Harde schijven

Wordt gedaan door een student
groepen 40-101B.
Karimov KR
Docent:
Usov PA

1. Hoe een harde schijf werkt .. 3

2. Schijfapparaat .. 5

3. Harde schijf bediening .. 10

4. Volume, snelheid en toegangstijd .. 12

5. Harde schijf-interfaces .. 14

6. Externe harde schijven .. 16

Hoe een harde schijf werkt

De harde schijf is een van de meest geavanceerde en geavanceerde apparaten in de moderne personal computer. De schijven zijn in staat om vele megabytes aan informatie te verwerken die met enorme snelheid wordt verzonden. Hoewel bijna alle onderdelen van een computer geruisloos werken, bromt en piept de harde schijf, waardoor het een van de weinige computerapparaten is die zowel mechanische als elektronische componenten bevat.

De basisprincipes van de werking van de harde schijf zijn sinds het begin weinig veranderd. Het apparaat van de harde schijf lijkt erg op een gewone platenspeler. Alleen onder het lichaam kunnen meerdere platen op een gemeenschappelijke as worden gemonteerd en de koppen kunnen informatie van beide zijden van elke plaat tegelijk lezen. De rotatiesnelheid van de platen (in sommige modellen bereikt deze 15.000 tpm) is constant en is een van de belangrijkste kenmerken. De kop beweegt langs de plaat op een bepaalde vaste afstand van het oppervlak. Hoe korter deze afstand, hoe nauwkeuriger de informatie wordt gelezen en hoe hoger de informatieregistratiedichtheid kan zijn. Als je naar de harde schijf kijkt, zie je alleen een stevige metalen behuizing. Het is volledig afgedicht en beschermt de drive tegen stofdeeltjes, die, indien gevangen in de nauwe opening tussen de kop en het oppervlak van de schijf, de gevoelige magnetische laag en de schijf kunnen beschadigen. Bovendien beschermt de behuizing de schijf tegen elektromagnetische interferentie. Alle mechanismen en enkele elektronische componenten bevinden zich in de behuizing. Mechanismen zijn de schijven zelf die informatie opslaan, de koppen die informatie van de schijven schrijven en lezen, en de motoren die alles in beweging zetten. De schijf is een ronde plaat met een zeer vlak oppervlak, meestal gemaakt van aluminium, minder vaak van keramiek of glas, bedekt met een dunne ferromagnetische laag. De schijven zijn gemaakt. Veel schijven gebruiken een laag ijzeroxide (die een gewone magneetband bedekt), maar de nieuwste harde schijven gebruiken een laag kobalt van ongeveer tien micron dik. Deze coating is duurzamer en stelt u bovendien in staat om de opnamedichtheid aanzienlijk te verhogen. De toepassingstechnologie ligt dicht bij die welke wordt gebruikt bij de productie van geïntegreerde schakelingen.

Het aantal schijven kan verschillen - van één tot vijf, het aantal werkoppervlakken is respectievelijk twee keer zo groot (twee op elke schijf). Dit laatste bepaalt (net als het materiaal voor de magnetische coating) de capaciteit van de harde schijf. Soms worden de buitenste oppervlakken van de buitenste schijven (of een ervan) niet gebruikt, waardoor de hoogte van de aandrijving kan worden verminderd, maar het aantal werkoppervlakken neemt af en kan vreemd blijken te zijn.

Magnetische koppen lezen en schrijven informatie naar schijven. Het opnameprincipe is over het algemeen vergelijkbaar met dat van een conventionele bandrecorder. Digitale informatie wordt omgezet in een elektrische wisselstroom die aan de magnetische kop wordt toegevoerd en vervolgens wordt doorgegeven aan de magnetische schijf, maar in de vorm van een magnetisch veld, dat de schijf kan waarnemen en "herinneren". De magnetische coating van de schijf wordt weergegeven door vele kleine gebieden van spontane (spontane) magnetisatie. Stel je voor de duidelijkheid voor dat de schijf bedekt is met een laag van zeer kleine kompaspijlen die in verschillende richtingen wijzen. Dergelijke pijldeeltjes worden domeinen genoemd. Onder invloed van een extern magnetisch veld worden de intrinsieke magnetische velden van de domeinen georiënteerd in overeenstemming met hun richting. Na het stoppen van de werking van het externe veld, worden zones van remanente magnetisatie gevormd op het oppervlak van de schijf. De informatie die op de schijf is opgenomen, wordt dus opgeslagen. Gebieden van remanente magnetisatie, die tegenover de opening van de magnetische kop liggen tijdens de rotatie van de schijf, induceren daarin een elektromotorische kracht, die varieert afhankelijk van de grootte van de magnetisatie. Het schijvenpakket, gemonteerd op een spindelas, wordt aangedreven door een speciale motor die er compact onder is geplaatst. Het toerental van de schijven is meestal 7200 rpm. Om de tijd die nodig is om de aandrijving in werking te stellen te verminderen, draait de motor, wanneer ingeschakeld, enige tijd in een geforceerde modus. Daarom moet de voeding van de computer een piekvermogensreserve hebben. Nu over het werk van de koppen. Ze bewegen met behulp van een precisiestappenmotor en "zweven" als het ware op een afstand van een fractie van een micron van het oppervlak van de schijf, zonder deze aan te raken. Als resultaat van informatieregistratie worden gemagnetiseerde gebieden gevormd op het oppervlak van de schijven, in de vorm van concentrische cirkels. Ze worden magnetische strepen genoemd. Bewegend stoppen de koppen boven elk volgend nummer. De reeks sporen die zich op alle oppervlakken onder elkaar bevinden, wordt een cilinder genoemd. Alle aandrijfkoppen bewegen gelijktijdig en hebben toegang tot de cilinders met dezelfde naam met dezelfde nummers.

Schijfapparaat

Een typische harde schijf bestaat uit een HDA en een elektronicakaart. De HDA bevat alle mechanische onderdelen, het bord bevat alle besturingselektronica, behalve de voorversterker die zich in de HDA in de directe omgeving van de koppen bevindt.

Er is een motor onder de schijven - plat, zoals in floppydrives, of ingebouwd in de spil van een schijfpakket. Door de schijven te draaien ontstaat er een sterke luchtstroom die rond de HDA-perimeter circuleert en constant wordt gereinigd door een filter dat aan een van de zijkanten is geïnstalleerd.

Dichter bij de connectoren, aan de linker- of rechterkant van de spil, bevindt zich een roterende positioner, die enigszins doet denken aan een torenkraan: aan de ene kant van de as bevinden zich dunne, lange en lichtdragende magnetische koppen die naar de schijven zijn gericht, en aan de andere kant - een kortere en massievere schacht met een wikkeling van een elektromagnetische aandrijving. Bij het draaien van de tuimelaars van de klepstandsteller bewegen de koppen in een boog tussen het midden en de omtrek van de schijven. De hoek tussen de assen van de klepstandsteller en de spindel wordt samen met de afstand van de hartlijn van de klepstandsteller tot de koppen gekozen zodat de hartlijn van de kop bij het draaien zo min mogelijk afwijkt van de raaklijn.

In eerdere modellen was de tuimelaar bevestigd aan de as van de stappenmotor en werd de afstand tussen de sporen bepaald door de stapgrootte. In moderne modellen wordt een zogenaamde lineaire motor gebruikt, die geen enkele discretie heeft, en de installatie op het spoor wordt uitgevoerd volgens de signalen die op de schijven zijn opgenomen, wat een aanzienlijke toename van de aandrijfnauwkeurigheid en opnamedichtheid op de schijven.

De wikkeling van de klepstandsteller is omgeven door een permanentmagneetstator. Wanneer een stroom van een bepaalde grootte en polariteit aan de wikkeling wordt geleverd, begint de tuimelaar in de juiste richting te draaien met een overeenkomstige versnelling; dynamisch veranderen van de stroom in de wikkeling, de klepstandsteller kan worden ingesteld op elke positie. Dit aandrijfsysteem wordt de Voice Coil (spreekspoel) genoemd - naar analogie met een luidsprekerdiffusor.

Een zogenaamde magnetische grendel bevindt zich meestal op de schacht - een kleine permanente magneet, die in de uiterste interne positie van de koppen (landingszone) wordt aangetrokken door het statoroppervlak en de rocker in deze positie fixeert. Dit is de zogenaamde parkeerpositie van de koppen, die op het oppervlak van de schijf liggen, in contact ermee. In een aantal dure modellen (meestal SCSI) is een speciale elektromagneet voorzien voor het fixeren van de klepstandsteller, waarvan het anker in de vrije stand de beweging van de tuimelaar blokkeert. Er wordt geen informatie opgenomen in de schijflandingszone.

De resterende vrije ruimte bevat een voorversterker van het signaal van de koppen en hun commutator. De klepstandsteller is verbonden met de voorversterkerkaart met een flexibele lintkabel, maar bij sommige harde schijven (met name sommige Maxtor AV-modellen) wordt het wikkelvermogen geleverd door afzonderlijke enkeladerige draden, die de neiging hebben te breken tijdens actief bedrijf. De hermetische unit is gevuld met normale stofvrije lucht op atmosferische druk. In de covers van HDA op sommige harde schijven zijn speciaal kleine vensters gemaakt, verzegeld met een dunne film, die dienen om de druk binnen en buiten gelijk te maken. Bij sommige modellen is het raam gesloten met een ademend filter. In sommige modellen harde schijven zijn de spil- en positioneringsassen slechts op één plaats bevestigd - op de harde schijfbehuizing, in andere worden ze bovendien met schroeven aan de HDA-afdekking bevestigd. De tweede modellen zijn gevoeliger voor microdeformatie tijdens het bevestigen - een voldoende sterke aanscherping van de bevestigingsschroeven om een ​​onaanvaardbare verkeerde uitlijning van de assen te creëren. In sommige gevallen kan een dergelijke vooringenomenheid moeilijk onomkeerbaar of volledig onomkeerbaar worden. Het elektronicabord is verwijderbaar; het is verbonden met de HDA via een of twee connectoren van verschillende uitvoeringen. Het bord bevat de hoofdprocessor van de harde schijf, ROM met het programma, werkend RAM, dat meestal wordt gebruikt als schijfbuffer, een digitale signaalprocessor (DSP) voor het voorbereiden van de opgenomen en verwerkte signalen, en interfacelogica. Op sommige harde schijven is het processorprogramma volledig opgeslagen in ROM, op ​​andere wordt een bepaald deel ervan vastgelegd in het servicegebied van de schijf. De schijf kan ook schijfparameters bevatten (model, serienummer, enz.). Sommige harde schijven slaan deze informatie op in een elektrisch reproduceerbare ROM (EEPROM).

Veel harde schijven hebben een speciale technologische interface met een connector op het elektronicabord, waarmee u met behulp van bankapparatuur verschillende servicehandelingen met de schijf kunt uitvoeren - testen, formatteren, opnieuw toewijzen van defecte gebieden, enz. Moderne schijven van het merk Conner hebben een technologische interface die is gemaakt in de seriële interfacestandaard, waardoor deze via een adapter kan worden aangesloten op een alfanumerieke terminal of een COM-poort van een computer. De ROM bevat het zogenaamde test-monitoringsysteem (TMOS), dat de commando's van de terminal waarneemt, uitvoert en de resultaten terugstuurt naar de terminal. Vroege harde schijven, zoals diskettes, werden vervaardigd met schone magnetische oppervlakken; de eerste opmaak (opmaak) werd door de consument naar eigen goeddunken gedaan en kon een willekeurig aantal keren worden gedaan. Voor moderne modellen gebeurt de markering tijdens het productieproces; tegelijkertijd wordt servo-informatie op de schijven vastgelegd - speciale markeringen die nodig zijn voor het stabiliseren van de rotatiesnelheid, het zoeken naar sectoren en het volgen van de positie van koppen op oppervlakken. Nog niet zo lang geleden werd een speciaal oppervlak gebruikt om servo-informatie vast te leggen, waarlangs de koppen van alle andere oppervlakken werden aangepast. Een dergelijk systeem vereiste een hoge stijfheid bij het bevestigen van de koppen, zodat er geen discrepanties tussen zouden zijn na de eerste markering. Tegenwoordig wordt servo-informatie vastgelegd in de gaten tussen sectoren (embedded), wat het mogelijk maakt om de bruikbare capaciteit van het pakket te vergroten en de beperking op de stijfheid van het bewegende systeem weg te nemen. Sommige moderne modellen gebruiken een gecombineerd volgsysteem - ingebouwde servo-informatie gecombineerd met een speciaal oppervlak; in dit geval wordt de grove aanpassing uitgevoerd volgens het geselecteerde oppervlak en wordt de fijne aanpassing uitgevoerd volgens de ingebouwde markeringen.

Aangezien de servo-informatie een referentiemarkering op de schijf is, kan de controller van de harde schijf deze niet zelf herstellen in geval van schade. Bij het programmatisch formatteren van zo'n harde schijf is het alleen mogelijk om headers en checksums van datasectoren te overschrijven.

Tijdens het eerste markeren en testen van een moderne harde schijf in de fabriek worden bijna altijd defecte sectoren gevonden, die in een speciale hertoewijzingstabel worden ingevoerd. Tijdens normaal gebruik vervangt de hardeschijfcontroller deze sectoren door reserveonderdelen, die speciaal voor dit doel zijn gereserveerd op elke track, groep tracks of een speciaal gebied van de schijf. Hierdoor wekt de nieuwe harde schijf de schijn van een volledige afwezigheid van oppervlaktedefecten, hoewel ze er in feite bijna altijd zijn.

Wanneer de stroom wordt ingeschakeld, voert de processor van de harde schijf een elektronicatest uit, waarna deze een opdracht geeft om de spilmotor in te schakelen. Wanneer een bepaalde kritische rotatiesnelheid is bereikt, wordt de dichtheid van de lucht die wordt meegesleept door de schijfoppervlakken voldoende om de drukkracht van de koppen naar de oppervlakte te overwinnen en ze te verhogen tot een hoogte van fracties tot enkele microns boven de schijfoppervlakken - de hoofden "zweven". Vanaf dit moment totdat de snelheid onder het kritische niveau zakt, "hangen" de koppen aan een luchtkussen en raken de oppervlakken van de schijven helemaal niet.

Nadat de schijven een rotatiesnelheid hebben bereikt die dicht bij de nominale waarde ligt (meestal - 3600, 4500, 5400 of 7200 tpm), worden de koppen uit de parkeerzone verwijderd en begint het zoeken naar servomarkeringen om de rotatiesnelheid nauwkeurig te stabiliseren. Vervolgens wordt informatie uit het servicegebied gelezen - in het bijzonder de tabel voor het opnieuw toewijzen van defecte gebieden.

Aan het einde van de initialisatie wordt de klepstandsteller getest door de gespecificeerde reeks sporen te herhalen - als het succesvol is, stelt de processor het gereedheidsteken op de interface in en schakelt over naar de interface-bedieningsmodus.

Tijdens bedrijf werkt het systeem voor het volgen van de positie van de kop op de schijf constant: een foutsignaal wordt geëxtraheerd uit het continu gelezen signaal, dat wordt toegevoerd aan een feedbackcircuit dat de stroom in de wikkeling van de klepstandsteller regelt. Als gevolg van de afwijking van de kop van het midden van de baan, ontstaat er een signaal in de wikkeling dat de neiging heeft om het op zijn plaats terug te brengen.

Om de snelheden van datastromen te evenaren - op het niveau van lezen / schrijven en de externe interface - hebben harde schijven een tussenbuffer, vaak ten onrechte een cache genoemd, met een volume van meestal enkele tientallen of honderden kilobytes. In sommige modellen (bijvoorbeeld Quantum) bevindt de buffer zich in het gemeenschappelijke werk-RAM, waar het overlay-gedeelte van de besturingsfirmware eerst wordt geladen, waardoor het werkelijke buffervolume kleiner is dan het totale RAM (80-90 kb met 128 kb RAM voor Quantum). Andere modellen (Conner, Caviar) hebben aparte buffer en processor RAM.

Wanneer de stroom is uitgeschakeld, geeft de processor, die de energie gebruikt die nog in de condensatoren van het bord zit of deze uit de motorwikkelingen haalt, die tegelijkertijd als een generator werkt, een commando om de klepstandsteller in de parkeerpositie te zetten, die tijd heeft om te worden uitgevoerd voordat de rotatiesnelheid onder de kritische snelheid daalt. Bij sommige harde schijven (Quantum) wordt dit mogelijk gemaakt door een veerbelaste rocker die tussen de schijven is geplaatst en constant luchtdruk ervaart. Wanneer de luchtstroom wordt verzwakt, duwt de tuimelaar de klepstandsteller bovendien in de parkeerpositie, waar deze wordt vergrendeld met een vergrendeling. De beweging van de koppen naar de spil wordt ook vergemakkelijkt door de middelpuntzoekende kracht die voortkomt uit de rotatie van de schijven.

Harde schijf bediening

Nu - over het proces van de harde schijf zelf. Na de initiële instelling van de elektronica en mechanica, gaat de microcomputer van de harde schijf in de modus van wachten op opdrachten van de controller die zich op het moederbord of de interfacekaart bevindt. Nadat het de opdracht heeft ontvangen, zet het de vereiste kop aan, zoekt naar het vereiste spoor door middel van servo-impulsen, wacht tot de vereiste sector de kop "bereikt", en leest of schrijft informatie. Als de controller heeft verzocht om niet één sector, maar meerdere te lezen/schrijven, kan de harde schijf werken in de zogenaamde blokmodus, waarbij RAM als buffer wordt gebruikt en lezen/schrijven wordt gecombineerd met de overdracht van informatie van of naar de controller.

Voor een optimaal gebruik van het schijfoppervlak wordt de zogenaamde zone-opname (Zoned Bit Recording - ZBR) gebruikt, waarbij het principe is dat op de buitenste sporen die een grote lengte (en dus de informatiecapaciteit) hebben, informatie wordt opgenomen met een hogere dichtheid dan op de binnenste. ... Er zijn tot tien of meer van dergelijke zones met een constante registratiedichtheid binnen het gehele oppervlak; dienovereenkomstig is de snelheid van lezen en schrijven op externe zones hoger dan op interne. Hierdoor zullen bestanden die zich dichter bij het "begin" van de harde schijf bevinden over het algemeen sneller worden verwerkt dan bestanden die zich dichter bij het "einde" bevinden.

Nu over waar de ongelooflijk grote aantallen koppen die in de parameters van de harde schijven worden aangegeven vandaan komen. Er was eens dat deze getallen - het aantal cilinders, koppen en sectoren tegen een hogere prijs - echt de echte fysieke parameters (geometrie) van de harde schijf aanduiden. Bij gebruik van ZBR varieert het aantal sectoren echter van track tot track, en voor elke harde schijf zijn deze nummers verschillend - daarom begon de zogenaamde logische geometrie te worden gebruikt, toen de harde schijf de controller enkele voorwaardelijke parameters informeert , en bij het ontvangen van opdrachten, zet het logische adressen om in fysieke adressen. Tegelijkertijd zijn er in een harde schijf met een logische geometrie, bijvoorbeeld 520 cilinders, 128 koppen en 63 sectoren (totaal volume - 2 GB), hoogstwaarschijnlijk twee schijven - en vier lees- / schrijfkoppen.

De nieuwste generatie harde schijven gebruiken PRML (Partial Response, Maximum Likelihood) en S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Report Technology). De eerste is ontwikkeld vanwege het feit dat het met de bestaande opnamedichtheden niet langer mogelijk is om het signaal van het schijfoppervlak duidelijk en ondubbelzinnig af te lezen - het niveau van interferentie en vervorming is erg hoog. In plaats van directe transformatie van het signaal, wordt de vergelijking met een reeks monsters gebruikt, en op basis van de maximale gelijkenis wordt een conclusie getrokken over de ontvangst van een of ander codewoord - ongeveer op dezelfde manier als we woorden lezen in welke letters ontbreken of vervormd zijn.

Winchester, dat SMART-technologie implementeert, houdt statistieken bij van zijn bedrijfsparameters (het aantal starts / stops en gewerkte uren, spindelversnellingstijd, gedetecteerde / gecorrigeerde fouten, enz.), Die regelmatig worden opgeslagen in het flashgeheugen of in de servicegebieden van de schijf. Deze informatie wordt verzameld gedurende de levensduur van de harde schijf en kan op elk moment worden opgevraagd door analyseprogramma's; het kan worden gebruikt om de staat van de mechanica, bedrijfsomstandigheden of de geschatte faalkans te beoordelen.

Gelijkaardige informatie.

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 is ingeschakeld, 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 zijn vastgezet 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 naar 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

Ik dank u allen 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!

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 u geen dringende behoefte heeft om de schijf te openen, maar gewoon nieuwsgierig bent naar waar de harde schijf uit bestaat, kunt u 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.

Pagina 2 van 11

DEEL I. bestanden herstellen van de harde schijf

HOOFDSTUK 1: HOE WERKT EEN HARDE SCHIJF EN HOE DEZE GEGEVENS OPSLAG?

Een beetje over het apparaat van de harde schijf. Algemeen HDD-apparaat

Wat is een harde schijf (strikt genomen - een harde schijf)? Als je niet de kans hebt gehad om erover na te denken, laten we zeggen dat het van buitenaf op een enkel metalen blok lijkt. Bovendien is het zeer duurzaam en volledig afgesloten. Feit is dat de technologie van de schijf zo dun is dat zelfs het kleinste vreemde deeltje dat erin komt de werking ervan volledig kan verstoren. Om een ​​crisissituatie te voorkomen is er bovendien een reinigingsfilter in de harde schijf geplaatst. Ook dient de behuizing van de harde schijf als een schild tegen elektrische ruis. In feite bestaat een harde schijf uit twee hoofdonderdelen: mechanica en elektronica. De basis van het mechanische deel bestaat uit ronde platen (schijven). Eigenlijk kan er maar één schijf zijn. Het hangt allemaal af van de capaciteit van de harde schijf als geheel. Volgens een van de versies kreeg de harde schijf de naam "Winchester" dankzij het bedrijf dat in 1973 de 3340 harde schijf uitbracht, die voor het eerst de schijfschotels en leeskoppen combineerde in één behuizing uit één stuk. Bij de ontwikkeling ervan gebruikten de ingenieurs een korte interne naam "30-30", wat twee modules betekende (in de maximale configuratie), elk 30 MB. Kenneth Houghton, de projectmanager, stelde voor om deze schijf een "Winchester" te noemen vanwege de aanduiding van het populaire Winchester 30-30 jachtgeweer. In Europa en de Verenigde Staten raakte de naam "Winchester" in de jaren negentig buiten gebruik, terwijl het in het Russisch bleef en een semi-officiële status kreeg, en in computertaal werd het teruggebracht tot de woorden "schroef" (de meest voorkomende gebruikte versie), "lier" en "bezem" ... Ongeacht welk materiaal wordt gebruikt als de basis van de schijf, het is bedekt met een dunne laag van een stof die in staat is om resterende magnetisatie vast te houden na blootstelling aan een extern magnetisch veld. Deze laag wordt werkend of magnetisch genoemd en daarin wordt de opgenomen informatie opgeslagen. De meest voorkomende soorten werklagen zijn:
OXYDE;
dunne film;
dubbel antiferromagnetisch (AFC)

Momenteel zijn er kopieën van harde schijven die uit vier of meer platters bestaan. De samenstelling van de schijven kan variëren. Ze zijn gemaakt van aluminium, glas of keramiek. De laatste twee zijn praktischer, maar erg duur, en worden daarom gebruikt om "elite" harde schijven te maken. Na fabricage worden de platen bedekt met een laag ferromagnetisch materiaal. Sinds de creatie van de eerste harde schijven wordt hier ijzeroxide gebruikt. Deze stof had echter een belangrijk nadeel. De met deze ferromagneet gecoate schijven hadden weinig slijtvastheid. In dit opzicht gebruiken de meeste fabrikanten momenteel chroomkobalt als coating voor platen. De slijtvastheid van deze stof is een orde van grootte hoger dan de jarenlang gebruikte ferromagneet. Bovendien is deze coating veel dunner, omdat deze door sputteren wordt aangebracht, wat de opnamedichtheid aanzienlijk verhoogt. De ferromagneet wordt aan beide zijden van de schijf aangebracht, zodat de gegevens ook aan beide zijden worden geplaatst. De platen worden op gelijke afstand van elkaar op de spindel geplaatst en vormen zo een pakket. Onder de schijven zit een motor die ze ronddraait. Aan weerszijden van de platters bevinden zich lees-/schrijfkoppen. Ze zijn zo gerangschikt dat ze van de rand van de schijf naar het midden gaan. Een dedicated engine is hiervoor "verantwoordelijk". Elektronica is een bord waarop verschillende elementen "noodzakelijk" voor de werking van de harde schijf zijn geplaatst, zoals een processor, besturingsprogramma, RAM, een schrijf-/leesversterker en andere. Elke zijde van de plaat is verdeeld in sporen. Die zijn op hun beurt weer onderverdeeld in sectoren. Alle sporen van dezelfde diameter op alle vlakken vormen een cilinder. Moderne harde schijven hebben een "engineering cylinder". Het bevat service-informatie (schijfmodel, serienummer, enz.) voor verder lezen door een computer..

Voorheen moest de gebruiker de zogenaamde low-level formattering uitvoeren om de schijf gebruiksklaar te maken. Er was zelfs een overeenkomstig item in het BIOS. Nu wordt deze opmaak onmiddellijk geproduceerd tijdens de productie van harde schijven. Het feit is dat tijdens het formatteren op laag niveau servo-informatie wordt vastgelegd. Het bevat speciale markeringen die nodig zijn om de rotatiesnelheid van de spil te stabiliseren, om de benodigde sectoren bij de koppen te zoeken en om de positie van de koppen op het oppervlak van de platen te volgen. Als u denkt dat "slechte" sectoren op de harde schijf alleen tijdens het gebruik verschijnen, dan heeft u het mis. Elke nieuw gemaakte harde schijf heeft al een slecht blok. Met opmaak op laag niveau worden deze blokken dus gedetecteerd en naar een speciale hertoewijzingstabel geschreven. Vervolgens zal de harde schijfcontroller tijdens bedrijf de defecte blokken vervangen door functionele blokken, die al tijdens de productie speciaal voor dergelijke doeleinden zijn gereserveerd. In harde schijven worden gegevens geschreven en gelezen door universele lees-/schrijfkoppen uit concentrische cirkels van roterende magnetische schijven (sporen), verdeeld in sectoren van 512 bytes. Een track is een "ring" van gegevens op één kant van een schijf. Het opnamespoor op de schijf is te groot om als opslageenheid te worden gebruikt. In veel schijven is de capaciteit groter dan 100 duizend bytes, en het is buitengewoon verkwistend om zo'n blok toe te wijzen voor het opslaan van een klein bestand. Daarom zijn de tracks op de schijf verdeeld in genummerde secties die sectoren worden genoemd.

Hoe een harde schijf werkt

Vanwege zijn specificiteit is er tijdens de werking van de harde schijf geen direct contact van de magnetische koppen met het oppervlak van de platen. Het kan ook anders gezegd worden: het contact is 'als de dood'. De koppen zijn zo ontworpen dat ze boven het oppervlak van de platen kunnen "zweven". De motor draait de spindel met een zodanig toerental (tot 15.000 rpm) dat er een sterke luchtstroom wordt gegenereerd uit de roterende schijven. Hierdoor ontstaat een luchtkusseneffect. De opening tussen de koppen en de schijven is een fractie van een micron. Zoals we hierboven vermeldden, is contact van de koppen met het oppervlak echter onaanvaardbaar. Maar er zijn stroomstoringen, zegt u. Ja natuurlijk. Voor dit geval is de zogenaamde "parkeerzone" uitgevonden. En wanneer zich een situatie voordoet waarin het spiltoerental onder de toegestane limiet zakt (tijdens normaal bedrijf of in noodmodus wanneer de stroom is uitgeschakeld), die constant wordt gecontroleerd door de harde schijfprocessor, worden de koppen teruggetrokken in deze parkeerzone . De zone bevindt zich in de buurt van de spil zelf, waar geen informatie wordt vastgelegd, zodat de magneetkoppen gemakkelijk op het oppervlak van de schijf kunnen "liggen". Hoe wordt de "lancering" van de harde schijf uitgevoerd? In een notendop gaat het ongeveer zo. Zodra de harde schijf stroom heeft gekregen, begint de processor de elektronica te testen en, als het resultaat positief is, start de motor die de platen laat draaien. Naarmate de rotatiesnelheid toeneemt, wordt het effect van een luchtkussen bereikt, dat de magneetkoppen uit de parkeerplaats tilt. Wanneer de snelheid de gewenste waarde bereikt, verlaten de koppen de parkeerzone en "zoeken" met behulp van de controller naar servomarkeringen om de snelheid te stabiliseren. Vervolgens worden de "slechte" sectoren opnieuw toegewezen en wordt de positionering van de kop gecontroleerd. Bij een positief resultaat van het verrichte werk schakelt de hardeschijfcontroller over naar de bedrijfsmodus. Natuurlijk gaat het mechanische proces van een harde schijf dieper als we er dieper op ingaan, maar we stellen ons niet tot doel om het in meer detail te beschrijven. Het belangrijkste is dat je de basisprincipes begrijpt van het mechanisme van interactie tussen koppen en platen. Als iemand geïnteresseerd is in het detailleren van dit proces, dan is er een enorme hoeveelheid materiaal over dit onderwerp gemaakt. En we gaan verder met een ander deel van de werkstroom van de harde schijf - data lees-/schrijftechnologie.

Lees-/schrijftechnologieën voor harde schijven

Het lezen / schrijven van informatie naar de schijf wordt uitgevoerd met behulp van magnetische koppen, waarvan het bewegingsprincipe hierboven is besproken. Mocht je de goede oude bandrecorder nog vinden, dan is de methode van het opnemen/uitlezen van geluid van/naar een magneetband identiek aan degene die we overwegen. De gegevens worden omgezet in een elektrische wisselstroom, die naar de magneetkop wordt gevoerd, waarna deze wordt omgezet in een magnetisch veld, met behulp waarvan de gewenste delen van de magnetische schijf worden gemagnetiseerd. We weten al dat de platters van een harde schijf zijn bedekt met een ferromagnetische laag. Een afzonderlijk geselecteerd gebied van een bepaalde coating kan op twee mogelijke manieren worden gemagnetiseerd. Magnetisatie op de ene manier betekent nul, op een andere manier - één. Zo'n afzonderlijk gemagnetiseerd gebied wordt een domein genoemd. Het is een minimagneet met een specifieke oriëntatie van de zuid- en noordpool. Door in te werken op een bepaald domein met een extern magnetisch veld (magnetische kop), zal het deze correspondentie accepteren. Na het stoppen van de actie van het externe veld, verschijnen zones van remanente magnetisatie op het oppervlak. Ze verwijzen naar de informatie die op de schijf is opgeslagen. Ik zou willen opmerken dat de gegevensopnamedichtheid, dat wil zeggen de werkelijke schijfcapaciteit, afhangt van de grootte van het domein. Lange tijd waren er twee technieken bekend om informatie op een harde schijf vast te leggen: parallel en loodrecht. Hoewel de tweede opnamemethode efficiënter is, is deze iets moeilijker in technologische resolutie. Daarom gebruikten en verbeterden fabrikanten de parallelle methode totdat de fysieke limiet kwam. Als we de technologie van parallelle opname kort beschrijven, dan is het als volgt. De magnetisatie van de domeinen is evenwijdig aan het vlak van de schijf. Allen, waarschijnlijk in de kindertijd, "geploeterd" met magneten en weten daarom dat ze zullen worden aangetrokken wanneer je ze door verschillende polen (blauw en rood) naar elkaar draait. Omgekeerd, als je ze probeert samen te drukken met zijden van dezelfde kleur, zal zo'n poging nooit succesvol zijn. Dus wanneer deze technologie wordt gebruikt, ontstaat er een strooiveld aan de rand van aangrenzende domeinen, waardoor de energie van hun magnetische velden wordt weggenomen. Hierdoor worden de buitenste deeltjes van de domeinen minder stabiel; bovendien neemt de invloed van thermische fluctuaties op de magnetische ordening ervan toe. Bij gebruik van de technologie van loodrechte opname bevindt de magnetisatie van de domeinen zich onder een hoek van 90 ° met het vlak van de plaat. Hierdoor verdwijnt het effect van afstoting van unipolaire aangrenzende domeinen, omdat in deze opstelling de gemagnetiseerde deeltjes door verschillende polen naar elkaar toe worden gedraaid. Dit verkleint de omvang van de domeinoverschrijdende ruimte in vergelijking met parallelle opnametechnologie, wat ook de capaciteit van harde schijven vergroot. Deze opnamemethode vereist echter het gebruik van een complexere samenstelling van de magnetische laag. Onder de dunne beschermlaag bevindt zich een opnamelaag bestaande uit een geoxideerde legering van kobalt, platina en chroom. Het substraat bestaat uit twee lagen met een complexe chemische samenstelling, antiferromagneetgebonden lagen genoemd. Zij zijn het die het mogelijk maken om de interne sterke punten van het magnetische veld te verwijderen. Bovendien vereist loodrechte opname het gebruik van andere magnetische tags die een sterker magnetisch veld kunnen genereren.De dichtheid van loodrechte opname is 500 Gb / in2. Dit maakt de productie mogelijk van harde schijven met een capaciteit van enkele terabytes. De wetenschap staat echter niet stil en de ontwikkeling van nieuwe technologieën is al in volle gang. Een daarvan heet HAMR (Heat Assistant Magnetic Recording) - Thermomagnetische opname. Deze technologie is een opvolger van loodrecht opnemen en is erop gericht deze te verbeteren. In dit geval vindt de opname plaats met voorverwarmen met behulp van een laser. Verwarming vindt plaats binnen een picoseconde, terwijl de temperatuur 100 ° C bereikt. In dit geval ontvangen de magnetische deeltjes van het domein meer energie, daarom is bij het genereren van een veld geen hoge intensiteit vereist. En de hoge energie zorgt voor een verhoogde stabiliteit van de opgenomen informatie. Nogmaals, het gebruik van deze technologie is onmogelijk zonder het gebruik van materialen met een hoge mate van anisotropie. Geschikte legeringen zijn echter te duur. Bovendien zijn voor thermomagnetische registratie twee afzonderlijke koppen vereist. U moet er ook voor zorgen dat u de warmte van de schijven verwijdert. Maar desalniettemin is een enorme motivatie voor het gebruik van thermomagnetische opname het feit dat u met deze technologie een opnamedichtheid tot 1 Tbit / inch2 kunt bereiken

Hoe gegevens worden opgeslagen op de harde schijf

De kleinste informatie-eenheid waarop het beheersysteem voor de harde schijf werkt, wordt een sector genoemd. In de overgrote meerderheid van moderne media is een sector 512 bytes. Het momenteel gebruikte sectoradresseringssysteem wordt LBA (Logical Block Addressing) genoemd. Tegelijkertijd kan voor kleine schijven of voor achterwaartse compatibiliteit met oudere apparatuur het CHS-adresseringssysteem worden gebruikt. De afkorting CHS staat voor Cilinder, Head, Sector - cylinder, head, sector. De naam maakt duidelijk de betekenis van dit type adressering, zoals gekoppeld aan delen van de harde schijf. Het voordeel van LBA boven CHS is dat de tweede een beperking heeft op het maximaal aantal adresseerbare sectoren, kwantitatief gelijk aan 8,4 gigabyte, LB A is van deze beperking verstoken. De eerste sector van de harde schijf (of liever de nul) wordt de MBR (Master Boot Record) of Master Boot Record genoemd. Aan het begin van deze sector staat de code waar het basis I / O-systeem van de computer de controle overdraagt ​​​​wanneer deze opstart. In de toekomst draagt ​​deze code de controle over aan de loader van het besturingssysteem. Ook in sector 0 bevindt zich de partitietabel voor de harde schijf. Een sectie vertegenwoordigt een specifieke reeks sectoren. Een record over de partitie wordt in de tabel ingevoerd, met het nummer van de startsector en grootte. Er kunnen vier van dergelijke items in de partitietabel zijn. De sectie, waarvan het record zich in de nulsectorpartitietabel bevindt, wordt de primaire (primaire) sectie genoemd. Vanwege de genoemde beperkingen kunnen er maximaal vier van dergelijke partities op één schijf staan. Sommige besturingssystemen worden alleen op primaire volumes geïnstalleerd. Als er meer partities nodig zijn, wordt er een uitgebreide partitie naar de tabel geschreven. Dit type partitie is een container waarin logische partities worden gemaakt. Er kan een onbeperkt aantal logische volumes zijn, maar in Windows-besturingssystemen wordt het aantal gelijktijdig verbonden volumes beperkt door het aantal letters van het Latijnse alfabet. Deze drie typen partities hebben het meest verspreide AP, ondersteuning bij de overgrote meerderheid van besturingssystemen en het meest verspreid. In feite worden dit soort partities thuis of op de schaal van clientmachines van organisaties gevonden. Dit betekent echter niet dat de typen secties beperkt zijn tot deze drie typen. Er is een groot aantal gespecialiseerde partities, maar ze gebruiken ook primaire volumes als containers. Een partitie is slechts een gemarkeerde ruimte op een schijf; om er informatie in op te slaan voor het organiseren van de gegevensopslagstructuur, moet een bestandssysteem worden gemaakt. Dit proces wordt sectieopmaak genoemd. Er zijn heel veel soorten bestandssystemen, het besturingssysteem van de Windows-familie gebruikt FAT / NTFS, de besturingssystemen op basis van de Linux-kernel gebruiken Ext2 / 3FS, ReiserFS, Swap. Er zijn veel hulpprogramma's voor platformonafhankelijke toegang tot verschillende bestandssystemen van besturingssystemen die deze niet standaard ondersteunen (bijvoorbeeld de mogelijkheid om Linux-partities te openen vanuit Windows en vice versa). Sommige bestandssystemen, zoals FAT / NTFS, werken op grotere datastructuren op de harde schijf, clusters genoemd. Een cluster kan een willekeurig aantal sectoren bevatten. Het manipuleren van de clustergrootte levert extra winst op in de prestaties van het bestandssysteem of de vrije ruimte. Zo wordt de volgende logische gegevensopslagstructuur verkregen: de harde schijf is verdeeld in partities (terwijl informatie over deze partitie wordt opgeslagen in het zogenaamde master boot record) - ze heten C :, D:, E: etc., voor elk is de partitie ingesteld op het bestandssysteem (als gevolg van partitieformattering). Het bestandssysteem bevat informatie over hoe de ruimte van de partitie (logische schijf) is afgebakend en waar welke bestanden zich daarop bevinden. Welnu, verderop slaat de partitie bestanden op die zijn verdeeld in een bepaald aantal clusters, die fysiek een bepaald aantal sectoren bezetten, waarin de sporen van de harde schijf zijn verdeeld. Het bestandssysteem wijst zijn adressen toe aan alle sectoren en slaat vervolgens zijn bestanden op deze adressen op, waarbij de adressen van clusters (reeksen van clusters) die bij bepaalde bestanden horen, naar zijn tabel worden geschreven.

Informatie opslaan op harde schijven

Deel 1

1. Inleiding

De meeste gebruikers, die de vraag beantwoorden wat er in hun systeemeenheid zit, noemen onder andere een harde schijf. Winchester is het apparaat waarop uw gegevens het vaakst worden opgeslagen. Er is een legende die verklaart waarom zo'n bizarre naam werd gebruikt voor harde schijven. De eerste harde schijf, die begin jaren 70 in Amerika werd uitgebracht, had een capaciteit van 30 MB aan informatie op elk werkoppervlak. Tegelijkertijd had het OF Winchester-tijdschriftgeweer, algemeen bekend in hetzelfde Amerika, een kaliber van 0,30; misschien rommelde de eerste harde schijf tijdens zijn werk als een machinegeweer of rook hij naar buskruit - ik weet het niet, maar sindsdien begonnen ze harde schijven harde schijven te noemen.

Tijdens de werking van de computer treden storingen op. Virussen, stroomuitval, softwarefouten - al deze kunnen de informatie op uw harde schijf beschadigen. Beschadiging van informatie betekent niet altijd verlies, dus het is handig om te weten hoe het op de harde schijf is opgeslagen, want dan kan het worden hersteld. Dan, bijvoorbeeld, in het geval dat een virus het opstartgebied beschadigt, is het helemaal niet nodig om de hele schijf te formatteren (!), Maar nadat u de beschadigde ruimte hebt hersteld, gaat u gewoon door met het opslaan van al uw waardevolle gegevens.

Enerzijds, tijdens het schrijven van dit artikel, heb ik mezelf tot taak gesteld u te vertellen:

1. over de principes van het vastleggen van informatie op een harde schijf;
2. over de plaatsing en het laden van het besturingssysteem;
3. over hoe u uw nieuwe harde schijf vakkundig in partities kunt verdelen om verschillende besturingssystemen te kunnen gebruiken.

Aan de andere kant wil ik de lezer voorbereiden op het tweede artikel, waarin ik zal praten over programma's die bootmanagers worden genoemd. Om te begrijpen hoe deze programma's werken, moet u een basiskennis hebben van zaken als MBR, partities, enz.

Genoeg algemene woorden - laten we beginnen.

2. Harde schijf

Een harde schijf (НDD - Hard Disk Drive) is als volgt gerangschikt: op een spindel die is verbonden met een elektromotor, bevindt zich een blok van verschillende schijven (pannenkoeken), met boven het oppervlak koppen voor het lezen / schrijven van informatie. De vorm van de koppen wordt gegeven in de vorm van een vleugel en ze zijn bevestigd aan een sikkelvormige riem. Tijdens bedrijf "vliegen" ze over het oppervlak van de schijven in de luchtstroom die ontstaat door de rotatie van dezelfde schijven. Uiteraard is de lift afhankelijk van de luchtdruk op de koppen. Het hangt op zijn beurt af van de externe atmosferische druk. Daarom geven sommige fabrikanten in de specificaties van hun apparaten het maximale bedrijfsplafond aan (bijvoorbeeld 3000 m). Waarom geen vliegtuig? De schijf is verdeeld in tracks (of tracks), die op hun beurt zijn onderverdeeld in sectoren. Twee sporen op gelijke afstand van het midden maar aan weerszijden van de schijf worden cilinders genoemd.

3. Informatieopslag

Een harde schijf slaat, net als elk ander blokapparaat, informatie op in vaste brokken die blokken worden genoemd. Een blok is het kleinste stukje data met een uniek adres op de harde schijf. Om de benodigde informatie op de juiste plaats te lezen of te schrijven, is het noodzakelijk om het blokadres te presenteren als een parameter van het commando dat aan de harde schijfcontroller wordt gegeven. De blokgrootte is lange tijd de standaard geweest voor alle harde schijven - 512 bytes.

Helaas ontstaat er vaak verwarring tussen begrippen als "sector", "cluster" en "blok". In feite is er geen verschil tussen "blok" en "sector". Toegegeven, het ene concept is logisch en het tweede is topologisch. Een "cluster" is een reeks sectoren die door het besturingssysteem als geheel worden beschouwd. Waarom heb je het simpele werk met sectoren niet opgegeven? Ik zal antwoorden. De overstap naar clusters vond plaats omdat de grootte van de FAT-tabel beperkt was en de schijf groter was. In het geval van FAT16 voor een schijf van 512 MB, is het cluster 8 KB, maximaal 1 GB - 16 KB, maximaal 2 GB - 32 KB, enzovoort.

Om een ​​datablok uniek te adresseren, moet u alle drie de nummers specificeren (cilindernummer, sectornummer op het spoor, kopnummer). Deze manier van adresseren van de schijf was wijdverbreid en werd later aangeduid met de afkorting CHS (cilinder, kop, sector). Het was deze methode die oorspronkelijk in het BIOS werd geïmplementeerd, dus later waren er beperkingen aan verbonden. Het feit is dat het BIOS het bitraster van adressen heeft gedefinieerd voor 63 sectoren, 1024 cylinders en 255 heads. De ontwikkeling van harde schijven was in die tijd echter beperkt tot het gebruik van slechts 16 koppen vanwege de complexiteit van de productie. Vandaar dat de eerste beperking op de maximaal toegestane harde schijfcapaciteit voor adressering verscheen: 1024 × 16 × 63 × 512 = 504 MB.

Na verloop van tijd begonnen fabrikanten grotere HDD's te maken. Dienovereenkomstig is het aantal cilinders erop 1024 overschreden, het maximaal toegestane aantal cilinders (vanuit het oogpunt van het oude BIOS). Het adresseerbare deel van de schijf bleef echter gelijk aan 504 MB, op voorwaarde dat de schijf werd benaderd via de BIOS. Deze beperking werd uiteindelijk opgeheven door de introductie van het zogenaamde adresvertaalmechanisme, dat hieronder wordt beschreven.

De problemen met de BIOS-beperking in termen van fysieke schijfgeometrie leidden uiteindelijk tot de opkomst van een nieuwe manier om blokken op een schijf aan te pakken. Deze methode is vrij eenvoudig. Blokken op de schijf worden beschreven door één parameter - het lineaire blokadres. Schijfadressering wordt lineair afgekort als LBA (logische blokadressering). Het lineaire blokadres is uniek geassocieerd met zijn CHS-adres:

lba = (cyl * HEADS + head) * SECTOREN + (sector-1);

De introductie van ondersteuning voor lineaire adressering in harde-schijfcontrollers gaf het BIOS de kans om met adresvertaling om te gaan.De essentie van deze methode is dat als je de HEADS-parameter in de bovenstaande formule verhoogt, je minder cilinders nodig hebt om hetzelfde aantal schijfblokken. er zijn meer koppen nodig, maar er werden slechts 16 van de 255 koppen gebruikt. Daarom begonnen BIOSen redundante cilinders over te dragen naar koppen, waardoor het aantal van sommige werd verminderd en het aantal andere werd verhoogd. Hierdoor konden ze het volledige afvoerrooster van de koppen gebruiken. Dit duwde de BIOS-adresseerbare schijfruimtelimiet naar 8 GB.

Het is onmogelijk om niets te zeggen over de grote modus. Deze bedrijfsmodus is ontworpen om harde schijven tot 1 GB groot te gebruiken. In de grote modus wordt het aantal logische koppen verhoogd tot 32 en wordt het aantal logische cilinders gehalveerd. In dit geval worden calls naar logische heads 0..F vertaald in even fysieke cylinders, en calls naar heads 1..1F worden vertaald in oneven. Een Winchester die is gepartitioneerd in de LBA-modus is niet compatibel met de Large-modus en vice versa.

Een verdere toename van de adresseerbare schijfvolumes met behulp van de vorige BIOS-services is fundamenteel onmogelijk geworden. Inderdaad, alle parameters worden gebruikt volgens de maximale "bar" (63 sectoren, 1024 cilinders en 255 koppen). Vervolgens werd een nieuwe uitgebreide BIOS-interface ontwikkeld, rekening houdend met de mogelijkheid van zeer grote blokadressen. Deze interface is echter niet meer compatibel met de oude, waardoor oudere besturingssystemen zoals DOS, die de oude BIOS-interfaces gebruiken, de 8GB-grens niet konden en zullen overschrijden. Bijna alle moderne systemen gebruiken geen BIOS meer, maar gebruiken hun eigen stuurprogramma's voor het werken met schijven. Daarom is deze beperking niet op hen van toepassing. Maar u moet begrijpen dat voordat het systeem zijn eigen stuurprogramma kan gebruiken, het het op zijn minst moet laden. Tijdens de opstartfase wordt elk systeem gedwongen het BIOS te gebruiken. Dit veroorzaakt beperkingen op de plaatsing van veel systemen buiten 8 GB, ze kunnen daar niet opstarten, maar ze kunnen informatie lezen en schrijven (bijvoorbeeld DOS dat werkt met een schijf via het BIOS).

4. Partities of partities

Laten we nu kijken naar de plaatsing van besturingssystemen op harde schijven. Om systemen te organiseren, wordt de schijfblokadresruimte verdeeld in delen die partities worden genoemd. Partities lijken volledig op een hele schijf, omdat ze uit aaneengesloten blokken bestaan. Dankzij deze organisatie is het om een ​​sectie te beschrijven voldoende om het begin van de sectie en de lengte ervan in blokken aan te geven. Een harde schijf kan vier primaire partities bevatten.

Wanneer de computer opstart, laadt BIOS de eerste sector van de hoofdpartitie (opstartsector) op adres 0000h: 7C00h en draagt ​​de besturing ernaar over. Aan het begin van deze sector staat de bootloader (bootcode), die de partitietabel leest en bepaalt welke partitie moet worden geladen (actief). En dan herhaalt alles zich. Dat wil zeggen, het laadt de opstartsector van deze partitie naar hetzelfde adres en draagt ​​er opnieuw de controle aan over.

Secties zijn containers voor al hun inhoud. Deze inhoud is meestal het bestandssysteem. Vanuit het oogpunt van de schijf verwijst een bestandssysteem naar een blokpartitioneringssysteem voor het opslaan van bestanden. Nadat het bestandssysteem op de partitie is gemaakt en de besturingssysteembestanden zich daarin bevinden, kan de partitie opstartbaar worden. De opstartbare partitie heeft in het eerste blok een klein programma dat het besturingssysteem laadt. Om echter een specifiek systeem op te starten, moet u het opstartprogramma expliciet vanaf het eerste blok uitvoeren. Hoe dit gebeurt, wordt hieronder beschreven.

Partities met bestandssystemen mogen elkaar niet overlappen. Dit komt doordat twee verschillende bestandssystemen elk hun eigen idee hebben van de locatie van bestanden, maar wanneer deze locatie op dezelfde fysieke schijfruimte valt, ontstaat er een conflict tussen de bestandssystemen. Dit conflict ontstaat niet onmiddellijk, maar pas als de bestanden zich beginnen te bevinden op de plaats van de schijf waar de partities elkaar kruisen. Daarom moet u voorzichtig zijn met het verdelen van een schijf in partities.

Het op zichzelf oversteken van scheidingswanden is niet gevaarlijk. Het is gevaarlijk om meerdere bestandssystemen op overlappende partities te plaatsen. Het partitioneren van een schijf betekent niet dat er bestandssystemen moeten worden gemaakt. De poging om een ​​leeg bestandssysteem (dat wil zeggen formatteren) op een van de overlappende partities te maken, kan echter leiden tot fouten in het bestandssysteem van de andere partitie. Al het bovenstaande is van toepassing op alle besturingssystemen, niet alleen op de meest populaire.

De schijf is programmatisch gepartitioneerd. Dat wil zeggen, u kunt een willekeurige configuratie van partities maken. Partitioneringsinformatie wordt opgeslagen in het allereerste blok van de harde schijf, de Master Boot Record (MBR).

5. MBR

MBR is het belangrijkste door BIOS ondersteunde opstartmedium voor de harde schijf. Laten we voor de duidelijkheid de inhoud van het opstartgebied als een diagram presenteren:

Alles wat zich op offset 01BEh-01FDh bevindt, wordt een partitietabel genoemd. Je kunt zien dat het vier secties heeft. Slechts één van de vier partities heeft het recht om als actief te worden gemarkeerd, wat betekent dat het opstartprogramma de eerste sector van deze partitie in het geheugen moet laden en de controle daarheen moet overbrengen. De laatste twee bytes van de MBR moeten het nummer 0xAA55 bevatten. Met deze handtekening verifieert het BIOS dat het eerste blok met succes is geladen. Deze handtekening is niet toevallig gekozen. Een succesvolle controle stelt vast dat alle datalijnen zowel nullen als enen kunnen verzenden.

Het loader-programma scant de partitietabel, selecteert de actieve, laadt het eerste blok van deze partitie en draagt ​​de controle daar over.

Laten we eens kijken hoe de sectiebeschrijving werkt:

* 0001h-0003h sectie start
** 0005h-0007h einde sectie

Vanuit het oogpunt van schijfpartities was en blijft MS-DOS tot voor kort het meest populair. Ze neemt in haar gebruik twee van de vier partities: Primaire DOS-partitie, Uitgebreide DOS-partitie. De eerste van hen, (primair) is een gewone dosovaya C: drive. De tweede is de logische schijfcontainer. Ze hangen daar allemaal rond in de vorm van een keten van subsecties, genaamd: D :, E :, ... Logische stations kunnen ook andere vreemde bestandssystemen hebben dan het DOS-bestandssysteem. In de regel wordt de vreemdheid van het bestandssysteem echter geassocieerd met de aanwezigheid van een ander besturingssysteem, dat over het algemeen op zijn eigen partitie (niet uitgebreide DOS) moet worden geplaatst, maar de partitietabel is vaak te klein voor dergelijke trucs.

Laten we nog een belangrijke omstandigheid opmerken. Wanneer DOS op een lege harde schijf is geïnstalleerd, zijn er bij het opstarten geen alternatieven in de keuze van besturingssystemen. Daarom ziet de bootloader er erg primitief uit; hij hoeft de gebruiker niet te vragen welk systeem hij wil opstarten. Met de wens om meerdere systemen tegelijk te hebben, wordt het noodzakelijk om een ​​programma te starten waarmee je een systeem kunt selecteren om op te starten.

6. Conclusie

Ik hoop dat ik je op een duidelijke en gedetailleerde manier heb kunnen voorzien van basisinformatie over het harde schijfapparaat, MBR en PT. Naar mijn mening is zo'n verzameling kennis voldoende voor een kleine "reparatie" van informatieopslag. In het volgende artikel zal ik je vertellen over programma's genaamd Boot Manager en hoe ze werken.

Heel erg bedankt voor je hulp Vladimir Dashevsky