▷ Что такое жесткий диск и как он работает

Сегодня мы подробно рассмотрим, что такое жесткий диск и для чего он нужен. Возможно, что сегодня у нас не было персональных компьютеров, если бы не изобретение устройств хранения данных. Кроме того, технология не продвинулась бы так сильно, если бы не существовала такая поддержка, чтобы можно было хранить столько информации.

Мы знаем, что жесткий диск не является критически важным устройством для работы компьютера, так как он может работать, если он. Но без данных полезность компьютера практически равна нулю .

Указатель содержания

Понемногу жесткие диски в этом повреждении или SSD получают преимущество над традиционными жесткими дисками, которые мы рассмотрим в этой статье. Тем не менее, это все еще обеспечивает большую емкость и долговечность. Итак, давайте посмотрим, что такое жесткий диск и как он работает

Что такое жесткий диск?

Первое, что нам нужно сделать, это определить, что такое жесткий диск. Жесткий диск - это устройство для хранения данных энергонезависимым способом, то есть оно использует систему магнитной записи для хранения цифровых данных. Таким образом, можно постоянно хранить записанную информацию на носителе (следовательно, она не является энергозависимой). Также называется жесткими дисками или жесткими дисками.

Жесткий диск состоит из одной или нескольких жестких пластин, вставленных в герметичную коробку и соединенных общей осью, которая вращается с высокой скоростью. На каждой из уток, которые обычно имеют две грани, предназначенные для хранения, есть две отдельные головки для чтения / записи.

Жесткие диски являются частью вторичной памяти компьютера или Vita на графике, уровень памяти 5 (L5) и ниже. Она называется вторичной памятью, поскольку является источником данных, чтобы основная память (оперативная память) могла их извлекать и работать с ними, отправляя и получая инструкции от ЦП или процессора. Эта вторичная память будет иметь наибольшую емкость, доступную на компьютере, и также не будет энергозависимой. Если мы выключим компьютер, ОЗУ будет очищено, а не жесткий диск.

Физические компоненты жесткого диска

Прежде, чем узнать работу жесткого диска, удобно перечислить и определить различные физические компоненты, которые есть на жестком диске:

• Блюда: будет там, где хранится информация. Они расположены горизонтально, и каждая пластина состоит из двух граней или намагниченных поверхностей, верхней и нижней граней. Обычно он построен из металла или стекла. Чтобы хранить информацию в них, у них есть ячейки, где они могут намагничиваться положительно или отрицательно (1 или 0). Головка чтения: это элемент, который выполняет функцию чтения или записи. Будет одна из этих головок для каждого лица или поверхности пластины, поэтому, если у нас есть две пластины, будет четыре считывающих головки. Эти головки не соприкасаются с пластинами, если это произойдет, диск будет поцарапан и данные будут повреждены. Когда посуда вращается, создается тонкая воздушная пленка, которая не позволяет считать между ней и игровой головкой (примерно на 3 нм друг от друга). Механический рычаг: они будут элементами, отвечающими за удержание считывающих головок. Они обеспечивают доступ к информации о блюдах, перемещая считывающие головки линейным образом изнутри наружу. смещение их очень быстрое, хотя из-за того, что они являются механическими элементами, они имеют довольно много ограничений относительно скорости чтения. Двигатели: у нас будет два двигателя внутри жесткого диска, один для вращения пластин, обычно со скоростью от 5000 до 7200 оборотов в минуту (об / мин). И у нас также будет еще один механизм для перемещения механических рычагов. Электронная схема: в дополнение к механическим элементам жесткий диск также содержит электронную схему, которая отвечает за управление функциями позиционирования головки и ее считывание и запись. Эта схема также отвечает за связь жесткого диска с остальными компонентами компьютера, переводя положения ячеек пластин в адреса, понятные для ОЗУ и памяти ЦП. Кэш-память: современные жесткие диски имеют встроенную в электронную схему микросхему памяти, которая служит мостом для обмена информацией от физических платформ к оперативной памяти. Это как динамический буфер для облегчения доступа к физической информации. Порты подключения: на задней стороне диска и вне упаковки находятся порты подключения. Обычно они состоят из разъема шины для материнской платы, разъема питания 12 В и, в случае IDE, с гнездами перемычек для выбора главного / подчиненного.

Технологии подключения

Жесткий диск должен быть подключен к материнской плате компьютера. Существуют различные технологии подключения, которые обеспечивают характеристики или время для жестких дисков.

IDE (интегрированная электроника устройства):

Также известный как ATA или PATA (Parallel ATA). До недавнего времени это был стандартный метод подключения жестких дисков к нашим компьютерам. Это позволяет соединять два или более устройств через параллельную шину, состоящую из 40 или 80 кабелей.

Эта технология также известна как DMA (прямой доступ к памяти), поскольку она обеспечивает прямое соединение между оперативной памятью и жестким диском.

Чтобы подключить два устройства к одной и той же шине, необходимо, чтобы они были настроены как ведущие или ведомые. Таким образом, контроллер будет знать, кому он должен отправлять данные или читать свои данные, и что информация не пересекается. Эта конфигурация выполняется через перемычку на самом устройстве.

• Master: это должно быть первое устройство, подключенное к шине, обычно жесткий диск должен быть настроен в режиме master перед устройством чтения DC / DVD. Вы также должны настроить главный жесткий диск мотоцикла, если на нем установлена ​​операционная система. Slave: будет вторичным устройством, подключенным к шине IDE. Чтобы быть рабом, сначала должен быть хозяин.

Максимальная скорость передачи соединения IDE составляет 166 МБ / с. также называется Ultra ATA / 166.

SATA (Serial ATA):

Это текущий стандарт связи на современных ПК. В этом случае для передачи данных будет использоваться последовательная шина вместо параллельной. Это намного быстрее, чем традиционная IDE и более эффективно. Кроме того, он допускает горячее подключение устройств и имеет гораздо меньшие и более управляемые шины.

Текущий стандарт содержится в SATA 3, что позволяет передавать до 600 МБ / с.

SCSI (интерфейс небольшой компьютерной системы):

Этот интерфейс параллельного типа предназначен для жестких дисков с большой емкостью и высокой скоростью вращения. Этот метод подключения традиционно используется для серверов и кластеров больших жестких дисков.

Контроллер SCSI может одновременно работать с 7 жесткими дисками при последовательном соединении до 16 устройств. Если максимальная скорость передачи составляет 20 Мбит / с

SAS (последовательный SCSI):

Это развитие интерфейса SCSI и, как и SATA, это шина, которая работает последовательно, хотя команды типа SCSI все еще используются для взаимодействия с жесткими дисками. Одно из его свойств, в дополнение к тем, которые предоставляет SATA, заключается в том, что к одной шине можно подключить несколько устройств, и оно также способно обеспечить постоянную скорость передачи для каждого из них. Можно подключить более 16 устройств, и он имеет тот же интерфейс подключения, что и диски SATA.

Его скорость меньше, чем у SATA, но с большей пропускной способностью. Контроллер SAS может взаимодействовать с диском SATA, но контроллер SATA не может связываться с диском SAS.

Используемые форм-факторы

Что касается форм-факторов, существует несколько типов, измеряемых в дюймах: 8, 5´25, 3´5, 2´5, 1´8, 1 и 0´85. Хотя чаще всего используются 3, 5 и 2, 5 дюйма.

3, 5 дюйма:

Его размеры 101, 6 х 25, 4 х 146 мм. Это тот же размер, что и проигрыватели компакт-дисков, хотя они выше (41, 4 мм). Эти жесткие диски мы используем практически на всех настольных компьютерах.

2, 5 дюйма:

Его размеры составляют 69, 8 х 9, 5 х 100 мм и являются типичными измерениями дисковода гибких дисков. Эти жесткие диски используются для ноутбуков, которые являются более компактными, небольшими и легкими.

Физическая и логическая структура

Изучив физические компоненты жесткого диска, мы должны знать, как его структура данных делится на каждую пластину жесткого диска. Как обычно, это не просто случайная запись информации на диск, они имеют свою собственную логическую структуру, которая обеспечивает доступ к конкретной информации, хранящейся на них.

Физическая структура контента

Track (трек)

Каждая из граней диска разделена на концентрические кольца, изнутри наружу каждой грани. Трек 0 представляет внешний край жесткого диска.

цилиндр

Они представляют собой набор из нескольких треков. Цилиндр образован всеми кругами, которые выровнены вертикально на каждой из пластин и граней. Они образуют воображаемый цилиндр на жестком диске.

сектор

Треки в свою очередь делятся на куски дуги, называемые секторами. В этих разделах хранятся блоки данных. Размер секторов не фиксирован, хотя обычно его можно найти с емкостью 510 B (байтов), что составляет 4 КБ. В прошлом размер секторов для каждого протектора был фиксированным, что означало, что внешние дорожки с большим диаметром были потрачены впустую из-за наличия пустых отверстий. Это изменилось с технологией ZBR (Bit Recording by Zones), которая позволяет использовать пространство более эффективно, варьируя количество секторов в зависимости от размера дорожки (дорожки с большим радиусом, больше секторов)

кластер

Также называется единицей распределения, это группировка секторов. Каждый файл будет занимать определенное количество кластеров, и никакой другой файл не может быть сохранен в определенном кластере.

Например, если у нас есть кластер 4096 B и файл 2700 B, он будет занимать один кластер, и в нем также будет место. Но на нем нельзя хранить больше файлов. Когда мы форматируем жесткий диск, мы можем назначить ему определенный размер кластера, чем меньше размер кластера, тем лучше будет место на нем, особенно для небольших файлов. Хотя, наоборот, доступ к данным для считывающей головки будет сложнее.

Предполагается, что кластеры 4096 КБ идеально подходят для больших блоков хранения.

Логическая структура контента

Логическая структура определяет способ организации данных внутри нее.

Загрузочный сектор (Master Boot Record):

Также обычно называемый MBR, это первый сектор всего жесткого диска, то есть дорожка 0, цилиндр 0, сектор 1. В этом пространстве хранится таблица разделов, которая содержит всю информацию о начале и конце разделов. Программа Mester Boot также сохраняется, эта программа отвечает за чтение этой таблицы разделов и управление загрузочным сектором активного раздела. Таким образом, компьютер будет загружаться из операционной системы активного раздела.

Когда у нас в нескольких разделах установлено несколько операционных систем, необходимо установить загрузчик, чтобы мы могли выбрать операционную систему, которую мы хотим загрузить.

Пространство раздела:

Жесткий диск может состоять из полного раздела, охватывающего весь жесткий диск или несколько из них. 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.

Каждому из разделов будет присвоено имя, называемое меткой. В Windows это будут буквы C: D: C: и т. Д. Чтобы раздел был активным, он должен иметь формат файла.

Нераспределенное пространство:

Также может быть определенное пространство, которое мы еще не разбили на части, то есть мы не предоставили ему формат файла. В этом случае он не будет доступен для хранения файлов.

Система адресации

Система адресации позволяет размещать считывающую головку именно там, где находятся данные, которые мы намереваемся прочитать.

CHS (головка цилиндра - сектор): это была первая используемая система адресации. С помощью этих трех значений можно было разместить считывающую головку в том месте, где расположены данные. Эта система была проста для понимания, но требовала довольно длинных направлений позиционирования.

LBA (адресация логических блоков): в этом случае мы делим жесткий диск на сектора и присваиваем каждому уникальный номер. В этом случае цепочка инструкций будет короче и эффективнее. Это метод, который используется в настоящее время.

Файловые системы

Чтобы хранить файлы на жестком диске, нужно знать, как они будут храниться, поэтому мы должны определить файловую систему.

FAT (таблица размещения файлов):

Он основан на создании таблицы размещения файлов, которая является индексом диска. Кластеры, используемые каждым файлом, сохраняются, а также свободные и неисправные или фрагментированные кластеры. Таким образом, если файлы распределены в несмежных кластерах, с помощью этой таблицы мы сможем узнать, где они находятся.

Эта файловая система не может работать с разделами размером более 2 ГБ

FAT 32:

Эта система устраняет ограничение 2 ГБ FAT и позволяет использовать кластеры меньшего размера для большей емкости. USB-накопители обычно используют эту файловую систему, поскольку она наиболее совместима с различными операционными системами и мультимедийными устройствами, такими как аудио- или видеопроигрыватели.

У нас есть одно ограничение: мы не сможем хранить файлы размером более 4 ГБ.

NTFS (файловая система новой технологии):

Это файловая система, используемая для операционных систем Windows после Windows NT. Устранены ограничения на файлы и разделы систем FAT, а также повышена безопасность хранимых файлов, поскольку он поддерживает шифрование файлов и настройку их разрешений. Кроме того, он позволяет выделять кластеры разных размеров для разных размеров разделов.

Ограничением этой файловой системы является то, что она не полностью совместима с Linux или Mac OS в более старых версиях. Кроме того, он не поддерживается мультимедийными устройствами, такими как аудио- и видеоплееры или телевизор.

HFS (иерархическая файловая система):

Система, разработанная Apple для своих операционных систем MAC. Это иерархическая файловая система, которая делит том или раздел на логические блоки по 512 В. Эти блоки сгруппированы в блоки размещения.

Расширенная файловая система EXT):

Это файловая система, используемая операционными системами Linux. Это в настоящее время в его версии Ext4. Эта система способна работать с большими разделами и оптимизировать фрагментацию файлов.

Одна из его выдающихся особенностей заключается в том, что она способна работать с файловыми системами до этого и позже.

Как узнать, хорош ли жесткий диск

Существуют различные меры, которые определяют емкость жесткого диска с точки зрения производительности и скорости. Это необходимо учитывать, чтобы уметь сравнивать производительность одного жесткого диска с другим.

• Скорость вращения: это скорость, с которой вращаются пластины жесткого диска. На более высоких скоростях мы будем иметь более высокие скорости передачи данных, но также и больший шум и нагрев. Лучший способ - купить диск IDE или SATA с более чем 5400 об / мин. Если это SCSI, то указывается, что он имеет более 7200 об / мин. Более высокое вращение также обеспечивает более низкую среднюю задержку. Средняя задержка: это время, которое читающая головка займет в указанном секторе. Проигрыватель должен дождаться вращения диска, чтобы найти сектор. Следовательно, при более высоких оборотах более низкая задержка. Среднее время поиска: время, необходимое для того, чтобы точка воспроизведения достигла указанной дорожки. Время доступа составляет от 8 до 12 миллисекунд : время, необходимое читателю для доступа к сектору. Это сумма средней задержки и среднего времени поиска. Время между 9 и 12 миллисекундами. Время записи / чтения: это время зависит от всех других факторов, а также от размера файла. Кэш-память: сплошная память, такая как ОЗУ, которая временно хранит данные, считываемые с диска. Таким образом скорость чтения увеличивается. Чем больше кэш-памяти, тем быстрее будет чтение / запись. (очень важно) Емкость хранилища: очевидно, это объем пространства, доступного для хранения данных. Чем больше, тем лучше. Интерфейс связи: способ передачи данных с диска в память. Интерфейс SATA III является самым быстрым в настоящее время для этого типа жестких дисков.

Если вы также хотите узнать больше об оборудовании в деталях, мы рекомендуем наши статьи:

• Почему нет необходимости дефрагментировать SSD?

На этом мы заканчиваем наше объяснение того, как жесткий диск и как он работает. Надеюсь, это было очень полезно для вас, и вы уже понимаете важность наличия хорошего жесткого диска.