За что отвечает жесткий диск: Что такое жесткий диск (HDD)? Как работает?

Что такое жесткий диск (HDD)? Как работает?

Научим создавать свои игры, сайты и приложения

Начать учиться

Новое

Многие знают об HDD только то, что он хранит данные и сложно устроен. Мы же поговорим о нём немного конкретнее и поможем разобраться, как на самом деле работает жёсткий диск в компьютере. А в конце ответим на ваши вопросы о нём.

Что такое жёсткий диск

Жёсткий диск, или HDD (Hard Disk Drive), или винчестер — это особое запоминающее устройство внутри ПК.
Благодаря ему у компьютера есть память, на которой вы можете хранить личные данные, а сам
ПК — системные файлы, необходимые для работы.

Память нужна в любом компьютере. В стандартных сборках именно HDD берёт на себя всю нагрузку,
но иногда он работает в паре с SSD. Тогда винчестер
хранит только пользовательские данные и программы, а SSD — файлы ОС. Такой тандем позволяет
компьютеру работать быстрее за счёт большого объёма свободного места.

При этом жёсткий диск в компьютере отвечает за постоянную память. В отличие от ОЗУ, которая хранит данные
временно, HDD записывает их надолго, пока пользователь сам не решит удалить их с носителя. Поэтому
загруженные фотографии, игры и программы остаются на компьютере даже после того, как вы его выключите.

Из чего состоит жёсткий диск

Если вы когда-либо разбирали компьютер или хотя бы заглядывали внутрь системного блока, то знаете, что
HDD представляет собой круглую металлическую пластину внутри прямоугольного корпуса. А если не заглядывали,
то картинка ниже поможет понять, как выглядит жёсткий диск.

UnImages/Shutterstock.com

Внимательный читатель заметит, что кроме корпуса и пластины в устройстве есть и другие, более мелкие
детали. И все они важны, чтобы понять, как именно работает HDD.

Давайте подробнее разберёмся в строении жёсткого диска. Итак, вот из чего состоит HDD:

• корпус с крышкой — гермоблок, внутри него «живёт» основная часть запчастей
  винчестера;

• магнитные пластины — их несколько, и все расположены друг над другом;

• центральный шпиндель — электродвигатель, который заставляет пластины вращаться;

• магнитная головка — маленький магнит на конце коромысла, который «бегает»
  по диску и отвечает за запись/чтение информации на нём;

• коромысло — металлическая «рука», которая направляет считывающую головку в нужное
  место диска;

• привод — особый магнитный блок с катушкой и маленьким шпинделем, которые приводят коромысло
  в движение;

• контроллер — плата на обратной стороне корпуса, которая поддерживает постоянную скорость
  раскрутки дисков, отвечает за синхронизацию с компьютером и за много чего ещё. Это мозг HDD.

Конструкция из привода, коромысла и головок — это и есть то, что может считывать
и записывать информацию. С платой контроллера их соединяет гибкий шлейф. Именно по нему информация
переходит в «мозг» устройства. Там оно обрабатывает все изменения, а потом отражает
их в компьютере, на вашем экране.

Как работает жёсткий диск

Теперь, когда мы поняли, что есть внутри жёсткого магнитного диска, давайте попробуем разобраться
в принципе его работы.

Вы уже могли догадаться, что именно на дисках — магнитных пластинах — и хранится
вся информация, которую мы записываем на HDD. Их может быть несколько, от их количества
зависит объём памяти диска. На каждой из них есть особые круговые пути — дорожки.
А в них — более мелкие ячейки, которые называют секторами. Именно в них и записываются
данные.

Когда диску нужно считать или записать информацию, шпиндель раскручивает её до 7 200 оборотов
в минуту. Магнитная головка движется по дорожке диска и намагничивает или размагничивает его сектора.
Так она вносит на них информацию в виде 0 и 1. В идеале данные распределяются
по соседним секторам, которые потом будет проще найти.

Но бывает так, что сектора рядом заняты, и поэтому головке приходится искать свободные ячейки в другом
месте. Когда она записывает информацию для хранения, то ориентируется на что-то вроде карты: данные, которые
показывают, какие ячейки свободны, а какие — заняты. Так головка «бегает»
по поверхности диска, чтобы записать или считать информацию.

Это интересно

Может показаться, что головка касается поверхности диска, когда «бегает» по дорожкам.
Но на самом деле между ними есть микроскопический зазор. И он гораздо меньше толщины нашего
волоса!

Предположим, вы хотите сохранить на компьютере новую игру. Давайте узнаем, как при этом действует HDD.

1. Вы нажимаете кнопку «Установить» на ПК.

2. Компьютер отправляет запрос контроллеру винчестера о том, что ему нужно записать информацию.

3. Плата принимает данные и обрабатывает их.

4. Диск ищет свободные сектора на пластинах, а привод направляет коромысло и головку к нужным
   местам.

5. Головка намагничивает и размагничивает ячейки, чтобы записать информацию в виде двоичного кода.

6. Диск обновляет свою карту о свободных и занятых секторах.

7. Плата фиксирует конец записи и сообщает об этом компьютеру.

8. Вы видите на экране уведомление «Установлено».

На самом деле всё это — сильно упрощённое описание всех процессов при записи. Но наша
цель — объяснить их простыми словами, а большего для понимания работы HDD и не нужно.

Как устроен компьютерЧитать →

Какие есть виды жёстких магнитных дисков

Мы уже говорили о том, что в HDD может быть разное количество пластин, и от этого зависит
память устройства. Так, вы могли догадаться, сами винчестеры бывают разные, и отличаются они по разным
критериям. Например, по назначению. Давайте разберём их в таблице ниже.

Но это ещё не всё. HDD отличаются и по характеристикам. Например:

• по объёму памяти: от 300 Гб до 20 Тб;

• по скорости вращения дисков, т. е. по производительности: от 5 400
  до 15 000 оборотов в минуту;

• по типу подключения: USB (для внешних), SAS, SATA;

• по объёму памяти для временного хранения данных: от 8 до 512 Мб.

Ответы на частые вопросы

Теперь предлагаем разобраться в том, что пользователям чаще всего интересно узнать о жёстких дисках.

В чём отличие жёсткого диска от других типов хранения данных, таких как флеш-накопители или облачные сервисы?

Само собой, никакой другой накопитель не может заменить внутренний HDD. Но если речь о внешнем жёстком
диске, то с ним уже могут конкурировать флеш-карты и облачные хранилища. Давайте сравним их все
по разным критериям.

Как выбрать подходящий жёсткий диск для своего компьютера или ноутбука?

Итак, вам нужен новый HDD. Чтобы не промахнуться с выбором, заранее определитесь с его
характеристиками. Вот на что нужно обратить внимание:

• Формфактор. Выше мы уже писали: 3,5″ — для ПК, 2,5″ — для
  ноутбуков.

• Объём памяти. Стандартный офисный вариант — 1 Тб. Лучше — больше,
  но без фанатизма. 8 Тб и выше брать невыгодно, если только ваш HDD не для сервера.

• Скорость. Традиционно считается, что выше скорость = больше производительность. Если у вас
  нет SSD — это важно. Если твердотельный накопитель есть, и ОС установлена на нём,
  то не особо.

• Уровень шума. Критерий кажется незначительным, но, поверьте, лучше выбрать тот, что потише.
  Желательно до 35 дБ. Сэкономленные нервные клетки скажут вам спасибо.

• Объём кеш-памяти. Тот же совет, что и для скорости.

• Интерфейс подключения: SATA 3. SAS — только для серверных HDD.

О производителях — ниже.

Какие производители считаются лучшими в производстве жёстких дисков и почему?

Сегодня на рынке можно встретить диски разных производителей, но не стоит хватать первый попавшийся.
У одних компаний продукт хорош, у других — откровенно плох, а у третьих —
кот в мешке, как повезёт.

Поэтому советуем ориентироваться на отзывы и личный опыт. А мы расскажем о 3 хороших
производителях в таблице ниже.

Какие проблемы могут возникнуть при использовании жёсткого диска и как их можно решить?

Случается, что компьютер начинает работать медленнее. Например, дольше открывает программы, сохраняется
и т. д. Тогда можно заподозрить фрагментацию данных. Мы уже касались этой темы, когда говорили
о принципе работы жёсткого диска.

Напоминаем: магнитная головка ищет на диске не занятые информацией сегменты, когда хочет записать что-то
новое. И не всегда эти сегменты находятся рядом друг с другом. Тогда головке приходится заносить данные
хаотично. А когда вы захотите обратиться к ним в следующий раз, она будет искать
их по разным частям пластины, потому что сегменты далеко друг от друга. И из-за этого компьютер
медленнее считывает или записывает информацию.

Чтобы исправить это, важно провести дефрагментацию диска. Это можно сделать с помощью специальной программы,
например, «Оптимизация дисков» в Windows. Она перераспределит информацию так, чтобы головке было
удобно её считывать.

Но могут возникнуть и другие проблемы. Мы также писали, что головка не касается дорожки диска
во время работы. Ей это и не нужно — она работает по принципам магнетизма.
Но может случиться так, что головка всё же коснётся пластины. А так как диск крутится с большой
скоростью, на его поверхности останется царапина — пропил. Это может произойти, например, если уронить
компьютер. Тогда диск испортится.

Кроме того, HDD может сгореть, если резко отключить компьютер от электричества. Или просто выйти из строя
из-за износа. Это нормально. В таком случае диск нужно будет поменять. И лучше следить за ним, чтобы
сделать это заранее. Так вы успеете перенести данные на новый и не потеряете их.

Что такое центральный процессорЧитать →

Сегодня мы поговорили о жёстких дисках: узнали их основное назначение, разобрали устройство
и поняли, как всё это работает. Здорово, если эта статья помогла вам узнать нечто новое.

А если вас манит к технике, приложениям и сайтам, советуем не зарывать свой интерес,
а вырастить из него будущую профессию. Например, на курсах программирования в Skysmart
Pro. Попробуйте вводный урок, даже если пока не знаете, чем хотите заниматься. Мы поможем выбрать подходящий
курс и найдём преподавателя, который докажет, что кодить — это увлекательно.

Нет, это не «просто игрушка»

Roblox — одна из лучших платформ, чтобы стартовать в программировании! Запишите ребёнка на бесплатный урок в Skysmart Pro — расскажем, какие мощные игры и проекты он может создавать

Алёна Федотова

Автор Skysmart

К предыдущей статье

Новое

Что такое DDoS-атака

К следующей статье

Новое

Что такое SSD-накопитель

Получите план развития в программировании на бесплатном вводном уроке

На вводном уроке с методистом

1. Подберём курс по уровню, возрасту и интересам ребёнка

2. Расскажем, как проходят занятия

Устройство жёсткого диска

Как выглядит современный жёсткий диск (HDD) внутри? Как его разобрать на части? Как называются части и какие функции в общем механизме хранения информации выполняют? Ответы на эти и другие вопросы можно узнать здесь, ниже. Кроме того, мы покажем связь между русскоязычной и англоязычной терминологиями, описывающими компоненты жёстких дисков.

Для наглядности, разберём 3.5-дюймовый SATA диск. Это будет совершенно новый терабайтник Seagate ST31000333AS. Осмотрим нашего подопытного кролика.

Зелёная закреплённая винтами пластина с проступающим узором дорожек, разъёмами питания и SATA называется платой электроники или платой управления (Printed Circuit Board, PCB). Она выполняет функции электронного управления работой жёсткого диска. Её работу можно сравнить с укладкой в магнитные отпечатки цифровых данных и распознание обратно по первому требованию. Например, как прилежный писарь с текстами на бумаге. Чёрный алюминиевый корпус и его содержимое называется гермоблоком (Head and Disk Assembly, HDA). В среде специалистов принято называть его «банкой». Сам корпус без содержимого также называют гермоблоком (base).

Теперь снимем печатную плату (понадобиться отвертка «звёздочка» T-6) и изучим размещённые на ней компоненты.

Первым в глаза бросается большой чип, расположенный посередине – Система на кристалле (System On Chip, SOC). В ней можно выделить два крупных составляющих:

1. Центральный процессор, который производит все вычисления (Central Processor Unit, CPU). Процессор имеет порты ввода-вывода (IO ports) для управления остальными компонентами, расположенными на печатной плате, и передачи данных через SATA-интерфейс.
2. Канал чтения/записи (read/write channel) – устройство, преобразующее поступающий с головок аналоговый сигнал в цифровые данные во время операции чтения и кодирующий цифровые данные в аналоговый сигнал при записи. Так же выполняет слежение за позиционированием головок. Иными словами, создает магнитные образы при записи и распознает их при чтении.

Чип памяти (memory chip) представляет собой обычную DDR SDRAM память. Объём памяти определяет размер кэша жёсткого диска. На этой печатной плате установлена память Samsung DDR объемом 32 Мб, что в теории даёт диску кэш в 32 Мб (и именно такой объём приводится в технических характеристиках жёсткого диска), но это не совсем верно. Дело в том, что память логически разделена на буферную память (кэш) и память прошивки (firmware). Процессору требуется некоторый объём памяти для загрузки модулей прошивки. Насколько известно, только производитель HGST указывают действительный объём кэша в описании технических характеристик; относительно остальных дисков, о реальном объёме кэша остаётся только гадать. В спецификации ATA составители не стали расширять ограничение, заложенное в ранних версиях, равное 16 мегабайт. Поэтому, программы не могут отобразить объем более максимального.

Следующий чип – контроллер управления шпиндельным двигателем и звуковой катушкой, перемещающий блок головок (Voice Coil Motor and Spindle Motor controller, VCM&SM controller). На жаргоне специалистов – это «крутилка». Кроме того, этот чип управляет вторичными источниками питания, расположенными на плате, от которых питается процессор и микросхема предусилителя-коммутатора (preamplifier, preamp), расположенная в гермоблоке. Это главный потребитель энергии на печатной плате. Он управляет вращением шпинделя и движением головок. Так же при отключении питания переключает останавливающийся двигатель в режим генерации и полученную энергию подает на звуковую катушку для плавной парковки магнитных головок. Ядро VCM-контроллера может работать даже при температуре в 100°C.

Часть программы управления (прошивки) диска хранится во флэш-памяти (на рисунке обозначено: Flash). При подаче питания на диск микроконтроллер загружает сначала маленькое boot-ПЗУ внутри себя, а дальше переписывает содержимое флэш-чипа в память и приступает к исполнению кода уже из ОЗУ. Без корректно загруженного кода, диск даже не пожелает запускать двигатель. Если на плате отсутствует флэш-чип, значит, он встроен в микроконтроллер. На современных дисках (где-то с 2004 года и новее, однако исключение составляют жёсткие диски Samsung и они же с наклейками от Seagate) flash-память содержит таблицы с кодами настроек механики и головок, которые уникальны для данного гермоблока и не подойдут к другому. Поэтому операция «перекинуть контроллер» всегда заканчивается либо тем, что диск «не определяется в BIOS», либо определяется заводским внутренним названием, но все равно доступ к данным не даёт. Для рассматриваемого диска Seagate 7200.11 утрата оригинального содержимого flash-памяти приводит к полной потере доступа к информации, так как подобрать или угадать настройки не получится (во всяком случае, автору такая методика не известна).

На youtube-канале R.Lab есть несколько примеров перестановки платы с перепайкой микросхемы c неисправной платы на исправную:


PC-3000 HDD Toshiba MK2555GSX PCB change


PC-3000 HDD Samsung HD103SJ PCB change

Датчик удара (shock sensor) реагирует на опасную для диска тряску и посылает сигнал об этом контроллеру VCM. Контроллер VCM немедленно паркует головки и может остановить вращение диска. Теоретически, такой механизм должен защищать диск от дополнительных повреждений, но на практике он не работает, так что не роняйте диски. Ещё при падении может заклинить шпиндельный двигатель, но об этом позже. На некоторых дисках датчик вибрации обладает повышенной чувствительностью, реагируя на малейшие механические колебания. Полученные с датчика данные позволяют контроллеру VCM корректировать движение головок. На таких дисках установлено, кроме основного, ещё два дополнительных датчика вибрации. На нашей плате дополнительные датчики не припаяны, но места под них есть — обозначены на рисунке как «Vibration sensor».

На плате имеется ещё одно защитное устройство – ограничитель переходного напряжения (Transient Voltage Suppression, TVS). Он защищает плату от скачков напряжения. При скачке напряжения TVS перегорает, создавая короткое замыкание на землю. На этой плате установлено два TVS, на 5 и 12 вольт.

Электроника для старых дисков была менее интегрированная, и каждая функция была разделена на одну и более микросхем.

Теперь рассмотрим гермоблок.

Под платой находятся контакты мотора и головок. Кроме того, на корпусе диска имеется маленькое, почти незаметное отверстие (breath hole). Оно служит для выравнивания давления. Многие считают, что внутри жёсткого диска находится вакуум. На самом деле это не так. Воздух нужен для аэродинамического взлета головок над поверхностью. Это отверстие позволяет диску выровнять давление внутри и снаружи гермозоны. С внутренней стороны это отверстие прикрыто фильтром (breath filter), который задерживает частицы пыли и влаги.

Теперь заглянем внутрь гермозоны. Снимем крышку диска.

Сама крышка не представляет собой ничего интересного. Это просто стальная пластина с резиновой прокладкой для защиты от пыли. Наконец, рассмотрим начинку гермозоны.

Информация хранится на дисках, называемых также «блинами», магнитными поверхностями или пластинами (platters). Данные записываются с двух сторон. Но иногда с одной из сторон головка не установлена, либо физически головка присутствует, но отключена на заводе. На фотографии вы видите верхнюю пластину, соответствующую головке с самым большим номером. Пластины изготавливаются из полированного алюминия или стекла и покрываются несколькими слоями различного состава, в том числе ферромагнитным веществом, на котором, собственно, и хранятся данные. Между пластинами, а также над верхней из них, мы видим специальные вставки, называемыми разделителями или сепараторами (dampers or separators). Они нужны для выравнивания потоков воздуха и снижения акустических шумов. Как правило, их изготавливают из алюминия или пластика. Алюминиевые разделители успешнее справляются с охлаждением воздуха внутри гермозоны. Ниже приведен пример модели прохождения потока воздуха внутри гермоблока.

Вид на пластины и сепараторы сбоку.

Головки чтения-записи (heads), устанавливаются на концах кронштейнов блока магнитных головок, или БМГ (Head Stack Assembly, HSA). Парковочная зона – это область, в которой должны находиться головки исправного диска, если шпиндель остановлен. У этого диска, парковочная зона расположена ближе к шпинделю, что видно на фотографии.

На некоторых накопителях, парковка производится на специальных пластиковых парковочных площадках, расположенных за пределами пластин.

Парковочная площадка накопителя Western Digital 3.5”

В случае парковки головок внутри пластин для съёма блока магнитных головок нужен специальный инструмент, без него снять БМГ очень сложно без повреждения. Для внешней парковки можно вставить между головками пластиковые трубочки, подходящие по размеру, и вынуть блок. Хотя, и для этого случая так же есть съемники, но они более простой конструкции.

Жёсткий диск – механизм точного позиционирования, и для его нормальной работы требуется очень чистый воздух. В процессе использования внутри жёсткого диска могут образовываться микроскопические частицы металла и смазки. Для немедленной очистки воздуха внутри диска имеется циркуляционный фильтр (recirculation filter). Это высокотехнологичное устройство, которое постоянно собирает и задерживает мельчайшие частицы. Фильтр находится на пути потоков воздуха, создаваемых вращением пластин

Теперь снимем верхний магнит и посмотрим, что скрывается под ним.

В жёстких дисках используются очень мощные неодимовые магниты. Эти магниты настолько мощны, что могут поднимать вес в 1300 раз больший их собственного. Так что не стоит класть палец между магнитом и металлом или другим магнитом – удар получится очень чувствительным. На этой фотографии изображены ограничители БМГ. Их задача – ограничить движение головок, оставляя их на поверхности пластин. Ограничители БМГ разных моделей устроены по-разному, но их всегда два, они используются на всех современных жёстких дисках. На нашем накопителе второй ограничитель расположен на нижнем магните.

Вот что можно там увидеть.

Ещё мы видим здесь катушку (voice coil), которая является частью блока магнитных головок. Катушка и магниты образуют привод БМГ (Voice Coil Motor, VCM). Привод и блок магнитных головок образуют позиционер (actuator) – устройство, которое перемещает головки.

Чёрная пластиковая деталь сложной формы называется фиксатором (actuator latch). Он бывает двух типов: магнитный и воздушный (air lock). Магнитный работает как простая магнитная защёлка. Высвобождение осуществляется подачей электрического импульса. Воздушная защёлка освобождает БМГ после того, как шпиндельный двигатель наберёт достаточное число оборотов, чтобы давление воздуха отодвинуло фиксатор с пути звуковой катушки. Фиксатор защищает головки от вылета головок в рабочую область. Если по какой-то причине фиксатор со своей функцией не справился (диск уронили или ударили во включенном состоянии), то головки прилипнут к поверхности. Для дисков 3.5“ последующее включение из-за большей мощности мотора просто оторвет головки. А вот у 2.5“ мощность мотора меньше и шансы восстановить данные, высвободив «из плена» родные головки, довольно высоки.

Теперь снимем блок магнитных головок.

Точность и плавность движения БМГ поддерживается прецизионным подшипником. Самая крупная деталь БМГ, изготовленная из алюминиевого сплава, обычно называется кронштейном или коромыслом (arm). На конце коромысла находятся головки на пружинной подвеске (Heads Gimbal Assembly, HGA). Обычно сами головки и коромысла поставляют разные производители. Гибкий кабель (Flexible Printed Circuit, FPC) идёт к контактной площадке, стыкующейся с платой управления.

Рассмотрим составляющие БМГ подробнее.

Катушка, соединенная с кабелем.

Подшипник.

На следующей фотографии изображены контакты БМГ.

Прокладка (gasket) обеспечивает герметичность соединения. Таким образом, воздух может попасть внутрь блока с дисками и головками только через отверстие для выравнивания давления. У этого диска контакты покрыты тонким слоем золота для предотвращения окисления. А вот со стороны платы электроники окисление случается частенько, что приводит к неисправности HDD. Удалить окисление с контактов можно стирательной резинкой (eraser).

Это классическая конструкция коромысла.

Маленькие чёрные детали на концах пружинных подвесов называют слайдерами (sliders). Многие источники указывают, что слайдеры и головки – это одно и то же. На самом же деле слайдер помогает считывать и писать информацию, поднимая головку над поверхностью магнитных дисков. На современных жёстких дисках головки двигаются на расстоянии 5-10 нанометров от поверхности. Для сравнения: человеческий волос имеет диаметр около 25000 нанометров. Если под слайдер попадёт какая-нибудь частица, это может привести к перегреву головок из-за трения и выходу их из строя, именно поэтому так важна чистота воздуха внутри гермозоны. Ещё попадание пыли может вызвать царапины. От них образуются новые пылинки, но уже магнитные, которые прилипают к магнитному диску и вызывают новые царапины. Это приводит к тому, что диск быстро покрывается царапинами или на жаргоне «запиливается». В таком состоянии ни тонкий магнитный слой, ни магнитные головки уже не работают, и жёсткий диск стучит (клик смерти).

Сами считывающие и записывающие элементы головки находятся на конце слайдера. Они так малы, что разглядеть их можно только в хороший микроскоп. Ниже приведен пример фотографии (справа) через микроскоп и схематическое изображение (слева) взаимного расположения пишущего и читающего элементов головки.

Рассмотрим поверхность слайдера поближе.

Как видите, поверхность слайдера не плоская, на ней имеются аэродинамические канавки. Они помогают стабилизировать высоту полёта слайдера. Воздух под слайдером образует воздушную подушку (Air Bearing Surface, ABS). Воздушная подушка поддерживает почти параллельный поверхности блина полёт слайдера.

Вот ещё одно изображение слайдера.

Здесь хорошо видны контакты головок.

Это ещё одна важная часть БМГ, которая пока не обсуждалась. Она называется предусилителем (preamplifier, preamp). Предусилитель – это чип, управляющий головками и усиливающий поступающий к ним или от них сигнал.

Предусилитель располагают прямо в БМГ по очень простой причине — сигнал, идущий с головок, очень слаб. На современных дисках он имеет частоту более 1 ГГц. Если вынести предусилитель за пределы гермозоны, такой слабый сигнал сильно затухнет по пути к плате управления. Установить же усилитель прямо на голове нельзя, так как она существенно нагревается во время работы, что делает не возможным работу полупроводникового усилителя, вакуумно-ламповых усилителей таких малых размеров ещё не придумали.

От предусилителя к головкам (справа) ведёт больше дорожек, чем к гермозоне (слева). Дело в том, что жёсткий диск не может одновременно работать более чем с одной головкой (парой пишущих и считывающих элементов). Жёсткий диск посылает сигналы на предусилитель, и он выбирает головку, к которой в данный момент обращается жёсткий диск.

Хватит о головках, давайте разбирать диск дальше. Снимем верхний сепаратор.

Вот как он выглядит.

На следующей фотографии вы видите гермозону со снятыми верхним разделителем и блоком головок.

Стал виден нижний магнит.

Теперь прижимное кольцо (platters clamp).

Это кольцо удерживает блок пластин вместе, не давая им двигаться друг относительно друга.

Блины нанизаны на шпиндель (spindle hub).

Теперь, когда блины ничто не удерживает, снимем верхний блин. Вот что находится под ним.

Теперь понятно, за счёт чего создается пространство для головок – между блинами находятся разделительные кольца (spacer rings). На фотографии виден второй блин и второй сепаратор.

Разделительное кольцо – высокоточная деталь, изготовленная из немагнитного сплава или полимеров. Снимем его.

Вытащим из диска все остальное, чтобы осмотреть дно гермоблока.

Так выглядит отверстие для выравнивания давления. Оно располагается прямо под воздушным фильтром. Рассмотрим фильтр внимательнее.

Так как поступающий снаружи воздух обязательно содержит пыль, фильтр имеет несколько слоёв. Он гораздо толще циркуляционного фильтра. Иногда он содержит частицы силикагеля для борьбы с влажностью воздуха. Однако, если жёсткий диск поместить в воду, то она наберется внутрь через фильтр! И это совсем не означает, что попавшая внутрь вода будет чистая. На магнитных поверхностях кристаллизуются соли и наждачка вместо пластин обеспечена.

Немного подробнее про шпиндельный двигатель. Схематически его конструкция показана на рисунке.

Внутри spindle hub закреплен постоянный магнит. Обмотки статора, меняя магнитное поле, заставляют ротор вращаться.

Моторы бывают двух видов, с шариковыми подшипниками и с гидродинамическими (Fluid Dynamic Bearing, FDB). Шариковые перестали использовать более 10 лет назад. Это связано с тем, что у них биение высокое. В гидродинамическом подшипнике биения намного ниже и работает он значительно тише. Но есть и пару минусов. Во-первых, он может заклинить. С шариковыми такого явления не происходило. Шариковые подшипники если и выходили из строя, то начинали громко шуметь, но информация хоть медленно, но читалась. Сейчас же, в случае клина подшипника, нужно при помощи специального инструмента снять все диски и установить их на исправный шпиндельный двигатель. Операция очень сложная и редко приводит к удачному восстановлению данных. Клин может возникнуть от резкого изменения положения за счет большого значения силы Кориолиса, действующей на ось и приводящей к ее сгибанию. Например, есть внешние 3.5” диски в коробочке. Стояла коробочка вертикально, задели, упала горизонтально. Казалось бы, не далеко улетел то?! А нет — клин двигателя, и никакой информации уже не достать.

Во-вторых, из гидродинамического подшипника может вытечь смазка (она там жидкая, ее довольно много, в отличие от смазки-геля, используемой шариковых), и попасть на магнитные пластины. Чтобы предотвратить попадание смазки на магнитные поверхности используют смазку с частицами, имеющими магнитные свойства и улавливающими их магнитные ловушки. Еще используют вокруг места возможной протечки абсорбционное кольцо. Вытеканию способствует перегрев диска, поэтому важно следить за температурным режимом эксплуатации.

Автор статьи Артём Рубцов.

Уточнение связи между русскоязычной и англоязычной терминологией выполнено Леонидом Воржевым.

Обновление 2018, Сергей Яценко

Перепечатка или цитирование разрешены при условии сохранения ссылки на первоисточник: R.LAB, восстановление информации.

Что такое жесткий диск и в чем разница между жестким диском и твердотельным накопителем

Определение жесткого диска

Жесткий диск хранит все ваши данные, где физически расположены все ваши файлы и папки. Типичный жесткий диск немного больше вашей руки, но может хранить более 100 ГБ данных. Данные хранятся на стеке дисков, смонтированных внутри прочного корпуса. Эти диски вращаются очень быстро (обычно со скоростью 5400 или 7200 об/мин), поэтому доступ к данным можно получить немедленно из любого места на диске. Данные хранятся на жестком диске с помощью магнитов, поэтому они остаются на диске даже после отключения питания.

Термин «жесткий диск» на самом деле является сокращением от «жесткий диск». Термин «жесткий диск» относится к фактическим дискам внутри привода. Однако все три термина обычно относятся к одному и тому же. Определение жесткого диска — это место, где хранятся ваши данные.

Жесткий диск (HDD), жесткий диск, жесткий диск или фиксированный диск ^[b] представляет собой электромеханическое устройство хранения данных, в котором используется магнитная память для хранения и извлечения цифровой информации с использованием одного или нескольких жестких быстровращающихся дисков (пластин). ) с покрытием из магнитного материала. Пластины соединены с магнитными головками, обычно расположенными на подвижном рычаге привода, которые считывают и записывают данные на поверхности пластин. ^[2] Доступ к данным осуществляется методом произвольного доступа, что означает, что отдельные блоки данных могут быть сохранены или извлечены в любом порядке, а не только последовательно. Жесткие диски — это тип энергонезависимого хранилища, сохраняющего сохраненные данные даже при выключении питания.

История жесткого диска

Первый серийный жесткий диск IBM, 350 disk storage, был поставлен в 1957 году как компонент системы IBM 305 RAMAC. Он был размером примерно с два холодильника среднего размера и хранил пять миллионов шестибитных символов (3,75 мегабайта) на стопке из 50 дисков.

В 1962 году на смену IBM 350 пришел дисковый накопитель IBM 1301, который состоял из 50 пластин толщиной около 1/8 дюйма и диаметром 24 дюйма. В то время как IBM 350 использовала только две головки чтения/записи, [28] 1301 использовала массив головок, по одной на пластину, движущихся как единое целое. Поддерживались операции чтения/записи в режиме цилиндра, а головки находились примерно на 250 микродюймов (около 6 мкм) над поверхностью пластины. Движение массива головок зависело от бинарной сумматорной системы гидравлических приводов, которая обеспечивала воспроизводимое позиционирование. Шкаф 1301 был размером с три домашних холодильника, поставленных рядом, и хранил около 21 миллиона восьмибитных байтов. Время доступа составляло около четверти секунды.

Технология

Современный жесткий диск записывает данные путем намагничивания тонкой пленки ферромагнитного материала с обеих сторон диска. Последовательные изменения направления намагниченности представляют биты двоичных данных. Данные считываются с диска путем обнаружения переходов намагниченности. Пользовательские данные кодируются с использованием схемы кодирования, такой как кодирование с ограничением длины серии, которое определяет, как данные представлены магнитными переходами.

Стандартная конструкция жесткого диска состоит из шпиндель , который удерживает плоские круглые диски, называемые пластинами, на которых хранятся записанные данные. Пластины изготовлены из немагнитного материала, обычно из алюминиевого сплава, стекла или керамики. Они покрыты неглубоким слоем магнитного материала, обычно толщиной 10–20 нм, с внешним слоем углерода для защиты. ^{[38] [39] [40]} Для справки: толщина стандартного листа копировальной бумаги составляет 0,07–0,18 мм (70 000–180 000 нм) ^[41] .

Емкость жесткого диска

Объем памяти на жестком диске измеряется в гигабайтах и ​​терабайтах. Емкость жесткого диска измеряется объемом данных, которые пользователи должны хранить, что часто намного больше, чем пространство, занимаемое приложениями. Например, одно видео может занимать четыре гигабайта места.

В 1957 году стоимость одного мегабайта памяти на первом жестком диске была бы эквивалентна 200 000 долларов США в сегодняшних долларах. Однако в 2017 году один мегабайт на жестком диске стоит менее 1/3000 цента! Смотрите жесткий диск, байт, SSD и пространство/время.

Жесткий диск

Жесткий диск — это основной компьютерный носитель данных, состоящий из одной или нескольких алюминиевых или стеклянных пластин, покрытых ферромагнитным материалом. Хотя термины «жесткий диск» и «жесткий диск» используются как синонимы; технически диск вращается внутри привода.

Раньше все компьютеры имели внутренний жесткий диск для хранения; однако сегодня хранилище может быть твердотельным (SSD). Внешние жесткие диски можно подключить к порту USB или eSATA для увеличения объема памяти.

1-Память и память

Жесткие диски не являются основной памятью компьютера. На дисках хранятся программы и данные до тех пор, пока пользователь их намеренно не удалит, а память (ОЗУ) — это временное рабочее пространство. Чтобы узнать, как это рабочее пространство используется для обработки данных, см. Память. Сводную информацию о типах памяти и хранилища см. в разделе хранилище и память.

2-Емкость и скорость

Емкость измеряется в байтах, а самые большие диски вмещают до 10 терабайт. Скорость измеряется скоростью передачи в мегабайтах в секунду, а также задержкой: сколько времени требуется, чтобы начать передачу данных, обычно от 3 до 15 миллисекунд (мс). Для сравнения, CD/DVD занимает от 80 до 120 мс.

Байт

Байт (двоичная таблица) является общей единицей компьютерной памяти от настольного компьютера до мейнфрейма. Он состоит из восьми двоичных разрядов (битов). Девятый бит может использоваться в схемах памяти (RAM) в качестве бита четности для проверки ошибок.

Байт содержит один буквенный символ, например букву A, знак доллара или десятичную точку. Для числовых данных один байт содержит одну десятичную цифру (0–9), две «упакованные десятичные» цифры (00–99) или двоичное число от 0 до 255.

От байта к байту

IBM ввела этот термин в середине 1950-х годов для обозначения наименьшей адресуемой группы битов в компьютере, которая изначально не была восьми. Первое написание слова было «укус», но они были добавлены, чтобы избежать ошибок в написании между «укусить» и «укусить». В байте восемь двоичных цифр (битов), но также может быть девять битов на байт в ячейках ОЗУ, которые включают исправление ошибок.

Спецификации байтов

Диски и память (ОЗУ) оцениваются в байтах. Например, на диске емкостью 512 гигабайт (512 ГБ) постоянно хранится 512 миллиардов символов программных инструкций и данных, а на восьми гигабайтах (8 ГБ) оперативной памяти временно хранится восемь миллиардов. Первые жесткие диски в первых персональных компьютерах вмещали 5 МБ, а ОЗУ — 64 КБ.

SSD

SSD (твердотельный накопитель) — это полностью электронное энергонезависимое запоминающее устройство, которое является альтернативой и все чаще заменяет жесткие диски. Используемые во множестве продуктов, включая мобильные устройства, iPod, фотоаппараты, ноутбуки и настольные компьютеры, твердотельные накопители работают быстрее, чем жесткие диски, благодаря нулевой задержке (нет необходимости перемещать головку чтения/записи). Они также более прочные и надежные и обеспечивают лучшую защиту в неблагоприятных условиях. Кроме того, твердотельные накопители потребляют меньше энергии и не подвержены влиянию магнитов.

Со временем будут только твердотельные накопители, а пластины с вращающимися дисками устареют так же, как и перфокарты.

В основном флэш-память

Твердотельные накопители состоят из микросхем флэш-памяти в 99% случаев. Тем не менее, для получения максимально возможной скорости хранения существуют твердотельные накопители, в которых используются энергозависимые микросхемы ОЗУ, резервируемые энергонезависимой памятью на случай сбоя питания.

В чем разница между SSD и жестким диском

В своей простейшей форме SSD представляет собой флэш-память и не имеет движущихся частей. В результате они меньше и занимают меньше места в корпусе ПК, а в некоторых случаях даже устанавливаются непосредственно на материнскую плату. Хранилище SSD намного быстрее, чем его аналог на жестком диске.

Жесткий диск состоит из магнитной ленты и имеет механические части внутри. Они больше, чем твердотельные накопители, и намного медленнее считываются и пишутся. В своей простейшей форме SSD представляет собой флэш-память и не имеет движущихся частей.

Источник

Емкость жесткого диска и твердотельного накопителя

Основными характеристиками жесткого диска являются его емкость и производительность. Емкость указывается в префиксах единиц, соответствующих степени числа 1000: диск емкостью 1 терабайт (ТБ) имеет емкость 1000 гигабайт (ГБ, где 1 гигабайт = 1 миллиард байт).

Полноразмерный жесткий диск

Общие префиксы следующие: Килобайт (КБ) = 1024 байта. Мегабайт (МБ) = 1 024 килобайта или 1 048 576 байт. Гигабайт (ГБ) = 1 024 мегабайта или 1 073 741 824 байта.

Средство очистки жесткого диска

Securis очищает жесткие диски от заданий, соответствующих утилизации. Любые жесткие диски, помеченные или принадлежащие к заданиям по уничтожению данных на месте или за его пределами или не прошедшим тестирование машины для очистки, уничтожаются, а не стираются. Чтобы запланировать проект по уничтожению данных и/или переработке электроники сегодня, свяжитесь с Securis.

Выражаем особую благодарность Самиру Франжье, менеджеру Securis по продажам технологий в области продаж, маркетинга и обработки, за исследование и написание этой статьи.

Как на жестком диске хранятся данные?

Вопросы? Обратная связь? работает на программном обеспечении для онлайн-чата Olark

Вы когда-нибудь задумывались, как работают жесткие диски? Вам интересно, что жесткий диск делает для вашего компьютера? Возможно, вы думаете: «Как жесткий диск хранит данные?». Если какой-либо вариант этих вопросов пришел вам в голову, вы находитесь в правильном месте.

Что делает жесткий диск для компьютера?

Жесткие диски предназначены для хранения электронных данных. Если вы не используете технически продвинутую настройку с загрузочным USB-накопителем или сетевым диском для хранения данных, компьютер, который вы сейчас используете, имеет жесткий диск, на котором хранится ваша операционная система, файлы, приложения и любые другие данные, которые могут у вас быть. Без жестких дисков или подходящей замены компьютеры были бы не чем иным, как набором металла и пластика.

Жесткие диски были популярным устройством для хранения данных на протяжении всего 21 ^ст века. С широкой популярностью приходит широко распространенное непонимание, поэтому, если вы хотите узнать больше о том, как работают жесткие диски, читайте дальше.

Как работает жесткий диск?

Существует несколько разновидностей жестких дисков, но наиболее распространенными являются два жестких диска (HDD) и твердотельные накопители (SSD). В этой статье речь пойдет о первом. Для получения дополнительной информации о последнем вы можете посетить публикацию Gillware «Что такое SSD». В следующем разделе будут описаны отдельные компоненты жестких дисков и то, как эти компоненты работают вместе для хранения данных.

Что находится на жестком диске?

Прежде чем мы сможем описать, как жесткий диск хранит данные, нам сначала нужно познакомиться с различными частями, из которых состоит жесткий диск. Есть несколько основных компонентов, которые необходимы для каждого жесткого диска.

Корпус: Современные жесткие диски будут 2,5 дюйма для ноутбуков и 3,5 дюйма для настольных компьютеров.

Пластины: Блестящие диски, на которых хранятся данные. Почти наверняка их будет больше одной, но вполне возможно, что на вашем жестком диске будет одна пластина.

Двигатель шпинделя: Отвечает за вращение пластин, когда жесткий диск подключен к источнику питания. Диски также будут опираться на двигатель шпинделя.

Головки чтения-записи: Заостренные куски металла, передающие или принимающие электрический ток. Как вы, возможно, уже определили, головки чтения-записи отвечают за чтение или запись данных.

Стек головок: Металлический контейнер, используемый для хранения головок чтения-записи.

Рычаг актуатора: Металлический рычаг для перемещения стека головок (кусок металла, который движется на видео).

Мотор для рычага привода: Подключен к другому концу рычага привода, позволяет рычагу двигаться.

Как на жестком диске хранятся данные?

При подаче питания на жесткий диск пластины начинают вращаться, готовясь к чтению и записи данных. Рычаг исполнительного механизма поместит стек головок всего на несколько нанометров выше диска(ов). Стек головок/головки чтения-записи никогда не должны соприкасаться с пластинами жесткого диска. Когда вы сохраняете файл, он передается на жесткий диск, где он преобразуется из удобочитаемой информации в двоичную (1 и 0). Эти двоичные данные передаются в стек головок, где головки чтения-записи выдают продолжительное магнитное поле, которое указывает 1 или 0. Обратный процесс происходит при считывании данных с жесткого диска.

Вы задавались вопросом, почему слово «длительный» выделено жирным шрифтом и курсивом? Это слово является ключевым отличием энергозависимой памяти от энергонезависимой памяти. Электронное хранилище данных, которое будет поддерживать свое состояние (файлы / данные, которые оно содержит) без питания, — это то, что считается энергонезависимой памятью. С другой стороны, энергозависимая память, такая как оперативная память (ОЗУ), по существу будет стерта, когда она не будет получать питание от вашего компьютера. Именно из-за этих двух концепций многие компьютерные профессионалы воздерживаются от использования слова «память» для описания таких устройств, как жесткие диски или флэш-накопители. Вместо этого слово хранилище указывает, что эти устройства будут хранить данные, которые они хранят, когда устройство не подключено к источнику питания.

Заключение

Жесткие диски — эффективное решение для хранения данных, которое широко используется во всем мире.