Als we de harde schijf als geheel beschouwen, dan bestaat deze uit twee hoofdonderdelen: dit is het elektronicabord, waarop het "brein" van de harde schijf zich bevindt. Er zit een processor op, er zit ook een besturingsprogramma op, random access memory, een versterker voor opnemen en uitlezen. Het mechanische gedeelte omvat onderdelen als een blok magneetkoppen met de afkorting BMG, een motor die de platen laat draaien en natuurlijk de platen zelf. Laten we elk onderdeel eens nader bekijken.
Hermetisch blok.
Het hermetische blok, ook wel de hardeschijfbehuizing genoemd, is bedoeld voor het bevestigen van alle onderdelen en dient ook als bescherming tegen stofdeeltjes die het oppervlak van de platen binnendringen. Opgemerkt moet worden dat de HDA alleen kan worden geopend in een speciaal voorbereide ruimte om te voorkomen dat stof en vuil in de behuizing komen.
Geïntegreerde schakeling.
Een geïntegreerde schakeling of elektronicakaart synchroniseert de werking van de harde schijf met de computer en bestuurt alle processen, in het bijzonder handhaaft het een constante rotatiesnelheid van de spil en dienovereenkomstig de plaat, die wordt uitgevoerd door de motor.
Elektrische motor.
Een elektromotor of motor laat de platen draaien: ongeveer 7200 omwentelingen per seconde (de gemiddelde waarde is genomen, er zijn harde schijven waarbij de snelheid hoger is en 15000 omwentelingen per seconde bereikt, en er zijn ook bij een lagere snelheid van ongeveer 5400, de snelheid van toegang tot de benodigde informatie hangt af van de rotatiesnelheid van de platen (harde schijf).
Tuimelaar.
De rocker is bedoeld voor het opnemen en uitlezen van informatie van harddisk platters. Het uiteinde van de rocker is verdeeld en er zit een blok magneetkoppen op, dit is gedaan zodat het mogelijk zou zijn om informatie van meerdere platen te schrijven en te lezen.
Magnetisch kopblok.
De tuimelaar bevat een blok magneetkoppen, dat vaak faalt, maar deze "vaak" parameter is zeer voorwaardelijk. Magnetische koppen bevinden zich aan de boven- en onderkant van de platen en worden gebruikt om rechtstreeks informatie van de platen op de harde schijf te lezen.
platen.
Informatie wordt direct opgeslagen op de platen, ze zijn gemaakt van materialen als aluminium, glas en keramiek. De meest voorkomende is aluminium, maar de zogenaamde "elite-schijven" zijn gemaakt van de andere twee materialen. De eerste geproduceerde platen waren bedekt met ijzeroxide, maar deze ferromagneet had een groot nadeel. Met een dergelijke stof beklede schijven hadden weinig slijtvastheid. Op dit moment coaten de meeste fabrikanten van harde schijven hun platen met chroomkobalt, dat een orde van grootte hogere veiligheidsmarge heeft dan ijzeroxide. Kunststof platen zijn op gelijke afstand van elkaar aan de spindel bevestigd, dit ontwerp wordt "pakket" genoemd. Onder de schijven bevindt zich een motor of elektromotor.
Elke zijde van de plaat is verdeeld in sporen, die op hun beurt op een andere manier in sectoren of blokken zijn verdeeld, alle sporen van dezelfde diameter vertegenwoordigen een cilinder.
Alle moderne harde schijven hebben een zogenaamde "engineering cilinder", deze slaat service-informatie op zoals hdd-model, serienummer, enz. Deze informatie is bedoeld voor computeruitlezing.
Hoe een harde schijf werkt
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 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. 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. Om de tijd die nodig is om de aandrijving te laten werken te verkorten, 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 stappenmotor en "zweven" als het ware op een afstand van een fractie van een micron van het schijfoppervlak, zonder het 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.
HDD ("Winchester", hdd, harde schijf - eng.) - informatieopslagapparaat op basis van magnetische platen en het effect van magnetisme.
Van toepassing alomvertegenwoordigd in personal computers, laptops, servers enzovoort.
Harde schijf apparaat. Hoe de harde schijf werkt.
In de vloer luchtdicht blok bevat dubbelzijdige platen, met magnetische laag geplant op motoras en roteren met een snelheid van 5400 omwentelingen per minuut. Het blok is niet volledig afgesloten, maar het belangrijkste is dat het niet doorlaat fijne deeltjes en staat niet toe daalt in vochtigheid... Dit alles heeft een nadelig effect op de levensduur en kwaliteit van de harde schijf.
In moderne harde schijven wordt de as gebruikt. Dit geeft minder geluid tijdens bedrijf, verhoogt de duurzaamheid aanzienlijk en verkleint de kans op vastlopen van de as door bezwijken.
Lezen en schrijven doe je met hoofd blok.
In werkende staat, koppen zweven boven het oppervlak van de schijf op een afstand ~ 10nm... Ze zijn aerodynamisch en opstaan boven het schijfoppervlak als gevolg van: stroomopwaarts van de draaiende plaat. De magnetische koppen kunnen worden gelokaliseerd: aan beide kanten platen, indien magnetische lagen aan weerszijden van de magnetische schijf zijn aangebracht.
Het aangesloten kopblok heeft: vaste positie, dat wil zeggen, de koppen bewegen allemaal samen.
Alle hoofden worden bestuurd door een speciale aandrijfeenheid gebaseerd op elektromagnetisme.
Neodymium magneet creëert een magnetische veld, waarbij het kopblok onder invloed van stroom met een hoge reactiesnelheid kan bewegen. Dit is de beste en snelste manier om het kopblok te verplaatsen, en wel als het kopblok eenmaal mechanisch is bewogen, met behulp van tandwielen.
Wanneer de schijf is uitgeschakeld, zodat de koppen niet op de schijf zakken en beschadigd hem, ze gaan naar buiten hoofd parkeerplaats(parkeerzone, parkeerzone).
Het stelt u ook in staat om uitgeschakelde harde schijven te vervoeren zonder speciale beperkingen. In de uit-stand is de schijf bestand tegen zware belastingen en kan hij niet worden beschadigd. Wanneer ingeschakeld, kan zelfs een kleine schok onder een bepaalde hoek de magnetische laag van de plaat vernietigen of de koppen beschadigen wanneer deze tegen de schijf worden aangeraakt.
Naast het verzegelde deel hebben moderne harde schijven een buitenste besturingskaart... Ooit werden alle besturingskaarten in uitbreidingsslots in het moederbord van de computer gestoken. Het was niet handig in termen van veelzijdigheid en mogelijkheden. Harde schijven hebben nu alle schijfelektronica en interfaces op een klein bord aan de onderkant van de harde schijf. Hierdoor kunt u elke schijf zeker configureren, voordelig vanuit het oogpunt van structuur, parameters, snelheidswinst of een stillere werking, bijvoorbeeld.
Om de interface en voeding aan te sluiten, worden standaard algemeen aanvaarde connectoren / en gebruikt Molex/Voeding SATA.
Eigenaardigheden.
Harde schijven zijn de meest ruime bewaarders van informatie en betrouwbaar... Schijfvolumes groeien voortdurend, maar de laatste tijd is dit te wijten aan een aantal complexiteiten en om het volume verder uit te breiden zijn nieuwe technologieën nodig. We kunnen zeggen dat harde schijven praktisch rechtdoor zijn gegaan om maximale prestaties te bereiken. De verspreiding van harde schijven werd voornamelijk gedreven door de ratio prijsvolume... In de meeste gevallen kost een gigabyte schijfruimte minder dan 2,5 roebel.
Voor- en nadelen van harde schijven versus.
Vóór het verschijnen van solid-state SSD(SSD schijf) - schijven, harde schijven hadden geen concurrenten. Nu hebben harde schijven een richting om naar te streven.
Nadelen van harde schijven(harde schijf) (ssd) drijft:
- lage sequentiële leessnelheid
- lage toegangssnelheid
- lage leessnelheid
- iets lagere schrijfsnelheid
- trillingen en weinig geluid tijdens bedrijf
Hoewel harde schijven aan de andere kant andere hebben, zwaarder voordelen waarvan SSD accumulatoren streven en streven.
voordelen harde schijven (harde schijf) in vergelijking met solid-state (ssd) drijft:
- aanzienlijk betere volumetrische prijs
- de beste indicator van betrouwbaarheid
- hoger maximaal volume
- in geval van storing, vele malen grotere kans op gegevensherstel
- de beste optie voor gebruik in mediacenters, dankzij de compactheid en het grote volume van 2,5 schijven
Over wat aandacht waard bij het kiezen van een harde schijf, kunt u zien in ons artikel ““. Als u een harde schijf reparatie of gegevensherstel nodig heeft, kunt u contact opnemen met.
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!
College nummer 5: Apparaten voor informatieopslag
Plan
1. Harde schijven
2. Solid-state schijven
1. Harde schijven
Geschiedenis referentie
In de loop van de ontwikkeling van harde schijven zijn zes standaardformaten - vormfactoren - veranderd.
Afbeelding 1. Maten van HDD
1956 - IBM 350 harde schijf als onderdeel van de eerste productiecomputer IBM 305 RAMAC. De schijf bezette een doos ter grootte van een grote koelkast en woog 971 kg, en de totale geheugencapaciteit van de 50 dunne schijven bedekt met puur ijzer met een diameter van 610 mm die erin ronddraaide, was ongeveer 5 miljoen 6-bits bytes (3,5 MB in termen van 8-bits bytes) ...
1980 - Eerste 5,25-inch Winchester, Shugart ST-506, 5 MB.
1981 - 5.25-inch Shugart ST-412, 10 MB.
1986 - SCSI, ATA (IDE) standaarden.
1991 - maximale capaciteit 100 MB.
1995 - maximale capaciteit 2 GB.
1997 - de maximale capaciteit is 10 GB.
1998 - UDMA / 33- en ATAPI-normen.
1999 - IBM brengt de 170 en 340 MB Microdrive uit.
2002 - ATA / ATAPI-6 standaard en schijven met een capaciteit van meer dan 137 GB.
2003 - de opkomst van SATA.
2005 - maximale capaciteit van 500 GB.
- de Serial ATA 3G (of SATA II) standaard, de opkomst van SAS (Serial Attached SCSI).
2006 - Toepassing van de loodrechte opnamemethode in commerciële schijven.
- het verschijnen van de eerste "hybride" harde schijven met daarin een blok flashgeheugen.
2007 - Hitachi introduceert de eerste commerciële 1TB-schijf.
2009 - gebaseerd op Western Digital's 500 GB platters, toen bracht Seagate Technology LLC 2 TB-modellen uit.
- Western Digital heeft de creatie aangekondigd van een 2,5-inch HDD met een capaciteit van 1 TB (opnamedichtheid - 333 GB op één plaat)
- de opkomst van de SATA 3.0 (SATA 6G) standaard.
2010 - Seagate begint met de ontwikkeling van een 3TB HDD.
Definitie en structuur van HDD
Harde schijf of HDD(eng. MoeilijkSchijfDrijfveer,HDD), HDD, Winchester, in computertaal "schroef", moeilijk, harde schijf- informatieopslagapparaat gebaseerd op het principe van magnetische opname. Het is het belangrijkste apparaat voor gegevensopslag op de meeste computers.
In principe bestaat de HDD uit de volgende hoofdblokken:
Elektronica-eenheid
bevat contacten en een microschakeling waarop zich bevinden: HDD-besturingscontroller, voedingsconnectoren, jumperblok, connector voor lussen (verbindingsinterface).
Mechanisch blok
bestaat uit magnetische platen, een spindel, een tuimelaar, een tuimelas, een tuimelservo, lees- en schrijfkoppen.
Kader- dit is een structuur waarin alle elementen van de HDD zich bevinden.
Afbeelding 2. HDD-apparaatdiagram
Afbeelding 3. HDD-apparaat
Principes voor het opslaan van informatie op HDD
Informatie op harde schijven wordt vastgelegd op harde (aluminium, keramische of glazen) platen bedekt met een laag ferromagnetisch materiaal (ijzeroxide), meestal chroomdioxide. De HDD gebruikt één tot meerdere platen op één as.
Gegevens worden opgeslagen op platters in de vorm van concentrische sporen, die elk zijn verdeeld in sectoren van 512 bytes, bestaande uit horizontaal georiënteerde domeinen. De oriëntatie van de domeinen in de magnetische laag wordt gebruikt om binaire informatie te herkennen (0 of 1). De grootte van de domeinen bepaalt de dichtheid van gegevensregistratie om de oppervlakteruimte van de schijfschotels aan te pakken, die zijn onderverdeeld in spoor- concentrische ringvormige gebieden. Elke track is verdeeld in gelijke segmenten - sectoren.
Cilinder- een reeks sporen, op gelijke afstand van het midden, op alle werkoppervlakken van de harde schijfplaten. hoofd nummer specificeert het te gebruiken werkoppervlak (dat wil zeggen, een specifiek spoor van de cilinder), en sectornummer- een specifieke sector op de baan.
De organisatie van lees-/schrijfgegevens vindt plaats dankzij de lees-/schrijfkoppen (GCHZ). In de bedrijfsmodus raken de GCP's het oppervlak van de platen niet vanwege de tussenlaag van de inkomende luchtstroom die tijdens snelle rotatie aan het oppervlak wordt gevormd. De afstand tussen de kop en de schijf is enkele nanometers (bij moderne schijven ongeveer 10 nm). De afwezigheid van mechanisch contact zorgt voor een lange levensduur van het apparaat. Bij afwezigheid van rotatie van de schijven, bevinden de koppen zich bij de spil of buiten de schijf in een veilige zone (parkeerzone), waar hun abnormaal contact met het oppervlak van de schijven is uitgesloten.
Figuur 4. Opstelling van HDD-schotels.
Adresseringsmodi
Er zijn 2 manieren om sectoren op een schijf aan te pakken: cilinderkopsector(eng. cilinder— hoofd— sector, CHS) en lineaire blokadressering(eng. lineair blok adresseren, LBA).
CHS
Met deze methode wordt de sector aangesproken door zijn fysieke positie op de schijf met 3 coördinaten - cilinder nummer, hoofd nummer en sectornummer... In moderne schijven met ingebouwde controllers komen deze coördinaten niet meer overeen met de fysieke positie van de sector op de schijf en zijn ze "logische coördinaten"
CHS-adressering gaat ervan uit dat alle tracks in een bepaald gebied van de schijf hetzelfde aantal sectoren hebben. Om CHS-adressering te gebruiken, moet u weten: geometrie schijf in gebruik: het totale aantal cilinders, koppen en sectoren erin. Aanvankelijk moest deze informatie handmatig worden ingevoerd; in de ATA-standaard - de functie van automatische geometriedetectie (de opdracht Identificeren Drive) werd geïntroduceerd.
LBA
Bij deze methode wordt het adres van de datablokken op het medium ingesteld met een logisch lineair adres. LBA-adressering werd in 1994 geïntroduceerd en gebruikt in combinatie met de EIDE-standaard (Extended IDE). ATA-normen vereisen een één-op-één correspondentie tussen CHS- en LBA-modi:
LBA = [(Cilinder * aantal koppen + koppen) * sectoren / spoor] + (Sector-1)
De LBA-methode komt overeen met Sector Mapping voor SCSI. Het BIOS van de SCSI-controller voert deze taken automatisch uit, dat wil zeggen dat de logische adresseringsmethode oorspronkelijk kenmerkend was voor de SCSI-interface.
HDD-kenmerken
Momenteel worden de volgende kenmerken van HDD onderscheiden:
Koppel(eng. koppel) - een reeks communicatielijnen, signalen die langs deze lijnen worden verzonden, technische middelen die deze lijnen van uitwisselingsregels ondersteunen (protocol).
In de handel verkrijgbare harde schijven kunnen de volgende interfaces gebruiken: 
Capaciteit(eng. capaciteit) - de hoeveelheid gegevens die door de schijf kan worden opgeslagen. Sinds de introductie van de eerste harde schijven, als resultaat van voortdurende verbetering van de gegevensregistratietechnologie, is hun maximaal mogelijke capaciteit voortdurend toegenomen. De capaciteit van moderne harde schijven (met een vormfactor van 3,5 inch) begin 2010 bereikt 2000 GB (2 Terabytes). Seagate heeft echter de ontwikkeling van een 3TB HDD bevestigd.
Opmerking: in tegenstelling tot het systeem van voorvoegsels dat in de informatica wordt gebruikt en dat een veelvoud van 1024 aangeeft (zie: binaire voorvoegsels), gebruiken fabrikanten veelvouden van 1000 bij het aanduiden van de capaciteit van harde schijven. GB” is 186 , 2 GB.
Fysieke grootte (vormfactor) (eng. dimensie). Bijna alle moderne (2001-2008) schijven voor personal computers en servers zijn 3,5 of 2,5 inch breed - de grootte van standaard mounts voor hen, respectievelijk in desktops en laptops. Ook wijdverbreid zijn de formaten 1.8 ", 1.3", 1 "en 0.85". De productie van schijven in de vormfactoren 8 en 5,25 inch is stopgezet.
Willekeurige toegangstijd (eng. willekeurig toegang tijd) - de tijd gedurende welke de harde schijf gegarandeerd een lees- of schrijfbewerking uitvoert op enig deel van de magnetische schijf. Het bereik van deze parameter is klein - van 2,5 tot 16 ms. In de regel hebben serverschijven de kortste tijd (bijvoorbeeld Hitachi Ultrastar 15K147 - 3,7 ms), de grootste van de werkelijke - schijven voor draagbare apparaten (Seagate Momentus 5400,3 - 12,5).
Spindel snelheid: (eng. spindel snelheid) - het aantal spilomwentelingen per minuut. Toegangstijd en gemiddelde gegevensoverdrachtsnelheid zijn grotendeels afhankelijk van deze parameter. Momenteel worden harde schijven geproduceerd met de volgende standaard rotatiesnelheden: 4200, 5400 en 7200 (laptops), 5400, 7200 en 10.000 (personal computers), 10.000 en 15.000 rpm (servers en high-performance werkstations).
Betrouwbaarheid(eng. betrouwbaarheid) - wordt gedefinieerd als de gemiddelde tijd tussen storingen ( MTBF). Ook ondersteunt de overgrote meerderheid van moderne schijven de technologie SLIM.
IO-bewerkingen per seconde - voor moderne schijven is het ongeveer 50 op./sec voor willekeurige toegang tot de schijf en ongeveer 100 op./sec voor sequentiële toegang.
Energieverbruik is een belangrijke factor voor mobiele apparaten.
Geluidsniveau- geluid geproduceerd door het aandrijfmechanisme tijdens zijn werking. Aangegeven in decibel. Stille schijven zijn apparaten met een geluidsniveau van ongeveer 26 dB of minder. Geluid bestaat uit spindelrotatiegeluid (inclusief aerodynamisch geluid) en positioneringsgeluid.
Impact weerstand (eng. G— schok beoordeling) - weerstand van het opslagapparaat tegen plotselinge drukstoten of schokken, gemeten in eenheden van toegestane overbelasting in de aan- en uit-stand.
baudrate (eng. Overdracht Tarief) bij sequentiële toegang:
- intern schijfgebied: van 44,2 tot 74,5 Mb / s;
- buitenste schijfgebied: 60,0 tot 111,4 Mb / s.
Buffer grootte- een buffer is een tussengeheugen dat is ontworpen om de verschillen in lees-/schrijf- en overdrachtssnelheden over de interface weg te werken. In 2009-schijven varieert het meestal van 8 tot 64 MB.
Dichtheid van opname op een plaat (oppervlaktedichtheid) hangt af van de afstand tussen de sporen (dwarsdichtheid) en de minimale grootte van het magnetische domein (longitudinale dichtheid). Het generaliserende criterium is de opnamedichtheid per oppervlakte-eenheid van de schijf of de capaciteit van de plaat. Hoe hoger de opnamedichtheid, hoe sneller de gegevensuitwisseling tussen de koppen en de buffer (interne gegevensoverdrachtsnelheid). Geleidelijk aan begonnen de groeireserves als gevolg van de bovengenoemde technologische sprong af te nemen. In 2003 bereikte de typische capaciteit van harde schijf platters 80 GB. In 2004 waren er schijven met 100 MB platters, in 2005 - 133 MB, in 2009 - 333 GB
Het kleinste adresseerbare gegevensgebied op de harde schijf is: sector... De sectorgrootte is traditioneel 512 bytes. In 2006 kondigde IDEMA een overstap aan naar een sectorgrootte van 4096 bytes, die naar verwachting in 2010 voltooid zal zijn.
De definitieve versie van Windows Vista, uitgebracht in 2007, biedt beperkte ondersteuning voor schijven met deze sectorgrootte.
Technologieën voor het schrijven van gegevens naar harde schijven
Het werkingsprincipe van harde schijven is vergelijkbaar met de werking van bandrecorders. Het werkoppervlak van de schijf beweegt ten opzichte van de leeskop (bijvoorbeeld in de vorm van een inductor met een opening in het magnetische circuit). Wanneer een elektrische wisselstroom wordt toegepast (tijdens het opnemen) op de kopspoel, werkt het resulterende magnetische wisselveld uit de kopopening in op de ferromagneet van het schijfoppervlak en verandert de richting van de domeinmagnetisatievector afhankelijk van de grootte van het signaal. Bij het lezen leidt de beweging van de domeinen bij de kopopening tot een verandering in de magnetische flux in het magnetische circuit van de kop, wat leidt tot het verschijnen van een alternerend elektrisch signaal in de spoel als gevolg van het effect van elektromagnetische inductie.
Onlangs is een magneto-resistief effect gebruikt voor het lezen en zijn magneto-resistieve koppen gebruikt in schijven. In hen leidt een verandering in het magnetische veld tot een verandering in weerstand, afhankelijk van de verandering in de sterkte van het magnetische veld. Dergelijke koppen maken het mogelijk om de waarschijnlijkheid van de betrouwbaarheid van het lezen van informatie te vergroten (vooral bij hoge informatieregistratiedichtheden).
Parallelle opnamemethode
Stukjes informatie worden vastgelegd met behulp van een kleine kop, die over het oppervlak van een roterende schijf gaat en miljarden horizontale discrete regio's - domeinen - magnetiseert. Elk van deze gebieden is logisch nul of één, afhankelijk van de magnetisatie.
De maximaal haalbare opnamedichtheid met deze methode is ongeveer 23 Gbit/cm². Momenteel wordt deze methode geleidelijk vervangen door de methode van loodrecht opnemen.
Loodrechte opnamemethode:
Loodrecht opnemen is een techniek waarbij stukjes informatie worden opgeslagen in verticale domeinen. Dit maakt het gebruik van sterkere magnetische velden mogelijk en vermindert de voetafdruk die nodig is om 1 bit op te nemen. De opnamedichtheid van moderne samples is 60 Gbit/cm². Loodrechte opname-harde schijven zijn sinds 2005 op de markt verkrijgbaar.
Thermische magnetische opnamemethode:
Thermische magnetische opnamemethode (eng. Warmte-geassisteerdmagnetischopnemen,HAMR) is momenteel de meest veelbelovende van de bestaande, nu wordt het actief ontwikkeld. Deze methode maakt gebruik van puntverwarming van de schijf, waardoor de kop zeer kleine delen van het oppervlak kan magnetiseren. Nadat de schijf is afgekoeld, is de magnetisatie "vast". Dit type harde schijf is nog niet op de markt verkrijgbaar (voor 2009), er zijn alleen experimentele samples waarvan de opnamedichtheid 150 Gbit/cm² is. De ontwikkeling van HAMR-technologieën is al geruime tijd aan de gang, maar experts zijn het nog steeds niet eens over de schattingen van de maximale opnamedichtheid. Dus, het bedrijf Hitachi noemt de limiet op 2,3-3,1 Tbit / cm², en vertegenwoordigers van Seagate Technology suggereren dat ze de opnamedichtheid van HAMR-media op 7,75 Tbit / cm² kunnen brengen. Een wijdverbreide toepassing van deze technologie mag worden verwacht in 2011-2012.
RAID-technologie
RAID (redundante array van onafhankelijke / goedkope schijven) is een redundante array van onafhankelijke / goedkope harde schijven - een matrix van verschillende schijven die worden bestuurd door een controller, onderling verbonden door snelle kanalen en als één geheel gezien. Afhankelijk van het type array dat wordt gebruikt, kan het verschillende graden van fouttolerantie en prestaties bieden. Dient om de betrouwbaarheid van gegevensopslag te vergroten en/of om de snelheid van het lezen/schrijven van informatie te verhogen (RAID 0).
RAID 0
RAID 0 ("Striping") is een schijfarray van 2 of meer schijven, waarin informatie wordt opgedeeld in blokken An en sequentieel wordt weggeschreven naar harde schijven. Dienovereenkomstig wordt informatie tegelijkertijd geschreven en gelezen, wat de snelheid verhoogt.
Afbeelding 5. RAID 0-indeling
Helaas, als een van de schijven uitvalt, gaat de informatie onomkeerbaar verloren, daarom wordt het thuis gebruikt of voor het opslaan van het wisselbestand, wisselbestand.
INVAL 1
RAID 1 (spiegelen). In dit geval herhaalt de ene schijf de andere volledig, wat de werking garandeert in het geval van een defect van een schijf, maar de hoeveelheid bruikbare ruimte wordt gehalveerd. Aangezien schijven tegelijkertijd worden gekocht, kunnen in het geval van een defecte batch beide schijven defect raken. De schrijfsnelheid is ongeveer gelijk aan de schrijfsnelheid op één schijf, het is mogelijk om van twee schijven tegelijk te lezen (mits de controller deze functie ondersteunt), wat de snelheid verhoogt.
Afbeelding 6. RAID 1-indeling
Het wordt het meest gebruikt in kleine kantoren voor databases of voor het opslaan van het besturingssysteem.
INVAL 10
RAID 10 (RAID 1 + 0). Combineert de principes van RAID 0 en RAID 1. Bij toepassing heeft elke harde schijf zijn eigen "mirrored pair", dat de helft van de bruikbare ruimte in beslag neemt. Het is efficiënt zolang er van elk paar één werkende schijf is. Hoogste schrijf-/herschrijfsnelheden, vergelijkbaar met RAID 5 in leessnelheid. Het wordt gebruikt voor het opslaan van databases onder hoge belasting.
INVAL 5
RAID 5. In dit geval worden alle gegevens in blokken verdeeld en wordt voor elke set de controlesom berekend, die op een van de schijven wordt opgeslagen - deze wordt cyclisch naar alle schijven in de array geschreven (afwisselend op elke schijf) en wordt gebruikt voor gegevensherstel. Bestand tegen niet meer dan één schijfverlies.
Afbeelding 7. RAID 5-indeling
RAID 5 heeft hoge leessnelheden - informatie wordt gelezen van bijna alle schijven, maar verminderde schrijfprestaties - een controlesom is vereist. Maar de meest kritieke operatie is het herschrijven, omdat het in verschillende fasen plaatsvindt:
1) Gegevens lezen
2) De controlesom lezen
3) Vergelijking van nieuwe en oude gegevens
4) Nieuwe gegevens schrijven
5) Een nieuwe controlesom schrijven
6) Ze worden gebruikt wanneer een groot volume nodig is en een hoge leessnelheid.
RAID 6
RAID 6 (ADG). Logische voortzetting van RAID 5. Het verschil zit hem in het feit dat de checksum 2 keer wordt berekend en daardoor een grotere betrouwbaarheid heeft (bestand tegen uitval van meer dan 2 schijven) en lagere prestaties.
Afbeelding 8. RAID 6-indeling
De organisatie van RAID-bewerkingen wordt verzorgd door RAID-controllers, die kunnen zijn: ingebouwd in het moederbord, intern (in de vorm van een kaart) en extern.
Afbeelding 9. Interne RAID-controller
Er zijn twee of meer schijven aangesloten op de controller in de server, of een externe schijfbehuizing is aangesloten op de controller, afhankelijk van het geselecteerde niveau van fouttolerantie, beschermt een of meer schijven tegen storingen, terwijl de functionaliteit behouden blijft.
Met niet-vluchtige cache en SAS-schijven beschermt het tegen stroomuitval, tenzij er elektrische schade aan de hardware optreedt. Als de server echter beschadigd is, is gegevensverlies mogelijk.
Beschermt gegevens tegen:
- hardwareproblemen - storing, schade, defecte apparatuur. Gedeeltelijk alleen door het uitvallen van harde schijven;
- stroomstoringen - beschermt gedeeltelijk gegevens die zijn opgeslagen in de buffer van de controller in de schrijfwachtrij, maar voor een beperkte tijd en alleen als er een batterij op de controller zit.
Beschermt niet tegen:
- softwarestoringen;
- de menselijke factor;
- infrastructuurproblemen (hoewel alle verbindingen zich meestal binnen de server bevinden);
- ongevallen;
- rampen.
Het belangrijkste doel van de applicatie is om gegevens te beschermen tegen verlies in het geval van een harde schijf defect, ook een van de redenen voor implementatie is de behoefte aan betere prestaties van het schijfsubsysteem.
RAID-controllers worden geleverd door veel bedrijven: IBM, DELL, SUN, HP, Adaptec, 3ware, LSI en anderen.
Externe RAID-array
Figuur 10.Externe RAID-array
Eerste level. Disks en controller worden in een apart extern systeem geplaatst. Een of meer servers kunnen worden aangesloten op een externe array met verschillende interfaces, bijvoorbeeld SAS, iSCSI, FC. Vrijwel al deze systemen hebben redundante ventilatoren en voedingen, waarvan vele voorzien in de mogelijkheid om een redundante controller te installeren. Op zichzelf zijn externe RAID-arrays efficiënter en betrouwbaarder dan interne RAID-controllers en kunnen ze uitbreiden tot meer dan honderd schijven (met behulp van schijfplanken).
Op dit moment hebben veel modellen geavanceerde monitoring- en beheertools, zowel voor de array zelf als de gegevens erop. De middelen om de gezondheid van schijven te controleren, informeren vooraf over een mogelijke storing, de meeste waardige fabrikanten wisselen schijven alleen op basis van deze berichten, voordat ze niet meer werken. Sommige modellen hebben de mogelijkheid om snapshots te maken - (snapshot), wat gegevens beschermt en back-up vereenvoudigt.
Beschermt gegevens tegen:
- hardwareproblemen - gedeeltelijk, in aanwezigheid van duplicatie van alle systemen.
- Software glitches - sommige arrays hebben gedeeltelijk snapshot-functionaliteit die helpt bij het maken van meerdere snapshots;
- infrastructurele problemen - ze zijn beschermd op voorwaarde dat alle arrays buiten de server worden gedupliceerd;
- stroomstoringen - beschermt gedeeltelijk gegevens in de buffer van de controller voor schrijven in aanwezigheid van een batterij. De aanwezigheid van redundante voedingen zorgt voor een grotere betrouwbaarheid.
Bescherm niet tegen:
- de menselijke factor;
- ongevallen;
- rampen.
De reden voor implementatie is ofwel de noodzaak om opslagbronnen te consolideren, het eenvoudiger beheer ervan, de mogelijkheid van gelijktijdige toegang (bijvoorbeeld bij het maken van een cluster), of de behoefte aan hoge prestaties, of de behoefte aan grotere betrouwbaarheid (duplicatie van paden naar de controller).
Typische vertegenwoordigers van de klasse: Xyratex 5xxx / 6xxx, Dell MD3000, IBM 3XXX, HP MSA 2000.
2. Solid-state schijven
Afbeelding 11. SSD-schijf
Solid-state drive (SSD, solid-state drive) is een computeropslagapparaat op basis van geheugenchips die worden bestuurd door een controller. SSD's bevatten geen bewegende mechanische onderdelen.
Er zijn twee soorten solid-state schijven: op geheugen gebaseerde SSD's, vergelijkbaar met computer-RAM, en op flash gebaseerde SSD's.
Momenteel worden solid-state schijven gebruikt in compacte apparaten: laptops, netbooks, communicators en smartphones. Enkele bekende fabrikanten zijn al volledig overgestapt op de productie van solid state drives, zo verkocht Samsung in 2011 het bedrijf voor de productie van harde schijven aan Seagate.
Er zijn hybride harde schijven, dergelijke apparaten combineren een harde schijf (HDD) en een solid-state schijf van een relatief klein volume in één apparaat, als cache (om de prestaties en levensduur van het apparaat te verhogen, het stroomverbruik te verminderen). Tot nu toe worden dergelijke schijven voornamelijk gebruikt in draagbare apparaten (laptops, mobiele telefoons, enz.).
Afbeelding 12. Seagate Momentus XT 500 GB hybride schijf
Afbeelding 13. Seagate Momentus XT 500 GB hybride schijf
Afbeelding 14. Elektronicakast voor Seagate Momentus XT 500 GB hybride schijf
De geschiedenis van ontwikkeling
1978 - het Amerikaanse bedrijf StorageTek ontwikkelde het eerste moderne halfgeleideropslagapparaat (gebaseerd op RAM-geheugen).
1982 - Het Amerikaanse bedrijf Cray introduceerde een halfgeleider RAM-geheugen voor zijn supercomputers Cray-1 met een snelheid van 100 MB / s en Cray X-MP met een snelheid van 320 MB / s, met een volume van 8, 16 of 32 miljoen 64 -beetje woorden.
1995 - Het Israëlische bedrijf M-Systems introduceert de eerste halfgeleider-flashdrive.
2008 - Het Zuid-Koreaanse bedrijf Mtron Storage Technology is erin geslaagd een SSD-schijf te maken met een schrijfsnelheid van 240 MB/s en een leessnelheid van 260 MB/s, wat het demonstreerde op een tentoonstelling in Seoul. Het volume van deze schijf is 128 GB. Volgens het bedrijf zal de release van dergelijke apparaten in 2009 beginnen.
2009 Super Talent Technology lanceert 512GB SSD, OCZ introduceert 1TB SSD.
Momenteel zijn Intel, Kingston, Samsung Electronics, SanDisk, Corsair, Renice, OCZ Technology, Crucial en ADATA de meest opvallende bedrijven die de SSD-richting intensief ontwikkelen in hun activiteiten. Daarnaast toont Toshiba interesse in deze markt.
Ontwerp en functie
Er zijn twee soorten SSD-schijven:
NAND SSD
NAND SSD - schijven gebouwd voor gebruik niet-vluchtig geheugen (NAND SSD), verscheen relatief recent met veel lagere kosten (vanaf $ 2 per gigabyte), en begon met vertrouwen de markt te veroveren. Tot voor kort waren ze aanzienlijk inferieur aan traditionele opslagapparaten - harde schijven - in schrijfsnelheid, maar ze maakten dit goed met een hoge snelheid van het ophalen van informatie (initiële positionering). Flash solid-state schijven zijn nu beschikbaar met lees- en schrijfsnelheden die vele malen hoger zijn dan die van harde schijven. Ze worden gekenmerkt door een relatief klein formaat en een laag stroomverbruik.
RAM-SSD
RAM SSD's zijn schijven die zijn gebouwd op het gebruik van vluchtig geheugen (hetzelfde als dat in PC RAM wordt gebruikt) wordt gekenmerkt door ultrasnel lezen, schrijven en ophalen van informatie. Hun grootste nadeel zijn hun extreem hoge kosten (van $ 80 tot $ 800 per GB). Wordt voornamelijk gebruikt om grote databasebeheersystemen en krachtige grafische stations te versnellen. Deze schijven zijn meestal uitgerust met batterijen om gegevens te bewaren in geval van stroomuitval, en duurdere modellen zijn uitgerust met back-up- en/of online kopieersystemen.
Voor-en nadelen
Voordelen:, vergeleken met harde schijven (HDD):
- geen bewegende delen;
- hoge lees- / schrijfsnelheid, die vaak de bandbreedte van de harde schijf-interface overtreft (SAS / SATA II 3 Gb / s, SAS / SATA III 6 Gb / s, SCSI, Fibre Channel, enz.);
- laag energieverbruik;
- volledige afwezigheid van geluid door de afwezigheid van bewegende delen en koelventilatoren;
- hoge mechanische weerstand;
- breed scala aan bedrijfstemperaturen;
- stabiliteit van de leestijd van bestanden, ongeacht hun locatie of fragmentatie;
- kleine afmetingen en gewicht;
- groot moderniseringspotentieel, zowel in de aandrijvingen zelf als in hun productietechnologieën.
- veel minder gevoelig voor externe elektromagnetische velden.
Gebreken:
- Het grootste nadeel van SSD's is het beperkte aantal herschrijfcycli. Conventioneel (MLC, multi-level cel, multi-level geheugencellen) flash-geheugen kan gegevens ongeveer 10.000 keer schrijven. Duurdere soorten geheugen (SLC, Single-level cel, single-level geheugencellen) - meer dan 100.000 keer Load balancing-schema's worden gebruikt om ongelijkmatige slijtage tegen te gaan. De controller slaat informatie op over hoe vaak welke blokken zijn overschreven en "verwisselt ze" indien nodig;
- Het probleem van compatibiliteit van SSD-schijven met verouderde en zelfs veel huidige versies van het Microsoft Windows-besturingssysteem, die geen rekening houden met de specifieke kenmerken van SSD-schijven en ze bovendien verslijten. Het gebruik van het swap (swapping) mechanisme op de SSD door de besturingssystemen zal waarschijnlijk ook de levensduur van de schijf verkorten;
- De prijs van een gigabyte SSD-schijven is beduidend hoger dan de prijs van een gigabyte HDD. Bovendien zijn de kosten van SSD's recht evenredig met hun capaciteit, terwijl de kosten van traditionele harde schijven afhankelijk zijn van het aantal platters en langzamer groeien naarmate de opslagcapaciteit toeneemt.
Microsoft Windows en pc's van dit platform met solid state drives.
Windows 7 introduceert een speciale optimalisatie om met solid-state schijven te werken. Als je SSD's hebt, werkt dit besturingssysteem daar anders mee dan met conventionele HDD's. Windows 7 gebruikt bijvoorbeeld geen defragmentatie, Superfetch, ReadyBoost of andere read-ahead-technieken om het laden van applicaties van gewone HDD's naar SSD's te versnellen.
Eerdere versies van Microsoft Windows hebben niet zo'n speciale optimalisatie en zijn ontworpen om alleen met conventionele harde schijven te werken. Daarom kunnen bijvoorbeeld sommige bestandsbewerkingen in Windows Vista, zonder te worden uitgeschakeld, de levensduur van de SSD verkorten. De defragmentatiebewerking moet worden uitgeschakeld, omdat dit de prestaties van de SSD-media praktisch op geen enkele manier beïnvloedt en deze alleen extra verslijt.
In 2007 bracht ASUS de EEE PC 701-netbook uit met een SSD van 4 GB. Op 9 september 2011 kondigde Dell de eerste op de markt aan voor Dell Precision-notebooks met 512 GB solid-state geheugen met één schijf en 1 TB met twee schijven voor respectievelijk de M4600- en M6600-computermodellen. De fabrikant heeft de prijs voor een enkele 512GB SATA3-schijf op het moment van aankondiging vastgesteld op $1.120.
De SSD-schijf wordt gebruikt door Acer-tablets - Iconia Tab W500- en W501-modellen, Fujitsu Stylistic Q550 met Windows 7.
Mac OS X en Mac-computers met SSD-schijven
Mac OS X 10.7 (Lion) en later implementeren TRIM-ondersteuning volledig voor het solid-state geheugen dat in het systeem is geïnstalleerd.
Sinds 2010 heeft Apple de Air-lijn geïntroduceerd die volledig is uitgerust met solid-state geheugen op basis van NAND Flash-geheugen. Tot 2010 kon de koper een standaard harde schijf kiezen voor een bepaalde computer, maar de verdere ontwikkeling van de lijn ten gunste van maximale verlichting en vermindering van de behuizing van computers van deze serie vereiste een volledige stopzetting van conventionele harde schijven ten gunste van solide -staat schijven. Het volume van het volledige geheugen in computers uit de Air-serie varieert van 64 GB tot 512 GB. Volgens J. P. Morgan heeft sinds de introductie 420.000 volledig solid-state NAND Flash-computers verkocht.
3. Magnetische en optische stations
Zelfstudie.
Er zijn twee belangrijke opnamemethoden: frequentiemodulatie (FM) en gemodificeerde FM. In de controller (adapter) van het diskettestation worden de gegevens in binaire code verwerkt en in sequentiële code naar het diskettestation verzonden.
Frequentie methode: modulatie is dubbele frequentie. Bij het opnemen aan het begin van het klokinterval wordt de stroom naar de MG geschakeld en verandert de richting van de oppervlaktemagnetisatie. Het schakelen van de schrijfstroom markeert het begin van de schrijfcycli en wordt tijdens het lezen gebruikt om synchronisatiesignalen te genereren.
De methode heeft de eigenschap zelfsynchronisatie... Het schrijven van "1" in het midden van het klokinterval keert de stroom om, maar het schrijven van "0" niet. Bij het uitlezen op de momenten van het midden van het klokinterval wordt de aanwezigheid van een signaal van willekeurige polariteit bepaald.
De aanwezigheid van een signaal op dit moment komt overeen met "1", en de afwezigheid - met "0".
Opnameformaat voor diskette-informatie
Elke track op een floppydisk is verdeeld in sectoren. De sectorgrootte is het belangrijkste kenmerk van het formaat en bepaalt de kleinste hoeveelheid gegevens die in een enkele I / O-bewerking kan worden geschreven. De formaten die in de diskettedrive worden gebruikt, verschillen in het aantal sectoren per track en het volume van één sector. Het maximale aantal sectoren per track wordt bepaald door het besturingssysteem. De sectoren zijn van elkaar gescheiden door intervallen waarin geen informatie wordt vastgelegd. Het product van het aantal sporen door het aantal sectoren en het aantal zijden van een diskette bepaalt de informatiecapaciteit.
Elke sector bevat een overheadveld en een dataveld. Adresmarkering is een speciale code die verschilt van gegevens en het begin van een sector of gegevensveld aangeeft. hoofd nummer geeft een van de twee MG's aan die zich op de corresponderende zijden van de diskette bevinden. Sectornummer- Dit is een logische sectorcode, die mogelijk niet samenvalt met het fysieke nummer. Sectorlengte: geeft de grootte van het gegevensveld aan. Controlebytes bedoeld
Gemiddelde toegangstijd naar de schijf in milliseconden wordt geschat door de volgende uitdrukking: waar is het aantal tracks op het werkoppervlak van de GMD; - tijd van verplaatsing van MG van baan naar baan; is de insteltijd van het positioneringssysteem.
Diskette-ontwerp
Harde schijf (HDD)
Harde magnetische schijf- het is een ronde metalen plaat met een dikte van 1,5 ... 2 mm, bedekt met een ferromagnetische laag en een speciale beschermlaag. Beide oppervlakken van de schijf worden gebruikt voor schrijven en lezen.
Werkingsprincipe
Op harde schijven worden gegevens geschreven en gelezen door universele lees-/schrijfkoppen vanaf het oppervlak van roterende magnetische schijven, verdeeld in sporen en sectoren (elk 512 bytes).
De meeste stations hebben twee of drie schijven (waarmee op vier of zes zijden kan worden opgenomen), maar er zijn ook stations met maximaal 11 of meer schijven. Sporen van hetzelfde type (gelijk geplaatst) aan alle zijden van de schijven worden gecombineerd tot een cilinder. Elke zijde van de schijf heeft zijn eigen lees-/schrijfspoor, maar alle koppen zijn op een gemeenschappelijke staaf of rek gemonteerd. Daarom kunnen de koppen niet onafhankelijk van elkaar bewegen en alleen synchroon bewegen.
De rotatiesnelheid van harde schijven in de eerste modellen was 3.600 rpm (d.w.z. 10 keer meer dan in een floppy drive), momenteel is de rotatiesnelheid van harde schijven toegenomen tot 5.400, 5.600, 6.400, 7.200, 10.000 en zelfs 15.000 rpm .
Tijdens de normale werking van de harde schijf raken de lees-/schrijfkoppen de schijven niet (en mogen ze ook niet raken). Maar als je de stroom uitzet en de schijven stopt, zinken ze naar de oppervlakte. Tijdens bedrijf van het apparaat wordt een zeer kleine luchtspleet (luchtkussen) gevormd tussen de kop en het oppervlak van de roterende schijf. Als er een stofje in deze opening komt of als er een schok optreedt, zal de kop "botsen" met de schijf. De gevolgen hiervan kunnen verschillen - van het verlies van enkele bytes aan gegevens tot het uitvallen van de hele schijf. Daarom zijn bij de meeste schijven de oppervlakken van magnetische schijven gelegeerd en gecoat met speciale smeermiddelen, waardoor de apparaten bestand zijn tegen de dagelijkse "ups" en "landingen" van de koppen, evenals meer ernstige schokken.
Sommige van de modernste schijven gebruiken een laad-/ontlaadmechanisme in plaats van het CSS-ontwerp (Contact Start Stop), dat voorkomt dat de koppen in contact komen met de harde schijven, zelfs als de schijf is uitgeschakeld. Het laad-/ontlaadmechanisme maakt gebruik van een hellend paneel dat zich net boven het buitenoppervlak van de harde schijf bevindt. Wanneer de drive is uitgeschakeld of in de energiebesparende modus staat, schuiven de koppen op dit paneel. Wanneer stroom wordt geleverd, worden de koppen alleen ontgrendeld wanneer de rotatiesnelheid van de harde schijven de vereiste waarde bereikt. De luchtstroom die wordt gecreëerd door de rotatie van de schijven (aerostatische lagering) vermijdt mogelijk contact tussen de kop en het oppervlak van de harde schijf.
Omdat de pakken magnetische schijven zich in goed afgesloten dozen bevinden en niet gerepareerd kunnen worden, is de spoordichtheid erop erg hoog - tot 96.000 of meer per inch (Hitachi Travelstar 80GH). HDA-eenheden (Head Disk Assembly) worden geassembleerd in speciale werkplaatsen, onder omstandigheden van bijna volledige steriliteit. Er zijn maar een paar bedrijven die de HDA onderhouden, dus het is erg duur om onderdelen in de verzegelde HDA-eenheid te repareren of te vervangen.
De methode om gegevens naar een harde magnetische schijf te schrijven
Voor opname op een harde schijf worden FM-, gemodificeerde frequentiemodulatie (MFM) en RLL-methoden gebruikt, waarbij elke databyte wordt omgezet in een 16-bits code.
Met de MFM-methode verdubbelt de gegevensregistratiedichtheid in vergelijking met de FM-methode. Als het te schrijven databit één is, wordt het voorgaande klokbit niet geschreven. Als "0" is geschreven en het vorige bit was "1", dan wordt het sync-signaal ook niet geschreven, evenals het databit. Als de bit "0" voor "0" staat, wordt het sync-signaal opgenomen.
Sporen en sectoren
Spoor is een "ring" van gegevens aan één kant van de schijf. De tracks op de schijf zijn verdeeld in genummerde secties die sectoren worden genoemd.
Het aantal sectoren kan verschillen, afhankelijk van de dichtheid van de sporen en het type aandrijving. Een track op een diskette kan bijvoorbeeld 8 tot 36 sectoren bevatten en een track op de harde schijf kan 380 tot 700 bevatten. Sectoren die zijn gemaakt met standaardformatteringsprogramma's zijn 512 bytes groot.
Sectoren op een baan worden vanaf één genummerd, in tegenstelling tot koppen en cilinders, die vanaf nul worden geteld.
Bij het formatteren van een schijf worden aan het begin en het einde van elke sector extra gebieden gemaakt om hun nummers vast te leggen, evenals andere service-informatie, waardoor de controller het begin en einde van de sector identificeert. Hierdoor kunt u onderscheid maken tussen niet-geformatteerde en geformatteerde schijfcapaciteiten. Na het formatteren wordt de schijfcapaciteit verminderd.
Aan het begin van elke sector wordt de kop geschreven (of prefix - prefix deel), die het begin- en sectornummer bepaalt, en aan het einde - de conclusie (of achtervoegsel - achtervoegsel deel), die de controlesom bevat ( controlesom) nodig om de integriteit van de gegevens te controleren.
Het formatteren van moderne harde schijven op laag niveau gebeurt in de fabriek, de fabrikant geeft alleen de geformatteerde capaciteit van de schijf op. Elke sector kan 512 bytes aan gegevens opslaan, maar het gegevensgebied is slechts een deel van de sector. Elke sector op een schijf neemt gewoonlijk 571 bytes in beslag, waarvan er slechts 512 bytes zijn toegewezen voor gegevens.
Om sectoren te wissen, worden er vaak speciale bytereeksen naar geschreven. Voorvoegsels, achtervoegsels en spaties- ruimte, wat het verschil is tussen niet-geformatteerde en geformatteerde schijfcapaciteiten, en gaat "verloren" na het formatteren.
Het low-level formatteringsproces resulteert in een verschuiving in de sectornummering, waardoor sectoren op aangrenzende sporen met hetzelfde nummer ten opzichte van elkaar worden verschoven. Sector 9 van het ene spoor ligt bijvoorbeeld naast sector 8 van het volgende spoor, dat op zijn beurt naast sector 7 van het volgende spoor ligt, enzovoort. De optimale hoeveelheid verplaatsing wordt bepaald door de verhouding van de rotatiesnelheid van de schijf tot de radiale snelheid van de kop.
Sectoridentificatie (ID) bestaat uit velden voor het registreren van cilinder-, kop- en sectornummers, evenals een CRC-controleveld om de nauwkeurigheid van het lezen van de ID-informatie te controleren. De meeste controllers gebruiken het zevende bit van het head-nummerveld om slechte sectoren te markeren tijdens formattering op laag niveau of oppervlakteanalyse.
Opname start interval volgt direct na de CRC-bytes; het zorgt ervoor dat de informatie in het volgende gegevensgebied correct wordt geschreven. Bovendien dient het om de CRC-analyse (checksum) van de sectoridentificatie te voltooien.
Het gegevensveld kan 512 bytes aan informatie opslaan. Daarachter bevindt zich nog een CRC-veld om de juistheid van het gegevensrecord te controleren. In de meeste stations is de grootte van dit veld twee bytes, maar sommige controllers kunnen werken met langere velden met foutcorrectiecodes ( Foutcorrectiecode - ECC). Met de foutcorrectiebytes die in dit veld zijn geschreven, kunnen sommige fouten worden gedetecteerd en gecorrigeerd wanneer ze worden gelezen. De effectiviteit van deze operatie hangt af van de geselecteerde correctiemethode en de kenmerken van de controller. Afschrijvingsinterval maakt volledige byte-parsering mogelijk ECC (CRC).
Het interval tussen schrijfbewerkingen is nodig om te voorkomen dat gegevens uit de volgende sector per ongeluk worden gewist bij het schrijven naar de vorige sector. Dit kan gebeuren als de schijf iets langzamer is gedraaid dan de daaropvolgende schrijfbewerkingen tijdens het formatteren.
Formaat voor het opnemen van informatie op een harde magnetische schijf
Harde schijven gebruiken doorgaans gegevensformaten met een vast aantal sectoren per track (17, 34 of 52) en 512 of 1024 bytes per sector. Sectoren zijn gemarkeerd met een magnetische marker.
Het begin van elke sector wordt aangegeven door een adresmarkering. Synchronisatiebytes worden aan het begin van het identificatie- en gegevensveld geschreven, die worden gebruikt om het gegevenstoewijzingsschema van de HDD-adapter te synchroniseren. De sectoridentificatie bevat het schijfadres in het pakket, weergegeven door de cilinder-, kop- en sectorcodes. Vergelijkings- en vlagbytes worden bovendien in de identifier geïntroduceerd. De vergelijkingsbyte vertegenwoordigt hetzelfde nummer voor elke sector (de juiste lezing van de identifier wordt uitgevoerd). De vlagbyte bevat een vlag - een indicator van de staat van het spoor.
Besturingsbytes worden eenmaal in het identifier-veld geschreven wanneer de sector-identifier wordt geschreven, en in het dataveld - elke keer voor elke nieuwe data-write. De checkbytes worden gebruikt om leesfouten op te sporen en te corrigeren. De meest gebruikte polynomiale correctiecodes (afhankelijk van de circuitimplementatie van de adapter).
De gemiddelde tijd voor toegang tot informatie op een harde schijf is:
waarbij tn de gemiddelde positioneringstijd is;
F is de rotatiesnelheid van de schijf;
tobm - wisseltijd.
De uitwisselingstijd is afhankelijk van de technische middelen van de controller en het type interface, de aanwezigheid van een ingebouwde buffercache, het coderingsalgoritme voor schijfgegevens en de interleaving-factor.
Schijven formatteren
Er zijn twee soorten schijfformattering::
- fysieke opmaak of opmaak op laag niveau;
- logische opmaak of opmaak op hoog niveau.
Bij het formatteren van diskettes met Windows Verkenner of het DOS FORMAT-commando worden beide bewerkingen uitgevoerd.
Voor harde schijven moeten deze bewerkingen echter afzonderlijk worden uitgevoerd. Bovendien is er voor een harde schijf een derde fase, uitgevoerd tussen de twee gespecificeerde formatteringsbewerkingen, - het partitioneren van de schijf in partities. Partitioneren is absoluut essentieel als u van plan bent meerdere besturingssystemen op dezelfde computer te gebruiken. De fysieke opmaak is altijd hetzelfde, ongeacht de eigenschappen van het besturingssysteem en de opmaakopties op hoog niveau. Het systeem wijst een stationsletter toe aan een volume of logische schijf.
Het formatteren van een harde schijf gebeurt dus in drie stappen..
- Opmaak op laag niveau.
- Organisatie van partities op een schijf.
- Opmaak op hoog niveau.
Opmaak op laag niveau
Tijdens het formatteringsproces op laag niveau worden de tracks op de schijf opgesplitst in sectoren. Tegelijkertijd worden de koppen en conclusies van de sectoren (prefixen en suffixen) vastgelegd en worden ook de intervallen tussen de sectoren en sporen gevormd. Het datagebied van elke sector is gevuld met dummy-waarden of speciale testdatasets.
In de eerste controllers ST-506/412 bij het schrijven volgens de methode MFM tracks waren verdeeld in 17 sectoren, en in controllers van hetzelfde type, maar met RLL-codering van het aantal sectoren verhoogd tot 26. In schijven ESDI een track bevat 32 of meer sectoren. IDE-schijven hebben ingebouwde controllers en, afhankelijk van hun type, varieert het aantal sectoren van 17-700 of meer. SCSI-schijven zijn IDE-schijven met een ingebouwde SCSI-busadapter (de controller is ook ingebouwd), dus het aantal sectoren per track kan volledig willekeurig zijn en hangt alleen af van het type controller dat is geïnstalleerd.
Vrijwel alle IDE- en SCSI-drives gebruiken de zogenaamde zone-opname met een variabel aantal sectoren per track. Sporen verder van het centrum, en dus langer, bevatten meer sectoren dan die dicht bij het centrum. Een manier om de capaciteit van een harde schijf te vergroten, is door de buitenste cilinders in meer sectoren te verdelen dan de binnenste cilinders. In theorie kunnen de buitenste cilinders meer gegevens bevatten omdat ze een grotere omtrek hebben.
In schijven die de zoneregistratiemethode niet gebruiken, bevat elke cilinder dezelfde hoeveelheid gegevens, hoewel de spoorlengte van de buitenste cilinders twee keer zo lang kan zijn als de binnenste. Dit leidt tot een inefficiënt gebruik van de opslagcapaciteit, aangezien het medium een betrouwbare opslag moet bieden van gegevens die zijn vastgelegd met dezelfde dichtheid als in de binnencilinders. In het geval dat het aantal sectoren per spoor vast ligt, zoals bij oudere controllers het geval is, wordt de opslagcapaciteit bepaald door de opnamedichtheid van het interne (kortste) spoor.
Zone-opname verdeelt cilinders in groepen die zones worden genoemd, en naarmate u naar de buitenrand van de schijf gaat, worden de tracks verdeeld in steeds meer sectoren. In alle cilinders die tot één zone behoren, is het aantal sectoren op de sporen gelijk. Het mogelijke aantal zones is afhankelijk van het type aandrijving; op de meeste apparaten zijn er 10 of meer. De snelheid van data-uitwisseling met de drive kan variëren en is afhankelijk van de zone waarin de heads zich op een bepaald moment bevinden. Dit gebeurt omdat er meer sectoren in de buitenste zones zijn en de rotatiesnelheid van de schijf constant is (dwz de lineaire bewegingssnelheid van de sectoren ten opzichte van de kop bij het lezen en schrijven van gegevens op de buitenste sporen is hoger dan op de binnenste).
Bij gebruik van de zone-opnamemethode bevat elk schijfoppervlak al 545,63 sectoren per track. Als u de zone-opnamemethode niet gebruikt, is elke track beperkt tot 360 sectoren. De versterking bij gebruik van de zone-opnamemethode is ongeveer 52%.
Let op de verschillen in baudrate voor elke zone. Aangezien het spiltoerental 7.200 tpm is, wordt één omwenteling voltooid in 1/120 van een seconde of 8,33 milliseconden. Tracks in de buitenste zone (nul) hebben een gegevensoverdrachtsnelheid van 44,24 MB / s en in de binnenste zone (15) - slechts 22,12 MB / s. De gemiddelde gegevensoverdrachtsnelheid is 33,52 MB / s.
Schijfpartities organiseren
Partities die op een harde schijf zijn gemaakt, bieden ondersteuning voor verschillende bestandssystemen, die zich elk op een specifieke partitie op de schijf bevinden.
Elk bestandssysteem gebruikt een specifieke methode om de ruimte die door een bestand wordt ingenomen te verdelen in logische eenheden die clusters of eenheidsblokken van geheugen worden genoemd. Een harde schijf kan een tot vier partities hebben, die elk een bestandssysteem van een of meer typen ondersteunen. Momenteel gebruiken pc-compatibele besturingssystemen drie soorten bestandssystemen.
FAT (Bestandstoewijzingstabel). Het is het standaard bestandssysteem voor DOS, Windows 9x en Windows NT. In FAT-partities onder DOS is de toegestane lengte van bestandsnamen 11 tekens (8 tekens van de werkelijke naam en 3 tekens van de extensie), en de grootte van het volume (logische schijf) is maximaal 2 GB. Onder Windows 9x / Windows NT 4.0 en hoger is de toegestane lengte van bestandsnamen 255 tekens.
Met FDISK kunt u slechts twee fysieke FAT-partities op uw harde schijf maken, een primaire en een secundaire partitie, terwijl een secundaire partitie maximaal 25 logische volumes kan maken. Partition Magic kan vier hoofdpartities maken of drie hoofdpartities en één extra.
FAT32 (bestandstoewijzingstabel, 32-bits - 32-bits bestandstoewijzingstabel)... Gebruikt met Windows 95 OSR2 (OEM Service Release 2), Windows 98 en Windows 2000. In FAT-tabellen komen 32 locaties overeen met 32-bits getallen. Met deze bestandsstructuur kan het volume (logische schijf) maximaal 2 TB (2048 GB) bedragen.
NTFS (Windows NT-bestandssysteem - Windows NT-bestandssysteem)... Alleen beschikbaar op Windows NT / 2000 / XP / 2003. De bestandsnamen kunnen maximaal 256 tekens lang zijn, de partitiegrootte (theoretisch) - 16 Ebytes (16 ^ 1018 bytes). NTFS biedt extra mogelijkheden die niet door andere bestandssystemen worden geboden, zoals beveiliging.
Nadat u partities hebt gemaakt, moet u formatteren op hoog niveau uitvoeren met behulp van hulpprogramma's voor het besturingssysteem.
Opmaak op hoog niveau
Met opmaak op hoog niveau creëert het besturingssysteem structuren voor het werken met bestanden en gegevens. De opstartsector van het volume (Volume Opstartsector - VBS), twee exemplaren van de bestandstoewijzingstabel (FAT) en de hoofdmap ( Hoofdmap). Met behulp van deze gegevensstructuren wijst het besturingssysteem schijfruimte toe, houdt het de locatie van bestanden bij en "omzeilt" het zelfs defecte gebieden op de schijf om problemen te voorkomen. In wezen gaat formatteren op hoog niveau minder over formatteren dan over het maken van een schijfinhoudsopgave en bestandstoewijzingstabellen.
