Hard disk: principiul de funcționare și caracteristicile de bază

Unitățile hard disk sau, așa cum se numesc hard disk-uri, sunt una dintre cele mai importante componente ale unui sistem informatic. Toată lumea știe asta. Dar, departe de orice utilizator modern, chiar și în principiu ghiceste despre modul în care funcționează hard disk-ul. Principiul muncii, în general, pentru o înțelegere de bază este destul de simplu, dar există câteva nuanțe despre care vom merge mai departe.

Întrebări despre scopul și clasificarea hard disk-urilor?

Problema scopului este, desigur, retorică. Orice utilizator, chiar și nivelul cel mai de bază, răspunde imediat că unitatea hard disk (care este de asemenea o unitate hard disk, cunoscută ca Hard Drive sau HDD) răspunde imediat că servește la stocarea informațiilor.

În general, este adevărat. Nu uitați că pe hard disk, pe lângă sistemul de operare și fișierele de utilizator, există sectoare de boot create de sistemul de operare, datorită cărora acesta pornește, precum și unele etichete pe care puteți găsi rapid informațiile de pe disc.

Modelele moderne sunt destul de diverse: HDD-uri convenționale, hard disk-uri externe, SSD SSD de mare viteză, deși nu sunt strict clasificate ca hard discuri. Apoi, se propune să se ia în considerare dispozitivul și principiul hard disk-ului, dacă nu în întregime, atunci cel puțin în așa fel încât să fie suficient pentru a înțelege termenii și procesele de bază.

Rețineți că există, de asemenea, o clasificare specială a HDD modernă în funcție de câteva criterii de bază, dintre care amintim următoarele:

• metoda de stocare a informațiilor;
• tipul de transportator;
• mod de organizare a accesului la informație.

De ce este un hard disk numit hard disk?

Astăzi, mulți utilizatori se gândesc la motivul pentru care unitățile de hard disk sunt denumite unități de hard disk de capacitate mică. S-ar părea că poate exista o comunitate între aceste două dispozitive?

Termenul însuși a apărut în 1973, când a apărut pe piață primul HDD din lume, al cărui design consta în două compartimente separate într-un container închis. Capacitatea fiecărui compartiment a fost de 30 MB, din cauza căruia inginerii i-au dat discului codul "30-30", care era pe deplin în acord cu marca puștiului popular "30-30 Winchester". Cu toate acestea, la începutul anilor 90 în America și Europa, acest nume aproape de uz, dar rămâne în continuare popular în spațiul post-sovietic.

Dispozitivul și principiul hard diskului

Dar ne îndepărtăm. Principiul de funcționare a unui hard disk poate fi descris pe scurt ca un proces de citire sau scriere a informațiilor. Dar cum se întâmplă acest lucru? Pentru a înțelege principiul hard diskului magnetic, este necesar, în primul rând, să studiem cum este aranjat.

Hard disk-ul în sine este un set de plăci, numărul care poate varia de patru la nouă interconectate printr-un ax (ax), numit un ax. Plăcile sunt plasate una deasupra celeilalte. In cele mai multe cazuri, materialul pentru fabricarea lor sunt aluminiu, alama, ceramică, sticlă și altele asemenea. D. Înșiși plăcii au un strat magnetic special dintr-un material numit Platter, bazat pe oxidul gamma de ferită, oxidul de crom, bariu ferită și t. D . Fiecare placă grosime de aproximativ 2 mm.

Pentru înregistrarea și citirea informațiilor, capetele radiale (câte una pentru fiecare placă) sunt responsabile și ambele suprafețe sunt utilizate în plăci. Pentru rotirea axului, a cărei viteză poate fi de la 3600 la 7200 rpm, iar mișcarea capetelor corespunde a două motoare electrice.

În același timp, principiul de bază al operării pe hard disk a computerului este că informațiile sunt scrise nu doar oriunde, ci în locații strict definite, numite sectoare, care sunt situate pe piste sau piste concentrice. Pentru a evita confuzia, se aplică reguli unificate. Înseamnă că principiile hard disk-urilor pe baza structurii lor logice sunt universale. De exemplu, mărimea unui sector, acceptată pentru un singur standard în întreaga lume, este de 512 octeți. La rândul lor, sectoarele sunt împărțite în clustere, care sunt secvențe ale mai multor sectoare. Și caracteristicile principiului hard disk în acest sens sunt că schimbul de informații este făcut doar de grupuri întregi (un număr întreg de lanțuri de sectoare).

Dar cum se citește informația? conduce lucrari: un hard disk dupa cum urmeaza: Folosind un cap special de citire consolă într-un radial (elicoidal) direcție se deplasează spre pista dorită și la rândul său, este poziționat deasupra unui anumit sector, toate capetele pot fi deplasate simultan citind aceleași informații nu numai din piese diferite dar cu diferite discuri (wafers). Toate piesele cu aceleași numere ordinale se numesc cilindri.

Se poate distinge încă un principiu de funcționare a discului dur: cu cât capul de citire este mai aproape de suprafața magnetică (dar nu atinge), cu atât este mai mare densitatea de înregistrare.

Cum se înregistrează și se citesc informațiile?

Hard-discurile sau hard-urile au fost denumite magnetice, că folosesc legile fizicii magnetismului, formulate încă de Faraday și Maxwell.

Așa cum am menționat deja, o placă din material sensibil non-magnetic este acoperită cu o acoperire magnetică, a cărei grosime este de numai câțiva micrometri. În procesul de lucru, apare un câmp magnetic care are o așa-numită structură de domeniu.

Un domeniu magnetic este un strict delimitat de granițele regiunii magnetizate feroaliaje. Mai departe principiul de funcționare HDD pot fi rezumate după cum urmează: în cazul unui câmp magnetic exterior, câmpul de antrenare propriu-zis începe să fie ghidată cu precizie de-a lungul liniilor magnetice și la terminarea impactului asupra discurilor apar zone remanență în care informațiile stocate conținute anterior în domeniu principal .

Pentru crearea unui câmp extern, capul de lectură este responsabil pentru scriere, iar atunci când citește zona de magnetizare remanentă, fiind opus capului, creează o forță electromotive sau un EMF. Mai mult, totul este simplu: schimbarea EMF corespunde cu una din codul binar, iar absența sau terminarea acesteia este zero. Timpul pentru schimbarea EMF este denumit de obicei un element bit.

În plus, suprafața magnetică poate fi asociată doar ca un motiv informatic, ca o anumită secvență de biți de informații. Dar, deoarece localizarea unor astfel de puncte nu poate fi calculată cu exactitate, este necesar să se instaleze pe disc discul care a determinat locația dorită. Crearea unor astfel de etichete se numește formatare (aproximativ vorbind, împărțirea discului în piste și sectoare grupate în clustere).

Structura logică și principiul de funcționare al hard disk-ului în ceea ce privește formatarea

În ceea ce privește organizarea logică a HDD, aici este primul format de formatare, în care există două tipuri principale: nivel scăzut (fizic) și nivel înalt (logic). Fără acești pași, nu este nevoie să vorbim despre aducerea unui hard disk în starea de lucru. Despre cum să inițializați o nouă unitate de disc, vor fi discutate separat.

Formatul la nivel redus presupune un impact fizic asupra suprafeței HDD, în care sunt create sectoare de-a lungul liniilor. În mod curios, principiul hard diskului este acela că fiecare sector creat are o adresă unică proprie, care include numărul sectorului, numărul piesei pe care acesta se află și numărul lateral al plăcii. Astfel, în organizarea accesului direct, aceeași RAM este accesată direct de la adresa dată și nu caută informațiile necesare pe întreaga suprafață, datorită căreia viteza este atinsă (deși acest lucru nu este cel mai important lucru). Rețineți că atunci când efectuați formatări la nivel scăzut, absolut toate informațiile sunt șterse și, în majoritatea cazurilor, nu sunt supuse recuperării.

Un alt lucru - formatarea logică (în sistemele bazate pe Windows este formatarea rapidă sau formatul rapid). În plus, aceste procese sunt, de asemenea, aplicabile creării de partiții logice, reprezentând o anumită zonă a discului principal, care funcționează pe aceleași principii.

formatare logică afectează în primul rând zona de sistem, care constă dintr-un (boot record MBR) sectorul de boot și tabelul de partiții, tabelul de alocare a fișierelor (FAT, NTFS, și așa mai departe. D.) și directorul rădăcină (Root Directory).

Informația este scrisă în sectoare prin cluster în mai multe părți și două obiecte identice (fișiere) nu pot fi conținute într-un singur grup. De fapt, crearea unei partiții logice o separă de partiția principală a sistemului, astfel încât informațiile stocate pe acesta, în cazul în care apar erori și eșecuri, nu pot fi modificate sau eliminate.

Caracteristicile principale ale HDD-ului

Cred că, în termeni generali, principiul hard disk-ului este puțin mai ușor de înțeles. Acum să trecem la caracteristicile de bază, care oferă o imagine completă a tuturor posibilităților (sau dezavantajelor) hard disk-urilor moderne.

Principiul de funcționare a discului dur și caracteristicile principale pot fi complet diferite. Pentru a înțelege ce este în discuție, lăsați-ne pe cei mai buni parametri care caracterizează toate dispozitivele cunoscute de stocare a informațiilor:

• capacitate (volum);
• (viteza de acces la date, informații despre citire și scriere);
• interfață (metoda de conectare, tipul de controler).

Capacitatea reprezintă cantitatea totală de informații care pot fi scrise și salvate pe hard disk. Industria pentru producția de HDD se dezvoltă atât de repede încât astăzi hard drive-urile cu volume de aproximativ 2 TB și mai mari au intrat deja în uz. Și, se crede, aceasta nu este limita.

Interfața este cea mai importantă caracteristică. Acesta determină modul în care dispozitivul se conectează la placa de bază, pe care îl utilizează controlerul, modul în care citește și scrie, etc. Interfețele principale și cele mai comune sunt IDE, SATA și SCSI.

Discuri cu IDE-interfață cu costuri reduse, cu toate acestea, printre dezavantajele majore pot distinge un număr limitat de dispozitive conectate simultan (maxim patru) și o rată de date scăzută (chiar și cu suport de acces direct la memorie DMA Ultra sau protocoale Ultra ATA (Mod 2 și Modul 4). Deși se crede că utilizarea lor poate crește nivelul de viteza de citire / scriere de 16 Mb / s, dar viteza este mult mai mică decât în ​​realitate. în plus, modul UDMA necesită instalarea de drivere speciale, care în teorie, ar trebui să fie însoțite de placa de bază.

Vorbind despre ceea ce principiul performanțelor și caracteristicilor hard disk-ului sunt, nu se poate ignora Interfața SATA, care este moștenitorul versiunii IDE a ATA. Avantajul acestei tehnologii este că viteza de scriere / citire poate fi crescută la 100 Mb / s prin utilizarea de autobuz de mare viteză Fireware IEEE-1394.

În cele din urmă, interfața SCSI comparativ cu cele două anterioare este cea mai flexibilă și cea mai rapidă (viteza de scriere / citire atinge 160 Mb / s și mai mare). Dar chiar și aceste hard disk-uri sunt aproape de două ori mai scumpe. Dar numărul de dispozitive de stocare conectate simultan este de la șapte la cincisprezece, conexiunea se poate realiza fără dezactivarea computerului, iar lungimea cablului poate fi de aproximativ 15-30 metri. De fapt, acest tip de HDD este folosit în cea mai mare parte nu în PC-urile utilizatorilor, ci pe servere.

Performanța care caracterizează viteza de transmisie și lățimea de bandă I / O este de obicei exprimată prin timpul de transmisie și cantitatea de date transmise transmise succesiv și este exprimată în Mb / s.

Unii parametri suplimentari

Vorbind despre principiul hard disk-ului și parametrii care îi afectează funcționarea, este imposibil să ignorăm unele caracteristici suplimentare, pe care poate depinde viteza sau chiar durata de viață a dispozitivului.

Aici, în primul rând este viteza de rotație, care afectează direct timpul de căutare și inițializare (recunoaștere) a sectorului dorit. Acesta este așa-numitul timp de căutare latent - intervalul în care sectorul necesar se rotește la capul de lectură. Astăzi, sunt adoptate mai multe standarde pentru viteza de rotație a axului, exprimată în rotații pe minut cu un timp de întârziere în milisecunde:

• 3600 - 8,33;
• 4500 - 6,67;
• 5,400-5.56;
• 7200 - 4,17.

Este ușor de observat că cu cât viteza este mai mare, cu atât mai puțin timp este cheltuit pentru căutarea sectoarelor și, în termeni fizici, la rotirea discului înainte de a instala capul pentru punctul de poziționare dorit al plăcii.

Un alt parametru este rata de transfer internă. Pe piste externe este minimă, dar crește cu o trecere treptată la piste interne. Astfel, același proces de defragmentare, care este mișcarea datelor utilizate frecvent la cele mai rapide zone ale discului, nu este altceva decât să le transferăm pe calea interioară cu o viteză mai mare de citire. Viteza externă are valori fixe și depinde direct de interfața utilizată.

În cele din urmă, unul dintre punctele importante este legat de prezența hard disk-ului din memoria sa cache sau tampon propriu. De fapt, principiul hard diskului în ceea ce privește utilizarea tamponului în ceva similar cu memoria virtuală sau operațională. Cu cât memoria cache este mai mare (128-256 KB), cu atât mai rapid va funcționa hard disk-ul.

Principalele cerințe pentru HDD

Cerințele de bază, care în cele mai multe cazuri sunt prezentate pe hard disk-uri, nu sunt atât de multe. Principalul lucru este o viață lungă și fiabilitate.

Standardul principal pentru majoritatea HDD-urilor este o durată de viață de aproximativ 5-7 ani, cu un timp de funcționare de cel puțin cinci sute de mii de ore, dar pentru hard-uri de ultimă oră această cifră este de cel puțin un milion de ore.

În ceea ce privește fiabilitatea, pentru aceasta este responsabilă funcția de auto-testare S.M.A.R.T., care monitorizează starea elementelor individuale de hard disk, efectuând monitorizarea continuă. Pe baza datelor colectate, poate fi formată chiar și o previziune a apariției posibilelor defecțiuni în viitor.

Este de la sine înțeles că utilizatorul nu ar trebui să stea deoparte. De exemplu, atunci când se utilizează HDD extrem de important să se respecte intervalul optim de temperatură (0 - 50 ± 10 grade Celsius) pentru a evita șocurile, impactul și cade hard disk, lovit de praf sau alte particule mici, etc. De altfel, mulți vor fi .. interesați să știe că aceleași particule de fum este de aproximativ de două ori mai mare decât distanța dintre capul de citire și suprafața magnetică a hard disk, și păr uman - 5-10 ori.

Probleme de inițializare în sistem la înlocuirea unității de disc

Acum câteva cuvinte despre ce trebuie să faceți dacă, din anumite motive, utilizatorul a schimbat hard disk-ul sau a instalat unul secundar.

Nu vom descrie pe deplin acest proces, ci vom concentra doar pe principalele etape. În primul rând trebuie să vă conectați unitatea hard disk și căutați în setările BIOS, în cazul în care noul hardware este detectat, în disc secțiunea de administrare pentru a inițializa și de a crea înregistrarea de boot, a crea un volum simplu, atribui un cod (literă) și pentru a formata cu o alegere de sistem de fișiere. Numai după aceea, noul "șurub" va fi pe deplin pregătit pentru lucru.

concluzie

Aceasta, de fapt, și tot ceea ce atinge pe scurt fundamentele funcționării și caracteristicilor hard disk-urilor moderne. Principiul de funcționare a unui hard disk extern nu a fost luat în considerare în principiu, deoarece practic nu diferă de ceea ce este folosit pentru HDD-urile staționare. Singura diferență este numai în modul de conectare a unei unități suplimentare la un computer sau la un laptop. Cea mai obișnuită conexiune este printr-o interfață USB, care este conectată direct la placa de bază. În acest caz, dacă doriți să asigurați performanțe maxime, este mai bine să utilizați standardul USB 3.0 (portul interior este vopsit în albastru), desigur, cu condiția ca HDD-ul extern să îl suporte.

În rest, cred că a devenit clar pentru mulți oameni cum funcționează hard disk-ul de orice tip. Poate că prea multă informație tehnică a fost dată mai sus, mai ales din cursul fizicii, dar fără ea nu se pot înțelege toate principiile și metodele de bază stabilite în tehnologiile de producție și utilizare a HDD-urilor fără ao înțelege.