Что такое жесткий диск компьютера

Наверняка все слышали слова жесткий диск, винчестер или винт, однако начинающему пользователю может быть не ясно, какое отношение они имеют к компьютеру. Восполним этот пробел в знаниях и разберемся с назначением, устройством и основными характеристиками жесткого диска компьютера.

Жесткий диск служит для долговременного хранения информации в компьютере, то есть вся ваша музыка, фильмы, фотографии, документы, а также установленные программы и файлы самой операционной системы хранятся на нем. Жесткий диск компьютера можно сравнить с тетрадью, куда студент записывает лекции и остальную информацию, которая понадобится ему в дальнейшем. Пока в тетради есть чистые страницы на них можно записывать новые данные или при необходимости изменить уже записанные, воспользовавшись «замазкой».

Ключевое слово здесь, для долговременного хранения информации, так как в нее записывают только информацию, которая потребуется в дальнейшем и в любое время. Если данные нужны на короткое время, то человек просто запомнит их или запишет на стикер, чтобы выбросить сразу, как только они станут не нужны.

По такому же принципу устроено хранение информации в компьютере. Жесткий диск обладает энергонезависимой памятью, и отключение питания не влияет на их сохранность. В этом заключается принципиальное отличие от оперативной памяти компьютера являющейся энергозависимой. Подробности взаимодействия разных компонентов компьютерной системы можно посмотреть здесь.

Устройство жесткого диска

Правильное название данного устройства звучит как — накопитель на жестких магнитных дисках или hard (magnetic) disk drive на английском языке. Так же широко распространены следующие варианты: винчестер, винт, хард, НМЖД, HDD, HMDD. Почему его называют винчестер есть множество версий, но наиболее распространенная версия, что первый жесткий диск в современном понимании этого слова разработанный компанией IBM имел внутренне сокращенное наименование «30-30», что совпадало с популярной охотничьей винтовкой Winchester Model 1894 применявшей патрон .30-30 Winchester . Название «винт» является его сокращением в компьютерном сленге.

Мы не будем подробно описывать принципы магнитной записи и устройства HDD, так как обычным пользователям это не нужно, а рассмотрим основные моменты работы жесткого диска и его характеристики. Технически представляет собой устройство записи и хранения информации основанное на принципе магнитной записи. Информация записывается на круглые жесткие диски (пластины или блины) покрытые слоем ферромагнитного материала и расположенные на одной оси привода. Чтение и запись данных осуществляется с помощью подвижных считывающих головок. Принцип напоминает проигрыватель на виниловых пластинках, однако в винчестере считывающие головки не касаются поверхности пластин, в отличие от иглы проигрывателя. В рабочем положении они парят над поверхностью пластин на высоте нескольких нанометров за счет потока набегающего воздуха от быстрого вращения пластин. В выключенном состоянии, головки располагаются в парковочной зоне, чтобы исключить случайное взаимное повреждение деталей от сотрясения винчестера.

Наличие подвижных механических частей несколько снижает надежность устройства, однако отсутствие прямого механического контакта между подвижными деталями компенсирует этот недостаток и обеспечивает надежность и большой ресурс работы винчестеров. Тем не менее, иногда на диске могут все-таки появляться поврежденные участки по различным причинам. Помимо пластин, привода и считывающих головок в одном корпусе с ними располагается управляющая электроника.

Стоит отметить, что сейчас активно развивается технология твердотельных накопителей (SSD). Так же используется для долговременного хранения информации в компьютере, но в них используются микросхемы памяти и отсутствуют движущиеся части. Кроме этого, есть гибридные жесткие диски, сочетающие в одном устройстве традиционный жесткий диск и SSD маленького объема для кэша.

Подвижная головка состоит из двух частей: головка чтения и головка записи. В зависимости от необходимой в данный момент времени операции, используется нужная головка. Количество пластин в корпусе жесткого диска может быть различно и зависит от его емкости и примененных технологий записи. Меньшее количество пластин уменьшает энергопотребление, снижает количество подвижных частей, улучшает температурный режим работы накопителя, что положительно сказывается на его надежности и долговечности. Правда это все в теории, а на практике, каждый конкретный экземпляр индивидуален и утверждать, что накопитель с четырьмя пластинами хуже, чем с двумя неверно.

Чтобы на пластины можно было записывать информацию, их поверхность разбивают на дорожки — концентрические кольцевые области. Все дорожки на всех пластинах HDD находящиеся на одинаковом расстоянии от центра называются цилиндр. В свою очередь, дорожки делятся на равные отрезки называемые секторами. Из объединения соседних секторов в группу образуется кластер. На рисунке ниже, представлена упрощенная схема структуры пластины жесткого диска компьютера.

На рисунке цифрами указано:
1 — геометрический сектор
2 — сектор дорожки
3 — дорожка
4 — кластер

Кластер — минимальная логическая ячейка для хранения информации на жестком диске компьютера. В настоящее время стандартным является кластер размером 4 096 байт , состоящий из восьми секторов по 512 байт каждый. Ознакомиться подробнее с влиянием его размера на параметры HDD можно в статье посвященной файловой системе в операционной системе Windows.

Методы магнитной записи данных на диск

В двух словах принцип записи информации выглядит следующем образом. Пластины жесткого диска вращаются с большой скоростью (обычно 5400 или 7200 об/мин для персональных компьютеров), а головки парят над ними. При подаче на головку переменного электрического тока возникает переменное магнитное поле изменяющее направление вектора намагниченности доменов находящихся под головкой в данный момент в зависимости от величины сигнала. Другими словами происходит заполнение пластин логическими нулями и единицами или процесс записи. Чтение данных с поверхности пластин происходит в обратном порядке, перемещение намагниченных доменов под считывающей головкой приводит появлению переменного электрического сигнала в катушке головки под влиянием эффекта электромагнитной индукции. Поскольку физические размеры пластин ограниченны и стандартизованы увеличение емкости жестких дисков возможно в двух направлениях: увеличение количества пластин в одном устройстве или увеличение количества записанной информации на одной пластине (плотность записи).

Метод продольной записи

Традиционный способ записи, применявшийся в накопителях на магнитных дисках. Вектор намагниченности домена параллелен поверхности пластины. Рост емкости жестких дисков привел в итоге к тому, что она больше не позволяла обеспечивать необходимые емкости дисков. В настоящее время практически не используется.

Метод перпендикулярной записи

Данный метод пришел на смену традиционному способу. За счет вертикальной ориентации доменов, плотность записи значительно возросла и следовательно на одну пластину можно записать больше информации.

Технологии не стоят на месте и ведутся исследования по дальнейшему увеличению плотности записи на пластину, например метод тепловой магнитной записи или метод самосборки полимеров.

Основные характеристики жестких дисков

Форм-фактор — определяет ширину жесткого диска в дюймах. Накопители имеют стандартизированные размеры 0.85, 1, 1.3, 1.8, 2.5, 3.5 дюймов. Стандартным для настольных компьютеров является 3.5 дюйма и 2.5 для ноутбуков.

Интерфейс — обеспечивает взаимодействие жесткого диска с материнской платой компьютера. В дисках предназначенных для установки внутри персональных компьютеров используется интерфейс SATA разных версий. Основное различие в скорости передачи данных: Revision 1.0 до 1,5 Гбит/с, Revision 2.0 до 3 Гбит/с (SATA/300), Revision 3.0 до 6 Гбит/с (SATA/600). Винчестеры с интерфейсом PATA (IDE) почти вышли из употребления и используются только со старым оборудованием.

Емкость — максимальное количество информации, которое может хранить жесткий диск, измеряется в гигабайтах. Поскольку производители приравнивают один килобайт к тысяче байт (на самом деле 1 Кбайт = 1 024 байт) , то жесткий диск маркированный как 500 ГБ имеет реальную емкость 465.7 ГБ.

Скорость вращения шпинделя — количество оборот шпинделя в минуту. Имеет стандартные скорости, в настольных компьютерах обычно 5400 или 7200 об/мин , а в ноутбуках 4500 или 5400 об/мин . В жестких дисках для серверов скорость вращения обычно составляет 10000 или 15000 об/мин . Чем больше скорость вращения, тем меньше время доступа к информации.

Объем буфера — специальная высокопроизводительная память, встроенная в жесткий диск служащая для ускорения работы накопителя и сглаживания разницы в скоростях чтения/записи и передачи.

Время произвольного доступа — определяет усредненное количество времени, требуемое головке для позиционирования на произвольном участке пластины. Непостоянная величина, зависящая от начального и конечного положения головки и места позиционирования. Чем меньше данный показатель, тем быстрее диск способен отдавать запрошенную информацию.

Время наработки на отказ — среднее время безотказной работы, рассчитанное производителем. Является аналогом параметра надежность и соответственно, чем оно больше, тем лучше.

Ударостойкость — способность винчестера безболезненно переносить удары и резкую смену давления. Измеряется в единицах допустимой перегрузки, раздельно для включенного и выключенного состояния. Чем больше ударостойкость, тем лучше. Более актуально для ноутбуков и переносных винчестеров.

Уровень шума — шум, производимый жестким диском во время работы, измеряется в децибелах. Включает в себя шум вращающихся пластин, аэродинамический и шум перемещающихся головок.

В одном компьютере может быть установлено несколько винчестеров. Общее количество ограничено наличием места в компьютерном корпусе и количеством коннекторов для подключения на материнской плате. Так же существует возможность объединения нескольких накопителей в единый дисковый массив для повышения скорости работы и надежности хранения информации.

Мы рассмотрели основные моменты устройства и работы жесткого диска в компьютере. Теперь даже если вы чайник, вы знаете, на что обращать внимание при покупке нового накопителя на жестких магнитных дисках.

Жесткий диск HDD — что это такое: все о накопителе

Жесткий диск является важной частью компьютера, на нем хранятся все ваши файлы, фотографии, фильмы. Именно с него и загружается операционная система, когда вы включаете свой ПК или ноутбук, если конечно не используете SSD.

Он установлен практически в каждом компьютере и знать, что он из себя представляет стоит каждому. Это довольно сложное устройство, которое обладает множеством возможностей и своих преимуществ перед другими накопителями информации.

Недавно мы разобрали, что такое SSD накопитель, данный материал будет посвящен другому накопителю информации — жесткому диску, вы узнаете, что это, из чего состоит и как работает.

Что такое жесткий диск HDD

Жесткий диск (HDD, hard disk, магнитный диск) — это устройство для хранения данных, в котором используются магнитные пластины для записи информации. Применяется в большинстве настольных компьютеров и ноутбуках в качестве основного накопителя.

На сленге часто называется — винчестер, так его прозвали в 1973 году из-за сходства с винтовкой Winchester. Все потому, что у модели HDD 3340 было 2 модуля по 30Мб, а у винтовки патроны назывались 30-30 Winchester. Эта «удивительная» схожесть и породила такое название. Хотя в России чаще его просто называют — винт.

Память на таком устройстве не энергозависима, как, например, у оперативной памяти, это означает, что данные не будут стираться при отключении питания.

На компьютере или ноутбуке просто необходимо, чтобы был установлен какой-либо накопитель информации, это может быть, как раз жесткий диск, или твердотельный накопитель. Такой накопитель выполняет следующие функции:

• Хранит на себе всю операционную систему, ее файлы и настройки
• Все файлы, пользователи, музыка, фото, видеоролики, документы и т.д.
• Используется для хранения временных файлов самой системой, чтобы разгрузить оперативную память

Конструкция

Конструкция HDD выглядит одновременно простой и довольно сложной. Собирается он из следующих основных компонентов:

• Корпус — защищает от пыли, влаги
• Магнитные пластины — на них, как раз и производится запись информации
• Головки записи/чтения — они считывают информацию с магнитных пластин
• Двигатель — он вращает магнитные пластины
• Контроллер — управляет работой, по сути это обычная микросхема

В конструкции есть и другие элементы, но эти основные из них.

Как работает жесткий диск

По сути жесткие диски записывают и считывают информацию, примерно также, как происходить запись и чтение на виниловых пластинках. Т.е. не углубляясь в множество терминов. Головки чтения и записи информации при помощи магнитных импульсов записывают и считывают данные с магнитных пластин.

Записанная информация хранится на секторах, которые для большего удобства объединяются в кластеры. Выглядит это примерно, как разрезанная пицца. Запись информации происходит в непрерывной последовательности кластеров, т.е. головка для записи/чтения двигается по пластине без лишних сдвигов ровно по кластерам.

Это дает возможность быстрого доступа к записанной информации. Но, к сожалению, при удалении, какой-либо информации кластера пустеют и происходит фрагментация файлов подробнее об этом в материале — что такое дефрагментация диска.

Виды жестких дисков

Магнитные диски делают много разных производителей, основные из них это: Seagate, Western Digital и Toshiba. Делят их на следующие виды:

• 3.5 дюймов — используют HDD такого размера обычно в персональных компьютерах и на серверах
• 2.5 дюймов — в таком варианте можно чаще всего встретить в ноутбуках, но и на ПК тоже ставят
• Внешние HDD — работают по USB, можно подключить к любому устройству, например, к телевизору, что реально удобно

По другим параметрам будем делить их по характеристикам.

Характеристики жестких дисков

Основные характеристики Hard Disk это:

• Объем памяти — для домашнего ПК рекомендую на данный момент брать модели от 1 Тб т.к. игры, кино и другой медиа контент будет занимать довольно много места.
• Форм фактор — для ПК стоит взять или 3.5 или 2.5, а для ноутбука 2.5. Если нужен, например, для телевизора — берите внешний.
• Скорость работы — брать только от 7200 об/мин, остальное будет очень медленно, я про 5400 об/мин, особенно по сравнению с SSD. Лучше если найдете вариант с 10000 об/мин.
• Интерфейс подключения — на данный момент в материнских платах для HDD предусмотрен интерфейс SATA, раньше использовался IDE. Внешние же — подключаются просто по USB.
• Время произвольного доступа — промежуток в течение, которого жесткий гарантированно выполнит запись или чтение. Обычно это от 3 до 15 миллисекунд.

Также их можно еще разделить на: уровень издаваемого шума, защищенность от физического воздействия, надежность, на сколько циклов рассчитан.

Преимущества HDD дисков

Самое главное преимущество HDD перед SSD — это их долговечность в плане использования. Практически неограниченный цикл записи/чтения. Это идеальный вариант для хранения информации в виде: видео, фото, музыки. Если вы часто смотрите кино с телевизора, то рекомендую купить именно внешний жесткий диск. Разницы в скорости вы все равно не заметите, а прослужит он вам реально намного больше.

Минусы HDD

Одним из самых главных минусов по сравнению с новыми SSD является — скорость работы. Да они действительно работают намного медленнее. Поэтому для операционной системы лучше брать именно ССД, а вот уже для хранения файлов — жесткий disk.

Еще один минус, это то, что они сильно подвержены механическому воздействию, такие накопители лучше не ронять. А если берете внешний, то лучше ищите модель, защищенную от падений и ударов, такой Travel вариант.

В заключение

Этот тип хранителей информации действительно надежен и долговечен. Рекомендую брать для хранения всех своих файлов, также можно использовать в качестве резервного хранилища. Для каких целей используете вы свой HDD?