Tvrdi disk: načelo rada i osnovne značajke

Tvrdi diskovi, ili, kako ih zovu, tvrdi diskovi, jedna su od najvažnijih komponenti računalnog sustava. Svatko to zna. No, daleko od svakog suvremenog korisnika čak i načelno nagađa kako funkcionira tvrdi disk. Načelo rada, općenito, za osnovno razumijevanje je vrlo jednostavno, ali postoje neke nijanse o kojima ćemo ići dalje.

Pitanja o svrsi i klasifikaciji tvrdih diskova?

Pitanje svrhe je, naravno, retorikalno. Bilo koji korisnik, čak i najosnovnija razina, odmah reagira na to da tvrdi disk (koji je također tvrdi disk, tj. Tvrdi disk ili HDD) odmah odgovara da služi pohranjivanju podataka.

Općenito, to je istina. Ne zaboravite da na tvrdom disku, pored operacijskog sustava i korisničkih datoteka, postoje boot-sektori stvoreni od strane OS-a, zahvaljujući kojima počinje, kao i neke naljepnice na kojima možete brzo pronaći informacije na disku.

Moderni modeli su vrlo različiti: konvencionalni tvrdi diskovi, vanjski tvrdi diskovi, SSD SSD velike brzine, iako nisu strogo klasificirani kao tvrdi diskovi. Zatim se predlaže razmotriti uređaj i načelo tvrdog diska, ako ne u cijelosti, a zatim barem na način da bude dovoljan za razumijevanje osnovnih pojmova i procesa.

Imajte na umu da postoji i posebna klasifikacija suvremenog HDD-a prema nekim osnovnim kriterijima, među kojima su sljedeće:

• način pohrane podataka;
• vrsta prijevoznika;
• način organiziranja pristupa informacijama.

Zašto je tvrdi disk zvao tvrdi disk?

Danas, mnogi korisnici razmišljaju o tome zašto se tvrdi diskovi nazivaju malim kapacitetima tvrdih diskova. Čini se da može postojati zajednička među ova dva uređaja?

Pojam pojavio davne 1973. godine, kada se pojavio prvi na tržištu u HDD svijetu, izgradnja koji se sastojao od dva odvojena odjeljka u hermetičan kontejner. Kapacitet svakog odjeljka bio je 30 MB, što je razlog zašto inženjeri dali kodno ime za disk „30-30”, koja je u potpunosti u skladu s markom popularan u vrijeme kad je pištolj „Winchester, 30-30”. Međutim, u ranim 90-ih u Americi i Europi je ime praktički izašli iz upotrebe, ali je još uvijek popularan u post-sovjetskom prostoru.

Uređaj i načelo tvrdog diska

Ali odlazimo. Načelo rada tvrdog diska može se kratko opisati kao proces čitanja ili pisanja informacija. Ali kako se to događa? Da bi se razumjelo načelo magnetskog tvrdog diska, najprije je potrebno proučiti kako je uređen.

Hard disk sama je niz pločica, čiji broj može varirati od četiri do devet međusobno pomoću osovine (osovine), zove se vreteno. Ploče se postavljaju jedna iznad druge. U većini slučajeva, materijal za njihovu proizvodnju su aluminij, bakar, keramika, staklo i sl. D. Sami ploče imaju posebnu magnetski premaz materijala pod nazivom tanjur, a temelji se na gama feritne oksid, kromov oksid, barij ferita i t. D Svaka takva ploča ima debljinu od oko 2 mm.

Za snimanje i čitanje informacija, odgovorne su radijalne glave (jedna za svaku ploču), a obje su površine korištene na pločama. Za rotaciju vretena, čija brzina može biti od 3600 do 7200 o / min, a kretanje glava odgovara dvama električnim motorima.

Istodobno, osnovno načelo rada računalnog tvrdog diska je da se podaci pišu ne samo bilo gdje, već u strogo definiranim lokacijama, zvanim sektorima koji se nalaze na koncentričnim stazama ili stazama. Da bi se izbjegla zbrka, primjenjuju se jedinstvena pravila. To znači da su principi tvrdih diskova na temelju njihove logičke strukture univerzalni. Na primjer, veličina jednog sektora, prihvaćena za jedan standard diljem svijeta, iznosi 512 bajta. S druge strane, sektori su podijeljeni u klastere, koji su sekvenci brojnih sektora. A značajke načela tvrdog diska u tom smislu jesu da razmjena informacija donosi samo cijeli klasteri (cijeli broj lanaca lanaca).

Ali kako čitate informacije? voziti djela: tvrdi disk kako slijedi: Koristeći posebnu glavu nosač za čitanje u radijalnom (spiralni) smjera na željeno stazi i na prijelazu je pozicioniran u određenom sektoru, sve glave može biti premještena istovremeno čitajući iste podatke ne samo iz različitih pjesama , ali i iz različitih diskova (ploča). Sve pjesme s istim rednim brojevima nazivaju se cilindri.

Može se razlikovati još jedan princip operacije tvrdog diska: što je glava za čitanje približna magnetskoj površini (ali ga ne dodiruje), to je veća gustoća snimanja.

Kako se podaci bilježe i čitaju?

Tvrdi diskovi ili tvrdih diskova, dakle, zovu se magnetskim, da koriste zakone fizike magnetizma, formulirane još Faraday i Maxwell.

Kao što je već spomenuto, ploča od ne-magnetski osjetljivog materijala obložena je magnetskim premazom, čija debljina je samo nekoliko mikrometara. U procesu rada nastaje magnetsko polje koje ima tzv. Strukturu domene.

Magnetska domena je strogo omeđen granicama magnetizirana regija ferolegura. Nadalje HDD princip rada mogu se sažeti kako slijedi: u slučaju vanjskog magnetskog polja, pravi pogon polje počinje se voditi upravo duž magnetskih linija, a na prestanak utjecaja na diskovima pojaviti zonu remanentnost u kojem je pohranjena informacija prethodno sadržane u glavnom polju ,

Za stvaranje vanjskog polja, glava za čitanje je odgovorna za pisanje, a pri čitanju zone remanentne magnetizacije, koja je nasuprot glave, stvara elektromotorni silom ili EMF. Dalje sve je jednostavno: promjena EMF-a odgovara jednom u binarnom kodu, a njegova odsutnost ili prestanak je nula. Vrijeme promjene EMF-a obično se zove malo element.

Nadalje, magnetska površina može se povezati isključivo kao informatički razlog, kao određeni bitni slijed informacijskih bitova. No, budući da se mjesto takvih točaka ne može točno izračunati, potrebno je instalirati unaprijed definirane oznake na disku, što je pomoglo u određivanju željenog mjesta. Stvaranje takvih oznaka naziva se oblikovanje (otprilike govoreći, dijeli se disk na zapise i sektore grupirane u klastere).

Logička struktura i načelo rada tvrdog diska u smislu oblikovanja

Što se tiče logičke organizacije HDD-a, ovdje je prvo mjesto oblikovanje, u kojem postoje dvije glavne vrste: niske (fizičke) i visoke (logične) razine. Bez ovih koraka, nema potrebe govoriti o stavljanju tvrdog diska u radno stanje. O inicijalizaciji novog tvrdog diska, raspravit će se zasebno.

Formatiranje na niskoj razini pretpostavlja fizički utjecaj na površinu tvrdog diska, pri čemu se sektori stvaraju duž staza. Zanimljivo je da je princip tvrdom disku da svaki stvoreni sektor ima svoju jedinstvenu adresu, koja uključuje sektor broj, broj zapisa na kojem se nalazi i bočni broj ploče. Dakle, u organizaciji izravnog pristupa, isti RAM se pristupa izravno s te adrese i ne traži potrebne informacije na cijeloj površini zbog čega se postiže brzina (iako to nije najvažnija stvar). Imajte na umu da se pri izvođenju niskih razina oblikovanja apsolutno svi podaci brišu i u većini slučajeva ne podliježu oporavku.

Još jedna stvar - logično oblikovanje (u sustavu Windows, to je brzo formatiranje ili Quick formatu). Osim toga, ti se procesi primjenjuju i na stvaranje logičkih particija, što predstavlja određeno područje glavnog diska, koje djeluje na istim principima.

Logički oblikovanje prvenstveno utječe na područje sustava, koji se sastoji od boot sektor i dijeljenje stol (MBR boot record) a, stol dodjelu datoteka (FAT, NTFS, i tako dalje. D.) i korijenski direktorij (root direktorij).

Informacije su pisane sektorima kroz klaster u nekoliko dijelova, a dva identična objekta (datoteke) ne mogu se nalaziti u jednom klasteru. Zapravo, stvaranje logičke particije, kao što je to, odvaja od glavne particije sustava, tako da informacije pohranjene na njemu, kada se pojave pogreške i kvarovi, ne podliježu promjeni ili uklanjanju.

Glavne značajke HDD-a

Mislim da, općenito, princip tvrdog diska je malo razumljiv. Sada prijeđimo na osnovne karakteristike, koje daju cjelovitu sliku svih mogućnosti (ili nedostataka) modernih tvrdih diskova.

Načelo rada tvrdog diska i glavne karakteristike mogu biti potpuno različite. Da bismo razumjeli što je u pitanju, izdvojimo osnovne parametre koji karakteriziraju sve poznate uređaje za pohranu informacija:

• kapacitet (volumen);
• brzina (brzina pristupa podacima, čitanje i pisanje informacija);
• sučelje (način povezivanja, tip regulatora).

Kapacitet je ukupna količina informacija koja se može napisati i spremiti na tvrdi disk. Industrija za proizvodnju HDD-a razvija se toliko brzo da danas već dolaze u uporabu tvrdi diskovi s količinama od oko 2 TB i više. I, vjeruje se, ovo nije granica.

Sučelje je najznačajnija karakteristika. Određuje način na koji se uređaj povezuje s matičnom pločom, kontroler koji koristi, način čitanja i pisanja itd. Glavna i najčešća sučelja su IDE, SATA i SCSI.

Diskovi s IDE sučelje različitim nisku cijenu, međutim, među glavnih nedostataka može razlikovati ograničen broj istovremeno priključenih uređaja (najviše četiri) i niska brzina prijenosa podataka (pa čak i uz podršku izravan pristup memoriji Ultra DMA ili protokola Ultra ATA (način 2 i načinu rada 4). Iako se vjeruje njihovo korištenje može povećati razinu brzine čitanja / zapisivanja od 16 MB / s, ali brzina je znatno niža nego u stvarnosti. Osim toga, na UDMA načinu zahtijeva instalaciju posebnih upravljačkih programa, koji u teoriji, treba biti u paketu s matičnom pločom.

Govoreći o principu performansi i karakteristika tvrdih diskova, ne možemo zanemariti SATA sučelje, koji je nasljednik IDE verzije ATA. Prednost ove tehnologije je da brzina čitanja / pisanja može biti povećana na 100 Mb / s zbog korištenja IEEE-1394 sabirnice visoke brzine.

Konačno, SCSI sučelje u odnosu na prethodna dva je najfleksibilnija i najbrža (brzina pisanja / čitanja doseže 160 Mb / s i više). Ali čak i ovi tvrdi diskovi gotovo su dvostruko skuplji. Ali je broj istovremeno spojenih uređaja za pohranu u rasponu od sedam do petnaest, veza može biti izvedena bez deaktiviranje računalo, a duljina kabela može biti u redu 15-30 metara. Zapravo, ovaj tip HDD-a uglavnom se koristi ne u korisničkim računalima, već na poslužiteljima.

Učinak karakteriziraju brzinu prijenosa i propusnost I / O kapaciteta, obično izraženo vrijeme prijenosa i količina prenesenih podataka u seriji, a izražava se u MB / s.

Neki dodatni parametri

Govoreći o načelu tvrdog diska i kojim parametrima utječe na njegov rad, nemoguće je zanemariti neke dodatne karakteristike na kojima ovisi brzina ili čak i život uređaja.

Ovdje je prvenstveno brzina rotacije koja izravno utječe na vrijeme traženja i inicijalizacije (prepoznavanja) željenog sektora. Ovo je takozvano latentno vrijeme pretraživanja - interval u kojem se potreban sektor okreće prema glavi za čitanje. Danas se usvaja nekoliko standarda za brzinu vrtnje vretena, izraženu u okretima u minuti s vremenom kašnjenja u milisekundama:

• 3600 - 8,33;
• 4500 - 6,67;
• 5400 - 5,56;
• 7200 - 4.17.

Lako se vidi da je veća brzina, manje vremena proveo na sektor za pretraživanje i fizičkom planu - po okretaju diska na instalaciju glava točke želji ploče za namještanje.

Drugi parametar je interna brzina prijenosa. Na vanjskim stazama je minimalan, ali se povećava postupnim prijelazom na unutarnje staze. Tako je isti proces defragmentacije, koji je kretanje često korištenih podataka na najbržim područjima diska, ništa drugo nego prebacivanje ih na unutarnju stazu s bržom brzinom čitanja. Vanjska brzina ima fiksne vrijednosti i izravno ovisi o korištenom sučelju.

Konačno, jedna od važnih točaka povezana je s prisutnošću tvrdog diska svoje vlastite cache memorije ili međuspremnika. Zapravo, načelo tvrdog diska u smislu korištenja međuspremnika u nečem sličnom operativnom ili virtualnom memoriju. Što je veća predmemorija (128-256 KB), to će brže raditi tvrdi disk.

Glavni zahtjevi za HDD

Osnovni zahtjevi, koji se u većini slučajeva prikazuju na tvrde diskove, nisu toliko. Glavna stvar je dugi vijek trajanja i pouzdanost.

Osnovna norma za većinu HDD smatra život reda 5-7 godina sa radnom vremenu ne kraćem od petsto tisuća sati, ali za high-end diskova, brojka nije manja od milijun sati.

Što se tiče pouzdanosti, za to je odgovorna funkcija samoprovjere S.M.A.R.T., koja nadzire status pojedinačnih elemenata tvrdog diska i obavlja kontinuirano praćenje. Na temelju prikupljenih podataka može biti generiran ni prognozu moguće pojave grešaka u budućnosti.

Jasno je da korisnik ne smije odstupiti. Na primjer, kada se koristi HDD izuzetno važno promatrati optimalan temperaturni raspon (0 - 50 ± 10 stupnjeva Celzija) kako bi se izbjegle šokove, utjecajima i pada hard disk, pogođena prašine ili drugih malih čestica, itd Usput, mnogi će biti .. Zanimljivo je znati da su iste čestice duhanskog dima otprilike dva puta duže od udaljenosti između glave za čitanje i magnetske površine tvrdog diska, a ljudska kosa je 5-10 puta.

Problemi s inicijalizacijom u sustavu prilikom zamjene tvrdog diska

Sada nekoliko riječi o tome što trebate učiniti ako iz nekog razloga korisnik promijeni tvrdi disk ili instalira sekundarni.

Nećemo u potpunosti opisati taj proces, već ćemo se usredotočiti samo na glavne faze. Prvo morate spojiti hard disk i gledati u postavkama BIOS-a, ako se otkrije novi hardver, u odjeljku Administracija disk inicijalizirati i stvoriti boot record, napravite jednostavan volumen, dodijeliti ID (slova) i formatirati s izborom od datotečnog sustava. Tek nakon toga, novi "vijak" bit će potpuno spreman za rad.

zaključak

To, zapravo, i sve što ukratko dotiče temelje funkcioniranja i karakteristika modernih tvrdih diskova. Načelo rada vanjskog tvrdog diska ovdje se u načelu ne razmatra, jer se praktički ne razlikuje od onoga što se koristi za statičke HDD-ove. Jedina razlika je samo u načinu povezivanja dodatnog pogona s računalom ili prijenosnim računalom. Najčešća veza je putem USB sučelja koje je izravno povezano s matičnom pločom. U isto vrijeme, ako želite osigurati maksimalnu učinkovitost, bolje je koristiti standardni USB 3.0 (ulaz unutar plave boje), naravno, pod uvjetom da i vanjski HDD sama podržava.

U ostalom, mislim, mnogim je ljudima postalo jasno kako funkcionira tvrdi disk bilo koje vrste. Možda je gore dano previše tehničke informacije, više čak i od škola fizike, naravno, ali bez da u potpunosti razumiju sve osnovne principe i metode utvrđene u proizvodnji i primjeni tehnologija HDD neće razumjeti.