Что такое жесткий диск. Жесткий диск - это что такое? Особенности жестких дисков

Многие слышали такие слова, как HDD , «жесткий диск », «винт » или «винчестер ». Все это слова синонимы одного и того же устройства. Жесткий диск – это устройство хранения и запоминания информации, которое основано на принципах магнитной записи. Винчестер в большинстве современных компьютеров является главным накопителем данных. Он сохраняет в себе информацию даже при выключенном компьютере, его также можно извлечь из системного блока компьютера и подключить к другому ПК .

История появления жесткого диска Главное отличие жесткого диска от дискет – это запись информации на жестких пластинах (алюминиевых или стеклянных), покрытых ферромагнитным материалом, в большинстве случаев двуокисью хрома. Винчестеры чаще всего применяют как несъемный носитель информации , но в последние годы был изобретен съемный жесткий диск , получивший широкое применение. Винчестер обычно совмещают с приводом, накопителем и блоком электроники.

Впервые на компьютерном рынке «винт» появился в далеком 1957 году. Появился на свет он, благодаря компании IBM , задолго до появления персонального компьютера. Он был способен вмещать 5 МБ информации и стоил сумасшедших денег. Чуть позже был разработан 10 МБ жесткий диск, но уже для ПК. Винчестер состоял из 30 дорожек и 30 секторов в каждой. После маркировки «30/30» одноименной с популярным карабином марки «Винчестер » накопитель получил название в разговорной речи «винчестер » или сокращенное «винт». На территории Европы и США этот термин исчез еще в 90-е годы и только в России его продолжают на сленге называть таким образом.

Винчестер состоит из нескольких металлических дисков, покрытых особенным веществом, которое может сохранять магнитное поле. Количество металлических пластин в жестком диске бывает от одной до трех. Такие диски обладают очень гладкой поверхностью и отличной балансировкой. Эти качества необходимы для высокой скорости вращения. Специальные магнитные головки, расположенные по одной с разных сторон дисков, позволяют осуществлять запись на них. Головки обладают магниторезисторными свойствами, чутко реагирующими на изменения магнитного поля через изменения силы тока, возбуждаемого в головке. Получаемый сигнал считывается, а затем преобразуется в цифровую форму. Сама головка под воздействием импульсов тока способна создавать магнитное поле. В зависимости от направления магнитного момента происходит намагничивание участков диска.

Данные на дисках хранятся в так называемых дорожках. По ходу работы винчестера магнитные головки меняют свое месторасположение с одной дорожки на другую. В современных HDD для изменения положения магнитных головок применяется соленоидный привод.

Дорожка состоит из секторов, в каждом из которых хранится 512 байт данных. Наименьший объем диска – это сектор. Произведение цилиндров, секторов и количество головок есть максимально объем, который может храниться на винчестере. Почти все производители стремятся сделать как можно более плотные дорожки и сократить количество дисков.

Во время работы жесткого диска появляются испорченные сектора и дорожки. При низкоуровневом форматировании они специально помечаются и в дальнейшем при работе винчестера не учитываются.

Основные параметры жесткого диска

Основной характеристикой жесткого диска является емкость (объем информации способный вместить в себя). Емкость измеряют в гигабайтах (ГБ ). Один ГБ равен 1000 мегабайтам (МБ ). В свою очередь 1МБ равен 1000 килобайтам (КБ ). Но в информационном мире принята несколько иная система подсчета. Вместо 1000 считают 1024. На это надо обратить внимание. При диагностике компьютера операционная система укажет меньшее количество ГБ , чем указано фирмой-изготовителем.

Другой важной характеристикой является скорость вращения шпинделя. Этот показатель напрямую влияет на скорость работы винчестера (то есть, как быстро будет происходить обмен информацией с другими устройствами компьютера). Чем выше скорость вращения, тем быстрее происходит считывание и запись информации жесткого диска. Для настольных компьютеров неплохим показателем считается 7200 об/мин . При более высоких показателях вращения скорость винчестера значительно увеличивается.

Еще одним важным параметром является время произвольного доступа, тесно связанное со скоростью вращения. Большинство производителей при продажах не указывают этот показатель, но если покопаться в интернете такую информацию можно легко найти. Время произвольного доступа показывает, за какой период жесткий диск прочитает или запишет информацию на любом из участков диска. Этот параметр измеряется в миллисекундах. Чем ниже показатель, тем выше скорость работы винчестера.

Важно знать, каким интерфейсом оснащен «винт ». Простыми словами разъем жесткого диска, которым он присоединяется к материнской плате. Раньше был IDE , но сейчас ему на смену пришел SATA . Последним оборудуются все современные жесткие диски , они быстрее работают и удобнее при установке. Необходимо учитывать, каким интерфейсом оборудована материнская плата. При несовпадении разъемов подключение окажется невозможным.

Бывают еще диски специально для серверов. Они одинаковы по размерам с обычными HDD , но в работе намного шустрее. Скорость вращения таких устройств достигает 15000 об/мин. Они отличаются более высокой надежностью, чем винчестеры для настольных компьютеров. Диски для серверов бывают с последовательным интерфейсом SAS и SATA и параллельным SCSI .

Не так давно были придуманы внешние жесткие диски. Они очень удобны в использовании, обладают меньшими размерами и весом, большими объемами данных. Их еще называют мобильными носителями или «большой флешкой». С помощью внешних HDD удобно переносить различную информацию в виде аудиозаписей, офисных архивов и мультимедийных файлов. Контроллеры способны поддерживать USB 2.0, 3.0 и FireWire.

Средняя скорость вращения жестких дисков для ноутбуков 5400 об/мин или 4200 об/мин. Также, они должны быть ударостойки.

Основные интерфейсы подключения

USB – передача последовательная данных. Пропускная способность USB 1.1 – 12 МБ/с, USB 2.0 – 480 МБ/с USB 3.0 – 5 ГБ/с.

IDE –передача данных параллельная. Пропускная способность примерно 133 МБ/с. Обычно этот интерфейс используется обычно в настольных компьютерах и ноутбуках.

SATA – параллельная передача данных. Пропускная способность около 300 МБ/с. Основной конкурент IDE. SATA более устойчив к помехам и чуть лучше, чем IDE.

SCSI – параллельная передача данных. В основном применяется при работе с серверами. Его отличает высокая производительность и надежность.

Serial Attached SCSI (SAS) – последовательная передача информации. Усовершенствованная версия SCSI с улучшенной производительностью и надёжностью.

FireWire – последовательная передача. Скорость близка к 400 МБ/с. Для работы с видеофайлами – это лучший выбор.

Производители

Еще в конце прошлого века на компьютерном рынке было множество компаний-производителей жестких дисков . Но на данный момент количество фирм заметно сократилось. Некоторые не выдержали конкуренции, другие были куплены более мощными конкурентами, третьи начали заниматься производством отличной от винчестеров продукции.

В середине 90-х годов винчестеры выпускала фирма Conner Peripherials , позже приобретенная Seagate , и Micropolis . Последняя делала высокачественные SCSI накопители премиум-класса для серверов. Компания выпускала весьма дорогую продукцию, но из-за поставок некачественных подшипников шпинделей фирма понесла огромные убытки на возврате и замене винчестеров, а впоследствии разорилась. Она также была выкуплена Seagate.

Популярна и сейчас продукция японской компании Fujitsu . Сейчас она делает ставку на выпуск винчестеров для ноутбуков и SCSI накопители. Но у нее уже не такой оборот, как в прошлом веке. В 2001 году фирма постигла серьезная неудача. В тот год массово выходила из строя микросхема контроллера, в результате компания понесла серьезные финансовые потери, после которых не оправилась до сих пор. А ведь до поломки японская фирма считалась лидером в производстве жестких дисков. Винчестеры этого производителя отличались отличными характеристиками вращающихся поверхностей. В 2009 году массовое производство жестких дисков Fujitsu отошло к Toshiba .

Диски подразделения IBM до начала 2000 года считались эталонными. Но после массовых отказов от накопителей для ПК из-за окисления контактов разъема гермобанки, американское отделение понесло значительные финансовые потери, и было продано Hitachi .

Компания Quantrum оставила яркий след в истории, но из-за массовых поломок HDD в серии СХ , она тоже выпала с компьютерного рынка.

Ведущей в своей области считалась фирма Maxtor. В начале 2001 года она выкупает подразделение Quantrum , занимающееся производством жестких дисков и в наследство получает шлейф проблем купленной компании из-за «тонких» дисков. В 2006 году происходит ее слияние с компанией Seagate .

Весна 2011 году стала последней для Hitachi , очень популярной на рынке жестких дисков . Она приобретена Western Digital , а в том же году подразделение HDD Samsung переходит к Seagate.

Сейчас на рынке винчестеров осталось только три производителя – S eagate, Western Digital и Toshiba . Но в последнее время в связи развитием технологии SSD и появлением внешних жестких дисков, количество компаний готовых предложит новые технологии и разработки начинает опять увеличиваться.

Жесткий диск (HDD, ВИНТ, ВИНЧЕСТЕР) – это накопитель информации в персональном компьютере. Жесткий диск – предназначен для хранения и передачи информации. На жестком диске данные хранятся на магнитной поверхности диска. Информация записывается и снимается с помощью магнитных головок. Внутри жесткого диска может быть установлено несколько пластин — дисков. Двигатель, вращающий диск, включается при подаче питания на диск и остается включенным до снятия питания. Двигатель вращается с постоянной скоростью, измеряемой в оборотах в минуту (rpm). Данные организованы на диске в цилиндрах, дорожках и секторах. Цилиндры — концентрические дорожки на дисках, расположенные одна над другой. Дорожка затем разделяется на сектора. Диск имеет магнитный слой на каждой своей стороне. Каждая пара головок одета как бы на «вилку», обхватывающую каждый диск. Эта «вилка» перемещается над поверхностью диска с помощью отдельного серводвигателя (а не шагового, как часто ошибочно думают — шаговый двигатель не позволяет быстро перемещаться над поверхностью). Все жесткие диски имеют резервные сектора, которые используются его схемой управления, если на диске обнаружены дефектные сектора.

Устройство жесткого диска:

Интерфейсы жестких дисков

Интерфейсом накопителей называется набор электроники, обеспечивающий обмен информацией между контроллером устройства (кеш-буфером) и компьютером. Интерфейс — это способ взаимодействия жесткого диска и материнской платы компьютера. Он представляет собой набор специальных линий и специального протокола (набора правил передачи данных). То есть чисто физически — это шлейф (кабель, провод), с двух сторон которого находятся входы, а на жестком диске и материнской плате есть специальные порты (места, куда присоединяется кабель). Таким образом, понятие интерфейс — включает в себя соединительный кабель и порты, находящиеся на соединяемых им устройствах.

IDE — в переводе с английского «Integrated Drive Electronics», что буквально означает — «встроенный контроллер». Это уже потом IDE стали называть интерфейсом для передачи данных, поскольку контроллер (находящийся в устройстве, обычно в жестких дисках и оптических приводах) и материнскую плату нужно было чем-то соединять. Его (IDE) еще называют ATA (Advanced Technology Attachment), получается что то вроде «Усовершенствованная технология подсоединения».

Что тут сказать, IDE хоть и был очень медленный (пропускная способность канала передачи данных составляла от 100 до 133 мегабайта в секунду в разных версиях IDE — и то чисто теоретически, на практике гораздо меньше), однако позволял присоединять одновременно сразу два устройства к материнской плате, используя при этом один шлейф.

Причем в случае подключения сразу двух устройств, пропускная способность линии делилась пополам. Однако, это далеко не единственный недостаток IDE. Сам провод, как видно из рисунка, достаточно широкий и при подключении займет львиную долю свободного пространства в системном блоке, что негативно скажется на охлаждении всей системы в целом. В общем IDE уже устарел морально и физически, по этой причине разъем IDE уже не встретить на многих современных материнских платах, хотя до недавнего времени их еще ставили (в количестве 1 шт.) на бюджетные платы и на некоторые платы среднего ценового сегмента.

Следующим, не менее популярным, чем IDE в свое время, интерфейсом является SATA (Serial ATA) , характерной особенностью которого является последовательная передача данных. Стоит отметить, что на момент написания статьи — является самым массовым для применения в ПК.

Интерфейсы SATA, SATA 2(II), SATA 3 (III)

В 2002 году появились первые жёсткие диски, с прогрессивным, на то время, интерфейсомSATA . Максимальная скорость передачи данных которого, составляла 150 Мбайт/c.

Если говорить о преимуществах, то первое что бросается в глаза – это замена 80-жильного шлейфа (рис.1), на семижильный кабель SATA (рис.3), который намного устойчивее к помехам, что позволило увеличить стандартную длину кабеля с 46 см до 1м. Также, были разработаны соответствующие разъёмы SATA (рис.4), которые в несколько раз компактнее, нежели разъёмы предшествующего стандарта IDE. Это позволило разместить на материнской плате больше разъёмов, теперь на новых материнских платах можно встретить более 6 разъёмов SATA, против традиционных 2-3 IDE, в старых материнских платах ориентированных на данный стандарт.

Далее, появился стандарт SATA ІІ, скорость передачи данных докатилась до 300 Мбайт/c. Данный стандарт заимел множество преимуществ, среди них: технология Native Command Queuing (именно она позволила достичь скорости 300Мбайт/с), горячее подключение дисков, выполнение нескольких команд одной транзакцией и другие.

Ну, а в 2009 году на свет был представлен интерфейс SATA 3 . Данным стандартом предусмотрена передача данных со скоростью 600 Мбайт/c (для жёстких дисков «ой» как избыточно).

В актив улучшений интерфейса можно дописать более эффективное управление питанием и, конечно же, повышение скорости.

Следует отметить, что SATA, SATA II и SATA III, полностью совместимы.

• 1956 год - жёсткий диск IBM 350 в составе первого серийного компьютера IBM 305 RAMAC. Накопитель занимал ящик размером с большой холодильник и имел вес 971 кг, а общий объём памяти 50 вращавшихся в нём покрытых чистым железом тонких дисков диаметром 610 мм составлял около 5 миллионов 6-битных байт.
• 1980 год - первый 5,25-дюймовый Winchester, Shugart ST-506, 5 Мб.
• 1981 год - 5,25-дюймовый Shugart ST-412, 10 Мб.
• 1986 год - стандарты SCSI, ATA.
• 1990 год - максимальная ёмкость 320 Мб.
• 1995 год - максимальная ёмкость 2 Гб.
• 1997 год - максимальная ёмкость 10 Гб.
• 1998 год - стандарты UDMA/33 и ATAPI.
• 1999 год - IBM выпускает Microdrive ёмкостью 170 и 340 Мб.
• 2000 год - IBM выпускает Microdrive ёмкостью 500 Мб и 1 Гб.
• 2002 год - стандарт ATA/ATAPI-6 и накопители емкостью свыше 137 Гб.
• 2003 год - появление SATA.
• 2003 год - Hitachi выпускает Microdrive ёмкостью 2 Гб.
• 2004 год - Seagate выпускает ST1 - аналог Microdrive ёмкостью 2.5 и 5 Гб.
• 2005 год - максимальная ёмкость 500 Гб.
• 2005 год - стандарт Serial ATA 3G.
• 2005 год - появление SAS.
• 2005 год - Seagate выпускает ST1 - аналог Microdrive ёмкостью 8 Гб.
• 2006 год - применение перпендикулярного метода записи в коммерческих накопителях.
• 2006 год - появление первых «гибридных» жёстких дисков, содержащих блок флеш-памяти.
• 2006 год - Seagate выпускает ST1 - аналог Microdrive ёмкостью 12 Гб.
• 2007 год - Hitachi представляет первый коммерческий накопитель ёмкостью 1 Тб.
• 2009 год - на основе 500-гигабайтных пластин Western Digital, затем Seagate Technology LLC выпустили модели ёмкостью 2 Тб.
• 2009 год - Samsung выпустила первые жёсткие диски с интерфейсом USB 2.0
• 2009 год - Western Digital объявила о создании 2,5-дюймовых HDD объемом 1 Тб
• 2009 год - появление стандарта SATA 3.0.
• 2010 год - Seagate выпускает жёсткий диск объемом 3 Тб.
• 2010 год - Samsung выпускает жёсткий диск с пластинами, у которых плотность записи - 667 Гб на одной пластине
• 2011 год - Western Digital выпустила первый диск на 750 Гб пластинах.

В данной статье будет идти речь только о жестких дисках (HDD) то есть о носителях на магнитных дисках. О SSD будет следующая статья.

Что такое жесткий диск

По традиции, давайте подсмотрим определение жесткого диска в Википедии:
Жесткий диск (винт, винчестер, накопитель на жестких магнитных дисках, НЖМД, HDD, HMDD) - запоминающее устройство произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи.
Используются в подавляющем большинстве компьютеров, а также как отдельно подключаемые устройства для хранения резервных копий данных, в качестве файлового хранилища и т.п.
Чуть-чуть разберемся. Мне нравится термин «накопитель на жестких магнитных дисках«. Эти пять слов передают всю суть. HDD - устройство, предназначение которого длительное время хранить записанные на него данные. Основой HDD являются жесткие (алюминиевые) диски со специальным покрытием, на которое при помощи специальных головок записывается информация.
Не буду рассматривать в деталях сам процесс записи - по сути это физика последних классов школы, и вникать в это, уверен, у вас желания нет, да и статья совсем не о том.
Также обратим внимание на фразу: «произвольного доступа» что, грубо говоря, означает, что мы (компьютер) можем в любое время считать информацию с любого участка ЖД.
Важным является тот факт, что память HDD не энергозависима, то есть не важно подключено питание или нет, записанная на устройство информация никуда не исчезнет. Это важное отличие постоянной памяти компьютера, от временной (ОЗУ).
Взглянув на жесткий диск компьютера в жизни, вы не увидите ни дисков, ни головок, так как все это скрыто в герметичном корпусе (гермозона). Внешне винчестер выглядит так.
Думаю что такое HDD вы поняли. Идем дальше.

Для чего компьютеру нужен жесткий диск

Рассмотрим что такое HDD в компьютере, то есть какую роль он играет в ПК. Понятно, что он хранит данные но, как и какие. Здесь выделим такие функции НЖМД:
- Хранение ОС, пользовательского ПО и их настроек;
- Хранение файлов пользователя: музыка, видео, изображения, документы и т.д;
- Использование части объема жесткого диска, для хранения данных не помещающихся в ОЗУ (файл подкачки) или хранение содержимого оперативной памяти во время использования режима сна;
- Как видим, жесткий диск компьютера не просто свалка из фотографий, музыки и видео. На нем хранится вся операционная система, и помимо этого ЖД помогает справляться с загруженностью ОЗУ, беря на себя часть ее функций.

Из чего состоит жесткий диск

Мы частично упоминали о составных жесткого диска, сейчас разберемся с этим детальнее. Итак, основные составляющие HDD:
- Корпус - защищает механизмы жесткого диска от пыли и влаги. Как правило, является герметичным, дабы внутрь та самая влага и пыль не попадали;
- Диски (блины) - пластины из определенного сплава металлов, с нанесенным с обеих сторон покрытием, на которое и записываются данные. Количество пластин может быть разным - от одной (в бюджетных вариантах), до нескольких;
- Двигатель - на шпинделе которого закреплены блины;
- Блок головок - конструкция из соединенных между собой рычагов (коромысел), и головок. Часть ЖД, которая считывает и записывает на него информацию. Для одного блина используется пара головок, поскольку и верхняя, и нижняя часть у него рабочая;
- Устройство позиционирования (актуатор) - механизм приводящий в действие блок головок. Состоит из пары постоянных неодимовых магнитов и катушки, находящейся на конце блока головок;
- Контроллер - электронная микросхема управляющая работой HDD;
- Парковочная зона - место внутри винчестера рядом с дисками либо на их внутренней части, куда опускаются (паркуются) головки во время простоя, чтобы не повредить рабочую поверхность блинов.
Такое вот незамысловатое устройство жесткого диска. Сформировалось оно много лет назад, и никаких принципиальных изменений в него уже давно не вносились. А мы идем дальше.

Как работает жесткий диск

После того, как на HDD подается питание двигатель, на шпинделе которого закреплены блины, начинает раскручиваться. Набрав скорость, при которой у поверхности дисков образовывается постоянный поток воздуха, начинают двигаться головки.
Данная последовательность (сначала раскручиваться диски, а затем начинают работать головки) необходима для того, чтобы за счет образовавшегося потока воздуха, головки парили над пластинами. Да, они никогда не касаются поверхности дисков, иначе последние были бы моментально повреждены. Тем не менее, расстояние от поверхности магнитных пластин до головок настолько маленькое (~10 нм), что вы не увидите его невооруженным глазом.
После запуска, в первую очередь происходит считывание служебной информации о состоянии жесткого диска и других необходимых сведениях о нем, находящихся на так называемой нулевой дорожке. Только затем начинается работа с данными.
Информация на жестком диске компьютера записывается на дорожки которые, в свою очередь, разбиты на сектора (такая себе разрезанная на кусочки пицца). Для записи файлов несколько секторов объединяют в кластер, он и является наименьшим местом, куда может быть записан файл.
Кроме такого «горизонтального» разбиения диска, есть еще условное «вертикальное». Поскольку все головки объединены, они всегда позиционируются над одной и той же по номеру дорожкой, каждая над своим диском. Таким образом, во время работы HDD головки как бы рисуют цилиндр.
Пока HDD работает, по сути он выполняет две команды: чтение и запись. Когда необходимо выполнить команду записи, происходит вычисление области на диске куда она будет производится, затем позиционируются головки и, собственно, выполняется команда. Затем результат проверяется. Кроме записи данных прямо на диск, информация также попадает в его кеш.
Если контроллеру поступает команда на чтение, в первую очередь происходит проверка наличия требуемой информации в кеше. Если ее там нет, снова происходит вычисление координат для позиционирования головок, дальше, головки позиционируется и считывают данные.
После завершения работы, когда питание винчестера исчезает, происходит автоматическая парковка головок в парковочных зоне.
Вот так в общих чертах и работает жесткий диск компьютера. В действительности же все намного сложнее, но обычному пользователю, скорее всего, такие подробности не нужны, поэтому закончим с этим разделом и пойдем дальше.

Виды жестких дисков и их производители

На сегодняшний день, на рынке существует фактически три основных производителя жестких дисков: Western Digital (WD), Toshiba, Seagate. Они полностью покрывают спрос на устройства всех видов и требований. Остальные компании либо разорились, либо были поглощены кем-то из основной тройки, или перепрофилировались.
Если говорить о видах HDD, их можно разделить таким образом:

1. Для ноутбуков - основной параметр - размер устройства в 2,5 дюйма. Это позволяет им компактно размещаться в корпусе лептопа;
2. Для ПК - в этом случае также возможно использование 2,5″ жестких дисков, но как правило, используются 3,5 дюйма;
3. Внешние жесткие диски - устройства, отдельно подключаемые к ПК/ноутбуку, чаще всего выполняющие роль файлового хранилища.
Также выделяют особый тип жестких дисков - для серверов. Они идентичны обычным ПКшным, но могут отличаются интерфейсами для подключения, и большей производительностью.

Все остальные разделения HDD на виды происходят от их характеристик, поэтому рассмотрим их.

Характеристики жестких дисков

Итак, основные характеристики жесткого диска компьютера:

Объем - показатель максимально возможного количества данных, которые можно будет вместить на диске. Первое на что обычно смотрят при выборе HDD. Данный показатель может достигать 10 Тб, хотя для домашнего ПК чаще выбирают 500 Гб - 1 Тб;
- Форм-фактор - размер жестокого диска. Самые распространенные - 3,5 и 2,5 дюйма. Как говорилось выше, 2,5″ в большинстве случаев, устанавливаются в ноутбуки. Также их используют во внешних HDD. В ПК и на сервера устанавливают 3,5″. Форм фактор влияет и на объем, так как на больший диск может поместиться больше данных;
- Скорость вращения шпинделя - с какой скоростью вращаются блины. Наиболее распространены 4200, 5400, 7200 и 10000 об/мин. Эта характеристика напрямую влияет на производительность, а так же и цену устройства. Чем выше скорость - тем больше оба значения;
- Интерфейс - способ (тип разъема) подключения HDD к компьютеру. Самым популярным интерфейсом для внутренних ЖД сегодня является SATA (в старых компьютерах использовался IDE). Внешние жесткие диски подключаются, как правило, по USB или FireWire. Кроме перечисленных, существуют еще такие интерфейсы как SCSI, SAS;
- Объем буфера (кеш-память) - тип быстрой памяти (по типу ОЗУ) установленный на контроллере ЖД, предназначенный для временного хранения данных, к которым чаще всего обращаются. Объем буфера может составлять 16, 32 или 64 Мб;
- Время произвольного доступа - то время, за которое HDD гарантированно выполнить запись или чтение с любого участка диска. Колеблется от 3 до 15 мс;

Кроме приведенных характеристик также можно встретить такие показатели как:

Скорость передачи данных;
- Количество операций ввода-вывода в сек.;
- Уровень шума;
- Надежность;
- Сопротивляемость ударам и т.д;
На счет характеристик HDD это все.

Жесткий диск

Схема устройства накопителя на жёстких магнитных дисках.

Накопи́тель на жёстких магни́тных ди́сках , НЖМД , жёсткий диск , винче́стер (англ. Hard (Magnetic) Disk Drive, HDD, HMDD ; в просторечии винт , хард , харддиск ) - энергонезависимое перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство . Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах .

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома . В НЖМД используется от одной до нескольких пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках 5-10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Название «Винчестер»

По одной из версий название «винчестер» накопитель получил благодаря фирме 1973 году выпустила жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе пластины диска и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название «30-30», что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 Мб каждый. Кеннет Хотон, руководитель проекта, по созвучию с обозначением популярного охотничьего ружья «Winchester 30-30» предложил назвать этот диск «винчестером» .

Физический размер (форм-фактор) (англ. dimension ) - почти все современные ( -2008 года) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма . Последние чаще применяются в ноутбуках . Так же получили распространение форматы - 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в формфакторах 8 и 5,25 дюймов.

Время произвольного доступа (англ. random access time ) - время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Диапазон этого параметра невелик от 2,5 до 16 мс , как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 - 3,7 мс ), самым большим из актуальных - диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 - 12,5 ).

Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed ) - количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).

Блок головок - пакет рычагов из пружинистой стали (по паре на каждый диск). Одним концом они закреплены на оси рядом с краем диска. На других концах (над дисками) закреплены головки.

Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава. Хотя были попытки делать их из пластика и даже стекла, но такие пластины оказались хрупкими и недолговечными. Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика - окислов железа , марганца и других металлов. Точный состав и технология нанесения держатся в секрете. Большинство бюджетных устройств содержит 1 или 2 пластины, но существуют модели с большим числом пластин.

Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (4200, 5400, 7200, 10 000, 15 000). При такой скорости вблизи поверхности пластины создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Форма головок рассчитывается так, чтобы при работе обеспечить оптимальное расстояние от пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин.

Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных, как правило неодимовых, постоянных магнитов и катушки на подвижном блоке головок.

Вопреки расхожему мнению, внутри гермозоны нет вакуума . Одни производители делают её герметичной (отсюда и название) и заполняют очищенным и осушенным воздухом или нейтральными газами, в частности, азотом ; а для выравнивания давления устанавливают тонкую металлическую или пластиковую мембрану. (В таком случае внутри корпуса жёсткого диска предусматривается маленький карман для пакетика силикагеля , который абсорбирует водяные пары, оставшиеся внутри корпуса после его герметизации). Другие производители выравнивают давление через небольшое отверстие с фильтром, способным задерживать очень мелкие (несколько микрометров) частицы. Однако в этом случае выравнивается и влажность, а также могут проникнуть вредные газы. Выравнивание давления необходимо, чтобы предотвратить деформацию корпуса гермозоны при перепадах атмосферного давления и температуры, а так же при прогреве устройства во время работы.

Пылинки, оказавшиеся при сборке в гермозоне и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр - пылеуловитель.

Низкоуровневое форматирование

На заключительном этапе сборки устройства поверхности пластин форматируются - на них формируются дорожки и секторы.

Ранние «винчестеры» (подобно дискетам) содержали одинаковое количество секторов на всех дорожках. На пластинах современных «винчестеров» дорожки сгруппированы в несколько зон. Все дорожки одной зоны имеют одинаковое количество секторов. Однако, на каждой дорожке внешней зоны секторов больше, и чем зона ближе к центру, тем меньше секторов приходится на каждую дорожку зоны. Это позволяет добиться более равномерной плотности записи и, как следствие, увеличения ёмкости пластины без изменения технологии производства.

Границы зон и количество секторов на дорожку для каждой зоны хранятся в ПЗУ блока электроники.

Кроме того, в действительности на каждой дорожке есть дополнительные резервные секторы. Если в каком либо секторе возникает неисправимая ошибка, то этот сектор может быть подменён резервным (англ. remaping ). Конечно, данные, хранившиеся в нём, скорее всего, будут потеряны, но ёмкость диска не уменьшится. Существует две таблицы переназначения: одна заполняется на заводе, другая в процессе эксплуатации.

Таблицы переназначения секторов также хранятся в ПЗУ блока электроники.

Во время операций обращения к «винчестеру» блок электроники самостоятельно определяет, к какому физическому сектору следует обращаться и где он находится (с учётом зон и переназначений). Поэтому со стороны внешнего интерфейса «винчестер» выглядит однородным.

В связи с вышеизложенным существует очень живучая легенда о том, что корректировка таблиц переназначения и зон может увеличить ёмкость жёсткого диска. Для этого существует масса утилит, но на практике оказывается, что если прироста и удаётся добиться, то незначительного. Современные диски настолько дёшевы, что подобная корректировка не стоит потраченных на это ни сил, ни времени.

Блок электроники

В ранних жёстких дисках управляющая логика была вынесена на MFM или RLL контроллер компьютера, а плата электроники содержала только модули аналоговой обработки и управление шпиндельным двигателем, позиционером и коммутатором головок. Увеличение скоростей передачи данных вынудило разработчиков уменьшить до предела длину аналогового тракта, и в современных жёстких дисках блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала .

Интерфейсный блок обеспечивает сопряжение электроники жёсткого диска с остальной системой.

Блок управления представляет собой систему управления , принимающую электрические сигналы позиционирования головок, и вырабатывающую управляющие воздействия приводом типа «звуковая катушка», коммутации информационных потоков с различных головок, управления работой всех остальных узлов (к примеру, управление скоростью вращения шпинделя).

Блок ПЗУ хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию винчестера.

Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти в некоторых случаях позволяет увеличить скорость работы накопителя.

Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации). Для цифровой обработки применяются различные методы, например метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood - максимальное правдоподобие при неполном отклике). Осуществляется сравнении принятого сигнала с образцами. При этом выбирается образец наиболее похожий по форме и временным характеристикам с декодируемым сигналом.

Технологии записи данных

Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.

В последнее время для считывания применяют магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. В них, изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления, в зависимости от изменения напряженности магнитного поля. Подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации (особенно при больших плотностях записи информации).

Метод параллельной записи

На данный момент это всё ещё самая распространенная технология записи информации на НЖМД. Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая проходя над поверхностью вращающегося диска намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей - доменов . Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.

Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см². В настоящее время происходит постепенное вытеснение данного метода методом перпендикулярной записи.

Метод перпендикулярной записи

Метод перпендикулярной записи - это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных образцов - 15-23 Гбит/см², в дальнейшем планируется довести плотность до 60-75 Гбит/см².

Жёсткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.

Метод тепловой магнитной записи

Метод тепловой магнитной записи (англ. Heat-assisted magnetic recording, HAMR ) на данный момент самый перспективный из существующих, сейчас он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность «закрепляется». На рынке ЖД данного типа пока не представлены (на 2009 год), есть лишь экспериментальные образцы, но их плотность уже превышает 150 Гбит/см². Разработка HAMR-технологий ведется уже довольно давно, однако эксперты до сих пор расходятся в оценках максимальной плотности записи. Так, компания Hitachi называет предел в 2,3−3,1 Тбит/см², а представители Seagate Technology предполагают, что они смогут довести плотность записи HAMR-носители до 7,75 Тбит/см². Широкого распространения данной технологии следует ожидать после 2010 года.

Сравнение интерфейсов

При обсуждении компьютеров не редко используются такие термины как жесткий диск, винчестер или HDD. Эти термины обозначают один из основных компонентов современного компьютера, который используется для хранения всех данных пользователя. В данной статье вы узнаете, что такое жесткий диск, почему его называют винчестером, а также как правильно выбрать этот компонент.

Как выглядит жесткий диск без крышки.

Жесткий диск – это устройство для хранения данных, которое работает на основе магнитной записи. В этом устройстве данные записываются на слой ферромагнитного материала, нанесенного на поверхность алюминиевого или стеклянного диска.

В жестком диске используется один или несколько таких дисков, которые зафиксированы на общей оси. В процессе работы устройства эти диски вращаются с большой скоростью (5400 оборотов в минуту или больше), при этом над диском находится магнитная головка, которая считывает и записывает информацию на диск.

Жесткий диск – достаточно чувствительное устройство. В случае возникновения большой перегрузки, например, из-за удара, он может легко выйти из строя. Эта уязвимость особенно актуальна во время работы устройства. Это связано с тем, что при производстве жесткого диска используются минимальные допуски. Например, расстояние между считывающей магнитной головкой и поверхностью диска, который вращается во время работы, составляет всего 10 нанометров.

Сейчас жесткие диски понемногу вытесняются . В отличие от жестких дисков твердотельные накопители не имеют движущихся частей и благодаря этому значительно надежней, они не так сильно боятся ударов и перегрузок. Кроме этого, твердотельные накопители работают . Это позволяет быстрее включать компьютер и запускать программы.

С другой стороны, стоимость хранения 1 гигабайта данных на SSD-накопителе намного выше. Так, жесткий диск на 1 терабайт сейчас стоит около 50 долларов, в то время как 1 терабайт на SSD стоит не меньше 200 долларов. Поэтому жесткие диски все еще являются основным устройством для долговременного хранения данных, производители настольных компьютеров и ноутбуков продолжают встраивать их в свои устройства.

Но, со временем, стоимость твердотельных накопителей будет снижаться и в какой-то момент они полностью заменят жесткие диски. Сейчас же SSD чаще всего используют в паре с жестким диском. На SSD-накопитель записывают операционную систему и программы, а на жесткий диск пользовательские файлы.

Что такое винчестер

Как выглядит жесткий диск.

У жесткого диска есть несколько альтернативных названий. Например, не редко для его обозначения используется аббревиатура HDD, которая расшифровывается как hard disk drive, что можно перевести как накопитель с жестким диском. Еще одно возможное название – винчестер. Это неофициальное сленговое название, появившееся еще в 70-е годы.

Согласно одной из версий, жесткий диск начали называть винчестером из-за сотрудников компании IBM, которые разрабатывали жесткий диск модели 3340. При создании данного устройства инженеры использовали краткое обозначение «30-30». Данное обозначение указывало на то, что жесткий диск состоял из двух модулей по 30 мегабайт. При этом, оно совпало с названием винтовочного патрона.30-30 Winchester для популярной винтовки Winchester Model 1894. Из-за этого совпадения жесткий диск и начали называть винчестером.

Такое название хорошо прижилось и широко использовалось до конца 90-х годов. Позже, оно начало выходить из употребления. Сейчас в США и Европе жесткий диск больше не называют винчестером, но в странах СНГ это называние все еще используется.

Выбор жесткого диска

Для того чтобы не ошибиться с важно четко понимать, для чего этот диск будет использоваться. Во-первых, нужно определиться с типом жесткого диска. Сейчас существуют внешние и внутренние жесткие диски. обычно имеют защитный корпус и USB интерфейс, который позволяет подключать этот диск к компьютеру как обычную флешку. Такой тип дисков обычно используют для переноса или резервного копирования данных. Внутренние жесткие диски обычно оснащаются интерфейсом SATA и предназначаются для установки внутрь компьютера.

А во-вторых, нужно выбрать форм-фактор. Современные диски выпускаются в двух вариантах: 2.5 и 3.5 дюйма. 2.5 дюймовые версии устанавливаются в ноутбуки, а 3.5 дюймовые в настольные компьютеры. Внешние жесткие диски также могут быть как на 2.5, так и 3.5 дюйма. Внешние диски на 2.5 дюйма более компактные и не требуют дополнительного питания, в то время как внешние диски на 3.5 дюйма предлагают больший объем за ту же цену.

После того как вы определились с типом и форм-фактором жесткого диска, можно смотреть на объем и другие характеристики. Например, очень важны такие характеристики как скорость вращения шпинделя и объем кэша. Чем они выше, тем быстрее будет работать накопитель. Также важен производитель жестких дисков, сейчас самые качественные модели выпускают компании Western Digital и Seagate.