Твърд диск: Принцип на работа и основни функции

Твърдите дискове или, както се наричат, твърди дискове, са един от най-важните компоненти на компютърната система. Всеки знае за това. Но не всеки модерен потребител дори по принцип познава как функционира твърдият диск. Принципът на работа, по принцип, за основно разбиране е съвсем прост, но има някои нюанси, за които ще продължим да вървим.

Въпроси за целта и класификацията на твърдите дискове?

Въпросът за целта, разбира се, е реторика. Всеки потребител, дори най-основното ниво, веднага отговаря, че твърдият диск (който също е твърд диск, наречен твърд диск или твърд диск) веднага отговаря, че служи за съхраняване на информация.

Като цяло, това е вярно. Не забравяйте, че на твърдия диск в допълнение към операционната система и потребителските файлове има сектори за зареждане, създадени от операционната система, благодарение на която се стартира, както и някои етикети, на които можете бързо да намерите информацията на диска.

Модерните модели са доста разнообразни: конвенционални твърди дискове, външни твърди дискове, високоскоростни SSD SSD, въпреки че те не са строго класифицирани като твърди дискове. След това се предлага да се разгледа устройството и принципът на твърдия диск, ако не и в неговата цялост, поне по такъв начин, че да бъдат достатъчни, за да се разберат основните термини и процеси.

Имайте предвид, че има и специална класификация на съвременния твърд диск според някои основни критерии, сред които са следните:

• Метод за съхраняване на информация;
• Вид превозвач;
• Начин на организиране на достъпа до информация.

Защо твърдият диск се нарича твърд диск?

Днес много потребители мислят защо твърдите дискове се наричат твърди дискове с малък капацитет. Изглежда, че може да има обща между тези две устройства?

Самият термин се появи през 1973 г., когато на пазара се появи първият твърд диск в света, чийто дизайн се състоеше от две отделни отделения в един запечатан контейнер. Капацитетът на всяко отделение е бил 30 MB, поради което инженерите дадоха на диска кодовото име "30-30", което напълно съответства на марката на тогавашната популярна пушка "30-30 Winchester". Но в началото на 90-те години в Америка и Европа това име почти не е било използвано, но все още е популярно в постсъветското пространство.

Устройството и принципът на твърдия диск

Но ние се отклоняваме. Принципът на работа на твърдия диск може да бъде описан накратко като процес на четене или писане на информация. Но как става това? За да разберем принципа на магнитния твърд диск, първо трябва да проучим как е подреден.

Самият твърд диск е набор от плочи, броят на които може да варира от четири до девет, свързани с вал (ос), наречен шпиндел. Плочките се поставят една над друга. Най-често материалът за тяхното производство е алуминий, месинг, керамика, стъкло и т.н. Самите пластини имат специално магнитно покритие под формата на плат, базиран на гама-феритен оксид, хромен оксид, бариев ферит и др. Всяка такава плоча има дебелина около 2 mm.

За записването и четенето на информация радиалните глави (по една за всяка плоча) отговарят и двете повърхности се използват в плочите. За въртене на шпиндела, чиято скорост може да бъде от 3600 до 7200 об / мин, а движението на главите съответства на два електродвигателя.

В този случай основният принцип на твърдия диск на компютъра е, че информацията се записва не само навсякъде, но в строго дефинирани места, наречени сектори, които се намират на концентрични песни или песни. За да се избегне объркване, се прилагат единни правила. Това означава, че принципите на твърдите дискове, въз основа на тяхната логическа структура, са универсални. Така например, размерът на един сектор, приет за един стандарт в целия свят, е 512 байта. От своя страна, секторите са разделени на клъстери, които са секвенции на редица сектори. И особеностите на принципа на работа на твърдия диск в това отношение са, че обменът на информация се осъществява от цели клъстери (цял брой секторни вериги).

Но как да прочетете информацията? Принципите на работа на твърдия диск са следните: използвайки специална скоба, четящата глава в радиално (спирално) направление се премества на желаната траектория и когато е позиционирана, тя е разположена над дадения сектор, всички глави могат да се движат едновременно, като четат същата информация не само от различни писти , Но също така и от различни дискове (плочи). Всички песни със същите номера се наричат цилиндри.

Възможно е да се разграничи още един принцип на работа на твърдия диск: колкото по-близо е четящата глава до магнитната повърхност (но не я докосва), толкова по-висока е плътността на записване.

Как се записва и чете информацията?

Твърди дискове или твърди дискове следователно се наричат магнитни, за да използват законите на физиката на магнетизма, формулирани още Фарадей и Максуел.

Както вече споменахме, магнитно покритие се нанася върху плочите на немагнетично чувствителен материал, чиято дебелина е само няколко микрометра. В процеса на работа възниква магнитно поле, което има така наречената домейна.

Магнитният домейн е строго ограничен от магнетизираната област на феросплавта. Освен това принципът на работа на твърдия диск може да бъде описан накратко по следния начин: когато се появи външно магнитно поле, правилното поле на диска започва да се ориентира стриктно по магнитните линии и при прекратяване на действието върху дисковете се появяват зони на остатъчна магнетизация, ,

За създаването на външно поле, четящата глава отговаря на записа, а когато чете зоната на остатъчна магнетизация, обърната към главата, създава електродвижеща сила или ЕМП. Освен това всичко е просто: промяната на електромагнитната съвместимост съответства на една в двоичния код и нейното отсъствие или прекратяване е нула. Времето за промяна на EMF се нарича bit елемент.

В допълнение, магнитната повърхност може да се свърже чисто като информативна причина, като определена битова последователност от бита информация. Но тъй като местоположението на такива точки не може да бъде изчислено точно, е необходимо да се инсталират някои предварително определени маркировки на диска, които помогнаха да се определи желаното местоположение. Създаването на такива етикети се нарича форматиране (грубо казано, разделянето на диска на песни и сектори, групирани в клъстери).

Логическа структура и принцип на работа на твърдия диск по отношение на форматирането

Що се отнася до логическата организация на HDD, на първо място е форматирането, в което има два основни типа: ниско ниво (физическо) и високо ниво (логично). Без тези стъпки не е необходимо да се говори за привеждане на твърд диск в работно състояние. За това как да инициализирате нов твърд диск ще бъде обсъден отделно.

Ниското ниво на форматиране предполага физическо въздействие върху повърхността на твърдия диск, при което се създават сектори по дължината на песните. Интересно е, че принципът на твърдия диск е, че всеки създаден сектор има свой собствен уникален адрес, който включва номера на сектора, номера на песента, на който се намира, и страничния номер на табелата. По този начин, в организацията на директен достъп, същата RAM се достига директно от дадения адрес и не търси необходимата информация за цялата повърхност, поради която се постига скорост (въпреки че това не е най-важното нещо). Имайте предвид, че при извършване на форматиране на ниско ниво абсолютно цялата информация се изтрива и в повечето случаи не подлежи на възстановяване.

Друг въпрос е логическото форматиране (в Windows системите това е бързо форматиране или бърз формат). В допълнение, тези процеси са приложими и за създаването на логически дялове, представляващи определена част от главния твърд диск, работеща по същите принципи.

Логическото форматиране засяга предимно системната област, която се състои от зареждащия сектор и таблиците на дяловете (запис на зареждане на записа в Boot), таблиците за разпределение на файлове (FAT, NTFS и т.н.) и Root Directory (Root Directory).

Записването на информация в сектори се извършва чрез клъстера в няколко части и два идентични обекта (файлове) не могат да се съдържат в един клъстер. Всъщност създаването на логически дял, което го е отделило от главния системен дял, в резултат на което информацията, съхранявана върху него, когато се появяват грешки и неизправности, не подлежи на промяна или премахване.

Основни характеристики на твърдия диск

Мисля, че по принцип принципът на твърдия диск е малко разбираем. Сега ние се обръщаме към основните характеристики, които дават пълна картина на всички възможности (или недостатъци) на съвременните твърди дискове.

Принципът на работа на твърдия диск и основните му характеристики могат да бъдат напълно различни. За да разберем какво става въпрос, нека очертаем най-основните параметри, които характеризират всички известни устройства за съхранение на информация:

• Капацитет (обем);
• Скорост (скорост на достъп до данни, информация за четене и запис);
• Интерфейс (метод на свързване, тип контролер).

Капацитетът е общото количество информация, която може да бъде написана и запазена на твърдия диск. Промишлеността за производство на твърди дискове се развива толкова бързо, че днес твърди дискове с обем от около 2 TB и повече вече са влезли в употреба. И, както се смята, това не е границата.

Интерфейсът е най-важната характеристика. Той определя как устройството се свързва с дънната платка, кой контролер използва, как го чете и пише и т.н. Основните и най-често срещаните интерфейси са IDE, SATA и SCSI.

Дисковете с интерфейс IDE не са много скъпи, но сред основните недостатъци е ограничен брой едновременно свързани устройства (максимум четири) и ниска скорост на предаване на данни (дори ако поддържате директен достъп до Ultra DMA памет или Ultra ATA протоколи (режим 2 и режим 4), въпреки че използването им се смята, че подобрява скоростта на четене / запис до 16 MB / s, но в действителност скоростта е много по-ниска. Освен това, за да използвате UDMA режим, трябва да инсталирате специален драйвер, На теория те трябва да бъдат пакетирани с дънната платка.

Говорейки за принципа на производителност и характеристики на твърдия диск, не можете да пренебрегвате интерфейса SATA, който е наследник на IDE версията на ATA. Предимството на тази технология е, че скоростта на четене / запис може да се увеличи до 100 Mb / s, благодарение на използването на високоскоростната FireWire IEEE-1394 шина.

Накрая, интерфейсът SCSI в сравнение с предишните две е най-гъвкав и най-бърз (скоростта на четене / четене достига 160 Mb / s и по-висока). Но дори тези твърди дискове са почти два пъти по-скъпи. Но броят на едновременно свързани устройства за съхранение е от седем до петнадесет, връзката може да се осъществи, без да се изключва компютъра, а дължината на кабела може да бъде около 15-30 метра. Всъщност, този тип твърд диск се използва най-вече не в потребителски персонални компютри, а на сървъри.

Ефективността, характеризираща скоростта на предаване и широчината на входно / изходната честотна лента, обикновено се изразява в времето на предаване и количеството предадени последователно предадени данни и се изразява в Mb / s.

Някои допълнителни опции

Говорейки какво е принципът на твърдия диск и какви параметри влияят на неговата работа, не е възможно да се игнорират някои допълнителни характеристики, на които може да зависи скоростта или дори животът на устройството.

Тук на първо място е скоростта на въртене, която пряко засяга времето на търсене и инициализация (разпознаване) на желания отрасъл. Това е така нареченото латентно време за търсене - интервалът, през който секунният сектор се върти към главата за четене. Днес се приемат няколко стандарта за скоростта на въртене на шпиндела, изразена в обороти на минута със закъснение в милисекунди:

• 3600 - 8.33;
• 4500-6,67;
• 5400 - 5,56;
• 7200 - 4.17.

Лесно е да се види, че колкото по-висока е скоростта, толкова по-малко време се изразходва за търсене на сектори и физически - на завой на диска, преди да се инсталира главата за желаната точка на позициониране на плочата.

Друг параметър е вътрешната скорост на трансфер. На външните песни е минимално, но се увеличава с постепенния преход към вътрешни песни. По този начин същият процес на дефрагментиране, който е движението на често използвани данни в най-бързите области на диска, не е нищо повече от прехвърлянето им на вътрешната песен с по-бърза скорост на четене. Външната скорост има фиксирани стойности и директно зависи от използвания интерфейс.

И накрая, един от важните моменти е свързан с присъствието на твърдия диск на собствената си кеш памет или буфер. Всъщност, принципът на твърдия диск по отношение на използването на буфера в нещо подобно на оперативната или виртуалната памет. Колкото по-голям е кешът (128-256 KB), толкова по-бързо ще работи твърдият диск.

Основни изисквания за твърдия диск

Основните изисквания, които в повечето случаи се представят на твърди дискове, не са толкова много. Основното нещо е дълъг живот и надеждност.

Основният стандарт за повечето твърди дискове е експлоатационният живот от около 5-7 години с работно време най-малко петстотин хиляди часа, но за твърдите дискове от висок клас тази цифра е поне един милион часа.

Що се отнася до надеждността, това е отговорност на функцията за автоматично тестване SMART, която следи състоянието на отделните елементи на твърдия диск и извършва непрекъснат мониторинг. Въз основа на събраните данни може да се формира прогноза за появата на възможни неизправности в бъдеще.

От само себе си се разбира, че потребителят не трябва да бъде изпускан. Например при работа с твърд диск е изключително важно да се спазва оптималният температурен режим (0 - 50 ± 10 градуса по Целзий), да се избягва разтърсване, удари и падания на твърдия диск, прах или други малки частици, които се навлизат в него и т.н. Интересно е да се знае, че същите частици тютюнев дим са приблизително два пъти по-дълги от разстоянието между четящата глава и магнитната повърхност на твърдия диск, а човешката коса е 5-10 пъти.

Проблеми с инициализирането в системата при смяна на твърдия диск

Сега няколко думи за това, какви действия трябва да предприемете, ако по някаква причина потребителят смени твърдия диск или инсталирания вторичен.

Напълно опише процеса няма, както и ще се фокусира само на главната сцена. Първо трябва да свържете твърдия диск и погледнете в настройките на BIOS, ако новият хардуер е открита в диск раздел администрация да се инициализира и да създадете запис за начално зареждане, създаване на прост том зададете ID (писмо) и да форматирате с възможност за избор на файлова система. Едва след това новата "винт" е напълно готова за експлоатация.

заключение

Това е всичко, което идва, за да запознае с основите на функциониране и изпълнение на съвременни твърди дискове. Принципът на работа на външен твърд диск не се счита за важно, защото на практика не се различава от тази, използвана за стационарна HDD. Единствената разлика е само в начина на свързване на допълнително място за съхранение на вашия компютър или лаптоп. Най-често е връзка чрез USB-интерфейс, който е пряко свързан с дънната платка. В същото време, ако искате да се гарантира максимална производителност, по-добре е да се използва стандартен USB 3.0 (порт вътре оцветена в синьо), разбира се, при условие, че самият външен HDD го поддържа.

Що се отнася до останалото, мисля, че много хора, дори и малко, стана ясно, как на твърдия диск от всякакъв тип. Може би най-горе е дадена прекалено много техническа информация, толкова по-дори и от физика училищния курс, но без това да се разбере напълно всички основни принципи и методи, предвидени в производството и приложението технологии HDD няма да разберат.