Hälsningar till alla bloggläsare. Många är intresserade av frågan om hur en dators hårddisk fungerar. Därför bestämde jag mig för att ägna dagens artikel åt detta.
En dators hårddisk (hårddisk eller hårddisk) behövs för att lagra information efter att datorn stängts av, till skillnad från RAM () - som lagrar information tills strömförsörjningen bryts (innan datorn stängs av).
En hårddisk kan med rätta kallas ett riktigt konstverk, bara ett ingenjörskonst. Ja Ja precis. Allt är så komplicerat där inne. För närvarande, över hela världen, är en hårddisk den mest populära enheten för att lagra information; den är i nivå med sådana enheter som: flashminne (flash-enheter), SSD. Många har hört mycket om komplexiteten hos en hårddiskenhet och är förbryllade över hur så mycket information får plats i den, och vill därför gärna veta hur en dators hårddisk fungerar eller vad den består av. Idag kommer det att finnas en sådan möjlighet).
En hårddisk har fem huvuddelar. Och den första är integrerad krets, som synkroniserar skivans arbete med datorn och kontrollerar alla processer.
Den andra delen är en elmotor(spindel), får skivan att rotera med cirka 7200 rpm, och IC håller rotationshastigheten konstant.
Och nu den tredje, förmodligen den viktigaste delen är vipparmen, som både kan skriva och läsa information. Änden av vipparmen är vanligtvis delad för att hantera flera skivor samtidigt. Vipphuvudet får dock aldrig kontakt med skivorna. Det finns ett gap mellan skivans yta och huvudet, storleken på detta gap är cirka fem tusen gånger mindre än tjockleken på ett människohår!
Men låt oss ändå se vad som händer om gapet försvinner och vipphuvudet kommer i kontakt med ytan på den roterande skivan. Vi minns fortfarande från skolan att F = m * a (Newtons andra lag, enligt min mening), varav det följer att ett föremål med en liten massa och en enorm acceleration blir otroligt tungt. Med tanke på själva skivans enorma rotationshastighet blir vikten på vipphuvudet väldigt, väldigt märkbar. Naturligtvis är skador på skivan oundvikliga i detta fall. Förresten, här är vad som hände med disken, där denna lucka försvann av någon anledning:
Friktionskraftens roll är också viktig, d.v.s. dess nästan fullständiga frånvaro, när vippan börjar läsa information, samtidigt som den växlar upp till 60 gånger per sekund. Men vänta, var är motorn här som sätter vippan i rörelse, och till och med i en sådan hastighet? I själva verket är det inte synligt, eftersom det är ett elektromagnetiskt system som verkar på växelverkan mellan två naturkrafter: elektricitet och magnetism. Denna interaktion gör att du kan accelerera vipparen till ljusets hastighet, i bokstavlig mening.
Fjärde delen– själva hårddisken är där informationen skrivs och varifrån informationen läses kan det förresten finnas flera av dem.
Jo, den femte och sista delen av hårddiskdesignen är naturligtvis fallet där alla andra komponenter är installerade. Materialen som används är följande: nästan hela kroppen är gjord av plast, men topplocket är alltid metall. Det sammansatta fodralet kallas ofta en "inneslutning". Det finns en åsikt att det inte finns någon luft inuti inneslutningszonen, eller snarare att det finns ett vakuum. Denna åsikt är baserad på det faktum att vid så höga rotationshastigheter för skivan, kan till och med en dammfläck som kommer in i göra många dåliga saker. Och det är nästan sant, förutom att det inte finns något vakuum där - utan det finns renad, torkad luft eller neutral gas - kväve, till exempel. Även om, kanske i tidigare versioner av hårddiskar, istället för att rena luften, pumpades den helt enkelt ut.
Vi pratade om komponenter, d.v.s. vad består en hårddisk av... Låt oss nu prata om datalagring.
Hur och i vilken form lagras data på en dators hårddisk
Data lagras i smala banor på skivans yta. Under produktionen appliceras mer än 200 tusen sådana spår på skivan. Var och en av spåren är indelad i sektorer.
Spår- och sektorkartor låter dig bestämma var du ska skriva eller läsa information. Återigen finns all information om sektorerna och spåren i minnet av den integrerade kretsen, som, till skillnad från andra komponenter på hårddisken, inte är placerad inuti höljet, utan utanför och vanligtvis längst ner.
Ytan på själva skivan är slät och glänsande, men detta är bara vid första anblicken. Vid närmare eftertanke är ytstrukturen mer komplex. Faktum är att skivan är gjord av en metallegering belagd med ett ferromagnetiskt skikt. Detta lager gör allt arbete. Det ferromagnetiska lagret kommer ihåg all information, hur? Väldigt enkelt. Vipphuvudet magnetiserar ett mikroskopiskt område på filmen (ferromagnetiskt skikt), och sätter det magnetiska momentet för en sådan cell i ett av tillstånden: o eller 1. Varje sådan nolla och en kallas bitar. Alltså är all information som registreras på en hårddisk i själva verket en viss sekvens och ett visst antal nollor och ettor. Till exempel tar ett foto av god kvalitet upp cirka 29 miljoner av dessa celler och är utspridda över 12 olika sektorer. Ja, det låter imponerande, men i verkligheten - ett så stort antal bitar upptar ett mycket litet område på skivans yta. Varje kvadratcentimeter hårddiskyta innehåller tiotals miljarder bitar.
Hur en hårddisk fungerar
Vi har just undersökt enheten på hårddisken, var och en av dess komponenter separat. Nu föreslår jag att länka allt till ett slags system, på grund av vilket principen för hårddiskoperationen kommer att vara tydlig.
Så, principen som en hårddisk fungerar enligt nästa: när hårddisken slås på betyder det att antingen skrivs den till den, eller så läses information från den, eller så börjar elmotorn (spindeln) ta fart, och eftersom hårddiskarna är fixerade på själva spindeln, respektive, de är tillsammans med den också börja rotera. Och tills skivornas/skivornas varv har nått en sådan nivå att en luftkudde bildas mellan vipparmen och skivan, är vippan i en speciell "parkeringszon" för att undvika skador. Så här ser det ut.
Så fort varven når önskad nivå sätter servodrivningen (elektromagnetisk motor) vippan i rörelse, som redan är placerad på den plats där du behöver skriva eller läsa information från. Detta underlättas av den integrerade mikrokretsen, som styr vipparmens alla rörelser.
Det finns en utbredd uppfattning, en sorts myt, att i de ögonblick då skivan är "ledig", d.v.s. tillfälligt utförs inga läs-/skrivoperationer med den, hårddiskarna inuti slutar snurra. Detta är verkligen en myt, för i själva verket roterar hårddiskarna inuti höljet konstant, även när hårddisken är i energisparläge och ingenting skrivs till den.
Tja, här har vi undersökt enheten på datorns hårddisk i alla detaljer. Naturligtvis, inom ramen för en artikel, är det omöjligt att berätta om allt som har med hårddiskar att göra. Till exempel sa den här artikeln inte om det - det här är ett stort ämne, jag bestämde mig för att skriva en separat artikel om det.
Hittade en intressant video om hur en hårddisk fungerar i olika lägen
Tack alla för er uppmärksamhet, om ni ännu inte har prenumererat på uppdateringarna av denna webbplats - jag rekommenderar starkt att du gör detta för att inte missa intressant och användbart material. Vi ses på bloggsidorna!
Sida 1 av 6
En kort beskrivning av principerna för hårddiskar.
Hur fungerar en hårddisk?
Som regel är alla användare intresserade av en fråga: är disken "snabb"? Svaret på det är tvetydigt och kräver en berättelse om följande egenskaper:
- Diskens rotationshastighet
- Positioneringsfördröjning
- Dataåtkomsttid
- Hårddiskcache
- Placera data på disk
- Växelkurs mellan processor och disk
- Gränssnitt (IDE eller SCSI)
Diskens rotationshastighet
Vanligtvis har moderna hårddiskar rotationshastigheter på 5400 till 7200 rpm. Ju högre rotationshastighet, desto högre datautbyteshastighet. Det bör endast beaktas att en ökning av rotationshastigheten ökar temperaturen på hårddiskhöljet och skivor med en hastighet på 7200 rpm kräver antingen användning av ett fodral med en genomtänkt design för värmeavledning, eller ytterligare kylning av en extern fläkt av själva skivan. Strömförsörjningsfläkten räcker inte för detta. Även höghastighetsskivor med en rotationshastighet på 10 000 rpm, som nu tillverkas av alla tillverkare utan undantag, kräver både god ventilation inuti höljet och ett "korrekt" hölje som tar bort värmen bra. 15000 RPM hårddiskar utan forcerat luftflöde rekommenderas helt enkelt inte för användning. Antal sektorer per spår
Moderna hårddiskar har olika antal sektorer per spår, beroende på om det är ett externt spår eller ett internt spår. Ytterspåret är längre och kan ta emot fler sektorer än det kortare innerspåret. Data på en tom skiva börjar också skrivas från det yttre spåret. Söktid / huvudväxlingstid / cylinderväxlingstid
Söktiden är minimal endast om det är nödvändigt att köra med ett spår som ligger i anslutning till det över vilket huvudet för närvarande befinner sig. Den längsta söktiden, respektive, när man flyttar från första spåret till det sista. Som regel anges den genomsnittliga söktiden i passdata på hårddisken. Alla magnethuvuden på skivan är placerade vid varje tidpunkt ovanför samma cylinder, och växlingstiden bestäms av hur snabbt växlingen mellan huvuden utförs vid läsning eller skrivning. Cylinderbytestid är den tid som krävs för att flytta huvudena en cylinder framåt eller bakåt. Alla tider anges i hårddiskdokumentationen i millisekunder (ms). Positioneringsfördröjning
När huvudet är över det önskade spåret, väntar det på att den önskade sektorn ska visas på detta spår. Denna tid kallas positioneringsfördröjning och mäts också i millisekunder (ms). Den genomsnittliga positioneringsfördröjningen räknas som den tid det tar att rotera skivan 180 grader och beror därför endast på skivspindelns rotationshastighet. Specifika data om förseningens storlek sammanfattas i tabellen. Dataåtkomsttid
Dataåtkomsttid är i huvudsak en kombination av söktid, huvudbytestid och positioneringsfördröjning, även mätt i millisekunder (ms). Söktid är som du redan vet bara en indikator på hur snabbt huvudet kommer över den önskade cylindern. Tills data skrivs eller läses bör du lägga till tid för att byta huvuden och vänta på önskad sektor. Hårddiskcache
Vanligtvis har alla moderna hårddiskar ett eget random access-minne som kallas cacheminne eller helt enkelt cache. Hårddisktillverkare refererar ofta till detta minne som buffertminne. Storleken och strukturen på cachen mellan tillverkare och för olika modeller av hårddiskar skiljer sig markant. Vanligtvis används cacheminnet för både att skriva data och läsa, men på SCSI-diskar är det ibland nödvändigt att tvinga skrivcaching att aktiveras, eftersom diskskrivningscache vanligtvis är inaktiverat för SCSI. Det finns program som låter dig bestämma hur cacheparametrarna ställs in, till exempel ASPIID från Seagate. Hur konstigt det än kan tyckas för många, är storleken på cachen inte avgörande för att utvärdera effektiviteten i dess arbete. Organiseringen av datautbyte med cachen är viktigare för att förbättra diskens prestanda som helhet. Vissa hårddisktillverkare, som Quantum, använder en del av cachen för sin programvara (för Quantum Fireball 1,3 Gb-modellen används till exempel 48 Kb av 128 för firmware). Det verkar för oss att metoden som används av Western Digital är mer att föredra. För att lagra firmware används speciellt utsedda sektorer på disken, som är osynliga för alla operativsystem. Vid uppstart laddas det här programmet in i vanligt billigt DRAM på disken, vilket eliminerar kostnaden för ett flashminne för att lagra firmware. Denna metod gör det enkelt att patcha hårddiskens firmware, vilket Western Digital ofta gör. Placera data på disk
Sedan början av PC-eran vet alla att konfigurationen av en disk ställs in genom antalet cylindrar, huvuden och sektorer per spår. Även om det för några år sedan var obligatoriskt att ange exakt alla dessa diskparametrar i SETUP-programmet, är det inte så nu. Strängt taget har de diskparametrar som du ser i avsnittet SETUP Standard CMOS Setup, som regel ingenting att göra med de verkliga diskparametrarna, och du kanske märker att dessa parametrar ändras beroende på typen av diskgeometriöversättning - Vanligt, LBA och Stor. Vanligt- geometri i enlighet med tillverkarens specifikationer på disken och tillåter inte DOS att se mer än 504 Mb (1 Mb - 1048576 byte). LBA- Logical Block Address - den här inställningen låter dig se DOS-diskar upp till 4 Gb i storlek. Stor används av ett operativsystem som Unix. Parametrarna som ställts in i SETUP översätts till faktisk hårddiskkontrolllogik. Många moderna operativsystem fungerar med disken genom LBA, förbi BIOS.
Som de flesta persondatoranvändare är väl medvetna om, lagras all data i en PC på en hårddisk, en lagringsenhet för direktåtkomst som fungerar enligt principen om magnetisk inspelning. Moderna hårddiskar kan innehålla information med en total volym på upp till 6 terabyte (kapaciteten på den största disk som för närvarande släpps av HGST), vilket verkade omöjligt för tio år sedan. Förutom det faktum att hårddisken på en dator har en kolossal kapacitet, tack vare den komplexa moderna teknik som används i dess arbete, låter den dig också få nästan omedelbar tillgång till informationen som lagras på den, utan vilken det produktiva arbetet av en PC skulle vara omöjligt. Hur fungerar detta mirakel av modern teknik, och hur fungerar det?
Hårddiskenhet
Om du tar bort den övre luckan på hårddisken ser du bara elektronikkortet och ett annat lock med ett förseglat område under. Det är i detta inneslutningsområde som hårddiskens huvudelement finns. Trots den utbredda uppfattningen att inneslutningen av en hårddisk innehåller ett vakuum är detta inte alls fallet - inuti inneslutningen är den fylld med torr luft fri från damm, och i locket finns vanligtvis ett litet hål med ett rengöringsfilter utformad för att utjämna lufttrycket inuti inneslutningen.
I allmänhet består en hårddisk av följande huvudkomponenter:
Hur en hårddisk fungerar
Vad händer när datorns hårddisk är påslagen och börjar fungera? Efter kommandot från den elektroniska styrenheten börjar hårddiskmotorn rotera och sätter därigenom magnetskivorna i rörelse, som är stelt fast vid dess axel. Så snart spindelhastigheten når ett värde som är tillräckligt för att ett konstant luftflöde ska bildas ovanför skivytan, vilket kommer att förhindra att läshuvudet faller till ytan på drivenheten, börjar vippmekanismen att flytta läshuvudena, och de svävar över skivans yta. I det här fallet är avståndet från läshuvudet till lagringsenhetens magnetiska skikt endast cirka 10 nanometer, vilket är lika med en miljarddels meter.
Först och främst, när hårddisken är påslagen, läser den serviceinformationen från enheten (det kallas även "nollspåret"), som innehåller information om disken och dess tillstånd. Om sektorerna med serviceinformation är skadade kommer hårddisken inte att fungera.
Sedan börjar arbetet direkt med data som finns på disken. Partiklar av ferromagnetiskt material, som täcker skivans yta, under påverkan av magnethuvudet bildar villkorligt bitar - digitala informationslagringsenheter. Datan på hårddisken är fördelad i spår, vilket är ett ringformat område på ytan av en magnetisk skiva. Banan är i sin tur uppdelad i lika stora segment, så kallade sektorer. Således, svävande ovanför skivans arbetsyta, kan magnethuvudet, genom att ändra magnetfältet, skriva data strikt till en specifik plats i enheten, och genom att fånga det magnetiska flödet läses information om sektorerna.
Formatera hårddisken
För att hårddisken ska kunna applicera data, utsätts den först för en formateringsprocess. Även formatering krävs ibland när du installerar om operativsystemet, men i det andra fallet är inte hela disken formaterad, utan bara en av dess logiska partitioner.
Under formatering appliceras serviceinformation på disken, såväl som data om placeringen av sektorer och spår på diskytan. Detta är nödvändigt för korrekt positionering av magnethuvudena när du arbetar med en hårddisk.
Hårddiskspecifikationer
Den moderna hårddiskmarknaden erbjuder ett urval av en mängd olika modeller av hårddiskar, som skiljer sig från varandra i olika tekniska parametrar. Här är de viktigaste egenskaperna som hårddiskar särskiljer:
- Anslutningsgränssnitt. De flesta moderna hårddiskar är anslutna till moderkortet via SATA-gränssnittet, men det finns modeller med andra typer av anslutningar: eSATA, FireWire, Thunderbolt och IDE.
- Kapacitet. Ett värde som kännetecknar mängden information som får plats på en hårddisk. För närvarande är de mest populära enheterna med en kapacitet på 500 GB och 1 TB.
- Formfaktor Moderna hårddiskar finns i två fysiska storlekar, 2,5 "och 3,5". De förra är avsedda att användas i bärbara datorer och kompakta versioner av PC, medan de senare används i konventionella stationära datorer.
- Spindelhastighet. Ju högre spindelhastighet på hårddisken, desto snabbare fungerar den. Majoriteten av hårddiskar på marknaden har en rotationshastighet på 5400 eller 7200 rpm, men det finns även skivor med en spindelhastighet på 10 000 rpm.
- Buffertstorlek. För att jämna ut skillnaden i läs/skrivhastighet och överföring via gränssnittet i hårddiskar används ett mellanminne som kallas buffert. Buffertstorleken sträcker sig från 8 till 128 megabyte.
- Slumpmässig åtkomsttid. Detta är den tid det tar att utföra en operation för att placera magnethuvudet på ett godtyckligt område av hårddiskens yta. Det kan vara mellan 2,5 och 16 millisekunder.
Varför kallas en hårddisk en hårddisk?
Enligt en version fick hårddisken sitt inofficiella smeknamn "Winchester" 1973, när världens första hårddisk släpptes, där de aerodynamiska läshuvudena var inrymda i en förseglad låda med magnetiska plattor. Denna enhet hade en kapacitet på 30 MB plus 30 MB i ett löstagbart fack, varför ingenjörerna som arbetade med dess utveckling gav den kodnamnet 30-30, vilket var konsonant med beteckningen på det populära hagelgeväret med 30-30 Winchester patron. I början av nittiotalet föll namnet "Winchester" ur bruk i Europa och USA, men är fortfarande populärt i rysktalande länder. Dessutom kan du ofta höra en mer förkortad slangversion av namnet Winchester - "skruv", som främst används av datorspecialister.
Många användare är intresserade av hårddisken. Och inte utan anledning, för idag är den vanligaste lagringsenheten på en dator hårddisken. Vidare kommer principerna för dess funktion och struktur att analyseras.
Winchester är i grunden som en skivspelare. Den innehåller även tallrikar och läshuvuden. Dock är hårddisken mer komplex. Om vi tar isär hårddisken kommer vi att se att plattorna huvudsakligen är av metall och täckta med ett magnetiskt lager. Det är på den som data registreras. Beroende på hårddiskens volym finns det 4 till 9 plattor.De är monterade på en axel som kallas "spindel" och har en hög rotationshastighet från 3600 till 10000 rpm för konsumentprodukter.
Bredvid plåtblocket finns läshuvudblocket. Antalet huvuden bestäms av antalet magnetskivor, nämligen en för varje skivyta. Till skillnad från en hårddiskspelare vidrör inte huvudet plattornas yta utan hänger över det. Detta eliminerar mekaniskt slitage. Eftersom plattorna har en hög rotationshastighet, och huvuden måste vara på ett extremt litet konstant avstånd ovanför dem, är det mycket viktigt att ingenting kan komma in i husets insida. När allt kommer omkring kan minsta dammfläck orsaka fysisk skada. Det är därför den mekaniska delen är hermetiskt stängd med ett hölje, och den elektroniska delen tas ut.
Vissa användare är intresserade av hur man tar isär en hårddisk. Det måste förstås att analysen av en arbetsdrift innebär en kränkning av dess täthet. Och detta kommer i sin tur att göra den oanvändbar. Därför bör du inte göra detta om du inte är redo att förlora all data på lagringsmediet. Om du inte har ett akut behov av att öppna hårddisken, utan bara är nyfiken på vad hårddisken består av, kan du se ett foto på den demonterade hårddisken.
Det är därför hårddiskar på magnetiska skivor demonteras och monteras i en speciell laminär låda under reparation. Det upprätthåller den miljö som är nödvändig för sådant arbete med hjälp av ett lufttillförselsystem med hög renhet och täthet. Efter att ha tagit isär din disk hemma kommer du definitivt att göra den oanvändbar.
De lediga läshuvudena är placerade bredvid tallriken. Detta kallas även för "parkeringsposition". En speciell anordning för huvudena in i arbetsområdet först när skivan har accelererat till önskad hastighet. De rör sig alla tillsammans, inte var för sig. Detta gör att du har snabb åtkomst till all data.
Det elektroniska kortet, eller styrenheten, är vanligtvis fäst på undersidan av hårddisken. Hon är inte skyddad av någonting, och av detta är hon ganska sårbar för mekaniska och termiska skador. Det är hon som styr mekaniken. Winchester skiljer sig från en bärbar dator från en vanlig 3,5-tums bara i storlek. Funktionsprincipen för en hårddisk är exakt densamma. De kan bara skilja sig åt i antalet magnetiska pannkakor och lagringskapaciteten.
Som kan spåras utsätts hårddisken för stötar, stötar, repor, betydande temperaturförändringar och spänningsöverslag. Och detta gör det inte helt tillförlitlig bärare av information. Det är på grund av detta som hårddisken på en bärbar dator misslyckas oftare än på en stationär dator. När allt kommer omkring skakas bärbara enheter ständigt, tappas ibland, tas ut i kylan eller placeras i solen. Och detta påverkar i sin tur hårddisken negativt.
För att förlänga hårddiskens livslängd, utsätt den inte för fall eller stötar, se till att det finns tillräcklig ventilation i höljet och utför eventuella manipulationer med skivan endast när strömmen är avstängd. Dessa brister ledde till uppkomsten av en ny typ av SSD-hårddiskar. Gradvis tränger de bort hårddiskar, som en gång såg ut som fantastiska medier.
Logisk enhet
Vi lärde oss hur en hårddisk ser ut inuti. Nu ska vi analysera dess logiska struktur. Data skrivs till datorns hårddisk i spår, som är indelade i specifika sektorer. Varje sektor är 512 byte stor. På varandra följande sektorer kombineras till ett kluster.
När du installerar en ny hårddisk måste du formatera den, annars kommer datorn helt enkelt inte att se det lediga utrymmet på enheten. Formatering kan vara fysisk och logisk. Den första involverar partitionering av disken i sektorer. Vissa av dem kan definieras som "dåliga", det vill säga oanvändbara för dataregistrering. I de flesta fall är enheten redan formaterad på detta sätt innan den säljs.
Logisk formatering innebär att skapa en logisk partition på din hårddisk. Detta gör det möjligt att avsevärt förenkla och optimera arbetet med information. En logisk partition (eller, som den också kallas, "logisk disk") är tilldelad till ett visst område av enheten. Du kan arbeta med den som med en separat hårddisk. För att förstå hur en hårddisk fungerar med sina partitioner räcker det att visuellt dela upp hårddisken i 2-4 delar beroende på antalet logiska volymer. För varje volym kan du använda ett eget formateringssystem: FAT32, NTFS eller exFAT.
Tekniska detaljer
Hårddiskar skiljer sig från varandra i följande data:
- volym;
- spindelns rotationshastighet;
- gränssnitt.
Hittills är den genomsnittliga volymen på en hårddisk 500-1000 GB. Det bestämmer mängden information som du kan skriva till mediet. Spindelhastigheten avgör hur snabbt du kan komma åt data, det vill säga läsa och skriva information. Det vanligaste gränssnittet är SATA, som ersatte den föråldrade och långsamma IDE. De skiljer sig från varandra i bandbredd och typ av kontakt för att ansluta till moderkortet. Observera att en modern datordisk bara kan ha ett SATA- eller SATA2-gränssnitt.
Den här artikeln undersökte hur en hårddisk fungerar, dess funktionsprinciper, tekniska data och logiska struktur.
Hårddiskar, eller, som de också kallas, hårddiskar, är en av de viktigaste komponenterna i ett datorsystem. Alla vet om det. Men inte alla moderna användare vet ens i princip hur en hårddisk fungerar. Funktionsprincipen i allmänhet är ganska enkel för en grundläggande förståelse, men det finns några nyanser här, som kommer att diskuteras senare.
Frågor om syfte och klassificering av hårddiskar?
Frågan om syfte är förstås retorisk. Vilken användare som helst, även den mest avancerade, kommer omedelbart att svara att hårddisken (aka hårddisk, aka hårddisk eller hårddisk) omedelbart kommer att svara att den tjänar till att lagra information.
I allmänhet är det sant. Glöm inte att det på hårddisken, förutom operativsystemet och användarfilerna, finns startsektorer skapade av operativsystemet, tack vare vilka det startar, samt några etiketter som du snabbt kan hitta nödvändig information på disk.
Moderna modeller är ganska olika: vanliga hårddiskar, externa hårddiskar, höghastighets solid-state-enheter SSD, även om de vanligtvis inte kallas hårddiskar. Vidare föreslås det att överväga enheten och principen för driften av hårddisken, om inte i sin helhet, så åtminstone på ett sådant sätt att det skulle vara tillräckligt för att förstå de grundläggande termerna och processerna.
Observera att det också finns en speciell klassificering av moderna hårddiskar enligt några grundläggande kriterier, bland vilka följande kan särskiljas:
- sätt att lagra information;
- Mediatyp;
- sätt att organisera tillgången till information.
Varför kallas en hårddisk en hårddisk?
Idag undrar många användare varför de kallar dem för handeldvapen hårddiskar. Det verkar, vad kan vara gemensamt mellan dessa två enheter?
Själva termen dök upp redan 1973, när världens första hårddisk dök upp på marknaden, vars design bestod av två separata fack i en förseglad behållare. Kapaciteten för varje fack var 30 MB, vilket är anledningen till att ingenjörerna gav skivan kodnamnet "30-30", vilket var helt i överensstämmelse med märket på det populära 30-30 Winchester-geväret vid den tiden. Det är sant att i början av 90-talet i Amerika och Europa föll detta namn praktiskt taget ur bruk, men det är fortfarande populärt i det postsovjetiska rymden.
Enheten och funktionsprincipen för hårddisken
Men vi blev distraherade. Funktionsprincipen för en hårddisk kan kort beskrivas som processerna för att läsa eller skriva information. Men hur går det till? För att förstå hur en magnetisk hårddisk fungerar måste du först studera hur den fungerar.
Själva hårddisken är en uppsättning plattor, vars antal kan variera från fyra till nio, anslutna till varandra med en axel (axel) som kallas en spindel. Plattorna är placerade ovanför varandra. Oftast är materialen för deras tillverkning aluminium, mässing, keramik, glas etc. Själva plattorna har en speciell magnetisk beläggning i form av ett material som kallas platter, baserat på gammaferritoxid, kromoxid, bariumferrit, etc. Varje sådan platta är cirka 2 mm tjock.
Radiella huvuden ansvarar för att skriva och läsa information (en för varje platta), och båda ytorna används i plattorna. För vilken det kan vara från 3600 till 7200 rpm, och två elmotorer är ansvariga för huvudens rörelse.
I det här fallet är grundprincipen för datorns hårddisk att information inte skrivs någonstans, utan på strikt definierade platser, kallade sektorer, som ligger på koncentriska spår eller spår. För att undvika förvirring gäller enhetliga regler. Det betyder att principerna för hårddiskar, ur deras logiska struktur, är universella. Så till exempel är storleken på en sektor, accepterad som en enhetlig standard över hela världen, 512 byte. I sin tur är sektorerna uppdelade i kluster, som är sekvenser av angränsande sektorer. Och särdragen hos hårddiskens funktionsprincip i detta avseende är att informationsutbytet utförs exakt av hela kluster (ett heltal av kedjor av sektorer).
Men hur går inläsningen av information till? Funktionsprinciperna för en hårddisk är följande: med hjälp av en speciell konsol rör sig läshuvudet i en radiell (spiral) riktning till önskat spår och, när det roteras, placeras det över en given sektor, och alla huvuden kan röra sig samtidigt läsa samma information inte bara från olika spår, utan också från olika skivor (plattor). Alla spår med samma serienummer brukar kallas cylindrar.
Samtidigt kan ytterligare en princip för hårddiskdrift urskiljas: ju närmare läshuvudet är den magnetiska ytan (men inte vidrör den), desto högre blir inspelningstätheten.
Hur skrivs och läses information?
Hårddiskar, eller hårddiskar, kallades magnetiska eftersom de använder magnetismens fysiklagar, formulerade av Faraday och Maxwell.
Som redan nämnts appliceras en magnetisk beläggning på plattorna av ett icke-magnetiskt känsligt material, vars tjocklek bara är några mikrometer. Under drift uppstår ett magnetfält som har en så kallad domänstruktur.
Den magnetiska domänen är en magnetiserad region av ferrolegeringen strikt begränsad av gränserna. Vidare kan principen för en hårddisks funktion kortfattat beskrivas på följande sätt: när effekten av ett externt magnetfält inträffar börjar skivans inneboende fält att orientera sig strikt längs magnetlinjerna, och när effekten upphör, zoner av remanent magnetisering visas på skivorna, där informationen som tidigare fanns i huvudfältet lagras ...
Läshuvudet är ansvarigt för att skapa ett yttre fält under skrivning, och under läsning skapar den remanenta magnetiseringszonen, som ligger mittemot huvudet, en elektromotorisk kraft eller EMF. Då är allt enkelt: ändringen i EMF motsvarar en i den binära koden, och dess frånvaro eller uppsägning motsvarar noll. Tidpunkten för EMF-ändring brukar kallas ett bitelement.
Dessutom kan en magnetisk yta, rent av informatikskäl, associeras som en viss punktsekvens av informationsbitar. Men eftersom det är absolut omöjligt att beräkna platsen för sådana punkter, är det nödvändigt att installera några förutbestämda markörer på skivan, vilket hjälpte till att bestämma den önskade platsen. Skapandet av sådana etiketter kallas formatering (i grova drag, dela upp skivan i spår och sektorer, kombinerade till kluster).
Hårddiskens logiska struktur och princip vad gäller formatering
När det gäller den logiska organisationen av hårddisken kommer formatering först här, där två huvudtyper särskiljs: lågnivå (fysisk) och högnivå (logisk). Utan dessa steg finns det ingen anledning att prata om att få hårddisken att fungera. Hur man initierar en ny hårddisk kommer att diskuteras separat.
Lågnivåformatering innebär en fysisk påverkan på hårddiskens yta, vilket skapar sektorer som ligger längs spåren. Det är märkligt att funktionsprincipen för en hårddisk är sådan att varje skapad sektor har sin egen unika adress, inklusive numret på själva sektorn, numret på spåret på vilket den är placerad och numret på sidan av tallriken. Sålunda, när man organiserar direktåtkomst, adresserar samma RAM direkt till en given adress och letar inte efter den nödvändiga informationen över hela ytan, på grund av vilken hastighet som uppnås (även om detta inte är det viktigaste). Observera att när du utför lågnivåformatering raderas absolut all information, och i de flesta fall kan den inte återställas.
Logisk formatering är en annan sak (på Windows-system är detta snabbformatering eller snabbformatering). Dessutom är dessa processer tillämpliga på skapandet av logiska partitioner, som är ett slags område på huvudhårddisken som fungerar på samma sätt.
Logisk formatering påverkar i första hand systemområdet, som består av startsektorn och partitionstabeller (Boot record), filallokeringstabell (FAT, NTFS, etc.) och rotkatalogen (Root Directory).
Information skrivs till sektorer genom klustret i flera delar, och ett kluster kan inte innehålla två identiska objekt (filer). Faktum är att skapandet av en logisk partition, så att säga, separerar den från huvudsystempartitionen, vilket resulterar i att informationen som lagras på den inte kan ändras eller raderas när fel och misslyckanden uppstår.
Huvudegenskaper hos hårddisken
Jag tycker, generellt sett, principen för hårddisken är lite tydlig. Låt oss nu gå vidare till huvudegenskaperna, som ger en komplett bild av alla möjligheter (eller nackdelar) med moderna hårddiskar.
Funktionsprincipen för en hårddisk och de grundläggande egenskaperna kan vara helt annorlunda. För att förstå vad vi pratar om, låt oss peka ut de mest grundläggande parametrarna som kännetecknar alla informationslagringsenheter som är kända idag:
- kapacitet (volym);
- prestanda (hastighet för åtkomst till data, läsning och skrivning av information);
- gränssnitt (anslutningsmetod, styrenhetstyp).
Kapacitet är den totala mängd information som kan spelas in och lagras på hårddisken. Hårddiskens tillverkningsindustri utvecklas så snabbt att idag har hårddiskar med volymer på cirka 2 TB och mer tagits i bruk. Och som man tror är detta inte gränsen.
Gränssnittet är den viktigaste egenskapen. Den avgör på vilket sätt enheten är ansluten till moderkortet, vilken styrenhet som används, hur läsning och skrivning går till etc. De huvudsakliga och vanligaste gränssnitten är IDE, SATA och SCSI.
Diskar med IDE-gränssnitt är inte dyra, men bland de största nackdelarna är det begränsade antalet samtidigt anslutna enheter (max fyra) och låga dataöverföringshastigheter (även om stöd för direktåtkomst till Ultra DMA-minne eller Ultra ATA-protokoll (läge 2 och Läge 4) Även om deras användning, som man tror, kan öka läs-/skrivhastigheten upp till 16 MB/s, är hastigheten i verkligheten mycket lägre. Dessutom, för att använda UDMA-läget, måste du installera en speciell drivrutin , som i teorin borde kompletteras med moderkort.
På tal om principen för driften av hårddisken och dess egenskaper kan man inte ignorera och som är efterföljaren till IDE ATA-versionen. Fördelen med denna teknik är att läs-/skrivhastigheten kan ökas upp till 100 MB/s med hjälp av höghastighets Fireware IEEE-1394-bussen.
Slutligen är SCSI-gränssnittet det mest flexibla och snabbaste i jämförelse med de två föregående (läs-/skrivhastigheter upp till 160 Mb/s och över). Men sådana hårddiskar är nästan dubbelt så dyra. Men antalet samtidigt anslutna lagringsenheter är från sju till femton, anslutningen kan utföras utan att stänga av datorn, och kabellängden kan vara cirka 15-30 meter. Egentligen används denna typ av hårddisk mestadels inte i användardatorer, utan på servrar.
Prestanda, som beskriver överföringshastigheten och I/O-genomströmningen, uttrycks vanligtvis i överföringstid och mängden sekventiell data som överförs, och uttrycks i MB/s.
Några ytterligare parametrar
När man talar om hur principen för driften av en hårddisk är och vilka parametrar som påverkar dess funktion, kan man inte ignorera några ytterligare egenskaper som enhetens prestanda eller till och med livslängden kan bero på.
Här är i första hand rotationshastigheten, som direkt påverkar sökningen och initieringen (igenkänningen) av den önskade sektorn. Detta är den så kallade latenta söktiden - det intervall under vilket den önskade sektorn roteras mot läshuvudet. Idag har flera standarder antagits för spindelhastighet uttryckt i rpm med uppehållstider i millisekunder:
- 3600 - 8,33;
- 4500 - 6,67;
- 5400 - 5,56;
- 7200 - 4,17.
Det är lätt att se att ju högre hastighet, desto mindre tid tar det att söka efter sektorer, och i fysiska termer, att vända skivan innan man ställer in den nödvändiga plåtpositioneringspunkten för huvudet.
En annan parameter är den interna baudhastigheten. På ytterspåren är den minimal, men den ökar med en gradvis övergång till innerspåren. Således är samma defragmenteringsprocess, som flyttar ofta använda data till de snabbaste områdena på disken, inget annat än att överföra den till ett internt spår med en snabbare läshastighet. Den externa hastigheten har fasta värden och beror direkt på det använda gränssnittet.
Slutligen är en av de viktiga punkterna relaterad till att hårddisken har sitt eget cacheminne eller buffert. Faktum är att principen för driften av en hårddisk när det gäller att använda en buffert liknar RAM eller virtuellt minne. Ju större cacheminne (128-256 KB), desto snabbare kommer hårddisken att fungera.
Huvudkrav för hårddisk
Det finns inte så många grundläggande krav som i de flesta fall ställs på hårddiskar. Det viktigaste är lång livslängd och tillförlitlighet.
Huvudstandarden för de flesta hårddiskar anses vara en livslängd på cirka 5-7 år med en drifttid på minst femhundratusen timmar, men för avancerade hårddiskar är denna siffra minst en miljon timmar.
När det gäller tillförlitlighet är S.M.A.R.T. självtestfunktionen ansvarig för detta, som övervakar tillståndet för enskilda delar av hårddisken och utför konstant övervakning. På grundval av de insamlade uppgifterna kan till och med en viss prognos om förekomsten av eventuella felfunktioner i framtiden bildas.
Det säger sig självt att användaren inte ska lämnas utanför. Så, till exempel, när du arbetar med hårddisken, är det extremt viktigt att observera den optimala temperaturregimen (0 - 50 ± 10 grader Celsius), för att undvika stötar, stötar och fall av hårddisken, damm eller andra små partiklar som kommer in i den , etc. Förresten, många kommer att det är intressant att veta att samma partiklar av tobaksrök är ungefär två gånger avståndet mellan läshuvudet och den magnetiska ytan på hårddisken, och avståndet mellan ett människohår är 5-10 gånger.
Initialiseringsproblem i systemet vid byte av hårddisk
Nu några ord om vilken åtgärd man ska vidta om användaren av någon anledning ändrade hårddisken eller installerade ytterligare en.
Vi kommer inte att fullständigt beskriva denna process, utan kommer bara att uppehålla oss vid huvudstadierna. Först måste hårddisken anslutas och se i BIOS-inställningarna om den nya hårdvaran har upptäckts, i diskadministrationsdelen för att initiera och skapa en startpost, skapa en enkel volym, tilldela en identifierare (bokstav) till den och utföra formatering med val av filsystem. Först efter det kommer den nya "skruven" att vara helt klar för arbete.
Slutsats
Det är i själva verket allt som kortfattat handlar om grunderna för funktionen och egenskaperna hos moderna hårddiskar. Principen för driften av en extern hårddisk övervägdes i princip inte här, eftersom den praktiskt taget inte skiljer sig i något från vad som används för stationära hårddiskar. Den enda skillnaden är metoden för att ansluta den extra enheten till din dator eller bärbara dator. Det vanligaste är USB-gränssnittet som är direkt anslutet till moderkortet. Samtidigt, om du vill säkerställa maximal prestanda, är det bättre att använda USB 3.0-standarden (porten inuti är färgad blå), naturligtvis, förutsatt att den externa hårddisken själv stöder det.
För övrigt tror jag att många åtminstone lite har förstått hur en hårddisk av alla slag fungerar. Kanske citerades för mycket ovan, ännu mer från skolkursen i fysik, men utan detta kommer det inte att vara möjligt att helt förstå alla grundläggande principer och metoder som är inneboende i tekniken för produktion och användning av hårddisken.
