Groeten aan alle bloglezers. Veel mensen zijn geïnteresseerd in de vraag hoe de harde schijf van een computer werkt. Daarom besloot ik het artikel van vandaag hieraan te wijden.
Een harde schijf van de computer (HDD of harde schijf) is nodig om informatie op te slaan nadat de computer is uitgeschakeld, in tegenstelling tot RAM () - dat informatie opslaat totdat de stroomtoevoer wordt uitgeschakeld (voordat de computer wordt uitgeschakeld).
Een harde schijf kan met recht een echt kunstwerk worden genoemd, alleen een technische. Ja Ja precies. Alles is daarbinnen zo ingewikkeld. Op dit moment is een harde schijf over de hele wereld het populairste apparaat om informatie op te slaan, vergelijkbaar met apparaten als: flashgeheugen (flashdrives), SSD. Velen hebben veel gehoord over de complexiteit van een harde schijf en zijn verbijsterd over hoeveel informatie erin kan passen, en zouden daarom graag willen weten hoe de harde schijf van een computer werkt of waaruit deze bestaat. Vandaag zal er zo'n kans zijn).
Een harde schijf heeft vijf hoofdonderdelen. En de eerste is geïntegreerde schakeling, die het werk van de schijf synchroniseert met de computer en alle processen bestuurt.
Het tweede deel is een elektromotor(spil), zorgt ervoor dat de schijf met ongeveer 7200 rpm draait, en het IC houdt de rotatiesnelheid constant.
En nu de derde, waarschijnlijk het belangrijkste onderdeel is de tuimelaar, die zowel informatie kan schrijven als lezen. Het uiteinde van de tuimelaar is meestal gesplitst om meerdere schijven tegelijk te kunnen verwerken. De rockerhead maakt echter nooit contact met de schijven. Er is een opening tussen het oppervlak van de schijf en het hoofd, de grootte van deze opening is ongeveer vijfduizend keer minder dan de dikte van een mensenhaar!
Maar laten we nog even kijken wat er gebeurt als de opening verdwijnt en de tuimelaar in contact komt met het oppervlak van de roterende schijf. We herinneren ons nog van school dat F = m * a (naar mijn mening de tweede wet van Newton), waaruit volgt dat een object met een kleine massa en een enorme versnelling ongelooflijk zwaar wordt. Gezien de enorme rotatiesnelheid van de schijf zelf, wordt het gewicht van de tuimelaar heel, heel erg merkbaar. Uiteraard is schade aan de schijf in dit geval onvermijdelijk. Trouwens, dit is wat er met de schijf is gebeurd, waarin deze opening om de een of andere reden is verdwenen:
De rol van de wrijvingskracht is ook belangrijk, d.w.z. zijn bijna volledige afwezigheid, wanneer de rocker informatie begint te lezen, terwijl hij tot 60 keer per seconde verschuift. Maar wacht, waar is hier de motor die de rocker in beweging zet, en zelfs met zo'n snelheid? In feite is het niet zichtbaar, omdat het een elektromagnetisch systeem is dat werkt op de interactie van 2 natuurkrachten: elektriciteit en magnetisme. Door deze interactie kun je de rocker in letterlijke zin versnellen tot de snelheid van het licht.
vierde deel- de harde schijf zelf is waar de informatie wordt geschreven en van waaruit de informatie wordt gelezen, trouwens, er kunnen er meerdere zijn.
Welnu, het vijfde en laatste deel van het ontwerp van de harde schijf is natuurlijk het geval waarin alle andere componenten zijn geïnstalleerd. De gebruikte materialen zijn als volgt: bijna de hele body is van kunststof, maar de bovenklep is altijd van metaal. De geassembleerde koffer wordt vaak een "containment" genoemd. Er is een mening dat er geen lucht in de insluitingszone is, of beter gezegd, dat er een vacuüm is. Deze mening is gebaseerd op het feit dat bij zulke hoge rotatiesnelheden van de schijf zelfs een stofje dat erin komt, veel slechte dingen kan doen. En dit is bijna waar, behalve dat er daar geen vacuüm is - maar er is gezuiverde, gedroogde lucht of neutraal gas - bijvoorbeeld stikstof. Hoewel, misschien in eerdere versies van harde schijven, in plaats van de lucht te zuiveren, het gewoon werd weggepompt.
We hadden het over componenten, d.w.z. waar bestaat een harde schijf uit?... Laten we het nu hebben over gegevensopslag.
Hoe en in welke vorm worden gegevens opgeslagen op de harde schijf van een computer?
Gegevens worden opgeslagen in smalle banen op het oppervlak van de schijf. Tijdens de productie worden meer dan 200 duizend van dergelijke tracks op de schijf aangebracht. Elk van de sporen is onderverdeeld in sectoren.
Met track- en sectorkaarten kunt u bepalen waar u informatie moet schrijven of lezen. Nogmaals, alle informatie over de sectoren en tracks bevindt zich in het geheugen van de geïntegreerde schakeling, die zich, in tegenstelling tot andere componenten van de harde schijf, niet in de behuizing bevindt, maar aan de buitenkant en meestal aan de onderkant.
Het oppervlak van de schijf zelf is glad en glanzend, maar dit is slechts op het eerste gezicht. Bij nader inzien is de oppervlaktestructuur complexer. De schijf is namelijk gemaakt van een metaallegering die is gecoat met een ferromagnetische laag. Deze laag doet al het werk. Hoe onthoudt de ferromagnetische laag alle informatie? Erg makkelijk. De tuimelaarkop magnetiseert een microscopisch gebied op de film (ferromagnetische laag) en stelt het magnetische moment van zo'n cel in een van de toestanden: o of 1. Elke nul en één worden bits genoemd. Alle informatie die op een harde schijf is vastgelegd, is dus in feite een bepaalde reeks en een bepaald aantal nullen en enen. Een foto van goede kwaliteit neemt bijvoorbeeld ongeveer 29 miljoen van deze cellen in beslag en is verspreid over 12 verschillende sectoren. Ja, het klinkt indrukwekkend, maar in werkelijkheid - zo'n groot aantal bits beslaat een heel klein gebied op het oppervlak van de schijf. Elke vierkante centimeter harde schijf bevat tientallen miljarden bits.
Hoe een harde schijf werkt
We hebben zojuist het apparaat van de harde schijf onderzocht, elk van zijn componenten afzonderlijk. Nu stel ik voor om alles te koppelen in een soort systeem, waardoor het principe van de harde schijf werking duidelijk zal zijn.
Dus, het principe waarmee een harde schijf werkt volgende: wanneer de harde schijf wordt aangezet, betekent dit dat er ofwel naar wordt geschreven, of dat er informatie van wordt gelezen, of dat de elektromotor (spil) aan kracht begint te winnen, en aangezien de harde schijven bevestigd op de spil zelf, respectievelijk, ze zijn samen met het ook beginnen te draaien. En totdat de omwentelingen van de schijf(ken) een zodanig niveau hebben bereikt dat er een luchtkussen is gevormd tussen de tuimelaar en de schijf, bevindt de tuimelaar zich in een speciale "parkeerzone" om schade te voorkomen. Dit is hoe het eruit ziet.
Zodra de omwentelingen het gewenste niveau bereiken, zet de servoaandrijving (elektromagnetische motor) de rocker in beweging, die al op de plaats staat waar je informatie moet schrijven of lezen. Dit wordt mogelijk gemaakt door de geïntegreerde microschakeling, die alle bewegingen van de tuimelaar regelt.
Er is een wijdverbreide mening, een soort mythe, dat op de momenten dat de schijf "inactief" is, d.w.z. tijdelijk worden er geen lees-/schrijfhandelingen mee uitgevoerd, de harde schijven binnenin stoppen met draaien. Dit is echt een mythe, want in feite draaien de harde schijven in de behuizing constant, zelfs als de harde schijf in de energiebesparende modus staat en er niets op wordt geschreven.
Welnu, hier hebben we samen met u het apparaat van de harde schijf van de computer in alle details onderzocht. Natuurlijk is het in het kader van één artikel onmogelijk om alles te vertellen over harde schijven. Dit artikel zei er bijvoorbeeld niets over - dit is een groot onderwerp, ik besloot er een apart artikel over te schrijven.
Een interessante video gevonden over hoe een harde schijf in verschillende modi werkt
Iedereen bedankt voor uw aandacht, als u zich nog niet hebt geabonneerd op de updates van deze site, raad ik u ten zeerste aan dit te doen, om geen interessant en nuttig materiaal te missen. Tot ziens op de blogpagina's!
Pagina 1 van 6
Een korte beschrijving van de principes van harde schijven.
Hoe werkt een harde schijf?
In de regel zijn alle gebruikers geïnteresseerd in één vraag: is de schijf "snel"? Het antwoord daarop is dubbelzinnig en vraagt om een verhaal over de volgende kenmerken:
- Rotatiesnelheid schijf
- Positioneringsvertraging
- Tijd voor gegevenstoegang
- Cache harde schijf
- Gegevens op schijf plaatsen
- Wisselkoers tussen processor en schijf
- Interface (IDE of SCSI)
Rotatiesnelheid schijf
Moderne harde schijven hebben doorgaans een toerental van 5400 tot 7200 rpm. Hoe hoger de rotatiesnelheid, hoe hoger de gegevensuitwisselingssnelheid. Er moet alleen rekening mee worden gehouden dat een verhoging van de rotatiesnelheid de temperatuur van de harde schijfbehuizing verhoogt en schijven met een snelheid van 7200 rpm vereisen ofwel het gebruik van een behuizing met een goed doordacht ontwerp voor warmteafvoer, of extra koeling door een externe ventilator van de schijf zelf. De ventilator van de voeding is hiervoor niet voldoende. Zelfs snellere schijven met een toerental van 10.000 tpm, die nu zonder uitzondering door alle fabrikanten worden geproduceerd, vereisen zowel een goede ventilatie in de behuizing als een "juiste" behuizing die de warmte goed afvoert. 15000 RPM harde schijven zonder geforceerde luchtstroom worden eenvoudigweg niet aanbevolen voor gebruik. Aantal sectoren per track
Moderne harde schijven hebben een verschillend aantal sectoren per track, afhankelijk van of het een externe track of een interne track is. De buitenste baan is langer en biedt plaats aan meer sectoren dan de kortere binnenbaan. Gegevens op een lege schijf beginnen ook vanaf de buitenste track te worden geschreven. Zoektijd / kopschakeltijd / cilinderschakeltijd
De zoektijd is alleen minimaal als het nodig is om te werken met een spoor dat grenst aan het spoor waarop de kop zich momenteel bevindt. De langste zoektijd, respectievelijk, bij het verplaatsen van de eerste track naar de laatste. In de paspoortgegevens op de harde schijf wordt in de regel de gemiddelde zoektijd aangegeven. Alle magneetkoppen van de schijf bevinden zich op elk moment boven dezelfde cilinder en de schakeltijd wordt bepaald door hoe snel de wisseling tussen koppen wordt uitgevoerd tijdens het lezen of schrijven. Cilinderwisseltijd is de tijd die nodig is om de koppen één cilinder vooruit of achteruit te bewegen. Alle tijden zijn aangegeven in de documentatie van de harde schijf in milliseconden (ms). Positioneringsvertraging
Nadat het hoofd boven het gewenste spoor is, wacht het tot de gewenste sector op dit spoor verschijnt. Deze tijd wordt positioneringsvertraging genoemd en wordt ook gemeten in milliseconden (ms). De gemiddelde positioneringsvertragingstijd wordt geteld als de tijd die nodig is om de schijf 180 graden te draaien en is daarom alleen afhankelijk van de rotatiesnelheid van de schijfspil. Specifieke gegevens over de omvang van de vertraging zijn samengevat in de tabel. Tijd voor gegevenstoegang
Gegevenstoegangstijd is in wezen een combinatie van zoektijd, kopschakeltijd en positioneringsvertraging, ook gemeten in milliseconden (ms). Zoektijd, zoals je al weet, is slechts een indicator van hoe snel het hoofd over de gewenste cilinder komt. Totdat de gegevens zijn geschreven of gelezen, moet u tijd toevoegen om van hoofd te wisselen en te wachten op de vereiste sector. Cache harde schijf
Meestal hebben alle moderne harde schijven hun eigen willekeurig toegankelijke geheugen, cachegeheugen of gewoon cache genoemd. Fabrikanten van harde schijven noemen dit geheugen vaak buffergeheugen. De grootte en structuur van de cache tussen fabrikanten en voor verschillende modellen harde schijven verschillen aanzienlijk. Gewoonlijk wordt het cachegeheugen gebruikt voor zowel het schrijven van gegevens als het lezen, maar op SCSI-schijven is het soms nodig om schrijfcaching geforceerd in te schakelen, omdat de schrijfcache op schijven gewoonlijk is uitgeschakeld voor SCSI. Er zijn programma's waarmee u kunt bepalen hoe de cacheparameters worden ingesteld, bijvoorbeeld ASPIID van Seagate. Hoe vreemd het voor velen ook mag lijken, de grootte van de cache is niet bepalend voor het evalueren van de effectiviteit van zijn werk. De organisatie van gegevensuitwisseling met de cache is belangrijker voor het verbeteren van de prestaties van de schijf als geheel. Sommige fabrikanten van harde schijven, zoals Quantum, gebruiken een deel van de cache voor hun software (voor het Quantum Fireball 1.3 Gb-model wordt bijvoorbeeld 48 Kb van de 128 gebruikt voor firmware). Het lijkt ons dat de methode die door Western Digital wordt gebruikt, meer de voorkeur heeft. Voor het opslaan van firmware worden speciaal aangewezen sectoren op de schijf gebruikt, die onzichtbaar zijn voor elk besturingssysteem. Bij het opstarten wordt dit programma in gewone goedkope DRAM op schijf geladen, waardoor de kosten van een flashgeheugenchip om de firmware op te slaan, worden geëlimineerd. Deze methode maakt het gemakkelijk om de firmware van de harde schijf te patchen, wat Western Digital vaak doet. Gegevens op schijf plaatsen
Sinds het begin van het pc-tijdperk weet iedereen dat de configuratie van een schijf wordt bepaald door het aantal cylinders, heads en sectoren per track. Hoewel het een paar jaar geleden verplicht was om al deze schijfparameters precies op te geven in het SETUP-programma, is dat nu niet zo. Strikt genomen hebben de schijfparameters die u in de sectie SETUP Standaard CMOS Setup ziet, in de regel niets te maken met de echte schijfparameters, en u zult merken dat deze parameters veranderen afhankelijk van het type vertaling van de schijfgeometrie - normaal, LBA en Groot. normaal- geometrie in overeenstemming met de specificaties van de fabrikant op de schijf en laat DOS niet meer zien dan 504 Mb (1 Mb - 1048576 bytes). LBA- Logisch blokadres - met deze instelling kunt u DOS-schijven tot 4 Gb groot zien. Groot gebruikt door een besturingssysteem zoals Unix. De parameters die zijn ingesteld in SETUP worden vertaald naar de werkelijke logica van de harde schijf. Veel moderne besturingssystemen werken met de schijf via LBA en omzeilen het BIOS.
Zoals de meeste pc-gebruikers weten, worden alle gegevens op een pc opgeslagen op een harde schijf, een opslagapparaat met willekeurige toegang dat werkt volgens het principe van magnetische opname. Moderne harde schijven kunnen informatie bevatten met een totaal volume tot 6 terabyte (de capaciteit van de grootste schijf die momenteel door HGST wordt uitgebracht), wat tien jaar geleden onmogelijk leek. Naast het feit dat de harde schijf van een computer een kolossale capaciteit heeft, dankzij de complexe moderne technologieën die in zijn werk worden gebruikt, stelt het u ook in staat bijna onmiddellijk toegang te krijgen tot de informatie die erop is opgeslagen, zonder welke het productieve werk van een pc zou onmogelijk zijn. Hoe werkt dit wonder van moderne technologie, en hoe werkt het?
Harde schijf
Als u de bovenklep van de harde schijf verwijdert, ziet u alleen de elektronische kaart en een andere klep met een afgesloten gedeelte eronder. Het is in dit insluitingsgebied dat de belangrijkste elementen van de HDD zich bevinden. Ondanks de wijdverbreide mening dat de insluiting van een harde schijf een vacuüm bevat, is dit helemaal niet het geval - binnen de insluiting is het gevuld met droge lucht zonder stof, en in het deksel bevindt zich meestal een klein gaatje met een reinigingsfilter ontworpen om de luchtdruk in de insluiting gelijk te maken.
Over het algemeen bestaat een harde schijf uit de volgende hoofdcomponenten:
Hoe een harde schijf werkt
Wat gebeurt er als de harde schijf van de computer wordt ingeschakeld en begint te werken? Na het commando van de elektronische controller begint de motor van de harde schijf te draaien, waardoor de magnetische schijven, die stevig aan zijn as zijn bevestigd, in beweging komen. Zodra de spilsnelheid een waarde bereikt die voldoende is om een constante luchtstroom boven het schijfoppervlak te vormen, die zal voorkomen dat de leeskop op het oppervlak van de schijf valt, begint het tuimelmechanisme de leeskoppen te bewegen en blijven ze zweven over het schijfoppervlak. In dit geval is de afstand van de leeskop tot de magnetische laag van het opslagapparaat slechts ongeveer 10 nanometer, wat gelijk is aan een miljardste van een meter.
Allereerst, wanneer de harde schijf is ingeschakeld, leest deze de service-informatie van de drive (het wordt ook de "zero track" genoemd), die informatie bevat over de schijf en zijn status. Als de sectoren met service-informatie beschadigd zijn, zal de harde schijf niet werken.
Dan begint het werk direct met de gegevens op de schijf. Deeltjes van ferromagnetisch materiaal, die het oppervlak van de schijf bedekken, vormen onder invloed van de magnetische kop voorwaardelijk bits - digitale informatie-opslageenheden. De gegevens op de harde schijf worden verdeeld in sporen, wat een ringvormig gebied is op het oppervlak van één magnetische schijf. Het spoor is op zijn beurt verdeeld in gelijke segmenten, sectoren genoemd. Dus, zwevend boven het werkoppervlak van de schijf, kan de magnetische kop, door het magnetische veld te veranderen, gegevens strikt naar een specifieke plaats in de schijf schrijven en door de magnetische flux op te vangen, wordt informatie over de sectoren gelezen.
De harde schijf formatteren
Om ervoor te zorgen dat de harde schijf gegevens kan toepassen, wordt deze eerst onderworpen aan een formatteringsproces. Ook is formatteren soms vereist bij het opnieuw installeren van het besturingssysteem, hoewel in het tweede geval niet de hele schijf wordt geformatteerd, maar slechts een van de logische partities.
Tijdens het formatteren wordt service-informatie op de schijf toegepast, evenals gegevens over de locatie van sectoren en tracks op het schijfoppervlak. Dit is nodig voor een nauwkeurige positionering van de magneetkoppen bij het werken met een harde schijf.
Specificaties harde schijf
De moderne markt voor harde schijven biedt een keuze uit een grote verscheidenheid aan modellen harde schijven, die van elkaar verschillen in verschillende technische parameters. Dit zijn de belangrijkste kenmerken waarmee harde schijven worden onderscheiden:
- Verbindingsinterface. De meeste moderne harde schijven worden via de SATA-interface op het moederbord aangesloten, maar er zijn modellen met andere soorten aansluitingen: eSATA, FireWire, Thunderbolt en IDE.
- Capaciteit. Een waarde die de hoeveelheid informatie kenmerkt die op een harde schijf past. Op dit moment zijn de meest populaire schijven met een capaciteit van 500 GB en 1 TB.
- Vormfactor Moderne harde schijven zijn er in twee fysieke formaten, 2,5" en 3,5". De eerste zijn bedoeld voor gebruik in laptops en compacte versies van pc's, terwijl de laatste worden gebruikt in conventionele desktopcomputers.
- Spindel snelheid. Hoe hoger de spilsnelheid van de harde schijf, hoe sneller deze werkt. De meeste harde schijven op de markt hebben een rotatiesnelheid van 5400 of 7200 rpm, maar er zijn ook schijven met een spindelsnelheid van 10.000 rpm.
- Buffer grootte. Om het verschil in lees-/schrijfsnelheid en overdracht via de interface in harde schijven weg te werken, wordt een tussengeheugen, een buffer genaamd, gebruikt. De buffergrootte varieert van 8 tot 128 megabyte.
- Willekeurige toegangstijd. Dit is de tijd die nodig is om een bewerking uit te voeren om de magneetkop op een willekeurig gebied van het oppervlak van de harde schijf te plaatsen. Het kan tussen 2,5 en 16 milliseconden zijn.
Waarom wordt een harde schijf een harde schijf genoemd?
Volgens één versie kreeg de harde schijf zijn onofficiële bijnaam "Winchester" in 1973, toen 's werelds eerste HDD werd uitgebracht, waarin de aerodynamische leeskoppen waren ondergebracht in één verzegelde doos met magnetische platen. Deze schijf had een capaciteit van 30 MB plus 30 MB in een verwijderbaar compartiment, daarom gaven de ingenieurs die aan de ontwikkeling ervan werkten het de codenaam 30-30, wat overeenkwam met de aanduiding van het populaire jachtgeweer met de 30-30 Winchester patroon. Begin jaren negentig raakte de naam "Winchester" buiten gebruik in Europa en de Verenigde Staten, maar is nog steeds populair in Russisch sprekende landen. Ook hoor je vaak een meer afgekorte slangversie van de naam Winchester - "schroef", voornamelijk gebruikt door computerspecialisten.
Veel gebruikers zijn geïnteresseerd in de harde schijf. En niet zonder reden, want tegenwoordig is het meest voorkomende opslagapparaat op een computer de HDD. Verder zullen de principes van de werking en structuur worden geanalyseerd.
Winchester is in wezen als een draaitafel. Het bevat ook platen en leeskoppen. De HDD is echter complexer. Als we de harde schijf demonteren, zullen we zien dat de platen voornamelijk van metaal zijn en bedekt zijn met een magnetische laag. Daarop worden gegevens vastgelegd. Afhankelijk van het volume van de harde schijf zijn er 4 tot 9. Ze zijn gemonteerd op een as die een "spil" wordt genoemd en heeft een hoge rotatiesnelheid van 3600 tot 10000 tpm voor consumentenproducten.
Naast het platenblok bevindt zich het leeskopblok. Het aantal koppen wordt bepaald door het aantal magnetische schijven, namelijk één voor elk schijfoppervlak. In tegenstelling tot een hardeschijfspeler raakt de kop het oppervlak van de platters niet, maar hangt er overheen. Dit elimineert mechanische slijtage. Omdat de platen een hoge rotatiesnelheid hebben en de koppen constant op een uiterst kleine constante afstand erboven moeten zijn, is het erg belangrijk dat er niets in de behuizing kan komen. Het kleinste stofje kan immers al fysieke schade veroorzaken. Daarom wordt het mechanische deel hermetisch afgesloten met een omhulsel en wordt het elektronische deel eruit gehaald.
Sommige gebruikers zijn geïnteresseerd in het demonteren van een harde schijf. Het moet duidelijk zijn dat de analyse van een werkende aandrijving een schending van de dichtheid ervan inhoudt. En dit zal het op zijn beurt onbruikbaar maken. Doe dit daarom niet als u niet klaar bent om alle gegevens op het opslagmedium te verliezen. Als je geen dringende behoefte hebt om de schijf te openen, maar gewoon nieuwsgierig bent naar waar de harde schijf uit bestaat, kun je een foto zien van de gedemonteerde HDD.
Daarom worden harde schijven op magnetische schijven tijdens reparatie gedemonteerd en in een speciale laminaire doos gemonteerd. Het handhaaft de omgeving die nodig is voor dergelijke werkzaamheden met behulp van een luchttoevoersysteem met een hoge zuiverheid en dichtheid. Als u uw schijf thuis hebt gedemonteerd, maakt u deze zeker onbruikbaar.
De niet-actieve leeskoppen bevinden zich naast het plateau. Dit wordt ook wel de "parkeerpositie" genoemd. Een speciaal apparaat brengt de koppen pas in het werkgebied wanneer de schijf is versneld tot de vereiste snelheid. Ze bewegen allemaal samen, niet elk afzonderlijk. Hierdoor heeft u snel toegang tot alle gegevens.
Het elektronische bord of de controller is meestal aan de onderkant van de harde schijf bevestigd. Ze wordt nergens door beschermd en is hierdoor behoorlijk kwetsbaar voor mechanische en thermische schade. Zij is het die de mechanica controleert. Winchester verschilt van een laptop van een standaard 3,5-inch alleen in grootte. Het werkingsprincipe van een harde schijf is precies hetzelfde. Ze kunnen alleen verschillen in het aantal magnetische pannenkoeken en de opslagcapaciteit.
Zoals kan worden opgespoord, is de harde schijf onderhevig aan schokken, schokken, krassen, aanzienlijke temperatuurveranderingen en spanningspieken. En dat maakt het niet helemaal een betrouwbare informatiedrager. Hierdoor valt de harde schijf op een laptop vaker uit dan op een stationaire pc. Draagbare apparaten worden immers voortdurend geschud, soms laten vallen, in de kou gezet of in de zon gezet. En dit heeft op zijn beurt een negatief effect op de harde schijf.
Stel de HDD niet bloot aan vallen en schokken, zorg voor voldoende ventilatie in de behuizing en voer manipulaties met de schijf alleen uit als de stroom is uitgeschakeld om de levensduur van de HDD te verlengen. Deze tekortkomingen leidden tot de opkomst van een nieuw type SSD harde schijven. Geleidelijk verdringen ze HDD's, die ooit op geweldige media leken.
Logisch apparaat
We hebben geleerd hoe een harde schijf er van binnen uitziet. Nu zullen we de logische structurering ervan analyseren. De gegevens worden in tracks naar de harde schijf van de computer geschreven, die zijn onderverdeeld in specifieke sectoren. Elke sector is 512 bytes groot. Opeenvolgende sectoren worden samengevoegd tot een cluster.
Wanneer u een nieuwe HDD installeert, moet u deze formatteren, anders ziet de computer de vrije ruimte op de schijf gewoon niet. Opmaak kan fysiek en logisch zijn. De eerste omvat het partitioneren van de schijf in sectoren. Sommigen van hen kunnen worden gedefinieerd als "slecht", dat wil zeggen, onbruikbaar voor gegevensregistratie. In de meeste gevallen is de schijf al op deze manier geformatteerd voordat hij wordt verkocht.
Logische opmaak houdt in dat u een logische partitie op uw harde schijf maakt. Dit maakt het mogelijk om het werken met informatie aanzienlijk te vereenvoudigen en te optimaliseren. Een logische partitie (of, zoals het ook wordt genoemd, "logische schijf") wordt toegewezen aan een bepaald gebied van de schijf. Je kunt ermee werken als met een losse harde schijf. Om te begrijpen hoe een harde schijf met zijn partities werkt, volstaat het om de harde schijf visueel in 2-4 delen te verdelen, afhankelijk van het aantal logische volumes. Voor elk volume kunt u een eigen formatteringssysteem toepassen: FAT32, NTFS of exFAT.
Technische details
HDD's verschillen van elkaar in de volgende gegevens:
- volume;
- spindel rotatiesnelheid;
- koppel.
Tot op heden is het gemiddelde volume van een harde schijf 500-1000 GB. Het bepaalt de hoeveelheid informatie die u naar het medium kunt schrijven. De spilsnelheid bepaalt hoe snel u toegang hebt tot gegevens, dat wil zeggen, informatie lezen en schrijven. De meest voorkomende interface is SATA, die de verouderde en trage IDE verving. Ze verschillen van elkaar in bandbreedte en type connector om op het moederbord aan te sluiten. Merk op dat een moderne laptopschijf alleen een SATA- of SATA2-interface kan hebben.
Dit artikel onderzocht hoe een harde schijf werkt, de werkingsprincipes, technische gegevens en logische structuur.
Harde schijven, of, zoals ze ook wel harde schijven worden genoemd, zijn een van de belangrijkste onderdelen van een computersysteem. Iedereen weet ervan. Maar niet elke moderne gebruiker weet in principe hoe een harde schijf werkt. Het werkingsprincipe is over het algemeen vrij eenvoudig voor een basisbegrip, maar er zijn hier enkele nuances, die later zullen worden besproken.
Vragen over het doel en de classificatie van harde schijven?
De vraag naar het doel is natuurlijk retorisch. Elke gebruiker, zelfs de meest instapmodel, zal onmiddellijk antwoorden dat de harde schijf (ook bekend als harde schijf, ook bekend als harde schijf of HDD) onmiddellijk zal antwoorden dat deze dient om informatie op te slaan.
Over het algemeen is het waar. Vergeet niet dat er op de harde schijf, naast het besturingssysteem en gebruikersbestanden, opstartsectoren zijn gemaakt door het besturingssysteem, waardoor het start, evenals enkele labels waarmee u snel de nodige informatie over de schijf.
Moderne modellen zijn behoorlijk divers: gewone HDD's, externe harde schijven, high-speed solid-state drives SSD, hoewel ze meestal geen harde schijven worden genoemd. Verder wordt voorgesteld om het apparaat en het werkingsprincipe van de harde schijf te overwegen, zo niet volledig, dan tenminste op zo'n manier dat het voldoende zou zijn om de basisvoorwaarden en -processen te begrijpen.
Houd er rekening mee dat er ook een speciale classificatie is van moderne HDD's volgens enkele basiscriteria, waaronder de volgende:
- manier om informatie op te slaan;
- mediatype;
- manier om de toegang tot informatie te organiseren.
Waarom wordt een harde schijf een harde schijf genoemd?
Tegenwoordig vragen veel gebruikers zich af waarom ze ze harde schijven voor kleine wapens noemen. Het lijkt erop, wat zou er gemeen kunnen zijn tussen deze twee apparaten?
De term zelf verscheen al in 1973, toen 's werelds eerste HDD op de markt verscheen, waarvan het ontwerp bestond uit twee afzonderlijke compartimenten in één verzegelde container. De capaciteit van elk compartiment was 30 MB, daarom gaven de ingenieurs de schijf de codenaam "30-30", die volledig overeenkwam met het merk van het populaire 30-30 Winchester-geweer in die tijd. Toegegeven, in de vroege jaren 90 in Amerika en Europa raakte deze naam praktisch buiten gebruik, maar hij blijft nog steeds populair in de post-Sovjet-ruimte.
Het apparaat en het werkingsprincipe van de harde schijf
Maar we werden afgeleid. Het werkingsprincipe van een harde schijf kan kort worden omschreven als de processen van het lezen of schrijven van informatie. Maar hoe gebeurt dit? Om te begrijpen hoe een magnetische harde schijf werkt, moet u eerst bestuderen hoe deze werkt.
De harde schijf zelf is een set platen, waarvan het aantal kan variëren van vier tot negen, met elkaar verbonden door een as (as) die een spindel wordt genoemd. De platen zijn boven elkaar geplaatst. Meestal zijn de materialen voor hun vervaardiging aluminium, messing, keramiek, glas, enz. De platen zelf hebben een speciale magnetische coating in de vorm van een materiaal dat schotel wordt genoemd, op basis van gamma-ferrietoxide, chroomoxide, bariumferriet, enz. Elk van deze platen is ongeveer 2 mm dik.
Radiale koppen zijn verantwoordelijk voor het schrijven en lezen van informatie (één voor elke plaat), en beide oppervlakken worden in de platen gebruikt. Waarvoor het kan zijn van 3600 tot 7200 tpm, en twee elektromotoren zijn verantwoordelijk voor de beweging van de koppen.
In dit geval is het basisprincipe van de harde schijf van de computer dat informatie niet overal wordt geschreven, maar op strikt gedefinieerde locaties, sectoren genaamd, die zich op concentrische sporen of sporen bevinden. Om verwarring te voorkomen gelden uniforme regels. Het betekent dat de principes van harde schijven, vanuit het oogpunt van hun logische structuur, universeel zijn. Dus de grootte van één sector, die over de hele wereld als een uniforme standaard wordt geaccepteerd, is bijvoorbeeld 512 bytes. Op hun beurt zijn de sectoren verdeeld in clusters, die reeksen zijn van aangrenzende sectoren. En de eigenaardigheden van het werkingsprincipe van de harde schijf in dit opzicht zijn dat de uitwisseling van informatie precies wordt uitgevoerd door hele clusters (een geheel aantal ketens van sectoren).
Maar hoe gebeurt het lezen van informatie? De werkingsprincipes van een harde schijf zijn als volgt: met behulp van een speciale beugel beweegt de leeskop in een radiale (spiraal) richting naar het gewenste spoor en wordt, wanneer geroteerd, over een bepaalde sector gepositioneerd, en alle koppen kunnen bewegen tegelijkertijd dezelfde informatie lezen, niet alleen van verschillende tracks, maar ook van verschillende schijven (platen). Alle tracks met dezelfde serienummers worden meestal cilinders genoemd.
Tegelijkertijd kan nog een ander principe van de werking van de harde schijf worden onderscheiden: hoe dichter de leeskop bij het magnetische oppervlak is (maar het niet aanraakt), hoe hoger de opnamedichtheid.
Hoe wordt informatie geschreven en gelezen?
Harde schijven of harde schijven werden magnetisch genoemd omdat ze de wetten van de fysica van magnetisme gebruiken, geformuleerd door Faraday en Maxwell.
Zoals reeds vermeld, wordt op de platen een magnetische coating aangebracht van een niet-magnetisch gevoelig materiaal waarvan de dikte slechts enkele micrometers is. Tijdens bedrijf verschijnt een magnetisch veld, dat een zogenaamde domeinstructuur heeft.
Het magnetische domein is een gemagnetiseerd gebied van de ferrolegering die strikt wordt beperkt door de grenzen. Verder kan het werkingsprincipe van een harde schijf in het kort als volgt worden beschreven: wanneer het effect van een extern magnetisch veld optreedt, begint het intrinsieke veld van de schijf zich strikt langs de magnetische lijnen te oriënteren, en wanneer het effect wordt beëindigd, zones van remanente magnetisatie verschijnen op de schijven, waarin de informatie die eerder in het hoofdveld was opgeslagen, is opgeslagen ...
De leeskop is verantwoordelijk voor het creëren van een extern veld tijdens het schrijven, en tijdens het lezen creëert de remanente magnetisatiezone, tegenover de kop, een elektromotorische kracht of EMF. Dan is alles eenvoudig: de verandering in EMF komt overeen met één in de binaire code en de afwezigheid of beëindiging ervan komt overeen met nul. De tijd van EMF-verandering wordt meestal een bitelement genoemd.
Bovendien kan, puur om informaticaredenen, een magnetisch oppervlak worden geassocieerd met een bepaalde puntenreeks van informatiebits. Maar aangezien het absoluut onmogelijk is om de locatie van dergelijke punten te berekenen, is het noodzakelijk om een aantal vooraf bepaalde markeringen op de schijf te installeren, die hebben geholpen om de gewenste locatie te bepalen. Het maken van dergelijke labels wordt formatteren genoemd (grofweg gezegd: de schijf opsplitsen in tracks en sectoren, gecombineerd in clusters).
De logische structuur en het principe van de harde schijf in termen van formatteren
Wat betreft de logische organisatie van de HDD, komt formattering hier op de eerste plaats, waarbij twee hoofdtypen worden onderscheiden: low-level (fysiek) en high-level (logisch). Zonder deze fasen is het niet nodig om te praten over het in werkende staat brengen van de harde schijf. Hoe u een nieuwe harde schijf initialiseert, wordt afzonderlijk besproken.
Formatteren op laag niveau heeft een fysieke impact op het oppervlak van de HDD, waardoor sectoren langs de sporen ontstaan. Het is merkwaardig dat het werkingsprincipe van een harde schijf zodanig is dat elke gecreëerde sector zijn eigen unieke adres heeft, inclusief het nummer van de sector zelf, het nummer van het spoor waarop het zich bevindt en het nummer van de zijkant van het bord. Dus, bij het organiseren van directe toegang, adresseert dezelfde RAM rechtstreeks naar een bepaald adres en zoekt niet naar de benodigde informatie over het hele oppervlak, waardoor snelheid wordt bereikt (hoewel dit niet het belangrijkste is). Houd er rekening mee dat bij het formatteren op laag niveau absoluut alle informatie wordt gewist en in de meeste gevallen niet kan worden hersteld.
Logische opmaak is een andere zaak (op Windows-systemen is dit snel formatteren of Snel formatteren). Bovendien zijn deze processen van toepassing op het maken van logische partities, die een soort gebied van de hoofdharde schijf zijn dat op dezelfde manier werkt.
Logische opmaak heeft voornamelijk invloed op het systeemgebied, dat bestaat uit de opstartsector- en partitietabellen (Bootrecord), bestandstoewijzingstabel (FAT, NTFS, enz.) en de hoofdmap (Root Directory).
Informatie wordt via het cluster in verschillende delen naar sectoren geschreven en één cluster kan geen twee identieke objecten (bestanden) bevatten. In feite scheidt het maken van een logische partitie deze als het ware van de hoofdsysteempartitie, waardoor de informatie die erop is opgeslagen niet kan worden gewijzigd of verwijderd wanneer fouten en storingen optreden.
Belangrijkste kenmerken van HDD
Ik denk dat, in algemene termen, het principe van de harde schijf een beetje duidelijk is. Laten we nu verder gaan met de belangrijkste kenmerken, die een compleet beeld geven van alle mogelijkheden (of nadelen) van moderne harde schijven.
Het werkingsprincipe van een harde schijf en de basiskenmerken kunnen totaal verschillend zijn. Laten we, om te begrijpen waar we het over hebben, de meest elementaire parameters noemen die kenmerkend zijn voor alle tegenwoordig bekende informatieopslagapparaten:
- capaciteit (volume);
- prestaties (snelheid van toegang tot gegevens, lezen en schrijven van informatie);
- interface (aansluitmethode, type controller).
Capaciteit is de totale hoeveelheid informatie die kan worden vastgelegd en opgeslagen op de harde schijf. De HDD-industrie ontwikkelt zich zo snel dat tegenwoordig harde schijven met volumes van ongeveer 2 TB en meer in gebruik zijn genomen. En, zoals men gelooft, is dit niet de limiet.
De interface is het belangrijkste kenmerk. Het bepaalt op welke manier het apparaat is aangesloten op het moederbord, welke controller wordt gebruikt, hoe er wordt gelezen en geschreven, etc. De belangrijkste en meest voorkomende interfaces zijn IDE, SATA en SCSI.
Schijven met een IDE-interface zijn niet duur, maar een van de belangrijkste nadelen is het beperkte aantal gelijktijdig aangesloten apparaten (maximaal vier) en lage gegevensoverdrachtsnelheden (zelfs als ondersteuning voor directe toegang tot Ultra DMA-geheugen of Ultra ATA-protocollen (Mode 2 en Modus 4) Hoewel, zoals wordt aangenomen, het gebruik ervan de lees- / schrijfsnelheid tot 16 MB / s kan verhogen, is de snelheid in werkelijkheid veel lager. Om de UDMA-modus te gebruiken, moet u bovendien een speciaal stuurprogramma installeren , die in theorie zou moeten worden aangevuld met moederbord.
Over het werkingsprincipe van de harde schijf en zijn kenmerken gesproken, kan men niet negeren en dat is de opvolger van de IDE ATA-versie. Het voordeel van deze technologie is dat de lees-/schrijfsnelheid kan worden verhoogd tot 100 MB/s met behulp van de high-speed Fireware IEEE-1394-bus.
Ten slotte is de SCSI-interface het meest flexibel en snelste in vergelijking met de vorige twee (lees/schrijfsnelheden tot 160 Mb/s en hoger). Maar zulke harde schijven zijn bijna twee keer zo duur. Maar het aantal gelijktijdig aangesloten opslagapparaten is van zeven tot vijftien, de verbinding kan worden uitgevoerd zonder de computer uit te schakelen en de kabellengte kan ongeveer 15-30 meter zijn. Eigenlijk wordt dit type HDD meestal niet gebruikt op pc's van gebruikers, maar op servers.
Prestaties, die de overdrachtssnelheid en I / O-doorvoer beschrijven, worden meestal uitgedrukt in overdrachtstijd en de hoeveelheid sequentiële gegevens die worden overgedragen, en worden uitgedrukt in MB / s.
Enkele aanvullende parameters
Sprekend over wat het werkingsprincipe van een harde schijf is en welke parameters de werking ervan beïnvloeden, kan men niet voorbijgaan aan enkele aanvullende kenmerken waarvan de prestaties of zelfs de levensduur van het apparaat kunnen afhangen.
Hier is in de eerste plaats de rotatiesnelheid, die direct van invloed is op het zoeken en initialiseren (herkenning) van de gewenste sector. Dit is de zogenaamde latente zoektijd - het interval waarin de gewenste sector naar de leeskop wordt gedraaid. Tegenwoordig zijn er verschillende normen aangenomen voor het spiltoerental uitgedrukt in rpm met verblijfstijden in milliseconden:
- 3600 - 8,33;
- 4500 - 6,67;
- 5400 - 5,56;
- 7200 - 4,17.
Het is gemakkelijk in te zien dat hoe hoger de snelheid, hoe minder tijd het kost om naar sectoren te zoeken, en in fysieke termen, om de schijf te draaien voordat het vereiste plaatpositioneringspunt voor de kop wordt ingesteld.
Een andere parameter is de interne baudrate. Op de buitenste sporen is het minimaal, maar het neemt toe met een geleidelijke overgang naar de binnenste sporen. Dus hetzelfde defragmentatieproces, dat veelgebruikte gegevens naar de snelste delen van de schijf verplaatst, is niets meer dan het overbrengen naar een interne track met een hogere leessnelheid. De externe snelheid heeft vaste waarden en is direct afhankelijk van de gebruikte interface.
Ten slotte heeft een van de belangrijke punten te maken met het feit dat de harde schijf zijn eigen cachegeheugen of buffer heeft. In feite is het werkingsprincipe van een harde schijf in termen van het gebruik van een buffer enigszins vergelijkbaar met RAM of virtueel geheugen. Hoe groter het cachegeheugen (128-256 KB), hoe sneller de harde schijf zal werken.
Belangrijkste vereisten voor HDD
Er zijn niet zoveel basisvereisten die in de meeste gevallen aan harde schijven worden gesteld. Het belangrijkste is een lange levensduur en betrouwbaarheid.
De belangrijkste norm voor de meeste HDD's wordt beschouwd als een levensduur van ongeveer 5-7 jaar met een bedrijfstijd van minstens vijfhonderdduizend uur, maar voor high-end harde schijven is dit cijfer minstens een miljoen uur.
Wat de betrouwbaarheid betreft, is hiervoor de S.M.A.R.T.-zelftestfunctie verantwoordelijk, die de toestand van afzonderlijke elementen van de harde schijf bewaakt en een constante bewaking uitvoert. Op basis van de verzamelde gegevens kan zelfs een bepaalde voorspelling van het optreden van mogelijke storingen in de toekomst worden gevormd.
Het spreekt voor zich dat de gebruiker niet mag ontbreken. Dus bij het werken met HDD is het bijvoorbeeld uiterst belangrijk om het optimale temperatuurregime (0 - 50 ± 10 graden Celsius) in acht te nemen, om schokken, schokken en vallen van de harde schijf, stof of andere kleine deeltjes te voorkomen , enz. Het is interessant om te weten dat dezelfde tabaksrookdeeltjes ongeveer tweemaal de afstand tussen de leeskop en het magnetische oppervlak van de harde schijf zijn, en de afstand tussen een mensenhaar 5-10 keer.
Initialisatieproblemen in het systeem bij het vervangen van de harde schijf
Nu een paar woorden over welke actie moet worden ondernomen als de gebruiker om de een of andere reden de harde schijf heeft gewijzigd of een extra schijf heeft geïnstalleerd.
We zullen dit proces niet volledig beschrijven, maar zullen alleen stilstaan bij de hoofdfasen. Eerst moet de harde schijf zijn aangesloten en in de BIOS-instellingen zien of de nieuwe hardware is gedetecteerd, in het gedeelte schijfbeheer om te initialiseren en een opstartrecord te maken, een eenvoudig volume te maken, er een identifier (letter) aan toe te wijzen en uit te voeren formatteren met de keuze van het bestandssysteem. Pas daarna is de nieuwe "schroef" helemaal klaar voor gebruik.
Conclusie
Dat is eigenlijk alles wat in het kort de fundamenten van het functioneren en de kenmerken van moderne harde schijven betreft. Het werkingsprincipe van een externe harde schijf is hier in principe niet overwogen, omdat het praktisch in niets verschilt van wat wordt gebruikt voor stationaire HDD's. Het enige verschil is de manier waarop u de extra schijf op uw computer of laptop aansluit. De meest voorkomende is de USB-interface, die rechtstreeks op het moederbord is aangesloten. Tegelijkertijd is het, als u maximale prestaties wilt garanderen, beter om de USB 3.0-standaard te gebruiken (de poort aan de binnenkant is blauw gekleurd), uiteraard op voorwaarde dat de externe HDD dit zelf ondersteunt.
Voor de rest denk ik dat velen op zijn minst een beetje hebben begrepen hoe een harde schijf van welk type dan ook werkt. Misschien is er hierboven te veel geciteerd, nog meer uit de natuurkunde op school, maar zonder dit zal het niet mogelijk zijn om alle basisprincipes en -methoden die inherent zijn aan de technologieën voor productie en gebruik van HDD volledig te begrijpen.
