Компоненти

Що таке жорсткий диск комп'ютера?

Під час запуску комп'ютера набір мікропрограм, записаних у мікросхемі BIOS, здійснює перевірку обладнання. Якщо все гаразд, він передає керування завантажувачу операційної системи. Далі ОС завантажується і починаєте користуватися комп'ютером. При цьому де до включення комп'ютера зберігалася операційна система? Яким чином ваш реферат, який ви писали всю ніч, залишився цілим після відключення живлення ПК? Знову ж таки — де він зберігається?

Гаразд, мабуть я занадто загнув і ви всі чудово знаєте, що дані комп'ютера зберігаються на жорсткому диску. Тим не менш, що він з себе представляє і як працює не всі знають, і оскільки ви тут, робимо висновок, що хотіли б дізнатися. Що ж, давайте розбиратись!

Що таке жорсткий диск

За традицією, давайте підглянемо визначення жорсткого диска у Вікіпедії:

Жорсткий диск (Гвинт, вінчестер, накопичувач на жорстких магнітних дисках, НЖМД, HDD, HMDD) - пристрій довільного доступу, що запам'ятовує, заснований на принципі магнітного запису.

Використовуються в переважній більшості комп'ютерів, а також як окремі пристрої для зберігання резервних копій даних, як файлового сховища і т.п.

Трохи розберемося. Мені подобається термін « накопичувач на жорстких магнітних дисках “. Ці п'ять слів передають усю суть. HDD — пристрій, призначений для тривалого зберігання записаних на нього даних. Основою HDD є жорсткі (алюмінієві) диски із спеціальним покриттям, на яке за допомогою спеціальних головок записується інформація.

Не розглядатиму в деталях сам процес запису - по суті це фізика останніх класів школи, і вникати в це, певен, у вас бажання немає, та й стаття зовсім не про те.

Також звернемо увагу на фразу: « довільного доступу що, грубо кажучи, означає, що ми (комп'ютер) можемо в будь-який час рахувати інформацію з будь-якої ділянки залізниці.

Важливим є той факт, що пам'ять HDD не енергозалежна, тобто не важливо, підключено живлення чи ні, записана на пристрій інформація нікуди не зникне. Це важлива відмінність постійної пам'яті комп'ютера від тимчасової ().

Поглянувши на жорсткий диск комп'ютера у житті, ви побачите ні дисків, ні головок, оскільки це приховано в герметичному корпусі (гермозона). Зовні вінчестер виглядає так:

Для чого комп'ютеру потрібен жорсткий диск

Розглянемо що таке HDD у комп'ютері, тобто, яку роль він грає в ПК. Відомо, що зберігає дані але, як і які. Тут виділимо такі функції НЖМД:

Зберігання ОС, користувача ПЗ та їх налаштувань;
Зберігання файлів користувача: музика, відео, зображення, документи тощо;
Використання частини об'єму жорсткого диска для зберігання даних, що не містяться в ОЗУ (файл підкачки) або зберігання вмісту оперативної пам'яті під час використання режиму сну;

Як бачимо, жорсткий диск комп'ютера не просто звалище з фотографій, музики та відео. На ньому зберігається вся операційна система, і крім цього ЖД допомагає справлятися із завантаженістю ОЗУ, беручи він частину її функцій.

З чого складається жорсткий диск

Ми частково згадували про складові жорсткого диска, зараз розберемося з цим детальніше. Отже, основні складові HDD:

Корпус - захищає механізми жорсткого диска від пилу та вологи. Як правило, є герметичним, щоб всередину та сама волога і пил не потрапляли;
Диски (млинці) - пластини з певного сплаву металів, з нанесеним з обох боків покриттям, на яке записуються дані. Кількість пластин може бути різною - від однієї (у бюджетних варіантах), до декількох;
Двигун - на шпинделі якого закріплені млинці;
Блок головок — конструкція зі з'єднаних між собою важелів (коромисел) та головок. Частина залізниці, яка зчитує та записує на нього інформацію. Для одного млинця використовується пара головок, оскільки верхня, і нижня частина у нього робоча;
Пристрій позиціонування (актуатор ) - Механізм приводить у дію блок головок. Складається з пари постійних неодимових магнітів та котушки, що знаходиться на кінці блоку головок;
Контролер - електронна мікросхема, що управляє роботою HDD;
Паркувальна зона - місце всередині вінчестера поруч із дисками або на їх внутрішній частині, куди опускаються (паркуються) головки під час простою, щоб не пошкодити робочу поверхню млинців.

Такий ось нехитрий пристрій жорсткого диска. Сформувалося воно багато років тому, і жодних принципових змін до нього вже давно не вносилося. А ми йдемо далі.

Як працює жорсткий диск

Після того, як на HDD подається живлення, двигун, на шпинделі якого закріплені млинці, починає розкручуватися. Набравши швидкість, коли у поверхні дисків утворюється постійний потік повітря, починають рухатися головки.

Дана послідовність (спочатку розкручуватися диски, а потім починають працювати головки) необхідна для того, щоб за рахунок потоку повітря, що утворився, головки ширяли над пластинами. Так, вони ніколи не стосуються поверхні дисків, інакше останні були б негайно пошкоджені. Тим не менш, відстань від поверхні магнітних пластин до головок настільки маленька (~10 нм), що ви не побачите його неозброєним оком.

Після запуску, в першу чергу відбувається зчитування службової інформації про стан жорсткого диска та інші необхідні відомості про нього, що знаходяться на так званій нульовій доріжці. Тільки потім розпочинається робота з даними.

Інформація на жорсткому диску комп'ютера записується на доріжки, які, у свою чергу, розбиті на сектори (така собі розрізана на шматочки піца). Для запису файлів кілька секторів об'єднують у кластер, і є найменшим місцем, куди може бути записаний файл.

Крім такого «горизонтального» розбиття диска є ще умовне «вертикальне». Оскільки всі головки об'єднані, вони завжди позиціонуються над однією і тією ж за номером доріжкою, кожна над диском. Таким чином, під час роботи HDD головки як би малюють циліндр:

Поки що HDD працює, по суті він виконує дві команди: читання та запис. Коли необхідно виконати команду запису, відбувається обчислення області на диску, куди вона буде проводиться, потім позиціонуються головки і, власне, виконується команда. Потім результат перевіряється. Крім запису даних прямо на диск, інформація також потрапляє до його кешу.

Якщо контролеру надходить команда читання, насамперед відбувається перевірка наявності необхідної інформації у кеші. Якщо її там немає, знову відбувається обчислення координат для позиціонування головок, далі головки позиціонується і зчитують дані.

Після завершення роботи, коли живлення вінчестера зникає, відбувається автоматичне паркування головок у паркувальній зоні.

Ось так загалом і працює жорсткий диск комп'ютера. Насправді все набагато складніше, але звичайному користувачу, швидше за все, такі подробиці не потрібні, тому закінчимо з цим розділом і підемо далі.

Види жорстких дисків та їх виробники

На сьогоднішній день, на ринку існує фактично три основні виробники жорстких дисків: Western Digital (WD), Toshiba, Seagate. Вони повністю покривають попит на пристрої всіх видів та вимог. Інші компанії або розорилися, або були поглинені кимось із основної трійки, або перепрофілювалися.

Якщо говорити про види HDD, їх можна розділити таким чином:

Для ноутбуків – основний параметр – розмір пристрою в 2,5 дюйми. Це дозволяє їм компактно розміщуватись у корпусі лептопа;
Для ПК - у цьому випадку також можливе використання 2,5″ жорстких дисків, але зазвичай використовуються 3,5 дюйма;
Зовнішні жорсткі диски - пристрої, що окремо підключаються до ПК/ноутбука, найчастіше виконують роль файлового сховища.

Також виділяють особливий тип жорстких дисків для серверів. Вони ідентичні звичайним ПКшним, але можуть відрізнятися інтерфейсами для підключення і більшою продуктивністю.

Всі інші поділки HDD на види походять від їх параметрів, тому розглянемо їх.

Характеристики жорстких дисків

Отже, основні характеристики жорсткого диска комп'ютера:

Об `єм - Показник максимально можливої кількості даних, які можна буде вмістити на диску. Перше, на що зазвичай дивляться при виборі HDD. Цей показник може досягати 10 Тб, хоча для домашнього ПК найчастіше вибирають 500 Гб - 1 Тб;
Форм-фактор - Розмір жорсткого диска. Найпоширеніші - 3,5 та 2,5 дюйма. Як говорилося вище, 2,5″ переважно, встановлюються в ноутбуки. Також їх використовують у зовнішніх HDD. У ПК і сервери встановлюють 3,5″. Форм фактор впливає і на обсяг, так як на більший диск може поміститися більше даних;
Швидкість обертання шпинделя - З якою швидкістю обертаються млинці. Найбільш поширені 4200, 5400, 7200 та 10000 об/хв. Ця характеристика безпосередньо впливає на продуктивність, а також ціну пристрою. Чим вище швидкість - тим більше обидва значення;
Інтерфейс — спосіб (тип гнізда) підключення HDD до комп'ютера. Найпопулярнішим інтерфейсом для внутрішніх ЗД сьогодні є SATA (у старих комп'ютерах використовувався IDE). Зовнішні жорсткі диски підключаються, як правило, через USB або FireWire. Крім перерахованих, існують такі інтерфейси як SCSI, SAS;
Об'єм буфера (Кеш-пам'ять) — тип швидкої пам'яті (на кшталт ОЗУ) встановлений на контролері ЖД, призначений для тимчасового зберігання даних, яких найчастіше звертаються. Об'єм буфера може становити 16, 32 або 64 Мб;
Час довільного доступу — час, за який HDD гарантовано виконати запис або читання з будь-якої ділянки диска. Коливається від 3 до 15 мс;