Trdi disk: princip delovanja in osnovne značilnosti

Trdi diski ali, kot se imenujejo, trdi diski, so ena najpomembnejših komponent računalniškega sistema. Vsi to vedo. Ampak daleč od vsakega sodobnega uporabnika tudi načeloma ugibati, kako deluje trdi disk. Načelo dela na splošno za osnovno razumevanje je precej preprosto, vendar obstaja nekaj odtenkov, o katerih bomo šli še dlje.

Vprašanja o namenu in klasifikaciji trdih diskov?

Vprašanje namena je seveda retorično. Vsak uporabnik, tudi najbolj osnovni nivo, takoj odgovori, da trdi disk (ki je tudi trdi disk, ali trdi disk ali trdi disk) takoj odgovori, da služi za shranjevanje informacij.

Na splošno je res. Ne pozabite, da na trdem disku, razen za operacijski sistem in uporabniške datoteke, ki jih operacijski sistem boot sektorje, po zaslugi katerega je bo začelo, kot tudi nekaterih znamk, ki lahko disk hitro našli želene informacije ustvarili.

Moderni modeli so precej raznoliki: konvencionalni trdi diski, zunanji trdi diski, SSD SSD SSD, čeprav niso strogo razvrščeni kot trdi diski. Nato je predlagano, da se naprava in načelo trdega diska, če ne v celoti, upoštevata vsaj tako, da je dovolj za razumevanje osnovnih pojmov in procesov.

Upoštevajte, da obstaja tudi posebna klasifikacija sodobnega HDD v skladu z nekaterimi osnovnimi merili, med katerimi so:

• način shranjevanja informacij;
• vrsta nosilca;
• način organizacije dostopa do informacij.

Zakaj je trdi disk imenovan trdi disk?

Danes mnogi uporabniki razmišljajo o tem, zakaj se trdi diski imenujejo majhne trde diske. Zdi se, da je med tema dvema napravama lahko skupna?

Izraz se je pojavil leta 1973, ko se je na trgu pojavil prvi trdi disk na svetu, katerega zasnova je bila sestavljena iz dveh ločenih predelkov v eni zapečateni posodi. Zmogljivost vsakega predala je 30 MB, zato so inženirji dobili kodno ime za disk "30-30", ki je bila popolnoma v skladu z blagovno znamko priljubljena v času, ko je pištolo "Winchester, 30-30". Vendar pa je v zgodnjih devetdesetih letih v Ameriki in Evropi to ime skoraj neuporabno, vendar je še vedno priljubljeno na post-sovjetskem prostoru.

Naprava in načelo trdega diska

Ampak odtrgamo se. Načelo delovanja trdega diska je na kratko opisano kot proces branja ali pisanja informacij. Toda kako se to zgodi? Da bi razumeli načelo magnetnega trdega diska, je najprej potrebno preučiti, kako je urejeno.

Trdi disk je sama plošča, katere število se lahko razlikuje od štiri do devet, ki ga povezuje gred (os), ki se imenuje vreteno. Plošče postavimo eno nad drugo. V večini primerov je material za njihovo proizvodnjo so aluminij, medenino, keramiko, steklo in podobno. D. Sami tablice imajo posebno magnetno prevleko iz materiala imenovanega krožnik, na osnovi gama ferita oksida, kromovega oksida, barijevega ferita in t. D Vsaka taka plošča ima debelino približno 2 mm.

Za snemanje in branje informacij so odgovorne radialne glave (po eno za vsako ploščo), obe plasti pa se uporabijo obe površini. Za vrtenje vretena, katerega hitrost je lahko od 3600 do 7200 obr / min, gibanje glave ustreza dvema električnima motorjema.

Hkrati je osnovno načelo delovanja računalniške trdega diska, da so informacije napisane ne le kjerkoli, temveč na strogo določenih lokacijah, imenovanih sektorjih, ki se nahajajo na koncentričnih tirih ali skladbah. Da bi se izognili zmedi, se uporabljajo enotna pravila. To pomeni, da so načela trde diske na podlagi njihove logične strukture univerzalne. Tako je na primer velikost enega sektorja, sprejeta za en sam standard po vsem svetu, 512 bajtov. Po drugi strani so sektorji razdeljeni v skupine, ki so zaporedja številnih sektorjev. In značilnosti načela trdega diska v zvezi s tem so, da izmenjavo informacij opravljajo samo celotni grozdi (celo število sektorskih verig).

Toda kako si prebral informacije? pogon deluje: trdi disk, kot sledi: Z uporabo posebno glavo nosilec branja v radialni (vijačna) smeri premakne na želeno progi in na drugi strani je nameščen v določenem področju, lahko vse glave istočasno premika z branjem iste podatke, ne samo iz različnih prog , temveč tudi iz različnih diskov (plošč). Vse skladbe z enakimi rednimi številkami se imenujejo cilindri.

Še eno načelo delovanja trdega diska je mogoče razlikovati: čim bolj je bralna glava do magnetne površine (vendar se ne dotika), večja je gostota posnetka.

Kako se podatki zabeležijo in preberejo?

Trdi diski ali trdi diski so bili zato imenovani magnetni, da uporabljajo zakone fizike magnetizma, ki so še formulirani Faraday in Maxwell.

Kot smo že omenili, je plošča iz nememnetsko občutljive snovi prevlečena z magnetnim premazom, katere debelina je le nekaj mikrometrov. V procesu dela se pojavi magnetno polje, ki ima tako imenovano domensko strukturo.

Magnetno področje je strogo omejeno z magnetizirano območje ferrolejka. Dodatne HDD načelo delovanja je mogoče povzeti na naslednji način: v primeru zunanjega magnetnega polja, pravilno pogon polje začne voditi natančno vzdolž magnetnih linij in na koncu vpliva na diskih pojavijo remanenca cono, v kateri je shranjena informacija že vsebovana v glavnem področju .

Za ustvarjanje zunanjega polja je bralna glava odgovorna za pisanje in pri branju območja ponovne magnetizacije, ki je nasprotna glavi, ustvarja elektromotorno silo ali EMF. Nadalje je vse preprosto: sprememba v EMF ustreza enemu v binarni kodi, njegova odsotnost ali prekinitev pa je nič. Čas za spremembo EMF se ponavadi imenuje bitni element.

Poleg tega je magnetna površina lahko povezana zgolj kot informatični razlog, kot določeno bitno zaporedje informacijskih bitov. Ampak, ker lokacije takih točk ni mogoče natančno izračunati, je potrebno na disk namestiti nekatere vnaprej določene oznake, kar je pomagalo določiti želeno lokacijo. Ustvarjanje takšnih oznak se imenuje oblikovanje (grobo rečeno, razdelitev diska v programe in sektorje, združene v grozde).

Logična struktura in princip delovanja trdega diska glede oblikovanja

Kar se tiče logične organizacije HDD, tukaj je prvo oblikovanje, v katerem obstajata dve glavni vrsti: nizki (fizični) in visoki (logični). Brez teh korakov ni treba govoriti o tem, da bi trdi disk prinesel v delovno stanje. O tem, kako začeti nov trdi disk, bomo obravnavali ločeno.

Formatiranje na nizki ravni prevzame fizični vpliv na površino trdega diska, v katerem se sektorji ustvarijo vzdolž sledi. Zanimivo je, da je na trdem disku načelo, da vsak ustvarjeni sektor ima svoj edinstven naslov, ki vključuje številko sektorja, številko skladbe, na kateri se nahaja, in stransko številko plošče. Tako se pri organizaciji neposrednega dostopa do istega RAM-a dostopa neposredno z navedenega naslova in ne išče potrebnih informacij na celotni površini, zaradi česar je dosežena hitrost (čeprav to ni najpomembnejše). Upoštevajte, da se pri oblikovanju nizke ravni popolnoma izbrišejo vsi podatki in v večini primerov niso predmet obnovitve.

Druga stvar - logično oblikovanje (v sistemih, ki temeljijo na sistemu Windows, je to hitro oblikovanje ali hitri format). Poleg tega se ti postopki uporabljajo tudi za ustvarjanje logičnih particij, ki predstavljajo določeno področje glavnega trdega diska, ki deluje na istih načelih.

Logično oblikovanje nanaša predvsem na področje sistema, ki je sestavljen iz zagonskega sektorja in tabele razdelkov (zagonski zapis MBR) je, izkaz dodelitev datotek (FAT, NTFS, in tako naprej. D.) in korenski imenik (Root Directory).

Informacije se zapišejo v sektorje prek grozda v več delih, dva enaka predmeta (datotek) pa ne morejo biti vsebovana v enem skupini. Pravzaprav je ustvarjanje logične particije, tako kot je, ločilo od glavne particije sistema, tako da se podatki, shranjeni na njem, v primeru napak in neuspehov, ne spremenijo ali odstranijo.

Glavne značilnosti HDD

Mislim, na splošno, da je načelo trdega diska malo razumljivo. Zdaj pa preidemo na osnovne značilnosti, ki dajejo popolno sliko o vseh možnostih (ali slabostih) sodobnih trdih diskov.

Načelo delovanja trdega diska in glavnih značilnosti je lahko povsem drugačno. Da bi razumeli, za kaj gre, izločimo najpomembnejše parametre, ki označujejo vse znane naprave za shranjevanje podatkov:

• zmogljivost (prostornina);
• hitrost (hitrost dostopa do podatkov, branje in pisanje podatkov);
• vmesnik (način povezave, tip krmilnika).

Kapaciteta je skupna količina informacij, ki jih je mogoče zapisati in shraniti na trdem disku. Industrija za proizvodnjo trdih diskov se razvija tako hitro, da so že danes že uporabljali trdi diski s prostornino približno 2 TB in več. In, verjamemo, to ni meja.

Vmesnik je najpomembnejša značilnost. Določa, kako se naprava poveže z matično ploščo, kateri kontroler uporablja, kako se bere in zapisuje itd. Glavni in najpogostejši vmesniki so IDE, SATA in SCSI.

Diski z IDE vmesnika različnih nizki ceni, vendar, med glavnimi slabostmi lahko razlikuje omejeno število istočasno povezanih naprav (največ štirih) in nizko hitrostjo prenosa podatkov (in celo s podporo neposredni dostop do pomnilnika Ultra DMA ali protokolov Ultra ATA (način 2 in načinu 4) Čeprav se zdi, da njihova uporaba izboljša hitrost branja / pisanja na 16 MB / s, v resnici pa je hitrost precej nižja. Poleg tega za uporabo UDMA načina morate namestiti poseben gonilnik, v teoriji, je treba združiti z matično ploščo.

Ko govorimo o tem, kaj je načelo delovanja trdega diska in značilnosti, se ne moremo prezreti SATA vmesnik, ki je dedič IDE različice ATA. Prednost te tehnologije je, da se lahko hitrost branja / pisanja poveča na 100 Mb / s zaradi uporabe visoke hitrosti požarnega IEEE-1394 vodila.

Nazadnje je vmesnik SCSI v primerjavi s prejšnjima dvema najbolj prilagodljivim in najhitrejšim (hitrost pisanja / branja doseže 160 MB / s in več). Toda tudi ti trdi diski so skoraj dvakrat dražji. Toda število istočasno povezanih naprav za shranjevanje je od sedmih do petnajstih, povezava se lahko izvede brez odklopa računalnika, dolžina kabla pa je lahko približno 15-30 metrov. Pravzaprav se ta vrsta trdega diska večinoma uporablja ne na osebnih računalnikih, ampak na strežnikih.

Uspešnost, ki označuje hitrosti prenosa in pasovne širine I / O, se ponavadi izrazi s časom prenosa in količino prenesenih zaporedno prenesenih podatkov in je izražena v Mb / s.

Nekaj ​​dodatnih parametrov

Če govorimo o tem, kaj je načelo trdega diska in kakšni parametri vplivajo na njegovo delovanje, je nemogoče prezreti nekatere dodatne značilnosti, na katere je odvisna hitrost ali celo življenjska doba naprave.

Tu je na prvem mestu vrtilna hitrost, ki neposredno vpliva na čas iskanja in inicializacije (prepoznavanja) želenega sektorja. To je tako imenovani latentni čas iskanja - interval, v katerem se potrebni sektor vrti v bralno glavo. Danes je sprejet več standardov za vrtilno frekvenco vretena, izraženo v vrtljajih na minuto s časom zakasnitve v milisekundah:

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

Preprosto je videti, da je večja hitrost, manj časa se porabi za iskanje sektorjev in fizično - na koncu diska pred namestitvijo glave na želeno pozicijsko točko plošče.

Drugi parameter je interna hitrost prenosa. Na zunanjih tirih je minimalen, vendar se s postopnim prehodom na notranje skladbe povečuje. Tako je isti proces defragmentacije, ki je gibanje pogosto uporabljenih podatkov na najhitrejših področjih diska, nič drugega kot prenos na notranjo stezo s hitrejšo hitrostjo branja. Zunanja hitrost ima določene vrednosti in je neposredno odvisna od uporabljenega vmesnika.

Nazadnje, ena od pomembnih točk je povezana s prisotnostjo trdega diska svojega predpomnilnega pomnilnika ali pufra. Dejansko je načelo trdega diska v smislu uporabe pufra v nekaj podobnem operacijskemu ali navideznemu pomnilniku. Čim večji je predpomnilnik (128-256 KB), hitrejši bo trdi disk.

Glavne zahteve za HDD

Osnovne zahteve, ki so v večini primerov predstavljene trdim diskom, niso toliko. Glavna stvar je dolga življenjska doba in zanesljivost.

Glavni standard za večino trdih diskov je življenjska doba približno 5-7 let z delovnim časom najmanj petsto tisoč ur, toda za visoke trde diske je ta številka vsaj milijon ur.

Kar zadeva zanesljivost, je za to odgovorna funkcija samopreskusa S.M.A.R.T., ki spremlja stanje posameznih elementov trdega diska in izvaja stalno spremljanje. Na podlagi zbranih podatkov se lahko oblikuje tudi napoved pojavljanja morebitnih napak v prihodnosti.

Samoumevno je, da uporabnik ne sme stati ob strani. Na primer, če uporabljate HDD zelo pomembno upoštevati optimalno temperaturno območje (0 - 50 ± 10 stopinj Celzija), da se prepreči udarce, vplive in pade trdi disk, ki ga prahu ali drugih majhnih delcev, itd sprašuje Mimogrede, mnogi bo .. Zanimivo je vedeti, da so isti delci tobačnega dima približno dvakrat daljši kot razdalja med čitalno glavo in magnetno površino trdega diska, človeški lasje pa 5-10 krat.

Težave z inicializacijo v sistemu, ko zamenjate trdi disk

Zdaj nekaj besed o tem, kaj morate storiti, če je uporabnik zaradi nekega razloga spremenil trdi disk ali namestil sekundarno.

Ta postopek ne bomo v celoti opisali, vendar se bomo osredotočili le na glavne faze. Najprej morate priključiti trdi disk in poglej v nastavitve BIOS-a, če je odkrita nova strojna oprema, v oddelku uprava disk za inicializacijo in ustvariti zapis boot, oblikovanje enostavnega volumen, dodeliti ID (črko) in formatiranje z izbiro datotečnega sistema. Šele po tem bo novi "vijak" popolnoma pripravljen za delo.

Zaključek

To, v resnici, in vse, kar se kratek dotakne na temeljih delovanja in značilnosti sodobnih trdih diskov. Načelo delovanja zunanjega trdega diska načeloma ni obravnavano, saj se praktično ne razlikuje od tistega, kar se uporablja za stacionarne HDD. Edina razlika je le v načinu priključitve dodatnega pogona na računalnik ali prenosni računalnik. Najpogostejša povezava je prek vmesnika USB, ki je neposredno povezan z matično ploščo. V tem primeru, če želite zagotoviti največjo učinkovitost, je bolje uporabiti standard USB 3.0 (seveda je notranja vrata zasenčena v modri barvi), seveda, če jo podpira zunanji trdi disk.

V ostalih, mislim, je mnogim ljudem postalo jasno, kako deluje trdi disk katerega koli tipa. Morda je zgoraj je dal preveč tehničnih informacij, več tudi iz šole fizika seveda, vendar ne da bi v celoti razumeli vsa osnovna načela in metode, določene v HDD proizvodnje in uporabe tehnologij ne bodo razumeli.