Ваш город: Киев

044 290 90 45 Вам перезвонить?

  • Блог
  • Магазины
  • Оплата и доставка
  • Что с моим заказом?
Корзина
08.05.2019 09:50

Как работает жесткий диск (HDD): устройство и принцип работы жесткого диска в 6 разделах

HDD — довольно сложно сконструированное хранилище, которое при этом отличается весьма простым принципом работы. О том, из чего состоит такой девайс, как пишет и читает данные, а также о других любопытных и полезных вещах рассказывает эта статья.

как устроены внутри винчестеры

Устройство жесткого диска

Винчестер состоит из многих элементов. Так, его физическая структура представлена комплектом пластин, которые еще называют дисками. Их покрывает магнитный слой — плоттер. Вращающийся вал — шпиндель — служит соединительной деталью. Есть еще намагниченные головки. Каждая из них движется по одной из пластин, таким образом считывая и записывая информацию.

Примечание: диски обладают толщиной примерно в пару миллиметров. Их чаще всего делают из металла, но встречаются и керамические, стеклянные варианты.

Обе поверхности пластин задействованы во время записи файлов. Шпиндель крутится на одной и той же скорости. К примеру, у терабайтного WD 3.5" SATA 3.0 он за минуту поворачивается 7200 раз.

Данные пишутся по трекам — концентрическим дорожкам. Они поделены на сектора, которые содержат конкретный информационный объем.

Инфообмен между оперативной памятью системы и накопителем происходит поэтапно и выражен кластером. Он представляет собой целое число, состоит из цепочки расположенных последовательно секторов: 1, 2, 3, 4 и т. д.

устройство жесткого диска

Дорожки «харда», размещенные на разных частях устройства, но которые имеют один и тот же номер, называют цилиндром.

Примечание: жесткие носители бывают двух типов — внутренние и внешние. Их механическая часть практически идентична. Отличия — лишь в интерфейсе подключения и корпусе. Внутренние аппараты подключаются по SATA, а портативные — по USB. Переносные модели заключены в корпуса, которые защищают их от внешнего воздействия.

История: Кто и как изобрел первый жесткий диск: 4 эпохи истории HDD

Принцип работы жесткого диска

Этот раздел тесно перекликается с предыдущим.

Информационные носители магнитного типа имеют довольно сложное строение, а вот принцип их функционирования довольно прост. Что нужно знать:

1. Двигатель, который вращает диск, включается при подаче питания на устройство и остается включенным до его снятия. Получается, если девайс включен в ПК, он работает, пока пользователь не выключит системник.

Примечание: если в разделе под названием «Power Management» в БИОСе был изменен параметр отключения HDD в случае отсутствия обращения к нему, то двигатель может выключить сама подсистема.

работа жесткого магнитного носителя информации

2. Каждая пара головок одета на «вилку», которая обхватывает каждый диск. Эта «вилка» перемещается над поверхностью. За это отвечает специальный серводвигатель — не шаговый, хотя такое заблуждение встречается довольно часто. 

3. У всех хдд есть запасные сектора. Схема управления аппаратом задействует их, если повреждается какой-то из основных.

Подборка: ТОП-5 лучших HDD на 2 TB – Рейтинг внутренних жестких дисков на 2000 Гб

Магнитный принцип чтения и записи информации

Информация пишется на магниточувствительный материал. Такое покрытие очень тонкое (несколько микрометров) и обладает доменной структурой.

Совет: если нужен вместительный носитель, например, для видеоигр, то трехтерабайтный WD30EFRX подойдет. Он способен передавать 1200 Мбит данных в секунду.

Такой домен является малюсенького размера областью, которая содержится в ферромагнитных образцах и намагничена однородным образом. Она отделена от соседних с ней таких же зон тоненькими переходными прослойками. Их называют границами.

быстрый WD 3.5 SATA 3.0 3TB IntelliPower Red (WD30EFRX)

Винты записывают и считывают инфо по такому принципу:

  • В то время, пока действует наружное силовое поле, его линии движутся в направлении, которое соответствует доменным областям. После того, как прекращается воздействие, остаются участки, которые становятся намагниченными. За счет этого и осуществляется сохранение данных.
  • Когда записываются файлы, головка формирует наружное поле, о котором говорилось в предыдущем пункте. Когда данные прочитываются, области остаточной намагниченности, которые оказались напротив, образуют в ней электродвижущую силу.
  • Направленность ЭДС меняется за конкретный временной промежуток. Такой процесс представлен в виде единицы в двоичной системе. Если же ничего не меняется, процесс отождествляется с 0.
  • Закрепленная на кронштейне головка движется над требуемой дорожкой. Когда диск поворачивается, она размещается как раз над нужным сектором.
  • Все головки движутся в одно и то же время, при этом они считывают данные с одинаковых треков различных пластинок.

TRANSCEND 2.5" StoreJet USB 3.0 500GB Iron Gray Slim (TS500GSJ25M3S)

Рекомендация: если необходимо компактное переносное хранилище, подойдет вариант в обрезиненном корпусе. TS500GSJ25M3S — как раз такой.

  • Внутренняя поверхность хранилища представляется размещенными подряд точечными позициями, которые представляют собой биты информации. Так как точное их местоположение нельзя определить, чтобы записать данные, нужны метки. Они наносятся заранее и играют роль навигатора. Чтобы их создать, диск и разбивается по трекам и секторам — форматируется.
  • Организация доступа к данным, которые расположены на хдд, осуществляется благодаря передвижению головки по радиусу диска, а также за счет увеличения оборотов шпинделя.

Сравнение: SSD или HDD — что лучше: отличия 2 видов накопителей

Логическое устройство винчестера

Для начала работы с магнитным хранилищем нужно предварительно нанести навигационные метки. Нужно сделать разделы, определить объем каждого из них, другими словами, разметить тома.

Форматирование происходит всего на 2 уровнях. Первый — низкоуровневый, называется также физическим. Второй же — высокоуровневый, именуется логическим.

низкоуровневое форматирование жесткого носителя информации программой HDD LLF Low Level Format Tool

Как все происходит на 1-м уровне

В этом случае происходит деление диска на сектора, расположенные вдоль треков. Помимо этого определяются поврежденные участки, которые помечаются системой. Это нужно для того, чтобы избежать их использования при записи данных в будущем и предотвратить потерю информации. 

Каждый сектор — информационная единица, у которой есть персональный адрес — путь, который содержит номера. Указывается сторона носителя магнитного типа, трек и сам сектор на нем. Это позволяет получить доступ к информационной единице.

В таком форматировании нет необходимости для владельца: HDD уже с завода поступают в подготовленном виде.

Рекомендация: для сервера необходим быстрый, надежный жесткий, вроде вместительного 843268-B21 с защитой от кибератак.

защищенный от кибератак HP 2TB SATA 7.2K LFF RW HDD (843268-B21)

Низкоуровневое форматирование требуется, если: 

  • обнаружен сбой в нулевом треке, о котором свидетельствуют проблемы при загрузке с жесткого, но сам диск во это время доступен;
  • пользователь решит установить накопитель с ранее приобретенного им ПК или лэптопа в новую сборку;
  • винт был отформатирован для работы с другой ОС, например Linux;
  • Hard Drive начинает работать некорректно, и базовые методы восстановления не решают проблему. 

Важно учесть, что физическое форматирование — сильнодействующей метод. При его применении информация, которая находится в памяти накопителя, стирается без возможности восстановления. Перед началом процесса лучше убедиться в том, что все важные данные перенесены на сторонний носитель. 

После такого процесса необходима разметка на логические части — тома. К примеру: С — под ПО и операционку, D — под мультимедиа и прочие файлы. Том представляет собой место на накопителе, которое работает как независимое хранилище.

разметка тома в Виндовс 10

По факту, в системе установлен один девайс, но поделив его на системный и пользовательский разделы, можно отформатировать при необходимости лишь одну из частей. Например, первую — для переустановки ОС без потери пользовательских данных, или наоборот: удалить все личные документы, файлы, не затрагивая программную часть.

Второй уровень

Такое форматирование — это более простой процесс, чем низкоуровневый вариант.

Один из простых способов выполнения процедуры — это загрузить с носителя специальную программку FORMAT. Еще проще — воспользоваться базовыми инструментами WINDOWS.

Что делать:

  1. Войти в «Мой Компьютер».
  2. Выбрать диск, который нуждается в форматировании.
  3. Кликнуть мышкой (правая клавиша).
  4. В появившемся меню выбрать одноименный пункт.

Интересно: защита трехтерабайтного портативного HDD Armor A60 от влаги, тряски, соответствует военным стандартам.

Такой способ — самый легкий и быстрый. Он используется, когда диск нужно просто полностью очистить. Применяя специальное ПО, можно выполнить и другие операции, которые в будущем сделают работу с информационным пространством комфортнее.

высокоуровневое форматирование в Windows 10

Во время высокоуровневого процесса на магнитном носителе образуется системная зона. Она включает в себя три части:

  • сектора загрузки, а также таблицу разделов — Boot reсord;
  • FAT — это таблицы, в которых хранятся номера дорожек, секторов с файлами;
  • Root Directory — корневая папка.

Данные записываются по частям, через кластер. Накопитель может быть поделен на несколько томов или два жестких носителя можно объединить в один логический.

Совет: если необходим компактный, но вместительный внешний носитель, то настольный WDBWLG0040HBK-EESN подойдет. Он заключен в узкий 3,5” корпус, способен хранить 4 терабайта данных.

Рекомендуется создавать как минимум два раздела, но их может быть и больше. На каждый из них, исходя из общего объема накопителя, пользователь может выделить необходимое пространство. Это позволит не только хранить отдельно системные и пользовательские файлы, но отделить рабочие документы и развлекательный контент. Опять же, в случае возникновения сбоев иногда достаточно отформатировать лишь один раздел, не вмешиваясь в работу системы, и сохранить остальные данные.

SILICON POWER Armor A60 3 TB Black (SP030TBPHDA60S3K) с защитой по военным стандартам

Форматирование высокого уровня — финишная прямая. По завершению процесса HDD будет полностью готов работать.

ТОП-подборка: Рейтинг внешних жестких дисков на 2 TB

Характеристики винчестеров

Технические показатели устройств влияют на качество их работы, долговечность, вместительность и цену. Основные — рассматриваются в таблице.

Интересно: внутренний AL14SEB030N отличается быстротой передачи информации — до 1568 мегабит в одно мгновение, а также «живучестью» — показатель наработки двигателя на отказ составляет две тысячи часов.

быстрый и долговечный TOSHIBA 2.5" SAS 300GB 10000RPM 128MB (AL14SEB030N)

Основные характеристики накопителей на магнитных носителях
Объем Измеряется в мегабайтах — Мб, гигабайтах — Гб, терабайтах — Тб. Показатель отображает максимальную вместимость пространства накопителя.
Современные HDD способны вмещать несколько терабайт данных. Оптимальный объем зависит от задач. Для системного диска хватает моделей до 1 Тб, для ресурсоемких графических программ, игр и мультимедиа нужно больше.
Примечание: обычно места на диске немного меньше, чем заявлено производителем, поскольку часть пространства занимает предустановленное ПО. Например, вместе с WD20EZRZ пользователь получает бесплатный доступ к софту для быстрого резервного копирования.
Форм-фактор 3,5-дюйма — стандартный вариант для стационарных сборок.
2,5-дюйма — чаще устанавливается в сборки компактные или же в лэптопы. В настольный ПК такой девайс тоже станет, но здесь уже может понадобиться переходник.
В большинстве современных корпусов есть специально отведенные места под жесткие носители информации разных форм-факторов.
Время доступа к файлам и скорость записи данных Влияют на производительность HDD диска. В характеристиках указывается среднее значение, которое необходимо аппарату для получения информационной единицы. Оно показывает, насколько быстро механизм накопителя будет считывать информацию.
Чем выше показатель, тем быстрее жесткий носитель способен обработать запрос пользователя. За счет этого сокращается время, необходимое диску, чтобы записать информацию. Например, серверный 00WG700 способен передать 1,2 гигабита данных в секунду.
Скорость вращения шпинделя Измеряется в оборотах в минуту. Этот параметр, как и предыдущий, влияет на быстродействие винчестера: от скорости вращения зависит оперативность поиска трека с нужной информацией.
Для большинства пользовательских задач хватает диска, чей шпиндель совершает 5,4-7,2 тысячи оборотов в минуту. Но это не предел: встречаются устройства, шпиндели которых вращаются со скоростью до 15000 об./мин. Например, A03-D300GA2. Но для домашних ПК такая быстрота не нужна. Подобные «монстры» устанавливаются в серверы непрерывного действия.
Объем буфера / кэш-памяти Внутренняя память устройства, которая отвечает за обработку, управление и хранение файлов. Чем больше объем буфера, тем быстрее осуществляется процесс получения доступа к файлам. Диапазон данного параметра составляет около 16-256 МБ.
Если магнитный носитель будет использоваться исключительно как хранилище информации, то переплачивать за самые высокие объемы, как у WD101PURZ, нет смысла. А вот если накопитель нужен как серверный — такой кэш пригодится.
Износостойкость Обозначается как интенсивность отказов. Внутри HDD находятся механические части, которые изнашиваются через определенный период эксплуатации.
В критических ситуациях механический износ становится причиной безвозвратной потери информации, которая хранится на устройстве. Нет возможности точно определить, какая из деталей подвижного механизма окажется выносливее, а какая придет в негодность первой.
Однако в этой ситуации полагаться можно не только на отзывы пользователей об интересующей модели винчестера. Есть гарантия от производителя, а в характеристиках прописывается показатель наработки мотора на отказ, который измеряется в количестве часов. Например, у WD1003FZEX этот показатель составляет аж 300 тысяч часов.
Способ установки / подключения Внутренний накопитель подключается по SATA интерфейсу и устанавливается непосредственно в ПК или лэптоп.
Внешний магнитный носитель подключается к девайсу по USB, имеет прочный корпус, обеспечивающий защиту внутреннего механизма при встряске, ударах, падении, а также способствует снижению вибраций и шума, издаваемого механикой при активном режиме работы. 
Этот вариант отлично подходит в качестве резервного хранилища данных, или когда нужно перенести солидный объем информации, который флешка вместить не в состоянии.
Интересно: внешний винчестер AC630 оснащен быстрым USB 3.1, а также заключен в крепкий противоударный корпус.

APACER 2.5" USB 3.1 AC630 2TB Black/Orange (AP2TBAC630T-1)

Полезно: Как отформатировать жесткий диск — стандартные инструменты и 6 специальных утилит

Особенности современных винчестеров

Современные накопители по производительности и возможностям значительно выросли, если сравнивать с предшественникам. Так, если говорить о внутренних устройствах, то современный и уже ставший стандартом интерфейс SATA 3 демонстрирует пропускную способность в 6 Гбит/с, что в два раза выше, чем у моделей прошлого поколения, в которых использовался второй САТА.

Значительно увеличен максимальный объем пространства для хранения данных, кэш-память, что особенно важно при использовании магнитных носителей в профессиональных целях, когда речь идет о внушительном объеме информации и обработка данных ведется без остановки. 

внешний накопитель StoreJet 2.5 USB 3.0 Type-C

Некоторые модели уже с завода оптимизированы под RAID-массивы (совокупность винчестеров). При создании дискового массива повышается уровень надежности хранения информации, возрастают показатели скорости считывания данных и записи файлов. Если по каким-то причинам один из накопителей придет в негодность, то информация будет находиться на втором жестком. Следует помнить, что при создании или удалении рейда, вся информация на HDD, входящих в массив, удаляется. По этой причине лучше заранее создать резерв.

Важно: все диски в массиве должны быть идентичны во избежание конфликтов комплектующих. Также стоит учесть, что понадобится внести изменения в настройки БИОС, да и материнская плата должна поддерживать возможность создания RAID.

Портативные магнитные носители также не отстают. Совместимость с более современными вариантами USB — 3.0 и 3.1 — положительно влияет на быстродействие девайса. Есть устройства, вроде этого StoreJet 2.5, с подключением по юсб Type-C. Пользоваться такими удобно: не придется подбирать подходящую сторону, чтобы воткнуть его в разъем. Объем буфера, собственно хранилища тоже увеличился.

LENOVO ThinkPad USB 3.0 Secure Hard Drive 1TB (0A65621)

Для пользователей, ведущих активный образ жизни, найдутся модели с повышенной устойчивостью к ударам. Для хранения личной информации существуют накопители типа 0A65621. Они оснащены цифровой панелью и возможностью ввода персонального пароля, без которого получить доступ к данным, хранящимся на винчестере, невозможно.

При покупке некоторых аппаратов пользователям предоставляется облачное хранилище, что позволяет моментально получить доступ к файлам из любой точки мира. Такая возможность есть у владельцев Armor A75.

Кроме того, портативные HDD можно подключать к маршрутизатору. Это дает возможность создать локальную сеть и открыть доступ к файлам для всех устройств, которые находятся внутри этой сети. За счет такой функции можно транслировать аудио- и видеоконтент, хранить на винте игры и развлекаться компанией, проходя кооперативные онлайн-хиты. Правда, это возможно, только если роутер оснащен соответствующим портом.

SILICON POWER 2.5" USB 3.1 Armor A75 1TB Silver (SP010TBPHDA75S3S) с доступом в облако

Строение жестких носителей представлено множеством компонентов, однако принцип работы таких хранилищ довольно прост: одна головка, которая движется по магнитным пластинам, пишет информацию, другая — считывает данные.

Инструкция: Как подключить жесткий диск к телевизору — 2 способа для двух типов HDD

Чтобы выбрать хороший магнитный носитель, необходимо учитывать его характеристики. Причем не только вместительность, но и другие показатели, которые влияют на срок службы и производительность. Также при подборе подходящего HDD, следует присматриваться к проверенным брендам: реальные параметры моделей-ноунеймов часто не соответствуют заявленным, да и с гарантийным обслуживанием могут возникнуть сложности.

Автор: Александр Шевчук
Другие новости
Комментарии
Помощь онлайн