Что такое винчестер? Устройство жесткого диска. Как выбрать винчестер для компьютера: советы и отзывы. Винчестер для компьютера: функции, устройство, подключение

Жесткий диск (HDD - Hard Disk Drive) компьютера - основное место хранения информации (операционная система, прикладные программы, данные). Нужная информация в нужное время считывается с жесткого диска процессором и обрабатывается, результат обработки может быть записан на жесткий диск.

Первый жесткий диск был разработан еще до появления персонального компьютера - в далеком 1957 году фирмой IBM. Имел он объем в 5 Мб и стоил сумасшедших денег. Для персонального компьютера IBM PC XT был разработан диск емкостью 10 Мб. Жесткий диск имел 30 дорожек по 30 секторов в каждой дорожке. По аналогии с маркировкой многозарядного карабина фирмы Winchester - "30/30", жесткие диски стали именовать "винчестерами ", или сокращенно "винтами".

Что же представляет из себя конструкция жесткого диска? Основа винчестера - блок металлических дисков, покрытых специальным веществом, которое способно хорошо хранить воздействие магнитного поля (например, оксидом железа). Современные винчестеры содержат от одного до трех таких дисков. Диски имеют отличную балансировку и очень ровную поверхность, т.к. скорости вращения довольно велики (стандартные скорости - 7200 или 10000 об/мин), а точность позиционирования головок должна быть высокой.

Для записи на диск используются специальные магнитные головки (обычно по две на каждый диск - с обеих сторон диска), способные формировать магнитное поле под воздействием токовых импульсов. Такая магнитная головка намагничивает участок диска магнитным моментом определенной направленности (логический "ноль" или логическая "единица", в зависимости от направленности магнитного момента). Процесс намагничивания происходит путем подачи токового импульса в определенный момент времени, когда магнитная головка позиционирована в нужном месте.

Для чтения с диска используются специальные магниторезистивные головки, которые реагируют на изменение магнитного поля путем изменения силы тока, возбуждаемого в головке. Такой аналоговый сигнал считывается, преобразуется в цифровую форму и подается в компьютерную систему.

Информация на дисках размещается в виде концентрических окружностей - дорожек. Магнитные головки в процессе работы перемещаются с одной дорожки на другую. В современных винчестерах для перемещения магнитных головок используется соленоидный привод . На рисунке ниже представлена схема перемещения головок - они перемещаются вокруг своей оси. На обратной стороне головок закреплена катушка, которая притягивается в ту или иную сторону электромагнитом. Поскольку, диски винчестера вращаются, то, перемещаясь в ту или иную сторону, головка имеет доступ к любой точке диска. После отключения питания, считывающие головки уводятся с поверхности диска и паркуются. Падение головок на поверхность диска не допускается!

Информация на диске хранится в виде концентрических окружностей. Блок головок является одним целым, и все головки перемещаются одновременно. Каждая головка обслуживает одну сторону одного диска. В любой момент времени все головки находятся над одной и той же дорожкой, но над разными дисками. В вертикальной плоскости такая совокупность дорожек образует цилиндр .

Дорожка делится на сектора . Каждый сектор хранит 512 байт информации. Сектор - минимальный элемент дискового пространства.

Объем максимально возможной хранимой информации винчестера - это произведение трех составляющих: количества цилиндров, количества головок, количества секторов.

С технологической точки зрения проще изготавливать винчестеры с меньшим количеством дисков, но с большей плотностью дорожек на одном диске.

Следует сказать еще о таком нюансе, как физическое размещение цилиндров, головок и секторов, и логическое размещение .

Физического размещения мы коснулись чуть выше. Но, логически (а именно так их "видит" компьютер) программа Setup заносит эти параметры по-другому (обычно указывается на крышке винчестера), и в дальнейшем компьютер оперирует именно с логической разбивкой винчестера. Чтобы согласовать физическое и логическое размещение параметров диска, была создана специальная процедура - трансляция параметров диска . Блок трансляции находится на самом винчестере, и преобразует логические координаты в физические, обеспечивая доступ головок к нужной области физического диска.

При изготовлении дисков не избежать определенного процента браковочных секторов или даже дорожек (лишь бы сам диск обеспечивал нужный объем). При низкоуровневом форматировании, когда дисковое пространство разбивается на логические цилиндры, головки, сектора, такие браковочные участки помечаются и в дальнейшей эксплуатации данного винчестера не учитываются.

В данной статье будет идти речь только о жестких дисках (HDD) то есть о носителях на магнитных дисках. О SSD будет следующая статья.

Что такое жесткий диск

По традиции, давайте подсмотрим определение жесткого диска в Википедии:
Жесткий диск (винт, винчестер, накопитель на жестких магнитных дисках, НЖМД, HDD, HMDD) - запоминающее устройство произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи.
Используются в подавляющем большинстве компьютеров, а также как отдельно подключаемые устройства для хранения резервных копий данных, в качестве файлового хранилища и т.п.
Чуть-чуть разберемся. Мне нравится термин «накопитель на жестких магнитных дисках«. Эти пять слов передают всю суть. HDD - устройство, предназначение которого длительное время хранить записанные на него данные. Основой HDD являются жесткие (алюминиевые) диски со специальным покрытием, на которое при помощи специальных головок записывается информация.
Не буду рассматривать в деталях сам процесс записи - по сути это физика последних классов школы, и вникать в это, уверен, у вас желания нет, да и статья совсем не о том.
Также обратим внимание на фразу: «произвольного доступа» что, грубо говоря, означает, что мы (компьютер) можем в любое время считать информацию с любого участка ЖД.
Важным является тот факт, что память HDD не энергозависима, то есть не важно подключено питание или нет, записанная на устройство информация никуда не исчезнет. Это важное отличие постоянной памяти компьютера, от временной (ОЗУ).
Взглянув на жесткий диск компьютера в жизни, вы не увидите ни дисков, ни головок, так как все это скрыто в герметичном корпусе (гермозона). Внешне винчестер выглядит так.
Думаю что такое HDD вы поняли. Идем дальше.

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.

Из чего состоит жесткий диск

Мы частично упоминали о составных жесткого диска, сейчас разберемся с этим детальнее. Итак, основные составляющие HDD:
- Корпус - защищает механизмы жесткого диска от пыли и влаги. Как правило, является герметичным, дабы внутрь та самая влага и пыль не попадали;
- Диски (блины) - пластины из определенного сплава металлов, с нанесенным с обеих сторон покрытием, на которое и записываются данные. Количество пластин может быть разным - от одной (в бюджетных вариантах), до нескольких;
- Двигатель - на шпинделе которого закреплены блины;
- Блок головок - конструкция из соединенных между собой рычагов (коромысел), и головок. Часть ЖД, которая считывает и записывает на него информацию. Для одного блина используется пара головок, поскольку и верхняя, и нижняя часть у него рабочая;
- Устройство позиционирования (актуатор) - механизм приводящий в действие блок головок. Состоит из пары постоянных неодимовых магнитов и катушки, находящейся на конце блока головок;
- Контроллер - электронная микросхема управляющая работой HDD;
- Парковочная зона - место внутри винчестера рядом с дисками либо на их внутренней части, куда опускаются (паркуются) головки во время простоя, чтобы не повредить рабочую поверхность блинов.
Такое вот незамысловатое устройство жесткого диска. Сформировалось оно много лет назад, и никаких принципиальных изменений в него уже давно не вносились. А мы идем дальше.

Как работает жесткий диск

После того, как на HDD подается питание двигатель, на шпинделе которого закреплены блины, начинает раскручиваться. Набрав скорость, при которой у поверхности дисков образовывается постоянный поток воздуха, начинают двигаться головки.
Данная последовательность (сначала раскручиваться диски, а затем начинают работать головки) необходима для того, чтобы за счет образовавшегося потока воздуха, головки парили над пластинами. Да, они никогда не касаются поверхности дисков, иначе последние были бы моментально повреждены. Тем не менее, расстояние от поверхности магнитных пластин до головок настолько маленькое (~10 нм), что вы не увидите его невооруженным глазом.
После запуска, в первую очередь происходит считывание служебной информации о состоянии жесткого диска и других необходимых сведениях о нем, находящихся на так называемой нулевой дорожке. Только затем начинается работа с данными.
Информация на жестком диске компьютера записывается на дорожки которые, в свою очередь, разбиты на сектора (такая себе разрезанная на кусочки пицца). Для записи файлов несколько секторов объединяют в кластер, он и является наименьшим местом, куда может быть записан файл.
Кроме такого «горизонтального» разбиения диска, есть еще условное «вертикальное». Поскольку все головки объединены, они всегда позиционируются над одной и той же по номеру дорожкой, каждая над своим диском. Таким образом, во время работы HDD головки как бы рисуют цилиндр.
Пока HDD работает, по сути он выполняет две команды: чтение и запись. Когда необходимо выполнить команду записи, происходит вычисление области на диске куда она будет производится, затем позиционируются головки и, собственно, выполняется команда. Затем результат проверяется. Кроме записи данных прямо на диск, информация также попадает в его кеш.
Если контроллеру поступает команда на чтение, в первую очередь происходит проверка наличия требуемой информации в кеше. Если ее там нет, снова происходит вычисление координат для позиционирования головок, дальше, головки позиционируется и считывают данные.
После завершения работы, когда питание винчестера исчезает, происходит автоматическая парковка головок в парковочных зоне.
Вот так в общих чертах и работает жесткий диск компьютера. В действительности же все намного сложнее, но обычному пользователю, скорее всего, такие подробности не нужны, поэтому закончим с этим разделом и пойдем дальше.

Виды жестких дисков и их производители

На сегодняшний день, на рынке существует фактически три основных производителя жестких дисков: Western Digital (WD), Toshiba, Seagate. Они полностью покрывают спрос на устройства всех видов и требований. Остальные компании либо разорились, либо были поглощены кем-то из основной тройки, или перепрофилировались.
Если говорить о видах HDD, их можно разделить таким образом:

1. Для ноутбуков - основной параметр - размер устройства в 2,5 дюйма. Это позволяет им компактно размещаться в корпусе лептопа;
2. Для ПК - в этом случае также возможно использование 2,5″ жестких дисков, но как правило, используются 3,5 дюйма;
3. Внешние жесткие диски - устройства, отдельно подключаемые к ПК/ноутбуку, чаще всего выполняющие роль файлового хранилища.
Также выделяют особый тип жестких дисков - для серверов. Они идентичны обычным ПКшным, но могут отличаются интерфейсами для подключения, и большей производительностью.

Все остальные разделения HDD на виды происходят от их характеристик, поэтому рассмотрим их.

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.

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.

Существует два физических фактора, влияющих на производительность жесткого диска:

* Скорость вращения дисков . Чем быстрее вращаются диски, тем быстрее можно получать доступ к диску, тем быстрее диски проходят под магнитными головками, следовательно, тем быстрее можно считывать-записывать данные.

* Плотность записи на диске . Этот параметр определяется как произведение линейной плотности записи вдоль дорожки, выражаемой в битах на дюйм (Bits Per Inch - BPI), и количества дорожек на дюйм (Tracks Per Inch - TPI). В результате поверхностная плотность записи выражается в Мбит/кв.дюйм или в Гбит/кв.дюйм. Логично предположить, что, чем плотнее записаны данные, тем больше данных в единицу времени проходит под магнитными головками, следовательно, тем быстрее можно считывать-записывать данные.

Эти два физических параметра диска в основном и определяют производительность устройства. Заметим, что увеличение скорости вращения дисков в банке влияет и на уменьшение времени доступа к диску (так как тратится меньше времени на подвод нужной части диска к головке), и на увеличение скорости чтения-записи, потому что данные быстрее проходят под головками.

А увеличение плотности записи практически не уменьшает время доступа, а лишь ускоряет операции чтения-записи - ведь данные быстрее проходят под головками.

На сегодняшний день используются жесткие диски со скоростями 5400 и 7200 оборотов в минуту (RPM, Rotations Per Minute). Раньше диски с оборотами 5400 были уделом домашнего РС, в то время как более производительные 7200 диски применялись в дорогих серверах.

Сегодня диски с 7200 RPM являются стандартом для домашнего жесткого диска, в то время как 5400 используются лишь в дешевых системах. А на рынке производительных систем уже повсеместно применяются диски с 10 000 оборотов в минуту, и 15 000 оборотов в минуту. Такие диски сегодня совершенно не применяются в домашнем РС, их место - сервера среднего и высшего уровня.

Когда Вы приобретаете жесткий диск, в его документации, прайс-листе продавца, да и на нем самом обычно отображена скорость вращения дисков и Вы всегда можете выбрать диск с нужной вам скоростью вращения.

Сегодня лучше всего приобретать диски с 7200 RPM когда в качестве основного диска в системе. Но если диск будет использоваться только как медиатека и его основная задача – время от времени воспроизводить сохраненные на нем фильмы и музыку – тогда стоит обратить внимание на диски со скоростью вращения 5200 об/мин. У них есть несколько преимуществ.

Кроме более низкой стоимости, они также меньше греются, потребляют меньше электроэнергии и издают значительно меньше шума. Последний фактор может стать решающим когда Вы ходите добиться от своего компьютера максимальной тишины при работе.

Это, кстати, вполне возможно! Такие диски имеют в своей линейке практически все ведущие производители, и обычно они выделяют их зеленым цветом, как наиболее экологические и экономичные.

Если вы услышали слово "винчестер", существует несколько возможных вариантов, о чем говорят собеседники. Конечно, это может быть банальный разговор двух компьютерщиков, однако даже в этом случае не известно, о чем именно идет речь. Давайте разберёмся, что такое винчестер.

Происхождение

Первое и исходное значение этого слова приходит к нам из сферы производства оружия. Винчестер - это общее название ружей, производившихся компанией Winchester во второй половине 19 века. Они использовали рычажную систему перезарядки и подствольно-трубчатый магазин. Винчестеры были достаточно распространены в США в то время, хотя это и было сильно преувеличено кинематографом и литературой 20 века.

В большинстве случаев под винчестером подразумевают винтовку образца 1866 года. Согласно заявлениям производителей, винтовка должна была обеспечивать высокую скорострельность, до 60 выстрелов в минуту. В конце 60х годов выпуск патронов под эту модель прекратился.

Однако отдельного упоминания стоит винтовка Winchester Model 1894, она же Winchester .30-30 rifle. Выпускавшаяся до 2006 года, она стала одной из самых популярных и известных винтовок, использовавших рычажный взвод. Название именно этого оружия послужило примером для появления в сленге компьютерщиков слова "винчестер" или "винт".

IT-сфера

Так что такое винчестер в компьютере? Это не что иное, как накопитель на жестких магнитных дисках или же просто жесткий диск. Первый накопитель имел внутреннюю маркировку 30-30, что, по мнению создателя, очень похоже на название вышеупомянутой винтовки.

Что такое винчестер для обычного компьютерного пользователя? Это то место в компьютере, на котором хранятся все данные. В настоящее время объёмы жестких дисков достигают достаточно больших объёмов, в среднем до 2 террабайт, однако и этого обычному человеку недостаточно. Хранимые на персональном компьютере мультимедийные файлы быстро оставляют пользователя без свободного места на жестком диске.

Что такое винчестер в компьютере для айтишника? Жесткий диск - это запоминающее устройство случайного доступа, использующее технологию магнитной записи. Информация в них записывается на жесткие пластины, покрытые ферромагнитным материалом. Считывание информации в них происходит с помощью специальных головок при вращении пластин. В рабочем состоянии они, не касаясь поверхности, получают информацию с НМЖД, а в выключенном находятся в безопасном положении, чтобы избегать физического контакта с поверхностью жесткого диска.

В персональном компьютере жесткий диск располагается внутри системного блока и подключается непосредственно к материнской плате черех SATA-порт и блоку питания.

Внешние технологии

Что такое винчестер на компьютере, реализованный вне системного блока? Это внешняя память, подключаемая к персональному компьютеру через USB-интерфейс.

Первые внешние жесткие диски можно было собрать по частям. Для этого пользователь покупал обычный жесткий диск и внешний корпус для него. Винчестер вставлялся в корпус и через переходник подключался к USB-разъёму. В этой организации внешней памяти существовало несколько существенных недостатков.

1. Система охлаждения. Если вы планируете использовать такую реализацию жесткого диска, а работать с ним надо каждый день и круглые сутки, то существующей охлаждающей системы недостаточно, а точнее она там напрочь отсутствует. В результате очень большой шанс испортить диск перегревом.
2. Низкая скорость USB-концентратора. По сравнению с интерфейсом, используемым внутри системного блока, USB не способен обеспечить быструю передачу данных для больших объёмов информации.
3. Расположение в пространстве. Многие корпуса предлагают крепление в вертикальном расположении, а не в горизонтальном, что очень сильно влияет на эксплуатацию и приводит к физическому повреждению диска.

Что такое винчестер, способный нормально и долго прослужить своему хозяину? Современные внешние диски сделали хороший шаг вперёд по сравнению с описанным вариантом. Сейчас вы можете смело покупать готовые жесткие диски и пользоваться ими.

Ноутбук

Что такое винчестер в ноутбуке? Это точно такой же жесткий диск, как и в персональном компьютере, за исключением небольших технологических изменений в реализации. НМЖД в ноутбуке по реализации больше похож на внешние жесткие диски, поскольку имеет более компактные размеры.

Эта статья должна была помочь вам понять, что такое винчестер, и откуда произошло это название. Надеемся, эта статья пригодится вам в повседневной жизни.