Жорсткий диск - все, що потрібно знати

Використання жорсткого диска як основного блоку зберігання вже пронумеровано. З появою дуже швидких жорстких дисків жорсткі диски відійшли на другий план, хоча вони не менш важливі, оскільки ідеальні для масового зберігання. Одиниці, які наразі досягають 16 ТБ, і за трохи більше 60 євро ми можемо мати 2 ТБ на своєму ПК, що все ще недосяжне для багатьох з нас, якщо це SSD за ціною.

У цій статті ми складемо все, що потрібно знати про жорсткі диски, їх роботу, характеристики та особливо про переваги та недоліки, які вони пропонують порівняно з SSD, що завжди є обов'язковим.

Функціональні та внутрішні компоненти жорсткого диска

Назва жорсткого диска походить від англійського жорсткого диска, або абревіатури жорсткого диска, за допомогою якої ми всі знаємо цей запам'ятовуючий пристрій, і це також найясніший спосіб відрізнити його від SSD (Solic Disk Drive).

Завдання жорсткого диска не що інше, як забезпечити нашим обладнанням місце, де зберігаються всі файли, програми та де встановлена ​​операційна система. З цієї причини його також називають основним накопичувачем, який, на відміну від оперативної пам'яті, зберігає файли всередині навіть без електрики.

Хоча SSD повністю виготовлені з електронних компонентів і зберігають інформацію про мікросхему, що складається з воріт NAND, жорсткі диски мають механічні частини. У них серія дисків обертається з великою швидкістю, так що, використовуючи магнітні головки, інформація на них зчитується та стирається. Давайте розглянемо основні елементи, що входять до складу жорсткого диска.

Страви

Це буде місце, де зберігається інформація. Вони встановлюються горизонтально, і кожна колода складається з двох граней або намагнічених поверхонь звукозапису. Зазвичай вони виготовляються з металу або скла. Для зберігання інформації в них є комірки, де їх можна намагнічувати позитивно чи негативно (1 або 0). Оздоблення їх точно як дзеркальне, в них зберігається величезна кількість даних і поверхня повинна бути ідеальною.

Читання голів

Другий найважливіший елемент - це зчитувальні головки, які у нас є по одній для кожного обличчя або поверхні запису. Ці головки насправді не контактують з плитами, тому на них немає зносу. Коли посуд обертається, утворюється тонка плівка повітря, яка перешкоджає підрахунку між нею та ігровим майданчиком (приблизно 3 нм один від одного). Це одна з головних переваг перед SSD-дисками, комірки яких деградують зі стираннями та записом.

Двигуни

Ми бачили присутність багатьох жорстких дисків всередині жорсткого диска, але найбільше це демонструє наявність двигунів. За винятком шанувальників, це єдиний подібний предмет на ПК та основне джерело повільних жорстких дисків. Мотор обертає пластини з певною швидкістю, для найшвидших це може бути 5500 об / хв, 7200 або 10000 об / хв. Поки не буде досягнута швидкість, ви не зможете взаємодіяти з дисками, і це чудове джерело повільності.

До цього ми додаємо двигун, а точніше електромагніт, який змушує зчитувати голівки, щоб вони знаходилися там, де є дані. Це також потребує часу, будучи ще одним джерелом повільності.

Кеш

Принаймні поточні блоки мають мікросхему пам'яті, вбудовану в електронну схему. Це виступає мостом для обміну інформацією з фізичних пластин в оперативну пам'ять. Це як динамічний буфер для полегшення доступу до фізичної інформації і зазвичай становить 64 Мб.

Інкапсульована

Інкапсуляція дуже важлива для жорсткого диска, оскільки, на відміну від SSD, салон повинен бути повністю під тиском, щоб не потрапила жодна пляма пилу. Візьмемо до уваги, що пластини обертаються з величезною швидкістю, а голка головки вимірює лише кілька мікрометрів. Будь-який твердий елемент, як би не був крихітний, може завдати незворотної шкоди пристрою.

З'єднання

Для завершення у нас є весь набір підключень на звороті пакета, який складається з роз'єму живлення SATA та іншого для передачі даних. Раніше на жорстких дисках IDE також була панель для вибору режиму роботи, slave або master, якщо диски поділяли шину, але тепер кожен диск підключається до окремого порту на материнській платі.

Форма та інтерфейсні фактори на жорсткому диску

У цьому сенсі інформація зараз досить коротка, оскільки ми знаходимо лише два форм-фактори. Перший - стандарт для настільних ПК, з 3, 5-дюймовими накопичувачами та розмірами 101, 6 x 25, 4 x 146 мм. Другий - форм-фактор, який використовується в 2, 5-дюймових ноутбуках, розмірами 69, 8 x 9, 5 x 100 мм.

Що стосується технологій підключення, то для HDD-дисків у нас зараз не так вже й багато:

SATA

Це стандарт зв'язку на жорстких дисках поточних ПК як заміна IDE. У цьому випадку послідовна шина, що використовує протокол AHCI, використовується замість паралельної передачі даних. Він значно швидший, ніж традиційний IDE і більш ефективний з максимальною передачею 600 Мб / с. Крім того, він дозволяє гаряче підключення пристроїв і має набагато менші та керовані шини. У будь-якому випадку, поточний механічний жорсткий диск може досягати максимум 400 Мб / с при зчитуванні, тоді як SSD- диски SATA повністю використовують цю шину.

SAS

Це еволюція інтерфейсу SCSI, і це шина, яка працює послідовно, як SATA, хоча команди типу SCSI все ще використовуються для взаємодії з жорсткими дисками. Одна з його властивостей полягає в тому, що можна підключити кілька пристроїв на одній шині, а також він може забезпечити постійну швидкість передачі для кожного з них. Ми можемо підключити більше 16 пристроїв і він має той же інтерфейс підключення, що і диски SATA, що робить його ідеальним для монтажу конфігурацій RAID на серверах.

Його швидкість менша, ніж SATA, але важливою особливістю є те, що контролер SAS може спілкуватися з диском SATA, але контролер SATA не може спілкуватися з диском SAS.

Фізичні, логічні та функціональні частини жорсткого диска

Ми вже бачили основні частини всередині, але це лише початок, щоб зрозуміти, як це насправді працює. І якщо ви хочете знати все про ці жорсткі диски, то цей розділ є найважливішим, оскільки він визначає, як працює жорсткий диск, що можна зробити двома способами:

CHS (циліндр - головка - сектор): Ця система використовується в перших жорстких дисках, хоча її замінили наступні. За допомогою цих трьох значень можна розмістити головку зчитування в тому місці, де розташовані дані. Ця система була легко зрозуміти, але вимагала досить довгих напрямків позиціонування.

LBA (логічна адресація в блоках): це той, який використовується в даний час, в цьому випадку ми розділяємо жорсткий диск на сектори і присвоюємо кожному унікальне число, як ніби це адреса пам'яті, в якій повинен знаходитися шпиндель. У цьому випадку рядок інструкцій буде коротшою та ефективнішою та дозволить індексувати диск системою.

Фізична будова посуду

Подивимося, як розділена фізична структура жорсткого диска, яка визначатиме, як він працює.

• Доріжка: Доріжки - це концентричні кільця, що утворюють поверхню запису диска. Циліндр: циліндр утворений усіма доріжками, які вертикально вирівняні на кожній із пластин і граней. Це не щось фізичне, а уявний циліндр. Сектор: Кожна доріжка розділена на шматки арки, які називаються секторами. У кожному секторі будуть зберігатися дані, і якщо один з них залишиться неповним, наступні дані перейдуть у наступний сектор. Розміри секторів технологій ZBR (запис бітової зони) будуть відрізнятися від внутрішніх та зовнішніх доріжок, щоб оптимізувати простір. Зазвичай вони становлять 4 КБ, хоча це можна змінити в операційній системі. Кластер: Це групування секторів. Кожен файл буде займати певну кількість кластерів, і жоден інший файл не може зберігатися у певному кластері.

Логічна структура жорсткого диска

Найцікавіше, що логічна структура жорсткого диска зберігалася і для SSD, незважаючи на те, що вони працюють по-іншому.

Завантажувальний сектор (MBR або GPT)

Запис Master Boot Record або MBR - це перший сектор жорсткого диска, доріжка 0, циліндр 0, сектор 1. Тут зберігається таблиця розділів всього жорсткого диска, що позначає їх початок і кінець. Завантажується завантажувач завантаження, де збирається активний розділ, де встановлена ​​система або операційні системи. В даний час він практично замінений стилем розділів GPT, який ми зараз побачимо більш докладно.

Перегородки

Кожна секція розділяє жорсткий диск на певну кількість циліндрів, і вони можуть бути розміром, який ми хочемо їм призначити. Ця інформація буде зберігатися в таблиці розділів. В даний час існує концепція логічних розділів, поряд з динамічним жорстким диском, за допомогою якого ми можемо навіть з'єднати два різних жорстких диска, і з огляду на систему він буде працювати як єдиний.

Різниця між MBR та GPT

В даний час для HDD або SSD доступні два типи таблиць розділів: таблиці MBR або типу GPT (Global Unique Identifier). Стиль розділення GPT був реалізований для систем EFI або Extensible Firmware Interface, який замінив стару систему комп'ютерів BIOS. Тож поки BIOS використовує MBR для управління жорстким диском, GPT спрямований на те, щоб бути власною системою для UEFI. Найкраще, що ця система призначає унікальний GUID кожному розділу, це як MAC-адреса, і розподільник настільки довгий, що всі розділи в світі могли бути однозначно названі, практично усуваючи фізичні обмеження з жорсткого диска з точки зору розділення.

Це перша і найбільш помітна різниця з MBR. Хоча ця система дозволяє створювати лише 4 первинних розділу на жорсткому диску з максимумом 2 ТБ, в GPT немає теоретичних обмежень для їх створення. Це обмеження чимось робить саме операційна система, і Windows зараз підтримує 128 первинних розділів.

Друга відмінність полягає в стартовій системі. За допомогою GPT UEFI BIOS сам може створити власну систему завантаження, динамічно визначаючи вміст диска щоразу, коли ми завантажуємось. Це дозволяє нам ідеально завантажувати комп'ютер, навіть якщо ми змінимо жорсткий диск на інший з іншим логічним розподілом. Натомість MBR або старі BIOS потребують виконуваного файлу, щоб ідентифікувати активний розділ і мати можливість розпочати завантаження.

На щастя, майже всі поточні жорсткі диски HDD та SSD поставляються заздалегідь налаштовані з системою розділів GPT, і в будь-якому випадку, з самої системи або в командному режимі з Diskpart ми можемо модифікувати цю систему перед встановленням Windows.

Файлові системи на жорсткому диску

Щоб закінчити роботу жорсткого диска, ми повинні дізнатися, які основні файлові системи використовуються. Вони є фундаментальною частиною користувача та можливостями зберігання.

• FAT32 ExFAT NTFS HFS + EXT ReFS

Ігноруючи наявність системи FAT, оскільки вона практично марна в сучасних системах зберігання даних, FAT32 є її попередником. Ця система дозволяє призначити 32-бітові адреси кластерам, тому теоретично вона підтримує розміри пам’яті в 8 ТБ. Реальність полягає в тому, що Windows обмежує цю ємність до 128 ГБ з розміром файлів не більше 4 Гб, тому це система, яка використовує лише невеликі накопичувачі USB.

Щоб подолати обмеження FAT32, Windows створила систему exFAT, яка підтримує теоретичні розміри файлів до 16 ЕБ (екзабайти) та теоретичні розміри пам’яті 64 ZB (Zettabytes)

Ця система використовується системою Windows для встановлення системи та управління файлами на жорсткому диску. В даний час він підтримує 16TB, 256TB файлів як максимальний розмір гучності, і ви можете налаштувати різні розміри кластерів для форматування. Це система, яка використовує багато місця для конфігурації гучності, тому рекомендується розмір розділів більше 10 Гб.

Це власна файлова система Apple і замінює традиційну систему HFS, додаючи підтримку більших файлів та великих обсягів. Ці розміри мають максимум 8 ЕБ.

Зараз ми маємо справу з власною файловою системою Linux, на даний момент у її версії EXT4. Підтримувані розміри файлів - 16 ТБ, а розмір гучності - 1 ЕБ.

Нарешті, ReFS - це ще одна система, запатентована Microsoft і призначена для розвитку NTFS. Він був реалізований з Windows Server 2012, але деякі Windows 10 для бізнес-дистрибутивів зараз його підтримують. Ця система багато в чому вдосконалює NTFS, наприклад, впроваджуючи захист від деградації даних, виправлення та помилки та надмірності, підтримку RAID, перевірку цілісності даних або видалення chkdsk. Підтримує розміри файлів 16 ЕБ та розмір гучності 1 YB (Yottabyte)

Що таке RAID

І тісно пов'язані з концепцією файлових систем - це конфігурації RAID. Насправді є ноутбуки або ПК, які вже мають конфігурацію RAID 0 для своєї ємності.

RAID позначає надлишковий масив незалежних дисків, і це система зберігання даних, що використовує декілька одиниць зберігання даних. У них дані поширюються так, ніби це єдина одиниця, або вони копіюються для забезпечення цілісності даних проти відмов. Ці блоки зберігання можуть бути як жорсткими, так і механічними жорсткими дисками, SSD або твердотільними накопичувачами, навіть M.2.

В даний час існує велика кількість рівнів RAID, яка складається з налаштування та асоціації цих жорстких дисків різними способами. Наприклад, RAID 0 об'єднує два або більше диска в один, щоб поширювати дані про них. Він ідеально підходить для розширення пам’яті, переглядаючи лише один жорсткий диск у системі, наприклад, два 1 ТБ жорстких диска можуть утворювати один 2 ТБ. З іншого боку, RAID 1 - це навпаки, це конфігурація з двома або більше дзеркальними дисками, щоб дані зберігалися реплікувались на кожному з них.

Переваги та недоліки HDD порівняно з SSD

І наостанок ми підведемо підсумки та пояснимо основні відмінності між механічним жорстким диском та твердотільним накопичувачем. Для цього у нас вже є стаття, де всі ці фактори детально пояснені, тому ми лише зробимо швидкий синтез.

Видатні переваги

• Ємність: Це одна з головних переваг жорсткого диска перед SSD, і це не тому, що SSD невеликі, а тому, що їх вартість значно зростає. Ми знаємо, що HDD повільніше, ніж SSD, 400 Мб / с проти 5000 МБ / с на найшвидших дисках, але його ємність на один привід ідеально підходить для використання як сховища даних. В даний час є 3, 5-дюймові жорсткі диски до 16 ТБ. Низька вартість за ГБ: Отже, з вищезазначеного вартість на ГБ значно нижча на жорсткому диску, ніж на SSD, тому ми можемо купувати набагато більші одиниці, але за нижчою ціною. Жорсткий диск на 2 ТБ знайдеться за ціною близько 60 євро, в той час як SSD 2 TB M.2 становить щонайменше 220 євро або більше. Термін зберігання: І третя перевага жорсткого диска - це термін зберігання ваших блюд. Будьте уважні, не кажучи вже про його довговічність та стійкість, а про кількість разів, коли ми можемо записувати та стирати клітинки, що практично не обмежено на механічних жорстких дисках. На SSD-дисках кількість обмежена кількома тисячами, що робить їх набагато менш привабливими варіантами для баз даних та серверів.

Недоліки

• Вони дуже повільні: з появою SSD, механічні жорсткі диски стали найповільнішим пристроєм у комп’ютері навіть нижче USB 3.1. Це робить їх майже одноразовим варіантом встановлення операційної системи, призначеного для даних лише у тому випадку, якщо ми дійсно хочемо швидкого комп'ютера. Ми говоримо про цифри, які розміщують HD в 40-50 разів повільніше, ніж SSD, це не дурниця. Фізичний розмір і шум: Будучи механічним і має пластини, їх розмір досить великий порівняно з M.2 SSD, який розміром лише 22 × 80 мм. Аналогічно, моторні та механічні головки роблять їх досить галасливими, особливо коли файли фрагментовані. Фрагментація: розподіл у треках призводить до того, що дані стають все більш фрагментованими з часом. Іншими словами, диск заповнить сектори, які після стирання залишилися порожніми, тому головка для читання повинна зробити багато стрибків, щоб прочитати повний файл. У SSD, будучи пам'яттю електронних комірок, всі вони доступні з однаковою швидкістю, подібно до пам'яті оперативної пам'яті, цієї проблеми не існує.

Висновок на жорстких дисках

Таким чином ми підходимо до кінця нашої статті, яка глибоко розробляє тему механічного жорсткого диска. Без сумніву, це елементи, які принаймні для більшості користувачів відіграють дещо меншу роль, маючи на ринку SSD-накопичувачі навіть у 2 ТБ. Але вони все ще є зірковим варіантом для масового зберігання, оскільки для цього нам не потрібна стільки швидкості, скільки багато місця.

Уявіть, що буде, якщо у нас є один 512 або 256 ГБ SSD і ми хочемо зберегти 4K фільми, встановити ігри або ми створимо контент. Якщо ми хочемо швидкості, ми повинні витратити цілий статок на SSD, хоча 20 ТБ з жорстким диском коштують нам близько 600 євро, тоді як робити це з SSD SATA може коштувати нам близько 2000 євро, а якщо вони NVMe, краще навіть не розраховувати.

Ми залишаємо вам зараз деякі статті, які стануть у нагоді для доповнення інформації, і, звичайно, з нашими посібниками.

Скільки жорстких дисків у вас на ПК та якого типу вони? Чи використовуєте ви SSD та HDD?