Із чого роблять жорсткі диски. Жорсткий диск: принцип роботи та основні характеристики

Жорстким диском (Hard Disk Drive, HDD) - запам'ятовуючий пристрій (пристрій зберігання інформації) довільного доступу, заснований на принципі магнітного запису. Є основним накопичувачем даних у більшості комп'ютерів.

На відміну від " Гнучкого» диска ( Дискети), інформація в НЖМДзаписується на жорсткі (алюмінієві або скляні) пластини, вкриті шаром феромагнітного матеріалу, найчастіше двоокису хрому – магнітні диски. В НЖМДвикористовується одна або кілька пластин на одній осі. Зчитувальні голівки в робочому режимі не стосуються поверхні пластин завдяки прошарку потоку повітря, що набігає, що утворюється у поверхні при швидкому обертанні. Відстань між головкою та диском становить кілька нанометрів, а відсутність механічного контакту забезпечує тривалий термін служби пристрою. При відсутності обертів дисків головки знаходяться біля шпинделя або поза диском у безпечній зоні, де виключено їхній нештатний контакт з поверхнею дисків.

Перший жорсткий диск

В 1957 році фірмою IBMбув розроблений перший жорсткий диск, і був розроблений ще до створення персонального комп'ютера. За нього довелося б викласти «кругленьку» суму, хоча обсяг у нього був лише 5 Мб. Потім був розроблений жорсткий диск із ємністю 10 Мбспеціально для персонального комп'ютера IBM PC XT. Вінчестер мав усе 30 доріжокі ще по 30 секторіву кожній доріжці. « Вінчестери- саме так стали називати жорсткі диски, якщо скорочено, то Вінтами», це пішло з аналогії з маркуванням карабіну фірми Winchester - "30/30", який був багатозарядним.

Для наочності, розберемо 3.5-дюймовий SATAдиск. Це буде Seagate ST31000333AS.

Зелений текстоліт з мідними доріжками, роз'ємами живлення та SATAназивається платою електроніки або платою управління (P rinted 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 « банкою». Сам корпус без вмісту також називають гермоблоком (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 із двох частин – власне центрального процесора(Central Processor Unit, CPU), який виробляє всі обчислення, та каналу читання/запису (read/write channel)- особливого пристрою, що перетворює аналоговий сигнал, що надходить з головок, в цифрові дані під час операції читання і кодуючий цифрові дані в аналоговий сигнал при записі. Процесор має порти введення-виводу (IO ports)для управління іншими компонентами, розташованими на друкованій платі, та передачі даних через SATA-інтерфейс.

Чіп пам'яті (Memory Chip)є звичайною DDR SDRAMпам'ять. Об'єм пам'яті визначає розмір кешу жорсткого диска. На цій друкованій платі встановлено пам'ять Samsung DDRобсягом 32 Мб, Що в теорії дає диску кеш в 32 Мб(і саме такий обсяг наводиться у технічних характеристиках жорсткого диска), але це не зовсім правильно. Справа в тому, що пам'ять логічно поділена на буферну пам'ять (Кеш)та пам'ять прошивки. Процесор потребує певного обсягу пам'яті для завантаження модулів прошивки. Наскільки відомо, тільки Hitachi/IBMвказують дійсний обсяг кешав описі технічних характеристик; щодо інших дисків, про обсяг кешазалишається тільки 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 у гермоблоці. Це головний споживач енергії на друкованій платі. Він управляє обертанням шпинделя та рухом головок. Ядро VCM-контролераможе працювати навіть при температурі в 100 ° C.

Частина прошивки диска зберігається в флеш-пам'яті. При подачі живлення на диск мікроконтроллер завантажує вміст флеш-чіпа на згадку і приступає до виконання коду. Без коректно завантаженого коду диск навіть не захоче розкручуватися. Якщо на платі немає флеш-чіп, значить, він вбудований в мікроконтролер.

Датчик вібрації (shock sensor)реагує на небезпечну для диска тряску та посилає сигнал про це контролеру VCM. Контролер VCMнегайно 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 з датчика дані дозволяють контролеру VCMкоригувати 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 перегораєстворення короткого замикання на землю. На цій платі встановлено два TVS, на 5 та 12 вольт.

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 внутрішнього боку цей отвір прикрито 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.

Розглянемо начинку гермозони.

Дорогоцінна інформація зберігається на металевих дисках, званих також млинцямиабо пластинами (platters). На фото ви бачите верхній млинець. Пластини виготовляються з полірованого алюмінію або скла і покриваються декількома шарами різного складу, у тому числі феромагнітною речовиною, на якій і зберігаються дані. Між млинцями, а також над верхнім з них, ми бачимо спеціальні пластини, які називаються роздільникамиабо 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 гермозонів.

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

На деяких накопичувачах паркування проводиться на спеціальних пластикових паркувальних 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 негайного очищення повітря всередині диска є циркуляційний фільтр (recirculation filter). Це високотехнологічний пристрій, який постійно збирає та затримує найдрібніші частинки. Фільтр перебуває у шляху потоків повітря, створюваних обертанням пластин.

Знімемо верхній магніт та подивимося, що ховається під ним.

У жорстких дисках використовуються дуже потужні неодимові магніти. Ці магніти настільки потужні, що можуть піднімати вагу 1300 раз більший за їх власний. Так що не варто класти палець між магнітом та металом або іншим магнітом – удар вийде дуже чутливим. На цій фотографії зображені обмежувачі БМГ. Їхнє завдання - обмежити рух головок, залишаючи їх на поверхні пластин. Обмежувачі БМГрізні моделі влаштовані по-різному, але їх завжди два, вони використовуються на всіх сучасних жорстких дисках. На нашому накопичувачі другий обмежувач розташований на нижньому магніті.

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

Тепер знімемо блок магнітних головок.

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

Розглянемо складові БМГДокладніше.

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 слайдерами (sliders). Багато джерел вказують, що слайдери і головки - це те саме. Насправді ж слайдер допомагає зчитувати та писати інформацію, піднімаючи голівку над поверхнею млинців. На сучасних жорстких дисках головки рухаються на відстані 5-10 нанометріввід 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 з ладу, саме тому так важлива чистота повітря всередині гермозони. Самі елементи, що зчитують і записують, знаходяться на кінці слайдера. Вони такі малі, що розглянути їх можна тільки 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 п редусилювачем (preamplifier, preamp). Підсилювач- це чіп, що управляє голівками і посилює що надходить до них або від них сигнал.

Підсилювачрозташовують прямо в БМГз дуже простої причини - сигнал, що йде з головок, дуже слабкий. На сучасних дисках він 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 пишучих та зчитуючих елементів). Жорсткий диск посилає сигнали на підсилювач, і він вибирає голівку, до якої на даний момент звертається жорсткий диск. У цього жорсткого диска 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, спеціальними 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 сполучає 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.

У цій статті йтиметься лише про жорсткі диски (HDD), тобто про носії на магнітних дисках. Про SSD буде наступна стаття.

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, призначення якого тривалий час зберігати записані 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 залізниці.
Важливим є той факт, що пам'ять HDD не енергозалежна, тобто не важливо, підключено живлення чи ні, записана на пристрій інформація нікуди не зникне. Це важлива відмінність пам'яті комп'ютера, від тимчасової (ОЗУ).
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.
Думаю, що таке HDD ви зрозуміли. Йдемо далі.

Для чого комп'ютеру потрібен жорсткий диск

Розглянемо що таке HDD у комп'ютері, тобто, яку роль він грає в ПК. Відомо, що 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 і т.д;
- 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 ЖД допомагає справлятися із завантаженістю ОЗУ, беручи він 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 боків покриттям, на яке записуються дані. Кількість пластин може бути різним - від однієї (у бюджетних варіантах), до кількох;
- Двигун – на шпинделі якого закріплені млинці;
- Блок головок - конструкція зі з'єднаних між собою важелів (коромисел) та головок. Частина залізниці, 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 блок голівок, що приводить в дію. 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 його 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.
Крім такого «горизонтального» розбиття диска є ще умовне «вертикальне». Оскільки всі головки об'єднані, вони завжди позиціонуються над однією і тією ж за номером доріжкою, кожна над диском. Таким чином, під час роботи HDD головки начебто малюють циліндр.
Поки що HDD працює, по суті він виконує дві команди: читання та запис. Коли необхідно виконати команду запису, відбувається обчислення області на диску, куди вона буде проводиться, 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 паркувальній зоні.
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 розділити таким чином:

1. Для ноутбуків – основний параметр – розмір пристрою в 2,5 дюйма. Це дозволяє їм компактно розміщуватись у корпусі лептопа;
2. Для ПК - у цьому випадку також можливе використання 2,5″ жорстких дисків, але зазвичай використовуються 3,5 дюйма;
3. Зовнішні жорсткі диски - пристрої, що окремо підключаються до ПК/ноутбука, найчастіше виконують роль файлового сховища.
Також виділяють особливий тип жорстких дисків – для серверів. Вони ідентичні звичайним ПКшним, але можуть відрізнятися інтерфейсами для підключення і більшою продуктивністю.

Всі інші поділки HDD на види походять від їх параметрів, 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 найчастіше вибирають 500 Гб - 1 Тб;
- Форм-фактор – розмір жорстокого диска. Найпоширеніші – 3,5 та 2,5 дюйма. Як говорилося вище, 2,5″ переважно, встановлюються в ноутбуки. Також їх використовують у зовнішніх HDD. У ПК і сервери встановлюють 3,5″. Форм фактор впливає і на обсяг, так як 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 ЗД сьогодні є SATA (у старих комп'ютерах використовувався IDE). Зовнішні жорсткі диски підключаються, як правило, через USB або FireWire. Крім перерахованих, існують такі інтерфейси як SCSI, SAS;
- Обсяг буфера (кеш-пам'ять) - тип швидкої пам'яті (на кшталт ОЗУ) встановлений на контролері ЖД, призначений для тимчасового зберігання даних, яких найчастіше звертаються. Об'єм буфера може становити 16, 32 або 64 Мб;
- Час довільного доступу – той 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:

Швидкість передачі даних;
- кількість операцій введення-виводу в с.;
- Рівень шуму;
- надійність;
- опірність ударам і т.д;
Щодо характеристик HDD це все.

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.

Влаштування жорсткого диска

Вінчестер містить набір пластин, що представляють найчастіше металеві диски, покриті магнітним матеріалом – платтером (гамма-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 чи 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 одному на кожну поверхню диска. Кількість головок дорівнює кількості робочих поверхонь всіх дисків.

Запис інформації на диск ведеться по певних місцях - концентричних доріжкам (трекам) . Доріжки діляться на сектора.В одному секторі 512 байт інформації.

Обмін даними між ОЗУ 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 (переміщує її у радіальному напрямку).
При повороті диска головка розміщується над потрібним сектором. Очевидно, що всі головки переміщуються одночасно і зчитують інфоголовки переміщуються одночасно і зчитують інформацію з однакових доріжок різних норм 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 намагнічених найдрібніших 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 електрорушійної сили (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 неточно, для запису потрібно 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 і по-друге, шляхом переміщення магнітної головки читання/запису по радіусу 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 у процесі форматування.

Форматування магнітних дисків включає 2 етапи:

фізичне форматування (низького рівня)
логічне (високий рівень).

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 забезпечення 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 виробляти 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 зберігаються 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 у вашу систему, 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, різні логічні диски можна використовувати 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 слід черговий етап — логічне форматування окремих елементів розбивки, що 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 record)
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 цьому етапі диску може бути присвоєно 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 Elestroniс) або (ATA) Advanсed Teсhnology 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-флоппі, 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 IDE-інтерфейси перейшли 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 у лютому 98г. компанією Quantum мають 3 режими роботи 0,1,2 та 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 (чипсета) 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, що дорівнює 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.
Окрім потрібної ємності, дуже важлива і продуктивність, яка визначається переважно 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 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 мс 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 записуються дані на диск або зчитуються з диска. Через зонний запис вона має змінне значення – вище на зовнішніх доріжках та 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 складно.

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 Teсhnology.

Технологія S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology)є відкритим промисловим стандартом, розроблений свого часу Сompaq, IBM та 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 виходу диска з ладу.

Здійснюється постійний моніторинг стану всіх життєво важливих елементів:
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 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 тощо. 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 з 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).

Загалом диск завжди відформатований не на повну ємність, є певний 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, краще купувати з гарантією), то відразу ж віднесіть диск до продавця і вимагайте заміни носія або повернення грошей.
Продавець, звичайно ж, одразу 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 тому, що, купуючи зібраний комп'ютер, ви отримаєте підготовлений для 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 установки 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 дисків, рівень прекомпенсації, і навіть тип диска. Ці дані потрібно ввести у відповідь на запит програми інсталяції комп'ютера (setup).
Вся ця інформація знадобиться при форматуванні диска та підготовці 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 у довіднику,
або зателефонувавши у представництво 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, чому 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 убік повільно.
Якщо потрібно, перемкніть 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, аку/spanратно розташувати кабелі всередині комп'ютера, так, щоб при закриванні кришки не перерубати їх,
Закрийте системний блок.
Якщо ПК сам не визначив вінчестер, змініть 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 у конструкції корпусу, форм-факторі (простіше кажучи, розмірах) і термін гарантійного обслуговування. Причому про останнє слід сказати особливо: вартість інформації на сучасному вінчестері часто значно перевищує його власну 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 російському (та й лише) ринку становить продукції фірм IBM, Maxtor, Fujitsu, Western Digital (WD), Seagate, Quantum.

назва фірми-виробника, що виробляє цей тип накопичувача,

Корпорація Quantum (www. quantum. сom.), 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, що 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 найновіші 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.

Відповідно до цієї технології проводиться регулярне сканування поверхні диска в період, коли він незадіяний системою. При цьому проводиться читання даних та перевірка їхньої цілісності. Якщо у процесі звернення до сектора відзначаються проблеми, дані переносяться в інший сектор.
Інформація про неякісні сектори заноситься у внутрішній дефект-аркуш, що дозволяє уникнути у майбутньому запису у майбутньому запису у дефектні сектори.

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 увагу, випустивши серію дисків Medallist Pro
зі швидкістю обертання 7200 об/хв, застосувавши для цього спеціальні підшипники. Раніше така швидкість використовувалася лише у 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 з більш широкими 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 завоювати 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 або більше секторів.
Кількість секторів залежить від типу диска. Пошук кластерів замість окремих секторів скорочує витрати ОС у часі. Великі кластери забезпечують швидше роботу
накопичувача, оскільки кількість кластерів в такому випадку 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 управління 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 комп'ютера отримати дані з диска. До того моменту, коли контролер зчитує дані, наступний послідовний сектор вже проходить головку. Тому дані записуються на диск через один або два сектори. За допомогою спеціального програмного забезпечення 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 одиницю розміру, використовувану накопичувачем. Сектори ОС зазвичай містять 512 байтів.

Час позиціонування (Seek time)— час, необхідний для переміщення з доріжки, на якій вона встановлена, на якусь іншу потрібну доріжку.

Доріжка (Traсk)- Концентричний розподіл 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.

Вітаю всіх читачів блогу. Багатьох цікавить питання - як улаштований жорсткий диск комп'ютера. Тому я вирішив присвятити цьому сьогоднішню статтю.

Жорсткий диск комп'ютера (HDD або вінчестер) потрібен для зберігання інформації після вимкнення комп'ютера, на відміну від ОЗУ () - яка зберігає інформацію до припинення подачі живлення (до вимкнення комп'ютера).

Жорсткий диск, по-праву, можна назвати справжнім витвором мистецтва, лише інженерним. Так Так саме так. Так складно там усередині все влаштовано. На даний момент у всьому світі жорсткий диск - це найпопулярніший пристрій для зберігання інформації, він стоїть в одному ряду з такими пристроями, як флеш-пам'ять (флешки), SSD. Багато хто чує про складність пристрою жорсткого диска і дивується, як у ньому міститься так багато інформації, а тому хотіли б дізнатися, як влаштований або з чого складається жорсткий диск комп'ютера. Сьогодні буде така можливість.

Жорсткий диск складається із п'яти основних частин. І перша з них - інтегральна схема, яка синхронізує роботу диска з комп'ютером та керує всіма процесами.

Друга частина – електромотор(шпиндель), змушує обертатися диск зі швидкістю приблизно 7200 об/хв, а інтегральна схема підтримує швидкість постійної обертання.

А тепер третя, мабуть найважливіша частина - коромисло, Яке може як записувати, так і зчитувати інформацію. Кінець коромисла зазвичай розділений, щоб можна було працювати відразу з декількома дисками. Однак головка коромисла ніколи не стикається з дисками. Існує зазор між поверхнею диска та головкою, розмір цього зазору приблизно в п'ять тисяч разів менший за товщину людського волосся!

Але давайте все ж таки подивимося, що трапиться, якщо зазор зникне і головка коромисла стикнеться з поверхнею диска, що обертається. Ми все ще зі школи пам'ятаємо, що F = m * a (другий закон Ньютона, на мою думку), з якого випливає, що предмет з невеликою масою і величезним прискоренням стає неймовірно важким. Враховуючи величезну швидкість обертання самого диска, вага головки коромисла стає дуже відчутним. Природно, що пошкодження диска у разі неминуче. До речі, ось що сталося з диском, у якого цей зазор з якихось причин зник:

Також важлива роль сили тертя, тобто. її практично повної відсутності, коли коромисло починає зчитувати інформацію, у своїй зміщуючись до 60 разів на секунду. Але заждіть, де ж тут знаходиться двигун, що приводить у рух коромисло, та ще з такою швидкістю? Насправді його не видно, тому що це електромагнітна система, що працює на взаємодії двох сил природи: електрики та магнетизму. Така взаємодія дозволяє розганяти коромисло до швидкостей світла, у сенсі.

Четверта частина- сам жорсткий диск, те, куди записується і звідки зчитується інформація, до речі їх може бути кілька.

Ну і п'ята, завершальна частина конструкції жорсткого диска - це звичайно корпус, в який встановлюються всі інші компоненти. Матеріали застосовуються наступні: майже весь корпус виконаний із пластмаси, але верхня кришка завжди металева. Корпус у зібраному вигляді часто називають "гермозоною". Існує думка, що всередині гермозони немає повітря, а точніше, що там – вакуум. Думка це спирається на той факт, що при таких високих швидкостях обертання диска, навіть порошинка, що потрапила всередину, може наробити багато поганого. І це майже правильно, хіба що вакууму там ніякого немає - а є очищене, осушене повітря або нейтральний газ - азот наприклад. Хоча, можливо в ранніх версіях жорстких дисків, замість того, щоб очищати повітря - його просто відкачували.

Це говорили про компоненти, тобто. з чого складається жорсткий диск. Тепер поговоримо про зберігання даних.

Як і в якому вигляді зберігаються дані на жорсткому диску комп'ютера

Дані зберігаються у вузьких доріжках на диску. При виробництві на диск наноситься понад 200 тисяч таких доріжок. Кожна з доріжок поділена на сектори.

Карти доріжок та секторів дозволяють визначити, куди записати або де рахувати інформацію. Знову ж таки вся інформація про сектори та доріжки знаходиться в пам'яті інтегральної мікросхеми, яка, на відміну від інших компонентів жорсткого диска, розміщена не всередині корпусу, а зовні і зазвичай знизу.

Сама поверхня диска – гладка та блискуча, але це лише на перший погляд. При ближчому розгляді структура поверхні виявляється складніше. Справа в тому, що диск виготовляється із металевого сплаву, покритого феромагнітним шаром. Цей шар таки робить всю роботу. Феромагнітний шар запам'ятовує всю інформацію, як? Дуже просто. Головка коромисла намагнічує мікроскопічну область на плівці (феромагнітному шарі), встановлюючи магнітний момент такого осередку в один із станів: або 1. Кожен такий нуль і одиниця називаються бітами. Таким чином, будь-яка інформація, записана на жорсткому диску, по факту являє собою певну послідовність і певну кількість нулів і одиниць. Наприклад, фотографія гарної якості займає близько 29 мільйонів таких осередків і розкидана по 12 різних секторах. Так, звучить вражаюче, проте насправді - така величезна кількість бітів займає дуже невелику ділянку на поверхні диска. Кожен квадратний сантиметр поверхні жорсткого диска включає кілька десятків мільярдів бітів.

Принцип роботи жорсткого диска

Ми щойно розглянули пристрій жорсткого диска, кожен його компонент окремо. Тепер пропоную зв'язати все в систему, завдяки чому буде зрозумілий сам принцип роботи жорсткого диска.

Отже, принцип, за яким працює жорсткий дискнаступний: коли жорсткий диск включається в роботу - це означає або на нього здійснюється запис, або з нього йде читання інформації, або з нього електромотор (шпиндель) починає набирати оберти, а оскільки жорсткі диски закріплені на самому шпинделі, відповідно вони разом з ним теж починають обертатися. І поки обороти диска(ів) не досягли того рівня, щоб між головкою коромисла і диском утворилася повітряна подушка, коромисло, щоб уникнути пошкоджень, знаходиться в спеціальній "паркувальній зоні". Ось як це виглядає.

Як тільки обороти досягають потрібного рівня, сервопривід (електромагнітний двигун) надає руху коромисло, яке вже позиціонується в те місце, куди потрібно записати або звідки рахувати інформацію. Цьому сприяє інтегральна мікросхема, яка управляє всіма рухами коромисла.

Поширена думка, такий міф, що у моменти часу, коли диск "випростує", тобто. з ним тимчасово не здійснюється жодних операцій читання/запису, жорсткі диски всередині перестають обертатися. Це справді міф, бо насправді жорсткі диски всередині корпусу обертаються постійно, навіть тоді, коли вінчестер знаходиться в енергозберігаючому режимі і на нього нічого не записується.

Ну ось ми і розглянули з вами пристрій жорсткого диска комп'ютера у всіх подробицях. Звичайно, в рамках однієї статті не можна розповісти про все, що стосується жорстких дисків. Наприклад, у цій статті не було сказано про - це велика тема, я вирішив написати про це окрему статтю.

Знайшов цікаве відео про те, як працює жорсткий диск у різних режимах

Всім дякую за увагу, якщо ви ще не підписані на оновлення цього сайту – дуже рекомендую це зробити, щоб не пропустити цікаві та корисні матеріали. До зустрічі на сторінках блогу!

Якщо розглядати жорсткий диск в цілому, то він складається з двох основних частин: це плата електроніки, на якій розташовується "мозок" жорсткого диска. На ньому розташовані процесор, так само присутня керуюча програма, оперативний пристрій, підсилювач запису і читання. До механічної частини відносяться такі частини як блок магнітних головок мають абревіатуру БМГ, двигун, який надає обертання пластин, і самі пластини. Давайте розглянемо кожну частину детальніше.

Гермоблок.

Гермоблок він корпус жорсткого диска - призначений для кріплення всіх деталей, а так само виконує функцію захисту від попадання частинок пилу на поверхню пластин. Розкриття гермоблока, можна здійснювати тільки в спеціально підготовленому для цього приміщенні, щоб уникнути попадання пилу і бруду всередину корпусу.

Інтегральна схема.

Інтегральна схема або плата електроніки синхронізує роботу жорсткого диска з комп'ютером та керує всіма процесами, зокрема вона підтримує постійну швидкість обертання шпинделя і відповідно пластини, що здійснюється двигуном.

Електродвигун.

Електромотор або двигун обертає пластини: близько 7200 оборотів в секунду (взято середнє значення, є вінчестери на яких швидкість вища і доходить до 15000 оборотів в секунду, а є і з меншою швидкістю близько 5400, від швидкості обертання пластин залежить швидкість доступу до потрібної інформації на жорсткому диску).

Коромисло.

Коромисло призначене для запису та читання інформації з пластин жорсткого диска. Кінець коромисла розділений і на ньому знаходиться блок магнітних головок, це зроблено для того, щоб можна було записувати і зчитувати інформацію з декількох пластин.

Блок магнітних головок.

До складу коромисла входить блок магнітних головок, який часто виходить з ладу, але це "часто" параметр дуже умовний. Магнітні головки розташовуються зверху і знизу пластин і служать безпосереднього зчитування інформації з платин, розташованих на жорсткому диску.

Пластини.

На пластинах безпосередньо зберігається інформація, вони виготовляються з таких матеріалів як алюміній, скло та кераміка. Найбільшого поширення набув алюміній, а ось із двох інших матеріалів виготовляють, так звані "елітні диски". Перші пластини покривалися окисом заліза, але цей феромагнетик мав великий недолік. Диски покриті такою речовиною мали невелику зносостійкість. На сьогоднішній день більшість виробників жорстких дисків покривають пластини кобальтом хрому, у якого запас міцності на порядок вищий, ніж у окису заліза. Пластисні кріпляться на шпиндель на однаковій один від одного відстані, така конструкція має назву "пакет". Під дисками знаходиться двигун або електромотор.

Кожна сторона пластини розбита на доріжки, вони у свою чергу розділені на сектори або по іншому блоки, всі доріжки одного діаметра являють собою циліндр.

Всі сучасні вінчестери мають так званий "інженерний циліндр", на ньому зберігаються службові дані, такі як модель hdd, серійний номер та ін. Ця інформація призначена для зчитування комп'ютером.

Принцип роботи жорсткого диска

Основні принципи роботи жорсткого диска мало змінилися з його створення. Пристрій вінчестера дуже схожий на звичайний програвач грамплатівок. Тільки під корпусом може бути кілька пластин, насаджених на загальну вісь, і головки можуть зчитувати інформацію з обох боків кожної пластини. Швидкість обертання пластин стала і є однією з основних характеристик. Головка переміщається вздовж пластини на певній фіксованій відстані від поверхні. Чим менша ця відстань, тим більша точність зчитування інформації, і тим більша може бути щільність запису інформації.

Поглянувши на накопичувач на жорсткому диску, ви побачите лише міцний металевий корпус. Він повністю герметичний і захищає дисковод від частинок пилу, які при попаданні у вузький проміжок між головкою і поверхнею диска можуть пошкодити чутливий магнітний шар і вивести диск з ладу. Крім того, корпус екранує накопичувач від електромагнітних перешкод. Усередині корпусу знаходяться всі механізми та деякі електронні вузли. Механізми - це самі диски, на яких зберігається інформація, головки, які записують та зчитують інформацію з дисків, а також двигуни, що приводять все це в рух.

Диск є круглою пластиною з дуже рівною поверхнею частіше з алюмінію, рідше - з кераміки або скла, покриту тонким феро магнітним шаром. У багатьох накопичувачах використовується шар оксиду заліза (яким покривається звичайна магнітна стрічка), але нові моделі жорстких дисків працюють із шаром кобальту завтовшки близько десяти мікронів. Таке покриття міцніше і, крім того, дозволяє значно збільшити щільність запису. Технологія його нанесення близька до тієї, що використовується під час виробництва інтегральних мікросхем.

Кількість дисків може бути різним - від одного до п'яти, кількість робочих поверхонь відповідно вдвічі більша (по дві на кожному диску). Останнє (як і матеріал, використаний для магнітного покриття) визначає ємність жорсткого диска. Іноді зовнішні поверхні крайніх дисків (або одного з них) не використовуються, що дозволяє зменшити висоту накопичувача, але при цьому кількість робочих поверхонь зменшується і може бути непарним.

Магнітні головки зчитують та записують інформацію на диски. Принцип запису загалом схожий на те, що використовується у звичайному магнітофоні. Цифрова інформація перетворюється на змінний електричний струм, що надходить на магнітну головку, а потім передається на магнітний диск, але вже у вигляді магнітного поля, яке може сприйняти диск і "запам'ятати".

Магнітне покриття диска є безліч дрібних областей мимовільної (спонтанної) намагніченості. Для наочності уявіть собі, що диск покритий шаром дуже невеликих стрілок від компаса, спрямованих у різні боки. Такі частки стрілки називаються доменами. Під впливом зовнішнього магнітного поля власні магнітні поля доменів орієнтуються відповідно до його напряму. Після припинення впливу зовнішнього поля на поверхні диска утворюються зони залишкової намагніченості. У такий спосіб зберігається записана на диск інформація. Ділянки залишкової намагніченості, опинившись при обертанні диска напроти зазору магнітної головки, наводять у ній електрорушійну силу, що змінюється в залежності від величини намагніченості.

Пакет дисків, змонтований на осі-шпинделі, рухається спеціальним двигуном, компактно розташованим під ним. Щоб скоротити час виходу накопичувача в робочий стан, двигун при включенні деякий час працює у форсованому режимі. Тому джерело живлення комп'ютера повинен мати запас пікової потужності. Тепер про роботу головок. Вони переміщаються за допомогою крокового двигуна і як би "пливуть" на відстані в частині мікрона від поверхні диска, не торкаючись його. На поверхні дисків в результаті запису інформації утворюються намагнічені ділянки у формі концентричних кіл.

Вони називаються магнітними стежками. Переміщаючись, головки зупиняються над кожною наступною стежкою. Сукупність доріжок, розташованих одна під одною всіх поверхнях, називають циліндром. Всі головки накопичувача переміщуються одночасно, здійснюючи доступ до однойменних циліндрів з однаковими номерами.