Здравствуйте Друзья! Что такое жесткий диск или HDD? Жесткий диск это накопитель на жестких магнитных дисках. Сокращенно — НЖМД или hard (magnetic) disk drive — HDD или MHDD. Первый жесткий диск был выпущен компанией IBM в 1956 году имел габариты около одного метра кубического и был способен запомнить до 3.5 МБ информации (смотрите рисунок слева из википедии). В его состав входили 50 магнитных дисков диаметром 610 мм. Поверхность дисков была покрыта чистым железом, благодаря чему и была возможность намагничивать участки и запоминать данные. Этот жесткий диск весит 971 кг и входил в состав первого серийного компьютера IBM 305 RAMAC. Дальше технологии развивались и дошли до того, что вы видите в своих настольных ПК и ноутбуках . Жесткий диск так же называют хард, винчестер или сокращенно — винт. Название винчестер пошло их 70-х годов. В то время компания IBM выпустила новый компьютер с более современным жестким диском, который представлял из себя два шкафчика, каждый запоминал до 30 МБ информации. Была проведена аналогия с винтовкой Winchester, использовавшей патрон 30-30. Наверно, после этого за жесткими дисками, скорее всего навсегда (по крайней мере у русскоязычного населения), закрепилось название — винчестер или сокращенно — винт.

Современный жесткий диск состоит из:

• корпуса
• блока электроники
• блока позиционирования актуатора
• блока с магнитными пластинами

Рассмотрим каждый подробнее

Корпус . Это как кузов автомобиля. На нем все держится. Основная задача — обеспечивать необходимую жесткость и герметичность. Жесткость необходима для защиты диска от внешних повреждений. Герметичность — для исключения попадания посторонних частиц внутрь диска. Корпус изготавливается из тепло-проводящего сплава, так как при работе устройства выделяется тепло и его нужно как-то отводить. Подробнее об охлаждении HDD можно прочитать . Для выравнивания давлений снаружи и внутри корпуса делается маленькое окошко с гибкой металлической пластинкой.

Блок электроники

Состоит из:

• интерфейсного блока
• буфера или кэша
• управляющего блока

Интерфейсный блок отвечает за связь жесткого диска с компьютером . В ПЗУ — постоянном запоминающем устройстве, записывается служебная информация и прошивка диска. Буфер — кэш память на подобии оперативной памяти . В нее помещается часто используемая информация, что увеличивает быстродействие HDD. Скорость чтения из кэша приближается к максимальной для интерфейса диска. На данный момент наиболее распространен интерфейс SATA III с максимальной пропускной способностью в 6 Гбит/с. Управляющий блок отвечает за функционирование всего устройства. Он следит за скоростью вращения блока с магнитными пластинами и положения блока с актуаторами.

Состоит из актуатора (устройство для записи и чтения информации), кронштейна (на котором все это работает) и привода. Привод получает команды где ему читать и куда записывать информацию от блока управления. (Рисунок ниже взят с сайта http://www.3dnews.ru/editorial/640707)

Блок с запоминающими пластинами . Состоит из привода, дисков или пластин и сепараторов. Последние служат для задания определенного расстояния между пластинами. Диски с сепараторами крепятся на приводе. Последний поддерживает постоянную скорость вращения.

2. Как работает жесткий диск?

При включении компьютера блок управления подает питание на привод с магнитными дисками и ждет пока последний не выйдет на заданную частоту вращения. Как только это происходит компьютер получает сигнал о готовности HDD. Далее идет запрос информации. В дело вступает блок позиционирования, который задает нужное положение актуатора. Данные считываются и попадают в интерфейсный блок, а от туда в оперативную память .

Раньше актуаторы касались магнитных дисков. С увеличением скорости последних потребовалось другая технология. При этом актуатор парил над магнитной поверхностью и касался в определенном месте диска. Технология пошла дальше, скорости вращение пластин выросли и блок с актуаторами стали парковать вне пластин. То есть актуаторы находятся рядом с пластинами пока не достигнута нужная скорость вращения магнитных дисков.

Благодаря высокой скорости вращения дисков создается воздушный поток, который поднимает головку актуатора над поверхностью. Этот же воздушный поток сдувает с поверхности попавшие внутрь пылинки на специальный фильтр в корпусе. Так же в корпусе имеется адсорбент для удаления остатков влаги.

В современных жестких дисках расстояние между считывающей головкой и поверхностью магнитной платины < 10 нм. Благодаря тому, что считывающие головки никогда не касаются магнитных пластин отсутствует трение и продлевается срок жизни HDD.

Каждая магнитная пластина разделена на кольцевые дорожки шириной около 60 нм. Последние в свою очередь поделены на кластеры. Обычно кластер равен 4 КБ. Каждый бит информации представляет собой площадку на дорожке, которая может быть намагничена -1 или нет -0. Эти площадки так же называются доменами. Чем меньше размер этой площадки, тем больше информации поместится на дорожке и более емкий получится жесткий диск. В начале развития применялась продольная запись. Площадка располагалась вдоль дорожки. В дальнейшем эту технологию заменила перпендикулярная запись, что позволило увеличить плотность данных и в свою очередь увеличить емкости HDD.

Совокупность дорожек равноудаленных от центра вращения двигателя называется цилиндром.

До того как жесткие диски перешагнули рубеж ёмкости в 500 MB хватало системы позиционирования CHS (cylinder-head-sector цилиндр-головка-сектор). С ростом объема в 1994 году была принята линейная система позиционирования LBA (linear block addressing). В случае с CHS жесткий диск был прозрачен для операционных систем, С применением же линейной адресации система обращается к нужному сектору жесткого диска, а уже блок управления HDD разбирается где находится физически этот сектор.

Блок позиционирования актуатора. Приводится в движение с помощью соленоидного двигателя. Последний состоит из статора и катушки. Статор состоит из одного или двух постоянных, сильных неодимовых магнитов. Точное позиционирование кронштейна с головками происходит путем подачи напряжения определенной силы на катушку (рисунок взят с http://www.3dnews.ru/editorial/640707)

От силы магнитов зависит скорость позиционирования головок и следовательно — время доступа к информации. Последнее в жестких дисках варьируется в пределах от 3 до 12 мс. Чем время меньше, тем быстрее и дороже жесткий диск. У компании WD есть три серии жесткий дисков : зеленая, синяя и черная. В зеленой применяется один неодимовый магнит и скорость вращения шпинделя 5400 об/мин. За счет этого получается довольно скромная производительность, зато приличная экономичность и низкое энергопотребление. У синих дисков применяется такой же магнит и скорость вращения поднимается до 7200 об/мин. По скоростным характеристикам он занимает промежуточное положение между зелеными и черными HDD. У черных же применяются два магнита и скорость в 7200 об/мин. Это позволяет добиться максимального быстродействия. Еще выше поднять быстродействие можно повысив скорость вращения двигателя с магнитными пластинами до 10000 или 15000 об/мин. Эти диски обладают минимальным временем доступа к информации и применяются в основном в серверах. Твердотельные диски со скоростью доступа < 1 мс пока остаются вне конкуренции.

Жесткие диски при работе производят два вида шума. От быстровращающихся магнитных дисков и от удара блока с головками об ограничитель. Последний возникает при возврате блока с головками в парковочную позицию. Для уменьшения этого удара производители ставят резиновые подкладки, но иногда и это не спасает, особенно в шустрых дисках. Существует два пути снижения шума от HDD. Первый сделать амортизирующие крепления в корпусе ПК. Об этом подробней можно прочитать . Путь второй — использовать технологию AAM, о которой написал подробнее .

3. Производство и производители жестких дисков

В начале было около 70 производителей HDD. Благодаря конкуренции их осталось всего три. Это Toshiba, Seagate и WD. На схеме ниже вы можете посмотреть в какие года происходили поглощения

Производство . В механическом цехе из алюминиевой болванки цилиндрической формы нарезаются заготовки. Затем заготовкам придается нужная форма возможно даже на токарных станках. После заготовки поступают в полировочный цех где поверхности полируются до нужного уровня. Затем происходит контроль и заготовки идут в цех нанесения магнитного покрытия. После снова происходит контроль. Затем происходит сборка жесткого диска и низкоуровневое форматирование . При этом процессе магнитные пластины разбиваются на дорожки и проверяются на битые или не читаемые сектора. Последние сразу помечаются чтобы исключить в них запись информации. На каждой дорожке есть некоторый резерв секторов. Именно из этого резерва происходит замена обнаруженных при работе сбойных участков.

Отдельно необходимо сказать про производство головок для чтения и записи информации. В современных жестких дисках каждый актуатор состоит из двух головок, для чтения и для записи. Сложность производства головок сравнима со сложностью производства процессоров , так же используется фотолитография. Устройства головок составляет производственную тайну.

Заключение

В статье мы затронули немножко истории приведя картинку первого жесткого диска выпущенного в 1956 году. Сказали возможную причину называния накопителей на магнитных жестких диска коротким словом — винт. Затем рассмотрели состав жесткого диска, то что скрывается внутри его корпуса. Постарались уделить внимание каждому блоку отдельно. Рассмотрели работу жесткого диска. В конце разобрались с производителями и самим производством HDD. Надеюсь вы вместе со мной продвинулись в теме HDD.

Термин «жесткий диск » - это сокращение от «Накопитель на жестких магнитных дисках » (НЖМД ). Английское наименование - «Hard Disk Drive » (HDD или HMDD с добавлением слова «Magnetic »). Помимо сокращения «жесткий диск» существуют и другие жаргонные наименования этого устройства: «винчестер » (или «винт »), «харддиск » (или «хард »).

Название «винчестер », согласно одной из версий, накопитель получил благодаря компании IBM, которая выпустила в 1973 году жесткий диск модели 3340, который впервые в одном неразъемном корпусе объединил пластины диска и головки для считывания. При разработке накопителя инженеры использовали внутреннее обозначение «30-30 », которое означало два модуля по 30 MB при максимальной компоновке.

Руководитель проекта Кеннет Хотон по созвучию с названием популярного охотничьего ружья (в то время) «Winchester 30-30» предложил назвать разрабатываемый диск «винчестером». Впрочем, в США и Европе еще в 1990-х гг. название «винчестер» практически вышло из употребления. А в русском языке оно сохранилось и даже получило полуофициальный статус. В компьютерном сленге оно сократилось до «винт », который является наиболее употребимым вариантом названия.

Жесткий диск - это устройство для хранения информации, работа которого осуществляется по принципу магнитной записи. Жесткий диск используется в качестве основного накопителя данных в большинстве современных .

В НЖМД, в отличие от так называемого «гибкого диска» (или дискеты), информация записывается на жесткие пластины (алюминиевые, стеклянные или керамические), покрытые тонким слоем ферромагнитного материала, которым, чаще всего, является двуокись хрома. В жестких дисках используется одна или несколько пластин на общей оси.

В рабочем режиме считывающие головки не касаются пластин благодаря прослойке потока воздуха, образующегося у поверхности пластин при их быстром вращении. Между головкой и пластиной сохраняется расстояние в несколько нанометров (у современных дисков около - 10 нм). Когда диски не вращаются, головки находятся у самого шпинделя или в безопасной зоне за пределами диска, где исключён их механический контакт с дисками. Отсутствие механического контакта между деталями обеспечивает продолжительный срок службы устройства.

Изначально на рынке существовало большое разнообразие жестких дисков, производившихся многими компаниями. С ужесточением конкуренции большинство производителей либо перешли на производство других видов продукции либо были куплены конкурентами.

Довольно заметный след в истории ЖД оставила компания Quantum . Другим лидером в производстве дисков была компания Maxtor , которая в 2001 году выкупила подразделение жестких дисков у Quantum. В 2006 г. состоялось слияние Maxtor и Seagate. В середине 90-х гг. существовала известная компания Conner , которая также влилась в Seagate.

В начале 90-х существовала фирма Micropolis , производившая дорогие винчестеры premium-класса. Однако при выпуске первых дисков на 7200 оборотов/мин (первые в отрасли) ею были использованы негодные подшипники главного вала от фирмы Nidec. Micropolis понесла большие убытки на возвратах и была куплена все той же Seagate.

На сегодняшний день большая часть всех жестких дисков производится малым числом компаний: Seagate , Samsung , Western Digital , бывшее подразделение IBM , принадлежащее теперь Hitachi . До 2009 года Fujitsu выпускала жесткие диски для ноутбуков но затем передала все их производство компании Toshiba . Сейчас Toshiba является главным производителем 1,8- и 2,5-дюймовых жестких дисков для ноутбуков.

14.05.2010

Другие интересные публикации:

Последнее редактирование: 2011-11-17 17:06:09

Метки материала: ,

Неважно, по каким причинам вам понадобился жёсткий диск, возможно, вы захотели добавить объёма, поскольку старенький HDD уже не справлялся с размещением данных, возможно, вам захотелось увеличить скорость передачи данных, и, вполне возможно, вы не обзавелись хорошей привычкой еженедельно «бекапить» (т.е. сохранять, копировать) данные и создавать образ диска. Важно, что винчестер вам понадобился, и вот тут наша статья придёт вам на помощь. Сегодня мы рассмотрим, какой жёсткий диск выбрать, т.е. подходящий именно вам объём и скорость. Как выбрать жёсткий диск для компьютера , чтобы битые сектора, неисправности электроники и прочий заводской брак, снились вам только в кошмарах. Мы рассмотрим виды жёстких дисков: магнитный HDD, твердотельные накопители SSD и гибридный жёсткий диск, чтобы выяснить какой жёсткий диск лучше.

Что такое жесткий диск компьютера и для чего он служит?

Итак, что такое жёсткий диск компьютера? HDD (Hard Disk Drive), винчестер, жёсткий диск, винт — далеко не полный список названий, которыми пользователи наградили это постоянно запоминающее устройство с удобной функцией перезаписи информации. Именно на винте хранится вся ваша информация, именно на него устанавливается операционная система и именно с него она и загружается. Винчестер является незаменимой частью вашего ПК, поэтому к выбору столь важной детали следует отнестись со всей серьёзностью. Какой жёсткий диск лучше купить, чтобы он оправдал ваши ожидания, мы рассмотри ниже, а сейчас поговорим о том, какие бывают HDD.

Жёсткие диски бывают внутренними и внешними (о внешних жестких дисках, я писал в статье ). Первые расположены внутри корпуса, вторые подключаются к ПК при помощи USB-кабеля.

Внешние винчестеры более устойчивы к температурным и механическим воздействиям. Отличаются они и размерами 2.5 дюйма (ноутбук) и 3.55 дюйма (стационарный ПК, внешний HDD). Бывают также:

• пользовательские
• серверные накопители

Отличие их в первую очередь в надёжности, серверное оборудование не имеет права быть «плохим», при производстве накопители корпоративного класса строже контролируется, более стойкие к перегреву, имеют гораздо более высокую цену. Это происходит потому, что при поломке домашнего HDD вы потеряете очень нужную и важную для вас информацию, а компания может понести огромные убытки, потерю всей информации и клиентов. Также винчестер делится на жёсткий диск для компьютера и для ноутбука. Разница между ними не только в размерах, но и в стойкости к механическим воздействиям.

Как выбрать жесткий диск для компьютера? Какие характеристики надо знать.

Итак, как выбрать жёсткий диск для компьютера. Есть несколько особенностей, на которые следует обращать внимание при выборе HDD. Это интерфейс, объём, скорость, производитель. Скорость работы винта зависит от частоты вращения шпинделя (эти показатели могут колебаться от 4500 до 10000 оборотов/минуту или rpm) и объёма буфера (8,16,32 МБ). Винчестеры с низкими оборотами работают практически бесшумно и являются менее энергоёмкими, но на этом их преимущество заканчивается. В основном, такие устройства используют на роль второго HDD для хранения информации, поскольку они слишком медленные для работы с программами. Хотя если вы терпеливый человек, то можно сэкономить неплохую сумму. У винчестеров с 7200 rpm всего больше: шум, цена, потребление энергии и высокая температура, но при этом скорость работы в разы выше. Для ноутбуков такой винт — смерть аккумулятору, ведь энергии он потребляет немерено, а значит и сокращается время автономной работы. Ну а, в HDD на 10000 обмин, скорость передачи данных зашкаливает, впрочем, как и цена. Больше подходит для серверного варианта.

Второй показатель — это объем. Не следует думать, что чем больше — тем лучше. Идеальным вариантом будет приобрести 2-3 HDD по 500-750 ГБ, чем один на 3 ТБ. Это связано со спецификой работы, во-первых если произойдёт поломка, то только 1 диска, что лучше потерять 30% информации или полностью всю? Во-вторых, устройства большой ёмкости имеют от 3 и более пластин, которые, (увы и ах!) очень быстро приходят в негодность. Такие диски желательно не устанавливать под ОС и важные программы.

Третий показатель — интерфейс, т.е. каким кабелем будет подключён ваш винт. Раньше использовался разъём IDE, сейчас его встретишь разве что на бюджетных стареньких ПК. Потом в фаворе был SATA, ну сейчас SAS либо SASSATA. Внимание! Купив винчестер с неподходящим разъёмом, вы не сможете установить его!

И четвёртый показатель — производитель. Тут уж решать лично вам, какой из производителей достоин вашего внимания. Наиболее популярные HDD производит Seagate, Hitachi, Western Digital.

Как выбрать жёсткий диск для ноутбука? Что нужно знать?

А вот на вопрос «Как выбрать жёсткий диск для ноутбука?» можно ответить, что ориентироваться следует нате же принципы, что и при подборе винта для стационарного ПК. Но при этом принимая во внимание некоторые особенности. Учитывая то, что ноутбук является мобильным устройством, следует приобретать винчестер с низким энергопотреблением. Желательно чтобы ёмкость HDD не превышала 500 ГБ, из-за соображений компактности и энергопотребления. Обязательно следует обратить внимание на тип интерфейса. Ещё один нюанс при выборе устройства: быстродействие винта, не имеет смысла приобретать HDD с высокими показателями, если ваш ноутбук имеет медленные устройства (ОЗУ, CPU, видеокарта), винчестер не повлияет на скорость работы, вы только потратите больше денежных средств, ничего не выиграв при этом. В основном, все запоминающие устройства для ноутбуков универсальны и характеристики сбалансированы. Отличие же в цене, фирме производителе, ёмкости.

Какой жёсткий диск надежнее остальных?

Довольно часто можно услышать фразу: «А какой жёсткий диск надёжнее?» Не бывает надёжных или ненадёжных дисков, у всех фирм производителей есть неудачные модели, которые выходили из строя несколько чаще, чем другие. Единственный совет, который можно дать по надёжности диска — это не приобретать новинки рынка. Ведь именно в таких HDD кроются проблемы с микропрограммным ПО, технологический брак и высокая цена. Но стоит подождать с полгода после выхода новинки и voila — устройство доработано, все ошибки учтены, цены снижены. О надёжности того или иного винта, перед покупкой, желательно прочитать информацию в сети, там же можно подобрать винчестер с пониженным энергопотреблением, который не слишком греется и шумит. Не стоит приобретать винт увеличенной ёмкости, поскольку именно они подвержены механическому воздействию, лучше купить два HDD по 320 или 500 ГБ чем один терабайтный или двухтерабайтный диск. И последнее правило покупки надёжного диска — приобретать винт желательно только у официальных дилеров с фирменной гарантией от 3 лет. Поскольку купленный HDD у «дяди» с рук или в сомнительной фирме может оказаться б/у или после ремонта или же после температурного и/или механического воздействия (бывший владелец банально уронил винт или на винт что-нибудь тяжёлое). Такой винт отработает у вас несколько недель, а возможно и месяцев, но в итоге — потерянная информация, деньги и нервы.

Кстати, чтобы посмотреть, какой у вас установлен жёсткий диск, достаточно выполнить несколько действий. На иконке «Мой компьютер» кликнуть правой кнопкой мыши и выбрать «Свойства».

Затем кликнуть по «Диспетчер устройств»

и выбрать «Дисковые устройства».

Как вы видите подробно написана модель вашего HDD.

Какой жёсткий диск лучше выбрать и купить?

Какой жёсткий диск лучше купить , чтобы получить максимум возможностей при сравнительно небольших затратах? Приведём примеры нескольких комбинаций для различных ПК. Для бюджетного ПК подойдёт HDD Western Digital Caviar Blue WD5000AAKX либо Seagate Barracuda ST3500641AS-RK. Для игрового ПК или ПК предназначенного для обработки видео лучше всего подойдут Seagate Barracuda, Seagate Pipeline или Western Digital Caviar Black. Если вы можете позволить себе приобрести 2 HDD, то один из них обязательно должен быть SSD, поскольку быстродействие вашего ПК значительно увеличится, именно на нем будет установлена ОС и основные программы. А на втором HDD вы сможете хранить документы, фото, видео и т.д.

Виды жестких дисков.

Теперь мы рассмотрим виды жёстких дисков. Магнитные HDD получили своё название благодаря пластинам, на которые записывается информация. Такие диски использовали повсеместно до недавнего времени. Отличаются они большой ёмкостью, сравнительно недорогой ценой. В минусе — подверженность механическим воздействиям, шум, перегрев. Используются как в стационарных ПК, так и мобильных устройствах.

SSD диск и гибридный жесткий диск. Что это такое?

А вот что такое жёсткий диск SSD мы сейчас рассмотрим. Твердотельный жёсткий диск для компьютера был разработан, чтобы заменить хрупкий магнитный HDD. Для производства твердотельных винчестеров используют модули флеш-памяти, а это значит, что такие диски более долговечны, им не так страшны механические и температурные повреждения, показатели чтения/записи значительно выше и при этом очень низкое время для поиска требуемой информации. Низкое энергопотребление, бесшумность и маленький вес делают эти диски идеальными для мобильных устройств. Но SSD имеют два серьёзных минуса, первый это цена, стоимость такого диска колеблется в пределах 300-900$. Второй минус — маленькая ёмкость, к сожалению SSD ещё не скоро удастся догнать HDD в этом направлении.

Поэтому если у вас спросят: «Твердотельный жёсткий диск, что это такое?» можете смело отвечать, что это альтернатива HDD в бизнес-устройствах, ведь именно там важна надёжность и производительность. Именно за SSD будущее наших ПК.

Однако, разработчики всё же нашли выход из положения. Им удалось совместить магнитный HDD и твердотельный SSD. Новая модель получила название гибридный жёсткий диск . Что это такое, спросите вы? Гибридный жёсткий диск — это решение проблемы, они быстры как SSD, но дешевле и ёмкость больше. Объединение двух технологий позволило избавиться от всех недостатков HDD и SSD. Принцип работы: анализ наиболее часто используемых данных, которые размещены на HDD для последующего их переноса в память SSD, чтобы повысить скорость чтения при будущем запросе. В гибридных винчестерах флеш-память, доставшаяся от твердотельных SSD, является буфером и хранит данные, запрашиваемые ОС. При этом магнитные HDD находятся в покое, экономя энергию, снижаю уровень шума и тепловыделение. При загрузке с гибридного жёсткого диска также есть положительные моменты. ОС загружается с флеш-памяти, значительно ускоряя запуск системы, ведь системе теперь не приходится считывать каждый раз необходимые данные с магнитных дисков. Тоже происходит и с наиболее часто используемыми программами. А вот скорость записи больших объёмов информации происходит на магнитные диски, поскольку на флеш-памяти недостаточно ёмкости. Основная особенность этих накопителей в том, что диск самостоятельно принимает решение о помещении данных во флеш-память, не доверяя этот процесс ОС.

Следует учесть, что и у гибридных жёстких дисков есть слабое место — это маленький SSD-кэш , неспособный вместить абсолютно все, используемые на данный момент, приложения и файлы. Наиболее популярным гибридным жёстким диском является Seagate Momentus XT.

В заключении хочется пожелать долгих лет работы вашему HDD, не забывайте делать бекап или создавать образ диска, и тогда ваши возможные потери будут равны нулю.

Жесткий диск

Схема устройства накопителя на жёстких магнитных дисках.

Накопи́тель на жёстких магни́тных ди́сках , НЖМД , жёсткий диск , винче́стер (англ. Hard (Magnetic) Disk Drive, HDD, HMDD ; в просторечии винт , хард , харддиск ) - энергонезависимое перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство . Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах .

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома . В НЖМД используется от одной до нескольких пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках 5-10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Название «Винчестер»

По одной из версий название «винчестер» накопитель получил благодаря фирме 1973 году выпустила жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе пластины диска и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название «30-30», что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 Мб каждый. Кеннет Хотон, руководитель проекта, по созвучию с обозначением популярного охотничьего ружья «Winchester 30-30» предложил назвать этот диск «винчестером» .

Физический размер (форм-фактор) (англ. dimension ) - почти все современные ( -2008 года) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма . Последние чаще применяются в ноутбуках . Так же получили распространение форматы - 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в формфакторах 8 и 5,25 дюймов.

Время произвольного доступа (англ. random access time ) - время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Диапазон этого параметра невелик от 2,5 до 16 мс , как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 - 3,7 мс ), самым большим из актуальных - диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 - 12,5 ).

Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed ) - количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).

Блок головок - пакет рычагов из пружинистой стали (по паре на каждый диск). Одним концом они закреплены на оси рядом с краем диска. На других концах (над дисками) закреплены головки.

Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава. Хотя были попытки делать их из пластика и даже стекла, но такие пластины оказались хрупкими и недолговечными. Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика - окислов железа , марганца и других металлов. Точный состав и технология нанесения держатся в секрете. Большинство бюджетных устройств содержит 1 или 2 пластины, но существуют модели с большим числом пластин.

Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (4200, 5400, 7200, 10 000, 15 000). При такой скорости вблизи поверхности пластины создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Форма головок рассчитывается так, чтобы при работе обеспечить оптимальное расстояние от пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин.

Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных, как правило неодимовых, постоянных магнитов и катушки на подвижном блоке головок.

Вопреки расхожему мнению, внутри гермозоны нет вакуума . Одни производители делают её герметичной (отсюда и название) и заполняют очищенным и осушенным воздухом или нейтральными газами, в частности, азотом ; а для выравнивания давления устанавливают тонкую металлическую или пластиковую мембрану. (В таком случае внутри корпуса жёсткого диска предусматривается маленький карман для пакетика силикагеля , который абсорбирует водяные пары, оставшиеся внутри корпуса после его герметизации). Другие производители выравнивают давление через небольшое отверстие с фильтром, способным задерживать очень мелкие (несколько микрометров) частицы. Однако в этом случае выравнивается и влажность, а также могут проникнуть вредные газы. Выравнивание давления необходимо, чтобы предотвратить деформацию корпуса гермозоны при перепадах атмосферного давления и температуры, а так же при прогреве устройства во время работы.

Пылинки, оказавшиеся при сборке в гермозоне и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр - пылеуловитель.

Низкоуровневое форматирование

На заключительном этапе сборки устройства поверхности пластин форматируются - на них формируются дорожки и секторы.

Ранние «винчестеры» (подобно дискетам) содержали одинаковое количество секторов на всех дорожках. На пластинах современных «винчестеров» дорожки сгруппированы в несколько зон. Все дорожки одной зоны имеют одинаковое количество секторов. Однако, на каждой дорожке внешней зоны секторов больше, и чем зона ближе к центру, тем меньше секторов приходится на каждую дорожку зоны. Это позволяет добиться более равномерной плотности записи и, как следствие, увеличения ёмкости пластины без изменения технологии производства.

Границы зон и количество секторов на дорожку для каждой зоны хранятся в ПЗУ блока электроники.

Кроме того, в действительности на каждой дорожке есть дополнительные резервные секторы. Если в каком либо секторе возникает неисправимая ошибка, то этот сектор может быть подменён резервным (англ. remaping ). Конечно, данные, хранившиеся в нём, скорее всего, будут потеряны, но ёмкость диска не уменьшится. Существует две таблицы переназначения: одна заполняется на заводе, другая в процессе эксплуатации.

Таблицы переназначения секторов также хранятся в ПЗУ блока электроники.

Во время операций обращения к «винчестеру» блок электроники самостоятельно определяет, к какому физическому сектору следует обращаться и где он находится (с учётом зон и переназначений). Поэтому со стороны внешнего интерфейса «винчестер» выглядит однородным.

В связи с вышеизложенным существует очень живучая легенда о том, что корректировка таблиц переназначения и зон может увеличить ёмкость жёсткого диска. Для этого существует масса утилит, но на практике оказывается, что если прироста и удаётся добиться, то незначительного. Современные диски настолько дёшевы, что подобная корректировка не стоит потраченных на это ни сил, ни времени.

Блок электроники

В ранних жёстких дисках управляющая логика была вынесена на MFM или RLL контроллер компьютера, а плата электроники содержала только модули аналоговой обработки и управление шпиндельным двигателем, позиционером и коммутатором головок. Увеличение скоростей передачи данных вынудило разработчиков уменьшить до предела длину аналогового тракта, и в современных жёстких дисках блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала .

Интерфейсный блок обеспечивает сопряжение электроники жёсткого диска с остальной системой.

Блок управления представляет собой систему управления , принимающую электрические сигналы позиционирования головок, и вырабатывающую управляющие воздействия приводом типа «звуковая катушка», коммутации информационных потоков с различных головок, управления работой всех остальных узлов (к примеру, управление скоростью вращения шпинделя).

Блок ПЗУ хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию винчестера.

Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти в некоторых случаях позволяет увеличить скорость работы накопителя.

Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации). Для цифровой обработки применяются различные методы, например метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood - максимальное правдоподобие при неполном отклике). Осуществляется сравнении принятого сигнала с образцами. При этом выбирается образец наиболее похожий по форме и временным характеристикам с декодируемым сигналом.

Технологии записи данных

Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.

В последнее время для считывания применяют магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. В них, изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления, в зависимости от изменения напряженности магнитного поля. Подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации (особенно при больших плотностях записи информации).

Метод параллельной записи

На данный момент это всё ещё самая распространенная технология записи информации на НЖМД. Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая проходя над поверхностью вращающегося диска намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей - доменов . Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.

Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см². В настоящее время происходит постепенное вытеснение данного метода методом перпендикулярной записи.

Метод перпендикулярной записи

Метод перпендикулярной записи - это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных образцов - 15-23 Гбит/см², в дальнейшем планируется довести плотность до 60-75 Гбит/см².

Жёсткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.

Метод тепловой магнитной записи

Метод тепловой магнитной записи (англ. Heat-assisted magnetic recording, HAMR ) на данный момент самый перспективный из существующих, сейчас он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность «закрепляется». На рынке ЖД данного типа пока не представлены (на 2009 год), есть лишь экспериментальные образцы, но их плотность уже превышает 150 Гбит/см². Разработка HAMR-технологий ведется уже довольно давно, однако эксперты до сих пор расходятся в оценках максимальной плотности записи. Так, компания Hitachi называет предел в 2,3−3,1 Тбит/см², а представители Seagate Technology предполагают, что они смогут довести плотность записи HAMR-носители до 7,75 Тбит/см². Широкого распространения данной технологии следует ожидать после 2010 года.

Сравнение интерфейсов

	Пропускная способность, Мбит/с	Максимальная длина кабеля, м	Требуется ли кабель питания	Количество накопителей на канал	Число проводников в кабеле	Другие особенности
Ultra	2	40/80	Controller+2Slave, горячая замена невозможна
FireWire /400	400		Да/Нет (зависит от типа интерфейса и накопителя)	63	4/6
FireWire /800	800	4,5 (при последовательном соединении до 72 м)	Нет	63	4/6	устройства равноправны, горячая замена возможна
USB 2.0	480	5 (при последовательном соединении, через хабы , до 72 м)	Да/Нет (зависит от типа накопителя)	127	4
Ultra-320
SAS	3000	8	Да	Свыше 16384		горячая замена; возможно подключение
eSATA	2400	2	Да	1 (с умножителем портов до 15)	4	Host/Slave, горячая замена возможна

Мы, пользователи персонального компьютера, часто сталкиваемся с аббревиатурой HDD. И оправдано желание узнать, что такое HDD, где это и для чего нужно.

HDD расшифровывается как «hard disk drive». Проще говоря, это жесткий диск. Понемногу уходя в прошлое, они вытесняются SSD, но свою нишу на рынке HDD будут занимать еще долгое время.

Почему диск «жесткий»

HDD в компьютере как только не называют. Жесткий диск, хард, винчестер, винт - лишь малый список его имен. Почему все-таки «hard disk drive»?

В отличие от «гибких» дисков (дискет), данные на HDD записываются на жёсткие пластины, а они, в свою очередь, покрыты слоем ферромагнитного материала. Называют их не иначе как «магнитные диски». В жестком диске используют одну или несколько пластин на одной оси. Считывающие устройства (головки) в работе не прикасаются к поверхности пластин. Объясняется это просто: при быстром вращении пластин образуется прослойка набегающего потока воздуха. Расстояние между считывающим устройством и рабочей поверхностью очень мало - всего несколько нанометров, а прослойка воздуха, исключающая механический контакт, обеспечивает долгий срок службы. Если пластины не вращаются с должной скоростью, то головки находятся в так называемой «парковочной» зоне - вне границ пластин.

Отличительным свойством HDD в компьютере является то, что носитель информации совмещен с приводом, а также с блоком необходимой электроники в одном корпусе.

Основные характеристики HDD

Как и любое техническое устройство, жесткий диск обладает рядом характеристик, исходя из которых, можно сделать выводы о его актуальности.

• Ёмкость - одна из самых значимых величин. Характеризует количество данных, которые могут храниться накопителем.
• Габариты (форм-фактор). Самые распространенные вариации - 3.5 и 2.5 дюйма. Определяет ширину устройства.
• Скорость вращения оси, шпинделя. Количество его оборотов в минуту. Параметр значительно влияет на скорость доступа к данным и непосредственно на скорость их передачи. Самые распространенные варианты: 4200, 5400, 7200, 10 000 оборотов/минуту.
• Число операций ввода-вывода в секунду. У современных дисков это число приближается к 50 (при произвольном доступе к данным), при последовательном доступе, соответственно, выше - около 100.
• Энергопотребление - немаловажный параметр для портативных устройств (речь о ноутбуках/нетбуках).
• Размер буфера. Буфер - промежуточная память. Её предназначение - сглаживание различий скорости чтения/записи. В современных HDD обычно располагается в диапазоне от 8 до 64 мегабайт.

Надеюсь, мы смогли разобраться в том, что такое HDD в компьютере, и даже немного расширить свой кругозор в мире компьютерного «железа».