Čvrsti disk: Princip rada i glavne funkcije

Čvrsti diskovi, ili, kako se nazivaju, čvrsti diskovi, jedna su od najvažnijih komponenti računarskog sistema. Svi znaju za ovo. Ali ne svaki savremeni korisnik čak u principu pogodi kako funkcioniše čvrsti disk. Načelo rada, uopšte, za osnovno razumevanje je prilično jednostavno, ali postoje neki nijansi o tome šta ćemo dalje ići.

Pitanja o svrsi i klasifikaciji čvrstih diskova?

Pitanje svrhe je, naravno, retorično. Svaki korisnik, čak i na najosnovnijem nivou, odmah odgovara da je čvrsti disk (koji je takođe čvrsti disk, ili hard disk ili HDD) odmah odgovorio da služi za pohranu informacija.

U principu, to je tačno. Ne zaboravite to na hard disku, pored operativnog sistema i korisničkih datoteka, postoje sekcije za pokretanje koje je kreirao operativni sistem, zahvaljujući kojima započinje, kao i neke oznake na kojima možete brzo pronaći informacije na disku.

Moderni modeli su prilično raznovrsni: konvencionalni HDD, spoljni čvrsti diskovi, SSD SSD velike brzine, iako nisu striktno klasifikovani kao hard diskovi. Zatim se predlaže razmatranje uređaja i principa tvrdog diska, ako ne u cjelini, onda barem na način koji bi bio dovoljan za razumijevanje osnovnih termina i procesa.

Imajte na umu da postoji i posebna klasifikacija modernog HDD-a prema nekim osnovnim kriterijumima, među kojima su:

• Način skladištenja informacija;
• Vrsta nosača;
• Način organizovanja pristupa informacijama.

Zašto je hard disk nazvan čvrstim diskom?

Danas mnogi korisnici razmišljaju o tome zašto su hard diskovi nazvani čvrstim diskovima male snage. Čini se da može postojati zajedničko između ova dva uređaja?

Sam termin se pojavio još 1973. godine, kada se na tržištu pojavio prvi HDD na svetu, čiji dizajn se sastojao od dva odvojena odeljka u jednom zapečaćenom kontejneru. Kapacitet svake odeljak je bio 30 MB, zbog čega su inženjeri dali disk kodnom nazivu "30-30", koji je u potpunosti u skladu sa brendom tadašnje popularne puške "30-30 Winchester". Međutim, početkom devedesetih godina prošlog veka u Americi i Evropi to ime je gotovo bilo van upotrebe, ali i dalje ostaje popularno na post-sovjetskom prostoru.

Uređaj i princip hard diska

Ali mi digresiramo. Načelo rada hard diska može se ukratko opisati kao proces čitanja ili pisanja informacija. Ali kako se to dogodilo? Da bi se razumelo princip magnetnog hard diska, pre svega, potrebno je proučiti kako je uređeno.

Sam čvrsti disk je skup ploča, čiji se broj može razlikovati od četiri do devet, povezan sa osovinom (osa), nazvanom vreteno. Ploče se postavljaju jedan iznad drugog. Najčešće, materijal za njihovu proizvodnju su aluminijum, mesing, keramika, staklo itd. Tablice same poseduju poseban magnetni premaz u vidu materijala koji se zove pločica, na bazi gama-ferit oksida, hrom-oksida, barijskog ferita itd. Svaka takva ploča ima debljinu od oko 2 mm.

Za snimanje i čitanje informacija, radijalne glave (po jedna za svaku ploču) odgovaraju, a obe površine se koriste u pločama. Za okretanje vretena, čija brzina može biti od 3600 do 7200 o / min, a kretanje glava odgovara dva elektromotora.

U ovom slučaju, osnovni princip tvrdog diska računara je da se informacije ne pišu ni bilo gdje, već na strogo definisanim lokacijama, koje se zovu sektori, koji se nalaze na koncentričnim stazama ili stazama. Da bi se izbegla konfuzija, primjenjuju se jedinstvena pravila. To znači da su principi hard diskova na bazi njihove logičke strukture univerzalni. Tako, na primer, veličina jednog sektora, prihvaćena za jedinstveni standard širom svijeta, iznosi 512 bajta. Zauzvrat, sektori su podeljeni u klastere, što su sekvence većeg broja sjedišta. A karakteristike načina rada tvrdog diska u tom pogledu su to što razmjenu informacija vrše cjelokupni klasteri (cijeli broj sektorskih lanaca).

Ali kako čitate informacije? Principi rada čvrstog diska su sledeći: upotrebom posebnog nosača, glava za čitanje u radijalnom (heličnom) pravcu pomera se na željenu stazu i kada je postavljena, postavljena je iznad datog sektora, sve glave se mogu istovremeno pomerati, čitajući iste informacije ne samo sa različitih numera , Ali i sa različitih diskova (ploča). Sve numere sa istim rednim brojem nazivaju se cilindri.

Još jedan princip rada čvrstog diska se može razlikovati: što je glava čitača bliže magnetnoj površini (ali ne dodiruje), to je veća gustina snimanja.

Kako se informacije snimaju i čitaju?

Čvrsti diskovi ili čvrsti diskovi, stoga su nazvani magnetski, da koriste zakone fizike magnetizma, formulisani još Faraday i Maxwell.

Kao što je već pomenuto, magnetni premaz se nanosi na ploče bez magnetski osjetljivog materijala, čija debljina je samo nekoliko mikrometara. U procesu rada pojavljuje se magnetsko polje koje ima takozvani domen strukture.

Magnetni domen je striktno ograničen magnetizovanim područjem ferlojaka. Dalje, princip rada hard diska može se ukratko opisati na sledeći način: kada se pojavi spoljašnje magnetsko polje, pravilno polje diska počinje da se strogo usmerava duž magnetnih linija, a po završetku akcije na diskovima pojavljuju se zonske zone magnetizacije u kojima se informacije koje su ranije bile sadržane u podzemnom polju .

Za stvaranje spoljnog polja, glava za čitanje odgovara snimanju, a pri čitanju zone remanentne magnetizacije, okrenuta prema glavi, stvara elektromotornu silu ili EMF. Dalje, sve je jednostavno: promena EMF odgovara onom u binarnom kodu, a njegovo odsustvo ili prekid je nula. Vreme za promjenu EMF-a se zove bit element.

Osim toga, magnetska površina može se povezati čisto kao informatički razlog, kao određeni bitni niz bitova informacija. Ali, pošto se lokacija takvih tačaka ne može precizno izračunati, neophodno je instalirati neke unapred definisane oznake na disku, što je pomoglo u određivanju željene lokacije. Kreiranje takvih oznaka naziva se formatiranje (grubo govoreći, razdvajanje diska u staze i sektore grupisane u klastere).

Logička struktura i princip rada hard diska u smislu oblikovanja

Što se tiče logičke organizacije HDD-a, ovde je prvo formatiranje, u kojem postoje dva glavna tipa: niskog nivoa (fizički) i visokog nivoa (logički). Bez ovih koraka, nema potrebe da se govori o dovodjenju tvrdog diska u radno stanje. O inicijalizaciji novog čvrstog diska će se razmatrati odvojeno.

Formatiranje niskog nivoa pretpostavlja fizički uticaj na površinu HDD-a, na kojem se sektori kreiraju duž staza. Zanimljivo je da je princip tvrdog diska da svaki kreirani sektor ima svoju jedinstvenu adresu, koja uključuje broj sektora, broj numere na kojem se nalazi i bočni broj ploče. Stoga, u organizaciji direktnog pristupa, istoj RAM-u se pristupa direktno sa date adrese i ne traži potrebne informacije na cijeloj površini, zbog čega se postiže brzina (iako to nije najvažnija stvar). Imajte na umu da prilikom obavljanja niskog nivoa formatiranja apsolutno se brišu sve informacije i u većini slučajeva nije podložno oporavku.

Druga stvar je logično formatiranje (u Windows sistemima ovo je brzo formatiranje ili Quick format). Pored toga, ovi procesi se takođe primjenjuju na kreiranje logičkih particija, što predstavlja određenu oblast glavnog hard diska, djelujući na istim principima.

Logičko oblikovanje prvenstveno utiče na sistemsku oblast, koja se sastoji od tabele za pokretanje i particije (boot record record), tabele dodele datoteka (FAT, NTFS, itd.) I Root Directory (Root Directory).

Snimanje informacija u sektore vrši se preko klastera u nekoliko delova, a dva identična objekta (datoteka) ne mogu biti sadržana u jednom klasteru. Zapravo, stvaranje logičke particije, kako je to bilo, odvaja ga od glavne particije sistema, zbog čega se informacije koje se čuvaju na njemu, kada se pojavljuju greške i neispravnosti, ne podliježu promjeni ili uklanjanju.

Glavne karakteristike HDD-a

Mislim, generalno gledano, princip hard diska je malo razumljiv. Sada se okrećemo glavnim karakteristikama koje daju potpunu sliku svih mogućnosti (ili nedostataka) modernih čvrstih diskova.

Princip rada hard diska i glavnih karakteristika mogu biti potpuno različiti. Kako bismo razumeli šta je u pitanju, predstavićemo najosnovnije parametre koji karakterišu sve poznate uređaje za skladištenje podataka:

• Kapacitet (zapremina);
• Brzina (brzina pristupa podacima, čitanje i pisanje informacija);
• Interfejs (način povezivanja, tip kontrolera).

Kapacitet je ukupna količina informacija koja se može napisati i sačuvati na čvrstom disku. Industrija za proizvodnju HDD-a se razvija tako brzo da su danas već iskorišćeni hard diskovi sa zapreminom od oko 2TB i više. I, veruje se, to nije granica.

Interfejs je najvažnija karakteristika. On određuje kako se uređaj povezuje na matičnu ploču, koji kontroler koristi, kako čita i piše itd. Glavni i najčešći interfejsi su IDE, SATA i SCSI.

Diskovi sa IDE interfejsom nisu veoma skupi, ali među glavnim nedostacima je ograničen broj istovremeno povezanih uređaja (maksimalno četiri) i niska brzina prenosa podataka (čak i ako podržavate direktan pristup Ultra DMA memoriji ili Ultra ATA protokolima (Režim 2 i Režim 4), mada se vjeruje da je njihova upotreba poboljšala brzinu čitanja / pisanja na 16 MB / s, ali u stvarnosti je brzina mnogo niža. Pored toga, za korištenje UDMA moda potrebno je instalirati poseban upravljački program koji, U teoriji, treba biti uvezan sa matičnom pločom.

Govoreći o principu performansi i karakteristikama čvrstog diska, ne možete ignorisati SATA interfejs, koji je naslednik IDE verzije ATA-a. Prednost ove tehnologije je što se brzina čitanja / pisanja može povećati do 100 Mb / s usled korištenja brze Fireware IEEE-1394 sabirnice.

Konačno, SCSI interfejs u poređenju sa prethodna dva je najfleksibilniji i najbrži (brzina pisanja / čitanja dostiže 160 Mb / s i više). Ali i ovi hard diskovi su gotovo dvostruko skuplji. Međutim, broj istovremeno povezanih uređaja za skladištenje je od sedam do petnaest, povezivanje se može obaviti bez deaktiviranja računara, a dužina kabla može biti oko 15-30 metara. Zapravo, ova vrsta HDD-a uglavnom se ne koristi na korisničkim računarima, već na serverima.

Performanse, koje karakterišu brzinu prenosa i I / O propusni opseg, obično se izražavaju vremenom prenosa i količinom prenetih sekvencijalno prenetih podataka i izražava se u Mb / s.

Neke dodatne opcije

Govoreći o tome šta je princip hard diska i koji parametri utiču na njegovo funkcionisanje, nemoguće je ignorisati neke dodatne karakteristike na koje može zavisiti brzina ili čak i život uređaja.

Ovde je, na prvom mestu, brzina rotacije, koja direktno utiče na vrijeme pretraživanja i inicijalizacije (prepoznavanja) željenog sektora. Ovo je tzv. Latentno vreme pretraživanja - interval tokom kojeg se traženi sektor rotira do glave za čitanje. Danas se usvaja nekoliko standarda za brzinu rotacije vretena, izraženo u obrtima u minuti sa vremenom odlaganja u milisekundama:

• 3600 - 8,33;
• 4500 - 6,67;
• 5400-5.56;
• 7200 - 4.17.

Lako se vidi da što je veća brzina, manje vremena se traži u potrazi za sektorima iu fizičkom smislu - na preokretu diska pre ugradnje glave za željenu tačku pozicioniranja ploče.

Drugi parametar je interna brzina prenosa. Na spoljašnjim stazama, on je minimalan, ali se povećava sa postepenim prelazom na interne numere. Stoga, isti proces defragmentacije, koji je kretanje često korišćenih podataka u najbržim oblastima diska, nije ništa drugo do prenošenje na unutrašnju traku sa bržom brzinom čitanja. Spoljna brzina ima fiksne vrednosti i direktno zavisi od korišćenog interfejsa.

Na kraju, jedan od važnih trenutaka je povezan sa prisustvom tvrdog diska svoje keš memorije ili bafera. Zapravo, princip hard diska u smislu upotrebe bafera u nečemu sličnom operativnom ili virtuelnom memorijom. Što je veći keš (128-256 KB), brži će se rad hard diska.

Glavni zahtevi za HDD

Osnovni zahtevi, koji u većini slučajeva predstavljaju čvrsti diskovi, nisu toliko. Najvažnije je dug životni vek i pouzdanost.

Glavni standard za većinu HDD-a je životni vek od oko 5-7 godina sa vremenom rada od najmanje pet stotina hiljada sati, ali za high-end hard diskove ta vrijednost je najmanje milion sati.

Što se tiče pouzdanosti, ovo je odgovornost SMART samotestiranja funkcije, koja prati stanje pojedinačnih elemenata čvrstog diska, vrši kontinuirani nadzor. Na osnovu prikupljenih podataka moguće je formirati čak i prognozu eventualnih kvarova u budućnosti.

Podrazumeva se da se korisnik ne sme izostaviti. Tako, na primjer, kada radite sa HDD-om, izuzetno je važno posmatrati optimalni režim temperature (0 - 50 ± 10 stepeni Celzijusa), izbjegavajte tresenje, udarce i padove čvrstog diska, prašine ili drugih malih čestica koji ulaze u njega itd. Zanimljivo je znati da su iste čestice duvanskog dima otprilike dvostruko daleko od udaljenosti između glave za čitanje i magnetne površine čvrstog diska, a ljudska kosa je 5-10 puta.

Problemi sa inicijalizacijom u sistemu prilikom zamene hard diska

Sada nekoliko reči o tome koje akcije treba preduzeti ako korisnik iz nekog razloga promeni čvrsti disk ili instalira sekundarnu.

Potpuno opisati proces neće, i da će se fokusirati samo na glavnoj pozornici. Prvo morate spojiti hard disk i pogledaj u postavkama BIOS-a, ako se otkrije novi hardver, u dijelu uprave disk za pokretanje i stvoriti zapis boot, stvaranje jednostavnih volumen, dodijeliti ID (pismo) i formatirati sa izborom sistema datoteka. Tek nakon toga novi "vijak" je u potpunosti spreman za rad.

zaključak

To je sve što dolazi brifing osnove funkcioniranja i performanse modernih hard diskova. Princip rada vanjskog tvrdog diska se ne smatra važnim jer praktički ne razlikuje od onog koji se koriste za stacionarne HDD. Jedina razlika je samo u načinu povezivanja dodatni prostor za pohranu na PC ili laptop. Najčešći je veza preko USB-sučelje koje je direktno povezan na matičnu ploču. U isto vrijeme, ako želite da se osigura maksimalni učinak, bolje je da koristite standardni USB 3.0 (port unutar plave boje), naravno, pod uslovom da je sama eksterni HDD podržava.

Što se tiče ostalog, mislim da mnogi ljudi još malo, postalo je jasno kako je hard disk bilo koje vrste. Možda je gore dat previše tehničkih informacija, više čak i od škole fizike, ali i bez toga da u potpunosti razumiju sve osnovne principe i metode utvrđene u proizvodnji i primjeni tehnologija HDD neće razumeti.