сега нека премахнем печатната платка и да разгледаме компонентите, поставени върху нея.

Първото нещо, което хваща окото ви, е голям чип, разположен в средата - микроконтролер или процесор (Микроконтролер, MCU) . При съвременните твърди дискове микроконтролерът се състои от две части - всъщност процесор(Централен процесор, процесор), който прави всички изчисления и канала четене/запис (канал за четене/запис)- специално устройство, което преобразува аналоговия сигнал, идващ от главите, в цифрови данни по време на операцията на четене и кодира цифровите данни в аналогов сигнал по време на операцията на запис. Процесорът има портове вход-изход (IO портове)за управление на останалите компоненти, разположени на печатната платка и предаване на данни чрез SATA интерфейс.

Чип памете обичайното DDR SDRAMпамет. Количеството памет определя размера на кеша на твърдия диск. Паметта е инсталирана на тази платка Samsung DDRсила на звука 32 MB, което на теория дава на диска кеш 32 MB(и това е точно сумата, която е дадена в техническите характеристики на твърдия диск), но това не е съвсем вярно. Факт е, че паметта е логически разделена на буфер памет (кеш)и памет на фърмуера. Процесорът се нуждае от малко памет, за да зареди модулите на фърмуера. Доколкото е известно, само Hitachi/IBMпосочете действителния обем кешв описанието на техническите характеристики; спрямо други дискове, относно обема кешможе само да се гадае.

Следващият чип е контролерът за управление на двигателя и главното устройство или „завъртане“ (Контролер на двигателя на гласовата бобина, контролер на VCM). В допълнение, този чип управлява вторичните захранвания, разположени на платката, от които процесорът се захранва и чип предусилвател-превключвател (предусилвател, предусилвател)намира в HDA. Това е основният консуматор на енергия на печатната платка. Той контролира въртенето на шпиндела и движението на главите. Ядро VCM контролерможе да работи дори при температура от 100°С.

Част от фърмуера на диска се съхранява в флаш памет. Когато се подаде захранване към диска, микроконтролерът зарежда съдържанието на флаш чипа в паметта и започва да изпълнява кода. Без кода, зареден правилно, дискът дори няма да иска да се завърти. Ако на платката няма флаш чип, тогава той е вграден в микроконтролера.

Сензор за вибрации (шоков сензор)реагира на опасно за диска разклащане и изпраща сигнал за това до контролера VCM. VCM контролерведнага паркира главите и може да спре въртенето на диска. Теоретично този механизъм трябва да предпазва устройството от допълнителни повреди, но на практика не работи, така че не изпускайте дисковете. При някои дискове сензорът за вибрации е силно чувствителен и реагира на най-малката вибрация. Данните, получени от сензора, позволяват контролер VCMправилно движение на главата. На такива дискове са инсталирани поне два сензора за вибрации.

На платката има още едно защитно устройство - Потискане на преходно напрежение (TVS). Предпазва платката от токови удари. С удар на тока TVS изгаря, създавайки късо съединение към земята. Тази дъска има две TVS, за 5 и 12 волта.

Помислете за херметичния блок.

Под платката са контактите на двигателя и главите. Освен това на тялото на диска има малка, почти незабележима дупка (дупка за дишане). Той служи за изравняване на налягането. Много хора смятат, че в твърдия диск има вакуум. Всъщност не е така. Този отвор позволява на диска да изравни налягането вътре и извън контейнера. От вътрешната страна има дупка покрита с дихателен филтъркойто улавя частици прах и влага.

Сега нека погледнем вътре в зоната за задържане. Свалете капака на диска.

Самият капак не е нищо особено. Това е просто парче метал с гумено уплътнение, за да не попада прах.

Помислете за запълването на зоната за задържане.

Ценната информация се съхранява на метални дискове, наричани още палачинкиили Пперки (плати). На снимката виждате горната плоча. Плочите са изработени от полиран алуминий или стъкло и са покрити с няколко слоя с различни състави, включително феромагнитно вещество, върху което всъщност се съхраняват данните. Между палачинките, както и над горната им част, виждаме специални чинии, наречени сепараториили сепаратори (амортисьори или сепаратори). Те са необходими за изравняване на въздушните потоци и намаляване на акустичния шум. По правило те са изработени от алуминий или пластмаса. Алуминиевите сепаратори са по-успешни при охлаждането на въздуха в зоната на херметизация.

Глави за четене и запис (глави), монтирани в краищата на конзолите на магнитната глава, или HSA (Head Stack Assembly, HSA). зона за паркиране- това е зоната, в която трябва да са главите на здравия диск, ако шпинделът е спрян. При този диск зоната за паркиране се намира по-близо до шпиндела, както се вижда на снимката.

При някои задвижвания паркирането се извършва в специални пластмасови зони за паркиране, разположени извън табелите.

HDDе прецизен механизъм за позициониране и изисква много чист въздух, за да функционира правилно. По време на употреба вътре в твърдия диск могат да се образуват микроскопични частици от метал и грес. За незабавно почистване на въздуха вътре в диска има рециркулационен филтър. Това е високотехнологично устройство, което постоянно събира и улавя най-малките частици. Филтърът е разположен по пътя на въздушните потоци, създадени от въртенето на плочите.

Нека махнем горния магнит и да видим какво се крие под него.

Твърдите дискове използват много мощни неодимови магнити. Тези магнити са толкова мощни, че могат да повдигат тежести 1300 пъти по-големи от техните собствени. Така че не поставяйте пръста си между магнита и метала или друг магнит - ударът ще бъде много чувствителен. Тази снимка показва ограниченията. BMG. Тяхната задача е да ограничат движението на главите, оставяйки ги на повърхността на плочите. BMG ограничителиразличните модели са подредени по различен начин, но винаги има два от тях, те се използват на всички съвременни твърди дискове. На нашето устройство вторият ограничител е разположен на долния магнит.

Тук виждаме тук намотка (гласова намотка), който е част от главното устройство. Оформят се намотка и магнити BMG задвижване (двигател на гласова бобина, VCM). Задвижването и блокът от магнитни глави, форма позиционер- устройство, което движи глави. Нарича се черно пластмасово парче със сложна форма ключалка (ключалка на задвижващия механизъм). Това е защитен механизъм, който освобождава BMGслед като шпинделният двигател достигне определен брой обороти. Това се случва поради налягането на въздушния поток. Резето предпазва главите от нежелани движения в положение за паркиране.

Сега нека премахнем блока от магнитни глави.

Прецизност и плавно движение BMGподдържан от прецизен лагер. Най-големият детайл BMG, изработен от алуминиева сплав, обикновено наричан скобаили рокер (ръка). В края на кобилицата има глави на пружинно окачване (Оглавява сглобка на кардан, HGA). Обикновено главите и кобилниците се доставят от различни производители. Гъвкав кабел (гъвкава печатна схема, FPC)отива до контактната подложка, докинг с контролната платка.

Помислете за компонентите BMGПовече ▼.

Намотка, свързана към кабел.

лагер.

Следващата снимка показва BMG контакти.

Уплътнениеосигурява херметичността на връзката. По този начин въздухът може да влезе във вътрешността на диска и главата само през отвора за изравняване на налягането. Контактите на този диск са покрити с тънък слой злато за подобряване на проводимостта.

Това е класически дизайн на рокер.

Малките черни парчета в краищата на пружинните закачалки се наричат плъзгачи. Много източници сочат, че плъзгачите и главите са едно и също. Всъщност плъзгачът помага за четене и запис на информация, като повдига главата над повърхността на палачинките. На съвременните твърди дискове главите се движат на разстояние 5-10 нанометриот повърхността на палачинките. За сравнение, човешката коса има диаметър около 25 000 нанометра. Ако някоя частица попадне под плъзгача, това може да доведе до прегряване на главите поради триене и повреда, поради което чистотата на въздуха вътре в контейнера е толкова важна. Самите елементи за четене и писане са разположени в края на плъзгача. Те са толкова малки, че могат да се видят само с добър микроскоп.

Както можете да видите, повърхността на плъзгача не е плоска, има аеродинамични канали. Те помагат за стабилизиране на височината на полета на плъзгача. Въздухът под плъзгача се образува въздушна възглавница (въздушна носеща повърхност, ABS). Въздушната възглавница поддържа полета на плъзгача почти успоредно на повърхността на палачинката.

Ето още едно изображение на плъзгача

Тук ясно се виждат контактите на главата.

Това е друга важна част. BMG, което все още не е обсъждано. Нарича се п предусилвател (предусилвател, предусилвател). предусилвател- това е чип, който управлява главите и усилва сигнала, идващ към или от тях.

предусилвателразположен точно в BMGпо много проста причина - сигналът, идващ от главите е много слаб. При съвременните устройства той има честота около 1 GHz. Ако извадите предусилвателя от херметичната зона, такъв слаб сигнал ще бъде силно отслабен по пътя към контролната платка.

Повече песни водят от предусилвателя към главите (вдясно), отколкото към зоната за задържане (вляво). Факт е, че твърдият диск не може да работи едновременно с повече от една глава (двойка елементи за запис и четене). Твърдият диск изпраща сигнали към предусилвателя и той избира главата, до която твърдият диск има достъп в момента. Този твърд диск има шест писти, водещи към всяка глава. Защо толкова много? Една писта е смляна, други две са за елементи за четене и запис. Следващите две писти са за управление на мини-задвижващи механизми, специални пиезоелектрични или магнитни устройства, способни да движат или завъртат плъзгача. Това помага да се зададе по-точно позицията на главите над пистата. Последният път води до нагревателя. Нагревателят служи за контрол на височината на полета на главите. Нагревателят предава топлина към окачването, свързващо плъзгача и кобилицата. Закачалката е изработена от две сплави с различни характеристики на термично разширение. При нагряване окачването се огъва към повърхността на палачинката, като по този начин намалява височината на полета на главата. Когато се охлади, суспензията се изправя.

В тази статия ще говорим само за твърди дискове (HDD), тоест за носители на магнитни дискове. За SSD ще бъде следващата статия.

Какво е твърд диск

По традиция, нека да разгледаме определението за твърд диск в Wikipedia:
Твърдият диск (винт, твърд диск, твърд диск, HDD, HDD, HMDD) е устройство за съхранение с произволен достъп, базирано на принципа на магнитния запис.
Използват се в по-голямата част от компютрите, както и отделно свързани устройства за съхранение на резервни копия на данни, като съхранение на файлове и др.
Нека го разберем малко. Харесвам термина "твърд диск". Тези пет думи предават целия смисъл. HDD е устройство, чиято цел е да съхранява данни, записани на него за дълго време. Твърдите дискове са базирани на твърди (алуминиеви) дискове със специално покритие, върху което информацията се записва с помощта на специални глави.
Няма да разглеждам подробно самия процес на запис - всъщност това е физиката на последните класове на училището и съм сигурен, че нямате желание да задълбавате в това, а статията изобщо не е за това.
Нека обърнем внимание и на фразата: „произволен достъп“, което, грубо казано, означава, че ние (компютърът) можем по всяко време да четем информация от всеки участък на железницата.
Важно е паметта на твърдия диск да не е непостоянна, тоест няма значение дали захранването е свързано или не, информацията, записана на устройството, няма да изчезне никъде. Това е важна разлика между постоянната памет на компютъра и временната памет (RAM).
Гледайки твърд диск на компютъра в реалния живот, няма да видите никакви дискове или глави, тъй като всичко това е скрито в запечатан корпус (херметична зона). Външно твърдият диск изглежда така.
Мисля, че разбираш какво е HDD. Продължа напред.

Защо компютърът се нуждае от твърд диск?

Помислете какво представлява HDD в компютъра, тоест каква роля играе в компютъра. Ясно е, че съхранява данни, но как и какво. Тук подчертаваме следните функции на HDD:
- Съхранение на ОС, потребителски софтуер и техните настройки;
- Съхранение на потребителски файлове: музика, видео, изображения, документи и др.;
- Използване на част от пространството на твърдия диск за съхраняване на данни, които не се побират в RAM (файл за пейджинг) или съхраняване на съдържанието на RAM, докато се използва режим на заспиване;
- Както можете да видите, твърдият диск на компютъра не е просто сметище от снимки, музика и видеоклипове. В него се съхранява цялата операционна система, а освен това твърдият диск помага да се справи с натоварването на RAM паметта, като поема някои от функциите му.

От какво е направен твърдият диск?

Частично споменахме компонентите на твърдия диск, сега ще се занимаваме с това по-подробно. И така, основните компоненти на HDD:
- Корпус - предпазва механизмите на твърдия диск от прах и влага. По правило той е херметичен, така че същата влага и прах да не попаднат вътре;
- Дискове (палачинки) - плочи, изработени от определена метална сплав, покрити от двете страни, върху които се записват данни. Броят на плочите може да бъде различен - от една (в бюджетни опции) до няколко;
- Двигател - на шпиндела на който са закрепени палачинки;
- Блокът на главите - дизайн от свързани помежду си лостове (кобилни рамена) и глави. Частта от твърдия диск, която чете и записва информация на него. За една палачинка се използва чифт глави, тъй като и горната, и долната част от нея работят;
- Позициониращо устройство (задвижка) - механизъм, който задвижва блока от глави. Състои се от двойка постоянни неодимови магнити и намотка, разположена в края на главното устройство;
- Контролер - електронна микросхема, която контролира работата на HDD;
- Зона за паркиране - място вътре в твърдия диск до дисковете или от вътрешната им страна, където главите се спускат (паркират) по време на престой, за да не се повреди работната повърхност на палачинките.
Такова просто устройство с твърд диск. Той е създаден преди много години и отдавна не са правени фундаментални промени в него. И продължаваме напред.

Как работи твърдият диск

След подаване на захранване към HDD, двигателят, върху шпиндела на който са фиксирани палачинките, започва да се върти. След като са набрали скорост, с която се образува постоянен въздушен поток близо до повърхността на дисковете, главите започват да се движат.
Тази последователност (първо дисковете се въртят, а след това главите започват да работят) е необходима, така че главите да кръжат над плочите поради получения въздушен поток. Да, те никога не докосват повърхността на дисковете, в противен случай последните ще бъдат незабавно повредени. Въпреки това разстоянието от повърхността на магнитните пластини до главите е толкова малко (~10 nm), че не можете да го видите с просто око.
След стартиране на първо място се чете сервизна информация за състоянието на твърдия диск и друга необходима информация за него, разположена на така наречената нулева писта. Едва след това започва работата с данните.
Информацията на твърдия диск на компютъра се записва на писти, които от своя страна са разделени на сектори (такава пица, нарязана на парчета). За запис на файлове няколко сектора се комбинират в клъстер, който е най-малкото място, където може да се запише файл.
В допълнение към такова "хоризонтално" разделяне на диска има и условно "вертикално". Тъй като всички глави са комбинирани, те винаги са позиционирани върху един и същ номер на песента, всяка върху собствен диск. По този начин, по време на работа на твърдия диск, главите сякаш рисуват цилиндър.
Докато HDD работи, всъщност той изпълнява две команди: четене и писане. Когато е необходимо да се изпълни команда за запис, се изчислява областта на диска, където ще бъде изпълнена, след което се позиционират главите и всъщност командата се изпълнява. След това резултатът се проверява. Освен че записва данни директно на диска, информацията се озовава и в неговия кеш.
Ако контролерът получи команда за четене, първо проверява за наличието на необходимата информация в кеша. Ако го няма, координатите за позициониране на главите се изчисляват отново, след което главите се позиционират и се четат данните.
След приключване на работата, когато захранването на твърдия диск изчезне, главите автоматично се паркират в зоната за паркиране.
Ето как работи твърдият диск на компютъра в общи линии. В действителност всичко е много по-сложно, но обикновеният потребител най-вероятно няма нужда от такива подробности, така че ще завършим този раздел и ще продължим.

Видове твърди дискове и техните производители

Днес на пазара всъщност има три основни производителя на твърди дискове: Western Digital (WD), Toshiba, Seagate. Те напълно покриват търсенето на устройства от всякакъв вид и изисквания. Останалите фирми или фалираха, или бяха поети от някой от основните три, или препрофилирани.
Ако говорим за видовете HDD, те могат да бъдат разделени по следния начин:

1. За лаптопи - основният параметър е размерът на устройството от 2,5 инча. Това позволява компактното им поставяне в калъфа на лаптопа;
2. За компютър – в този случай е възможно да се използват и 2,5″ твърди дискове, но като правило се използват 3,5 инча;
3. Външни твърди дискове – устройства, които са свързани отделно към компютър/лаптоп, най-често изпълняващи ролята на съхранение на файлове.
Има и специален тип твърди дискове - за сървъри. Те са идентични с конвенционалните компютри, но могат да се различават по интерфейси за връзка и по-голяма производителност.

Всички останали разделения на HDD на типове произлизат от техните характеристики, така че ще ги разгледаме.

Спецификации на твърдия диск

И така, основните характеристики на твърдия диск на компютъра:

Размерът е мярка за максималното количество данни, което може да се побере на диск. Първото нещо, на което обикновено гледат, когато избират HDD. Тази цифра може да достигне 10 TB, въпреки че 500 GB - 1 TB по-често се избира за домашен компютър;
- Форм фактор - размер на твърдия диск. Най-често срещаните са 3,5 и 2,5 инча. Както бе споменато по-горе, 2,5″ в повечето случаи се инсталират в лаптопи. Използват се и във външни твърди дискове. 3.5″ е инсталиран на компютъра и на сървъра. Форм факторът също влияе върху обема, тъй като повече данни могат да се поберат на по-голям диск;
- Скорост на шпиндела - с каква скорост се въртят палачинките. Най-често срещаните са 4200, 5400, 7200 и 10000 об/мин. Тази характеристика пряко влияе върху производителността, както и върху цената на устройството. Колкото по-висока е скоростта, толкова по-големи са и двете стойности;
- Интерфейс - методът (тип конектор) за свързване на HDD към компютъра. Най-популярният интерфейс за вътрешни твърди дискове днес е SATA (по-старите компютри използват IDE). Външните твърди дискове обикновено се свързват чрез USB или FireWire. В допълнение към изброените има и други интерфейси като SCSI, SAS;
- Размер на буфера (кеш памет) - вид бърза памет (по тип RAM), инсталирана на HDD контролера, предназначена за временно съхранение на данни, до които се осъществява най-често достъп. Размерът на буфера може да бъде 16, 32 или 64 MB;
- Време за произволен достъп - времето, през което твърдият диск гарантирано записва или чете от която и да е част на диска. Тя варира от 3 до 15 ms;

В допълнение към горните характеристики можете да намерите и индикатори като:

Скорост на трансфер на данни;
- Брой I/O операции в секунда;
- Ниво на шум;
- Надеждност;
- Устойчивост на удари и др.;
За сметка на характеристиките на HDD това е всичко.

Твърд диск (HDD) \ HDD (твърд диск) \ твърд диск (носител) е материален обект, способен да съхранява информация.

Информационните акумулатори могат да бъдат класифицирани според следните характеристики:

метод за съхранение на информация: магнитоелектричен, оптичен, магнитооптичен;
вид носител на информация: дискети на флопи и твърди магнитни дискове, оптични и магнитооптични дискове, магнитна лента, твърдотелни елементи с памет;
методът за организиране на достъпа до информация - устройства за директен, последователен и блоков достъп;
вид устройство за съхранение на информация - вградено (вътрешно), външно, автономно, мобилно (носимо) и др.

Значителна част от използваните в момента носители за съхранение на информация се основават на магнитни носители.

Устройство с твърд диск

Твърдият диск съдържа набор от пластини, които най-често представляват метални дискове, покрити с магнитен материал - пластина (гама ферит оксид, бариев ферит, хромов оксид...) и свързани помежду си с помощта на шпиндел (вал, ос).
Самите дискове (приблизително 2 мм дебелина) са изработени от алуминий, месинг, керамика или стъкло. (виж снимката)

И двете повърхности на дисковете се използват за запис. Използван 4-9 плочи. Валът се върти с висока постоянна скорост (3600-7200 rpm)
Въртенето на дисковете и радикалното движение на главите се извършват с помощта на 2 електрически двигатели.
Данните се записват или четат с помощта глави за писане/четенепо един за всяка повърхност на диска. Броят на главите е равен на броя на работните повърхности на всички дискове.

Записването на информация на диска се извършва на строго определени места - концентрично песни (тракове) . Пистите са разделени на сектори.Един сектор съдържа 512 байта информация.

Обменът на данни между RAM и NMD се извършва последователно от цяло число (клъстер). клъстер- вериги от последователни сектори (1,2,3,4,…)

Специален двигателс помощта на скоба позиционира главата за четене/запис над дадена песен (премества я в радиална посока).
Когато дискът се завърти, главата се намира над желания сектор. Очевидно е, че всички глави се движат едновременно и главите за четене на данни се движат едновременно и четат информация от едни и същи писти на различни устройства от едни и същи писти на различни дискове.

Извикват се записи на твърдия диск със същия пореден номер на различни твърди дискове цилиндър .
Главите за четене/запис се движат по повърхността на плочата. Колкото по-близо е главата до повърхността на диска, без да я докосва, толкова по-висока е допустимата плътност на запис.

Устройство с твърд диск

Магнитен принцип на четене и записване на информация

принцип на магнитен запис

Физическите основи на процесите на запис и възпроизвеждане на информация върху магнитни носители са заложени в трудовете на физиците М. Фарадей (1791 - 1867) и Д. К. Максуел (1831 - 1879).

При магнитните носители за съхранение цифровият запис се извършва върху магнитно чувствителен материал. Такива материали включват някои разновидности на железни оксиди, никел, кобалт и неговите съединения, сплави, както и магнитопласти и магнитоеласти с вискозни пластмаси и каучук, микропрахови магнитни материали.

Магнитното покритие е с дебелина няколко микрометра. Покритието се нанася върху немагнитна основа, която представлява различни пластмаси за магнитни ленти и флопи дискове и алуминиеви сплави и композитни субстратни материали за твърди дискове. Магнитното покритие на диска има домейн структура, т.е. се състои от много намагнетизирани малки частици.

Магнитен домейн (от латински dominium - притежание) - това е микроскопична, равномерно намагнетизирана област във феромагнитни проби, отделена от съседните региони с тънки преходни слоеве (домейни стени).

Под въздействието на външно магнитно поле, вътрешните магнитни полета на домейните се ориентират в съответствие с посоката на линиите на магнитното поле. След прекратяване на действието на външното поле върху повърхността на домейна се образуват зони на остатъчно намагнитване. Поради това свойство информацията се съхранява върху магнитния носител, действащ в магнитно поле.

При запис на информация се създава външно магнитно поле с помощта на магнитна глава. В процеса на четене на информация зоните на остатъчно намагнитване, намиращи се срещу магнитната глава, индуцират електродвижеща сила (EMF) в нея при четене.

Схемата за запис и четене от магнитен диск е дадена на фиг.3.1.Промяната в посоката на ЕМП за определен период от време се идентифицира с двоична единица, а отсъствието на тази промяна се идентифицира с нула. Този период от време се нарича битов елемент.

Повърхността на магнитен носител се разглежда като поредица от точки с точки, всяка от които е свързана с малко информация. Тъй като местоположението на тези позиции не е точно определено, записът изисква предварително поставени знаци, които да помогнат за намирането на необходимите позиции за запис. За да приложите такива знаци за синхронизация, дискът трябва да бъде разделен на песни.
и сектори - форматиране .

Организирането на бърз достъп до информация на диска е важна стъпка в съхранението на данни. Онлайн достъпът до всяка част от повърхността на диска се осигурява, първо, чрез бързо завъртане и, второ, чрез преместване на магнитната глава за четене/запис по радиуса на диска.
Дискета се върти със скорост 300-360 rpm, а твърдият диск - 3600-7200 rpm.

Логическа единица на твърдия диск

Първоначално магнитният диск не е готов за работа. За да го приведе в работно състояние, трябва да бъде форматиран, т.е. трябва да се създаде дисковата структура.

Структурата (маркирането) на диска се създава по време на процеса на форматиране.

Форматиране магнитните дискове включват 2 етапа:

физическо форматиране (ниско ниво)
логически (високо ниво).

По време на физическото форматиране работната повърхност на диска се разделя на отделни зони, наречени сектори,които са разположени покрай концентрични окръжности – пътеки.

Освен това се определят сектори, неподходящи за запис на данни, те са маркирани като лошоза да се избегне използването им. Всеки сектор е най-малката единица данни на диск и има собствен адрес за директен достъп до него. Адресът на сектора включва страничния номер на диска, номера на песента и номера на сектора на пистата. Физическите параметри на диска са зададени.

По правило потребителят не трябва да се занимава с физическо форматиране, тъй като в повечето случаи твърдите дискове пристигат форматирани. Най-общо казано, това трябва да се направи от специализиран сервизен център.

Форматиране на ниско нивотрябва да се направи в следните случаи:

ако има повреда в нулевата писта, причиняваща проблеми при зареждане от твърд диск, но самият диск е наличен при зареждане от флопи диск;
ако върнете в работно състояние стар диск, например, пренареден от повреден компютър.
ако дискът се оказа форматиран за работа с друга операционна система;
ако дискът спря да работи нормално и всички методи за възстановяване не дадоха положителни резултати.

Имайте предвид, че физическото форматиране е много мощна операция.- когато се изпълни, данните, съхранявани на диска, ще бъдат напълно изтрити и възстановяването им ще бъде напълно невъзможно! Така че не започвайте форматиране на ниско ниво, освен ако не сте сигурни, че сте запазили всичките си важни данни от твърдия диск!

След като извършите форматиране на ниско ниво, следва следващата стъпка - създаване на дял на твърдия диск на един или повече логически устройства -най-добрият начин да се справите с объркването на директории и файлове, разпръснати по диска.

Без да добавяте никакви хардуерни елементи към вашата система, вие получавате възможността да работите с множество части от един твърд диск, както и с множество устройства.
Това не увеличава капацитета на диска, но можете значително да подобрите неговата организация. В допълнение, различни логически устройства могат да се използват за различни операционни системи.

В логическо форматиране крайната подготовка на носителя за съхранение на данни става чрез логическата организация на дисковото пространство.
Дискът се подготвя за запис на файлове в сектори, създадени чрез форматиране на ниско ниво.
След създаване на таблица за разбивка на диска следва следващата стъпка - логическо форматиране на отделни части от разбивката, наричани по-долу логически дискове.

логическо устройство е определена област на твърдия диск, която работи по същия начин като отделно устройство.

Логическото форматиране е много по-прост процес от форматирането на ниско ниво.
За да направите това, стартирайте от флопи диска, съдържащ помощната програма FORMAT.
Ако имате няколко логически устройства, форматирайте ги едно по едно.

По време на процеса на логическо форматиране дискът се разпределя системна областкойто се състои от 3 части:

зареждащ сектор и таблица на дяловете (запис за зареждане)
таблици за разпределение на файлове (FAT), които записват номера на песни и сектори, които съхраняват файлове
основна директория (Root Directory).

Записването на информация се извършва на части чрез клъстера. Не може да има 2 различни файла в един и същ клъстер.
Освен това на този етап може да се даде име на диска.

Един твърд диск може да бъде разделен на няколко логически диска и обратно 2 твърди диска могат да бъдат комбинирани в един логически диск.

Препоръчително е да създадете поне два дяла (два логически диска) на твърд диск: единият от тях е запазен за операционната система и софтуера, вторият диск е предназначен изключително за потребителски данни. По този начин данните и системните файлове се съхраняват отделно един от друг и в случай на повреда на операционната система вероятността за запазване на потребителски данни е много по-голяма.

Характеристики на твърдия диск

Твърдите дискове (твърдите дискове) се различават един от друг по следните характеристики:

капацитет
скорост - време за достъп до данни, скорост на четене и запис на информация.
интерфейс (метод на свързване) - типът контролер, към който трябва да бъде свързан твърдият диск (най-често IDE / EIDE и различни SCSI опции).
други функции

1. Капацитет- количеството информация, което се побира на диска (определя се от нивото на производствената технология).
Днес капацитетът е 500 -2000 или повече GB. Никога няма достатъчно място на твърдия диск.

2. Скорост на работа (производителност)Дискът се характеризира с два индикатора: време за достъп до дискаи скорост на четене/запис на диска.

Време за достъп - времето необходимо за преместване (позициониране) на главите за четене/записване до желаната песен и сектор.
Средното характерно време за достъп между две произволно избрани песни е приблизително 8-12ms (милисекунди), по-бързите устройства имат време от 5-7ms.
Времето за преход към съседната писта (съседен цилиндър) е по-малко от 0,5 - 1,5 ms. Отнема време и за завиване към десния сектор.
Общото време за въртене на диска за днешните твърди дискове е 8 - 16ms, средното време на изчакване за сектор е 3-8ms.
Колкото по-кратко е времето за достъп, толкова по-бързо ще работи устройството.

Скорост на четене/запис(I/O честотна лента) или скорост на данни (прехвърляне)- времето за прехвърляне на последователни данни зависи не само от диска, но и от неговия контролер, типове шини, скорост на процесора. Скоростта на бавните дискове е 1,5-3 Mb/s, за бързите 4-5 Mb/s, за най-новите 20 Mb/s.
Твърдите дискове със SCSI интерфейс поддържат скорост на въртене от 10 000 rpm. и средно време за търсене 5ms, скорост на предаване на данни 40-80 Mb/s.

3.Стандартен интерфейс на твърдия диск — т.е. тип контролер, към който трябва да бъде свързан твърдият диск. Намира се на дънната платка.
Има три основни интерфейса за свързване

IDE и различните му варианти

IDE (Integrated Disk Electronics) или (ATA) Advanced Technology Attachment
Предимства - простота и ниска цена

Скорост на трансфер: 8.3, 16.7, 33.3, 66.6, 100 Mbps. С развитието на данните интерфейсът поддържа разширяване на списъка с устройства: твърд диск, суперфлопи, магнитооптика,
NML, CD-ROM, CD-R, DVD-ROM, LS-120, ZIP.

Въведени са някои елементи на паралелизиране (gneuing и прекъсване / повторно свързване), контрол върху целостта на данните по време на предаване. Основният недостатък на IDE е малък брой свързани устройства (не повече от 4), което очевидно не е достатъчно за компютър от висок клас.
Днес IDE интерфейсите преминаха към новите протоколи за обмен Ultra ATA. Увеличете значително пропускателната способност
Режим 4 и DMA (директен достъп до паметта) Режим 2 ви позволява да прехвърляте данни със скорост от 16,6 Mb / s, но действителната скорост на трансфер на данни ще бъде много по-малка.
Стандартите Ultra DMA/33 и Ultra DMA/66, разработени през февруари 98 г. от Quantum имат 3 работни режима съответно 0,1,2 и 4, във втория режим медиите поддържат
скорост на трансфер 33Mb/s. (Ultra DMA/33 режим 2) Тази висока скорост може да се постигне само чрез обмен с буфера за съхранение. За да се възползвате
Ultra DMA стандартите трябва да отговарят на 2 условия:

1. хардуерна поддръжка на дънната платка (чипсет) и отстрани на самото устройство.

2. да поддържа режима Ultra DMA, подобно на други DMA (директен достъп до паметта - директен достъп до паметта).

Изисква специален драйвер за различни чипсети различни. Като правило те са включени в системната платка, ако е необходимо, тя може да бъде "изтеглена"
от интернет от уебсайта на производителя на дънната платка.

Стандартът Ultra DMA е обратно съвместим с предишни по-бавни контролери.
Днешната версия: Ultra DMA/100 (края на 2000 г.) и Ultra DMA/133 (2001 г.).

SATA
Подмяна на IDE (ATA) с друг Fireware (IEEE-1394) високоскоростна серийна шина. Използването на нова технология ще позволи да се увеличи скоростта на предаване до 100Mb/s,
повишава надеждността на системата, това ще ви позволи да инсталирате устройства без да включвате компютър, което е абсолютно невъзможно в ATA интерфейса.

SCSI (интерфейс за малка компютърна система)- устройствата са 2 пъти по-скъпи от обикновените, изискват специален контролер на дънната платка.
Използва се за сървъри, издателски системи, CAD. Осигурете по-висока производителност (скорост до 160Mb/s), широка гама от свързани устройства за съхранение.
SCSI контролерът трябва да бъде закупен със съответното устройство.

Предимство на SCSI пред IDE - гъвкавост и производителност.
Гъвкавостта се крие в голям брой свързани устройства (7-15), а за IDE (максимум 4) по-голяма дължина на кабела.
Производителност - Висока скорост на трансфер и възможност за обработка на множество транзакции едновременно.

1. Ultra SCSI 2/3(Fast-20) до 40Mb/s

2. Друга SCSI интерфейсна технология, наречена Fibre Channel Arbitrated Loop (FC-AL) ви позволява да свържете до 100Mbps, дължината на кабела е до 30 метра. Технологията FC-AL ви позволява да извършвате "гореща" връзка, т.е. в движение, има допълнителни линии за контрол и корекция на грешки (технологията е по-скъпа от конвенционалните SCSI).

4. Други характеристики на съвременните твърди дискове

Огромното разнообразие от модели твърди дискове затруднява избора на правилния.
Освен необходимия капацитет, много важна е и производителността, която се определя основно от физическите му характеристики.
Такива характеристики са средното време за търсене, скорост на въртене, вътрешна и външна скорост на трансфер, размер на кеш паметта.

4.1 Средно време за търсене.

Твърдият диск прекарва известно време, за да премести магнитната глава на текущата позиция в нова, необходима за прочитане на следващата информация.
Във всяка конкретна ситуация това време е различно, в зависимост от разстоянието, което трябва да премести главата. Обикновено спецификациите дават само средни стойности, а алгоритмите за осредняване, използвани от различните компании, обикновено се различават, така че директното сравнение е трудно.

Например Fujitsu, Western Digital преминават през всички възможни двойки песни, Maxtor и Quantum използват метода на произволен достъп. Полученият резултат може да бъде допълнително коригиран.

Стойността на времето за търсене за писане често е малко по-висока, отколкото за четене. Някои производители дават само по-ниската стойност (за четене) в своите спецификации. Във всеки случай, в допълнение към средните стойности, е полезно да се вземат предвид максималните (през целия диск),
и минималното (тоест от пистата до писта) време за търсене.

4.2 Скорост на въртене

От гледна точка на скоростта на достъп до желания фрагмент от записа, скоростта на въртене влияе върху стойността на така нареченото скрито време, което за да може дискът да се обърне към магнитната глава с желания сектор.

Средната стойност на това време съответства на половин оборот на диска и е 8,33 ms при 3600 rpm, 6,67 ms при 4500 rpm, 5,56 ms при 5400 rpm, 4,17 ms при 7200 rpm.

Стойността на скритото време е сравнима със средното време за търсене, така че в някои режими може да има същото, ако не и повече, въздействие върху производителността.

4.3 Вътрешна скорост на предаване

Скоростта, с която данните се записват или четат от диска. Поради зоновия запис той има променлива стойност - по-висока на външните писти и по-ниска при вътрешните.
Когато работите с дълги файлове, в много случаи именно този параметър ограничава скоростта на трансфер.

4.4 Външна скорост на предаване

- скорост (пик), с която данните се предават през интерфейса.

Зависи от типа интерфейс и най-често има фиксирани стойности: 8.3; 11.1; 16,7Mb/s за Enhanced IDE (PIO Mode2, 3, 4); 33,3 66,6 100 за Ultra DMA; 5, 10, 20, 40, 80, 160 Mb/s за синхронен SCSI, Fast SCSI-2, FastWide SCSI-2 Ultra SCSI (16 бита), съответно.

4.5 Наличието на твърд диск на неговата кеш памет и неговия размер (дисков буфер).

Обемът и организацията на кеш паметта (вътрешен буфер) могат значително да повлияят на производителността на твърдия диск. Точно както за обикновената кеш памет,
повишаването на производителността след достигане на определен обем рязко се забавя.

Големият сегментиран кеш е подходящ за високопроизводителни SCSI устройства, използвани в многозадачна среда. Колкото повече кеш, толкова по-бърз е твърдият диск (128-256Kb).

Влиянието на всеки от параметрите върху цялостната производителност е доста трудно да се изолира.

Изисквания към твърдия диск

Основното изискване към дисковете е, че надеждността на работа е гарантирана от дълъг експлоатационен живот на компонентите от 5-7 години; добра статистика, а именно:

средното време между отказите е не по-малко от 500 хиляди часа (най-високият клас е 1 милион часа или повече).
вградена система за активно наблюдение на състоянието на дисковите възли SMART /Технология за анализ и отчет за самонаблюдение.

технология S.M.A.R.T. (Технология за анализ и отчитане на самоконтрол)е отворен индустриален стандарт, разработен от Compaq, IBM и редица други производители на твърди дискове.

Смисълът на тази технология се крие във вътрешната самодиагностика на твърдия диск, която ви позволява да оцените текущото му състояние и да информирате за възможни бъдещи проблеми, които могат да доведат до загуба на данни или повреда на устройството.

Състоянието на всички жизненоважни елементи на диска се следи постоянно:
глави, работни повърхности, електродвигател с шпиндел, електронен блок. Например, ако се установи отслабване на сигнала, информацията се презаписва и се извършва по-нататъшно наблюдение.
Ако сигналът отново отслабне, тогава данните се прехвърлят на друго място и този клъстер се поставя като дефектен и недостъпен и вместо него се предоставя друг клъстер от дисковия резерв.

Когато работите с твърд диск, трябва да спазвате температурния режим, в който работи устройството. Производителите гарантират безпроблемна работа на твърдия диск при тяхната околна температура в диапазона от 0C до 50C, въпреки че по принцип без сериозни последствия можете да промените границите с поне 10 градуса в двете посоки.
При големи температурни отклонения може да не се образува въздушна междина с необходимата дебелина, което ще доведе до повреда на магнитния слой.

Като цяло производителите на твърди дискове обръщат доста внимание на надеждността на своите продукти.

Основният проблем е навлизането на чужди частици в диска.

За сравнение: частица тютюнев дим е два пъти по-голямо от разстоянието между повърхността и главата, дебелината на човешката коса е 5-10 пъти по-голяма.
За главата срещата с такива предмети ще доведе до силен удар и в резултат на това частична повреда или пълен провал.
Външно това се забелязва като появата на голям брой редовно подредени неизползваеми клъстери.

Опасни са краткотрайните големи ускорения (претоварвания), които възникват при удари, падания и др. Например, от удар, главата рязко удря магнита
слой и предизвиква разрушаването му на съответното място. Или, напротив, първо се движи в обратна посока, а след това под действието на еластична сила се удря в повърхността като пружина.
В резултат на това в кутията се появяват частици от магнитно покритие, което отново може да повреди главата.

Не трябва да мислите, че под действието на центробежна сила те ще отлетят от диска - магнитния слой
привлича ги здраво. По принцип последствията не са самият удар (по някакъв начин можете да се примирите със загубата на определен брой клъстери), а фактът, че в този случай се образуват частици, което със сигурност ще причини допълнително увреждане на диска.

За да предотвратят такива много неприятни случаи, различни фирми прибягват до всякакви трикове. В допълнение към простото увеличаване на механичната здравина на компонентите на диска, се използва и интелигентната технология S.M.A.R.T., която следи надеждността на записа и безопасността на данните на носителя (вижте по-горе).

Всъщност дискът винаги не е форматиран до пълния си капацитет, има някакъв марж. Това се дължи главно на факта, че е практически невъзможно да се произведе носител
на които абсолютно цялата повърхност би била с високо качество, определено ще има лоши клъстери (дефектни). При форматиране на диск на ниско ниво, неговата електроника е конфигурирана така, че
така че да заобиколи тези неуспешни области и да е напълно невидимо за потребителя, че носителят има дефект. Но ако те са видими (например след форматиране
помощната програма показва техния номер, различен от нула), тогава това вече е много лошо.

Ако гаранцията не е изтекла (и според мен е най-добре да закупите твърд диск с гаранция), тогава незабавно занесете устройството на продавача и поискайте носител за подмяна или възстановяване на сумата.
Продавачът, разбира се, веднага ще започне да казва, че няколко лоши раздела все още не са причина за безпокойство, но не му вярвайте. Както вече споменахме, тази двойка най-вероятно ще причини още много други и впоследствие по принцип е възможен пълен отказ на твърдия диск.

Дискът е особено чувствителен към повреди в работно състояние, така че не трябва да поставяте компютъра на място, където може да бъде подложен на различни удари, вибрации и т.н.

Подготовка на твърдия диск за работа

Да започнем от самото начало. Да предположим, че сте закупили твърд диск и кабел към него отделно от компютъра.
(Факт е, че когато закупите сглобен компютър, ще получите подготвен за употреба диск).

Няколко думи за справянето с него. Твърдият диск е много сложен продукт, съдържащ освен електрониката и прецизна механика.
Поради това изисква внимателно боравене – удари, изпускания и силни вибрации могат да повредят механичната му част. По правило задвижващата платка съдържа много малки по размер елементи и не е затворена със здрави капаци. Поради тази причина трябва да се погрижите за неговата безопасност.
Първото нещо, което трябва да направите, когато получите твърд диск, е да прочетете приложената с него документация – тя със сигурност ще съдържа много полезна и интересна информация. При това трябва да обърнете внимание на следните точки:

наличието и опциите за настройка на джъмпери, които определят настройката (инсталирането) на диска, например, дефиниране на такъв параметър като физическото име на диска (те може да са, но може и да не са),
брой глави, цилиндри, сектори на дискове, ниво на предкомпенсация, както и тип диск. Тези данни трябва да бъдат въведени в отговор на подкана от програмата за настройка на компютъра (настройка).
Цялата тази информация ще е необходима при форматирането на диска и подготовката на машината за работа с нея.
Ако самият компютър не определя параметрите на вашия твърд диск, инсталирането на устройство, за което няма документация, ще се превърне в по-голям проблем.
На повечето твърди дискове можете да намерите етикети с името на производителя, типа (марката) на устройството, както и таблица с песни, които не са разрешени за използване.
В допълнение, задвижването може да съдържа информация за броя на главите, цилиндрите и секторите и за нивото на предварителна компенсация.

Честно казано, трябва да се каже, че често на диска е изписано само името му. Но дори и в този случай можете да намерите необходимата информация или в указателя,
или като се обадите на представителя на компанията. Важно е да получите отговори на три въпроса:

Как трябва да се настроят джъмперите, за да се използва устройството като главен/подчинен?
колко цилиндъра, глави, сектори на писта, каква е стойността на предкомпенсацията?
Кой тип диск от ROM BIOS е най-подходящ за това устройство?

С тази информация можете да продължите с инсталирането на твърдия диск.

За да инсталирате твърд диск във вашия компютър, направете следното:

Изключете целия системен блок от захранването, свалете капака.
Свържете кабела на твърдия диск към контролера на дънната платка. Ако инсталирате второ устройство, можете да използвате кабела от първото, ако има допълнителен конектор, но трябва да запомните, че скоростта на различните твърди дискове ще се сравнява бавно в посока.
Ако е необходимо, превключете джъмперите според начина на използване на твърдия диск.
Инсталирайте устройството на свободно място и свържете кабела от контролера на платката към конектора на твърдия диск с червена ивица към захранването, захранващия кабел.
Затегнете здраво твърдия диск с четири болта от двете страни, подредете кабелите спретнато / пестеливо вътре в компютъра, така че когато затваряте капака, да не ги срязвате,
Затворете системния блок.
Ако самият компютър не е открил твърдия диск, променете конфигурацията на компютъра с помощта на Setup, така че компютърът да знае, че към него е добавено ново устройство.

Производители на твърди дискове

Твърдите дискове с еднакъв капацитет (но от различни производители) обикновено имат повече или по-малко сходни характеристики, като разликите се изразяват основно в дизайна на корпуса, форм фактора (с други думи размерите) и гаранционния срок. Освен това последното трябва да се спомене специално: цената на информацията на модерен твърд диск често е многократно по-висока от собствената му цена.

Ако устройството ви се повреди, опитите да го поправите често означава само излагане на вашите данни на допълнителен риск.
Много по-разумен начин е да смените повреденото устройство с ново.
Лъвският дял от твърдите дискове на руския (и не само) пазар се състои от продукти на IBM, Maxtor, Fujitsu, Western Digital (WD), Seagate, Quantum.

името на производителя, който произвежда този тип задвижване,

корпорация Quantum (www. quantum. com.), основана през 1980 г., е един от ветераните на пазара на дисково съхранение. Компанията е известна със своите иновативни технически решения, насочени към подобряване на надеждността и производителността на твърдите дискове, времето за достъп до диска и скоростта на четене/запис на диска, възможността за информиране за евентуални бъдещи проблеми, които могат да доведат до загуба на данни или повреда на диска.

- Една от собствените технологии на Quantum е SPS (Shock Protection System), предназначена да предпазва диска от удар.

- вградена програма DPS (Data Protection System), предназначена да спести най-скъпото - данните, съхранявани в тях.

корпорация Western Digital (www.wdс.com.)е и една от най-старите компании за производство на дискови устройства, тя е познавала своите възходи и падения в своята история.
Компанията наскоро успя да въведе най-новите технологии в своите устройства. Сред тях заслужава да се отбележи нашата собствена разработка - технологията Data Lifeguard, която е по-нататъшно развитие на S.M.A.R.T. Опитва се логически да завърши веригата.

Съгласно тази технология повърхността на диска се сканира редовно през периода, когато не се използва от системата. Той чете данните и проверява тяхната цялост. Ако в процеса на достъп до даден сектор се забележат проблеми, тогава данните се прехвърлят в друг сектор.
Информацията за сектори с ниско качество се записва във вътрешния списък с дефекти, което позволява да се избегне писането в лоши сектори в бъдеще.

Твърд Seagate (www.seagate.com)много известен на нашия пазар. Между другото, препоръчвам твърдите дискове на тази фирма, тъй като са надеждни и издръжливи.

През 1998 г. тя направи ново завръщане с издаването на дисковата серия Medalist Pro.
със скорост на въртене 7200 rpm, като за това се използват специални лагери. Преди това тази скорост се използваше само в SCSI интерфейсни устройства, което повишаваше производителността. Същата серия използва технологията SeaShield System, предназначена да подобри защитата на диска и съхраняваните на него данни от въздействието на електростатично и ударно въздействие. В същото време ефектът на електромагнитното лъчение също е намален.

Всички произведени дискове поддържат S.M.A.R.T.
Новите устройства на Seagate включват подобрена версия на системата SeaShield с повече функции.
Показателно е, че Seagate претендира за най-високата устойчивост на удар в индустрията на актуализираната серия - 300G в неработно състояние.

Твърд IBM (www.storage.ibm.com)въпреки че доскоро не беше основен доставчик на руския пазар на твърди дискове, той бързо спечели добра репутация със своите бързи и надеждни твърди дискове.

Твърд Fujitsu (www.fujitsu.com)е голям и опитен производител на дискови устройства, не само магнитни, но и оптични и магнитооптични.
Вярно е, че компанията в никакъв случай не е лидер на пазара на твърди дискове с IDE интерфейс: тя контролира (според различни проучвания) около 4% от този пазар, а основните й интереси са в областта на SCSI устройствата.

Терминологичен речник

Тъй като някои елементи на задвижването, които играят важна роля в неговата работа, често се възприемат като абстрактни понятия, по-долу е обяснение на най-важните термини.

Време за достъпе времето, необходимо на твърдия диск за търсене и прехвърляне на данни към или от паметта.
Производителността на твърдите дискове често се определя от времето за достъп (извличане).

Клъстер (Слустер)- най-малката единица пространство, с която операционната система работи в таблицата за местоположение на файла. Обикновено клъстерът се състои от 2-4-8 или повече сектора.
Броят на секторите зависи от вида на диска. Търсенето на клъстери вместо отделни сектори намалява разходите за операционната система с течение на времето. Големите клъстери осигуряват по-бърза производителност
диск, тъй като броят на клъстерите в този случай е по-малък, но пространството (пространството) на диска се използва по-лошо, тъй като много файлове може да са по-малки от клъстера и останалите байтове от клъстера не се използват.

Контролер (CU) (Контролер)- схеми, обикновено разположени на разширителна платка, които контролират работата на твърдия диск, включително преместване на главата и четене и запис на данни.

цилиндър (Cylinder)- Писти, разположени една срещу друга от всички страни на всички дискове.

Задвижваща глава- механизъм, който се движи по повърхността на твърдия диск и осигурява електромагнитен запис или четене на данни.

Таблица за разпределение на файлове (FAT)- запис, генериран от ОС, който следи местоположението на всеки файл на диска и кои сектори се използват и кои са свободни да записват нови данни в тях.

Разстояние между главатае разстоянието между задвижващата глава и повърхността на диска.

Преплитайте- връзката между скоростта на въртене на диска и организацията на секторите на диска. Обикновено скоростта на въртене на диска надвишава способността на компютъра да получава данни от диска. Докато контролерът чете данни, следващият сериен сектор вече е минал през главата. Следователно данните се записват на диск през един или два сектора. С помощта на специален софтуер, когато форматирате диск, можете да промените реда на ивици.

Логично устройство- определени части от работната повърхност на твърдия диск, които се считат за отделни устройства.
Някои логически устройства могат да се използват за други операционни системи като UNIX.

Паркинг- преместване на задвижващите глави до определена точка и фиксирането им в неподвижно състояние върху неизползваните части на диска, за да се сведат до минимум повредите при разклащане на задвижването при удар на главите в повърхността на диска.

Разделяне на дялове– операцията по разделяне на твърдия диск на логически дискове. Всички дискове са разделени на дялове, въпреки че малките дискове може да имат само един дял.

Диск (плоча)- самият метален диск, покрит с магнитен материал, върху който са записани данни. Твърдият диск обикновено има повече от едно устройство.

RLL (ограничена по дължина)Схема за кодиране, използвана от някои контролери за увеличаване на броя на секторите на песен, за да се поберат повече данни.

Сектор- разделяне на дискови записи, което е основната единица за размер, използвана от устройството. Секторите на ОС обикновено са 512 байта.

Време за позициониране (Време за търсене)- времето, необходимо на главата да се придвижи от пистата, на която е монтирана, към друга желана писта.

Писта (Пътека)- концентрично деление на диска. Записите са като песни на плоча. За разлика от записите на плоча, които са непрекъсната спирала, пистите на диска са кръгли. Пистите от своя страна са разделени на клъстери и сектори.

Време за търсене от път до песен- времето, необходимо за преминаване на задвижващата глава към съседния коловоз.

Скорост на трансфер- количеството информация, предавана между диска и компютъра за единица време. Включва и времето за търсене на песни.

Поздрави на всички читатели на блога. Много хора се интересуват от въпроса - как работи твърд диск на компютъра. Затова реших да посветя днешната статия на това.

Компютърен твърд диск (HDD или твърд диск) е необходим за съхраняване на информация след изключване на компютъра, за разлика от RAM () - която съхранява информация до изключване на захранването (до изключване на компютъра).

Твърдият диск по право може да се нарече истинско произведение на изкуството, само инженерство. Да Да точно. Толкова е сложно вътре всичко е подредено. В момента твърдият диск е най-популярното устройство за съхранение на информация в цял свят, той е наравно с устройства като: флаш памет (флаш памети), SSD. Много хора са чували за сложността на устройството с твърд диск и се чудят как толкова много информация е поставена в него и следователно биха искали да знаят как е подреден компютърният твърд диск или от какво се състои. Днес ще има такава възможност).

Твърдият диск се състои от пет основни части. И първият от тях - интегрална схема, който синхронизира работата на диска с компютъра и управлява всички процеси.

Втората част е електрическият двигател(шпиндел), кара диска да се върти със скорост от приблизително 7200 rpm, а интегралната схема поддържа скоростта на въртене постоянна.

И сега третият най-важната част е кобилицата, който може както да пише, така и да чете информация. Краят на кобилицата обикновено е разделен, за да можете да работите с няколко диска наведнъж. Главата на кобилицата обаче никога не влиза в контакт с дисковете. Между повърхността на диска и главата има пролука, размерът на тази празнина е около пет хиляди пъти по-малък от дебелината на човешката коса!

Но нека все пак да видим какво ще се случи, ако пролуката изчезне и кобилната глава влезе в контакт с повърхността на въртящия се диск. Още от училище помним, че F = m * a (според мен вторият закон на Нютон), от което следва, че обект с малка маса и огромно ускорение става невероятно тежък. Като се има предвид огромната скорост на въртене на самия диск, теглото на кобилната глава става много, много забележимо. Естествено, повредата на диска е неизбежна в този случай. Между другото, това се случи с диска, в който тази празнина изчезна по някаква причина:

Важна е и ролята на силата на триене, т.е. почти пълното му отсъствие, когато кобилицата започва да чете информация, докато превключва до 60 пъти в секунда. Но чакайте, къде е двигателят тук, който задвижва кобилицата, и то с такава скорост? Всъщност не се вижда, защото е електромагнитна система, която работи върху взаимодействието на 2 природни сили: електричество и магнетизъм. Такова взаимодействие позволява ускоряване на рокера до скоростта на светлината, в буквалния смисъл.

Четвърта част- самият твърд диск, тук се записва и чете информацията, между другото, може да има няколко от тях.

Е, петата, последна част от дизайна на твърдия диск, разбира се, е случаят, в който са инсталирани всички останали компоненти. Използваните материали са както следва: почти цялото тяло е изработено от пластмаса, но горният капак винаги е метален. Сглобеният корпус често се нарича "зона за задържане". Има мнение, че няма въздух вътре в херметичната зона, или по-скоро, че там има вакуум. Това мнение се основава на факта, че при толкова високи скорости на въртене на диска дори прашинка, която попадне вътре, може да направи много лоши неща. И това е почти вярно, само дето там няма вакуум – а има пречистен, изсушен въздух или неутрален газ – азот, например. Въпреки че, може би в по-ранните версии на твърдите дискове, вместо да почиства въздуха, той просто беше изпомпван.

Говорихме за компоненти, т.е. от какво е направен твърд диск. Сега нека поговорим за съхранението на данни.

Как и в каква форма се съхраняват данните на твърдия диск на компютъра

Данните се съхраняват в тесни писти на повърхността на диска. По време на производството, повече от 200 000 такива песни са приложени към диска. Всяка от пистите е разделена на сектори.

Картите на трасета и сектори ви позволяват да определите къде да пишете или къде да четете информация. Отново цялата информация за секторите и пистите се намира в паметта на интегрална схема, която за разлика от други компоненти на твърдия диск не се намира вътре в корпуса, а отвън и обикновено отдолу.

Повърхността на самия диск е гладка и лъскава, но това е само на пръв поглед. При по-внимателно разглеждане структурата на повърхността се оказва по-сложна. Факт е, че дискът е изработен от метална сплав, покрита с феромагнитен слой. Този слой върши цялата работа. Феромагнитният слой помни цялата информация, как? Много просто. Кобилната глава магнетизира микроскопична област върху филма (феромагнитен слой), като задава магнитния момент на такава клетка в едно от състоянията: 0 или 1. Всяка такава нула и единица се наричат битове. По този начин всяка информация, записана на твърдия диск, всъщност е определена последователност и определен брой нули и единици. Например снимка с добро качество заема около 29 милиона от тези клетки и е разпръсната в 12 различни сектора. Да, звучи впечатляващо, но в действителност - такъв огромен брой битове заема много малка площ от повърхността на диска. Всеки квадратен сантиметър от повърхността на твърдия диск съдържа няколко десетки милиарди битове.

Как работи твърдият диск

Току-що разгледахме устройството с твърд диск, всеки негов компонент поотделно. Сега предлагам да свържете всичко в определена система, благодарение на която самият принцип на работа на твърдия диск ще бъде ясен.

Така, как работи твърдият дискследващо: когато твърдият диск е пуснат в експлоатация, това означава, че или се записва, или се чете информация от него, или от него, електрическият мотор (шпинделът) започва да набира скорост и тъй като твърдите дискове са фиксирани на самия шпиндел, съответно те заедно с него също започват да се въртят. И докато скоростта на диска(ите) достигне нивото, при което се образува въздушна възглавница между кобилната глава и диска, кобилицата е в специална "зона за паркиране", за да се избегне повреда. Ето как изглежда.

Веднага след като скоростта достигне желаното ниво, серво задвижването (електромагнитен двигател) задвижва кобилицата, която вече е позиционирана на мястото, където искате да пишете или където да прочетете информацията. Това е просто улеснено от интегрална схема, която контролира всички движения на кобилицата.

Има широко разпространено мнение, един вид мит, че в моменти, когато дискът е „неактивен“, т.е. с него временно не се извършват операции за четене/запис, твърдите дискове вътре спират да се въртят. Това наистина е мит, защото всъщност твърдите дискове вътре в кутията непрекъснато се въртят, дори когато твърдият диск е в режим на пестене на енергия и нищо не се записва на него.

Е, тук разгледахме с вас устройството на твърдия диск на компютъра във всички подробности. Разбира се, в рамките на една статия е невъзможно да се разкаже за всичко, свързано с твърдите дискове. Например в тази статия не беше казано за това - това е голяма тема, реших да напиша отделна статия за това.

Намерих интересно видео за това как работи твърд диск в различни режими

Благодаря на всички за вниманието, ако все още не сте се абонирали за актуализации на този сайт - силно препоръчвам да направите това, за да не пропуснете интересни и полезни материали. Ще се видим на страниците на блога!

Ако разгледаме твърдия диск като цяло, тогава той се състои от две основни части: това е електронната платка, върху която, така да се каже, е разположен „мозъкът“ на твърдия диск. На него е разположен процесорът, има и контролна програма, памет с произволен достъп, усилвател за запис и четене. Механичната част включва такива части като блок от магнитни глави с абревиатурата BMG, двигател, който дава въртене на плочите и разбира се самите плочи. Нека разгледаме всяка част по-подробно.

HDA.

Херметичният блок, известен още като кутия за твърд диск, е предназначен за закрепване на всички части, а също така изпълнява функцията за защита от прахови частици по повърхността на плочите. Трябва да се отбележи, че HDA може да се отваря само в специално подготвено помещение, за да се предотврати навлизането на прах и мръсотия вътре в кутията.

Интегрална схема.

Интегрална схема или електронна платка синхронизира работата на твърдия диск с компютъра и контролира всички процеси, по-специално поддържа постоянна скорост на въртене на шпиндела и съответно плочата, която се извършва от двигателя.

Електрически мотор.

Електрически двигател или двигател върти плочите: около 7200 оборота в секунда (взета е средната стойност, има твърди дискове, на които скоростта е по-висока и достига 15000 оборота в секунда, а има и при по-ниска скорост от около 5400, скоростта на достъп до необходимата информация на твърдия диск).

Рокер.

Рокерът е проектиран да записва и чете информация от плочи на твърдия диск. Краят на кобилицата е разделен и върху него има блок от магнитни глави, това се прави за да може да се записва и чете информация от няколко плочи.

Блок от магнитни глави.

Съставът на кобилицата включва блок от магнитни глави, който доста често се проваля, но този "често" параметър е много условен. Магнитните глави са разположени над и под плочите и служат за директно четене на информация от платината, намираща се на твърдия диск.

плочи.

Информацията се съхранява директно върху табелите; те са изработени от материали като алуминий, стъкло и керамика. Най-разпространен е алуминият, но от другите два материала се изработват така наречените "елитни колела". Първите произведени плочи бяха покрити с железен оксид, но този феромагнит имаше голям недостатък. Дисковете, покрити с такова вещество, имаха малка устойчивост на износване. В момента повечето производители на твърди дискове покриват плочите с хром-кобалт, който има порядък по-висок марж на безопасност от железния оксид. Плочите са прикрепени към шпиндела на същото разстояние една от друга, такъв дизайн се нарича "пакет". Под дисковете има двигател или електродвигател.

Всяка страна на плочата е разделена на коловози, те от своя страна са разделени на сектори или блокове по друг начин, всички коловози със същия диаметър са цилиндър.

Всички съвременни твърди дискове имат така наречения "инженерен цилиндър", в него се съхранява сервизна информация, като модел на hdd, сериен номер и т.н. Тази информация е предназначена за четене от компютър.

Как работи твърдият диск

Основните принципи на работа с твърдия диск са се променили малко от създаването му. Устройството на твърдия диск е много подобно на обикновен плейър. Само под тялото може да има няколко плочи, монтирани на обща ос, а главите могат да четат информация от двете страни на всяка плоча наведнъж. Скоростта на въртене на плочите е постоянна и е една от основните характеристики. Главата се движи по плочата на определено разстояние от повърхността. Колкото по-малко е това разстояние, толкова по-голяма е точността на четене на информация и толкова по-голяма може да бъде плътността на записа на информация.

Поглеждайки към твърдия диск, всичко, което виждате, е здрав метален корпус. Той е напълно херметичен и предпазва устройството от прахови частици, които, ако влязат в тясната междина между главата и повърхността на диска, могат да повредят чувствителния магнитен слой и да деактивират диска. В допълнение, корпусът предпазва устройството от електромагнитни смущения. Вътре в кутията са всички механизми и някои електронни компоненти. Механизмите са самите дискове, на които се съхранява информацията, главите, които записват и четат информация от дисковете, както и двигателите, които пускат всичко това в движение.

Дискът е кръгла плоча с много плоска повърхност, често изработена от алуминий, по-рядко от керамика или стъкло, покрита с тънък феромагнитен слой. Много устройства използват слой от железен оксид (който е покритието на обикновена магнитна лента), но най-новите твърди дискове работят със слой кобалт с дебелина около десет микрона. Такова покритие е по-трайно и освен това може значително да увеличи плътността на запис. Технологията на неговото приложение е близка до използваната при производството на интегрални схеми.

Броят на дисковете може да бъде различен - от един до пет, броят на работните повърхности, съответно, е два пъти повече (по две на всеки диск). Последното (както и материала, използван за магнитното покритие) определя капацитета на твърдия диск. Понякога външните повърхности на най-външните дискове (или един от тях) не се използват, което прави възможно намаляването на височината на задвижването, но броят на работните повърхности е намален и може да се окаже нечетен.

Магнитните глави четат и записват информация на дискове. Принципът на запис като цяло е подобен на този, използван в конвенционалния магнетофон. Цифровата информация се преобразува в променлив електрически ток, подаван към магнитната глава, след което се прехвърля на магнитния диск, но под формата на магнитно поле, което дискът може да възприема и „запомня“.

Магнитното покритие на диска е набор от малки области на спонтанно (спонтанно) намагнитване. За по-голяма яснота си представете, че дискът е покрит със слой от много малки стрелки на компаса, сочещи в различни посоки. Такива стрелкови частици се наричат домейни. Под въздействието на външно магнитно поле собствените магнитни полета на домейните се ориентират в съответствие с неговата посока. След прекратяване на действието на външното поле на повърхността на диска се образуват зони на остатъчно намагнитване. По този начин информацията, записана на диска, се запазва. Зоните на остатъчно намагнитване, когато дискът се върти срещу процепа на магнитната глава, индуцират в него електродвижеща сила, която варира в зависимост от големината на намагнитването.

Дисковият пакет, монтиран на ос на шпиндела, се задвижва от специален двигател, компактно разположен отдолу. За да се намали времето, необходимо на задвижването да влезе в работно състояние, двигателят работи в принудителен режим известно време, когато е включен. Следователно компютърното захранване трябва да има марж за пикова мощност. Сега за работата на главите. Те се движат с помощта на стъпков двигател и сякаш "плуват" на разстояние от част от микрона от повърхността на диска, без да го докосват. В резултат на записване на информация върху повърхността на дисковете се образуват намагнетизирани зони под формата на концентрични кръгове.

Те се наричат магнитни писти. Движейки се, главите спират над всяка следваща песен. Набор от коловози, разположени една под друга на всички повърхности, се нарича цилиндър. Всички задвижващи глави се движат по едно и също време, като имат достъп до цилиндри с едно и също име със същите номера.