Устройство и принцип работы жесткого диска

Объем

Характеристика, показывающая, сколько данных может храниться в памяти компьютера. Параметр в значительной мере влияет на стоимость детали. Сегодня на домашних ПК обычно используются накопители от 256 Гб до 6 Тб.

Для игрового компьютера желательно побольше памяти. Например, у игр, выпущенных в 2017 году, размер в 30 Гб – не такая уж редкость. Многие игры, которые выпущены в 2018 году, достигают в объеме 50 Гб. Действительно: качественные текстуры и детально прорисованные модели персонажей и экипировки занимают много места.

Эта тенденция вряд ли поменяется: графика в будущих играх будет еще лучше, соответственно, и объем на жестком диске эти игры займут больше. Геймеру, который любит установить много игр, рекомендуется покупать жесткий диск объемом от 1 Тб, а лучше сразу на 2 Tб.

Для чего компьютеру нужен жесткий диск

Рассмотрим что такое HDD в компьютере, то есть какую роль он играет в ПК. Понятно, что он хранит данные но, как и какие. Здесь выделим такие функции НЖМД:

• Хранение ОС, пользовательского ПО и их настроек;
• Хранение файлов пользователя: музыка, видео, изображения, документы и т.д;
• Использование части объема жесткого диска, для хранения данных не помещающихся в ОЗУ (файл подкачки) или хранение содержимого оперативной памяти во время использования режима сна;

Как видим, жесткий диск компьютера не просто свалка из фотографий, музыки и видео. На нем хранится вся операционная система, и помимо этого ЖД помогает справляться с загруженностью ОЗУ, беря на себя часть ее функций.

Логическая структура и принцип работы жесткого диска с точки зрения форматирования

Что касается логической организации HDD, здесь на первое место выходит именно форматирование, в котором различают два основных типа: низкоуровневое (физическое) и высокоуровневое (логическое). Без этих этапов ни о каком приведении жесткого диска в рабочее состояние говорить не приходится. О том, как инициализировать новый винчестер, будет сказано отдельно.

Низкоуровневое форматирование предполагает физическое воздействие на поверхность HDD, при котором создаются секторы, расположенные вдоль дорожек. Любопытно, что принцип работы жесткого диска таков, что каждый созданный сектор имеет свой уникальный адрес, включающий в себя номер самого сектора, номер дорожки, на которой он располагается, и номер стороны пластины. Таким образом, при организации прямого доступа та же оперативная память обращается непосредственно по заданному адресу, а не ищет нужную информацию по всей поверхности, за счет чего и достигается быстродействие (хотя это и не самое главное)

Обратите внимание, что при выполнении низкоуровневого форматирования стирается абсолютно вся информация, и восстановлению она в большинстве случаев не подлежит

Другое дело — логическое форматирование (в Windows-системах это быстрое форматирование или Quick format). Кроме того, эти процессы применимы и к созданию логических разделов, представляющих собой некую область основного жесткого диска, работающую по тем же принципам.

Логическое форматирование, прежде всего, затрагивает системную область, которая состоит из загрузочного сектора и таблиц разделов (загрузочная запись Boot record), таблицы размещения файлов (FAT, NTFS и т. д.) и корневого каталога (Root Directory).

Запись информации в секторы производится через кластер несколькими частями, причем в одном кластере не может содержаться два одинаковых объекта (файла). Собственно, создание логического раздела, как бы отделяет его от основного системного раздела, вследствие чего информация, на нем хранимая, при появлении ошибок и сбоев изменению или удалению не подвержена.

Нюансы выбора

HDD

Кроме выбора по объему и цене, у жестких дисков нужно обратить внимание на ряд параметров.

Первое — это скорость вращения шпинделя: скоростные на 7200 оборотов лучше всего подойдут под систему, игры; диски с 5400 об/мин удобнее для хранения файлов.

Также HDD отличаются по позиционированию: для ПК, NAS, серверные и для систем видеонаблюдения. В принципе любые диски с интерфейсом SATA можно поставить в ПК, но специализированные будут стоить немного дороже.

У компании WD предусмотрена даже цветовая дифференциация дисков.

Обратите внимание, что HDD формата 2,5” хоть традиционно и устанавливаются в ноутбуки, но их можно поставить и в ПК, если цена будет меньше, то почему бы и нет.

При наличии в сборке SSD накопителя, вместо внутреннего HDD можно приобрести внешний вариант с подключением через USB 3.0. В скорости вы при этом не теряете, подключать можете по необходимости и легко пользоваться файлами на любом ПК или ноутбуке.

SSD

Большое влияние на выбор, а также и на его цену, оказывает используемый контроллер.

Одинаковые по характеристикам накопители в зависимости от контроллера будут отличаться по своим возможностям – требуется ли для работы микросхема буферной памяти или нет; имеется поддержка PCI-E или только SATA; количество ядер, каналов, технологии коррекции ошибок, отработка команды TRIM и т.д.

Все это будет влиять на скоростные характеристики. Как правило, производитель указывает максимальные скорости, достигнутые в идеальных условиях. Как они изменяются при заполнении накопителя более 50%, на сколько просядет скорость записи после заполнения буфера или после удаления большого объема файлов – в этом различия накопителей разных моделей.

В бюджетных накопителях можно встретить контроллеры JMicron, предназначенные для шины SATA. JMF670H – одноядерный процессор, работает только с памятью MLC, для него требуется отдельная микросхема буферной памяти.

Обзор и тест SSD Transcend SSD340K TS256GSSD340K

Еще один бюджетный производитель — компания Silicon Motion, выпускающая весь набор для сборки SSD. Контроллеры с поддержкой SATA — SM225х и с поддержкой PCI-E — SM226х, а также SM227х для корпоративной среды. Очень распространённые контроллеры среди всех брендов, занимающихся выпуском SSD.

Обзор и тест NVMe SSD накопителя ADATA XPG GAMMIX S11 Pro 512GB

У компании Marvell модельный ряд контроллеров более разнообразен. 88SS10хх и 88SS11хх поддерживают как SATA, так и PCI-E интерфейсы. Самые современные модели 88SS132х поддерживают PCIe Gen4. Данный производитель отметился высоким качеством и надежностью, накопители на данных контроллерах можно брать без сомнений, они подразумевают высокий уровень производительности.

Phison – данные контроллеры хорошо известны пользователям и широко распространены. Хоть и относится к бюджетным, но достаточно надежный и проверенный производитель.

Модели с поддержкой только SATA — серия PS3111x-S1x, PCIe 3.0 – PS50xx-Ex, и PCIe 4.0 — PS501x-E1x. Контроллеры успешно развиваются, совершенствуются, активно наступают на пятки более именитым производителям.

Обзор M.2 NVMe-накопителя Corsair Force Series Gen.4 PCIe MP600 500GB

Ранее очень известные контроллеры SandForce, уже не выпускаются. Компанию купила Seagate  выпускает собственные контроллеры для своего производства.

Компания Toshiba, купившая бренд OCZ, выпускает собственные контроллеры на основе модификаций от Marvell, Phison или SandForce. Самостоятельно выпускает накопители под брендом Toshiba или OCZ- добротные и надежные решения.

Обзор и тестирование SSD-накопителя Toshiba TR200 емкостью 240 ГБ

Также модификацией сторонних контроллеров занимается компания Intel.

Ну и самый предпочтительный на сегодня вариант SSD накопителей, может считаться эталонным, к которому стремятся прочие производители – Samsung. Собственные контроллеры – Polaris и Phoenix, самостоятельное производство, быстродействующие и надежные

Если бюджет позволяет, то на них стоит обратить внимание в первую очередь.

Многие производители оснащают свои накопители формата М.2 радиаторами для отвода тепла, также радиаторы для данного слота могут присутствовать на материнских платах.

Обзор NVMe-накопителяWestern Digital Black SN750 объемом 500 Gb

В обзорах обращаем внимание на минимальные скорости при линейной записи. В бюджетных накопителях она может просаживаться после заполнения буфера до пропускной способности памяти 100-200 Мб/сек, что соответствует скоростям HDD

На скрине ниже мы видим как 1600 превращается в 200 Мб/сек.

Обзор и тестирование накопителя Goodram PX500 NVMe PCIe Gen 3 ×4 на 512 ГБ

Конструкция винчестера

Винчестер может иметь один физический диск или несколько. В последнем случае диски собраны в единую конструкцию и вращаются синхронно. Каждый диск имеет две стороны с ферромагнитным слоем, данные считываются двумя различными головками (расположенными сверху и снизу).

Головки также собраны в единую конструкцию и перемещаются синхронно.

Механизм перемещения головок содержит в себе катушку с проводом и неподвижно закрепленный постоянный магнит. При подаче току в катушку в ней генерируется магнитное поле, взаимодействующее с магнитом. Возникающая при этом сила двигает катушку со всей подвижной частью механизма (и головками тоже).

Механизм содержит в себе пружину, которая при отсутствии питания перемещает головки в исходное положение (зону парковки). Это предохраняет головки и диски от повреждения.

Отметим, что небольшие неодимовые магниты, создающие постоянное магнитное поле, очень сильны!

В рабочем состоянии диски вращаются с постоянной скоростью, головки «парят» над диском. При вращении возникает аэродинамический поток, приподнимающий головки. По мере совершенствовании технологии расстояние между головками и диском уменьшается.

К настоящему времени доведено до нескольких десятков нанометров!

Уменьшение расстояния позволяет увеличить плотность записи информации. Таким образом, в тот же самый объем можно втиснуть больше информации.

Топ-6 лучших защищенных HDD и SSD

Silicon Power Armor A15 1 ТБ

Портативный диск Silicon Power Armor A15 имеет высокую степень защиты, соответствующей военным стандартам США — MIL-STD- 810F 516.5 procedure IV (тест на падение) и оснащен двухступенчатой противоударной технологией. Но стоит учесть, что резиновой заглушки для USB-порта здесь нет, а значит на погружение в воду он не рассчитан. Корпус облачен в прочный силиконовый бампер с софттач покрытием, а дизайнерское решение в виде салатовых вставок обеспечивает устройству не только привлекательный внешний вид, но и хороший «хват».

Девайс имеет стандартный интерфейс USB 3.0 с пропускной способностью 5 Гб/сек. В тестах диск показал вполне достойные результаты в бенчмарке CrystalDiskMark: 120 МБ/с на чтение и 116 МБ/с на запись. Это примерно вдвое быстрее, чем любая флешка с таким же интерфейсом.

ADATA HD710 Pro 1 ТБ

Данный диск имеет специальный корпус с защитой от влаги, ударов и пыли. Да, здесь имеется резиновая заглушка для интерфейсного порта, что должно спасти устройство от проникновения воды при кратковременном погружении в жидкость. Еще одной особенностью данной модели, которая наверняка станет важнейшим фактором при выборе именно данного накопителя, является держатель для интерфейсного кабеля.

Как правило, именно он является камнем преткновения при переноске диска в повседневных условиях. Тут он всегда под рукой и не потеряется. Из-за массивного бампера размеры и вес диска чуть увеличились, по сравнению со стандартными портативными устройствами форм фактора 2,5 дюйма, что не сильно отразилось на удобстве его ношения и хранения. Пользователи отмечают высокую защищенность накопителя от вибраций, что подтверждено в производственных условиях. Скоростные характеристики диска стандартные — около 125 МБ/с на чтение и 118 МБ/с на запись.

HDD Transcend StoreJet 25H3P 1 ТБ

Накопитель имеет довольно прочный силиконовый бампер, охватывающий устройство лишь по периметру, оставляя незащищенными верхнюю и нижнюю крышки. Таким образом, производитель обеспечил хорошую броню корпуса на случай падения ребром на твердую поверхность.

Наряду с этим, устройство имеет в своем арсенале двухступенчатую противоударную технологию, защищающую поверхность пластины накопителя от повреждения считывающей головкой. В остальном это обычный внешний жесткий диск со средними скоростными показателями.

SSD ADATA SD700 1.024 ТБ

Устройство имеет очень компактные размеры примерно в половину современного смартфона и оснащено силиконовым бампером по всему периметру, а сам корпус выполнен из авиационного алюминия с симпатичной шлифовкой логотипа компании на верхней крышке. Разъём USB 3.1 закрыт специальной заглушкой, образующей герметичное кольцо вокруг корпуса. Это защищает корпус от проникновения воды, например, если вы попали под сильный дождь.

Но длительного погружения в жидкость, очевидно, такая защита не выдержит. Главной особенностью накопителя является чрезвычайно высокие скорости передачи данных. В бенчмарках результат составляет около 420 МБ/с на чтение и запись. При реальном копировании файлов с внутреннего HDD на данный SSD скорость чтения составляет 132 МБ/с, что почти вдвое выше показателей внешних HDD.

SSD SanDisk Extreme 500 Portable SSD 1 ТБ

Модель SSD SanDisk Extreme 500 Portable, пожалуй, единственная из защищенных устройств от данного производителя, которую можно найти на российском рынке. Название с цифрой 500 несколько вводит пользователя в заблуждение, т.к. сам накопитель имеет емкость в 1 ТБ. Носитель имеет привлекательный внешний вид, где защитный бампер выполнен из прозрачного перфорированного силикона.

В качестве интересного дизайнерского решения было выбрано расположение порта USB 3.0 с герметичной заглушкой на нижнем углу корпуса, а на верхнем — крепление для ремешка. Накопитель имеет компактные размеры, легко помещаясь на ладонь, и очень высокие скоростные показатели по бенчмарках — около 425 МБ/с на запись и чтение.

LaCie Rugged SSD, 1 ТБ

Этот накопитель относится к классу профессиональной техники, ориентированной на фотографов и стримеров, где требуются хорошая надежность, защищенность данных и высокие скорости передачи данных. По нашим тестам, проведенным на модели с емкостью хранилища 500 ГБ, в бенчмарках скорости составляли около 430 МБ/с, а при реальном копировании больших файлов с встроенного в ноутбук SSD — около 300 МБ/с, что почти втрое выше результата по HDD.

Устройство построено на технологии NVMe, что, по заявлениям производителя, дает пропускную способность интерфейса USB 3.1 2 Gen Type-C (совместим с Thunderbolt 3) до 1000 МБ/с. Диск имеет прочную конструкцию и выдерживает падение с высоты 3 м и сдавливающую нагрузку до 2 т. 

Характеристики жестких дисков

Итак, основные характеристики жесткого диска компьютера:

• Объем — показатель максимально возможного количества данных, которые можно будет вместить на диске. Первое на что обычно смотрят при выборе HDD. Данный показатель может достигать 10 Тб, хотя для домашнего ПК чаще выбирают 500 Гб — 1 Тб;
• Форм-фактор — размер жестокого диска. Самые распространенные — 3,5 и 2,5 дюйма. Как говорилось выше, 2,5″ в большинстве случаев, устанавливаются в ноутбуки. Также их используют во внешних HDD. В ПК и на сервера устанавливают 3,5″. Форм фактор влияет и на объем, так как на больший диск может поместиться больше данных;
• Скорость вращения шпинделя — с какой скоростью вращаются блины. Наиболее распространены 4200, 5400, 7200 и 10000 об/мин. Эта характеристика напрямую влияет на производительность, а так же и цену устройства. Чем выше скорость — тем больше оба значения;
• Интерфейс — способ (тип разъема) подключения HDD к компьютеру. Самым популярным интерфейсом для внутренних ЖД сегодня является SATA (в старых компьютерах использовался IDE). Внешние жесткие диски подключаются, как правило, по USB или FireWire. Кроме перечисленных, существуют еще такие интерфейсы как SCSI, SAS;
• Объем буфера (кеш-память) — тип быстрой памяти (по типу ОЗУ) установленный на контроллере ЖД, предназначенный для временного хранения данных, к которым чаще всего обращаются. Объем буфера может составлять 16, 32 или 64 Мб;
• Время произвольного доступа — то время, за которое HDD гарантированно выполнить запись или чтение с любого участка диска. Колеблется от 3 до 15 мс;

Кроме приведенных характеристик также можно встретить такие показатели как:

• Скорость передачи данных;
• Количество операций ввода-вывода в сек.;
• Уровень шума;
• Надежность;
• Сопротивляемость ударам и т.д;

На счет характеристик HDD это все.

Бумажки и дырочки

Вообще, хронологию накопителей можно разделить на три параллельные ветви — перфокарты, ленты и магнитные барабаны. Первые считаются самым древним носителем информации, так что с них и начнем.

Свой старт в истории перфокарты — бумажки с дырочками — взяли на ткацких станках в 1808 году, в качестве же «электронных носителей» их додумались использовать в 1832-м, причем инициатором был наш соотечественник — Семен Корсаков, разработавший машину для «сравнения идей». Однако настоящий толчок к применению перфокарт в вычислительной технике дало изобретение Германа Холлерита.

• Табулятор Германа Холлерита помог упростить и ускорить статистический анализ. До его появления любые подобные действия превращались в ювелирную ручную работу.

Несколько лет упорного труда, и в 1890-м Холлерит уже демонстрировал правительству США свой табулятор. Основная его идея была вот в чем. На каждого жителя страны создавалась перфокарта, вмещавшая 288 позиций (12 по горизонтали и 24 по вертикали), описывающих «базовые параметры» типа роста, пола, семейного положения.

• IBM-729 — идеальный накопитель конца 1950-х и по совместительству живая киноикона.

Напротив собранных данных в карте проделывались отверстия, после чего ее загружали в машину Холлерита, та считывала дырочки, суммировала ответы и выводила результаты на циферблаты. В конце дня показания с них списывались, а счетчики обнулялись. Госаппарату конструкция пришлась по душе, и с Германом тут же был подписан нужный контракт. Как оказалось, не зря: на следующую перепись населения потратили не 13 лет, как предполагалось изначально, а всего два месяца.

Впрочем, сколько там ушло времени — не так интересно, как то, что изобретение Холлерита спровоцировало создание фирмы Tabulating Machine Company

, которую в 1905 году приобрелаComputing Tabulating Recording Company , в будущем известная какInternational Business Machines (IBM ).

Один раздел или несколько? Что лучше?

Здесь мы не считаем различные служебные разделы, которые создаёт сама Windows для своих целей и которые являются скрытыми.

Итак, вы или кто-либо за вас решили поделить жёсткий диск на 2 раздела (а может и больше). Рассмотрим, с какой целью это обычно делают:

Чтобы установить несколько операционных систем.Например, устанавливаете 2 системы Windows. Или, например, Windows и рядом Linux Ubuntu. В таком случае да, удобнее иметь для каждой операционной системы отдельный раздел на жёстком диске. Это и снижает вероятность различных “косяков” при запуске той или иной системы. Да и файлы каждой системы будут расположены на своём разделе, это хорошо.

Чтобы разграничить систему и пользовательские данные.Некоторые полагают, что система должна устанавливаться в свой отдельный раздел, на него же и программы ставятся. А всё остальное, всякие фотки, видео, музыка, документы и прочее, должно лежать на отдельном разделе. И тогда создают раздел “С” для системы и программ и “D” для остальных, ваших личных данных.
Но на самом деле это бессмысленно. Какой смысл разграничивать систему и ваши данные? Кто-то полагает, что если “умрёт” Windows, то ваши данные будут защищены от каких-то повреждений, ведь находятся на отдельном разделе.
Это полнейшая ерунда, потому что если умирает система, то ваши данные итак затронуты не будут, даже если они лежат прямо в корне системного раздела “С” или в любой другой папке. Сбой Windows никак не удаляет данные. Вы просто в худшем случае не сможете загрузить систему, но всегда сможете скопировать с самого жёсткого диска различными способами все нужные вам личные файлы. Один из способов — подключить жёсткий диск к другому компьютеру.
Данные могут потеряться навсегда, только если вы их удалите сами, либо в результате действия какой-либо вредоносной программы, либо в случае выхода из строя самого жёсткого диска

При этом здесь уже совсем неважно, на каком разделе лежали эти данные, прямо на разделе с Windows или на отдельно созданном разделе. Ведь всё это добро по рассматриваемому примеру расположено на одном жёстком диске.
Исходя из этого, этот пункт можно вообще вычеркнуть.

Больше я не вижу серьёзных причин делить жёсткий диск на разделы обычным пользователям. А у продвинутых или каких-нибудь админов могут, конечно, ещё какие-нибудь причины найтись.

Разбиение диска на разделы рядовым пользователям создаёт лишь неудобства…

Деление диска на разделы для обычных пользователей, я считаю, вызывает лишь дополнительные неудобства и проблемы. Например, вы можете заранее не рассчитать и выделить под раздел для установки Windows и программ слишком мало места. Это приведёт к тому, что из-за нехватки места система может начать работать нестабильно, а вы больше не сможете устанавливать программы.

Я уже сталкивался с подобным у различных пользователей и такое случается часто! Особенно у тех пользователей, у кого жёсткий диск не очень большой и они (или тот, кто им помогает) стараются поменьше места выделить для раздела с Windows. И чтобы эту ситуацию потом поправить нужно расширять раздел с Windows за счёт свободного пространства второго раздела. Эта операция не делается стандартными средствами системы, т.е. для этого нужна специальная программа для работы с разделами жёсткого диска, например, Easeus Partition Master.

Или бывает наоборот, для раздела с системой выделили слишком много места и потому вам не хватает места для раздела с вашими личными файлами. Опять же простым и быстрым способом эту ситуацию не разрулить.

Поэтому, учитывая всё, о чём говорил выше, я смело могу сказать, что гораздо проще работать (по крайней мере, обычным пользователям точно!) на компьютере, когда у вас на жёстких дисках создано по только по одному разделу, который занимает всё пространство этого диска.

Кроме того случая, когда вы собираетесь установить несколько операционных систем на один жёсткий диск. Тогда да, как я говорил, лучше создать по разделу для каждой.

В этом случае вам не придётся рассчитывать как-то место для каждого раздела, чтобы потом вдруг исправлять ситуацию. У вас будет всё на одном разделе и система и данные, и поверьте, это никак не мешает работать, а наоборот делает работу проще! Повторюсь также, что в случае отказа системы данные ваши не теряются, если это не отказ жёсткого диска и тем более отдельный раздел на том же самом диске не защитит их ровным счётом никак!

Гермоблок

Cлужит для защиты и крепления пакета магнитных дисков — носителей информации и блока магниторезистивных головок (БМГ), принцип действия которых заключается в использовании материалов, изменяющих свое электрическое сопротивление при изменении напряженности окружающего магнитного поля. Магнитные диски покрыты магниточувствительным слоем, который и является носителем информации. На нем информация представляет собой магнитные поля, создаваемые мельчайшими участками напыленного слоя. Считывающая головка, попадая в поле, создаваемое участком магнитного покрытия, формирует электрический сигнал, так как является проводником, находящимся в магнитном поле. Этот сигнал соответствующим образом обрабатывается и передается далее по интерфейсу.

Устройство гермоблока жесткого диска

На некоторых жестких дисках присутствуют окошки для штанги серворайтера (устройства для записи серворазметки на пластины накопителя), закрытые прочным фольгированным материалом. Заполнен гермоблок обеспыленным воздухом, который сообщается с окружающей средой через специальные компенсационные отверстия, закрытые фильтрами, для уравнивания давления внутри гермозоны.

Как показано на рисунке, головки крепятся на металлическом коромысле, подвижном относительно магнитных дисков. Во время работы двигателя вращающиеся магнитные диски создают воздушный поток, который образует «воздушную подушку» между головкой и поверхностью. При остановке двигателя шпинделя коромысло автоматически (как правило, под давлением потока воздуха от еще вращающихся дисков) отводится в так называемое парковочное положение, в котором оно фиксируется специальным замком или магнитной защелкой. В этом положении головки выводятся из рабочей зоны, предотвращая возможный контакт между коромыслом и поверхностью диска, тем самым защищая уязвимую рабочую поверхность. «Парковочная» зона расположена, как правило, ближе к оси шпинделя. Но бывают и исключения, в частности, на винчестерах портативных компьютеров парковочная зона расположена на специальных парковочных стойках, расположенных за пределами пластин.

Позиционер (устройство, позиционирующее головки чтения/записи над диском) с коромыслом перемещается вдоль магнитных дисков в современных винчестерах с помощью электромагнита. В хвостовой части позиционера находится катушка, прикрытая сверху и снизу жестко закрепленными на гермоблоке магнитными пластинами, которые служат статором. При пропускании тока через обмотку катушки позиционер начинает отклоняться с определенным ускорением, а направление его отклонения можно менять изменением направления тока в обмотке позиционера. Такая схема управления носит название Voice Coil.

Внутри гермозоны расположена микросхема предусиления\коммутации (предусилитель, коммутатор). Такое, на первый взгляд странное, его расположение (внутри гермоблока, а не на печатной плате, рядом со всей остальной электроникой) объясняется очень просто: предусилитель должен располагаться как можно ближе к считывающей и записывающей головкам для сокращения тракта головка — предусилитель и уменьшения наводящихся на него помех. С предусилителей сигнал идет по ленточному шлейфу на печатную плату, где и преобразуется в тот вид, в котором он представляется IDE контроллеру системной платы компьютера.

Расположение коммутатора HDD

В реальной работе винчестеру приходится читать данные с поверхности. Для этого он должен знать, где в настоящий момент находятся головки и куда ему необходимо их переместить. С этой целью на поверхности дисков записана сервоинформация, уникальная для каждой дорожки и каждого сектора с данными

Устройство жесткого диска

Гермозона

Включает в себя: корпус из прочного сплава, диски с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя.

Пластины

Изготовлены из металлического сплава и покрыты напылением ферромагнетика (окислов железа, марганца и других металлов). Диски жёстко закреплены на шпинделе, который вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту. При такой скорости вблизи поверхности диска создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности диска.

Блок электроники

Содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство, буферную память, интерфейсный блок (передача данных, подача питания) и блок цифровой обработки сигнала.

Блок управления представляет собой систему:

• позиционирования головок;
• управления приводом;
• коммутации информационных потоков с различных головок;
• управления работой всех остальных узлов — приёма и обработки сигналов с датчиков устройства:
  • одноосный акселерометр — используемый в качестве датчика удара,
  • трёхосный акселерометр — используемый в качестве датчика свободного падения,
  • датчик давления,
  • датчик угловых ускорений,
  • датчик температуры.

Блок постоянного запоминающего устройства хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию жесткого диска.

Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память).

Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации).

Как осуществляется запись и чтение информации?

На пластины из немагниточувствительного материала наносится магнитное покрытие, толщина которого составляет всего лишь несколько микрометров. В процессе работы возникает магнитное поле, имеющее так называемую доменную структуру.

Магнитный домен представляет собой строго ограниченную границами намагниченную область ферросплава. Далее принцип работы жесткого диска кратко можно описать так: при возникновении воздействия внешнего магнитного поля, собственное поле диска начинает ориентироваться строго вдоль магнитных линий, а при прекращении воздействия на дисках появляются зоны остаточной намагниченности, в которой и сохраняется информация, которая ранее содержалась в основном поле.

За создание внешнего поля при записи отвечает считывающая головка, а при чтении зона остаточной намагниченности, оказавшись напротив головки, создает электродвижущую силу или ЭДС. Далее все просто: изменение ЭДС соответствует единице в двоичном коде, а его отсутствие или прекращение – нулю. Время изменения ЭДС принято называть битовым элементом.

Кроме того, магнитную поверхность чисто из соображений информатики можно ассоциировать, как некую точечную последовательность битов информации. Но, поскольку местоположение таких точек абсолютно точно вычислить невозможно, на диске нужно установить какие-то заранее предусмотренные метки, которые помогли определить нужную локацию. Создание таких меток называется форматированием (грубо говоря, разбивка диска на дорожки и секторы, объединенные в кластеры).

Для чего нужен жёсткий диск?

Как уже упоминалось, основное назначение жёсткого диска — постоянное (в отличие от оперативной памяти) хранение виртуальных данных. Разница видна на простом примере: когда компьютер выключается, ОЗУ автоматически очищается, так как не обладает ресурсами для записи; в то же время файлы и незавершённые системные процессы сохраняются на HDD и остаются доступны после очередного включения.

Следовательно, пользователю не нужно каждый раз переписывать информацию на листочек, наносить на перфоленту, скидывать на оптический диск или дискету. Достаточно просто запустить компьютер или ноутбук — и почти мгновенно получить доступ к ранее созданным или просматриваемым данным.

Второе назначение НЖМД — перенос и распространение цифровой информации; в современных условиях возможны несколько вариантов процесса:

• физический — пользователь записывает данные на жёсткий диск и переставляет его из одного компьютера в другой;
• виртуальный — сведения распространяются при помощи технологий удалённого доступа, в том числе в «облаках»; в зависимости от выбранных владельцем настроек файлы могут быть доступны как только ему, так и неограниченному числу пользователей по всему миру.

Винчестеры, выполняющие вторую функцию, могут входить в состав так называемых серверов — программно-аппаратных комплексов, обеспечивающих массовый доступ к уникальным, изначально хранящимся только в одном месте данным.

Важнейшая опция жёсткого диска, являющаяся частным случаем первой, — создание среды для запуска и использования на компьютере операционной системы. Именно благодаря НЖМД пользователю нет необходимости каждый раз запускаться с дискеты, CD, DVD или флешки — теперь эта необходимость возникает только при повреждении критически важных данных на HDD или при необходимости переустановки ОС.