Компоненти

Жорсткий диск - це

Перший серійний жорсткий дискємністю 16 кбайт був випущений компанією IBM ще 1973 р., і містив 30 магнітних циліндрів по 30 доріжок кожному. Гострі мовою розробники вловили схожість цих цифр із маркою «30/30», яка відповідає назві зброї — «вінчестеру».

- Це накопичувач інформації на жорстких магнітних дисках.

Основним елементом накопичувачів на жорстких магнітних дисках (HDD – Hard Disk Drive) є кілька жорстких алюмінієвих або скляних пластин круглої форми – дисків. Поверхня такого диска покривається тонким шаром речовини, яка здатна зберігати залишкову намагніченість після на неї зовнішнього магнітного поля. Цей шар називається робочим або магнітним, і на ньому зберігаються записані дані. Накопичувач складається з таких елементів.

Дисків з приводом, що обертається, які змонтовані на загальній вертикальній осі.
Головки читання/запису інформації із власним приводом.

Основний критерій якості - поверхнева щільність запису. Сучасний показник – 60-80 Гбайт/пластину.

Будь-який вінчестер складається із трьох основних блоків. Отже, розглянемо, які складові структури жорсткого диска.

Перший блок— власне, саме сховище інформації — один або кілька скляних (або металевих) дисків. Структура диска виглядає так: магнітна поверхня кожного диска поділена на концентричні доріжки (track)«, які, у свою чергу, діляться на відрізки сектори. Поряд із доріжками, які мають свій номер, та секторами, існують циліндри. Циліндр - це сукупність всіх доріжок, що збігаються один з одним, по вертикалі по всіх робочих поверхнях. Таким чином, щоб дізнатися, скільки циліндрів містить жорсткий диск, необхідно просто помножити число доріжок на сумарне число робочих поверхонь. При низькорівневому форматуванні диска, яке виконується на заводі-виробнику, спочатку та наприкінці кожного сектора створюються області, які містять інформацію про їх номери та інше (службова інформація). Розмір сектора становить величину 571 байт, з яких 512 байт відведено під корисні для користувача дані, інші - під заголовок (header) або префікс, за яким визначається початок і номер сектора та закінчення (trailer) або суфікс, де записується контрольна сума, необхідна для перевірки безпеки диска.

Другий блок— механіка жорсткого диска, яка відповідає за обертання масиву «млинців» і точне позиціонування системи головок, що зчитують. Кожній робочій поверхні жорсткого диска відповідає одна головка, що зчитує, причому розміщуються вони по-вертикалі точним стовпчиком. А значить, будь-якої миті часу всі головки знаходяться на доріжках з однаковим номером. Тобто працюють у межах одного циліндра.

Третій блоквключає електронну начинку - мікросхеми, що відповідають за обробку даних, корекцію можливих помилок та управління механічною частиною, а також мікросхеми кеш-пам'яті.

Кластер (cluster)- Це найменша область диска, яка виділяється для файлу або його частини. Кожен файл займає на диску простір, що дорівнює цілій кількості кластерів. Як правило, кластер складається з кількох секторів.

Для жорстких дисків розмір кластера визначається при форматуванні та залежить від версії операційної системи та розміру диска. Але дискове місце займається неефективно. Наприклад, необхідно зберегти файл 500 байт. Знаючи, що кожен файл може займати простір у цілому числі кластерів, то в цьому випадку буде зайнятий один кластер. Файл буде записано з втратою дискового простору.

Якісні характеристики жорсткого диска

Час пошуку сектора. Час пошуку сектора (latency time) - це середній час, необхідний для того, щоб сектор, який шукає, опинився під головкою після її виведення на доріжку. Середній час пошуку дорівнює половині періоду обертання диска та розраховується за формулою:

Середній час пошуку = 1/(число обертів двигуна за секунду*2)

Тобто при частоті обертання 7200 об/хв. час пошуку становить величину 4,17 мс.

Швидкість читання даних та специфікація. Середній показник швидкості читання даних – близько 40-45 Мбайт/с.

Вважається, що контролер на материнській платі специфікації UDMA/33 має забезпечувати швидкість читання даних щонайменше 33 Мбайт/с. А сучасні специфікації, наприклад, UDMA/100 та UDMA/133 повинні гарантувати не менше 100 та 133 Мбайт/с.

Швидкість передачі даних визначає обсяг даних, які можуть бути передані з накопичувача в комп'ютер і назад за певні проміжки часу. Швидкість передачі даних визначається двома факторами:

Спосіб підключення накопичувачів, тобто продуктивністю інтерфейсу.
Швидкістю зчитування даних головками.

Швидкість зчитування даних(її називають внутрішньою швидкістю обміну даними та вимірюють в Мбайт/с) можна визначити за формулою:

Швидкість зчитування даних = кількість секторів на доріжці * 512 * * частота обертання дисків/1000000.

Частота обертання дисківвимірюється в об/с, 512 - кількість байт даних у секторі.

Середній час пошуку. Середній час пошуку (Average seek time) - середньостатистичний час, протягом якого головки зміщуються з одного циліндра на інший. Цей показник залежить від конструкції приводу головок і становить до 10 мс.

Середній час доступу. Визначається як сума середнього часу пошуку та часу затримки та характеризує середньостатистичний час, необхідний для отримання доступу до даних, записаних на довільному секторі.

Швидкість обертання диска. Показник, безпосередньо пов'язаний зі швидкістю доступу та швидкістю читання даних. Існують параметри 5400 про/хв., 7200 про/хв. (IDE); 10000 про/хв., 15000 про/хв. (SCSI).

Жорсткі диски підключаються до материнської плати за допомогою спеціальних кабелів-шлейфів.

Таблиця розміщення файлів

Таблиця розміщення файлів- Це область на диску, куди заносяться номери кластерів, які займаються файлами. Сюди не входять кластери, які містять службову інформацію (завантажувальні сектори, сама таблиця розміщення файлів та дані кореневого каталогу). В операційних системах виробництва Microsoft відома файлова система FAT (File Location Table). На кожному логічному диску може бути створена окрема файлова система. Таким чином, на одному жорсткому диску можуть бути файлові системи декількох типів.

Логічні диски

Відомо, що комп'ютер присвоює всім дискам, незалежно від їхньої конструкції логічні імена А:, В:, С:. Імена А:, В: за замовчуванням надаються накопичувачам на гнучких дисках. Системному логічному диску, тому, на якому записано операційну систему, присвоюється ім'я С:.

Простір жорсткого диска можна розбити на розділи та логічні диски. Операційні системи працюють із логічними дисками, а чи не з фізичними.

Переваги розвитку вінчестерів на кілька логічних дисків:

Зменшуються втрати дискового простору.
Спрощується структуризація даних.
Спрощується процес дефрагментації диска, перевірки на віруси тощо.

На одному диску можна зберігати робочі програми, на іншому - документацію та архіви, ігри (інсталяційні файли). У разі збою у роботі втрата інформації мінімізується.