Disque dur (HDD)– un dispositif de stockage non volatile dont la finalité est le stockage de données à long terme. Les informations sont stockées sur des supports durs (disques en alliages spéciaux) recouverts d'un revêtement ferromagnétique (dioxyde de chrome).

Périphérique de disque dur.

Hermozone

Comprend : un corps en alliage durable, des disques à revêtement magnétique, une unité principale avec un dispositif de positionnement et un entraînement de broche électrique.

Bloc de tête

Un ensemble de leviers en acier à ressort avec têtes fixes aux extrémités.

Assiettes

Fabriqué en alliage métallique et recouvert d'un revêtement ferromagnétique (oxydes de fer, manganèse et autres métaux). Les disques sont montés rigidement sur une broche qui tourne à une vitesse de plusieurs milliers de tours par minute. À cette vitesse, un puissant flux d’air est créé près de la surface du disque, ce qui soulève les têtes et les fait flotter au-dessus de la surface du plateau. Jusqu'à ce que les disques accélèrent à la vitesse requise pour que les têtes « décollent », le dispositif de stationnement maintient les têtes dans la zone de stationnement. Cela évite d'endommager les têtes et la surface de travail du disque.

Positionneur de tête

Il se compose d'une paire fixe d'aimants permanents puissants, ainsi que d'une bobine sur un bloc à tête mobile.

La zone hermétique est remplie d'air purifié et séché ou de gaz neutres, notamment d'azote, et une fine membrane métallique ou plastique est installée pour égaliser la pression. L'égalisation de la pression est nécessaire pour éviter la déformation du corps de la zone de confinement due aux changements de pression atmosphérique et de température, ainsi que lorsque l'appareil se réchauffe pendant le fonctionnement. Les particules de poussière qui se trouvent dans la zone hermétique lors du montage et atterrissent sur la surface du disque sont transportées lors de la rotation vers un autre filtre - un dépoussiéreur.

Unité électronique

Contient : une unité de contrôle, une mémoire morte, une mémoire tampon, une unité d'interface (transfert de données, alimentation) et une unité de traitement du signal numérique.

L'unité de contrôle est un système :

• positionnement de la tête ;
• contrôle de conduite ;
• changer les flux d'informations provenant de différentes têtes ;
• contrôler le fonctionnement de tous les autres nœuds - recevoir et traiter les signaux des capteurs de l'appareil :
  • accéléromètre à axe unique - utilisé comme capteur de choc,
  • accéléromètre triaxial - utilisé comme capteur de chute libre,
  • manomètre,
  • capteur d'accélération angulaire,
  • capteur de température.

Unité de mémoire en lecture seule stocke les programmes de contrôle pour les unités de contrôle et le traitement du signal numérique, ainsi que le service informations concrètes disque.

Mémoire tampon atténue la différence de vitesse entre la partie d'interface et le lecteur (une mémoire statique à grande vitesse est utilisée).

Unité de traitement du signal numérique effectue le nettoyage du signal analogique lu et son décodage (extraction des informations numériques).

Caractéristiques du disque dur.

Interface— norme prise en charge pour l'échange de données avec des dispositifs de stockage d'informations : .

Capacité- la quantité de données pouvant être stockées Disque dur(Go, To).

Facteur de forme— taille physique d'un disque avec revêtement ferromagnétique : 3,5 ou 2,5 pouces.

Temps d'accès— le temps pendant lequel le disque dur est assuré d'effectuer une opération de lecture ou d'écriture sur n'importe quelle partie du disque magnétique (plage de 2,5 à 16 ms).

Vitesse de broche– un paramètre dont dépendent le temps d’accès et la vitesse moyenne de transfert des données. Les disques durs pour ordinateurs portables ont des vitesses de rotation de 4 200, 5 400 et 7 200 tr/min, et pour les ordinateurs de bureau de 5 400, 7 200 et 10 000 tr/min.

Entrée sortie— nombre d'opérations d'E/S par seconde. En règle générale, un disque dur effectue environ 50 opérations par seconde avec un accès aléatoire et environ 100 avec un accès séquentiel.

Consommation d'énergie— la consommation électrique en Watts, un facteur important pour les appareils mobiles.

Niveau de bruit– le bruit en décibels créé par la mécanique du disque dur lors de son fonctionnement (rotation de la broche, aérodynamisme, positionnement). Les disques silencieux sont considérés comme des appareils avec un niveau de bruit d'environ 26 dB ou moins.

Résistance aux chocs— la résistance du variateur aux coups de bélier ou aux chocs soudains. Elle est mesurée en unités de surcharge admissible (G) à l'état marche et arrêt.

Taux de transfert des données– vitesse de lecture/écriture pour accès séquentiel (zone disque interne - de 44,2 à 74,5 Mo/s, zone disque externe - de 60,0 à 111,4 Mo/s).

Capacité tampon— mémoire intermédiaire (Mo), conçue pour atténuer la différence de vitesse de lecture/écriture et de vitesse de transfert sur l'interface. Varie généralement de 8 à 64 Mo.

Vidéo sur le thème : « Disque dur : appareil et caractéristiques »

Les disques durs, ou, comme on les appelle également, les disques durs, sont l'un des composants les plus importants d'un système informatique. Tout le monde le sait. Mais tous les utilisateurs modernes ne comprennent pas, même en principe, comment fonctionne un disque dur. Le principe de fonctionnement, en général, est assez simple pour une compréhension de base, mais il existe certaines nuances qui seront discutées plus loin.

Des questions sur la fonction et la classification des disques durs ?

La question du but est bien sûr rhétorique. Tout utilisateur, même le plus débutant, répondra immédiatement qu'un disque dur (alias disque dur, alias Hard Drive ou HDD) répondra immédiatement qu'il est utilisé pour stocker des informations.

En général, c'est vrai. N'oubliez pas que sur le disque dur, en plus du système d'exploitation et des fichiers utilisateur, il existe des secteurs de démarrage créés par le système d'exploitation, grâce auxquels il démarre, ainsi que certaines étiquettes grâce auxquelles vous pouvez trouver rapidement les informations nécessaires sur le disque.

Les modèles modernes sont très divers : disques durs ordinaires, disques durs externes, disques SSD (Solid State Drives) à haute vitesse, bien qu'ils ne soient généralement pas classés comme disques durs. Ensuite, il est proposé d'examiner la structure et le principe de fonctionnement du disque dur, sinon dans son intégralité, du moins de manière à ce qu'il suffise de comprendre les termes et processus de base.

Veuillez noter qu'il existe également une classification spéciale des disques durs modernes selon certains critères de base, parmi lesquels les suivants :

• méthode de stockage d'informations;
• type de support;
• manière d’organiser l’accès à l’information.

Pourquoi un disque dur est-il appelé disque dur ?

Aujourd'hui, de nombreux utilisateurs se demandent pourquoi les disques durs sont appelés disques durs, classés comme armes légères. Il semblerait, qu'est-ce qui pourrait être commun entre ces deux appareils ?

Le terme lui-même est apparu en 1973, lorsque le premier disque dur au monde est apparu sur le marché, dont la conception consistait en deux compartiments séparés dans un conteneur scellé. La capacité de chaque compartiment était de 30 Mo, c'est pourquoi les ingénieurs ont donné au disque le nom de code « 30-30 », qui correspondait parfaitement à la marque du pistolet « 30-30 Winchester », populaire à l'époque. Certes, au début des années 90, ce nom est presque tombé en désuétude en Amérique et en Europe, mais il reste toujours populaire dans l'espace post-soviétique.

La structure et le principe de fonctionnement d'un disque dur

Mais nous nous éloignons. Le principe de fonctionnement d'un disque dur peut être brièvement décrit comme les processus de lecture ou d'écriture d'informations. Mais comment cela se produit-il? Afin de comprendre le principe de fonctionnement d'un disque dur magnétique, il faut d'abord étudier son fonctionnement.

Le disque dur lui-même est un ensemble de plaques dont le nombre peut varier de quatre à neuf, reliées entre elles par un arbre (axe) appelé broche. Les plaques sont situées les unes au-dessus des autres. Le plus souvent, les matériaux pour leur fabrication sont l'aluminium, le laiton, la céramique, le verre, etc. Les plaques elles-mêmes ont un revêtement magnétique spécial sous la forme d'un matériau appelé plateau, à base d'oxyde de ferrite gamma, d'oxyde de chrome, de ferrite de baryum, etc. Chacune de ces plaques a une épaisseur d'environ 2 mm.

Les têtes radiales (une pour chaque plaque) sont responsables de l'écriture et de la lecture des informations, et les deux surfaces sont utilisées dans les plaques. Deux moteurs électriques sont chargés de faire tourner la broche, dont la vitesse peut varier de 3 600 à 7 200 tr/min, et de déplacer les têtes.

Dans ce cas, le principe de base de fonctionnement d'un disque dur d'ordinateur est que les informations ne sont pas enregistrées n'importe où, mais dans des emplacements strictement définis, appelés secteurs, qui sont situés sur des pistes ou pistes concentriques. Pour éviter toute confusion, les mêmes règles s'appliquent. Cela signifie que les principes de fonctionnement des disques durs, du point de vue de leur structure logique, sont universels. Ainsi, par exemple, la taille d'un secteur, accepté comme norme unique dans le monde entier, est de 512 octets. À leur tour, les secteurs sont divisés en clusters, qui sont des séquences de secteurs adjacents. Et les particularités du principe de fonctionnement d'un disque dur à cet égard sont que l'échange d'informations s'effectue par des clusters entiers (un certain nombre de chaînes sectorielles).

Mais comment se lisent les informations ? Les principes de fonctionnement d'un lecteur de disque magnétique dur sont les suivants : à l'aide d'un support spécial, la tête de lecture est déplacée dans le sens radial (en spirale) jusqu'à la piste souhaitée et, lorsqu'elle est tournée, est positionnée au-dessus d'un secteur donné, et toutes les têtes peut se déplacer simultanément, en lisant les mêmes informations non seulement à partir de différentes pistes, mais aussi avec différents disques(assiettes). Toutes les pistes portant le même numéro de série sont généralement appelées cylindres.

Dans ce cas, un autre principe de fonctionnement d'un disque dur peut être identifié : plus la tête de lecture est proche de la surface magnétique (mais ne la touche pas), plus la densité d'enregistrement est élevée.

Comment les informations sont-elles écrites et lues ?

Les disques durs, ou disques durs, étaient appelés magnétiques car ils utilisent les lois de la physique du magnétisme, formulées par Faraday et Maxwell.

Comme déjà mentionné, un revêtement magnétique est appliqué sur des plaques constituées d'un matériau sensible non magnétique dont l'épaisseur n'est que de quelques micromètres. Pendant le fonctionnement, un champ magnétique apparaît avec une structure dite de domaine.

Un domaine magnétique est une région magnétisée d'un ferroalliage strictement limitée par des frontières. De plus, le principe de fonctionnement d'un disque dur peut être brièvement décrit comme suit : lorsqu'il est exposé à un champ magnétique externe, le propre champ du disque commence à être orienté strictement le long des lignes magnétiques, et lorsque l'influence s'arrête, des zones de magnétisation résiduelle apparaissent sur les disques, dans lesquels sont stockées les informations qui étaient auparavant contenues dans le champ principal .

La tête de lecture est chargée de créer un champ externe lors de l'écriture, et lors de la lecture, la zone de magnétisation résiduelle, à l'opposé de la tête, crée une force électromotrice ou EMF. Alors tout est simple : un changement d'EMF correspond à un en code binaire, et son absence ou sa terminaison correspond à zéro. Le moment du changement de la FEM est généralement appelé élément binaire.

De plus, la surface magnétique, pour des raisons purement informatiques, peut être associée à une certaine séquence ponctuelle de bits d'information. Mais comme l'emplacement de ces points ne peut pas être calculé avec une précision absolue, vous devez installer des marqueurs prédéfinis sur le disque qui aideront à déterminer l'emplacement souhaité. La création de telles marques est appelée formatage (en gros, diviser le disque en pistes et secteurs, réunis en clusters).

Structure logique et principe de fonctionnement d'un disque dur d'un point de vue formatage

Quant à l'organisation logique du disque dur, c'est ici le formatage qui vient en premier, dans lequel on distingue deux types principaux : de bas niveau (physique) et de haut niveau (logique). Sans ces étapes, il n'est pas nécessaire de parler de remise en état du disque dur. Comment initialiser un nouveau disque dur sera discuté séparément.

Le formatage de bas niveau implique un impact physique sur la surface du disque dur, ce qui crée des secteurs situés le long des pistes. Il est curieux que le principe de fonctionnement d'un disque dur soit tel que chaque secteur créé a sa propre adresse unique, qui comprend le numéro du secteur lui-même, le numéro de la piste sur laquelle il se trouve et le numéro du côté du plateau. Ainsi, lors de l'organisation de l'accès direct, la même RAM accède directement à une adresse donnée, plutôt que de rechercher les informations nécessaires sur toute la surface, grâce à quoi les performances sont obtenues (même si ce n'est pas le plus important). Veuillez noter que lors d'un formatage de bas niveau, absolument toutes les informations sont effacées et, dans la plupart des cas, elles ne peuvent pas être restaurées.

Une autre chose est le formatage logique (dans les systèmes Windows, il s'agit du formatage rapide ou du formatage rapide). De plus, ces processus sont également applicables à la création de partitions logiques, qui représentent une certaine zone du disque dur principal qui fonctionne selon les mêmes principes.

Le formatage logique affecte principalement la zone système, qui comprend le secteur de démarrage et les tables de partition (Boot record), la table d'allocation de fichiers (FAT, NTFS, etc.) et le répertoire racine (Root Directory).

Les informations sont écrites dans les secteurs via le cluster en plusieurs parties, et un cluster ne peut pas contenir deux objets (fichiers) identiques. En fait, la création d'une partition logique, pour ainsi dire, la sépare de la partition système principale, de sorte que les informations qui y sont stockées, en cas d'erreurs et de pannes, ne sont pas sujettes à modification ou à suppression.

Principales caractéristiques du disque dur

Il semble qu'en termes généraux, le principe de fonctionnement d'un disque dur soit un peu clair. Passons maintenant aux principales caractéristiques, qui donnent une image complète de toutes les capacités (ou défauts) des disques durs modernes.

Le principe de fonctionnement d'un disque dur et ses principales caractéristiques peuvent être complètement différents. Pour comprendre de quoi nous parlons, soulignons les paramètres les plus fondamentaux qui caractérisent tous les dispositifs de stockage d’informations connus aujourd’hui :

• capacité (volume);
• performances (vitesse d'accès aux données, lecture et écriture des informations) ;
• interface (méthode de connexion, type de contrôleur).

La capacité représente la quantité totale d'informations pouvant être enregistrées et stockées sur le disque dur. L'industrie de la production de disques durs se développe si rapidement qu'aujourd'hui, des disques durs d'une capacité d'environ 2 To et plus sont utilisés. Et, comme on le croit, ce n’est pas la limite.

L'interface est la caractéristique la plus significative. Il détermine exactement comment le périphérique est connecté à la carte mère, quel contrôleur est utilisé, comment la lecture et l'écriture sont effectuées, etc. Les interfaces principales et les plus courantes sont IDE, SATA et SCSI.

Les disques dotés d'une interface IDE sont peu coûteux, mais les principaux inconvénients incluent un nombre limité de périphériques connectés simultanément (maximum quatre) et de faibles vitesses de transfert de données (même s'ils prennent en charge l'accès direct à la mémoire Ultra DMA ou les protocoles Ultra ATA (Mode 2 et Mode 4). Bien que l'on pense que leur utilisation permet d'augmenter la vitesse de lecture/écriture jusqu'à 16 Mo/s, en réalité la vitesse est bien inférieure. De plus, pour utiliser le mode UDMA, vous devez installer un pilote spécial. , qui, en théorie, devrait être fourni complet avec la carte mère.

Parlant du principe de fonctionnement d'un disque dur et de ses caractéristiques, on ne peut ignorer l'interface SATA, qui succède à la version IDE ATA. L'avantage de cette technologie est que la vitesse de lecture/écriture peut être augmentée jusqu'à 100 Mo/s en utilisant le bus Fireware IEEE-1394 haut débit.

Enfin, l'interface SCSI, par rapport aux deux précédentes, est la plus flexible et la plus rapide (les vitesses d'écriture/lecture atteignent 160 Mo/s et plus). Mais ces disques durs coûtent presque deux fois plus cher. Mais le nombre de périphériques de stockage d'informations connectés simultanément varie de sept à quinze, la connexion peut être établie sans éteindre l'ordinateur et la longueur du câble peut être d'environ 15 à 30 mètres. En fait, celui-ci Type de disque dur Pour la plupart, il n'est pas utilisé sur les PC des utilisateurs, mais sur des serveurs.

La vitesse, qui caractérise la vitesse de transfert et le débit d'E/S, est généralement exprimée en temps de transfert et en volume de données séquentielles transférées et est exprimée en Mo/s.

Quelques options supplémentaires

Parlant du principe de fonctionnement d'un disque dur et des paramètres qui affectent son fonctionnement, nous ne pouvons ignorer certaines caractéristiques supplémentaires dont peuvent dépendre les performances ou même la durée de vie de l'appareil.

Ici, en premier lieu, la vitesse de rotation, qui affecte directement le temps de recherche et d'initialisation (reconnaissance) du secteur souhaité. C'est ce qu'on appelle le temps de recherche caché - l'intervalle pendant lequel le secteur requis se tourne vers la tête de lecture. Aujourd'hui, plusieurs normes ont été adoptées pour la vitesse de broche, exprimée en tours par minute avec un temps de retard en millisecondes :

• 3600 - 8,33;
• 4500 - 6,67;
• 5400 - 5,56;
• 7200 - 4,17.

Il est facile de remarquer que plus la vitesse est élevée, moins on passe de temps à rechercher des secteurs, et en termes physiques, par tour de disque jusqu'à ce que la tête définisse le point de positionnement souhaité du plateau.

Un autre paramètre est la vitesse de transmission interne. Sur les pistes externes, il est minime, mais augmente avec une transition progressive vers les pistes internes. Ainsi, le même processus de défragmentation, qui déplace les données fréquemment utilisées vers les zones les plus rapides du disque, n'est rien d'autre que de les déplacer vers une piste interne avec une vitesse de lecture plus élevée. La vitesse externe a des valeurs fixes et dépend directement de l'interface utilisée.

Enfin, l’un des points importants est lié à la présence de la propre mémoire cache ou tampon du disque dur. En fait, le principe de fonctionnement d'un disque dur en termes d'utilisation d'un tampon est quelque peu similaire à celui de la RAM ou de la mémoire virtuelle. Plus la mémoire cache est grande (128-256 Ko), plus le disque dur fonctionnera rapidement.

Principales exigences pour le disque dur

Il n'y a pas tellement d'exigences de base qui sont imposées dans la plupart des cas aux disques durs. L'essentiel est une longue durée de vie et une fiabilité.

La norme principale pour la plupart des disques durs est une durée de vie d'environ 5 à 7 ans avec une durée de fonctionnement d'au moins cinq cent mille heures, mais pour les disques durs haut de gamme, ce chiffre est d'au moins un million d'heures.

En ce qui concerne la fiabilité, la fonction d'auto-test SMART en est responsable, qui surveille l'état des éléments individuels du disque dur, en effectuant une surveillance constante. Sur la base des données collectées, vous pouvez même établir une certaine prévision de l'apparition d'éventuels dysfonctionnements dans le futur.

Il va sans dire que l’utilisateur ne doit pas rester à l’écart. Ainsi, par exemple, lorsque vous travaillez avec un disque dur, il est extrêmement important de maintenir le régime de température optimal (0 - 50 ± 10 degrés Celsius), d'éviter les chocs, les chocs et les chutes du disque dur, la poussière ou d'autres petites particules y pénètrent. , etc. À propos, beaucoup le feront. Il est intéressant de savoir que les mêmes particules de fumée de tabac sont environ deux fois plus éloignées entre la tête de lecture et la surface magnétique du disque dur, et les cheveux humains - 5 à 10 fois.

Problèmes d'initialisation dans le système lors du remplacement d'un disque dur

Quelques mots maintenant sur les actions à entreprendre si, pour une raison quelconque, l'utilisateur changeait de disque dur ou en installait un supplémentaire.

Nous ne décrirons pas entièrement ce processus, mais nous concentrerons uniquement sur les principales étapes. Tout d'abord, vous devez connecter le disque dur et regarder dans les paramètres du BIOS pour voir si un nouveau matériel a été détecté, l'initialiser dans la section d'administration du disque et créer un enregistrement de démarrage, créer un volume simple, lui attribuer un identifiant (lettre) et formatez-le avec un choix de système de fichiers. Ce n'est qu'après cela que la nouvelle « vis » sera complètement prête à fonctionner.

Conclusion

C’est en fait tout ce qui concerne brièvement le fonctionnement et les caractéristiques de base des disques durs modernes. Le principe de fonctionnement d'un disque dur externe n'a pas été fondamentalement abordé ici, puisqu'il n'est pratiquement pas différent de celui utilisé pour les disques durs fixes. La seule différence réside dans la méthode de connexion du lecteur supplémentaire à l'ordinateur ou à l'ordinateur portable. La connexion la plus courante se fait via une interface USB, directement connectée à la carte mère. Dans le même temps, si vous souhaitez garantir des performances maximales, il est préférable d'utiliser la norme USB 3.0 (le port à l'intérieur est peint en bleu), bien entendu, à condition que le disque dur externe lui-même le supporte.

Sinon, il semble que de nombreuses personnes aient au moins quelque peu compris comment fonctionne un disque dur, quel que soit son type. Peut-être que trop d'informations techniques ont été données ci-dessus, en particulier même à partir d'un cours de physique scolaire, mais sans cela, il ne sera pas possible de comprendre pleinement tous les principes et méthodes de base inhérents aux technologies de production et d'utilisation des disques durs.

De nombreux utilisateurs sont intéressés par le périphérique disque dur. Et pour cause, car aujourd’hui le périphérique de stockage le plus répandu sur un ordinateur est le disque dur. Ensuite, les principes de son fonctionnement et de sa structure seront discutés.

Un Winchester est essentiellement comme un tourne-disque. Il contient également les plateaux et les têtes de lecture. Cependant, le périphérique HDD est plus complexe. Si nous démontons le disque dur, nous verrons que les plaques sont majoritairement métalliques et recouvertes d'une couche magnétique. C'est ici que les données sont écrites. Selon le volume du disque dur, il existe de 4 à 9 plaques, montées sur un arbre appelé « broche » et ayant une vitesse de rotation élevée de 3 600 à 10 000 tr/min pour les produits de grande consommation.

À côté du bloc de plaquette se trouve un bloc de tête de lecture. Le nombre de têtes est déterminé par le nombre de disques magnétiques, à savoir une pour chaque surface de disque. Contrairement à un lecteur de disque dur, la tête ne touche pas la surface des plateaux, mais plane au-dessus. Cela élimine l’usure mécanique. Étant donné que les plaques ont une vitesse de rotation élevée et que les têtes doivent se trouver à une distance constante extrêmement faible au-dessus d'elles, il est très important que rien ne puisse pénétrer dans le boîtier. Après tout, le moindre grain de poussière peut causer des dommages physiques. C'est pourquoi la partie mécanique est hermétiquement fermée avec un boîtier, et la partie électronique est sortie à l'extérieur.

Certains utilisateurs souhaitent savoir comment démonter un disque dur. Vous devez comprendre que le démontage d'un disque en état de marche implique de briser son sceau. Et cela, à son tour, le rendra inutilisable. Par conséquent, vous ne devez pas le faire à moins que vous ne soyez prêt à perdre toutes les données présentes sur le support de stockage. Si vous n'avez pas un besoin urgent d'ouvrir le disque, mais que vous êtes simplement curieux de savoir de quoi est fait un disque dur, vous pouvez regarder une photo d'un disque dur démonté.

C'est pourquoi disques durs sur les disques magnétiques lors de la réparation, ils sont démontés et assemblés dans une hotte spéciale à flux laminaire. Grâce à un système d'alimentation en air hautement purifié et à l'étanchéité, il maintient l'environnement nécessaire à de tels travaux. En démontant votre disque chez vous, vous le rendrez définitivement inutilisable.

Lorsqu'elles ne fonctionnent pas, les têtes de lecture sont situées à côté du bloc de tranches. C'est ce qu'on appelle également « position de stationnement ». Un dispositif spécial amène les têtes dans la zone de travail uniquement lorsque le disque a accéléré jusqu'à la vitesse requise. Ils se déplacent tous ensemble, et non séparément. Cela vous permet d’avoir un accès rapide à toutes les données.

La carte électronique, ou contrôleur, est généralement fixée au bas du disque dur. Rien ne le protège, ce qui le rend très vulnérable aux dommages mécaniques et thermiques. C'est elle qui contrôle la mécanique. Le disque dur d'un ordinateur portable ne diffère du disque dur standard de 3,5 pouces que par sa taille. Principe travailler dur le disque est exactement le même. Ils ne peuvent différer que par le nombre de crêpes magnétiques et leur capacité de stockage.

Comme vous pouvez le constater, le périphérique de disque dur est soumis aux chocs, aux chocs, aux rayures, aux changements de température importants et aux surtensions. Et cela n’en fait pas un support d’informations totalement fiable. C'est pour cette raison que le disque dur d'un ordinateur portable tombe en panne plus souvent que celui d'un ordinateur de bureau. Après tout, les appareils portables sont constamment secoués, parfois laissés tomber, sortis au froid ou exposés au soleil. Et cela, à son tour, affecte négativement le disque dur.

Pour prolonger le délai Fonctionnement du disque dur, ne le soumettez pas aux chutes ou aux chocs, assurez-vous que le boîtier est suffisamment ventilé et effectuez toute manipulation avec le disque uniquement hors tension. Ces lacunes ont conduit à l’émergence d’un nouveau type de disque dur SSD. Ils remplacent progressivement les disques durs, qui ressemblaient autrefois à d’excellents supports de stockage.

Périphérique logique

Nous avons découvert à quoi ressemble un disque dur à l'intérieur. Nous allons maintenant analyser sa structuration logique. Les données sont écrites sur le disque dur de l'ordinateur sur des pistes divisées en secteurs spécifiques. La taille de chaque secteur est de 512 octets. Les secteurs consécutifs sont regroupés en un cluster.

Lors de l'installation d'un nouveau disque dur, vous devez le formater, sinon l'ordinateur ne le verra tout simplement pas. place libre sur le lecteur. Le formatage peut être physique ou logique. La première consiste à diviser le disque en secteurs. Certains d’entre eux peuvent être définis comme « mauvais », c’est-à-dire impropres à l’enregistrement de données. Dans la plupart des cas, le disque est déjà formaté de cette manière avant d'être vendu.

Le formatage logique implique la création d'un section difficile disque. Cela vous permet de simplifier et d'optimiser considérablement votre travail avec les informations. Une zone spécifique du lecteur est allouée à une partition logique (ou, comme on l'appelle aussi, un « disque logique »). Vous pouvez travailler avec comme avec un disque dur séparé. Pour comprendre comment fonctionne un disque dur avec ses partitions, il suffit de diviser visuellement le disque dur en 2 à 4 parties, selon le nombre de volumes logiques. Chaque volume peut avoir son propre système de formatage : FAT32, NTFS ou exFAT.

Données techniques

Les disques durs diffèrent les uns des autres selon les données suivantes :

• volume;
• vitesse de rotation de la broche ;
• interface.

Aujourd'hui, la capacité moyenne des disques durs est de 500 à 1 000 Go. Il détermine la quantité d'informations que vous pouvez écrire sur le média. La vitesse de broche déterminera la rapidité avec laquelle vous pourrez accéder aux données, c'est-à-dire lire et écrire des informations. L'interface la plus courante est SATA, qui a remplacé l'IDE déjà obsolète et lent. Ils sont différents les uns des autres débit et le type de connecteur connecté à la carte mère. Notez que le disque d'un ordinateur portable moderne ne peut avoir qu'une interface SATA ou SATA2.

Cet article a examiné le fonctionnement d'un disque dur, ses principes de fonctionnement, ses données techniques et sa structure logique.

Stockage d'informations sur les disques durs

Partie 1

1. Introduction

La plupart des utilisateurs, lorsqu'ils répondent à la question de savoir ce qu'il y a dans leur unité centrale, mentionnent, entre autres, le disque dur. Le disque dur est l’appareil sur lequel vos données sont le plus souvent stockées. Il existe une légende expliquant pourquoi les disques durs portent un nom si sophistiqué. Le premier disque dur sorti aux États-Unis au début des années 70 avait une capacité de 30 Mo d'informations sur chaque surface de travail. Dans le même temps, le fusil à répétition d'O. F. Winchester, largement connu en Amérique, avait un calibre de 0,30 ; Peut-être que le premier disque dur a grondé comme une mitrailleuse pendant son fonctionnement, ou qu'il sentait la poudre à canon - je ne sais pas, mais à partir de ce moment-là, ils ont commencé à appeler les disques durs des disques durs.

Pendant le fonctionnement de l'ordinateur, des dysfonctionnements surviennent. Virus, pannes de courant, erreurs logicielles - tout cela peut endommager les informations stockées sur votre disque dur. Les dommages causés aux informations ne signifient pas toujours leur perte, il est donc utile de savoir comment elles sont stockées sur le disque dur, car elles peuvent alors être restaurées. Ensuite, par exemple, si la zone de démarrage est endommagée par un virus, il n'est pas du tout nécessaire de formater l'intégralité du disque (!), mais, après avoir restauré l'espace endommagé, continuez le fonctionnement normal tout en préservant toutes vos précieuses données.

D'une part, en train de rédiger cet article, je me suis donné pour tâche de vous dire :

1. sur les principes d'enregistrement des informations sur un disque dur ;
2. sur l'emplacement et le chargement du système d'exploitation ;
3. sur la façon de diviser correctement votre nouveau disque dur en partitions afin d'en utiliser plusieurs systèmes d'exploitation.

D'autre part, je souhaite préparer le lecteur au deuxième article, dans lequel je parlerai de programmes appelés gestionnaires de démarrage. Afin de comprendre le fonctionnement de ces programmes, vous devez avoir notions de baseà propos de choses comme le MBR, les partitions, etc.

Assez de mots généraux - commençons.

2. Périphérique de disque dur

Un disque dur (HDD - Hard Disk Drive) est conçu comme suit : sur un axe relié à un moteur électrique, se trouve un bloc de plusieurs disques (pancakes), au dessus de la surface duquel se trouvent des têtes de lecture/écriture d'informations. Les têtes ont la forme d'une aile et sont attachées à une laisse en forme de croissant. Lorsqu'ils travaillent, ils « survolent » la surface des disques en flux d'air, qui est créé lorsque les mêmes disques tournent. Évidemment, la force de levage dépend de la pression de l’air sur les têtes. Cela dépend à son tour de la pression atmosphérique externe. Ainsi, certains fabricants indiquent un plafond maximum de fonctionnement (par exemple 3000 m) dans les spécifications de leurs appareils. Pourquoi pas un avion ? Le disque est divisé en pistes (ou pistes), elles-mêmes divisées en secteurs. Deux pistes équidistantes du centre mais situées sur les côtés opposés du disque sont appelées cylindres.

3. Stockage des informations

Un disque dur, comme tout autre périphérique bloc, stocke les informations dans des parties fixes appelées blocs. Un bloc est le plus petit élément de données possédant une adresse unique sur le disque dur. Afin de lire ou d'écrire les informations nécessaires dans Bon endroit, il est nécessaire de fournir l'adresse du bloc en paramètre de la commande émise vers le contrôleur de disque dur. La taille des blocs est la norme pour tout le monde depuis un certain temps déjà. disques durs- 512 octets.

Malheureusement, il existe assez souvent une confusion entre des concepts tels que « secteur », « cluster » et « bloc ». En fait, il n’y a aucune différence entre un « bloc » et un « secteur ». Certes, un concept est logique et le second est topologique. Un « cluster » regroupe plusieurs secteurs considérés par le système d’exploitation comme un tout. Pourquoi n'avez-vous pas abandonné le simple travail avec les secteurs ? Je vais répondre. Le passage aux clusters s'est produit parce que la taille de la table FAT était limitée et que la taille du disque augmentait. Dans le cas de FAT16, pour un disque de 512 Mo, le cluster fera 8 Ko, jusqu'à 1 Go - 16 Ko, jusqu'à 2 Go - 32 Ko, et ainsi de suite.

Afin d'adresser de manière unique un bloc de données, vous devez spécifier les trois numéros (numéro de cylindre, numéro de secteur sur la piste, numéro de tête). Cette méthode d'adressage de disque s'est répandue et a ensuite été désignée par l'abréviation CHS (cylindre, tête, secteur). C'est cette méthode qui a été initialement implémentée dans le BIOS, donc des limitations qui y sont associées sont apparues par la suite. Le fait est que le BIOS a défini une grille d'adresses de 63 secteurs, 1024 cylindres et 255 têtes. Cependant, le développement des disques durs à cette époque se limitait à l'utilisation de seulement 16 têtes en raison de la complexité de fabrication. C'est ici qu'est apparue la première limitation de la capacité maximale autorisée du disque dur pour l'adressage : 1024 × 16 × 63 × 512 = 504 Mo.

Au fil du temps, les fabricants ont commencé à fabriquer des disques durs plus gros. En conséquence, le nombre de cylindres sur eux dépassait 1024, le nombre maximum autorisé de cylindres (du point de vue ancien BIOS). Cependant, la partie adressable du disque restait de 504 Mo, à condition que l'accès au disque soit effectué à l'aide du BIOS. Cette limitation a finalement été supprimée par l'introduction du mécanisme dit de traduction d'adresses, qui est discuté ci-dessous.

Les problèmes liés aux limitations du BIOS en termes de géométrie physique des disques ont finalement conduit à l'émergence d'une nouvelle façon d'adresser les blocs sur le disque. Cette méthode est assez simple. Les blocs sur un disque sont décrits par un paramètre : l'adresse linéaire du bloc. L'adressage du disque a reçu linéairement l'abréviation LBA (adressage de bloc logique). L'adresse linéaire d'un bloc est associée de manière unique à son adresse CHS :

lba = (cyl*TÊTES + tête)*SECTEURS + (secteur-1);

L'introduction de la prise en charge de l'adressage linéaire dans les contrôleurs de disque dur a permis aux BIOS de s'engager dans la traduction d'adresses. L'essence de cette méthode est que si vous augmentez le paramètre HEADS dans la formule ci-dessus, alors moins de cylindres seront nécessaires pour adresser le même nombre de blocs de disque. Mais il faudra alors plus de têtes. Cependant, seules 16 têtes sur 255 ont été utilisées. Par conséquent, les BIOS ont commencé à transférer les cylindres en excès vers les têtes, réduisant le nombre de certains et augmentant le nombre d'autres. Cela leur a permis d'utiliser toute la grille de décharge des têtes. Cela a déplacé la limite de ce qui est abordé par le BIOS espace disque jusqu'à 8 Go.

Il est impossible de ne pas dire quelques mots sur le Large Mode. Ce mode de fonctionnement est destiné à travailler dur disques jusqu'à 1 Go. En mode Large, le nombre de têtes logiques passe à 32 et le nombre de cylindres logiques est réduit de moitié. Dans ce cas, les accès aux têtes logiques 0..F sont traduits en cylindres physiques pairs, et les accès aux têtes 10..1F sont traduits en cylindres impairs. Un disque dur partitionné en mode LBA est incompatible avec le mode Large, et vice versa.

Une augmentation supplémentaire de la capacité du disque adressable à l'aide des anciens services du BIOS est devenue fondamentalement impossible. En effet, tous les paramètres sont utilisés au maximum « barre » (63 secteurs, 1024 cylindres et 255 têtes). Ensuite, une nouvelle interface BIOS étendue a été développée, prenant en compte la possibilité d'adresses de blocs très volumineuses. Cependant, cette interface n'est plus compatible avec l'ancienne, de sorte que les anciens systèmes d'exploitation, tels que DOS, qui utilisent d'anciennes interfaces BIOS, ne peuvent pas et ne pourront pas dépasser la limite de 8 Go. Presque tout systèmes modernes n'utilisent plus le BIOS, mais utilisent leurs propres pilotes pour travailler avec les disques. Par conséquent, cette restriction ne s'applique pas à eux. Mais il faut comprendre qu'avant que le système puisse utiliser son propre pilote, il doit au moins le charger. Par conséquent, À l'étape amorcer tout système est obligé d'utiliser le BIOS. Cela entraîne des restrictions sur le placement de nombreux systèmes en dehors de 8 Go ; ils ne peuvent pas démarrer à partir de là, mais ils peuvent lire et écrire des informations (par exemple, DOS qui fonctionne avec le disque via le BIOS).

4. Sections ou partitions

Passons maintenant au placement des systèmes d'exploitation sur les disques durs. Pour organiser les systèmes, l'espace d'adressage disque des blocs est divisé en parties appelées partitions. Les partitions sont exactement comme un disque entier dans la mesure où elles sont constituées de blocs contigus. Grâce à cette organisation, pour décrire un tronçon, il suffit d'indiquer le début du tronçon et sa longueur en blocs. Un disque dur peut contenir quatre partitions principales.

Lorsque l'ordinateur démarre, le BIOS charge le premier secteur de la partition principale (secteur de démarrage) à l'adresse 0000h:7C00h et lui transfère le contrôle. Au début de ce secteur se trouve un bootloader (code de démarrage) qui lit la table de partition et détermine la partition bootable (active). Et puis tout se répète. Autrement dit, il charge le secteur de démarrage de cette partition à la même adresse et lui transfère à nouveau le contrôle.

Les sections sont des conteneurs pour tout leur contenu. Ce contenu est généralement un système de fichiers. Du point de vue du disque, un système de fichiers fait référence à un système de marquage des blocs pour le stockage des fichiers. Une fois qu'un système de fichiers a été créé sur la partition et que les fichiers du système d'exploitation s'y trouvent, la partition peut devenir amorçable. La section de chargement a dans son premier bloc petit programme, qui charge le système d'exploitation. Cependant, pour démarrer un système particulier, vous devez lancer explicitement son programme de démarrage dès le premier bloc. Comment cela se produit sera discuté ci-dessous.

Les partitions avec des systèmes de fichiers ne doivent pas se chevaucher. En effet, deux systèmes de fichiers différents ont chacun leur propre idée de l'emplacement des fichiers, mais lorsque cet emplacement se situe sur le même espace disque physique, un conflit se produit entre les systèmes de fichiers. Ce conflit ne survient pas immédiatement, mais seulement lorsque les fichiers commencent à se situer à l'endroit du disque où les partitions se croisent. Par conséquent, vous devez faire attention lorsque vous divisez le disque en partitions.

L'intersection de tronçons en soi n'est pas dangereuse. Il est dangereux de placer plusieurs systèmes de fichiers sur des partitions qui se chevauchent. Partitionner un disque ne signifie pas créer des systèmes de fichiers. Cependant, la simple tentative de créer un système de fichiers vide (c'est-à-dire un formatage) sur l'une des partitions qui se croisent peut entraîner des erreurs dans le système de fichiers de l'autre partition. Tout ce qui précède s’applique également à tous les systèmes d’exploitation, et pas seulement aux plus populaires.

Le disque est divisé en partitions par programmation. Autrement dit, vous pouvez créer une configuration de partition arbitraire. Les informations de partitionnement du disque sont stockées dans le tout premier bloc du disque dur, appelé Master Boot Record (MBR).

5.MBR

MBR est la principale fonction de démarrage du disque dur prise en charge par le BIOS. Pour plus de clarté, présentons le contenu de la zone de démarrage sous forme de schéma :

Tout ce qui se trouve au décalage 01BEh-01FDh est appelé une table de partition. Vous pouvez voir qu’il comporte quatre sections. Une seule des quatre partitions a le droit d'être marquée comme active, ce qui signifie que le programme de démarrage doit charger le premier secteur de cette partition particulière en mémoire et y transférer le contrôle. Les deux derniers octets du MBR doivent contenir le numéro 0xAA55. En fonction de la présence de cette signature, le BIOS vérifie que le premier bloc a été chargé avec succès. Cette signature n'a pas été choisie par hasard. Un test réussi établira que toutes les lignes de données peuvent contenir à la fois des zéros et des uns.

Le programme de démarrage parcourt la table de partition, sélectionne celle active, charge le premier bloc de cette partition et y transfère le contrôle.

Voyons comment fonctionne le descripteur de section :

* 0001h-0003h début de section
** 0005h-0007h fin de section

Du point de vue des partitions de disque, MS-DOS a été et reste jusqu'à récemment le plus populaire. Il prend en charge deux des quatre partitions : partition DOS principale et partition DOS étendue. Le premier d’entre eux (principal) est un lecteur DOS standard C :. Le second est un conteneur de disques logiques. Ils y traînent tous sous la forme d'une chaîne de sous-sections, appelées : D :, E :, ... Lecteurs logiques peut également avoir des systèmes de fichiers étrangers autres que le système de fichiers DOS. Cependant, en règle générale, l'étrangeté du système de fichiers est due à la présence d'un autre système d'exploitation, qui, en général, doit être placé dans sa propre partition (pas de DOS étendu), mais la table de partition est souvent trop petite pour un tel système. des trucs.

Notons encore une circonstance importante. Lorsque DOS est installé sur un disque dur vierge, il n'existe aucune alternative pour choisir les systèmes d'exploitation au démarrage. Par conséquent, le chargeur de démarrage semble très primitif : il n'a pas besoin de demander à l'utilisateur quel système il souhaite démarrer. Si l'on souhaite disposer de plusieurs systèmes à la fois, il devient nécessaire de créer un programme permettant de sélectionner un système à démarrer.

6. Conclusion

J'espère avoir pu vous fournir des informations de base suffisamment claires et détaillées sur périphérique dur disque, MBR et PT. À mon avis, un tel ensemble de connaissances est tout à fait suffisant pour des « réparations » mineures du stockage des informations. Dans le prochain article, je vous parlerai des programmes appelés Boot Manager et des principes de leur fonctionnement.

Merci beaucoup pour votre aide à Vladimir Dashevsky

Salutations, amis !

Aujourd'hui, nous allons parler d'un disque dur. Rarement un utilisateur d’ordinateur n’en a pas entendu parler !

Un disque dur, également appelé HDD (Hard Disk Drive), est un périphérique permettant de stocker des informations.

Le HDD tire son nom d’argot du célèbre fusil avec lequel les hommes blancs ont conquis l’Amérique. L'un des premiers modèles de disques durs portait la désignation « 30/30 », ce qui coïncidait avec le calibre de cette arme à feu.

Ci-dessous, nous parlerons des disques durs des ordinateurs.

Comment fonctionne un disque dur d’ordinateur ?

Nous verrons comment un disque dur traditionnel (électromécanique) utilisé dans Ordinateur personnel. Il est basé sur un ou plusieurs disques d'informations. Les premiers modèles de disques durs utilisaient des disques en aluminium.

Mais ces premiers modèles avaient grande taille et une faible capacité.

Disquettes et disques durs

Ces « vis » (un autre terme d’argot) avaient une taille physique et une capacité d’environ la taille d’un lecteur de disquette de 5,25 pouces. À l'aube industrie informatique Les données étaient également stockées sur des disquettes de 5,25 et 3,5 pouces.

Le lecteur permettant de lire et d'écrire de tels disques s'appelait FDD (Lecteur de disquette).

Ces disques étaient fabriqués à partir d’un morceau rond de plastique recouvert d’un revêtement ferromagnétique appliqué sur les deux faces. Ils étaient fins et flexibles, d’où le nom du disque. Pour les protéger des influences extérieures, ces disques ont été placés dans un boîtier carré en plastique.

Les disques des disques durs ont une structure similaire, mais ils sont plus épais et ne se plient pas, ce qui se reflète dans leur nom. Une fine couche ferromagnétique d'oxydes métalliques est appliquée sur un tel disque à l'aide d'une centrifugeuse. Les données sont écrites et lues à l'aide de têtes magnétiques.

Lors de l'enregistrement, un signal d'information est envoyé à la tête magnétique, ce qui modifie l'orientation des domaines (particules ferromagnétiques) dans la couche ferromagnétique.

Lors de la lecture, les zones magnétisées induisent un courant dans la tête, qui est ensuite traité par le circuit de commande (contrôleur). Les exigences en matière de vitesse et de volumes de données ne cessent de croître. Les meilleurs esprits du monde ont été envoyés dans cette région. Et les disques durs, comme le reste du matériel informatique, ont été continuellement améliorés.

Les disques ont commencé à être fabriqués à partir de verre et de vitrocéramique. Cela a permis de réduire leur poids, leur épaisseur et d'augmenter la vitesse de rotation.

La vitesse de rotation du disque est passée de 3600 tr/min à 5400, 7200, puis à 10 000 et même 15 000 tr/min ! A titre de comparaison, disons que la vitesse de rotation du disque dans FDD était de 360 ​​tr/min.

Comment plus vite rotation, plus les données sont lues rapidement.

Couche ferromagnétique

Une couche ferromagnétique peut être appliquée à la surface des disques de deux manières : par dépôt galvanique et par dépôt sous vide. Dans le premier cas, le disque est immergé dans une solution de sels métalliques et une fine pellicule de métal (cobalt) est déposée dessus.

Lors du dépôt sous vide, le disque est placé dans une chambre scellée, l'air en est pompé et les particules métalliques sont déposées à l'aide d'une décharge électrique.

Un revêtement protecteur en carbone est appliqué sur la couche magnétique. Il protège la fine couche magnétique de la destruction (et de la perte d'informations) en cas de contact éventuel avec la tête.

Winchester en a peut-être un disque physique ou plusieurs. Dans ce dernier cas, les disques sont assemblés en une seule structure et tournent de manière synchrone. Chaque disque possède deux faces avec une couche ferromagnétique, les données sont lues par deux têtes différentes (situées en haut et en bas).

Les têtes sont également assemblées en une seule structure et se déplacent de manière synchrone.

Le mécanisme permettant de déplacer les têtes contient une bobine de fil et un aimant permanent fixe. Lorsqu'un courant est appliqué à la bobine, un champ magnétique y est généré, interagissant avec l'aimant. La force qui en résulte déplace la bobine avec toute la partie mobile du mécanisme (et les têtes aussi).

Le mécanisme contient un ressort qui, en l'absence de puissance, déplace les têtes vers l'intérieur. position initiale (aire de stationnement). Cela protège les têtes et les disques des dommages.

Notez que les petits aimants en néodyme qui créent un champ magnétique constant sont très puissants !

En état de fonctionnement, les disques tournent avec vitesse constante, les têtes « flottent » au-dessus du disque. Lors de la rotation, un flux aérodynamique se produit, soulevant les têtes. À mesure que la technologie s'améliore, la distance entre les têtes et le disque diminue.

A ce jour, elle a été portée à plusieurs dizaines de nanomètres !

Réduire la distance permet d'augmenter la densité d'enregistrement des informations. De cette façon, davantage d’informations peuvent être insérées dans le même espace.

Têtes de lecture et d'écriture

Utilisation des disques durs modernes têtes magnétorésistives.

Le cristal de la magnétorésistance peut changer sa résistance en fonction de l'ampleur et de la direction du champ magnétique. Lorsque la tête passe sur des zones de magnétisation différente, sa résistance change, ce qui est détecté par le circuit de contrôle.

La tête du disque dur contient en fait deux têtes : la lecture et l'écriture. La tête d'enregistrement fonctionne sur le même principe que la tête des anciens magnétophones, qui utilisaient des cassettes à bande magnétique.

Il contient un noyau ouvert, dans l'espace duquel est créé un champ magnétique qui modifie l'orientation des domaines magnétiques à la surface du disque. Le « remontage » de la tête est imprimé par photolithographie.

Broche et HDA

Le moteur d'entraînement principal (broche), qui fait tourner le disque, contient roulement hydrodynamique. Il diffère d'un roulement à billes en ce sens qu'il présente un faux-rond radial beaucoup plus faible.

Dans les disques durs modernes, la densité d'enregistrement des informations est très élevée, les pistes sont situées très proches les unes des autres.

Un voile radial important ne permettrait pas d'augmenter la densité d'enregistrement, ou (avec une diminution de la distance entre les pistes) la tête « sauterait » le long des pistes adjacentes pendant un tour. Un roulement hydrodynamique contient une fine couche de lubrifiant entre les pièces mobiles et fixes.

En conclusion, nous disons que la broche, les disques, la tête avec entraînement sont placés dans un compartiment séparé. Les premiers modèles de disques durs contenaient des compartiments qui fuyaient et étaient équipés d'un filtre à très petites cellules pour égaliser la pression.

Puis sont apparus des compartiments scellés, comportant un trou fermé par une membrane flexible. La membrane peut se plier dans les deux sens, compensant ainsi la différence de pression d'air à l'intérieur et à l'extérieur du compartiment avec les têtes.

Dans la prochaine partie de l'article, nous continuerons à nous familiariser avec la conception et le fonctionnement du disque dur.

Victor Geronda était avec vous. Rendez-vous sur le blog !