HDD — довольно сложно сконструированное хранилище, которое при этом отличается весьма простым принципом работы. О том, из чего состоит такой девайс, как пишет и читает данные, а также о других любопытных и полезных вещах рассказывает эта статья.
Устройство жесткого диска
Винчестер состоит из многих элементов. Так, его физическая структура представлена комплектом пластин, которые еще называют дисками. Их покрывает магнитный слой — плоттер. Вращающийся вал — шпиндель — служит соединительной деталью. Есть еще намагниченные головки. Каждая из них движется по одной из пластин, таким образом считывая и записывая информацию.
Примечание: диски обладают толщиной примерно в пару миллиметров. Их чаще всего делают из металла, но встречаются и керамические, стеклянные варианты.
Обе поверхности пластин задействованы во время записи файлов. Шпиндель крутится на одной и той же скорости. К примеру, у терабайтного WD 3.5" SATA 3.0 он за минуту поворачивается 7200 раз.
Данные пишутся по трекам — концентрическим дорожкам. Они поделены на сектора, которые содержат конкретный информационный объем.
Инфообмен между оперативной памятью системы и накопителем происходит поэтапно и выражен кластером. Он представляет собой целое число, состоит из цепочки расположенных последовательно секторов: 1, 2, 3, 4 и т. д.
Дорожки «харда», размещенные на разных частях устройства, но которые имеют один и тот же номер, называют цилиндром.
Примечание: жесткие носители бывают двух типов — внутренние и внешние. Их механическая часть практически идентична. Отличия — лишь в интерфейсе подключения и корпусе. Внутренние аппараты подключаются по SATA, а портативные — по USB. Переносные модели заключены в корпуса, которые защищают их от внешнего воздействия.
История: Кто и как изобрел первый жесткий диск: 4 эпохи истории HDD
Принцип работы жесткого диска
Этот раздел тесно перекликается с предыдущим.
Информационные носители магнитного типа имеют довольно сложное строение, а вот принцип их функционирования довольно прост. Что нужно знать:
1. Двигатель, который вращает диск, включается при подаче питания на устройство и остается включенным до его снятия. Получается, если девайс включен в ПК, он работает, пока пользователь не выключит системник.
Примечание: если в разделе под названием «Power Management» в БИОСе был изменен параметр отключения HDD в случае отсутствия обращения к нему, то двигатель может выключить сама подсистема.
2. Каждая пара головок одета на «вилку», которая обхватывает каждый диск. Эта «вилка» перемещается над поверхностью. За это отвечает специальный серводвигатель — не шаговый, хотя такое заблуждение встречается довольно часто.
3. У всех хдд есть запасные сектора. Схема управления аппаратом задействует их, если повреждается какой-то из основных.
Подборка: ТОП-5 лучших HDD на 2 TB – Рейтинг внутренних жестких дисков на 2000 Гб
Магнитный принцип чтения и записи информации
Информация пишется на магниточувствительный материал. Такое покрытие очень тонкое (несколько микрометров) и обладает доменной структурой.
Совет: если нужен вместительный носитель, например, для видеоигр, то трехтерабайтный WD30EFRX подойдет. Он способен передавать 1200 Мбит данных в секунду.
Такой домен является малюсенького размера областью, которая содержится в ферромагнитных образцах и намагничена однородным образом. Она отделена от соседних с ней таких же зон тоненькими переходными прослойками. Их называют границами.
Винты записывают и считывают инфо по такому принципу:
- В то время, пока действует наружное силовое поле, его линии движутся в направлении, которое соответствует доменным областям. После того, как прекращается воздействие, остаются участки, которые становятся намагниченными. За счет этого и осуществляется сохранение данных.
- Когда записываются файлы, головка формирует наружное поле, о котором говорилось в предыдущем пункте. Когда данные прочитываются, области остаточной намагниченности, которые оказались напротив, образуют в ней электродвижущую силу.
- Направленность ЭДС меняется за конкретный временной промежуток. Такой процесс представлен в виде единицы в двоичной системе. Если же ничего не меняется, процесс отождествляется с 0.
- Закрепленная на кронштейне головка движется над требуемой дорожкой. Когда диск поворачивается, она размещается как раз над нужным сектором.
- Все головки движутся в одно и то же время, при этом они считывают данные с одинаковых треков различных пластинок.
Рекомендация: если необходимо компактное переносное хранилище, подойдет вариант в обрезиненном корпусе. TS500GSJ25M3S — как раз такой.
- Внутренняя поверхность хранилища представляется размещенными подряд точечными позициями, которые представляют собой биты информации. Так как точное их местоположение нельзя определить, чтобы записать данные, нужны метки. Они наносятся заранее и играют роль навигатора. Чтобы их создать, диск и разбивается по трекам и секторам — форматируется.
- Организация доступа к данным, которые расположены на хдд, осуществляется благодаря передвижению головки по радиусу диска, а также за счет увеличения оборотов шпинделя.
Сравнение: SSD или HDD — что лучше: отличия 2 видов накопителей
Логическое устройство винчестера
Для начала работы с магнитным хранилищем нужно предварительно нанести навигационные метки. Нужно сделать разделы, определить объем каждого из них, другими словами, разметить тома.
Форматирование происходит всего на 2 уровнях. Первый — низкоуровневый, называется также физическим. Второй же — высокоуровневый, именуется логическим.
Как все происходит на 1-м уровне
В этом случае происходит деление диска на сектора, расположенные вдоль треков. Помимо этого определяются поврежденные участки, которые помечаются системой. Это нужно для того, чтобы избежать их использования при записи данных в будущем и предотвратить потерю информации.
Каждый сектор — информационная единица, у которой есть персональный адрес — путь, который содержит номера. Указывается сторона носителя магнитного типа, трек и сам сектор на нем. Это позволяет получить доступ к информационной единице.
В таком форматировании нет необходимости для владельца: HDD уже с завода поступают в подготовленном виде.
Рекомендация: для сервера необходим быстрый, надежный жесткий, вроде вместительного 843268-B21 с защитой от кибератак.
Низкоуровневое форматирование требуется, если:
- обнаружен сбой в нулевом треке, о котором свидетельствуют проблемы при загрузке с жесткого, но сам диск во это время доступен;
- пользователь решит установить накопитель с ранее приобретенного им ПК или лэптопа в новую сборку;
- винт был отформатирован для работы с другой ОС, например Linux;
- Hard Drive начинает работать некорректно, и базовые методы восстановления не решают проблему.
Важно учесть, что физическое форматирование — сильнодействующей метод. При его применении информация, которая находится в памяти накопителя, стирается без возможности восстановления. Перед началом процесса лучше убедиться в том, что все важные данные перенесены на сторонний носитель.
После такого процесса необходима разметка на логические части — тома. К примеру: С — под ПО и операционку, D — под мультимедиа и прочие файлы. Том представляет собой место на накопителе, которое работает как независимое хранилище.
По факту, в системе установлен один девайс, но поделив его на системный и пользовательский разделы, можно отформатировать при необходимости лишь одну из частей. Например, первую — для переустановки ОС без потери пользовательских данных, или наоборот: удалить все личные документы, файлы, не затрагивая программную часть.
Второй уровень
Такое форматирование — это более простой процесс, чем низкоуровневый вариант.
Один из простых способов выполнения процедуры — это загрузить с носителя специальную программку FORMAT. Еще проще — воспользоваться базовыми инструментами WINDOWS.
Что делать:
- Войти в «Мой Компьютер».
- Выбрать диск, который нуждается в форматировании.
- Кликнуть мышкой (правая клавиша).
- В появившемся меню выбрать одноименный пункт.
Интересно: защита трехтерабайтного портативного HDD Armor A60 от влаги, тряски, соответствует военным стандартам.
Такой способ — самый легкий и быстрый. Он используется, когда диск нужно просто полностью очистить. Применяя специальное ПО, можно выполнить и другие операции, которые в будущем сделают работу с информационным пространством комфортнее.
Во время высокоуровневого процесса на магнитном носителе образуется системная зона. Она включает в себя три части:
- сектора загрузки, а также таблицу разделов — Boot reсord;
- FAT — это таблицы, в которых хранятся номера дорожек, секторов с файлами;
- Root Directory — корневая папка.
Данные записываются по частям, через кластер. Накопитель может быть поделен на несколько томов или два жестких носителя можно объединить в один логический.
Совет: если необходим компактный, но вместительный внешний носитель, то настольный WDBWLG0040HBK-EESN подойдет. Он заключен в узкий 3,5” корпус, способен хранить 4 терабайта данных.
Рекомендуется создавать как минимум два раздела, но их может быть и больше. На каждый из них, исходя из общего объема накопителя, пользователь может выделить необходимое пространство. Это позволит не только хранить отдельно системные и пользовательские файлы, но отделить рабочие документы и развлекательный контент. Опять же, в случае возникновения сбоев иногда достаточно отформатировать лишь один раздел, не вмешиваясь в работу системы, и сохранить остальные данные.
Форматирование высокого уровня — финишная прямая. По завершению процесса HDD будет полностью готов работать.
ТОП-подборка: Рейтинг внешних жестких дисков на 2 TB
Характеристики винчестеров
Технические показатели устройств влияют на качество их работы, долговечность, вместительность и цену. Основные — рассматриваются в таблице.
Интересно: внутренний AL14SEB030N отличается быстротой передачи информации — до 1568 мегабит в одно мгновение, а также «живучестью» — показатель наработки двигателя на отказ составляет две тысячи часов.
|
Основные характеристики накопителей на магнитных носителях
|
|
|---|---|
| Объем | Измеряется в мегабайтах — Мб, гигабайтах — Гб, терабайтах — Тб. Показатель отображает максимальную вместимость пространства накопителя. |
| Современные HDD способны вмещать несколько терабайт данных. Оптимальный объем зависит от задач. Для системного диска хватает моделей до 1 Тб, для ресурсоемких графических программ, игр и мультимедиа нужно больше. | |
| Примечание: обычно места на диске немного меньше, чем заявлено производителем, поскольку часть пространства занимает предустановленное ПО. Например, вместе с WD20EZRZ пользователь получает бесплатный доступ к софту для быстрого резервного копирования. | |
| Форм-фактор | 3,5-дюйма — стандартный вариант для стационарных сборок. |
| 2,5-дюйма — чаще устанавливается в сборки компактные или же в лэптопы. В настольный ПК такой девайс тоже станет, но здесь уже может понадобиться переходник. | |
| В большинстве современных корпусов есть специально отведенные места под жесткие носители информации разных форм-факторов. | |
| Время доступа к файлам и скорость записи данных | Влияют на производительность HDD диска. В характеристиках указывается среднее значение, которое необходимо аппарату для получения информационной единицы. Оно показывает, насколько быстро механизм накопителя будет считывать информацию. |
| Чем выше показатель, тем быстрее жесткий носитель способен обработать запрос пользователя. За счет этого сокращается время, необходимое диску, чтобы записать информацию. Например, серверный 00WG700 способен передать 1,2 гигабита данных в секунду. | |
| Скорость вращения шпинделя | Измеряется в оборотах в минуту. Этот параметр, как и предыдущий, влияет на быстродействие винчестера: от скорости вращения зависит оперативность поиска трека с нужной информацией. |
| Для большинства пользовательских задач хватает диска, чей шпиндель совершает 5,4-7,2 тысячи оборотов в минуту. Но это не предел: встречаются устройства, шпиндели которых вращаются со скоростью до 15000 об./мин. Например, A03-D300GA2. Но для домашних ПК такая быстрота не нужна. Подобные «монстры» устанавливаются в серверы непрерывного действия. | |
| Объем буфера / кэш-памяти | Внутренняя память устройства, которая отвечает за обработку, управление и хранение файлов. Чем больше объем буфера, тем быстрее осуществляется процесс получения доступа к файлам. Диапазон данного параметра составляет около 16-256 МБ. |
| Если магнитный носитель будет использоваться исключительно как хранилище информации, то переплачивать за самые высокие объемы, как у WD101PURZ, нет смысла. А вот если накопитель нужен как серверный — такой кэш пригодится. | |
| Износостойкость | Обозначается как интенсивность отказов. Внутри HDD находятся механические части, которые изнашиваются через определенный период эксплуатации. |
| В критических ситуациях механический износ становится причиной безвозвратной потери информации, которая хранится на устройстве. Нет возможности точно определить, какая из деталей подвижного механизма окажется выносливее, а какая придет в негодность первой. | |
| Однако в этой ситуации полагаться можно не только на отзывы пользователей об интересующей модели винчестера. Есть гарантия от производителя, а в характеристиках прописывается показатель наработки мотора на отказ, который измеряется в количестве часов. Например, у WD1003FZEX этот показатель составляет аж 300 тысяч часов. | |
| Способ установки / подключения | Внутренний накопитель подключается по SATA интерфейсу и устанавливается непосредственно в ПК или лэптоп. |
| Внешний магнитный носитель подключается к девайсу по USB, имеет прочный корпус, обеспечивающий защиту внутреннего механизма при встряске, ударах, падении, а также способствует снижению вибраций и шума, издаваемого механикой при активном режиме работы. | |
| Этот вариант отлично подходит в качестве резервного хранилища данных, или когда нужно перенести солидный объем информации, который флешка вместить не в состоянии. | |
| Интересно: внешний винчестер AC630 оснащен быстрым USB 3.1, а также заключен в крепкий противоударный корпус. | |
Полезно: Как отформатировать жесткий диск — стандартные инструменты и 6 специальных утилит
Особенности современных винчестеров
Современные накопители по производительности и возможностям значительно выросли, если сравнивать с предшественникам. Так, если говорить о внутренних устройствах, то современный и уже ставший стандартом интерфейс SATA 3 демонстрирует пропускную способность в 6 Гбит/с, что в два раза выше, чем у моделей прошлого поколения, в которых использовался второй САТА.
Значительно увеличен максимальный объем пространства для хранения данных, кэш-память, что особенно важно при использовании магнитных носителей в профессиональных целях, когда речь идет о внушительном объеме информации и обработка данных ведется без остановки.
Некоторые модели уже с завода оптимизированы под RAID-массивы (совокупность винчестеров). При создании дискового массива повышается уровень надежности хранения информации, возрастают показатели скорости считывания данных и записи файлов. Если по каким-то причинам один из накопителей придет в негодность, то информация будет находиться на втором жестком. Следует помнить, что при создании или удалении рейда, вся информация на HDD, входящих в массив, удаляется. По этой причине лучше заранее создать резерв.
Важно: все диски в массиве должны быть идентичны во избежание конфликтов комплектующих. Также стоит учесть, что понадобится внести изменения в настройки БИОС, да и материнская плата должна поддерживать возможность создания RAID.
Портативные магнитные носители также не отстают. Совместимость с более современными вариантами USB — 3.0 и 3.1 — положительно влияет на быстродействие девайса. Есть устройства, вроде этого StoreJet 2.5, с подключением по юсб Type-C. Пользоваться такими удобно: не придется подбирать подходящую сторону, чтобы воткнуть его в разъем. Объем буфера, собственно хранилища тоже увеличился.
Для пользователей, ведущих активный образ жизни, найдутся модели с повышенной устойчивостью к ударам. Для хранения личной информации существуют накопители типа 0A65621. Они оснащены цифровой панелью и возможностью ввода персонального пароля, без которого получить доступ к данным, хранящимся на винчестере, невозможно.
При покупке некоторых аппаратов пользователям предоставляется облачное хранилище, что позволяет моментально получить доступ к файлам из любой точки мира. Такая возможность есть у владельцев Armor A75.
Кроме того, портативные HDD можно подключать к маршрутизатору. Это дает возможность создать локальную сеть и открыть доступ к файлам для всех устройств, которые находятся внутри этой сети. За счет такой функции можно транслировать аудио- и видеоконтент, хранить на винте игры и развлекаться компанией, проходя кооперативные онлайн-хиты. Правда, это возможно, только если роутер оснащен соответствующим портом.
Строение жестких носителей представлено множеством компонентов, однако принцип работы таких хранилищ довольно прост: одна головка, которая движется по магнитным пластинам, пишет информацию, другая — считывает данные.
Инструкция: Как подключить жесткий диск к телевизору — 2 способа для двух типов HDD
Чтобы выбрать хороший магнитный носитель, необходимо учитывать его характеристики. Причем не только вместительность, но и другие показатели, которые влияют на срок службы и производительность. Также при подборе подходящего HDD, следует присматриваться к проверенным брендам: реальные параметры моделей-ноунеймов часто не соответствуют заявленным, да и с гарантийным обслуживанием могут возникнуть сложности.
