Жесткий диск - все, что вам нужно знать

Использование жесткого диска в качестве основного устройства хранения уже пронумеровано. С появлением очень быстрых SSD жесткие диски отошли на второй план, хотя они не менее важны, потому что они идеально подходят для массового хранения. Единицы, которые в настоящее время достигают 16 ТБ, и что за чуть более 60 евро у нас может быть 2 ТБ на нашем ПК, что для многих из нас все еще недоступно, если это SSD по своей цене.

В этой статье мы соберем все, что вам нужно знать о жестких дисках, их работе, характеристиках и особенно преимуществах и недостатках, которые они предлагают по сравнению с твердотельными накопителями, что всегда необходимо.

Функция и внутренние компоненты жесткого диска

Название жесткого диска происходит от английского жесткого диска, или аббревиатуры жесткого диска, по которому мы все знаем этот блок хранения и который также является наиболее ясным способом отличить его от SSD (Solic Disk Drive).

Задача жесткого диска - не что иное , как обеспечение нашего оборудования, место, где хранятся все файлы, программы и где установлена ​​операционная система. По этой причине его также называют основным хранилищем, которое, в отличие от оперативной памяти, хранит файлы внутри даже без электричества.

В то время как твердотельные накопители состоят исключительно из электронных компонентов и хранят информацию на чипе, состоящем из вентилей NAND, жесткие диски имеют механические части. В них ряд дисков вращается с высокой скоростью, так что с помощью магнитных головок информация на них считывается и стирается. Давайте посмотрим основные элементы, которые являются частью жесткого диска.

посуда

Это будет место, где хранится информация. Они установлены горизонтально, и каждая дека состоит из двух граней или намагниченных записывающих поверхностей. Они обычно сделаны из металла или стекла. Чтобы хранить информацию в них, у них есть ячейки, где они могут намагничиваться положительно или отрицательно (1 или 0). Их отделка в точности как зеркало, в них хранится огромное количество данных и поверхность должна быть идеальной.

Чтение голов

Второй по важности элемент - это считывающие головки, которые у нас есть по одной для каждого лица или поверхности записи. Эти головки на самом деле не соприкасаются с пластинами, поэтому на них нет износа. Когда посуда вращается, создается тонкая воздушная пленка, которая не позволяет считать между ней и игровой головкой (примерно на 3 нм друг от друга). Это одно из главных преимуществ перед твердотельными накопителями, чьи ячейки разрушаются при стирании и записи.

двигатели

Мы видели наличие множества механических элементов внутри жесткого диска, но тот, который показывает это больше всего, это наличие двигателей. За исключением фанатов, это единственный такой предмет на ПК и основной источник медленных жестких дисков. Мотор вращает пластины с определенной скоростью, это может быть 5400 об / мин, 7200 или 10000 об / мин для самых быстрых. Пока эта скорость не достигнута, вы не сможете взаимодействовать с дисками, и это большой источник медлительности.

К этому мы добавляем двигатель или, вернее, электромагнит, который заставляет считывающие головки перемещаться, чтобы располагаться в том месте, где находятся данные. Это также требует времени, являясь еще одним источником медлительности.

кэшируются

По крайней мере, современные устройства имеют чип памяти, встроенный в электронную схему. Это действует как мост для обмена информацией от физических плат к памяти RAM. Это похоже на динамический буфер для облегчения доступа к физической информации и обычно составляет 64 МБ.

инкапсулированный

Инкапсуляция очень важна для жесткого диска, поскольку, в отличие от твердотельного накопителя, внутренняя часть должна быть полностью герметизирована, чтобы в нее не попала ни одна пылинка. Давайте учтем, что пластины вращаются с огромной скоростью, а игла головок измеряет всего несколько микрометров. Любой твердый элемент, независимо от того, насколько он крошечный, может нанести необратимый ущерб устройству.

связи

Чтобы закончить, у нас есть весь набор соединений на задней части пакета, который состоит из разъема питания SATA и другого для передачи данных. Раньше на жестких дисках IDE также была панель для выбора режима работы, ведомого или главного, если диски совместно использовали шину, но теперь каждый диск подключается к отдельному порту на материнской плате.

Факторы формы и интерфейса на жестком диске

В этом смысле информация в настоящее время довольно краткая, поскольку мы находим только два форм-фактора. Первый - это стандарт для настольных ПК с 3, 5-дюймовыми дисками и размерами 101, 6 х 25, 4 х 146 мм. Второй - это форм-фактор, используемый в 2, 5-дюймовых дисках для ноутбуков размером 69, 8 х 9, 5 х 100 мм.

Что касается технологий подключения, у нас в настоящее время не слишком много для жестких дисков, а два:

SATA

Это стандарт связи в жестких дисках современных ПК в качестве замены IDE. В этом случае последовательная шина, использующая протокол AHCI, используется вместо параллельной для передачи данных. Он значительно быстрее традиционной IDE и более эффективен с максимальной скоростью передачи 600 МБ / с. Кроме того, он допускает горячее подключение устройств и имеет гораздо меньшие и более управляемые шины. В любом случае текущий механический жесткий диск может показывать максимум 400 МБ / с при чтении, тогда как твердотельные накопители SATA в полной мере используют эту шину.

ПАВ

Это эволюция интерфейса SCSI, и это шина, которая работает последовательно как SATA, хотя команды типа SCSI все еще используются для взаимодействия с жесткими дисками. Одним из его свойств является возможность подключения нескольких устройств к одной шине, а также возможность обеспечить постоянную скорость передачи для каждого из них. Мы можем подключить более 16 устройств, и он имеет тот же интерфейс подключения, что и диски SATA, что делает его идеальным для монтажа конфигураций RAID на серверах.

Его скорость меньше, чем у SATA, но важной особенностью является то, что контроллер SAS может обмениваться данными с диском SATA, но контроллер SATA не может обмениваться данными с диском SAS.

Физические, логические и функциональные части жесткого диска

Мы уже видели основные части внутри, но это только начало, чтобы понять, как это на самом деле работает. И если вы хотите знать все об этих жестких дисках, то этот раздел является наиболее важным, поскольку он определяет, как работает жесткий диск, что можно сделать двумя способами:

CHS (головка цилиндра - сектор): эта система использовалась в первых жестких дисках, хотя она была заменена следующей. С помощью этих трех значений можно разместить считывающую головку в том месте, где находятся данные. Эта система была проста для понимания, но требовала довольно длинных направлений позиционирования.

LBA (логическая адресация в блоках): это тот, который используется в настоящее время, в этом случае мы делим жесткий диск на сектора и присваиваем каждому уникальный номер, как если бы это был адрес памяти, в котором должен быть расположен шпиндель. В этом случае строка инструкций будет короче и эффективнее, и система сможет проиндексировать диск.

Физическая структура блюд

Давайте посмотрим, как физическая структура жесткого диска разделена, что будет определять, как он работает.

• Дорожка: дорожки - это концентрические кольца, которые образуют поверхность записи диска. Цилиндр: Цилиндр образован всеми дорожками, которые выровнены вертикально на каждой из пластин и граней. Это не что-то физическое, а воображаемый цилиндр. Сектор: каждая дорожка делится на куски арок, называемых секторами. В каждом секторе будут храниться данные, и если один из них останется неполным, следующие данные перейдут в следующий сектор. Размеры сектора технологии ZBR (запись в битовой зоне) будут варьироваться от дорожек внутри помещений до улиц для оптимизации пространства. Они обычно 4 КБ, хотя это может быть изменено от операционной системы. Кластер: это группа секторов. Каждый файл будет занимать определенное количество кластеров, и никакой другой файл не может быть сохранен в определенном кластере.

Логическая структура жесткого диска

Самое смешное, что логическая структура жесткого диска поддерживается и для твердотельных накопителей, несмотря на то, что они работают по-другому.

Загрузочный сектор (MBR или GPT)

Основная загрузочная запись или MBR - это первый сектор жесткого диска, дорожка 0, цилиндр 0, сектор 1. Здесь хранится таблица разделов всего жесткого диска, отмечая их начало и конец. Загрузчик также хранится там, где собирается активный раздел, где установлена ​​система или операционные системы. В настоящее время он был заменен почти во всех случаях стилем раздела GPT, который мы сейчас увидим более подробно.

перегородки

Каждый раздел делит жесткий диск на определенное количество цилиндров, и они могут иметь размер, который мы хотим назначить им. Эта информация будет храниться в таблице разделов. В настоящее время существует концепция логических разделов, наряду с динамическим жестким диском, с помощью которого мы можем даже соединить два разных жестких диска, и с точки зрения системы он будет работать как один.

Разница между MBR и GPT

В настоящее время существует два типа таблиц разделов, доступных для жесткого диска или твердотельного накопителя, типа MBR или типа GPT (глобальный уникальный идентификатор). Стиль разбиения GPT был реализован для систем EFI или Extensible Firmware Interface, которые заменили старую систему BIOS компьютеров. Таким образом, в то время как BIOS использует MBR для управления жестким диском, GPT ориентирован на проприетарную систему для UEFI. Лучше всего то, что эта система назначает уникальный идентификатор GUID каждому разделу, он похож на MAC-адрес, а распределитель настолько длинный, что все разделы в мире могут иметь уникальные имена, фактически устраняя физические ограничения. с жесткого диска с точки зрения разметки.

Это первая и самая заметная разница с MBR. Хотя эта система позволяет создавать только 4 основных раздела на жестком диске объемом до 2 ТБ, в GPT нет теоретических ограничений для их создания. Это будет операционная система, которая каким-то образом налагает это ограничение, и Windows в настоящее время поддерживает 128 основных разделов.

Второе отличие заключается в стартовой системе. С помощью GPT UEFI BIOS может создавать собственную загрузочную систему, динамически определяя содержимое диска при каждой загрузке. Это позволяет нам идеально загрузить компьютер, даже если мы заменим жесткий диск на другой с другим логическим распределением. Вместо этого MBR или старые BIOS нуждаются в исполняемом файле, чтобы идентифицировать активный раздел и иметь возможность начать загрузку.

К счастью, почти все современные жесткие диски HDD и SSD поставляются с предварительно настроенной системой разделов GPT, и в любом случае из самой системы или в командном режиме с Diskpart мы можем изменить эту систему перед установкой Windows.

Файловые системы на жестком диске

Чтобы закончить работу с жестким диском, мы должны узнать, какие основные файловые системы используются. Они являются фундаментальной частью пользователя и возможностей хранения.

• FAT32 ExFAT NTFS HFS + EXT ReFS

Игнорируя присутствие системы FAT, поскольку она практически бесполезна в современных системах хранения, FAT32 является ее предшественником. Эта система позволяет назначать 32-битные адреса кластерам, поэтому теоретически она поддерживает размеры хранилища 8 ТБ. Реальность такова, что Windows ограничивает эту емкость до 128 ГБ с размерами файлов не более 4 ГБ, поэтому это система, которую используют только небольшие накопители USB.

Чтобы преодолеть ограничения FAT32, Windows создала систему exFAT, которая поддерживает теоретические размеры файлов до 16 ЕБ (Exabytes) и теоретические размеры хранилища 64 ЗБ (Zettabytes)

Эта система используется системой Windows для установки системы и управления файлами на жестком диске. В настоящее время он поддерживает 16 ТБ, 256 ТБ файлов в качестве максимального размера тома, и вы можете настроить различные размеры кластеров для форматирования. Это система, которая использует много места для конфигурации тома, поэтому рекомендуется использовать разделы размером более 10 ГБ.

Это собственная файловая система Apple, которая заменяет традиционную HFS, добавляя поддержку больших файлов и больших объемов. Эти размеры максимально 8 EB.

Сейчас мы имеем дело с собственной файловой системой Linux, в настоящее время в ее версии EXT4. Поддерживаемые размеры файлов - максимум 16 ТБ, а размер тома - 1 ЭБ.

Наконец, ReFS - это еще одна система, запатентованная Microsoft и предназначенная для развития NTFS. Он был реализован с Windows Server 2012, но некоторые Windows 10 для корпоративных дистрибутивов в настоящее время поддерживают его. Эта система улучшает NTFS во многих отношениях, например, за счет реализации защиты от деградации данных, исправления и сбоя и избыточности, поддержки RAID, проверки целостности данных или удаления chkdsk. Поддерживает размер файла 16 ЕБ и объем тома 1 YB (Yottabyte)

Что такое RAID

И тесно связаны с концепцией файловых систем конфигурации RAID. Фактически, существуют ноутбуки или ПК, которые уже имеют конфигурацию RAID 0 для своей емкости хранения.

RAID означает резервный массив независимых дисков и представляет собой систему хранения данных, использующую несколько блоков хранения. В них данные распределяются так, как если бы они были единым целым, или они реплицируются для обеспечения целостности данных от сбоев. Этими устройствами хранения могут быть жесткие диски или механические жесткие диски, твердотельные или твердотельные накопители, даже M.2.

В настоящее время существует большое количество уровней RAID, которые состоят из различных настроек и привязки этих жестких дисков. Например, RAID 0 объединяет два или более дисков в один для распределения данных по всем из них. Он идеально подходит для расширения хранилища за счет просмотра только одного жесткого диска в системе, например, два жестких диска емкостью 1 ТБ могут образовывать одну 2 ТБ. С другой стороны, RAID 1 - это просто противоположность, это конфигурация с двумя или более зеркальными дисками, так что данные хранятся реплицированными на каждом из них.

Преимущества и недостатки жесткого диска по сравнению с твердотельным накопителем

И, наконец, мы суммируем и объясним основные различия между механическим жестким диском и твердотельным накопителем. Для этого у нас уже есть статья, в которой все эти факторы подробно объясняются, поэтому мы сделаем только быстрый синтез.

Выдающиеся преимущества

• Емкость. Это одно из главных преимуществ жесткого диска по сравнению с твердотельным накопителем. И дело не в том, что твердотельные накопители малы, а в том, что их стоимость значительно возрастает. Мы знаем, что жесткий диск медленнее, чем твердотельный накопитель, 400 МБ / с против 5000 МБ / с на самых быстрых дисках, но его емкость для хранения данных на диске идеально подходит для использования в качестве хранилища данных. В настоящее время существуют 3, 5-дюймовые жесткие диски объемом до 16 ТБ. Низкая стоимость за ГБ: Следовательно, из вышесказанного стоимость за ГБ намного ниже на жестком диске, чем на SSD, поэтому мы можем купить гораздо большие устройства, но по более низкой цене. Жесткий диск объемом 2 ТБ предлагается по цене около 60 евро, а твердотельный накопитель M.2 емкостью 2 ТБ составляет не менее 220 евро и более. Срок годности. И третье преимущество жесткого диска - это срок годности ваших дисков. Будьте осторожны, не говоря уже о его долговечности и устойчивости, а скорее о том, сколько раз мы можем писать и стирать ячейки, что практически не ограничено на механических жестких дисках. На твердотельных накопителях их количество ограничено несколькими тысячами, что делает их гораздо менее привлекательными для баз данных и серверов.

недостатки

• Они очень медленные: с появлением твердотельных накопителей механические жесткие диски стали самым медленным устройством в компьютере даже ниже USB 3.1. Это делает их практически одноразовым вариантом установки операционной системы, предназначенной только для данных, если нам действительно нужен быстрый компьютер. Мы говорим о цифрах, которые размещают HD в 40-50 раз медленнее, чем SSD, это не бред. Физический размер и шум: будучи механическими и с пластинами, их размер довольно велик по сравнению с твердотельным накопителем M.2, который имеет размеры только 22 × 80 мм. Точно так же наличие мотора и механических головок делает их довольно шумными, особенно когда файлы фрагментированы. Фрагментация: распределение по трекам приводит к тому, что данные со временем становятся более фрагментированными. Другими словами, диск заполнит сектора, которые были оставлены пустыми при удалении, поэтому считывающая головка должна сделать много прыжков, чтобы прочитать полный файл. В SSD, являющемся памятью электронных ячеек, все они доступны с одинаковой скоростью, как и в оперативной памяти, этой проблемы не существует.

Вывод на жестких дисках

Таким образом, мы подошли к концу нашей статьи, которая углубленно раскрывает тему механического жесткого диска. Без сомнения, они являются элементами, которые, по крайней мере для большинства пользователей, играют несколько более незначительную роль, имея на рынке твердотельные накопители объемом даже 2 ТБ. Но они все еще являются звездным вариантом для массового хранения, поскольку для этого нам нужна не столько скорость, сколько много места.

Представьте, что произойдет, если у нас будет один SSD объемом 512 или 256 ГБ, и мы хотим сохранить фильмы 4K, установить игры или мы являемся создателями контента. Если нам нужна скорость, мы должны потратить целое состояние на SSD, в то время как 20 ТБ на жестком диске обойдутся нам в 600 евро, в то время как на SSD SATA может обойтись в 2000 евро, и если они NVMe, лучше даже не рассчитывать.

Мы оставляем вас сейчас с некоторыми статьями, которые пригодятся для дополнения информации, и, конечно, с нашими руководствами.

Сколько жестких дисков у вас на компьютере и какого они типа? Вы используете SSD и HDD?