▷ Що таке жорсткий диск і як він працює

Сьогодні ми детально побачимо, що таке жорсткий диск і для чого він потрібен. Цілком можливо, що сьогодні у нас не було персональних комп’ютерів, якби не винахід накопичувальних пристроїв. Крім того, технології не настільки сильно просунулися, якби цих підстав не існувало, щоб можна було зберігати стільки інформації.

Ми знаємо, що жорсткий диск не є критичним пристроєм для роботи комп’ютера, оскільки він може працювати, якщо він є. Але без даних корисність комп'ютера практично нульова .

Зміст індексу

Потроху жорсткі диски в цій шкоді або SSD набирають позиції в порівнянні з традиційними жорсткими дисками, які ми розглянемо в цій статті. Однак це все ж забезпечує більшу ємність і більшу довговічність. Тож давайте подивимося, що таке жорсткий диск і як він працює

Що таке жорсткий диск?

Перше, що нам доведеться зробити, це визначити, що таке жорсткий диск. Жорсткий диск - це пристрій для зберігання даних енергонезалежним способом, тобто використовує магнітну систему запису для зберігання цифрових даних. Таким чином можна зберегти записану інформацію на носії постійно (отже, вона не мінлива). Також називаються жорсткими дисками або жорсткими дисками.

Жорсткий диск складається з однієї або декількох жорстких пластин, вставлених у герметичну коробку і з'єднаних загальною віссю, яка обертається з великою швидкістю. На кожній з качок, які зазвичай мають два обличчя, призначені для зберігання, по дві окремі голови для читання / запису.

Жорсткі диски є частиною вторинної пам’яті комп’ютера або vita на графіку, рівень пам’яті 5 (L5) і нижче. Він називається вторинною пам'яттю, тому що це джерело даних, щоб основна пам'ять (оперативна пам'ять) могла їх приймати і працювати з ними надсилаючи та отримуючи інструкції з процесора або процесора. Ця вторинна пам'ять буде тією, що має найбільшу ємність, наявну на комп’ютері, а також не буде мінливою. Якщо вимкнути комп’ютер, оперативна пам’ять буде спорожнена, але не жорстким диском.

Фізичні компоненти жорсткого диска

Перш ніж дізнатися про роботу жорсткого диска, зручно перелічити та визначити різні фізичні компоненти, які має жорсткий диск:

• Страви: там, де зберігається інформація. Вони розташовані горизонтально, і кожна плита складається з двох граней або намагнічених поверхонь, верхньої та нижньої граней. Зазвичай це виготовлено з металу або скла. Для зберігання інформації в них є комірки, де їх можна намагнічувати позитивно чи негативно (1 або 0). Голова читання: це елемент, який виконує функцію читання чи письма. Буде одна з цих головок для кожної поверхні чи поверхні тарілки, тому якщо у нас є дві тарілки, буде чотири головки для читання. Ці головки не контактують з табличками, якщо це станеться, диск буде подряпаний, а дані будуть пошкоджені. Коли посуд обертається, утворюється тонка плівка повітря, яка перешкоджає підрахунку між нею та ігровим майданчиком (приблизно 3 нм один від одного). Механічна рука: вони будуть елементами, відповідальними за утримання головок для читання. Вони дозволяють отримати доступ до інформації посуду, переміщуючи зчитувальні головки лінійним способом зсередини назовні. зміщення їх відбувається дуже швидко, хоча завдяки механічним елементам у них є досить обмеження щодо швидкості читання. Двигуни: У нас буде два двигуни всередині жорсткого диска, один для обертання пластин, як правило, зі швидкістю від 5000 до 7200 оборотів в хвилину (об / хв). А ще у нас буде ще одна для руху механічної зброї Електронна схема: крім механічних елементів, вінчестер містить також електронну схему, яка відповідає за управління функціями позиціонування голови та зчитуванням та записом цього. Ця схема також відповідає за зв'язок жорсткого диска з рештою комп'ютерних компонентів, переведення позицій комірок пластин на адреси, зрозумілі пам'яті оперативної пам'яті та процесора. Кеш-пам’ять: поточні жорсткі диски мають мікросхему пам'яті, інтегровану в електронну схему, яка служить містком для обміну інформацією з фізичних плат на пам'ять RAM. Це як динамічний буфер для полегшення доступу до фізичної інформації. Порти з'єднання: на задній панелі диска та поза пакетом розміщені порти з'єднання. Зазвичай вони складаються з роз'єму шини до материнської плати, 12-роз’ємного роз'єму живлення та, у випадку IDE, із слотами перемичок для вибору головного / підлеглого.

Технології підключення

Жорсткий диск повинен бути підключений до материнської плати комп'ютера. Існують різні технології підключення, які надаватимуть характеристики або час на жорсткі диски.

IDE (інтегрована електроніка пристроїв):

Також відомий як ATA або PATA (Parallel ATA). До недавнього часу це був стандартний метод підключення жорстких дисків до наших комп'ютерів. Це дозволяє підключати два або більше пристроїв через паралельну шину, яка складається з 40 або 80 кабелів.

Ця технологія також відома як DMA (Direct Memory Access), оскільки дозволяє безпосередньо з'єднати оперативну пам’ять і жорсткий диск.

Щоб підключити два пристрої до однієї шини, їх потрібно буде налаштувати як майстри або раби. Таким чином, контролер буде знати, кому він повинен надсилати дані чи читати його дані, і що немає перетину інформації. Ця конфігурація здійснюється через перемичку на самому пристрої.

• Майстер: це повинен бути перший пристрій, підключений до шини, як правило, жорсткий диск повинен бути налаштований у головному режимі перед пристроєм зчитування постійного струму / DVD. Ви також повинні налаштувати жорсткий диск головного мотоцикла, якщо на ньому встановлена ​​операційна система. Раб: буде вторинним пристроєм, підключеним до шини IDE. Щоб бути рабом, спочатку повинен бути господар.

Максимальна швидкість передачі IDE-з'єднання - 166 Мб / с. також називається Ultra ATA / 166.

SATA (Serial ATA):

Це сучасний стандарт спілкування на сучасних ПК. У цьому випадку послідовна шина буде використовуватись замість паралельної передачі даних. Це набагато швидше, ніж традиційні IDE, і більш ефективне. Крім того, він дозволяє гаряче підключення пристроїв і має набагато менші та керовані шини.

Поточний стандарт знайдений у SATA 3, що дозволяє передавати до 600 Мб / с

SCSI (Малий комп'ютерний системний інтерфейс):

Цей інтерфейс паралельного типу призначений для жорстких дисків з високою ємністю зберігання та високою швидкістю обертання. Цей метод з'єднання традиційно застосовується для серверів та кластерів великих жорстких дисків для зберігання даних.

Контролер SCSI може одночасно працювати з 7 жорсткими дисками на ланцюговому підключенні до 16 пристроїв. Якщо максимальна швидкість передачі - 20 Мб / с

SAS (послідовно доданий SCSI):

Це еволюція інтерфейсу SCSI і, як і SATA, це шина, яка працює послідовно, хоча команди типу SCSI все ще використовуються для взаємодії з жорсткими дисками. Однією з його властивостей, крім тих, які надає SATA, є те, що на одній шині можна підключити декілька пристроїв, і він також може забезпечити постійну швидкість передачі для кожного з них. Можна підключити більше 16 пристроїв і він має той же інтерфейс підключення, що і диски SATA.

Його швидкість менша, ніж SATA, але з більшою ємністю з'єднання. Контролер SAS може спілкуватися з диском SATA, але контролер SATA не може спілкуватися з диском SAS.

Використовувані фактори форми

Що стосується форм-факторів, їх існує кілька типів, виміряних у дюймах: 8, 5´25, 3´5, 2´5, 1´8, 1 та 0´85. Хоча найчастіше використовуються 3, 5 та 2, 5 дюйма.

3, 5 дюйма:

Його розміри - 101, 6 х 25, 4 х 146 мм. Він такого ж розміру, як і програвачі компакт-дисків, хоча вони і вище (41, 4 мм). Ці жорсткі диски - це ті, які ми використовуємо практично на всіх настільних комп’ютерах.

2, 5 дюйма:

Його розміри - 69, 8 x 9, 5 x 100 мм, і є типовими вимірами дискети. Ці жорсткі диски використовуються для портативних комп'ютерів, які є більш компактними, маленькими та легкими.

Фізична та логічна структура

Побачивши фізичні компоненти жорсткого диска, ми повинні знати, як поділяється його структура даних на кожну пластину жорсткого диска. Як завжди, справа не тільки в тому, щоб записувати інформацію випадковим чином на диск, вони мають свою логічну структуру, яка дозволяє отримати доступ до певної інформації, що зберігається на них.

Фізична структура змісту

Доріжка

Кожна з граней диска ділиться на концентричні кільця, зсередини до зовнішньої сторони кожної грані. Доріжка 0 являє собою зовнішній край жорсткого диска.

Циліндр

Вони являють собою безліч кількох треків. Циліндр утворений усіма колами, вертикально вирівняними на кожній із пластин і граней. Вони б утворювали уявний циліндр на жорсткому диску.

Сектор

Доріжки в свою чергу діляться на шматки дуги, звані секторами. Ці розділи містять блоки даних. Розмір секторів не фіксований, хоча нормально знайти його ємністю 510 Б (байт), що становить 4 Кб. У минулому розмір секторів для кожного протектора фіксувався, що означало, що зовнішні доріжки з більшим діаметром були витрачені через те, що у них порожні отвори. Це змінилося за допомогою технології ZBR (Bit Recording by Zones), яка дозволяє використовувати простір більш ефективно, змінюючи кількість секторів залежно від розміру доріжки (доріжки з більшим радіусом, більше секторів)

Скупчення

Також називається одиницею розподілу, це групування секторів. Кожен файл буде займати певну кількість кластерів, і жоден інший файл не може зберігатися у певному кластері.

Наприклад, якщо у нас є кластер 4096 B і файл 2700 B, він буде займати один кластер, і він також буде мати в ньому місце. Але більше файлів на ньому не можна зберігати. Коли ми форматуємо жорсткий диск, ми можемо призначити йому певний розмір кластера, чим менший розмір кластера, тим краще буде виділено місце на ньому, особливо для невеликих файлів. Хоча, навпаки, отримати доступ до даних для голови читання буде складніше.

Висловлюється думка, що кластери 4096 КБ ідеально підходять для великих сховищ.

Логічна структура змісту

Логічна структура визначає спосіб організації даних всередині неї.

Завантажувальний сектор (Master Boot Record):

Також прийнято називати MBR, це перший сектор всього жорсткого диска, тобто трек 0, циліндр 0 сектору 1. У цьому просторі зберігається таблиця розділів, яка містить всю інформацію про початок і кінець розділів. Програма Mester Boot також зберігається, ця програма відповідає за читання цієї таблиці розділів та забезпечує управління завантажувальним сектором активного розділу. Таким чином комп'ютер завантажиться з операційної системи активного розділу.

Коли у нас на різних розділах встановлено кілька операційних систем, потрібно буде встановити завантажувач, щоб ми могли вибрати операційну систему, яку ми хочемо завантажити.

Місце перегородки:

Жорсткий диск може складатися з повного розділу, який охоплює весь жорсткий диск або декілька з них. 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.

Кожному з розділів буде присвоєно ім’я, яке називається міткою. У Windows це будуть літери C: D: C: тощо. Щоб розділ був активним, він повинен мати формат файлу.

Нерозподілений простір:

Також може бути певний простір, який ми ще не розділили, тобто ми не надали йому формат файлу. У цьому випадку він не буде доступний для зберігання файлів.

Система адресації

Система адресації дозволяє розмістити головку зчитування в тому місці, де знаходяться дані, які ми маємо намір прочитати.

CHS (циліндр - головка - сектор): Це була перша застосована система адресації. За допомогою цих трьох значень можна було розмістити головку зчитування в тому місці, де розташовані дані. Ця система була легко зрозуміти, але вимагала досить довгих напрямків позиціонування.

LBA (логічна адресація блоків): у цьому випадку ми ділимо жорсткий диск на сектори і присвоюємо кожному унікальне число. У цьому випадку ланцюжок інструкцій буде коротшою та ефективнішою. Це метод, який зараз використовується.

Файлові системи

Для зберігання файлів на жорсткому диску потрібно знати, як це буде зберігатися, тому ми повинні визначити файлову систему.

FAT (Таблиця виділення файлів):

Він заснований на створенні таблиці розподілу файлів, що є індексом диска. Кластери, що використовуються кожним файлом, зберігаються, а також вільні та несправні чи фрагментовані кластери. Таким чином, якщо файли будуть поширюватися в непоміжні кластери, через цю таблицю ми зможемо знати, де вони знаходяться.

Ця файлова система не може працювати з розділами більше 2 ГБ

FAT 32:

Ця система знімає обмеження на FAT 2 ГБ і дозволяє зменшити розмір кластера для більшої ємності. USB-накопичувачі зазвичай використовують цю файлову систему, оскільки вона є найбільш сумісною для різних операційних систем та мультимедійних пристроїв, таких як аудіо- чи відеоплеєри.

Одним із обмежень є те, що ми не зможемо зберігати файли розміром більше 4 Гб.

NTFS (Нова технологічна файлова система):

Це файлова система, що використовується для операційних систем Windows після Windows NT. Знімаються обмеження на файли та розділи систем FAT, а також підвищується безпека збережених файлів, оскільки вони підтримують шифрування файлів та конфігурацію дозволів. Крім того, він дозволяє виділяти різні розміри кластерів для різних розмірів розділів.

Обмеження цієї файлової системи полягає в тому, що вона не повністю сумісна з Linux або Mac OS у старих версіях. І, перш за все, його не підтримують мультимедійні пристрої, такі як аудіо- та відеоплеєри чи телевізор.

HFS (Ієрархічна файлова система):

Система, розроблена Apple для своїх операційних систем MAC. Це ієрархічна файлова система, яка розділяє об'єм або розділ на логічні блоки розміром 512 В. Ці блоки згруповані в блоки розподілу.

Розширена файлова система EXT):

Це файлова система, що використовується операційними системами Linux. Наразі він знаходиться у версії Ext4. Ця система здатна працювати з великими розділами та оптимізувати фрагментацію файлів.

Однією з його найвидатніших особливостей є те, що вона здатна до файлових систем до цього та пізніше.

Як дізнатися, чи гарний він жорсткий диск

Існують різні заходи, що визначають ємність жорсткого диска з точки зору продуктивності та швидкості. Вони повинні бути враховані, щоб знати, як порівнювати продуктивність одного жорсткого диска іншого.

• Швидкість обертання: це швидкість, з якою обертаються пластини жорсткого диска. На більш високих швидкостях у нас буде більша швидкість передачі даних, але також більший шум та нагрівання. Найкращий спосіб - придбати IDE або SATA-накопичувач із понад 5400 об / хв. Якщо це SCSI, то зазначено, що він має більше 7200 об / хв. Більш високе обертання також досягає нижчої середньої затримки. Середня затримка: час, який очікує читання, знадобиться перебувати в зазначеному секторі. Гравець повинен чекати, коли диск обернеться, щоб знайти сектор. Тому при більших об / хв нижча затримка. Середній час пошуку: час, необхідний для відтворення, щоб дістатися до зазначеної доріжки. Це час від 8 до 12 мілісекунд. Час доступу: час, який потрібен читачеві для доступу до сектора. Це сума середньої затримки та середнього часу пошуку. Час між 9 і 12 мілісекундами. Час запису / читання: Цей час залежить від усіх інших факторів, а також від розміру файлу. Кеш-пам'ять: пам'ять твердого типу, наприклад, оперативна пам'ять, яка тимчасово зберігає дані, що зчитуються з диска. Таким чином збільшується швидкість читання. Чим більше кеш-пам'яті, тим швидше буде читання / запис. (дуже важливо) Ємність зберігання: очевидно, це кількість місця, доступного для зберігання даних. Чим більше, тим краще. Інтерфейс зв'язку: спосіб передачі даних з диска в пам'ять. Інтерфейс SATA III - це найшвидший на даний момент жорсткий диск.

Якщо ви також хочете детально дізнатися про обладнання, рекомендуємо наші статті:

• Чому НЕ потрібно дефрагментацію SSD?

Цим ми закінчуємо своє пояснення того, що таке жорсткий диск і як він працює. Сподіваємось, це було дуже корисно для вас, і ви вже розумієте важливість хорошого жорсткого диска.