Что такое HDD на вашем компьютере и какие у него бывают характеристики? Жесткий диск - это что такое? Особенности жестких дисков.

12.08.2019

Один из основных узлов любого компьютера – это жесткий магнитный диск, который используется в качестве накопителя постоянной информации.

Это устройство имеет несколько «неформальных» названий: хард-диск, винчестер или «винт».

Почему жесткий диск называют винчестером?

Винчестерами жесткие компьютерные диски начали называть в США в 70-х годах ХХ века. Тогда компанией IBM был выпущен первый аналог современных жестких дисков: устройство, состоящее из двух шкафов, внутри которых располагались магнитные диски емкостью 30 Мб каждый.

Маркировалось оно надписью «30х30» — точно такая же надпись присутствовала на винтовке известной фирмы «Winchester». Сначала жесткие диски называли «винчестерами» в шутку, но вскоре название прочно закрепилось за ними и стало почти официальным.

Как устроен винчестер компьютера?

Принцип устройства жесткого компьютерного диска остается неизменным в течение нескольких десятков лет. Конечно, технические детали претерпели серьезные изменения, но главные черты конструкции остались такими же, как и сорок лет назад.

Винчестер представляет собой несколько тонких стеклянных либо алюминиевых дисков, на поверхность которых нанесен тонкий слой диоксида хрома. Диски закреплены строго параллельно друг другу на шпинделе и закрыты алюминиевым корпусом. Кроме того, внутри корпуса находится блок магнитных головок.

Электродвигатель приводит диски в движение, и они начинают вращаться с постоянной скоростью. Возникающие потоки воздуха удерживают головки на некотором расстоянии от поверхности дисков, благодаря чему на ней не остается царапин или потертостей.

Верхний слой жесткого диска служит для записи и считывания информации. Эту работу выполняют магнитные головки, которые перемещаются над поверхностью дисков, находя нужные положения по специальным меткам на диске.

Конечно, диаметры современных винчестеров значительно уменьшились по сравнению с первыми моделями, а информационная емкость, наоборот, возросла в сотни тысяч раз. Однако первые винчестеры имели примерно такое же принципиальное устройство.

Запись информации на винчестер

Процесс записи и чтения информации основан на двоичном коде: наличии либо отсутствии сигнала. Зашифрованный таким образом информационный блок, преобразованный в колебания электрического тока, подается на блок магнитных головок винчестера.

Головки находят нужный участок диска и преобразуют колебания тока в колебания магнитного поля. При этом на поверхности диска создаются микроскопические участки: одни намагниченные, другие – не намагниченные. Двоичный код записи таким образом оказывается перенесенным на винчестер.

Процесс считывания информации выглядит аналогичным образом: блок магнитных головок проходит над нужным участком диска, и благодаря наличию колебаний магнитного поля, генерируемого поверхностью диска, в головках то возрастает, то уменьшается электрические напряжение.

Считанная информация поступает в , где обрабатывается и выводится на экран. Монитор показывает нам текст или изображение, которое хранится на жестком диске.

Форматирование жесткого диска

Процесс форматирования жесткого диска напоминает стирание информации со школьной доски. Магнитные головки полностью уничтожают все, что было ранее записано на диске, и разбивают его поверхность на секторы для новых записей. Совершенно новые диски тоже подвергаются форматированию: это необходимо для упорядочения процесса записи и чтения.

Представление информации на винчестере

Информация записывается на винчестер не беспорядочно, а в виде окружностей (дорожек), расположенных одна в другой. Винчестер состоит из нескольких дисков, и каждая головка «отвечает» за одну сторону одного диска, но все они перемещаются одновременно на одну и ту же глубину.

Поэтому информация записывается сразу на несколько дисков, дорожки которых образуют цилиндрическую поверхность. Диски разбиваются на секторы, причем одна дорожка сектора содержит 512 байт.

Логическое представление информации отличается от ее физического размещения. Во время форматирования винчестер разбивается на так называемые логические диски, каждый из которых обозначается латинской буквой. Размер каждого логического диска назначается произвольно, по желанию владельца компьютера.

Такое представление информации выбрано для удобства пользователей. Для перевода логических координат в физические существует специальный транслятор, расположенный в корпусе винчестера.

Многие из вас знают, что вся информация на компьютере, представленная в виде файлов и папок, хранится на жестком диске. А вот, что такое жесткий диск и для чего он предназначен, правильно ответят не многие. Людям, далёким от программирования очень тяжело представить, каким образом можно хранить информацию на какой-то железяке. Это ведь не шкатулка и не лист бумаги, на котором можно эту самую информацию можно записать и спрятать в шкатулку. Да, жесткий диск это не шкатулка с письмом.

Жесткий диск (HDD, HMDD-от англ. hard (magnetic) disk drive) – это магнитный носитель информации. На компьютерном сленге его называют «винчестер». Он предназначен для хранения информации в виде фотографий, картинок, писем, книг различных форматов, музыки, фильмов, и т.п. Внешне это устройство совсем не похоже на диск. Скорее оно похоже на небольшую прямоугольную железную коробочку.

Внутреннее устройство жесткого диска похоже на старый проигрыватель виниловых пластинок.

Внутри этой металлической коробочки есть круглые алюминиевые или стеклянные пластины-диски, находящиеся на одной оси, по которым перемещается считывающая головка. В отличие от проигрывателя, головка жесткого диска в рабочем режиме не касается поверхности пластин.

Для удобства работы жесткий диск делят на несколько разделов. Это разделение условное. Осуществляется такое при помощи операционной системы или специальными программами. Новые разделы называют логическими дисками. Им присваиваются буквы С, D, E или F. Обычно устанавливается на диск C, а файлы и папки хранят на других дисках, чтобы при крахе системы ваши файлы и папки не пострадали.

Посмотрите видеоролик о том, что такое жесткий диск:

Основные характеристики жестких дисков

Форм-фактор – это ширина жесткого диска в дюймах. Стандартный размер для настольного компьютера 3.5 дюйма, а для ноутбуков 2.5 дюйма;
Интерфейс – в современных компьютерах используется подключения к материнской плате SATA различных версий. SATA, SATA II, SATA III. В старых компьютерах используется интерфейс IDE.
Ёмкость – это максимальное количество информации, которое может хранить жесткий диск, измеряется в гигабайтах;
Скорость вращения шпинделя – это количество оборотов шпинделя в минуту. Чем больше скорость вращения диска, тем лучше. Для операционных систем необходимо ставить диски от 7 200 об/мин и выше, а для хранения файлов можно устанавливать диски с меньшей скоростью.
Время наработки на отказ – это среднее время безотказной работы, расчитанное производителем. Чем оно больше, тем лучше;
Время произвольного доступа — это среднее значение времени, требуемое головке для позиционирования на произвольном участке пластины. Величина не постоянная.
Ударостойкость – это способность жесткого диска переносить смену давления и удары.
Уровень шума, который издает диск во время работы, измеряется в децибеллах. Чем он меньше, тем лучше.

Сейчас уже есть диски SSD (solid-state drive в простом переводе — твёрдотельный накопитель), которые не имеют ни шпинделя, ни пластин. Это запоминающее устройство на основе микросхем памяти.

Доброго всем времени суток, мои дорогие друзья и читатели. Мне друг один рассказывал, что когда он работал еще в видеосалоне, то пришла к нему бабуля лет 70-80. Подошла к другу и сказала, что ей нужен «ХАДЭДЭ». Друг как бы сразу не понял и переспросил, мол хадэдэ? Она повторила еще раз, но когда увидела, что друган не вкуривает, то достала бумажку и сказала, что внук сказал ей купить ХАДЭДЭ.

На той бумажке было написано HDD 160 GB. Ну друг усмехнулся и сказал, что это жесткий диск для компьютера и направил их в другой магазин. Но удивляет больше не это. Как внучок мог вообще послать свою бабушку за жестким диском? Ну с дуба что ли рухнул?

Но я к чему клоню? Давайте я вас всё таки расскажу, что такое HDD в компьютере. Тогда у вас точно не будет вопросов, если вы захотите купить его себе.

HDD (Hard Disk Drive) — жесткий диск вашего компьютера. Вы можете услышать в разговорах и альтернативные названия этого устройства, например «Винчестер», «Винт», «Хард», «Жесткий» и т.д. Устройство это нужно для хранения вашей информации, кроме того на него устанавливается операционная система, в которой вы работаете. Т.е. без жесткого диска вы за компьютером особо ничего не поделаете.

Жесткий диск является долговременным источником памяти и после отключения питания вся информация остается на нем, в отличие от быстрой оперативной памяти. Поэтому вы можете всегда хранить на нем свои файлы, фотографии, музыку и т.д. Но конечно это устройство, поэтому не стоит забывать о для большей безопасности.

Я уже слышу вопрос «А почему же его называют винчестером? Это же стрелковое оружие!». Действительно, что может быть общего у устройства хранения информации и ружьем? Дело в том, что в 1973 году небезызвестная компания IBM выпустила жесткий диск модели 3340, но для созвучия его стали именовать просто «30-30», что означало два модуля по 30 мегабайт каждый.

Руководитель Кеннет Хотон нашел созвучие 30-30 в знаменитой винтовке. Дело в том, что патроны к этой винтовке имели такую же маркировку 30-30, где первая цифра означала размер калибра в дюймах (0.30 — 7,62 см), а вторая цифра означала вес пороха в гранах (это не опечатка, а мера веса), который засыпался патрон (30 гран — это примерно 1,94 грамма).

Для удобства и решено было использовать такое название в качестве сленга. Правда у американцев этот сленг уже давно не используется, а у нас еще пока не вышел из обихода, хотя чаще его можно слышать в сокращенной названии «Винт».

Устройство жесткого диска

Внешне эта штуковина выглядит как небольшая прямоугольная коробочка, но внутри ее находятся несколько магнитных дисков на одном шпенделе, которые внешне чем-то похожи на CD. И конечно же присутствует некая считывающая головка, которая и бегает по этим магнитным пластинам, считывая всю информацию. Ну естественно есть и другие составляющие, но думаю, что это всё уже детали.

И работа эта чем-то похожа на работу проигрывателя грампластинок, только считыватель без иголки и не прикасается к магнитным дискам, хотя расстояние между ними просто ничтожное.

Основные арактеристики жесткого диска

Объем

Объем вашего харда определяет, сколько информации вы сможете хранить на нем. Со временем размеры памяти на новых жестких увеличиваются, так как в этом есть реальная потребность. Если на моем первом компьютере объем был 40 ГБ и мне хватало с головой, то теперь у меня на компьютере 2000 ГБ и половину я уже забил. Конечно часть можно удалить без слез).

Но есть одна хитрость. Производители пишут размер, например 500 ГБ, но когда вы подключите винчестер к компьютеру, то увидите там гораздо меньший объем, где-то 476 ГБ. А куда же делось 24 лишних ГБ? Да всё очень просто.

Производители округляют размеры величин, мол 1 ГБ — это 1000 МБ, 1 МБ — это 1000 КБ, и т.д. Получается, что они вам продают диск объемом 500 миллионов байт и если разделить на 1000, а потом еще на 1000, то получится 500 ГБ.

Но ведь в 1 ГБ на самом деле не 1000, а 1024 МБ, так же как и в 1 МБ не 1000, а 1024 КБ. В итоге получается, что мы 500 миллионов делим на 1024, а потом еще на 1024 и получаем наши 476 ГБ с копейками. У меня на диске размером 2 Террабайта сжирается порядка 140 ГБ. Нехило, да? В общем теперь будете знать.

Скорость вращения

Производительность жесткого диска определяется также скоростью вращения шпинделя. И чем больше эта скорость, тем больше производительность диска, но тем больше требуется энергозатрат и больше вероятность отказа.

Для ноутбуков и внешних ЖД чаще всего используют скорость 5400 оборотов в минуту, так как это действительно целесообразнее для этих устройств. Скорость обмена информацией меньше, зато меньшая вероятность выхода из строя.

На стационарных компьютерах в большинстве случаях ставятся харды со скоростью 7200 об/мин. Здесь это действительно выгодно, так как на стационарниках как правило стоит более мощное оборудование, способное работать при такой скорости. Плюс ко всему компьютер постоянно подключен к розетке, а значит нехватки энергии не будет.

Существуют и большее количество оборотов, даже 15000, но здесь я их рассматривать не буду.

Интерфейс подключения

И конечно же жесткие диски постоянно совершенствуются и даже разъемы подключения у них меняются. Давайте посмотрим какие разъемы бывают.

IDE (ATA/PATA) — так называемый параллельный интерфейс с возможной скоростью использования данных до 133 МБ в секунду. Но сегодня этот интерфейс устарел и жестки с таким разъемом уже не производят.

SATA — Последовательный интерфейс, уже более современный, который пришел на замену IDE. У стандарта на данный момент есть три разных ревизии с разной скоростью передачи данных: SATA 1 — до 150 МБ/сек, SATA 2 — до 300 МБ/сек, SATA 3, до 600 МБ/сек.

USB — Этот стандарт относится к внешним переносным жестким дискам, которые подключаются к компьютеру через USB и спокойно можно работать. Плюс такого устройства в том, что вы в любой момент можете вырубить его, не отключая сам компьютер.

Есть и другие интерфейсы, например SCSI или SAS, но это уже не обязательные для простого пользования стандарты.

Форм-фактор

Меня тут недавно спросили, а что такое форм-фактор у хардов? Тут всё просто. Это всего лишь его габариты. Различают 2,5 и 3,5 дюйма. Есть конечно и другие, но ими в повседневной жизни никто не пользуется или они давно устарели.

В ноутбуки вставлют ЖД 2,5", а в стационарные компы 3,5". Я думаю, что вы ничего не перепутаете)

Ну вот вроде и всё, что я вам хотел поведать в этой статье. Но я уже слышу: «А почему не рассказал про SSD?». Друзья мои, про SSD надо писать отдельную статью, тем более этот вид является скоростным твердотельным накопителем. В общем обязательно про него напишу).

С уважением, Дмитрий Костин.

Здравствуйте Друзья! Что такое жесткий диск или HDD? Жесткий диск это накопитель на жестких магнитных дисках. Сокращенно — НЖМД или hard (magnetic) disk drive — HDD или MHDD. Первый жесткий диск был выпущен компанией IBM в 1956 году имел габариты около одного метра кубического и был способен запомнить до 3.5 МБ информации (смотрите рисунок слева из википедии). В его состав входили 50 магнитных дисков диаметром 610 мм. Поверхность дисков была покрыта чистым железом, благодаря чему и была возможность намагничивать участки и запоминать данные. Этот жесткий диск весит 971 кг и входил в состав первого серийного компьютера IBM 305 RAMAC. Дальше технологии развивались и дошли до того, что вы видите в своих настольных ПК и ноутбуках . Жесткий диск так же называют хард, винчестер или сокращенно — винт. Название винчестер пошло их 70-х годов. В то время компания IBM выпустила новый компьютер с более современным жестким диском, который представлял из себя два шкафчика, каждый запоминал до 30 МБ информации. Была проведена аналогия с винтовкой Winchester, использовавшей патрон 30-30. Наверно, после этого за жесткими дисками, скорее всего навсегда (по крайней мере у русскоязычного населения), закрепилось название — винчестер или сокращенно — винт.

Современный жесткий диск состоит из:

корпуса
блока электроники
блока позиционирования актуатора
блока с магнитными пластинами

Рассмотрим каждый подробнее

Корпус . Это как кузов автомобиля. На нем все держится. Основная задача — обеспечивать необходимую жесткость и герметичность. Жесткость необходима для защиты диска от внешних повреждений. Герметичность — для исключения попадания посторонних частиц внутрь диска. Корпус изготавливается из тепло-проводящего сплава, так как при работе устройства выделяется тепло и его нужно как-то отводить. Подробнее об охлаждении HDD можно прочитать . Для выравнивания давлений снаружи и внутри корпуса делается маленькое окошко с гибкой металлической пластинкой.

Блок электроники

Состоит из:

интерфейсного блока
буфера или кэша
управляющего блока

Интерфейсный блок отвечает за связь жесткого диска с компьютером . В ПЗУ — постоянном запоминающем устройстве, записывается служебная информация и прошивка диска. Буфер — кэш память на подобии оперативной памяти . В нее помещается часто используемая информация, что увеличивает быстродействие HDD. Скорость чтения из кэша приближается к максимальной для интерфейса диска. На данный момент наиболее распространен интерфейс SATA III с максимальной пропускной способностью в 6 Гбит/с. Управляющий блок отвечает за функционирование всего устройства. Он следит за скоростью вращения блока с магнитными пластинами и положения блока с актуаторами.

Состоит из актуатора (устройство для записи и чтения информации), кронштейна (на котором все это работает) и привода. Привод получает команды где ему читать и куда записывать информацию от блока управления. (Рисунок ниже взят с сайта http://www.3dnews.ru/editorial/640707)

Блок с запоминающими пластинами . Состоит из привода, дисков или пластин и сепараторов. Последние служат для задания определенного расстояния между пластинами. Диски с сепараторами крепятся на приводе. Последний поддерживает постоянную скорость вращения.

2. Как работает жесткий диск?

При включении компьютера блок управления подает питание на привод с магнитными дисками и ждет пока последний не выйдет на заданную частоту вращения. Как только это происходит компьютер получает сигнал о готовности HDD. Далее идет запрос информации. В дело вступает блок позиционирования, который задает нужное положение актуатора. Данные считываются и попадают в интерфейсный блок, а от туда в оперативную память .

Раньше актуаторы касались магнитных дисков. С увеличением скорости последних потребовалось другая технология. При этом актуатор парил над магнитной поверхностью и касался в определенном месте диска. Технология пошла дальше, скорости вращение пластин выросли и блок с актуаторами стали парковать вне пластин. То есть актуаторы находятся рядом с пластинами пока не достигнута нужная скорость вращения магнитных дисков.

Благодаря высокой скорости вращения дисков создается воздушный поток, который поднимает головку актуатора над поверхностью. Этот же воздушный поток сдувает с поверхности попавшие внутрь пылинки на специальный фильтр в корпусе. Так же в корпусе имеется адсорбент для удаления остатков влаги.

В современных жестких дисках расстояние между считывающей головкой и поверхностью магнитной платины < 10 нм. Благодаря тому, что считывающие головки никогда не касаются магнитных пластин отсутствует трение и продлевается срок жизни HDD.

Каждая магнитная пластина разделена на кольцевые дорожки шириной около 60 нм. Последние в свою очередь поделены на кластеры. Обычно кластер равен 4 КБ. Каждый бит информации представляет собой площадку на дорожке, которая может быть намагничена -1 или нет -0. Эти площадки так же называются доменами. Чем меньше размер этой площадки, тем больше информации поместится на дорожке и более емкий получится жесткий диск. В начале развития применялась продольная запись. Площадка располагалась вдоль дорожки. В дальнейшем эту технологию заменила перпендикулярная запись, что позволило увеличить плотность данных и в свою очередь увеличить емкости HDD.

Совокупность дорожек равноудаленных от центра вращения двигателя называется цилиндром.

До того как жесткие диски перешагнули рубеж ёмкости в 500 MB хватало системы позиционирования CHS (cylinder-head-sector цилиндр-головка-сектор). С ростом объема в 1994 году была принята линейная система позиционирования LBA (linear block addressing). В случае с CHS жесткий диск был прозрачен для операционных систем, С применением же линейной адресации система обращается к нужному сектору жесткого диска, а уже блок управления HDD разбирается где находится физически этот сектор.

Блок позиционирования актуатора. Приводится в движение с помощью соленоидного двигателя. Последний состоит из статора и катушки. Статор состоит из одного или двух постоянных, сильных неодимовых магнитов. Точное позиционирование кронштейна с головками происходит путем подачи напряжения определенной силы на катушку (рисунок взят с http://www.3dnews.ru/editorial/640707)

От силы магнитов зависит скорость позиционирования головок и следовательно — время доступа к информации. Последнее в жестких дисках варьируется в пределах от 3 до 12 мс. Чем время меньше, тем быстрее и дороже жесткий диск. У компании WD есть три серии жесткий дисков : зеленая, синяя и черная. В зеленой применяется один неодимовый магнит и скорость вращения шпинделя 5400 об/мин. За счет этого получается довольно скромная производительность, зато приличная экономичность и низкое энергопотребление. У синих дисков применяется такой же магнит и скорость вращения поднимается до 7200 об/мин. По скоростным характеристикам он занимает промежуточное положение между зелеными и черными HDD. У черных же применяются два магнита и скорость в 7200 об/мин. Это позволяет добиться максимального быстродействия. Еще выше поднять быстродействие можно повысив скорость вращения двигателя с магнитными пластинами до 10000 или 15000 об/мин. Эти диски обладают минимальным временем доступа к информации и применяются в основном в серверах. Твердотельные диски со скоростью доступа < 1 мс пока остаются вне конкуренции.

Жесткие диски при работе производят два вида шума. От быстровращающихся магнитных дисков и от удара блока с головками об ограничитель. Последний возникает при возврате блока с головками в парковочную позицию. Для уменьшения этого удара производители ставят резиновые подкладки, но иногда и это не спасает, особенно в шустрых дисках. Существует два пути снижения шума от HDD. Первый сделать амортизирующие крепления в корпусе ПК. Об этом подробней можно прочитать . Путь второй — использовать технологию AAM, о которой написал подробнее .

3. Производство и производители жестких дисков

В начале было около 70 производителей HDD. Благодаря конкуренции их осталось всего три. Это Toshiba, Seagate и WD. На схеме ниже вы можете посмотреть в какие года происходили поглощения

Производство . В механическом цехе из алюминиевой болванки цилиндрической формы нарезаются заготовки. Затем заготовкам придается нужная форма возможно даже на токарных станках. После заготовки поступают в полировочный цех где поверхности полируются до нужного уровня. Затем происходит контроль и заготовки идут в цех нанесения магнитного покрытия. После снова происходит контроль. Затем происходит сборка жесткого диска и низкоуровневое форматирование . При этом процессе магнитные пластины разбиваются на дорожки и проверяются на битые или не читаемые сектора. Последние сразу помечаются чтобы исключить в них запись информации. На каждой дорожке есть некоторый резерв секторов. Именно из этого резерва происходит замена обнаруженных при работе сбойных участков.

Отдельно необходимо сказать про производство головок для чтения и записи информации. В современных жестких дисках каждый актуатор состоит из двух головок, для чтения и для записи. Сложность производства головок сравнима со сложностью производства процессоров , так же используется фотолитография. Устройства головок составляет производственную тайну.

Заключение

В статье мы затронули немножко истории приведя картинку первого жесткого диска выпущенного в 1956 году. Сказали возможную причину называния накопителей на магнитных жестких диска коротким словом — винт. Затем рассмотрели состав жесткого диска, то что скрывается внутри его корпуса. Постарались уделить внимание каждому блоку отдельно. Рассмотрели работу жесткого диска. В конце разобрались с производителями и самим производством HDD. Надеюсь вы вместе со мной продвинулись в теме HDD.