Жесткий диск за что отвечает: Что такое жёсткий диск для компьютера.

Что такое жёсткий диск для компьютера.

Жёсткий диск это устройство на вашем ПК, где хранятся файлы и  программы. Причём даже отключённый от электричества он будет верно хранить вашу информацию и ничего не забудет. Чего не скажешь об используемом для запуска программ устройстве памяти RAM, которое без подачи питания не сможет сохранить текущую информацию.

Содержание:

• 1 Как организуются жёсткие диски.
• 2 Чем жёсткие диски друг от друга отличаются.
• 3 Какие существуют типы жёстких дисков.
• 4 Интерфейс жёсткого диска.
• 5 Жёсткие диски по местоположению.
• 6 Какой жёсткий диск мне подойдёт.
• 7 Какой выбрать размер жёсткого диска.

Как организуются жёсткие диски.

За организацию жёсткого диска отвечает операционная система. Она занимается обслуживанием и поддержкой всех остальных программ.

Большинство систем, используют понятие файла или архива, и тот и другой термин означают одно и то же. Файл может быть, например, песней, фотографией, фильмом или программой. Эти файлы можно организовать в папки, которые, в свою очередь, вполне могут содержать другие вложенные подкаталоги.

Чем жёсткие диски друг от друга отличаются.

Наиболее важной характеристикой жёсткого диска без сомнений является его ёмкость. Обычно она измеряется в гигабайтах, в последние несколько лет в терабайтах. Чем больше ёмкость (размер) жёсткого диска – тем больше файлов (фильмов, документов и программ) на нём может храниться.

Ещё один важный момент − скорость передачи. Она определяет скорость доступа к расположенным на жёстком диске данным.

Какие существуют типы жёстких дисков.

По своей внутренней технологии.

Магнитные. В них содержаться несколько намагниченных жёстких дисков. Эти диски вращаются, а за чтение информации отвечает головка чтения-записи. Работа жёсткого диска чем-то напоминает работу проигрывателя аудиодисков.

Твердотельные. Также известные как SSD. В этом случае используются не вращающиеся диски, а массивы транзисторов. Каждый транзистор отвечает за хранение единицы информации. Так как в них нет ускоряющих доступ к информации движущихся частей, они естественно более устойчивы к ударам, потребляют меньше энергии и почти не шумят. Единственная проблема SSD − высокая цена.

Интерфейс жёсткого диска.

Интерфейс это тип разъёма для подсоединения жёсткого диска к другим устройствам. Наиболее часто используются в современных компьютерах интерфейсы IDE и SATA. Подключение по IDE уже устаревшая технология. Современный стандарт SATA обеспечивает более высокую скорость соединения.

Жёсткие диски по местоположению.

Внутренние. Как следует из названия, эти жёсткие диски размещаются внутри коробки ПК.

Наружные. Подключаются к ПК через USB-соединение или внешнее SATA подключение. Они медленнее и более подходят для хранения не часто используемой информации, например архивы.

Какой жёсткий диск мне подойдёт.

Это зависит, как и почти всё, от типа использования и ваших финансовых возможностей. Для обычного пользователя главное размер жёсткого диска и в гораздо меньшей степени его тип. Но для профессиональных пользователей, особенно для тех кто серьёзно занимается обработкой видео, лучше не пожалеть денег и приобрести SSD.

Какой выбрать размер жёсткого диска.

Ка и в случае с оперативной памятью, чем больше, тем естественно лучше. Поверьте, какого бы размера жёсткий диск вы не купили, через несколько лет он будет полностью заполнен.

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.

Четыре основных компонента жесткого диска | Малый бизнес

Дэвид Нилд

Жесткий диск, который обычно обеспечивает хранение данных и приложений в компьютере, имеет внутри корпуса четыре ключевых компонента — пластину (для хранения данных), шпиндель (для вращения пластин) , рычаг чтения/записи (для чтения и записи данных) и привод (для управления действиями рычага чтения/записи). Только наиболее технически подкованные ИТ-специалисты должны пытаться работать с компонентами внутри жесткого диска.

Пластины

1. Пластины — это круглые диски внутри жесткого диска, на которых хранятся единицы и нули, составляющие ваши файлы. Пластины изготовлены из алюминия, стекла или керамики и имеют магнитную поверхность для постоянного хранения данных. На больших жестких дисках используется несколько пластин для увеличения общей емкости диска. Данные хранятся на пластинах в виде дорожек, секторов и цилиндров, что упрощает их поиск.

Шпиндель

1. Шпиндель удерживает пластины на месте и поворачивает их по мере необходимости. Число оборотов в минуту определяет скорость записи и чтения данных с жесткого диска. Типичный внутренний накопитель для настольных ПК работает со скоростью 7200 об/мин, хотя доступны более высокие и более низкие скорости. Шпиндель удерживает пластины на фиксированном расстоянии друг от друга, чтобы рычаг чтения/записи мог получить доступ. (ссылка 1+3)

Рука чтения/записи

1. Рычаг чтения/записи управляет движением головок чтения/записи, которые выполняют фактическое чтение и запись на пластины диска путем преобразования магнитной поверхности в электрический ток. Рука следит за тем, чтобы головки находились в правильном положении в зависимости от данных, к которым необходимо получить доступ или записать; он также известен как головной рычаг или приводной рычаг. Обычно на каждую сторону пластины приходится одна головка чтения/записи, которая возвышается на 3–20 миллионных долей дюйма над поверхностью пластины.

Привод

1. Привод или привод головки представляет собой небольшой двигатель, который получает команды от печатной платы привода для управления движением рычага чтения/записи и контроля передачи данных на пластины и с них. Он отвечает за то, чтобы головки чтения/записи всегда находились в нужном месте.

Прочие компоненты

1. Наряду с кожухом снаружи жесткого диска, который удерживает все компоненты вместе, интерфейсная печатная плата управляет входными и выходными сигналами в тандеме с портами на конце привод. Независимо от типа накопителя, у него есть один порт для источника питания и один порт для передачи данных и инструкций в и из остальной части системы.

Список литературы

• Компьютерная надежда: блюдо
• Компьютерная надежда: Spindle
• Компьютерная надежда: Access Arm
• Компьютерная надежда: голова
• Компьютерная надежда: акт.

Биография писателя

Дэвид Нилд, журналист в области информационных технологий с 2002 года, пишет о Интернете, технологиях, аппаратном и программном обеспечении. Он является опытным редактором, корректором и копирайтером для онлайн-изданий, таких как CNET, TechRadar и Gizmodo. Нилд имеет степень бакалавра искусств в области английской литературы и живет в Манчестере, Англия.

Жесткий диск (HDD) и твердотельный накопитель (SSD): в чем разница?

Что такое HDD и SDD, и в чем сходство и различие этих типов хранения?

Что такое жесткий диск (HDD)?

Жесткий диск или жесткий диск (HDD) — это тип устройства хранения данных, которое используется в ноутбуках и настольных компьютерах. Жесткий диск является «энергонезависимым» накопителем, что означает, что он может сохранять сохраненные данные, даже если на устройство не подается питание. Операционные системы (ОС) сообщают жесткому диску о необходимости чтения и записи данных программами. Скорость, с которой диск считывает и записывает эти данные, зависит исключительно от самого диска.

Жесткие диски начинались как массивные, заполняющие комнату устройства емкостью около 3,75 мегабайт. Сегодня, для сравнения, жесткий диск, который легко помещается в настольный компьютер, может иметь до 18 терабайт памяти.

Как работают жесткие диски (HDD)?

Устройство жесткого диска

Жесткий диск имеет дискообразные объекты, называемые «пластинами». Пластины — это место, где данные хранятся с использованием электрического заряда. Этот электрический заряд исходит от рычага привода или «головки чтения/записи». Головки чтения/записи получают указание, куда перемещать пластины, программным обеспечением в ЦП и материнской плате. У каждого диска есть рычаг с магнитными головками, и каждый диск вращается и делится на сектора. Эти сектора имеют тысячи подразделений (называемых битами), все из которых могут принимать электрический заряд. Биты сектора и соответствующие им заряды считываются головкой чтения/записи и могут быть преобразованы в двоичные данные как 1 или 0.

Продольная запись

За годы развития HDD изменилось расположение секторов на пластине. Первоначальная конструкция жестких дисков включала продольную запись, при которой сектора выравнивались горизонтально по отношению к вращающейся пластине диска. Это горизонтальное выравнивание стало проблемой при увеличении емкости жесткого диска за счет сокращения секторов. В таком маленьком масштабе биты будут случайным образом менять свой заряд в зависимости от температуры, что приведет к повреждению данных.

Перпендикулярная запись

«Перпендикулярная запись» — это метод, созданный для решения проблем, возникающих при продольной записи. Этот метод укладывает сектора на концах и создает объем памяти, более чем в три раза превышающий объем продольной записи. Однако компромиссом является повышенная чувствительность к магнитным полям, что потребовало разработки более точных рук чтения / записи.

Фрагментация диска

Когда ЦП записывает данные на жесткий диск, он использует часть сектора или секторов, в зависимости от размера файла. Когда происходит обновление данных, ЦП дает указание жесткому диску записать их в следующий доступный сектор. Расстояние от первого сектора до этого нового сектора увеличит скорость считывания данных. Хотя время измеряется в миллисекундах, большее количество случаев разделения данных может привести к значительному замедлению. Такое разделение данных называется «фрагментацией диска», и в большинстве операционных систем есть встроенная программа, которая дефрагментирует диск, переупорядочивая данные таким образом, чтобы информация для программы находилась в одном месте.

Преимущества жестких дисков

Традиционные жесткие диски (HDD) известны как устаревшая технология, которая существует дольше, чем SSD. Однако возраст дает свои преимущества, предоставляя широкие возможности для продвижения во всех аспектах технологии.

Жесткий диск предназначен для чтения, записи и хранения данных. Они являются надежными устройствами для резервного копирования, а также для обычных компьютерных процессов. Технология жестких дисков была значительно усовершенствована, что позволило снизить их стоимость и повысить их общую емкость.

Емкость

Емкость жестких дисков с годами увеличилась, и теперь они поставляются в продажу с объемом памяти 20 терабайт. Многие современные ноутбуки и настольные ПК стандартно поставляются с 250 ГБ памяти.

Производительность

Производительность обычно измеряется скоростью и надежностью устройства. Скорость, с которой жесткие диски обрабатывают данные, значительно выросла за последние годы и хорошо соответствует их назначению.

Однако физические компоненты жестких дисков создают больше ограничений, чем другие устройства хранения. Точная рука теряет точность, если диск движется слишком быстро, а диск может вращаться только с такой скоростью, прежде чем начнет деформироваться или даже сломаться. Ускорение пластины для достижения оптимальной скорости требует времени и приводит к замедлению времени загрузки.

Срок службы/долговечность

Жесткие диски надежно хранят данные в течение длительного периода времени без подачи питания и являются предпочтительным методом хранения резервных копий. Срок службы внутреннего жесткого диска при постоянном использовании составляет от трех до пяти лет. Срок службы может быть больше, если устройство представляет собой внешний жесткий диск и хранится в контролируемом пространстве. Регулярный износ устройства является обычным явлением, особенно из-за записи и перезаписи данных в одних и тех же секторах пластины. Долгосрочное хранение на нескольких дисках может быть таким же простым, как использование внешнего жесткого диска. Другой способ получить доступ к этим файлам резервных копий из любого места — использовать систему сетевого хранилища (NAS). NAS — это централизованное хранилище, которое позволяет хранить и извлекать данные для авторизованных пользователей сети.

Портативность

Внешние портативные жесткие диски выполняют те же основные функции, что и внутренние жесткие диски, и могут использоваться с ноутбуками или настольными компьютерами. Внешние накопители продаются с собственными внешними блоками питания. Внутренние жесткие диски компьютера являются «портативными» — это означает, что их можно легко перемещать с одного устройства на другое, — но они менее совместимы со всеми устройствами и требуют больше усилий для перемещения.

Цена

Жесткие диски являются наиболее доступным типом хранилища, поскольку они имеют наиболее эффективную стоимость за гигабайт. По мере увеличения емкости хранилища цена на жесткие диски меньшего размера снижается. Например, жесткие диски емкостью 500 гигабайт продаются менее чем за 40 долларов.

Что такое твердотельный накопитель (SSD)?

Являясь основным компонентом компьютеров, твердотельные накопители (SSD) отличаются быстрым чтением, записью и загрузкой на современных машинах, что не имеет себе равных по сравнению с традиционными жесткими дисками.

Твердотельный накопитель — это компьютерное оборудование с энергонезависимой памятью (NVM), которое хранит данные без движущихся частей. В то время как жесткие диски (HDD) используют вращающийся магнитный диск и механическую записывающую головку для обработки данных, твердотельные накопители используют заряд в полупроводниках.

Внутренние твердотельные накопители устанавливаются в компьютерах, а внешние твердотельные накопители подключаются так же, как внешние жесткие диски — часто к портам USB 3.0 — и служат для тех же целей. SSD — это запоминающее устройство, в котором для хранения данных используются интегральные схемы, а не механические компоненты. Интегральные схемы уменьшают их габариты и делают работу бесшумной. Например, продукт Apple, такой как MacBook, имеет SSD в качестве жесткого диска, что придает Mac тонкий профиль.

Экспресс энергонезависимая память (NVMe) — это протокол интерфейса логического устройства для доступа к энергонезависимым носителям данных компьютера. NVMe — это стандартная спецификация, используемая на SSD-накопителях, поэтому у каждого производителя нет уникального драйвера устройства. В твердотельных накопителях NVMe используется экспресс-подключение периферийных компонентов (PCIe или PCI Express), которое может обрабатывать несколько запросов от ОС к твердотельному накопителю. PCIe — это распространенный интерфейс высокоскоростного подключения на материнской плате.

Как работают твердотельные накопители (SSD)?

Твердотельные накопители используют электронные схемы для хранения и извлечения данных. Данные хранятся в «блоках», и эти блоки можно полностью записать только один раз. Чтобы сохранить последовательные данные вместе и сократить время отклика, блок должен быть полностью стерт и перезаписан в другом блоке. К сожалению, блоки не долговечны и повреждаются в процессе стирания. Запись/стирание — это то, как происходит износ твердотельного накопителя, и именно поэтому большинство твердотельных накопителей оснащены встроенной технологией «выравнивания износа», которая равномерно распределяет износ и продлевает срок службы устройства.

Некоторые из электронных схем в SSD представляют собой флэш-память NAND (логический элемент «не И»), состоящую из энергонезависимых транзисторов NAND. Энергонезависимые транзисторы NAND хранят данные в виде заряда в полупроводниках на кремниевых микросхемах памяти, установленных в массив, а иногда и на печатных платах. Стеки называются 3D NAND и могут похвастаться гораздо большей емкостью памяти, поскольку ячейки памяти располагаются друг над другом. Одноуровневые ячейки (SLC) — самая дорогая, но и самая надежная разновидность технологии SSD. Добавление дополнительного бита пространства для хранения на ячейку соответственно снижает затраты, и каждый дополнительный сохраненный бит обозначается по-разному, начиная с многоуровневых ячеек (MLC), трехуровневых ячеек (TLC) и, наконец, четырехуровневых ячеек (QLC).

Контроллеры управляют всеми ячейками флэш-памяти, сообщая им, к какой памяти следует обращаться или какой манипулировать. Кроме того, они отвечают за равномерное распределение данных и сборку мусора.

Общие методы, зависящие от форм-фактора, заключаются в том, что твердотельные накопители кэшируют запрошенные данные с более быстрым временем отклика, подобно модулям оперативной памяти. Более быстрое время отклика более желательно по сравнению с кэшированием горячих запросов от жестких дисков, которые в противном случае имели бы малое время отклика.

Твердотельные накопители потребляют меньше энергии, чем жесткие диски, поскольку в них нет движущихся компонентов. Для работы твердотельных накопителей также требуется постоянное питание от рабочего устройства. В то время как SSD без питания теряют данные, когда на них не подается питание, большинство SSD поставляются со встроенной батареей, которая позволяет устройству работать в режиме ожидания и поддерживать целостность данных.

Жесткие диски и твердотельные накопители: сравнение

Каждый тип хранилища имеет свои преимущества и недостатки. Таким образом, сравнение жестких дисков (HDD) и твердотельных накопителей (SSD) необходимо для определения наилучшего соответствия рабочей нагрузке.

Емкость

Ключевое отличие в области хранения заключается в том, что твердотельные накопители используют флэш-память вместо магнитных пластин. Новые твердотельные накопители имеют обычно используемые емкости, такие как 128 ГБ, 256 ГБ, 512 ГБ, 1 ТБ и 2 ТБ. Интегральные схемы, которые уменьшают размер устройства, также увеличивают плотность хранения.

Для среднего потребителя самый большой твердотельный накопитель, который можно найти, составляет около 8 терабайт. В 2018 году Samsung и Toshiba представили на рынке твердотельные накопители емкостью 30,72 ТБ в том же форм-факторе 2,5 дюйма, но с толщиной диска 3,5 дюйма и интерфейсом SAS. Чтобы продемонстрировать возможности твердотельных накопителей, компания Nimbus Data анонсировала и поставила накопители большой емкости на 100 ТБ с интерфейсом SATA. Технология SSD постоянно расширяется и совершенствуется, открывая, казалось бы, безграничные возможности. Жесткие диски

существуют дольше, что позволяет значительно увеличивать их емкость с годами, и теперь они поставляются в продажу с емкостью хранения 20 терабайт. Многие современные ноутбуки и настольные ПК стандартно поставляются с 250 ГБ памяти.

Производительность

Скорость, с которой SSD получает доступ к данным, намного выше, чем скорость HDD. В то время как жесткий диск может обрабатывать 500 МБ/с, большинство твердотельных накопителей могут обрабатывать данные со скоростью 7000 МБ/с. Эти более высокие скорости обеспечивают мгновенный запуск и меньшую задержку при входе в систему на устройстве или при загрузке приложений. Кроме того, передача и копирование файлов на SSD происходит значительно быстрее. Из-за времени автономной работы потребляемая мощность примерно на четверть-треть меньше, чем у жесткого диска.

Срок службы/долговечность

Жесткие диски лучше подходят для долговременного хранения. SDD, как правило, менее надежны для длительного хранения из-за утечек данных, которые начинаются после года без питания. Кроме того, по мере того, как они приближаются к своему максимальному количеству записанных терабайт (TBW), их эффективность неуклонно снижается, пока они не достигнут непригодного для использования состояния. TBW твердотельного накопителя — это общий объем данных, которые могут быть сохранены и удалены с устройства. Внешняя версия SSD — это более портативный SSD, чем его стационарный внутренний аналог. Твердотельные накопители особенно полезны в центрах обработки данных, где необходимо быстро передавать большие объемы данных из системы в систему. Внешний жесткий диск более портативный, чем его внутренний аналог, но он используется больше для долговременного хранения, чем для быстрой передачи данных.

Цена

Для дисков меньшей емкости в сочетании с часто используемыми данными твердотельные накопители предлагают лучшую производительность по цене. Чем больше емкость, тем выгоднее становятся жесткие диски. Цены на твердотельные накопители находятся на пути к тому, что однажды они станут такими же экономичными в расчете на гигабайт, как и любые жесткие диски. SSD на 500 гигабайт в настоящее время продается примерно за 55 долларов, а жесткий диск на 500 гигабайт — примерно 24 доллара (на момент написания статьи).

Назначение

Твердотельные накопители используются в основном для быстрого извлечения данных и постоянного использования на ноутбуке или настольном компьютере из-за их низкого энергопотребления и размера. Они используются для повседневных процессов и не должны использоваться для более длительного хранения, как жесткие диски. Твердотельные накопители являются предпочтительным устройством, когда речь идет о быстром и легком перемещении больших файлов.

Жесткие диски, твердотельные накопители и IBM

Решения для хранения данных

IBM предлагает локальные облачные, гибридные решения и решения для хранения данных на флэш-памяти, которые легко интегрируются в потребности вашего бизнеса при одновременном снижении затрат. Преобразуйте и улучшите свой бизнес с помощью комплексного решения для хранения данных, которое интегрирует и обновляет существующую ИТ-инфраструктуру, сокращая при этом расходы.

Откройте для себя решения для хранения данных.