Pozdrav, prijatelji!

Danas ćemo govoriti o takvoj stvari kao što je tvrdi disk. Rijetko koji korisnik računara nije čuo za njega!

Winchester, zvani HDD (Hard Disk Drive), zvani hard disk je uređaj za pohranjivanje informacija.

HDD je svoje žargonsko ime dobio po čuvenoj pušci kojom su belci osvajali Ameriku. Jedan od prvih modela tvrdi diskovi je označeno kao "30/30", što se poklapa sa kalibrom ovog vatrenog oružja.

U nastavku ćemo govoriti o hard diskovima računara.

Kako radi hard disk računara?

Pogledat ćemo kako utrostručiti tradicionalni (elektromehanički) tvrdi disk koji se koristi personalni računari. Zasnovan je na jednom ili više informacionih diskova. Prvi modeli tvrdih diskova koristili su aluminijske diskove.

Ali ti prvi modeli su imali velika veličina i niskog kapaciteta.

Floppy i hard diskovi

Ti "šrafovi" (drugi sleng naziv) imali su fizičke dimenzije i zapreminu približno jednake disk drajvu diskete 5,25 inča. U ranim danima kompjuterske industrije podaci su se pohranjivali diskete(diskete) 5,25 i 3,5 inča.

Pogon za čitanje i pisanje takvih diskova zvao se FDD (Floppy Disk Drive).

Ovi diskovi su napravljeni od okruglog komada plastike s feromagnetnim premazom nanesenim na obje strane. Bili su tanki i fleksibilni, zbog čega je pogon i dobio ime. Kako bi ih zaštitili od vanjskih utjecaja, ovi diskovi su smješteni u četvrtastu plastičnu kutiju.

Diskovi u HDD diskovima imaju sličnu strukturu, ali su deblji i ne savijaju se, što se odražava u nazivu. Tanak feromagnetski sloj metalnih oksida nanosi se na takav disk pomoću centrifuge. Podaci se pišu i čitaju pomoću magnetnih glava.

Prilikom snimanja magnetskoj glavi se šalje informacijski signal koji mijenja orijentaciju domena (feromagnetnih čestica) u feromagnetnom sloju.

Prilikom očitavanja, magnetizirana područja induciraju struju u glavi, koju zatim obrađuje upravljački krug (kontroler). Zahtjevi za brzinom i obimom podataka stalno rastu. Najbolji umovi svijeta poslani su na ovo područje. I tvrdi diskovi, kao i ostatak kompjuterskog hardvera, kontinuirano su unapređivani.

Diskovi su počeli da se izrađuju od stakla i staklokeramike. To je omogućilo smanjenje njihove težine, debljine i povećanje brzine rotacije.

Brzina rotacije diska porasla je sa 3600 o/min na 5400, 7200, a zatim na 10.000, pa čak i na 15.000 o/min! Za poređenje, recimo da je brzina rotacije diska u FDD bila 360 o/min.

Što je veća brzina rotacije, brže se čitaju podaci.

Feromagnetski sloj

Feromagnetski sloj se može nanositi na površinu diskova na dva načina - galvanskim taloženjem i vakuumskim taloženjem. U prvom slučaju, disk je uronjen u otopinu metalnih soli, a na njega se nanosi tanak film metala (kobalta).

Kod vakuumskog taloženja, disk se postavlja u zatvorenu komoru, iz nje se ispumpava zrak, a metalne čestice se talože pomoću električnog pražnjenja.

Na vrh magnetnog sloja nanosi se zaštitni karbonski premaz. Štiti tanak magnetni sloj od uništenja (i gubitka informacija) u slučaju mogućeg kontakta sa glavom.

Čvrsti disk može imati jedan ili više fizičkih diskova. U potonjem slučaju, diskovi su sastavljeni u jednu strukturu i rotiraju se sinhrono. Svaki disk ima dvije strane sa feromagnetnim slojem, podatke čitaju dvije različite glave (nalaze se na vrhu i na dnu).

Glave su također sastavljene u jednu strukturu i kreću se sinhrono.

Mehanizam za pomicanje glava sadrži zavojnicu žice i fiksni trajni magnet. Kada se struja dovede na zavojnicu, u njemu se stvara magnetsko polje koje je u interakciji s magnetom. Rezultirajuća sila pomiče zavojnicu sa cijelim pokretnim dijelom mehanizma (i glavama).

Mehanizam sadrži oprugu koja, u nedostatku snage, pomiče glave u prvobitni položaj (parking). Ovo štiti glave i diskove od oštećenja.

Imajte na umu da su mali neodimijumski magneti koji stvaraju konstantno magnetsko polje veoma jaki!

U radnom stanju, diskovi se rotiraju konstantnom brzinom, glave "lebde" iznad diska. Tokom rotacije dolazi do aerodinamičkog strujanja, podižući glave. Kako se tehnologija poboljšava, udaljenost između glava i diska se smanjuje.

Do danas je doveden na nekoliko desetina nanometara!

Smanjenje udaljenosti vam omogućava da povećate gustinu snimanja informacija. Na ovaj način se više informacija može ugurati u istu količinu prostora.

Glave za čitanje i pisanje

Koriste se moderni tvrdi diskovi magnetootporne glave.

Kristal magnetorezistora može promijeniti svoj otpor ovisno o veličini i smjeru magnetno polje. Kako glava prolazi preko područja različite magnetizacije, njen otpor se mijenja, što detektira upravljački krug.

Glava tvrdog diska sadrži, zapravo, dvije glave - čitanje i pisanje. Glava za snimanje radi na istom principu kao i glava kod starijih kasetofona, koji su koristili kasete s magnetnom trakom.

Sadrži otvoreno jezgro u čijem se procjepu stvara magnetsko polje koje mijenja orijentaciju magnetnih domena na površini diska. „Namotavanje“ glave štampa se fotolitografijom.

Vreteno i HDA

Glavni pogonski motor (vreteno), koji rotira disk, sadrži hidrodinamički ležaj. Razlikuje se od kugličnog ležaja po tome što ima mnogo manje radijalno otpuštanje.

U modernim čvrstim diskovima, gustoća snimanja informacija je vrlo visoka, staze se nalaze vrlo blizu jedna drugoj.

Veliki radijalni odstup ne bi dozvolio povećanje gustine snimanja, ili bi (sa smanjenjem udaljenosti između staza) glava „skakala“ duž susednih staza tokom jednog obrtaja. Hidrodinamički ležaj sadrži tanak sloj maziva između pokretnih i nepokretnih dijelova.

U zaključku kažemo da su vreteno, diskovi, glava sa pogonom smješteni u poseban odjeljak. Prvi modeli tvrdih diskova sadržavali su pretince koji su propuštali, opremljene filterom s vrlo malim ćelijama za izjednačavanje pritiska.

Tada su se pojavili zatvoreni pretinci, koji su imali rupu zatvorenu fleksibilnom membranom. Membrana se može savijati u oba smjera, kompenzirajući razliku u tlaku zraka unutar i izvan odjeljka s glavama.

U sljedećem dijelu članka nastavit ćemo sa upoznavanjem kako je čvrsti disk strukturiran i kako radi.

Viktor Geronda je bio sa vama. Vidimo se na blogu!

Pozdrav svim čitaocima bloga. Mnogi ljudi su zainteresovani za pitanje kako radi hard disk računara. Stoga sam odlučio današnji članak posvetiti tome.

Čvrsti disk računara (HDD ili čvrsti disk) je potreban za skladištenje informacija nakon isključivanja računara, za razliku od RAM-a () - koji čuva informacije dok se ne prekine napajanje (dok se računar ne isključi).

Tvrdi disk se s pravom može nazvati pravim umjetničkim djelom, samo inženjerskim. Da, da, tako je. Unutra je sve tako komplikovano. On trenutno U cijelom svijetu tvrdi disk je najpopularniji uređaj za pohranjivanje informacija, u rangu je sa uređajima poput flash memorije (fleš diskova), SSD-a. Mnogi su čuli za složenost uređaja hard disk i pitam se kako toliki broj informacija stane u njega, pa bih stoga želio znati kako radi hard disk računara ili od čega se sastoji. Danas će biti takva prilika).

Čvrsti disk se sastoji od pet glavnih dijelova. A prvi od njih jeste integrisano kolo, koji sinhronizuje disk sa računarom i upravlja svim procesima.

Drugi dio je elektromotor(vreteno), uzrokuje rotaciju diska brzinom od približno 7200 o/min, a integrirano kolo održava konstantnu brzinu rotacije.

A sada treća, vjerovatno najvažniji dio je klackalica, koji može i pisati i čitati informacije. Kraj klackalice je obično podijeljen kako bi se omogućilo istovremeno upravljanje više diskova. Međutim, klackalica nikada ne dolazi u kontakt sa diskovima. Između površine diska i glave postoji razmak, veličina tog jaza je otprilike pet hiljada puta manja od debljine ljudske dlake!

Ali hajde da ipak vidimo šta će se desiti ako zazor nestane i glava klackalice dođe u kontakt sa površinom rotirajućeg diska. Još se iz škole sjećamo da je F=m*a (Newtonov drugi zakon, po mom mišljenju), iz čega proizlazi da objekt s malom masom i velikim ubrzanjem postaje nevjerovatno težak. S obzirom na ogromnu brzinu rotacije samog diska, težina klackalice postaje vrlo, vrlo primjetna. Naravno, oštećenje diska je u ovom slučaju neizbježno. Usput, ovo se dogodilo s diskom na kojem je ovaj jaz iz nekog razloga nestao:

Važna je i uloga sile trenja, tj. njegovo skoro potpuno odsustvo, kada klackalica počinje da čita informacije, dok se kreće do 60 puta u sekundi. Ali čekajte, gdje je motor koji pokreće klackalicu, i to takvom brzinom? U stvari, nije vidljiv, jer je to elektromagnetski sistem koji radi na interakciji 2 sile prirode: elektriciteta i magnetizma. Ova interakcija vam omogućava da ubrzate klackalicu do brzine svjetlosti, u doslovnom smislu.

Četvrti dio- sam hard disk je mjesto na kojem se pišu i čitaju informacije, može ih biti nekoliko;

Pa, peti i posljednji dio dizajna tvrdog diska je, naravno, kućište u koje su instalirane sve ostale komponente. Korišteni materijali su sljedeći: gotovo cijelo kućište je napravljeno od plastike, ali je gornji poklopac uvijek metalan. Sastavljeno kućište se često naziva "hermetička zona". Postoji mišljenje da unutar zone zadržavanja nema zraka, odnosno da tamo postoji vakuum. Ovo mišljenje se temelji na činjenici da pri tako velikim brzinama rotacije diska čak i trunka prašine koja uđe unutra može učiniti mnogo loših stvari. I to je gotovo tačno, osim što tamo nema vakuuma - već ima pročišćenog, osušenog zraka ili neutralnog plina - dušika, na primjer. Mada, možda i više ranije verzije tvrdih diskova, umjesto da pročišćava zrak, on je jednostavno ispumpan.

Govorili smo o komponentama, tj. od čega se sastoji hard disk?. Hajde sada da pričamo o skladištenju podataka.

Kako i u kom obliku se podaci čuvaju na hard disku računara?

Podaci se pohranjuju u uskim stazama na površini diska. Tokom produkcije, više od 200 hiljada ovih numera je primenjeno na disk. Svaka staza je podijeljena na sektore.

Mape staza i sektora omogućavaju vam da odredite gdje ćete pisati ili čitati informacije. Opet, sve informacije o sektorima i stazama nalaze se u memoriji integriranog kola, koja se, za razliku od ostalih komponenti tvrdog diska, ne nalazi unutar kućišta, već izvana i obično na dnu.

Sama površina diska je glatka i sjajna, ali to je samo na prvi pogled. Nakon detaljnijeg pregleda, površinska struktura je složenija. Činjenica je da je disk napravljen od metalne legure obložene feromagnetnim slojem. Ovaj sloj obavlja sav posao. Feromagnetski sloj pamti sve informacije, kako? Vrlo jednostavno. Glava klackalice magnetizira mikroskopsko područje na filmu (feromagnetski sloj), postavljajući magnetni moment takve ćelije u jedno od stanja: o ili 1. Svaka takva nula i jedan se nazivaju bitovi. Dakle, bilo koja informacija snimljena na hard disku, u stvari, predstavlja određeni niz i određeni broj nula i jedinica. Na primjer, fotografija dobrog kvaliteta zauzima oko 29 miliona ovih ćelija i raštrkana je u 12 različitih sektora. Da, zvuči impresivno, ali u stvarnosti, tako ogroman broj bitova zauzima vrlo malu površinu na površini diska. Svaki kvadratni centimetar površine tvrdog diska sadrži nekoliko desetina milijardi bitova.

Kako radi hard disk

Upravo smo pogledali hard disk uređaj, svaku njegovu komponentu posebno. Sada predlažem da sve povežem u određeni sistem, zahvaljujući kojem će sam princip biti jasan naporno raditi disk.

dakle, princip na kojem radi hard disk sledeće: kada se čvrsti disk pusti u rad, to znači da se ili upisuje na njega, ili se sa njega čitaju informacije, ili sa njega, elektromotor (vreteno) počinje da dobija zamah, a pošto tvrdi diskovi su pričvršćeni za samo vreteno, shodno tome idu s njim i počinju se okretati. I sve dok obrtaji diskova ne dostignu nivo da se formira vazdušni jastuk između glave klackalice i diska, klackalica se nalazi u posebnoj „zoni za parkiranje“ kako bi se izbegla oštećenja. Ovako to izgleda.

Čim obrtaji dostignu željeni nivo, servo pogon (elektromagnetski motor) pomiče klackalicu koja je već postavljena na mjesto gdje je potrebno upisati ili pročitati informacije. To je upravo omogućeno integriranim krugom koji kontrolira sve pokrete klackalice.

Postoji široko rasprostranjeno mišljenje, svojevrsni mit, da u trenucima kada je disk „neaktivan“, tj. Sa njim se privremeno ne izvode nikakve operacije čitanja/pisanja, a tvrdi diskovi unutra prestaju da se rotiraju. Ovo je zaista mit, jer u stvari, čvrsti diskovi u kućištu se stalno rotiraju, čak i kada je čvrsti disk u režimu za uštedu energije i ništa nije upisano na njega.

Pa, detaljno smo pogledali uređaj hard diska računara. Naravno, u okviru jednog članka nemoguće je govoriti o svemu što se tiče tvrdih diskova. Na primjer, ovaj članak nije govorio o tome - ovo je velika tema, odlučio sam da napišem poseban članak o tome.

Našao sam zanimljiv video o tome kako tvrdi disk radi u različitim režimima

Hvala svima na pažnji, ako se još niste pretplatili na ažuriranja na ovoj stranici, toplo preporučujem da to učinite kako ne biste propustili zanimljive i korisne materijale. Vidimo se na stranicama bloga!

Ako uzmemo u obzir tvrdi disk u cjelini, on se sastoji od dva glavna dijela: ovo je ploča elektronike na kojoj se, da tako kažemo, nalazi "mozak" tvrdog diska. Sadrži procesor, kontrolni program, memorijski uređaj sa slučajnim pristupom i pojačalo za snimanje i čitanje. Mehanički dio uključuje dijelove kao što su blok magnetnih glava sa skraćenicom BMG, motor koji rotira ploče i naravno same ploče. Pogledajmo svaki dio detaljnije.

Hermetički blok.

Hermetički blok, poznat i kao kućište tvrdog diska, dizajniran je za pričvršćivanje svih dijelova, a služi i kao zaštita od čestica prašine koje dospiju na površinu ploča. Vrijedi napomenuti da se otvaranje HDA može obaviti samo u prostoriji posebno pripremljenoj za to, kako bi se izbjeglo ulazak prašine i prljavštine u kućište.

Integrisano kolo.

Integrisano kolo ili elektronska ploča sinhronizuje rad hard diska sa računarom i kontroliše sve procese, a posebno održava konstantnu brzinu rotacije vretena i, shodno tome, ploče, koju izvodi motor.

Električni motor.

Elektromotor ili motor okreće ploče: oko 7200 okretaja u sekundi (uzima se prosječna vrijednost, postoje tvrdi diskovi na kojima je brzina veća i dostiže 15.000 okretaja u sekundi, a postoje i sa manjom brzinom od oko 5400, brzina pristupa potrebnim informacijama na pločici ovisi o brzini rotacije ploča tvrdog diska).

Rocker.

Preklopna ruka je dizajnirana za pisanje i čitanje informacija sa ploča tvrdog diska. Kraj klackalice je podijeljen i na njemu se nalazi blok magnetnih glava, to je učinjeno kako bi se informacije mogle upisivati ​​i čitati s nekoliko ploča.

Blok magnetnih glava.

Preklopna ruka uključuje blok magnetnih glava, koji prilično često pokvari, ali ovaj "često" parametar je vrlo uvjetovan. Magnetne glave se nalaze na vrhu i dnu ploča i koriste se za direktno čitanje informacija sa ploča koje se nalaze na tvrdom disku.

Ploče.

Ploče direktno pohranjuju informacije napravljene su od materijala kao što su aluminij, staklo i keramika. Najviše se koristi aluminijum, ali druga dva materijala se koriste za izradu takozvanih „elitnih točkova“. Prve proizvedene ploče bile su obložene željeznim oksidom, ali je ovaj feromagnet imao veliki nedostatak. Diskovi obloženi takvom tvari imali su malu otpornost na habanje. Trenutno većina proizvođači tvrdih diskovi pokrivaju ploče hrom-kobaltom, koji ima sigurnosni faktor koji je za red veličine veći od željeznog oksida. Ploče su pričvršćene na vreteno na istoj udaljenosti jedna od druge, ovaj dizajn se naziva "paket". Ispod diskova nalazi se motor ili elektromotor.

Svaka strana ploče je podijeljena na staze, oni su pak podijeljeni na sektore ili na drugi način blokove, svi tragovi istog promjera predstavljaju cilindar.

Svi moderni čvrsti diskovi imaju takozvani "inženjerski cilindar" koji skladišti vlasničke informacije, kao što je model HDD-a, serijski broj itd. Ove informacije su namijenjene za čitanje računara.

Kako radi hard disk

Osnovni principi rada tvrdog diska su se malo promijenili od njegovog nastanka. Uređaj tvrdog diska je vrlo sličan običnom gramofonu. Samo ispod tijela može biti nekoliko ploča postavljenih na zajedničku os, a glave mogu čitati informacije s obje strane svake ploče odjednom. Brzina rotacije ploča je konstantna i jedna je od glavnih karakteristika. Glava se kreće duž ploče na određenoj fiksnoj udaljenosti od površine. Što je ova udaljenost manja, to je veća tačnost čitanja informacija i veća gustina snimanja informacija.

Kada pogledate čvrsti disk, sve što vidite je izdržljivo metalno kućište. Potpuno je zapečaćen i štiti drajv od čestica prašine, koje, ako dođu u uski razmak između glave i površine diska, mogu oštetiti osjetljivi magnetni sloj i oštetiti disk. Osim toga, kućište štiti disk od elektromagnetne smetnje. Unutar kućišta su svi mehanizmi i neke elektronske komponente. Mehanizmi su sami diskovi na kojima se pohranjuju informacije, glave koje pišu i čitaju informacije s diskova i motori koji sve to pokreću.

Disk je okrugla ploča vrlo glatke površine, obično od aluminija, rjeđe od keramike ili stakla, presvučena tankim feromagnetnim slojem. Mnogi pogoni koriste sloj željeznog oksida (koji prekriva običnu magnetnu traku), ali najnoviji modeli tvrdi diskovi rade sa slojem kobalta debljine oko deset mikrona. Ovaj premaz je izdržljiviji i, osim toga, omogućava vam značajno povećanje gustoće snimanja. Tehnologija njegove primjene bliska je onoj koja se koristi u proizvodnji integriranih kola.

Broj diskova može biti različit - od jednog do pet, broj radnih površina je dvostruko veći (po dva na svakom disku). Potonji (kao i materijal koji se koristi za magnetni premaz) određuje kapacitet tvrdog diska. Ponekad se vanjske površine vanjskih diskova (ili jedan od njih) ne koriste, što omogućava smanjenje visine pogona, ali se u isto vrijeme smanjuje broj radnih površina i može se pokazati čudnim.

Magnetne glave čitaju i pišu informacije na diskove. Princip snimanja je općenito sličan onom koji se koristi u konvencionalnim kasetofonima. Digitalne informacije se pretvaraju u varijabilne električna struja, koji stiže do magnetne glave, a zatim se prenosi na magnetni disk, ali u obliku magnetnog polja, koje disk može da percipira i „pamti“.

Magnetni premaz diska sastoji se od mnogih sićušnih područja spontane magnetizacije. Za ilustraciju, zamislite da je disk prekriven slojem vrlo malih strelica kompasa koje pokazuju u različitim smjerovima. Takve čestice strelice nazivaju se domeni. Pod uticajem spoljašnjeg magnetnog polja, sopstvena magnetna polja domena su orijentisana u skladu sa njegovim smerom. Nakon prestanka vanjskog polja, na površini diska se formiraju zone preostale magnetizacije. Na ovaj način se spremaju informacije snimljene na disku. Područja preostale magnetizacije, kada se disk rotira nasuprot zazora magnetne glave, induciraju u njemu elektromotornu silu, koja varira ovisno o veličini magnetizacije.

Paket diskova, montiran na osovinu vretena, pokreće poseban motor koji je kompaktno smješten ispod njega. Kako bi se smanjilo vrijeme potrebno za pogon pogona, motor radi u prinudnom načinu rada neko vrijeme kada je uključen. Stoga, napajanje računara mora imati rezervu vršne snage. Sada o operaciji glava. Kreću se koristeći koračni motor i čini se da "lebde" na udaljenosti od djelića mikrona od površine diska, a da ga ne dodiruju. Kao rezultat snimanja informacija, na površini diskova se formiraju magnetizirana područja u obliku koncentričnih krugova.

Zovu se magnetne staze. Krećući se, glave se zaustavljaju nad svakom sljedećom stazom. Skup tragova koji se nalaze jedan ispod drugog na svim površinama naziva se cilindar. Sve glave pogona se kreću istovremeno, pristupajući cilindrima istog imena sa istim brojevima.

Mnogi korisnici su zainteresirani za hard disk uređaj. I to sa dobrim razlogom, jer je danas najčešći uređaj za skladištenje na računaru HDD. Zatim će se raspravljati o principima njegovog rada i strukture.

Winchester je u suštini poput gramofona. Sadrži i tanjire i glave za čitanje. Međutim, HDD uređaj je složeniji. Ako rastavimo hard disk, vidjet ćemo da su ploče uglavnom metalne i prekrivene magnetnim slojem. Ovdje se pišu podaci. U zavisnosti od zapremine čvrstog diska, postoji od 4 do 9 ploča. Montiraju se na osovinu koja se naziva „vreteno“ i ima velike brzine rotacije od 3600 do 10000 o/min za proizvode široke potrošnje.

Pored wafer bloka nalazi se blok glave za čitanje. Broj glava određen je brojem magnetnih diskova, odnosno po jedan za svaku površinu diska. Za razliku od hard disk plejera, glava ne dodiruje površinu tanjira, već lebdi iznad nje. Ovo eliminiše mehaničko habanje. Budući da ploče imaju veliku brzinu rotacije, a glave moraju biti na izuzetno malom konstantnom rastojanju iznad njih, vrlo je važno da ništa ne može ući u tijelo. Uostalom, i najmanja trunka prašine može uzrokovati fizička oštećenja. Zbog toga je mehanički dio hermetički zatvoren kućištem, a elektronski dio je iznet van.

Neke korisnike zanima kako rastaviti tvrdi disk. Morate shvatiti da rastavljanje ispravnog pogona uključuje lomljenje njegovog pečata. A to će ga, zauzvrat, učiniti neupotrebljivim. Stoga to ne biste trebali činiti osim ako niste spremni izgubiti sve podatke na mediju za pohranu. Ako nemate hitnu potrebu da otvorite drajv, već vas samo zanima od čega je napravljen hard disk, možete pogledati fotografiju rastavljenog HDD-a.

Zbog toga se tvrdi diskovi na magnetnim diskovima rastavljaju tokom popravke i sklapaju u posebnu haubu laminarnog toka. Koristeći visoko pročišćeni sistem dovoda vazduha i nepropusnost, održava okruženje neophodno za takav rad. Rastavljanjem vašeg diska kod kuće, definitivno ćete ga učiniti neupotrebljivim.

Kada ne rade, glave za čitanje se nalaze pored bloka pločice. Ovo se još naziva i “parking pozicija”. Glave unosi posebna naprava radni prostor samo kada je disk ubrzao do potrebne brzine. Svi se kreću zajedno, a ne svaki posebno. Ovo vam omogućava da imate brz pristup na sve podatke.

Elektronska ploča, ili kontroler, obično je pričvršćena na donji dio tvrdog diska. Ništa ga ne štiti, a to ga čini prilično osjetljivim na mehanička i termička oštećenja. Ona je ta koja kontroliše mehaniku. Čvrsti disk laptopa razlikuje se od standardnog 3,5 inča samo po veličini. Princip rada tvrdog diska je potpuno isti. Mogu se razlikovati samo po broju magnetnih palačinki i kapacitetu za skladištenje.

Kao što vidite, hard disk je podložan udarima, udarima, ogrebotinama, značajnim promjenama temperature i naponima struje. I to ga čini ne sasvim pouzdanim nosiocem informacija. Zbog toga se tvrdi disk na laptopu češće kvari nego na desktop računaru. Uostalom prenosivi uređaji Stalno se tresu, ponekad ispuštaju, iznose na hladno ili stavljaju na sunce. A to, zauzvrat, negativno utječe na tvrdi disk.

Kako biste produžili vijek trajanja HDD-a, nemojte ga izlagati padovima ili udarcima, osigurajte da postoji dovoljna ventilacija kućišta i izvodite bilo kakve manipulacije s diskom samo kada je napajanje isključeno. Ovi nedostaci su doveli do pojave novog tipa SSD tvrdog diska. Oni postepeno zamjenjuju HDD-ove, koji su nekada izgledali kao sjajni medij za pohranu podataka.

Logički uređaj

Saznali smo kako hard disk izgleda iznutra. Sada ćemo analizirati njegovu logičku strukturu. Podaci se zapisuju na hard disk računara na stazama koje su podeljene u određene sektore. Veličina svakog sektora je 512 bajtova. Uzastopni sektori su kombinovani u klaster.

Kada instalirate novi HDD, morate ga formatirati, inače računar jednostavno neće vidjeti slobodan prostor na pogonu. Formatiranje može biti fizičko ili logičko. Prvi uključuje podjelu diska na sektore. Neki od njih se mogu definisati kao „loši“, odnosno neprikladni za snimanje podataka. U većini slučajeva, disk je već formatiran na ovaj način prije prodaje.

Logičko formatiranje uključuje kreiranje logičkog tvrdi dio disk. To vam omogućava da značajno pojednostavite i optimizirate svoj rad s informacijama. Logička particija (ili, kako je još zovu, “logički disk”) je dodijeljena specifično područje voziti. S njim možete raditi kao sa zasebnim čvrstim diskom. Da biste razumjeli kako tvrdi disk radi sa svojim particijama, dovoljno je vizualno podijeliti tvrdi disk na 2-4 dijela, ovisno o broju logičkih volumena. Svaki volumen može imati svoj vlastiti sistem formatiranja: FAT32, NTFS ili exFAT.

Tehnički podaci

HDD-ovi se razlikuju jedni od drugih prema sljedećim podacima:

• volumen;
• brzina rotacije vretena;
• interfejs.

Danas je prosječan kapacitet tvrdog diska 500-1000 GB. On određuje količinu informacija koju možete pisati medijima. Brzina vretena će odrediti koliko brzo možete pristupiti podacima, odnosno čitati i pisati informacije. Najčešći interfejs je SATA, koji je zamenio već zastareli i spori IDE. Međusobno se razlikuju po propusnosti i vrsti konektora za povezivanje matična ploča. Imajte na umu da disk moderan laptop može imati samo SATA ili SATA2 interfejs.

Ovaj članak je ispitao kako tvrdi disk radi, njegove principe rada, tehničke podatke i logičku strukturu.

Tvrdi diskovi, ili kako ih još nazivaju, su jedna od najvažnijih komponenti računarskog sistema. Svi znaju za ovo. Ali nema svaki moderni korisnik čak ni osnovno razumijevanje o tome kako funkcionira tvrdi disk. Princip rada, općenito, prilično je jednostavan za osnovno razumijevanje, ali postoje neke nijanse o kojima će se dalje raspravljati.

Pitanja o namjeni i klasifikaciji tvrdih diskova?

Pitanje svrhe je, naravno, retoričko. Svaki korisnik, čak i onaj najosnovniji, odmah će odgovoriti da će tvrdi disk (aka hard disk, aka Hard Drive ili HDD) odmah odgovoriti da se koristi za pohranjivanje informacija.

Generalno, ovo je tačno. Ne zaboravite da na hard disku, pored operativni sistem i korisničke datoteke, postoje sektori za pokretanje koje je kreirao OS, zahvaljujući kojima se pokreće, kao i određene oznake pomoću kojih možete brzo pronaći potrebne informacije na disku.

Moderni modeli su prilično raznoliki: obični HDD, vanjski tvrdi diskovi, brzi SSD uređaji SSD diskovi, iako ih nije uobičajeno klasificirati kao hard diskove. Zatim se predlaže razmotriti strukturu i princip rada tvrdog diska, ako ne u potpunosti, onda barem na takav način da je dovoljno razumjeti osnovne pojmove i procese.

Napominjemo da postoji i posebna klasifikacija modernih HDD-ova prema nekim osnovnim kriterijima, među kojima su sljedeći:

• način pohranjivanja informacija;
• vrsta medija;
• način organizovanja pristupa informacijama.

Zašto se tvrdi disk naziva hard disk?

Danas se mnogi korisnici pitaju zašto tvrde diskove nazivaju povezanim sa malokalibarskim oružjem. Čini se, šta bi moglo biti zajedničko između ova dva uređaja?

Sam izraz se pojavio davne 1973. godine, kada se na tržištu pojavio prvi HDD na svijetu, čiji se dizajn sastojao od dva odvojena odjeljka u jednom zatvorenom spremniku. Kapacitet svakog odjeljka bio je 30 MB, zbog čega su inženjeri dali disku kodno ime "30-30", što je bilo u potpunosti u skladu s markom pištolja "30-30 Winchester", popularnog u to vrijeme. Istina, početkom 90-ih u Americi i Evropi ovo ime je praktički izašlo iz upotrebe, ali i dalje ostaje popularno na postsovjetskom prostoru.

Struktura i princip rada tvrdog diska

Ali mi skrećemo pažnju. Princip rada tvrdog diska može se ukratko opisati kao procesi čitanja ili pisanja informacija. Ali kako se to događa? Da biste razumjeli princip rada magnetskog tvrdog diska, prvo morate proučiti kako on radi.

Sam tvrdi disk je skup ploča, čiji se broj može kretati od četiri do devet, međusobno povezanih osovinom (osom) koja se naziva vreteno. Ploče se nalaze jedna iznad druge. Najčešće su materijali za njihovu izradu aluminijum, mesing, keramika, staklo itd. Same ploče imaju poseban magnetni premaz u vidu materijala koji se zove tanjir, na bazi gama ferit oksida, hrom oksida, barijum ferita itd. Svaka takva ploča je debljine oko 2 mm.

Radijalne glave (po jedna za svaku ploču) su odgovorne za pisanje i čitanje informacija, a u pločama se koriste obje površine. Za koji se može kretati od 3600 do 7200 o/min, a za pomicanje glava zadužena su dva elektromotora.

U ovom slučaju, osnovni princip rada hard diska računara je da se informacije ne snimaju bilo gde, već na strogo određenim lokacijama, koje se nazivaju sektori, koji se nalaze na koncentričnim putanjama ili stazama. Kako ne bi došlo do zabune, primjenjuju se jedinstvena pravila. To znači da su principi rada tvrdih diskova, u smislu njihovog logička struktura, univerzalna. Na primjer, veličina jednog sektora, usvojenog kao jedinstveni standard u cijelom svijetu, iznosi 512 bajtova. Zauzvrat, sektori su podijeljeni u klastere, koji su nizovi susjednih sektora. A posebnosti principa rada tvrdog diska u tom pogledu su da se razmjenu informacija provode cijeli klasteri (cijeli broj lanaca sektora).

Ali kako se ta informacija čita? Principi rada pogona tvrdi magnet diskovi izgledaju ovako: pomoću posebnog nosača, glava za čitanje se pomiče u radijalnom (spiralnom) smjeru do željene staze i, kada se rotira, pozicionira se iznad zadanog sektora, a sve glave se mogu kretati istovremeno, čitajući iste informacije ne samo sa različitih staza, ali i sa različitih diskova (ploča). Sve staze sa istim serijskim brojevima obično se nazivaju cilindri.

U ovom slučaju se može identifikovati još jedan princip rada čvrstog diska: što je glava za čitanje bliža magnetnoj površini (ali je ne dodiruje), to je veća gustina snimanja.

Kako se pišu i čitaju informacije?

Tvrdi diskovi, ili tvrdi diskovi, nazvani su magnetski jer koriste zakone fizike magnetizma, koje su formulirali Faraday i Maxwell.

Kao što je već spomenuto, ploče od nemagnetno osjetljivog materijala obložene su magnetskom prevlakom čija je debljina svega nekoliko mikrometara. Tokom rada pojavljuje se magnetno polje koje ima takozvanu domensku strukturu.

Magnetna domena je magnetizirana regija ferolegure striktno ograničena granicama. Nadalje, princip rada tvrdog diska može se ukratko opisati na sljedeći način: kada je izložen vanjskom magnetskom polju, vlastito polje diska počinje biti orijentirano striktno duž magnetnih linija, a kada utjecaj prestane, pojavljuju se zone preostale magnetizacije. na diskovima, na kojima su pohranjene informacije koje su prethodno bile sadržane u glavnom polju.

Glava za čitanje je odgovorna za stvaranje vanjskog polja prilikom pisanja, a pri čitanju zona preostale magnetizacije, smještena nasuprot glave, stvara elektromotornu silu ili EMF. Nadalje, sve je jednostavno: promjena EMF-a odgovara jedan u binarnom kodu, a njegovo odsustvo ili završetak odgovara nuli. Vrijeme promjene EMF-a se obično naziva bit elementom.

Osim toga, magnetna površina, čisto iz kompjuterskih nauka, može se povezati kao određeni tački niz bitova informacija. Ali, budući da se lokacija takvih točaka ne može izračunati apsolutno precizno, morate na disk instalirati neke unaprijed dizajnirane markere koji pomažu u određivanju željene lokacije. Stvaranje takvih oznaka naziva se formatiranjem (grubo govoreći, podjela diska na staze i sektore, kombinovane u klastere).

Logička struktura i princip rada tvrdog diska u smislu formatiranja

Što se tiče logičke organizacije HDD-a, ovdje je na prvom mjestu formatiranje, u kojem se razlikuju dva glavna tipa: nisko-nivo (fizičko) i visoko-nivo (logičko). Bez ovih koraka nema govora o dovođenju hard diska u radno stanje. O tome kako inicijalizirati novi tvrdi disk će se raspravljati zasebno.

Formatiranje niskog nivoa uključuje fizički uticaj na površinu HDD-a, koji stvara sektore koji se nalaze duž staza. Zanimljivo je da je princip rada hard diska takav da svaki kreirani sektor ima svoju jedinstvenu adresu, koja uključuje broj samog sektora, broj staze na kojoj se nalazi i broj strane. tanjira. Dakle, kod organizovanja direktnog pristupa isto RAM obraća direktno na zadatu adresu, a ne da traži potrebne informacije po cijeloj površini, zbog čega se postiže performansa (iako to nije najvažnije). Imajte na umu da prilikom izvršavanja formatiranje na niskom nivou Apsolutno sve informacije se brišu i u većini slučajeva se ne mogu vratiti.

Druga stvar je logično formatiranje (u Windows sistemima je to brzo formatiranje ili brzo formatiranje). Osim toga, ovi procesi su primjenjivi i na kreiranje logičkih particija, koje su određeno područje glavnog tvrdog diska koje rade na istim principima.

Logičko formatiranje prvenstveno utiče na sistemsko područje koje se sastoji od sektora za pokretanje i particionih tabela (Boot record), tabele alokacije datoteka (FAT, NTFS, itd.) i korenskog direktorijuma (Root Directory).

Informacija se kroz klaster upisuje u sektore u više dijelova, a jedan klaster ne može sadržavati dva identična objekta (datoteke). Zapravo, stvaranje logičke particije, takoreći, odvaja je od glavne sistemska particija, zbog čega informacije pohranjene na njemu ne podliježu promjeni ili brisanju u slučaju grešaka i kvarova.

Glavne karakteristike HDD-a

Čini se da je općenito princip rada tvrdog diska malo jasan. Sada pređimo na glavne karakteristike, koje daju potpunu sliku svih mogućnosti (ili nedostataka) modernih tvrdih diskova.

Princip rada tvrdog diska i njegove glavne karakteristike mogu biti potpuno različiti. Da bismo razumjeli o čemu govorimo, istaknimo najosnovnije parametre koji karakteriziraju sve danas poznate uređaje za pohranu informacija:

• kapacitet (zapremina);
• performanse (brzina pristupa podacima, čitanje i pisanje informacija);
• interfejs (način povezivanja, tip kontrolera).

Kapacitet predstavlja ukupnu količinu informacija koja se može napisati i pohraniti na tvrdi disk. Industrija proizvodnje HDD-a se razvija tako brzo da su danas u upotrebu ušli tvrdi diskovi kapaciteta od oko 2 TB i više. I, kako se vjeruje, to nije granica.

Interfejs je najznačajnija karakteristika. Određuje tačno kako je uređaj povezan sa matičnom pločom, koji se kontroler koristi, kako se vrši čitanje i pisanje itd. Glavni i najčešći interfejsi su IDE, SATA i SCSI.

Diskovi sa IDE sučeljem su jeftini, ali glavni nedostaci uključuju ograničen broj istovremeno povezanih uređaja (maksimalno četiri) i niske brzine prijenosa podataka (čak i ako podržavaju Ultra DMA direktan pristup memoriji ili Ultra ATA protokole (Mode 2 i Mode 4) Iako se vjeruje da njihova upotreba povećava brzinu čitanja/pisanja na 16 MB/s, u stvarnosti je brzina znatno niža biti isporučen u kompletu matična ploča.

Kada govorimo o principu rada hard diska i njegovim karakteristikama, ne možemo zanemariti koji je nasljednik IDE ATA verzije. Prednost ove tehnologije je što se brzina čitanja/pisanja može povećati na 100 MB/s upotrebom brze Fireware IEEE-1394 magistrale.

Konačno, SCSI interfejs je, u poređenju sa prethodna dva, najfleksibilniji i najbrži (brzine pisanja/čitanja dostižu 160 MB/s i više). Ali takvi tvrdi diskovi koštaju skoro duplo više. Ali broj istovremeno povezanih uređaja za pohranu informacija kreće se od sedam do petnaest, povezivanje se može izvesti bez isključivanja računara, a dužina kabla može biti oko 15-30 metara. Zapravo, ovaj tip HDD-a se uglavnom ne koristi u korisničkim računarima, već na serverima.

Brzina, koja karakteriše brzinu prenosa i propusnost I/O, obično se izražava u terminima vremena prijenosa i količine uzastopnih podataka koji se prenose i izražavaju u MB/s.

Neke dodatne opcije

Govoreći o tome kakav je princip rada tvrdog diska i koji parametri utječu na njegovo funkcioniranje, ne možemo zanemariti neke dodatne karakteristike, o čemu mogu ovisiti performanse ili čak vijek trajanja uređaja.

Ovdje je na prvom mjestu brzina rotacije koja direktno utiče na vrijeme traženja i inicijalizacije (prepoznavanje) željenog sektora. Ovo je tzv skriveno vreme pretraga - interval tokom kojeg se traženi sektor rotira do glave za čitanje. Danas je usvojeno nekoliko standarda za brzinu vretena, izraženu u obrtajima u minuti sa vremenom kašnjenja u milisekundama:

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

Lako je vidjeti da što je veća brzina, to se manje vremena troši na traženje sektora, i fizički gledano, po okretaju diska prije postavljanja glave na željenu tačku pozicioniranja ploče.

Drugi parametar je interna brzina prijenosa. Na vanjskim stazama je minimalan, ali se povećava postepenim prijelazom na unutrašnje kolosijeke. Dakle, isti proces defragmentacije, koji premešta često korišćene podatke u najbrže delove diska, nije ništa drugo nego premeštaj ih na internu stazu sa većom brzinom čitanja. Eksterna brzina ima fiksne vrijednosti i direktno ovisi o korištenom sučelju.

Konačno, jedna od važnih tačaka je vezana za prisustvo vlastite keš memorije ili bafera tvrdog diska. U suštini, princip rada tvrdog diska u smislu korištenja bafera je donekle sličan RAM-u ili virtualnoj memoriji. Što je veća keš memorija (128-256 KB), hard disk će brže raditi.

Glavni zahtjevi za HDD

U većini slučajeva nema toliko osnovnih zahtjeva koji se nameću čvrstim diskovima. Glavna stvar je dug radni vijek i pouzdanost.

Glavni standard za većinu HDD-a je životni vijek od oko 5-7 godina s radnim vremenom od najmanje petsto hiljada sati, ali za high-end hard diskove ta brojka iznosi najmanje milion sati.

Što se tiče pouzdanosti, za to je zaslužna funkcija samotestiranja S.M.A.R.T, koja prati stanje pojedinih elemenata tvrdog diska, vršeći stalni nadzor. Na osnovu prikupljenih podataka može se formirati čak i određena prognoza nastanka mogućih kvarova u budućnosti.

Podrazumeva se da korisnik ne treba da ostane po strani. Tako je, na primjer, kada radite s HDD-om, izuzetno je važno održavati optimalni temperaturni režim (0 - 50 ± 10 stepeni Celzijusa), izbjegavati podrhtavanje, udarce i padove tvrdog diska, prašinu ili druge sitne čestice koje ulaze u njega. , itd. Uzgred, mnogi će Zanimljivo je znati da su iste čestice duvanskog dima otprilike dvostruko veće udaljenosti između glave za čitanje i magnetne površine tvrdog diska, a ljudske kose - 5-10 puta.

Problemi s inicijalizacijom u sistemu prilikom zamjene tvrdog diska

Sada nekoliko riječi o tome koje radnje treba poduzeti ako je korisnik iz nekog razloga promijenio tvrdi disk ili instalirao dodatni.

Nećemo u potpunosti opisivati ​​ovaj proces, već ćemo se fokusirati samo na glavne faze. Prvo morate spojiti tvrdi disk i pogledati BIOS postavke, da li je identificirana nova oprema, u odjeljku administracije diska inicijalizirajte i kreirajte zapis za pokretanje, kreirajte jednostavan volumen, dodijelite mu identifikator (slovo) i formatirajte s izborom sistem datoteka. Tek nakon toga novi "šraf" će biti potpuno spreman za rad.

Zaključak

To je, zapravo, sve što se ukratko tiče osnovnog funkcionisanja i karakteristika modernih čvrstih diskova. Princip rada vanjskog tvrdog diska ovdje nije temeljno razmatran, jer se praktički ne razlikuje od onoga što se koristi za stacionarne HDD. Jedina razlika je način povezivanja dodatnog drajva na računar ili laptop. Najčešća veza je preko USB interfejsa, koji je direktno povezan sa matičnom pločom. U isto vrijeme, ako želite osigurati maksimalnu učinkovitost, bolje je koristiti USB standard 3.0 (unutrašnji port je obojen plavom bojom), naravno, pod uslovom da je eksterni HDD podržava ga.

Inače, mislim da mnogi ljudi barem malo razumiju kako funkcionira tvrdi disk bilo koje vrste. Možda je gore dato previše tema, posebno čak i iz školskog kursa fizike, međutim, bez toga neće biti moguće u potpunosti razumjeti sve osnovne principe i metode svojstvene tehnologijama za proizvodnju i korištenje HDD-a.