Что такое жесткий диск или винчестер? Жесткий диск: принцип работы и основные характеристики.

Жесткий диск («hard disk drive» сокр. HDD) - это устройство для постоянного хранения информации. В компьютерном мире его так же называют: хард диск , винчестер , винт . Именно на жестком диске вашего компьютера хранится вся информация и данные: файлы операционной системы, музыка и фильмы, документы и фотографии.

Внешний вид жесткого диска Внутреннее устройство 1. Отверстия для болтов крепления верхней крышки. 2,12. Корпус жесткого диска (винчестера). 3. Шпиндель - вал, на котором вращаются магнитные пластины с информацией. 4. Считывающие головки, которые читают информацию с магнитных пластин. 5,6,7. Привод считывающих головок. 8. Интерфейсный разъем для передачи информации и служебных команд от жесткого диска системе и наоборот. На фото изображен ATA (IDE) разъем, в более новых моделях обычно используется SATA интерфейс (более компактный). 9,10. Конфигурационные перемычки. Служат для того, что бы задавать различные режимы работы жесткого диска, например Slave и Master (загрузочный диск с системой). 11. Разъем для подключения питания (+12 вольт) к диску. 13. Кабель для подключения блока головок к плате управления жесткого диска. 14. Магнитные пластины со всей хранимой информацией. 15. Отверстия для болтов крепления корпуса винчестера внутри компьютера. Принцип работы Если кратко, то принцип работы жестких дисков очень напоминает работу кассетных и катушечных магнитофонов. Магнитные пластины (цилиндры) покрыты специальным слоем из оксида железа, на который считывающая головка записывает данные с помощью переменного магнитного поля. При считывании информации, считывающая головка проходит над намагниченными участками пластины. В результате этого, в головке возникает переменный ток, который передается для обработки на плату жесткого диска, где расположен главный элемент – микроконтроллер. Микроконтроллер – это упрощенный вариант процессора, созданный для выполнения конкретных задач. Именно микроконтроллер в жестком диске отвечает за его функциональность. Структура хранения данных на жёстком диске. Если бы вся информация на жестком диске хранилась как простая последовательность данных, как в кассетном магнитофоне, то это сильно усложнило бы работу пользователя. Ведь невозможно было бы сразу найти начало нужного файла, или определить свободное место для записи новых данных. Именно поэтому любой жесткий диск имеет определенную структуру, которая позволяет почти мгновенно находить нужный документ и сохранять новые файлы. Структурно диск можно разбить на круглые дорожки, которые в свою очередь разбиты на сектора. Именно сектор является минимальным блоком с данными на жестком диске. Структура цилиндров жестких дисков
Так же на любом жестком диске есть специальный служебный сектор, размер которого обычно составляет 10% от размера носителя. В этом секторе записана служебная информация о количестве цилиндров у жесткого диска, количество секторов, их размер и т.д. Так же в этом разделе находится таблица файловой системе. По сути – это база данных жесткого диска. Именно в ней записана вся структура диска: наименование директорий (папок), их содержимое (файлы и вложенные папки) и т.д. Вся структура папок и файлов, которую мы видим, когда работаем на компьютере, формируется как раз из данных, содержащихся в файловой таблице. Когда мы, к примеру, хотим посмотреть видео файл, записанный на этом жестком диске, операционная система читает информацию о том, в каких секторах записаны данные файла, определяет начальный сектор (начало файла) и начинает считывание данных, которые обрабатываются операционной системой или специальной программой (в данном случае это медиа плеер). Именно так, вкратце это все и работает. Специализированные программы для работы с жесткими дисками

Жёсткий диск («винчестер», hdd, hard disc drive — eng.) — накопитель информации основанный на магнитных пластинах и эффекте магнетизма.

Применяется повсеместно в персональных компьютерах, ноутбуках, серверах и так далее.

Устройство жёсткого диска. Как жёсткий диск работает.

В полу герметичном блоке находятся двусторонние пластины, с нанесённым на них магнитным слоем , посаженные на вал двигателя и вращающиеся со скоростью от 5400 оборотов в минуту.Блок не совсем герметичен, но самое главное он не пропускает мелкие частицы и не допускает перепадов влажности . Всё это пагубно сказывается на сроке службы и качестве работы жёсткого диска.

В современных жёстких дисках, для вала используются . Это даёт меньший шум при работе, значительно увеличивает долговечность и уменьшает шанс заклинивания вала из-за разрушившегося .

Считывание и запись производится с помощью блока головок .

В рабочем состоянии, головки парят над поверхностью диска на расстоянии ~10нм . Они имеют аэродинамическую форму и поднимаются над поверхностью диска за счёт восходящего потока от крутящейся пластины. Магнитные головки могут находится с двух сторон пластины, если с каждой стороны магнитного диска нанесены магнитные слои.

Соединённый блок головок имеет фиксированное положение , то есть головки перемещаются все вместе.

Всеми головками, управляет специальный привод основанный на электромагнетизме .

Неодимовый магнит создаёт магнитное поле , в котором с высокой скоростью реакции под воздействием тока, может перемещаться блок головок. Это лучший и самый быстрый вариант перемещения блока головок, а ведь когда то блок головок перемещался механически, с помощью шестерёнок.

Когда диск выключается, чтобы головки не опустились на диск и не повредили его, они убираются в зону парковки головок (парковочная зона, parking zone).

Это также, позволяет без особых ограничений транспортировать выключенные жёсткие диски. В выключенном состоянии, диск может выдержать большие нагрузки и не повредиться. Во включенном состоянии, даже небольшой толчёк под определённым углом может разрушить магнитный слой пластины или повредить головки при касании о диск.

Помимо герметичной части, у современных жёстких дисков есть наружная плата управления . Когда то, все платы управления были вставлены в материнскую плату компьютера в слоты расширения. Это было не удобно в плане универсальности и возможностей. Сейчас у жёстких дисков, вся управляющая диском электроника, и интерфейса расположены на небольшой плате в нижней части жёсткого диска. Благодаря этому, можно настроить каждый диск под определённые, выгодные с точки зрения его строения параметры, давая ему выигрыш в скорости, либо более тихую работу к примеру.

Для подключения интерфейса и питания используются стандартные общепринятые разъёмы / и Molex /Power SATA .

Особенности.

Жёсткие диски являются самыми ёмкими хранителями информации и относительно надёжными . Объёмы дисков постоянно растут, но в последнее время это связано с некоторыми сложностями и для дальнейшего расширения объёма, требуются новые технологии. Можно сказать, что жёсткие диски практически вышли на прямую в достижении максимальных возможностей. Распространению жёстких дисков в основном поспособствовало соотношение ценаобъём . В большинстве случаев, гигабайт объёма диска стоит меньше чем 2.5 рубля .

Плюсы и минусы жёстких дисков в сравнении с .

До появления твёрдотельных SSD (solid state drive ) — накопителей, у жёстких дисков не было конкурентов. Теперь у жёстких дисков есть направление куда нужно стремиться.

Минусы жёстких дисков (hard drive)(ssd) накопителями:

• низкая скорость последовательного чтения
• низкая скорость доступа
• низкая скорость чтения
• немного более низкая скорость записи
• вибрации и небольшой шум при работе

Хотя с другой стороны, у жёстких дисков есть другие, более весомые преимущества, к которым SSD накопителям стремиться и стремиться.

Плюсы жёстких дисков (hard drive) в сравнении с твёрдотельными (ssd) накопителями:

• значительно лучший показатель объёмцена
• лучший показатель надёжности
• больший максимальный объём
• при выходе из строя, в разы больший шанс восстановить данные
• лучший вариант для использования в медиа центрах, благодаря компактности и большому объёму 2.5 накопителей

О том, на что стоит обращать внимание при выборе жёсткого диска, можно посмотреть в нашей статье ««. Если вам необходим ремонт жесткого диска или восстановление информации, можно обратиться к .

Здравствуйте, дорогие друзья!

В сегодняшней небольшой заметке мы поговорим с вами о жестких дисках (HDD), точнее, что такое жесткий диск, его классификация и типы. Прежде, чем выбирать жесткий диск, следует знать, какие типы дисков бывают вообще и какие типы интерфейсов они поддерживают. В этой заметке вы найдете всю необходимую информацию по указанному вопросу. И начнем мы с вами с вопроса, что такое жесткий диск?

Что такое жесткий диск (HDD)?

Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD), жёсткий диск, в компьютерном сленге «винчестер» - запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

Почему жесткий диск называют «винчестером» ? По одной из версий, название «винчестер» (англ. Winchester) накопитель получил благодаря работавшему в фирме IBM Кеннету Хотону (англ. Kenneth E. Haughton), руководителю проекта, в результате которого в 1973 году был выпущен жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе пластины диска и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название «30-30» , что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 мегабайт каждый, что по созвучию совпало с обозначением популярного охотничьего оружия - винтовки Winchester Model 1894, использующего винтовочный патрон 30-30 Winchester .

В отличие от «гибкого» диска (раньше существовали, так называемые, дискеты или floppy-диски), информация в HDD записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома - магнитные диски.

В HDD (жесткий диск) используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной («парковочной») зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такой жёсткий диск часто используются в качестве несъёмного носителя информации.

Выделяются следующие виды и типы жестких дисков

Жесткий диск для настольных компьютеров: их размер 3.5″, скорость вращения 5400 и 7200 оборотов в минуту, они поддерживают интерфейсы IDE, SATA, SATA-II и SATA-III. Жесткие диски для серверов: они имеют такой же размер, как и диски для настольных компьютеров, но являются более скоростными (их скорость вращения бывает до 15000 оборотов в минуту, возможно уже еще быстрее). Они поддерживают параллельный интерфейс SCSI и последовательные интерфейсы SATA и SAS. По сравнению с дисками для настольных компьютеров диски для серверов значительно качественнее. Время их непрерывного функционирования приблизительно 1000000 часов.

Внешний жесткий диск предназначены для хранения и перевозки больших объемов информации. Их еще называют мобильными носителями. Они позволяют транспортировать, например, аудио и видео файлы или офисные архивы. Внешний жесткий диск комплектуется контроллером подключения к определенному порту. Контроллеры поддерживают интерфейсы USB 2.0, USB 3.0 и FireWire (1394).

Жесткий диск для ноутбуков: их размер 2.5″, скорость вращения 4200 или 5400 оборотов в минуту. Они поддерживают интерфейс SATA и, как правило, обладают (по крайней мере, должны обладать) высокой ударостойкостью.

Типы интерфейсов подключения жестких дисков.

Следует следить за тем, чтобы интерфейс, поддерживаемый жестким диском, был в наличии на материнской плате.

USB - интерфейс последовательной передачи информации. Его пропускная способность 12 Мбит/сек (USB 1.1) и 480 Мбит/сек (USB 2.0). Сейчас появился USB 3.0 с еще большей пропускной способностью. Считается стандартным интерфейсом для подключения жестких дисков, особенно внешних.

IDE - интерфейс параллельной передачи информации. Его пропускная способность 133 Мб/сек. Чаще всего такой интерфейс имеют настольные компьютеры и ноутбуки. Его конкурент - интерфейс SATA.

SATA - интерфейс параллельной передачи информации. Его пропускная способность значительно выше - до 300 Мб/сек. Он более устойчив к помехам и значительно превосходит интерфейс IDE.

SCSI - интерфейс параллельной передачи информации. Используется преимущественно в серверах. Обладает высокой производительностью и надежностью.

SAS - (Serial Attached SCSI) - интерфейс последовательной передачи информации. Это более совершенная модификация интерфейса SCSI с более высокой скоростью передачи данных.

FireWire - интерфейс последовательной передачи информации со скоростью до 400 Мбит/сек и с высокой пропускной способностью. Просто не имеет аналогов при работе с видеоинформацией.

Примечание. Цифры здесь могут быть не точными или устаревшими, потому что технология сегодня не стоит на месте, а развивается быстрыми темпами.

На этом пока все! Надеюсь, что вы нашли в этой заметке что-то полезное и интересное для себя. Если у вас имеются какие-то мысли или соображения по этому поводу, то, пожалуйста, высказывайте их в своих комментариях. До встречи в следующих заметках! Удачи!

Первый серийный жесткий диск емкостью 16 кбайт был выпущен компанией IBM еще в 1973 р., и содержал 30 магнитных цилиндров по 30 дорожек на каждом. Острые на язык разработчики уловили схожесть этих цифр с маркой «30/30», которая соответствует названию оружия — «винчестеру».

— это накопитель информации на жестких магнитных дисках.

Основным элементом накопителей на жестких магнитных дисках (HDD — Hard Disk Drive) является несколько жестких алюминиевых или стеклянных пластин круглой формы — дисков. Поверхность такого диска покрывается тонким слоем вещества, которая способна сохранять остаточную намагниченность после воздействия на нее внешнего магнитного поля. Этот слой называется рабочим или магнитным и на нем сохраняются записанные данные. Накопитель состоит из таких элементов.

• Дисков с вращающимся приводом, которые смонтированы на общей вертикальной оси.
• Головки чтения/записи информации с собственным приводом.

Основной критерий качества — поверхностная плотность записи . Современный показатель — 60-80 Гбайт/пластину.

Любой винчестер состоит из трех основных блоков. Итак, рассмотрим, каковы составляющие структуры жесткого диска .

Первый блок — собственно, само хранилище информации — одна или несколько стеклянных (или металлических) дисков. Структура диска выглядит так: магнитная поверхность каждого диска разделена на концентрические «дорожки (track) «, которые, в свою очередь, делятся на отрезки — секторы . Наряду с дорожками, которые имеют свой номер, и секторами, существуют цилиндры. Цилиндр — это совокупность всех совпадающих друг с другом дорожек по вертикали по всем рабочим поверхностям. Таким образом, чтобы узнать, какое количество цилиндров содержит жесткий диск, необходимо просто умножить число дорожек на суммарное число рабочих поверхностей. При низкоуровневом форматировании диска, которое исполняется на заводе-производителе, сначала и в конце каждого сектора создаются области, которые содержат информацию об их номерах и другое (служебная информация). Размер сектора составляет величину 571 байт, из которых 512 байт отведено под полезные для пользователя данные, другие — под заголовок (header) или префикс, по которому определяется начало и номер сектора и окончание (trailer) или суффикс, где записывается контрольная сумма, необходимая для проверки сохранности диска.

Второй блок — механика жесткого диска, которая отвечает за вращение массива «блинов» и точное позиционирование системы считывающих головок. Каждой рабочей поверхности жесткого диска соответствует одна считывающая головка, причем размещаются они по-вертикали точным столбиком. А значит, в любой момент времени все головки находятся на дорожках с одинаковым номером. То есть, работают в пределах одного цилиндра.

Третий блок включает электронную начинку — микросхемы, отвечающие за обработку данных, коррекцию возможных ошибок и управления механической частью, а также микросхемы кэш-памяти.

Кластер (cluster) — это наименьшая область диска, которая выделяется для файла или его части. Каждый файл занимает на диске пространство, которое равняется целому числу кластеров. Как правило, кластер состоит из нескольких секторов.

Для жестких дисков размер кластера определяется при форматировании и зависит от версии операционной системы и размера диска. Но дисковое пространство занимается неэффективно. Например, необходимо сохранить файл в 500 байт. Зная, что каждый файл может занимать пространство на целом числе кластеров, то в этом случае будет занят один кластер. Файл будет записан с потерей дискового пространства.

Качественные характеристики жесткого диска

Время поиска сектора . Время поиска сектора (latency time) — это среднее время, необходимое для того, чтобы искомый сектор оказался под головкой после ее выведения на дорожку. Среднее время поиска равняется половине периода вращения диска и рассчитывается по формуле:

Среднее время поиска = 1/(число оборотов двигателя в секунду*2)

То есть при частоте вращения 7200 об/хв. время поиска составляет величину 4,17 мс.

Скорость чтения данных и спецификация . Средний показатель скорости чтения данных — около 40-45 Мбайт/с.

Считается, что контроллер на материнской плате спецификации UDMA/33 обязан обеспечивать скорость чтения данных не менее 33 Мбайт/с. А современные спецификации, например, UDMA/100 и UDMA/133 должны гарантировать не менее 100 и 133 Мбайт/с.

Скорость передачи данных определяет объемы данных, которые могут быть переданы из накопителя в компьютер и назад за определенные промежутки времени. Скорость передачи данных определяется двумя факторами:

• Способом подключения накопителей, то есть производительностью интерфейса.
• Скоростью считывания данных головками.

Скорость считывания данных (ее называют внутренней скоростью обмена данными и измеряют в Мбайт/с) можно определить по формуле:

Скорость считывания данных = количество секторов на дорожке * 512* * частота вращения дисков / 1000000.

Частота вращения дисков измеряется в об/с, 512 — количество байт данных в секторе.

Среднее время поиска . Среднее время поиска (Average seek time) — среднестатистическое время, в течение которого головки смещаются из одного цилиндра на другой. Этот показатель зависит от конструкции привода головок и составляет величину до 10 мс.

Среднее время доступа . Определяется как сумма среднего времени поиска и времени задержки и характеризует среднестатистическое время, необходимое для получения доступа к данным, записанным на произвольном секторе.

Скорость вращения диска . Показатель, напрямую связанный со скоростью доступа и скоростью чтения данных. Существуют параметры 5400 об/хв., 7200 об/хв. (IDE); 10000 об/хв., 15000 об/хв. (SCSI).

Жесткие диски подключаются к материнской плате при помощи специальных шлейфов-кабелей.

Таблица размещения файлов

Таблица размещения файлов — это область на диске, куда заносятся номера кластеров, которые занимаются файлами. Сюда не входят кластеры, которые содержат служебную информацию (загрузочные секторы, сама таблица размещения файлов и данные корневого каталога). В операционных системах производства Microsoft популярна файловая система FAT (File Location Table). На каждом логическом диске может быть создана отдельная файловая система. Таким образом, на одном жестком диске могут существовать файловые системы нескольких типов.

Популярные файловые системы

FAT . Эта файловая система используется в операционных системах MS DOS, Windows 3.x/9.x/2000, ME, XP, OS/2.

HPFS . Название этой файловой системы пошло от High Реrfomаnce File System, что значит высокопродуктивная файловая система. Поддерживается операционными системами OS/2, Windows NT.

NTFS . Название этой файловой системы пошло от Windows NT File System, что значит файловая система Windows NT/2000, поддерживается операционными системами Windows NT/2000, ХР.

Логические диски

Известно, что компьютер присваивает всем дискам, независимо от их конструкции логические имена А:, В:, С:. Имена А:, В: по умолчанию присваиваются накопителям на гибких дисках. Системному логическому диску, тому, на котором записана операционная система, присваивается имя С:.

Пространство жесткого диска можно разбить на разделы и логические диски. Операционные системы работают с логическими дисками, а не с физическими.

Преимущества развития винчестеров на несколько логических дисков:

• Уменьшаются потери дискового пространства.
• Упрощается структуризация данных.
• Упрощается процесс дефрагментации диска, проверки на вирусы, и т. д.

На одном диске можно сохранять рабочие программы, на другом — документацию и архивы, игры (инсталляционные файлы). В случае сбоя в работе потеря информации минимизируется.

В настоящее время накопитель на жестких магнитных дисках, является наиболее популярным устройством хранения электронных данных. Он используется, как в наших с Вами обычных компьютерах и ноутбуках, так и в серверах.
Многие из Вас наверно слышали, как называется жесткий диск по-другому. Например, HDD, винт или винч. И если первое сокращение происходит от вполне понятного hard disk drive (жесткий диск), то другие выражения большинству ничего не говорят. Так вот, данные сокращения пошли от другого сленгового названия жесткого диска — «винчестер». Если Вам интересно было бы узнать, откуда появилось такое выражение и кто его автор, то читайте статью дальше.

История возникновения второго названия жесткого диска

Для большинства винчестер означает тип огнестрельного оружия, но никак не компьютерное устройство. Так почему жесткий диск называют «винчестер» и откуда это пошло?

Исторически так сложилось, что создали инженеры корпорации IBM и название винчестер он получил тоже от них. В 1973 году, при разработке IBM новой модели накопителя IBM-3340, инженеры для простоты общения использовали его внутреннее краткое рабочее название «30-30». Такое название отражало внутреннее устройство диска. Он состоял из двух пакетов дисков в максимальной компоновке по 30 мегабайт каждый. В модели жесткого диска 3340 впервые были использованы головки чтения/записи, которые за счет аэродинамических сил, возникающих от скорости вращения дисков, парили над поверхностью, что значительно сократило воздушный зазор между головкой и диском. Так же пластины диска и считывающие головки были объединены в одном не разборном герметичном корпусе, что позволило исключить любое внешнее воздействие и повысить надежность устройства. Ну а название «винчестер» (от англ. Winchester), накопитель получил благодаря руководителю проекта Кеннету Хотону, который в ходе обычного обсуждения, как назвать жесткий диск, случайно обозвал его винчестером.

Данное название оказалось созвучным очень популярному в то время охотничьему оружию Winchester Model 1894 использующих патрон с маркировкой.30-30 Winchester, что означало размер калибра в сотых долях дюйма «.30» или 7,62 мм и вес пороха в гранах «30» или 1,94 грамма.

Еще по одной версии, такое название жесткий диск получил только из-за самих патронов и оружие тут не причем.

Заключение

Так или иначе второе название жесткого диска – винчестер, вошло в историю и пока еще остается в обиходе, хотя иногда его сокращают до слов «винт» или «винч». В Европе и США название «винчестер» вышло из употребления еще в 1990-х годах, в русском же языке сохранилось и получило полуофициальный статус.

Скорее всего с массовым приходом твердотельных накопителей, жесткие диски перестанут так называться и данное сленговое название уйдет в прошлое и у нас, но это будет не скоро.