O metodă de scriere a datelor pe un disc magnetic dur. Cum funcționează un hard disk

Un hard disk magnetic (HDD) \ HDD (Hard Disk Drive) \ hard disk (media) este un obiect material capabil să stocheze informații.

Dispozitivele de stocare a informațiilor pot fi clasificate după următoarele criterii:

• metoda de stocare a informatiilor: magnetoelectrica, optica, magneto-optica;
• tip de mediu de stocare: unități pe dischete și discuri magnetice rigide, discuri optice și magneto-optice, bandă magnetică, elemente de memorie solid-state;
• metoda de organizare a accesului la informații - unități de acces direct, secvențial și bloc;
• tip de dispozitiv de stocare a informațiilor - încorporat (intern), extern, autonom, mobil (purtabil) etc.

O parte semnificativă a dispozitivelor de stocare a informațiilor utilizate în prezent se bazează pe medii magnetice.

Dispozitiv cu hard disk

Hard disk-ul conține un set de plăci, cel mai adesea reprezentând discuri metalice, acoperite cu un material magnetic - platou (oxid de ferită gamma, ferită de bariu, oxid de crom...) și conectate între ele cu ajutorul unui ax (ax, ax).
Discurile în sine (aproximativ 2 mm grosime) sunt realizate din aluminiu, alamă, ceramică sau sticlă. (vezi poza)

Ambele suprafețe ale discurilor sunt folosite pentru înregistrare. Folosit 4-9 farfurii. Arborele se rotește cu o viteză mare constantă (3600-7200 rpm)
Rotirea discurilor și mișcarea radicală a capetelor se efectuează folosind 2 motoare electrice.
Datele sunt scrise sau citite folosind capete de scriere/citire câte unul pentru fiecare suprafață a discului. Numărul de capete este egal cu numărul de suprafețe de lucru ale tuturor discurilor.

Informațiile sunt scrise pe disc în locuri strict definite - concentrice piese (piese) . Piesele sunt împărțite în sectoare. Un sector conține 512 octeți de informații.

Schimbul de date între RAM și NMD este realizat secvenţial de un număr întreg (cluster). Cluster- lanțuri de sectoare consecutive (1,2,3,4,...)

Special motor folosind o paranteză, poziționează capul de citire/scriere peste o pistă dată (o mișcă în direcția radială).
Când discul este rotit, capul este situat deasupra sectorului dorit. Evident, toate capetele se mișcă simultan și citesc informațiile capete de date se mișcă simultan și citesc informații de pe piese identice pe diferite unități.

Sunt apelate piese de hard disk cu același număr de serie pe diferite hard disk-uri cilindru .
Capetele de citire-scriere se deplasează de-a lungul suprafeței platoului. Cu cât capul este mai aproape de suprafața discului fără a-l atinge, cu atât densitatea de înregistrare admisă este mai mare.

Dispozitiv cu hard disk

Principiul magnetic al citirii și scrierii informațiilor

Principiul de înregistrare a informațiilor magnetice

Bazele fizice ale proceselor de înregistrare și reproducere a informațiilor pe medii magnetice sunt puse în lucrările fizicienilor M. Faraday (1791 - 1867) și D. C. Maxwell (1831 - 1879).

În mediile de stocare magnetice, înregistrarea digitală se face pe material sensibil magnetic. Astfel de materiale includ unele varietăți de oxizi de fier, nichel, cobalt și compușii săi, aliaje, precum și magnetoplaste și magnetoelasta cu materiale plastice vâscoase și cauciuc, materiale magnetice micropulbere.

Învelișul magnetic are o grosime de câțiva micrometri. Acoperirea este aplicată pe o bază nemagnetică, care este realizată din materiale plastice pentru benzi magnetice și dischete, iar aliajele de aluminiu și materialele de substrat compozite sunt folosite pentru hard disk. Învelișul magnetic al discului are o structură de domeniu, adică constă din multe particule minuscule magnetizate.

Domeniu magnetic (din latină dominium - posesie) este o regiune microscopică, magnetizată uniform în probele feromagnetice, separată de regiunile învecinate prin straturi subțiri de tranziție (limite de domenii).

Sub influența unui câmp magnetic extern, câmpurile magnetice proprii ale domeniilor sunt orientate în conformitate cu direcția liniilor câmpului magnetic. După ce influența câmpului extern încetează, pe suprafața domeniului se formează zone de magnetizare reziduală. Datorită acestei proprietăți, informațiile sunt stocate pe un mediu magnetic în prezența unui câmp magnetic.

La înregistrarea informațiilor, un câmp magnetic extern este creat folosind un cap magnetic. În procesul de citire a informațiilor, zonele de magnetizare reziduală, situate vizavi de capul magnetic, induc în acesta o forță electromotoare (EMF) în timpul citirii.

Schema de scriere și citire de pe un disc magnetic este prezentată în Fig. 3.1 O schimbare a direcției EMF într-o anumită perioadă de timp este identificată cu o unitate binară, iar absența acestei modificări este identificată cu zero. Se numește perioada de timp specificată element bit.

Suprafața unui mediu magnetic este considerată ca o succesiune de poziții punctuale, fiecare dintre ele fiind asociată cu un pic de informații. Deoarece locația acestor poziții nu este determinată cu precizie, înregistrarea necesită marcaje pre-aplicate pentru a ajuta la localizarea pozițiilor de înregistrare necesare. Pentru a aplica astfel de mărci de sincronizare, discul trebuie împărțit în piste
si sectoare - formatare

Organizarea accesului rapid la informații de pe disc este o etapă importantă în stocarea datelor. Accesul rapid la orice parte a suprafeței discului este asigurat, în primul rând, oferindu-i o rotație rapidă și, în al doilea rând, prin deplasarea capului magnetic de citire/scriere de-a lungul razei discului.
O dischetă se rotește cu o viteză de 300-360 rpm, iar un hard disk se rotește la 3600-7200 rpm.

Dispozitiv logic de hard disk

Discul magnetic nu este inițial gata de utilizare. Pentru a-l aduce în stare de funcționare trebuie să fie formatat, adică trebuie creată structura discului.

Structura (dispunerea) discului este creată în timpul procesului de formatare.

Formatare discurile magnetice includ 2 trepte:

1. formatare fizică (nivel scăzut)
2. logic (nivel înalt).

La formatarea fizică, suprafața de lucru a discului este împărțită în zone separate numite sectoare, care sunt situate de-a lungul unor cercuri concentrice – căi.

În plus, sectoarele care nu sunt adecvate pentru înregistrarea datelor sunt determinate și marcate ca rău pentru a evita utilizarea lor. Fiecare sector este cea mai mică unitate de date de pe un disc și are propria sa adresă pentru a permite accesul direct la acesta. Adresa sectorului include numărul părții discului, numărul piesei și numărul sectorului piesei. Parametrii fizici ai discului sunt setati.

De regulă, utilizatorul nu trebuie să se ocupe de formatarea fizică, deoarece în majoritatea cazurilor hard disk-urile ajung formatate. În general, acest lucru ar trebui făcut de un centru de service specializat.

Formatare la nivel scăzut trebuie făcută în următoarele cazuri:

• dacă există o eroare în pista zero, provocând probleme la pornirea de pe un hard disk, dar discul în sine este accesibil la pornirea de pe o dischetă;
• dacă readuceți un disc vechi la starea de funcționare, de exemplu, rearanjat de la un computer stricat.
• dacă discul este formatat pentru a funcționa cu alt sistem de operare;
• dacă discul a încetat să funcționeze normal și toate metodele de recuperare nu au dat rezultate pozitive.

Un lucru de reținut este că formatarea fizică este o operațiune foarte puternică— atunci când este executat, datele stocate pe disc vor fi șterse complet și va fi complet imposibil să le restaurați! Prin urmare, nu continuați cu formatarea la nivel scăzut decât dacă sunteți sigur că ați stocat toate datele importante de pe hard disk!

După ce efectuați formatarea la nivel scăzut, următorul pas este să creați o partiție a hard disk-ului într-una sau mai multe unități logice - cel mai bun mod de a face față confuziei directoarelor și fișierelor împrăștiate pe disc.

Fără a adăuga niciun element hardware la sistemul dvs., aveți posibilitatea de a lucra cu mai multe părți ale unui hard disk, cum ar fi mai multe unități.
Acest lucru nu crește capacitatea discului, dar organizarea acestuia poate fi îmbunătățită semnificativ. În plus, diferite unități logice pot fi utilizate pentru diferite sisteme de operare.

La formatare logica Suportul este în sfârșit pregătit pentru stocarea datelor prin organizarea logică a spațiului pe disc.
Discul este pregătit să scrie fișiere în sectoarele create prin formatare de nivel scăzut.
După crearea tabelului de partiții de disc, urmează următoarea etapă - formatarea logică a părților individuale ale partiției, denumite în continuare discuri logice.

Unitate logică - Aceasta este o zonă a hard disk-ului care funcționează în același mod ca o unitate separată.

Formatarea logică este un proces mult mai simplu decât formatarea la nivel scăzut.
Pentru a-l rula, porniți de pe discheta care conține utilitarul FORMAT.
Dacă aveți mai multe unități logice, formatați-le pe toate una câte una.

În timpul procesului de formatare logic, discul este alocat zona sistemului, care constă din 3 părți:

• sectorul de pornire și tabelul de partiții (înregistrare de pornire)
• Tabelele de alocare a fișierelor (FAT), în care sunt înregistrate numărul de piste și sectoare care stochează fișiere
• director rădăcină (Director rădăcină).

Informațiile sunt înregistrate în părți prin cluster. Nu pot exista 2 fișiere diferite în același cluster.
În plus, discului i se poate da un nume în această etapă.

Un hard disk poate fi împărțit în mai multe unități logice și, invers, 2 hard disk-uri pot fi combinate într-o singură unitate logică.

Este recomandat să creați cel puțin două partiții (două unități logice) pe hard disk: una dintre ele este alocată pentru sistemul de operare și software, a doua unitate este alocată exclusiv pentru datele utilizatorului. În acest fel, datele și fișierele de sistem sunt stocate separat unele de altele, iar în cazul unei defecțiuni a sistemului de operare, există o șansă mult mai mare ca datele utilizatorului să fie salvate.

Caracteristicile hard disk-urilor

Hard disk-urile (hard disk-urile) diferă unele de altele prin următoarele caracteristici:

1. capacitate
2. performanță – timpul de acces la date, viteza de citire și scriere a informațiilor.
3. interfață (metoda de conectare) - tipul de controler la care ar trebui conectat hard diskul (cel mai adesea IDE/EIDE și diverse opțiuni SCSI).
4. alte caracteristici

1. Capacitate— cantitatea de informații care se potrivește pe disc (determinată de nivelul tehnologiei de fabricație).
Astăzi capacitatea este de 500 -2000 sau mai mult GB. Nu poți avea niciodată suficient spațiu pe hard disk.

2. Viteza de funcționare (performanță) discul este caracterizat de doi indicatori: timpul de acces la discŞi viteza de citire/scriere a discului.

Timp de acces – timpul necesar pentru deplasarea (poziționarea) capetelor de citire/scriere pe pista și sectorul dorit.
Timpul mediu de acces tipic între două piese selectate aleatoriu este de aproximativ 8-12 ms (milisecunde), discurile mai rapide au un timp de 5-7 ms.
Timpul de tranziție la calea adiacentă (cilindrul adiacent) este mai mic de 0,5 - 1,5 ms. Este, de asemenea, nevoie de timp pentru a apela la sectorul dorit.
Timpul total de rotație a discului pentru hard disk-urile de astăzi este de 8 - 16 ms, timpul mediu de așteptare în sector este de 3-8 ms.
Cu cât timpul de acces este mai scurt, cu atât discul va funcționa mai repede.

Viteza de citire/scriere(lățime de bandă de intrare/ieșire) sau rata de transfer de date (transfer)– timpul de transfer al datelor secvențiale depinde nu numai de disc, ci și de controlerul acestuia, tipurile de magistrală și viteza procesorului. Viteza discurilor lente este de 1,5-3 MB/s, pentru cele rapide 4-5 MB/s, pentru cele mai recente 20 MB/s.
Hard disk-urile cu interfață SCSI acceptă o viteză de rotație de 10.000 rpm. iar timpul mediu de căutare 5ms, viteza de transfer de date 40-80 Mb/s.

3.Interfață standard pentru hard disk - adica tipul de controler la care trebuie conectat hard disk-ul. Este situat pe placa de baza.
Există trei interfețe principale de conectare

1. IDE și diferitele sale variante

IDE (Integrated Disk Electronic) sau (ATA) Advance Technology Attachment
Avantaje: simplitate și cost redus

Viteza de transfer: 8.3, 16.7, 33.3, 66.6, 100 Mb/s. Pe măsură ce datele se dezvoltă, interfața acceptă extinderea listei de dispozitive: hard disk, super dischetă, magneto-optică,
NML, CD-ROM, CD-R, DVD-ROM, LS-120, ZIP.

Sunt introduse unele elemente de paralelizare (conectare și deconectare/reconectare) și monitorizarea integrității datelor în timpul transmisiei. Principalul dezavantaj al IDE-ului este numărul mic de dispozitive conectate (nu mai mult de 4), care în mod clar nu este suficient pentru un PC de ultimă generație.
Astăzi, interfețele IDE au trecut la noi protocoale de schimb Ultra ATA. Creșterea semnificativă a debitului dvs
Modul 4 și DMA (Acces direct la memorie) Modul 2 permit transferul de date la o viteză de 16,6 MB/s, dar viteza reală de transfer de date ar fi mult mai mică.
Standardele Ultra DMA/33 și Ultra DMA/66, dezvoltate în februarie 1998. de Quantum au 3 moduri de funcționare 0,1,2 și respectiv 4, în al doilea mod suportul suportă
viteza de transfer 33 Mb/s. (Ultra DMA/33 Mode 2) Pentru a vă asigura că o viteză atât de mare poate fi atinsă numai atunci când faceți schimb cu unitatea tampon. Pentru a profita
Standardele Ultra DMA necesită îndeplinirea a 2 condiții:

1. suport hardware pe placa de baza (chipset) si pe unitatea propriu-zisa.

2. pentru a suporta modul Ultra DMA, ca și alte DMA (Acces direct la memorie).

Necesită un driver special pentru diferite chipset-uri. De regulă, acestea sunt incluse cu placa de bază, dacă este necesar, aceasta poate fi „descărcată”;
de pe Internet de pe site-ul web al producătorului plăcii de bază.

Standardul Ultra DMA este compatibil cu controlerele anterioare care operează într-o versiune mai lentă.
Versiunea de astăzi: Ultra DMA/100 (sfârșitul anului 2000) și Ultra DMA/133 (2001).

SATA
IDE de înlocuire (ATA) nu alt Fireware High Speed ​​​​Serial Bus (IEEE-1394). Utilizarea noii tehnologii va permite ca viteza de transfer să atingă 100 Mb/s,
Fiabilitatea sistemului este crescută, acest lucru vă va permite să instalați dispozitive fără a porni computerul, ceea ce este strict interzis în interfața ATA.

SCSI (Small Computer System Interface)— dispozitivele sunt de 2 ori mai scumpe decât cele obișnuite și necesită un controler special pe placa de bază.
Folosit pentru servere, sisteme de publicare, CAD. Oferă performanțe mai mari (viteză de până la 160 Mb/s), o gamă largă de dispozitive de stocare conectate.
Controlerul SCSI trebuie achiziționat împreună cu discul corespunzător.

SCSI are un avantaj față de IDE - flexibilitate și performanță.
Flexibilitatea constă în numărul mare de dispozitive conectate (7-15), iar pentru IDE (maximum 4), o lungime mai mare a cablului.
Performanță – viteză mare de transfer și capacitatea de a procesa simultan mai multe tranzacții.

1. Ultra Sсsi 2/3 (Fast-20) până la 40 Mb/s versiunea pe 16 biți Ultra2 - standard SCSI până la 80 Mb/s

2. O altă tehnologie de interfață SCSI numită Fibre Channel Arbitrate Loop (FC-AL) vă permite să vă conectați până la 100 Mbps, cu o lungime a cablului de până la 30 de metri. Tehnologia FC-AL permite conexiuni „fierbinte”, de ex. în mișcare, are linii suplimentare pentru monitorizare și corectare a erorilor (tehnologia este mai scumpă decât SCSI obișnuit).

4. Alte caracteristici ale hard disk-urilor moderne

Varietatea uriașă de modele de hard disk face dificilă alegerea celui potrivit.
Pe lângă capacitatea necesară, este foarte importantă și performanța, care este determinată în principal de caracteristicile sale fizice.
Astfel de caracteristici sunt timpul mediu de căutare, viteza de rotație, viteza de transfer intern și extern și dimensiunea memoriei cache.

4.1 Timp mediu de căutare.

Hard disk-ului durează ceva timp pentru a muta capul magnetic din poziția actuală în cea nouă necesară pentru a citi următoarea informație.
În fiecare situație specifică, acest timp este diferit, în funcție de distanța pe care trebuie să o miște capul. De obicei, specificațiile oferă doar valori medii, iar algoritmii de mediere utilizați de diferite companii diferă în general, astfel încât compararea directă este dificilă.

Astfel, companiile Fujitsu și Western Digital folosesc toate perechile posibile de piste Maxtor și Quantum folosesc metoda de acces aleatoriu. Rezultatul rezultat poate fi ajustat în continuare.

Timpul de căutare pentru scris este adesea puțin mai mare decât pentru citit. Unii producători oferă doar valoarea inferioară (pentru citire) în specificațiile lor. În orice caz, pe lângă valorile medii, este util să se țină cont de maximul (pe întregul disc),
și timpul de căutare minim (adică, de la pistă la pistă).

4.2 Viteza de rotație

Din punctul de vedere al vitezei de acces la fragmentul dorit al înregistrării, viteza de rotație afectează cantitatea așa-numitului timp latent, care este necesar pentru ca discul să se rotească spre capul magnetic cu sectorul dorit.

Valoarea medie a acestui timp corespunde unei jumătăți de rotație a discului și este de 8,33 ms la 3600 rpm, 6,67 ms la 4500 rpm, 5,56 ms la 5400 rpm, 4,17 ms la 7200 rpm.

Valoarea timpului latent este comparabilă cu timpul mediu de căutare, astfel încât în ​​unele moduri poate avea același impact, dacă nu mai mare, asupra performanței.

4.3 Rată de transmisie internă

— viteza cu care datele sunt scrise sau citite de pe disc. Datorită înregistrării zonelor, are o valoare variabilă - mai mare pe pistele exterioare și mai mică pe cele interioare.
Când lucrați cu fișiere lungi, în multe cazuri acest parametru limitează viteza de transfer.

4.4 Rată de transmisie externă

— viteza (peak) cu care datele sunt transmise prin interfață.

Depinde de tipul de interfață și cel mai adesea are valori fixe: 8.3; 11,1; 16,7 Mb/s pentru IDE îmbunătățit (PIO Mode2, 3, 4); 33,3 66,6 100 pentru Ultra DMA; 5, 10, 20, 40, 80, 160 Mb/s pentru SCSI sincron, respectiv Fast SCSI-2, FastWide SCSI-2 Ultra SCSI (16 biți).

4.5 Dacă hard disk-ul are propria memorie cache și volumul său (buffer de disc).

Dimensiunea și organizarea memoriei cache (buffer intern) pot afecta semnificativ performanța hard disk-ului. La fel ca pentru memoria cache obișnuită,
Odată atins un anumit volum, creșterea productivității încetinește brusc.

Memoria cache segmentată de mare capacitate este relevantă pentru unitățile SCSI de înaltă performanță utilizate în medii multitasking. Cu cât este mai mare memoria cache, cu atât funcționează mai rapid hard diskul (128-256Kb).

Influența fiecărui parametru asupra performanței generale este destul de dificil de izolat.

Cerințe pentru hard disk

Principala cerință pentru discuri este fiabilitatea funcționării, garantată de o durată lungă de viață a componentelor de 5-7 ani; indicatori statistici buni, si anume:

• timpul mediu dintre defecțiuni de cel puțin 500 de mii de ore (cea mai înaltă clasă 1 milion de ore sau mai mult.)
• sistem de monitorizare activ încorporat pentru starea nodurilor de disc Tehnologie SMART/Self Monitoring Analysis and Report.

Tehnologie INTELIGENT. (Tehnologia de analiză și raportare de automonitorizare) este un standard industrial deschis dezvoltat la un moment dat de Compaq, IBM și o serie de alți producători de hard disk.

Semnificația acestei tehnologii este autodiagnosticarea internă a hard disk-ului, care vă permite să evaluați starea actuală a acestuia și să vă informați despre posibile probleme viitoare care ar putea duce la pierderea datelor sau la defecțiunea unității.

Starea tuturor elementelor vitale de disc este monitorizată în mod constant:
capete, suprafete de lucru, motor electric cu ax, unitate electronica. De exemplu, dacă este detectată o slăbire a semnalului, informațiile sunt rescrise și au loc observații ulterioare.
Dacă semnalul slăbește din nou, datele sunt transferate într-o altă locație, iar clusterul dat este plasat ca defect și indisponibil, iar un alt cluster din rezerva de disc este pus la dispoziție în locul său.

Când lucrați cu un hard disk, trebuie să respectați condițiile de temperatură în care funcționează unitatea. Producătorii garantează funcționarea fără probleme a hard disk-ului la temperaturi ambientale cuprinse între 0C și 50C, deși, în principiu, fără consecințe grave, puteți modifica limitele cu cel puțin 10 grade în ambele sensuri.
Cu abateri mari de temperatură, este posibil să nu se formeze un strat de aer cu grosimea necesară, ceea ce va duce la deteriorarea stratului magnetic.

În general, producătorii de HDD-uri acordă destul de multă atenție fiabilității produselor lor.

Principala problemă este că particulele străine pătrund în interiorul discului.

Pentru comparație: o particule de fum de tutun este de două ori distanța dintre suprafață și cap, grosimea unui păr uman este de 5-10 ori mai mare.
Pentru cap, o întâlnire cu astfel de obiecte va avea ca rezultat o lovitură puternică și, ca urmare, o deteriorare parțială sau o defecțiune completă.
În exterior, acest lucru este vizibil ca apariția unui număr mare de clustere inutilizabile localizate în mod regulat.

Accelerările mari (supraîncărcările) de scurtă durată care apar în timpul impacturilor, căderilor etc. sunt periculoase. De exemplu, de la un impact capul lovește brusc magneticul
strat și provoacă distrugerea acestuia în locul corespunzător. Sau, invers, se mișcă mai întâi în direcția opusă, apoi, sub influența forței elastice, lovește suprafața ca un arc.
Ca urmare, în carcasă apar particule de acoperire magnetică, care din nou pot deteriora capul.

Nu ar trebui să vă gândiți că sub influența forței centrifuge vor zbura departe de disc - stratul magnetic
îi va atrage ferm către tine. În principiu, consecințele teribile nu sunt impactul în sine (puteți să vă împăcați cumva cu pierderea unui anumit număr de clustere), ci faptul că se formează particule care vor cauza cu siguranță daune suplimentare discului.

Pentru a preveni astfel de cazuri foarte neplăcute, diverse companii recurg la tot felul de trucuri. Pe lângă pur și simplu creșterea rezistenței mecanice a componentelor discului, este utilizată și tehnologia inteligentă S.M.A.R.T, care monitorizează fiabilitatea înregistrării și siguranța datelor de pe suport (vezi mai sus).

De fapt, discul nu este întotdeauna formatat la capacitatea sa maximă, există o oarecare rezervă. Acest lucru se datorează în principal faptului că este aproape imposibil să se producă un transportator
pe care absolut toată suprafața ar fi de înaltă calitate, cu siguranță vor fi ciorchini proaste (eșecuri). Când un disc este formatat la nivel scăzut, electronicele sale sunt configurate astfel
astfel încât să ocolească aceste zone defecte și să fie complet invizibil pentru utilizator că media are un defect. Dar dacă sunt vizibile (de exemplu, după formatare
utilitarul afișează numărul lor altul decât zero), atunci acest lucru este deja foarte rău.

Dacă garanția nu a expirat (și, în opinia mea, cel mai bine este să cumpărați un HDD cu garanție), atunci duceți imediat discul la vânzător și solicitați o înlocuire a suportului sau o rambursare.
Vânzătorul, desigur, va începe imediat să spună că câteva zone defecte nu sunt un motiv de îngrijorare, dar nu-l credeți. După cum am menționat deja, acest cuplu va provoca, cel mai probabil, mult mai multe și, ulterior, este posibilă defecțiunea completă a hard disk-ului.

Un disc în stare de funcționare este deosebit de sensibil la deteriorare, așa că nu trebuie să așezați computerul într-un loc în care ar putea fi supus la diferite șocuri, vibrații etc.

Pregătirea hard disk-ului pentru lucru

Să începem de la bun început. Să presupunem că ați cumpărat o unitate de disc și un cablu pentru aceasta separat de computer.
(Fapt este că atunci când cumpărați un computer asamblat, veți primi un disc gata de utilizare).

Câteva cuvinte despre manipularea lui. Un hard disk este un produs foarte complex care conține, pe lângă electronică, și mecanică de precizie.
Prin urmare, necesită o manipulare atentă - șocurile, căderile și vibrațiile puternice îi pot deteriora partea mecanică. De regulă, placa de unitate conține multe elemente de dimensiuni mici și nu este acoperită cu capace durabile. Din acest motiv, trebuie avut grijă pentru a asigura siguranța acestuia.
Primul lucru pe care ar trebui să-l faceți când primiți un hard disk este să citiți documentația care a venit cu acesta - probabil că va conține o mulțime de informații utile și interesante. În acest caz, ar trebui să acordați atenție următoarelor puncte:

• prezența și opțiunile pentru setarea jumperilor care determină setările (instalarea) discului, de exemplu, determinarea unui astfel de parametru precum numele fizic al discului (pot fi prezenți, dar este posibil să nu fie prezente),
• numărul de capete, cilindri, sectoare pe discuri, nivelul de precompensare și tipul discului. Trebuie să introduceți aceste informații atunci când vi se solicită programul de configurare a computerului.
  Toate aceste informații vor fi necesare atunci când formatați discul și pregătiți mașina să lucreze cu el.
• Dacă computerul în sine nu detectează parametrii hard diskului, problema mai mare va fi instalarea unei unități pentru care nu există documentație.
  Pe majoritatea hard disk-urilor puteți găsi etichete cu numele producătorului, tipul (marca) dispozitivului, precum și un tabel cu piese care nu sunt permise pentru utilizare.
  În plus, unitatea poate conține informații despre numărul de capete, cilindri și sectoare și nivelul de precompensare.

Pentru a fi corect, trebuie spus că de multe ori doar titlul său este scris pe disc. Dar chiar și în acest caz, puteți găsi informațiile necesare fie în cartea de referință,
sau apelând la reprezentanța companiei. Este important să obțineți răspunsuri la trei întrebări:

• Cum ar trebui setate jumperii pentru a utiliza unitatea ca master\slave?
• Câți cilindri și capete sunt pe disc, câte sectoare pe pistă, care este valoarea de precompensare?
• Ce tip de disc dintre cele înregistrate în BIOS-ul ROM se potrivește cel mai bine cu această unitate?

Cu aceste informații în mână, puteți trece la instalarea hard disk-ului.

Pentru a instala un hard disk în computer, procedați în felul următor:

1. Deconectați întreaga unitate de sistem de la alimentare și scoateți capacul.
2. Conectați cablul hard disk-ului la controlerul plăcii de bază. Dacă instalați un al doilea disc, puteți utiliza cablul de la primul dacă are un conector suplimentar, dar trebuie să rețineți că viteza de funcționare a diferitelor hard disk-uri va fi comparată cu partea mai lentă.
3. Dacă este necesar, schimbați jumperii în funcție de modul în care utilizați hard diskul.
4. Instalați unitatea într-un spațiu liber și conectați cablul de la controlerul de pe placă la conectorul hard disk-ului cu banda roșie la sursa de alimentare, cablul de alimentare.
5. Fixați în siguranță hard disk-ul cu patru șuruburi pe ambele părți, aranjați cablurile în interiorul computerului astfel încât la închiderea capacului să nu le tăiați,
6. Închideți unitatea de sistem.
7. Dacă computerul în sine nu detectează unitatea de disc, atunci modificați configurația computerului utilizând Configurare, astfel încât computerul să știe că i s-a adăugat un nou dispozitiv.

Producători de hard disk

Hard disk-urile de aceeași capacitate (dar de la producători diferiți) au de obicei caracteristici mai mult sau mai puțin similare, iar diferențele sunt exprimate în principal în designul carcasei, factorul de formă (cu alte cuvinte, dimensiunile) și perioada de garanție. Mai mult decât atât, despre acestea din urmă trebuie făcută o mențiune specială: costul informațiilor de pe un hard disk modern este adesea de multe ori mai mare decât prețul propriu.

Dacă discul dvs. are probleme, încercarea de a-l repara adesea înseamnă doar expunerea datelor la riscuri suplimentare.
O modalitate mult mai rezonabilă este să înlocuiți dispozitivul defect cu unul nou.
Cea mai mare parte a hard disk-urilor de pe piața rusă (și nu numai) este formată din produse de la IBM, Maxtor, Fujitsu, Western Digital (WD), Seagate, Quantum.

numele producătorului care produce acest tip de unitate,

Corporation Quantum (www. quantum. com.), fondată în 1980, este unul dintre veteranii de pe piața unităților de disc. Compania este cunoscută pentru soluțiile sale tehnice inovatoare care vizează îmbunătățirea fiabilității și performanței hard disk-urilor, a timpului de acces la date pe disc și a vitezei de citire/scriere pe disc, precum și pentru capacitatea de a informa despre posibile probleme viitoare care ar putea duce la pierderea datelor. sau defecțiunea discului.

— Una dintre tehnologiile proprietare Quantum este SPS (Shock Protection System), concepută pentru a proteja discul de șoc.

- program DPS (Data Protection System) încorporat, conceput pentru a păstra cel mai valoros lucru - datele stocate pe acestea.

Corporation Western Digital (www.wdс.com.) De asemenea, una dintre cele mai vechi companii producătoare de unități de disc, a cunoscut suișuri și coborâșuri în istoria sa.
Compania a reușit recent să introducă cele mai noi tehnologii pe discurile sale. Printre acestea, este de remarcat propria noastră dezvoltare - tehnologia Data Lifeguard, care este o dezvoltare ulterioară a sistemului S.M.A.R.T. Încearcă să completeze logic lanțul.

Conform acestei tehnologii, suprafața discului este scanată în mod regulat în perioadele în care nu este utilizată de sistem. Aceasta citește datele și le verifică integritatea. Dacă sunt observate probleme în timpul accesării unui sector, datele sunt transferate în alt sector.
Informațiile despre sectoarele defecte sunt introduse într-o listă internă de defecte, ceea ce evită intrările viitoare în sectoare defecte în viitor.

Firma Seagate (www.seagate.com) foarte faimos pe piața noastră. Apropo, recomand hard disk-urile de la această companie, deoarece sunt foarte fiabile și durabile.

În 1998, ea a atras din nou atenția asupra ei, lansând o serie de discuri Medalist Pro
cu o viteza de rotatie de 7200 rpm, folosind rulmenti speciali pentru aceasta. Anterior, această viteză era folosită numai în unitățile de interfață SCSI, ceea ce făcea posibilă creșterea performanței. Aceeași serie folosește tehnologia SeaShield System, concepută pentru a îmbunătăți protecția discului și a datelor stocate pe acesta de influența electrostatică și șoc. În același timp, impactul radiațiilor electromagnetice este de asemenea redus.

Toate discurile fabricate suportă tehnologia S.M.A.R.T.
Noile unități Seagate includ o versiune îmbunătățită a sistemului său SeaShield, cu mai multe capacități.
Este semnificativ faptul că Seagate a anunțat cea mai mare rezistență la șoc a seriei actualizate din industrie - 300G atunci când nu este utilizat.

Firma IBM (www. stocare. ibm. com) Deși nu a fost un furnizor major pe piața de hard disk din Rusia până de curând, a reușit să câștige rapid o bună reputație datorită unităților de disc rapide și fiabile.

Firma Fujitsu (www.fujitsu.com) este un producător mare și cu experiență de unități de disc, nu numai magnetice, ci și optice și magneto-optice.
Adevărat, compania nu este deloc lider pe piața hard disk-urilor cu interfață IDE: controlează (conform diverselor studii) aproximativ 4% din această piață, iar principalele sale interese se află în domeniul dispozitivelor SCSI.

Dicționar terminologic

Deoarece unele elemente de antrenare care joacă un rol important în funcționarea sa sunt adesea considerate concepte abstracte, cei mai importanți termeni sunt explicați mai jos.

Timp de acces- Perioada de timp necesară unei unități de disc pentru a căuta și a transfera date în sau din memorie.
Performanța hard disk-urilor este adesea determinată de timpul de acces (preluare).

Cluster- cea mai mică unitate de spațiu cu care funcționează sistemul de operare în tabelul de locație a fișierelor. De obicei, un cluster este format din 2-4-8 sau mai multe sectoare.
Numărul de sectoare depinde de tipul de disc. Căutarea clusterelor în loc de sectoare individuale reduce costurile de timp ale sistemului de operare. Clusterele mari oferă performanțe mai rapide
unitate, deoarece numărul de clustere în acest caz este mai mic, dar spațiul (spațiul) de pe disc este folosit mai rău, deoarece multe fișiere pot fi mai mici decât clusterul și octeții rămași ai clusterului nu sunt utilizați.

Controler (controller)- circuite, de obicei situate pe un card de expansiune, care controlează funcționarea unității de disc, inclusiv mișcarea capului și citirea și scrierea datelor.

Cilindru- piste situate unul față de celălalt pe toate laturile tuturor discurilor.

Conduce capul- un mecanism care se deplasează de-a lungul suprafeței hard diskului și asigură înregistrarea sau citirea electromagnetică a datelor.

Tabelul de alocare a fișierelor (FAT)- o înregistrare generată de sistemul de operare care urmărește plasarea fiecărui fișier pe disc și care sectoare sunt utilizate și care sunt libere pentru a scrie noi date pe ele.

Decalaj de cap— distanța dintre capul unității și suprafața discului.

Intercalare— relația dintre viteza de rotație a discului și organizarea sectoarelor de pe disc. De obicei, viteza de rotație a discului depășește capacitatea computerului de a primi date de pe disc. În momentul în care controlerul citește datele, următorul sector secvenţial a trecut deja de cap. Prin urmare, datele sunt scrise pe disc printr-unul sau două sectoare. Folosind un software special atunci când formatați un disc, puteți modifica ordinea de separare.

Unitate logică- anumite părți ale suprafeței de lucru a hard disk-ului, care sunt considerate unități separate.
Unele unități logice pot fi utilizate pentru alte sisteme de operare, cum ar fi UNIX.

Parcare- mutarea capetelor unității într-un anumit punct și fixarea lor staționară deasupra părților neutilizate ale discului, pentru a minimiza deteriorarea atunci când unitatea este scuturată atunci când capetele lovesc suprafața discului.

Compartimentare– operațiune de împărțire a unui hard disk în unități logice. Toate discurile sunt partiționate, deși discurile mici pot avea o singură partiție.

Disc (platon)- discul metalic propriu-zis, acoperit cu material magnetic, pe care sunt înregistrate datele. Un hard disk are de obicei mai multe discuri.

RLL (lungime limitată)- Un circuit de codificare folosit de unele controlere pentru a crește numărul de sectoare pe pistă pentru a găzdui mai multe date.

Sector- O diviziune a pistei de disc care reprezintă unitatea de bază de dimensiune utilizată de unitate. Sectoarele OS conțin de obicei 512 octeți.

Timp de poziționare (Timp de căutare)- timpul necesar pentru ca capul să se deplaseze de la pista pe care este instalat pe o altă cale dorită.

Urmări- diviziunea concentrică a discului. Piesele sunt similare cu piesele de pe o înregistrare. Spre deosebire de piesele de pe un disc, care sunt o spirală continuă, piesele de pe un disc sunt circulare. Traseele sunt la rândul lor împărțite în clustere și sectoare.

Timp de căutare de la pistă la pistă— timpul necesar pentru ca capul de antrenare să se deplaseze pe calea adiacentă.

Rata de transfer- cantitatea de informații transferate între disc și computer pe unitatea de timp. Include, de asemenea, timpul necesar pentru a căuta o pistă.

Salutări, prieteni!

Astăzi vom vorbi despre un hard disk. Rareori un utilizator de computer nu a auzit de el!

Un hard disk, cunoscut și sub numele de HDD (Hard Disk Drive), este un dispozitiv pentru stocarea informațiilor.

HDD-ul și-a primit numele în argo de la celebra pușcă cu care bărbații albi au cucerit America. Unul dintre primele modele de hard disk a fost desemnat „30/30”, care a coincis cu calibrul acestei arme de foc.

Mai jos vom vorbi despre hard disk-urile computerelor.

Cum funcționează hard diskul unui computer?

Ne vom uita la modul în care hard disk-ul tradițional (electromecanic) folosit în computerele personale este triplat. Se bazează pe unul sau mai multe discuri de informații. Primele modele de hard disk foloseau discuri din aluminiu.

Dar acele primele modele erau mari ca dimensiuni și mici ca capacitate.

Dischetă și hard disk

Acele „șuruburi” (un alt nume argou) aveau dimensiunea fizică și capacitatea de aproximativ dimensiunea unei unități de dischetă de 5,25 inci. În zorii industriei computerelor, datele erau stocate pe dischete de 5,25 și 3,5 inchi.

Unitatea pentru citirea și scrierea unor astfel de discuri se numea FDD (Unitate de dischetă).

Aceste discuri au fost realizate dintr-o bucată rotundă de plastic cu un strat feromagnetic aplicat pe ambele părți. Erau subțiri și flexibili, motiv pentru care unitatea și-a primit numele. Pentru a le proteja de influențele externe, aceste discuri au fost plasate într-o carcasă pătrată din plastic.

Discurile din HDD-uri au o structură similară, dar sunt mai groase și nu se îndoaie, ceea ce se reflectă în nume. Un strat feromagnetic subțire de oxizi metalici este aplicat pe un astfel de disc folosind o centrifugă. Datele sunt scrise și citite folosind capete magnetice.

La înregistrare, un semnal de informare este trimis către capul magnetic, care schimbă orientarea domeniilor (particulele feromagnetice) din stratul feromagnetic.

La citire, zonele magnetizate induc curent în cap, care este apoi procesat de circuitul de control (controler). Cerințele pentru viteză și volumele de date sunt în continuă creștere. Cele mai bune minți din lume au fost trimise în această zonă. Și hard disk-urile, ca și restul hardware-ului computerelor, au fost îmbunătățite continuu.

Discurile au început să fie făcute din sticlă și sticlă ceramică. Acest lucru a făcut posibilă reducerea greutății lor, grosimea și creșterea vitezei de rotație.

Viteza de rotație a discului a crescut de la 3600 rpm la 5400, 7200, apoi la 10.000 și chiar 15.000 rpm! Pentru comparație, să presupunem că viteza de rotație a discului în FDD a fost de 360 ​​rpm.

Cu cât viteza de rotație este mai mare, cu atât datele sunt citite mai rapid.

Stratul ferromagnetic

Un strat feromagnetic poate fi aplicat pe suprafața discurilor în două moduri - depunere galvanică și depunere în vid. În primul caz, discul este scufundat într-o soluție de săruri metalice, iar pe acesta se depune o peliculă subțire de metal (cobalt).

În depunerea în vid, discul este plasat într-o cameră etanșă, aerul este pompat din ea și particulele de metal sunt depuse folosind o descărcare electrică.

Un strat protector de carbon este aplicat deasupra stratului magnetic. Protejează stratul magnetic subțire de distrugere (și pierderea de informații) în cazul unui posibil contact cu capul.

Un hard disk poate avea un disc fizic sau mai multe. În acest din urmă caz, discurile sunt asamblate într-o singură structură și se rotesc sincron. Fiecare disc are două fețe cu un strat feromagnetic, datele sunt citite de două capete diferite (situate în partea de sus și de jos).

Capetele sunt, de asemenea, asamblate într-o singură structură și se mișcă sincron.

Mecanismul de mișcare a capetelor conține o bobină de sârmă și un magnet permanent fix. Când se aplică curent bobinei, în ea este generat un câmp magnetic, care interacționează cu magnetul. Forța rezultată mișcă bobina cu întreaga parte în mișcare a mecanismului (și de asemenea capete).

Mecanismul conține un arc, care, în absența puterii, mută capetele în poziția inițială (zona de parcare). Acest lucru protejează capetele și discurile de deteriorare.

Rețineți că magneții mici de neodim care creează un câmp magnetic constant sunt foarte puternici!

În stare de funcționare, discurile se rotesc cu o viteză constantă, capetele „planează” deasupra discului. În timpul rotației, are loc un flux aerodinamic, ridicând capetele. Pe măsură ce tehnologia se îmbunătățește, distanța dintre capete și disc scade.

Până în prezent, a fost adus la câteva zeci de nanometri!

Reducerea distanței vă permite să creșteți densitatea înregistrării informațiilor. În acest fel, mai multe informații pot fi stoarse în aceeași cantitate de spațiu.

Citiți și scrieți capete

Folosesc hard disk-uri moderne capete magnetorezistive.

Cristalul magnetoresistorului își poate modifica rezistența în funcție de mărimea și direcția câmpului magnetic. Pe măsură ce capul trece peste zone cu magnetizare diferită, rezistența sa se schimbă, care este detectată de circuitul de control.

Capul de hard disk conține, de fapt, două capete - de citit și de scris. Capul de înregistrare funcționează pe același principiu ca și capul la casetofonele vechi, care foloseau casete cu bandă magnetică.

Conține un miez deschis, în golul căruia se creează un câmp magnetic, care modifică orientarea domeniilor magnetice de pe suprafața discului. „Înfășurarea” capului este imprimată folosind fotolitografie.

Fus și HDA

Motorul de antrenare principal (axul), care rotește discul, conține rulment hidrodinamic. Diferă de un rulment cu bile prin faptul că are o deformare radială mult mai mică.

În hard disk-urile moderne, densitatea de înregistrare a informațiilor este foarte mare, piesele sunt situate foarte aproape una de alta.

O curgere radială mare nu ar permite o creștere a densității de înregistrare sau (cu o scădere a distanței dintre piste) capul ar „sări” de-a lungul pistelor adiacente în timpul unei revoluții. Un rulment hidrodinamic conține un strat subțire de lubrifiant între părțile mobile și staționare.

In concluzie, spunem ca fusul, discurile, capul cu actionare sunt plasate intr-un compartiment separat. Primele modele de hard disk-uri conțineau compartimente nepresurizate dotate cu un filtru cu celule foarte mici pentru a egaliza presiunea.

Apoi au apărut compartimente sigilate, care aveau o gaură în ele închisă cu o membrană flexibilă. Membrana se poate îndoi în ambele direcții, compensând diferența de presiune a aerului în interiorul și exteriorul compartimentului cu capete.

În următoarea parte a articolului, vom continua cunoașterea modului în care este proiectat și funcționează hard disk-ul.

Victor Geronda a fost cu tine. Ne vedem pe blog!

Când computerul pornește, un set de firmware stocat în cipul BIOS verifică hardware-ul. Dacă totul este în regulă, acesta transferă controlul către încărcătorul sistemului de operare. Apoi se încarcă sistemul de operare și începeți să utilizați computerul. În același timp, unde a fost stocat sistemul de operare înainte de a porni computerul? Cum a rămas intact eseul tău, pe care l-ai scris toată noaptea, după ce computerul a fost oprit? Din nou, unde este depozitat?

Bine, probabil că am mers prea departe și știți cu toții foarte bine că datele computerului sunt stocate pe hard disk. Cu toate acestea, nu toată lumea știe ce este și cum funcționează și, din moment ce vă aflați aici, concluzionam că ne-am dori să aflăm. Ei bine, hai să aflăm!

Ce este un hard disk

Prin tradiție, să ne uităm la definiția unui hard disk pe Wikipedia:

hard disk (șurub, hard disk, hard disk magnetic, HDD, HDD, HMDD) - un dispozitiv de stocare cu acces aleatoriu bazat pe principiul înregistrării magnetice.

Sunt folosite în marea majoritate a computerelor și, de asemenea, ca dispozitive conectate separat pentru stocarea copiilor de rezervă ale datelor, ca stocare de fișiere etc.

Să ne dăm seama puțin. imi place termenul " hard disk ". Aceste cinci cuvinte transmit esența. HDD este un dispozitiv al cărui scop este stocarea datelor înregistrate pe el pentru o perioadă lungă de timp. Baza HDD-urilor sunt discuri dure (aluminiu) cu un strat special, pe care informațiile sunt înregistrate folosind capete speciale.

Nu voi lua în considerare procesul de înregistrare în detaliu - în esență, aceasta este fizica ultimelor clase de școală și sunt sigur că nu aveți nicio dorință să aprofundați în acest lucru și nu despre asta este deloc articolul.

Să fim atenți și la fraza: „ acces aleatoriu „Ceea ce, în linii mari, înseamnă că noi (calculatorul) putem citi informații din orice secțiune a căii ferate în orice moment.

Un fapt important este că memoria HDD-ului nu este volatilă, adică indiferent dacă alimentarea este conectată sau nu, informațiile înregistrate pe dispozitiv nu vor dispărea nicăieri. Aceasta este o diferență importantă între memoria permanentă a computerului și memoria temporară ().

Privind un hard disk de computer în viața reală, nu veți vedea nici discuri, nici capete, deoarece toate acestea sunt ascunse într-o carcasă sigilată (zonă ermetică). În exterior, hard disk-ul arată astfel:

De ce are nevoie un computer de un hard disk?

Să ne uităm la ce este un HDD într-un computer, adică ce rol joacă acesta într-un computer. Este clar că stochează date, dar cum și ce. Aici evidențiem următoarele funcții ale HDD-ului:

• Stocarea sistemului de operare, a software-ului utilizatorului și a setărilor acestora;
• Stocarea fișierelor utilizatorului: muzică, videoclipuri, imagini, documente etc.;
• Utilizarea unei părți din capacitatea hard diskului pentru a stoca date care nu se potrivesc în RAM (fișier de schimb) sau stocarea conținutului RAM în timpul utilizării modului de repaus;

După cum puteți vedea, hard disk-ul computerului nu este doar o gură de fotografii, muzică și videoclipuri. Întregul sistem de operare este stocat pe acesta și, în plus, hard disk-ul ajută să facă față sarcinii RAM, preluând unele dintre funcțiile sale.

În ce constă un hard disk?

Am menționat parțial componentele unui hard disk, acum ne vom uita la asta mai detaliat. Deci, principalele componente ale HDD-ului:

• Cadru — protejează mecanismele hard disk-urilor de praf și umiditate. De regulă, este sigilat, astfel încât umiditatea și praful să nu pătrundă înăuntru;
• Discuri (clătite) - plăci dintr-un anumit aliaj metalic, acoperite pe ambele fețe, pe care se înregistrează datele. Numărul de farfurii poate fi diferit - de la una (în opțiunile bugetare) la mai multe;
• Motor — pe fusul căruia sunt fixate clătitele;
• Bloc de cap - un design de pârghii interconectate (balance) și capete. Partea hard diskului care citește și scrie informații pe acesta. Pentru o clătită, se utilizează o pereche de capete, deoarece atât părțile superioare, cât și cele inferioare funcționează;
• Dispozitiv de poziționare (actuator ) - un mecanism care antrenează blocul capului. Constă dintr-o pereche de magneți permanenți din neodim și o bobină situată la capătul blocului de cap;
• Controlor — un microcircuit electronic care controlează funcționarea HDD-ului;
• Zona de parcare - un loc în interiorul hard disk-ului lângă discuri sau pe partea interioară a acestora, unde capetele sunt coborâte (parcate) în timpul nefuncționării, pentru a nu deteriora suprafața de lucru a clătitelor.

Acesta este un dispozitiv simplu de hard disk. S-a format în urmă cu mulți ani și nu i s-au făcut modificări fundamentale de mult timp. Și mergem mai departe.

Cum funcționează un hard disk?

După ce alimentarea HDD-ului este furnizată, motorul, pe axul căruia sunt atașate clătitele, începe să se rotească. Atinsă viteza cu care se formează un flux constant de aer la suprafața discurilor, capetele încep să se miște.

Această secvență (mai întâi discurile se rotesc, apoi capetele încep să funcționeze) este necesară pentru ca, datorită fluxului de aer rezultat, capetele să plutească deasupra plăcilor. Da, nu ating niciodată suprafața discurilor, altfel acestea din urmă ar fi deteriorate instantaneu. Cu toate acestea, distanța de la suprafața plăcilor magnetice la capete este atât de mică (~10 nm) încât nu o puteți vedea cu ochiul liber.

După pornire, în primul rând, sunt citite informații de service despre starea hard disk-ului și alte informații necesare despre acesta, situate pe așa-numita pistă zero. Abia atunci începe lucrul cu datele.

Informațiile de pe hard diskul unui computer sunt înregistrate pe piste, care, la rândul lor, sunt împărțite în sectoare (ca o pizza tăiată în bucăți). Pentru a scrie fișiere, mai multe sectoare sunt combinate într-un cluster, care este cel mai mic loc în care poate fi scris un fișier.

Pe lângă această partiție de disc „orizontală”, există și o partiție „verticală” convențională. Deoarece toate capetele sunt combinate, ele sunt întotdeauna poziționate deasupra aceluiași număr de piesă, fiecare deasupra discului său. Astfel, în timpul funcționării HDD, capetele par să deseneze un cilindru:

În timp ce HDD-ul rulează, în esență execută două comenzi: citire și scriere. Cand este necesara executarea unei comenzi de scriere, se calculeaza zona de pe disc in care se va executa, apoi se pozitioneaza capetele si, de fapt, se executa comanda. Rezultatul este apoi verificat. Pe lângă scrierea datelor direct pe disc, informațiile ajung și în memoria cache.

Dacă controlerul primește o comandă de citire, mai întâi verifică dacă informațiile necesare sunt în cache. Dacă nu este acolo, se calculează din nou coordonatele pentru poziționarea capetelor, apoi se poziționează capete și se citesc datele.

După terminarea lucrărilor, când alimentarea pe hard disk dispare, capetele sunt parcate automat în zona de parcare.

Practic, acesta este modul în care funcționează un hard disk de computer. În realitate, totul este mult mai complicat, dar cel mai probabil utilizatorul obișnuit nu are nevoie de astfel de detalii, așa că haideți să terminăm această secțiune și să mergem mai departe.

Tipuri de hard disk și producătorii acestora

Astăzi, există de fapt trei producători principali de hard disk pe piață: Western Digital (WD), Toshiba, Seagate. Acestea acoperă pe deplin cererea de dispozitive de toate tipurile și cerințele. Companiile rămase fie au dat faliment, fie au fost absorbite de una dintre principalele trei, fie au fost reutilizate.

Dacă vorbim despre tipurile de HDD, acestea pot fi împărțite după cum urmează:

1. Pentru laptopuri, parametrul principal este dimensiunea dispozitivului de 2,5 inchi. Acest lucru le permite să fie plasate compact în carcasa laptopului;
2. Pentru un PC - în acest caz este posibil să se folosească și hard disk-uri de 2,5", dar, de regulă, se folosesc 3,5";
3. Hard disk-urile externe sunt dispozitive care sunt conectate separat la un PC/laptop, servind cel mai adesea drept stocare de fișiere.

Există, de asemenea, un tip special de hard disk - pentru servere. Sunt identice cu cele obișnuite pentru PC, dar pot diferi în ceea ce privește interfețele de conectare și performanța mai mare.

Toate celelalte diviziuni ale HDD-urilor în tipuri provin din caracteristicile lor, așa că să le luăm în considerare.

Specificații hard disk

Deci, principalele caracteristici ale hard diskului unui computer:

• Volum — un indicator al cantității maxime posibile de date care pot fi stocate pe disc. Primul lucru la care se uită de obicei atunci când aleg un HDD. Această cifră poate ajunge la 10 TB, deși pentru un PC de acasă aleg adesea 500 GB - 1 TB;
• Factor de formă - dimensiunea hard diskului. Cele mai comune sunt 3,5 și 2,5 inci. După cum am menționat mai sus, 2.5″ în majoritatea cazurilor sunt instalate în laptopuri. Ele sunt, de asemenea, utilizate în HDD-urile externe. 3.5″ este instalat pe PC-uri și servere. Factorul de formă afectează, de asemenea, volumul, deoarece un disc mai mare poate încăpea mai multe date;
• Viteza axului — cu ce viteză se rotesc clătitele? Cele mai comune sunt 4200, 5400, 7200 și 10000 rpm. Această caracteristică afectează direct performanța, precum și prețul dispozitivului. Cu cât viteza este mai mare, cu atât sunt mai mari ambele valori;
• Interfață — metoda (tipul conectorului) de conectare a HDD-ului la computer. Cea mai populară interfață pentru hard disk-urile interne de astăzi este SATA (calculatoarele mai vechi foloseau IDE). Hard disk-urile externe sunt de obicei conectate prin USB sau FireWire. Pe lângă cele enumerate, există și interfețe precum SCSI, SAS;
• Volumul tamponului (memorie cache) - un tip de memorie rapidă (cum ar fi RAM) instalată pe controlerul hard diskului, concepută pentru stocarea temporară a datelor care este cel mai des accesată. Dimensiunea bufferului poate fi de 16, 32 sau 64 MB;
• Timp de acces aleatoriu — timpul în care HDD-ul este garantat să scrie sau să citească de pe orice parte a discului. Interval de la 3 la 15 ms;

Pe lângă caracteristicile de mai sus, puteți găsi și indicatori precum:

Pentru a scrie într-un LMD, sunt utilizate metodele FM, modulația de frecvență modificată (MFM) și RLL, în care fiecare octet de date este convertit într-un cod de 16 biți.

Cu metoda MFM, densitatea de înregistrare a datelor se dublează în comparație cu metoda FM. Pentru această metodă (Figura 14.2), dacă bitul de date care este scris este unul, atunci bitul de ceas care îl precede nu este scris. Daca este scris " 0 ", iar bitul anterior a fost " 1 ", atunci nici semnalul de ceas nu este înregistrat, la fel ca bitul de date. Dar dacă înainte" 0 "merita putin" 0 ", atunci semnalul de sincronizare este înregistrat.

În prezent există 3 tipuri de înregistrare:

Metoda de înregistrare în paralel

În prezent, aceasta este cea mai comună tehnologie pentru înregistrarea informațiilor pe HDD-uri. Biți de informații sunt înregistrate folosind un cap mic, care, trecând peste suprafața unui disc rotativ, magnetizează miliarde de zone orizontale discrete - domenii. Fiecare dintre aceste regiuni este un zero logic sau unul, în funcție de magnetizare. Astăzi, domeniile devin atât de mici încât se pune problema stabilității lor. Dezvoltarea ulterioară a acestei tehnologii este discutabilă, mulți consideră că această metodă s-a epuizat. Densitatea de înregistrare folosind această metodă este în prezent de 150 Gbit/in² (23 Gbit/cm²).

Metoda de înregistrare perpendiculară

Pentru a rezolva problema creșterii ulterioare a densității, mulți producători iau în considerare tehnologia în care biți de informații ar fi stocate în domenii verticale. Acest lucru va permite utilizarea câmpurilor magnetice mai puternice și va reduce aria de material necesară pentru a scrie 1 bit. Densitatea de înregistrare a prototipului experimental este de 200 Gbit/inch² (31 Gbit/cm²), în viitor este planificată creșterea densității la 400-500 Gbit/inch² (60-75 Gbit/cm²).

Metoda de înregistrare termică magnetică

Metoda de înregistrare magnetică asistată de căldură (HAMR) este în prezent dezvoltată în mod activ. Această metodă utilizează încălzirea punctuală a discului, ceea ce permite capului să magnetizeze zone foarte mici ale suprafeței sale. Odată ce discul este răcit, magnetizarea este „fixată”. Aceasta este metoda pe care Seagate și IBM intenționează să o utilizeze pentru a obține o densitate de 4 Tbit pe metru pătrat. inch (620 Gbit pe cm2). Acest lucru va face posibilă producerea unui hard disk de 3,5 inchi cu o capacitate de 25 TB. Până acum, densitatea maximă a fost stabilită la 100 Tbit pe metru pătrat. inch (aproximativ 15 TB pe cm2), ceea ce corespunde la 0,65-Pb (petabyte) de volum într-un factor de formă de 3,5 inci.

Format pentru înregistrarea informațiilor pe un disc magnetic dur

HDD-urile folosesc de obicei formate de date cu un număr fix de sectoare pe pistă (17, 34 sau 52) și cu un volum de date de 512 sau 1024 de octeți per sector. Sectoarele sunt marcate cu un marker magnetic.

Formatul specific al datelor este determinat de configurația software internă a PC-ului și de caracteristicile tehnice ale adaptorului de stocare. Structura formatului (Fig. 14.3) este similară cu structura utilizată în NGMD.

Începutul fiecărui sector este indicat de un marcator de adresă. Octeții de sincronizare sunt scriși la începutul câmpurilor de identificare și de date, care servesc la sincronizarea circuitului de alocare a datelor al adaptorului HDD. Identificatorul de sector conține adresa discului din pachet, reprezentată prin coduri de cilindru, cap și număr de sector. Spre deosebire de HDD, în HDD octeții de comparație și de semnalizare sunt introduși suplimentar în identificator. Octetul de comparație reprezintă același număr pentru fiecare sector, cu ajutorul căruia se citește corect identificatorul. Octetul de flag conține un indicator care indică starea pistei (primar sau de rezervă, reparabil sau defect).

Octeții de control sunt scrieți în câmpul de identificare o dată când este scris un identificator de sector și în câmpul de date de fiecare dată când se face o nouă scriere de date. Octeții de control din HDD sunt meniți nu numai să determine, ci și să corecteze erorile de citire. Cele mai frecvent utilizate sunt codurile de corecție polinomială; Utilizarea codurilor specifice depinde de implementarea circuitului adaptorului.

Înainte de a utiliza HDD-ul, este formatarea inițială- o procedură efectuată sub controlul unui program special, în timpul căreia informațiile de service sunt scrise pe pachetul de disc și se verifică adecvarea câmpurilor de date.

Recent, companiile au folosit formatare adaptivă. Esența sa constă în faptul că fiecare unitate este configurată individual din fabrică pentru a asigura cea mai bună performanță și fiabilitate. Pentru a face acest lucru, fiecare pereche de suprafață cap-plată a discului asamblat este testată pentru a determina caracteristicile de performanță, iar apoi fiecare parte a platoului magnetic este formatată individual (etichetată în piste și sectoare) pentru a asigura cea mai bună performanță atunci când lucrați cu acel cap special. . Ca rezultat, densitatea de înregistrare liniară de pe fiecare parte a fiecărui platou poate să nu se potrivească cu cele adiacente.

Cinci intervale diferite în HDD sunt folosite pentru a sincroniza procesele electronice de citire-scriere și pentru a controla funcționarea componentelor electromecanice ale unității.

Ca urmare a formatării inițiale, se determină locația sectoarelor și se stabilesc numerele logice ale acestora. Deoarece viteza de rotație a discului este foarte mare, pentru a asigura un număr minim de rotații de disc la accesarea sectoarelor consecutive, sectoarele cu numere secvențiale sunt plasate N sectoare fizice unul de celălalt (Fig. 14.4).

LA Ordinea sectorului este setată la formatarea discului. Rapoartele de alternanță sunt 6:1, 3:1 și 1:1. Cele mai recente modele de HDD folosesc raporturi 1:1, iar controlerele lor citesc informații de pe o pistă întreagă de pe disc într-un singur rând și apoi le stochează în memoria tampon. Când se face o solicitare din memoria tampon, informațiile sunt transferate din sectoarele necesare.

Fiecare pistă de pe un disc este împărțită în același număr de sectoare, astfel încât sectoarele de pe piste care sunt mai aproape de pista zero sunt mai mici. Pentru a înregistra astfel de sectoare

se folosesc câmpuri magnetice de intensitate mai mare ( scrie compensația). Numărul de suprafețe de disc (capete), numărul de cilindri (piele) și punctul de la care începe compensarea scrierii sunt setări de configurat Controler HDD.

Timp mediu de acces la informațiile de pe HDD este

t av =t n +0,5/F+t rev, (14,1)

unde t n este timpul mediu de poziționare; F - viteza de rotație a discului; t exchange - timp de schimb. Timpul de schimb depinde de hardware-ul controlerului și de tipul interfeței acestuia, de prezența unui buffer cache încorporat, de algoritmul de codificare a datelor de pe disc și de coeficientul de intercalare.

Principiul de funcționare a unui hard disk este destul de simplu. Un hard disk tipic este format din mai multe componente principale, cum ar fi:

• corp din aliaj rezistent la impact,
• plăci cu acoperire magnetică,
• bloc de cap cu dispozitiv de poziționare,
• unitate electronică și
• acționare electrică

Mulți utilizatori cred că hard disk-urile sunt sigilate. Cu toate acestea, acest lucru nu este adevărat - este necesar să se mențină o presiune constantă în interior în timpul fluctuațiilor de temperatură. În acest sens, hard disk-ul este echipat cu un filtru care prinde particule cu un diametru de până la câțiva micrometri.

Unitatea electronică conține propriul dispozitiv de stocare și mai multe subblocuri care sunt responsabile pentru procesarea semnalului digital, controlul și funcționarea interfeței. Funcționarea hard disk-ului în sine este foarte asemănătoare cu structura unui reportofon. Suprafața de lucru a discului se mișcă cu o anumită viteză în raport cu capul de citire. În timpul procedurii de scriere sau citire, capetele plutesc deasupra suprafeței discului pe o pernă de aer. Dacă o bucată de praf intră în golul dintre disc și cap, capetele pot lovi suprafața, deteriora discul și chiar se pot arde.

Un disc magnetic poate fi realizat nu numai din metal, ci și din sticlă, așa cum era cazul modelelor de la IBM. Există un strat magnetic pe suprafața discului, care servește drept bază pentru înregistrarea informațiilor. Biți de informații sunt înregistrate folosind un cap, care, trecând peste suprafața unui disc rotativ, magnetizează miliarde de zone orizontale discrete - domenii. Fiecare dintre aceste regiuni este un zero logic sau unul, în funcție de magnetizare.

Inițial, suprafața clătitei este complet goală, adică domeniile magnetice nu sunt orientate în niciun fel. Pentru a orienta blocul de capete magnetice, pe discul magnetic sunt aplicate semne speciale - marcaje servo. Acest lucru este realizat de blocul „nativ” de capete magnetice, care, la rândul său, este controlat de un dispozitiv extern. După marcare, hard disk-ul în sine este capabil să citească informații și să scrie la suprafață. Pentru volume mari de hard disk, în el sunt instalate mai multe discuri magnetice, care sunt atașate la motorul axului și formează un teanc de clătite.

Caracteristici

Interfață- în general, determină locul sau metoda de conectare/contact/comunicare. Acest termen este folosit în diferite domenii ale științei și tehnologiei. Unitățile moderne pot folosi interfețe SATA, IDE, USB, IEEE 1394 etc.

Dimensiunea fizică(factor de formă) - dimensiunea instalată a hard disk-ului. Unitățile pentru computere personale și servere au dimensiunea de 3,5 inchi. Hard disk-urile de 2,5 inchi sunt mai des folosite la laptopuri. Alte formate comune sunt 1,8 inchi, 1,3 inchi și 0,85 inci.

Viteza axului- numărul de rotații ale axului pe minut. Timpul de acces și viteza de transfer de date depind în mare măsură de acest parametru. În prezent, hard disk-urile sunt produse cu următoarele viteze standard de rotație: 4200, 5400 și 7200 (laptop-uri), 7200 și 10.000 (calculatoare personale), 10.000 și 15.000 rpm (servere și stații de lucru performante).

Timp de acces aleatoriu- Un parametru unic pentru evaluarea vitezei hard disk-ului. În engleză, este folosit analogul timpului de acces aleatoriu. Timpul mediu de acces pentru modelele moderne variază de la 3 la 15 ms. Cu cât valoarea este mai mică, cu atât mai bine. De regulă, discurile de server au timpul minim.

Piața HDD-urilor

Poveste

Nume

Pentru o expresie precum Hard Disk Drive (HDD), lingviştii folosesc un nume retronimic - un termen inventat de lingvişti pentru un nou nume pentru un fenomen existent pentru a-l distinge de ceva mai nou, în acest caz, dischete. Și iată o situație ciudată: nu există dischete, nu este nevoie să distingem dischetele de hard disk, dar retronimul rămâne, dar acum servește la distingerea HDD-urilor de Solid State Drive/Disk (SSD), care în general sunt nu discuri deloc.

Magnofoare uriașe

Succesul discurilor pare un fel de incident. Într-un dispozitiv mecanic care a devenit parte integrantă a sistemelor electronice, timpul de mișcare a capetelor este măsurat în cantități complet diferite decât viteza proceselor electronice. Lipsa de armonie în uniunea dintre electronică și mecanică s-a remarcat cu mult timp în urmă, în anii cincizeci, când au fost create primele discuri. Dar atunci nu a existat nicio alternativă la mecanică, deoarece tehnologia semiconductoarelor făcea doar primii pași, a fost necesar să se facă în mod deliberat o căsătorie inegală pentru a atinge scopul, dar s-a dovedit a fi mai mult decât de succes. Scopul a fost accesul direct la volume mari (după acele standarde) de date, ceea ce rămânea imposibil atâta timp cât datele erau citite într-un flux fie de pe bandă, fie de pe carduri perforate. Datele citite de pe suport ar putea fi plasate fie într-o memorie RAM mică, fie ar putea fi schimbate și pompate date din tambur. Unele sisteme de operare aveau utilitare pentru citirea fișierelor de pe benzi, dar acesta a fost un proces teribil de lent.

În primele zile ale sistemelor informatice, hard disk-urile tipice erau doar modele experimentale. Calculatoarele erau ca niște magnetofone uriașe. În principiu, înregistrarea și citirea informațiilor nu era diferită de un casetofon obișnuit - datele erau aranjate liniar. Cei care își amintesc și de computerele bazate pe medii cu bandă magnetică știu cum este să aștepte ca următorul nivel să se încarce - derularea obișnuită a casetei la locul potrivit.

Primele computere personale foloseau un reportofon obișnuit ca dispozitiv de stocare. O unitate de disc era un lux inaccesibil pentru ei. Acei utilizatori care au venit cu o unitate de disc cu computerul lor puteau deja simți o aparență de libertate de acțiune. Primele calculatoare IBM au venit cu una sau două unități de disc.

Discuri Rabinow

Ideea unui disc ca dispozitiv cu capete care se mișcă în spațiu se afla la suprafață și încercările de a-l implementa au fost făcute de multe companii. Muzeul Calculatoarelor din Mountain View găzduiește mai multe versiuni ale unităților. Succesul comercial a venit mai devreme decât alții la IBM, care a putut cheltui mai mult pe dezvoltare decât alții, așa că toate cronicile evoluției discurilor indică data 1956 ca punct de plecare și unitatea de disc care făcea parte din IBM 305 RAMAC (Random). Metoda de acces de contabilitate și control) computer, al cărui nume indică în mod direct capacitatea sa unică de acces aleatoriu la acel moment - Metoda de acces aleatoriu.

Dar IBM nu a fost primul. Cea mai timpurie unitate de lucru a fost făcută de geniul inventator Yakov Rabinov (1910-1999) în 1951, care și-a dedicat întreaga viață lucrului la Biroul Național de Standarde. S-a născut la Harkov, numele său original era Rabinovici, după revoluția din 1921, el și părinții săi s-au mutat prin China și apoi au lucrat aproape 70 de ani în divizia de cercetare a Biroului Național de Standarde. Rabinow nu a devenit om de știință, dar a fost un geniu pentru invențiile practice, printre care, de exemplu, o tehnologie îmbunătățită de batere care a prelungit durata de viață a monedelor, o invenție care a adus Trezoreriei Statului multe miliarde de economii la producția de monede metalice. . Cu toate acestea, doar una dintre invențiile sale - un dispozitiv numit Notched-Disk Magnetic Memory Device - nu i-a adus nici bani, nici recunoaștere pe viață. Era format din zece „clătite” de 18 inchi, așa cum au fost numite ulterior discurile, cu un segment tăiat astfel încât să poată fi schimbate pe ax.

Experții de la IBM au studiat invenția lui Rabinow și nu au ascuns prioritatea. După ce au analizat discul lui Rabinow, au lansat în 1953 raportul „O propunere pentru fișierul cu acces aleatoriu rapid”, care a devenit baza proiectului RAMAC.

1956: IBM RAMAC - dulap de 975 kg

Anii 2000: Înregistrare magnetică perpendiculară

Când producătorii de HDD-uri s-au confruntat cu limite de capacitate la începutul anilor 2000, Toshiba și Seagate au simplificat aranjarea biților de date pe platoul de discuri. Trecerea de la înregistrarea magnetică longitudinală la cea perpendiculară a crescut capacitatea HDD-ului de nu mai puțin de 10 ori.

2012: Densitatea informațiilor de pe discuri se poate dubla până în 2016

Densitatea maximă de stocare a hard disk-urilor s-ar putea dubla până în 2016, potrivit unui alt studiu IHS iSuppli publicat în 2012. Anterior, producătorul de hard disk Seagate a făcut o prognoză similară. Potrivit analiștilor, acest lucru va extinde utilizarea HDD-urilor în sistemele cu cantități mari de date, inclusiv sisteme audio și vizuale.

O serie de tehnologii la care lucrează în prezent furnizorii vor permite creșterea densității hard disk-urilor, în special tehnologia de înregistrare magnetică asistată de căldură (HAMR), pe care Seagate a brevetat-o ​​încă din 2006. Compania a mai spus că ar putea lansa o unitate de 60TB de 3,5 inci până în 2016. Discurile de laptop pot ajunge la 10-20 TB până în acest moment, conform prognozei IHS iSuppli.

De asemenea, analiștii observă că densitatea de înregistrare va crește până la un maxim de 1800 Gbit pe inch pătrat până în 2016, față de 744 Gbit în 2011. Potrivit IHS iSuppli, densitatea înregistrărilor pe disc va crește până în 2016 la 1800 Gbit pe inch pătrat de la 744 Gbit în 2011. Din 2011 până în 2016, creșterea densității înregistrărilor HDD va crește cu o medie de 19% pe an.

De la data lansării studiului, HDD-ul cu densitatea maximă a fost lansat de Seagate în septembrie 2011: deține 4TB de date, dimensiunea discului este de 3,5 inci. Densitatea discului este de 625 Gbits per inch pătrat.

HDD HAMR, care folosește un laser pe capul de citire/scriere al hard diskului pentru a împacheta mai strâns biți mai mici pe discul rotativ decât înregistrarea magnetică tradițională.

Ideea modernă a discurilor

Discurile au evoluat în mai multe direcții principale:

Valul actual de interes public pentru SDD-uri nu ar trebui să pună la îndoială viitorul relativ al HDD-urilor aceste unități au trăit și vor trăi, dezvoltându-se și îmbunătățindu-se constant. Un disc de 20 TB va apărea în viitorul apropiat, iar producția totală crește constant cu 1-3% pe an.

creșterea vitezei și a capacității discului;

Dezvoltarea în prima direcție a dus la apariția HDD-urilor care sunt capabile să stocheze volume de terabyte și să mențină rate de transfer ridicate.

Al doilea este de a crea hardware și software care să susțină funcționarea discurilor: sisteme de fișiere capabile să suporte discuri terabyte și abstracții din fizica stocării, incl. interfețe de mare viteză, matrice RAID care oferă o fiabilitate ridicată a stocării, rețele de stocare SAN și unități de rețea NAS.

Al treilea este apariția dispozitivelor cu stare solidă la nivel de întreprindere, create foarte recent (Solid State Device, SSD) în combinație cu o interfață NVMe orientată către aceste dispozitive. Acum s-a deschis posibilitatea de „stocare inteligentă”, adică redistribuirea automată, optimă din punct de vedere al costurilor, a stocării de date între SSD-uri, HDD-uri și benzi, în funcție de cererea de date.