Для чего нужны жесткие диски
Что такое винчестер (HDD, жесткий диск) в компьютере?
Разобравшись, как подключить стационарный компьютер к Wi-Fi, установив и настроив на ПК необходимые программы, пользователь может сделать передышку и немного расширить свой кругозор. И в том числе узнать, что такое жёсткий диск и зачем он вообще нужен. Ниже будет рассказано о разновидностях HDD и значимых характеристиках устройств — ими следует руководствоваться при подборе винчестера для домашнего использования.
Что такое жёсткий диск?
Жёсткий диск, иначе называемый HDD (Hard Disk Drive), НЖМД (накопитель на жёстких магнитных дисках) или винчестер, — это универсальное устройство для хранения, миграции, планового и экстренного использования цифровых данных. На сегодня, несмотря на появление более прогрессивных и надёжных видов носителей, жёсткие диски по-прежнему занимают лидирующую позицию в этой области, и, вероятно, в ближайшие несколько лет ситуация не изменится.
В самом первом компьютере никаких жёстких дисков не было; первая модель, огромная, весящая чуть меньше тонны, появилась в 1956 году в США. Со временем размеры HDD уменьшались, производительность и ёмкость — увеличивались, а требования к материалам изготовления становились жёстче. Так, спустя полвека, и появились современные винчестеры — лёгкие и удобные, в достаточной степени защищённые от механических повреждений.
Жёсткими диски, на которых хранится информация, называются потому, что данные записываются не на гибкий магнитный слой, как в дискетах, а на твёрдые пластины, состоящие:
Теперь — несколько слов о названиях. Самое точное и наиболее редко встречающееся на практике (НМЖД) акцентирует внимание на фактическом наличии в винчестере нескольких магнитных дисков. Так оно и есть; современные накопители высокой ёмкости оснащены двумя, тремя или более «пластинками», посаженными на общую ось и обслуживаемыми каждая своей считывающей головкой, удерживаемой от непосредственного контакта с ферромагнетиком за счёт возникающей во время вращения воздушной подушки. Во время простоя эти головки отводятся в безопасную позицию, в которой просто не могут соприкасаться с дисками.
Второе по популярности наименование жёсткого диска (HDD), используемое, в частности, в названии программы Victoria HDD, означает точно то же самое; иногда оно заменяется русской калькой ХДД; главное её преимущество — отсутствие необходимости переключаться с кириллицы на латиницу и обратно.
Наконец, наименование «винчестер» обязано своим появлением рабочему названию разрабатываемой в 1970-х годах инженерами IBM модели с условным наименованием «30/30», совпавшим с одним из разработанных Winchester калибром патронов. Этот вариант почти совершенно вышел из употребления в европейских и американских странах, однако упорно сохраняется в СНГ — иногда сокращаясь до не менее известного пользователю «винта».
Важно: именно появление жёстких дисков дало развитие большинству современных технологий, связанных с разработкой, внедрением и обслуживанием операционных систем и сопутствующего программного обеспечения, в частности UEFI Boot.
Для чего нужен жёсткий диск?
Как уже упоминалось, основное назначение жёсткого диска — постоянное (в отличие от оперативной памяти) хранение виртуальных данных. Разница видна на простом примере: когда компьютер выключается, ОЗУ автоматически очищается, так как не обладает ресурсами для записи; в то же время файлы и незавершённые системные процессы сохраняются на HDD и остаются доступны после очередного включения.
Следовательно, пользователю не нужно каждый раз переписывать информацию на листочек, наносить на перфоленту, скидывать на оптический диск или дискету. Достаточно просто запустить компьютер или ноутбук — и почти мгновенно получить доступ к ранее созданным или просматриваемым данным.
Второе назначение НЖМД — перенос и распространение цифровой информации; в современных условиях возможны несколько вариантов процесса:
Винчестеры, выполняющие вторую функцию, могут входить в состав так называемых серверов — программно-аппаратных комплексов, обеспечивающих массовый доступ к уникальным, изначально хранящимся только в одном месте данным.
Важнейшая опция жёсткого диска, являющаяся частным случаем первой, — создание среды для запуска и использования на компьютере операционной системы. Именно благодаря НЖМД пользователю нет необходимости каждый раз запускаться с дискеты, CD, DVD или флешки — теперь эта необходимость возникает только при повреждении критически важных данных на HDD или при необходимости переустановки ОС.
Разновидности винчестеров
Классифицировать жёсткие диски, работающие в бытовых компьютерах, можно по нескольким признакам. Большая часть будет перечислена далее; сейчас же следует поговорить о самом «наглядном» — необходимости установки в корпус машины.
В соответствии с этим критерием все HDD, вне зависимости от других параметров, наименования производителя и модели, можно разделить на три категории:
Важно: сравнительно недавно появились так называемые «салазки» (или корпуса для несъёмных жёстких дисков), позволяющие подключать НЖМД через USB-разъём. При таком применении HDD фактически переходит из первой категории во вторую — со всеми её достоинствами и недостатками.
Как выбрать жёсткий диск?
Выбор жёсткого диска для компьютера легче всего сделать, по порядку отвечая на следующие вопросы:
Совет: узнать, какой интерфейс нужен, можно, взглянув на разъёмы старого жёсткого диска или свободные шлейфы внутри компьютера — отличить SATA от IDE не составит никакого труда.
Важно: ориентироваться при выборе винчестера на наименование производителя давно не имеет смысла. Практически весь рынок занят тремя корпорациями: Toshiba, Seagate и Western Digital — в итоге и разброс цен, и разница в качестве продукции при других равных условиях минимальны.
Теперь, определившись с требуемыми параметрами жёсткого диска для компьютера, можно отправляться в магазин — и подобрать для себя оптимальный вариант, не забыв взять у продавца гарантийный талон.
Подводим итоги
Жёсткий диск в компьютере используется для накопления, хранения и переноса цифровых данных. Другие названия носителя — HDD, винчестер или НЖМД. При выборе жёсткого диска следует обращать внимание на интерфейс, ёмкость, скорость вращения и уровень защиты; чем выше каждый из этих показателей, тем дольше проработает устройство, но тем значительнее будет его цена.
Как выбрать жесткий диск, чтобы точно подошел
Чтобы ничего не потерять, я храню файлы на разных жестких дисках.
Один нужен, чтобы «Виндоус» загружалась за несколько секунд. Второй чуть медленнее, но объемнее — на нем я храню фильмы и архив музыки. Третий диск только для работы. И еще два внешних диска, на которых я храню то, что не влезло на остальные.
Такое разделение удобно: если сломается операционная система, не придется восстанавливать рабочие файлы, ведь они хранятся на другом физическом диске.
Что мы называем жестким диском
«Жесткий диск» — это устройство, на котором мы храним файлы и программы. Раньше был только один тип таких устройств — HDD. Потом добавились твердотельные накопители — SSD, но многие по привычке и их называют жесткими дисками. В этой статье я рассказываю обо всех основных типах устройств для хранения данных.
Расскажу, как выбрать жесткий диск без советов продавцов и так, чтобы ничего не перепутать.
HDD или SSD
Это два разных типа накопителей. Вот чем они отличаются.
HDD (hard disk drive — «жесткий диск»). Принцип работы основан на магнитной записи. Внутри корпуса размещаются диски из особой смеси металла и стекла с напылением сверху. На верхний слой записывается информация — по сути, тем же способом, что и на виниловых пластинках. Технология энергонезависимая: информация остается на диске и без подключения электричества.
У HDD есть большой минус — хрупкость. Достаточно небольшого удара, и диски сдвинутся с места, напыление повредится, и данные потеряются. Поэтому HDD или используют внутри системного блока или ноутбука, или помещают в специальный корпус и обращаются супернежно. Зато есть небольшая возможность восстановить данные даже с частично неисправного диска.
SSD (solid-state drive — «твердотельный накопитель»). Такой диск состоит из контроллера и набора микросхем, на которых хранится информация.
Мельчайшие элементы внутри микросхем принимают значение «1» либо «0». Дальше процессор считывает эти значения и преобразует их в привычные нам файлы: документы, картинки, видео. SSD можно сравнить с продвинутой и объемной флешкой.
Из минусов SDD обычно называют цену и емкость: в продаже сложно найти SDD с объемом больше 2 Тб. И стоят такие диски обычно дороже, чем HDD.
SSHD (solid-state hybrid drive — «гибридный жесткий диск»). Это устройство, в котором данные хранятся и на дисках, и во флеш-памяти.
Такие устройства повышают производительность компьютера за счет особой архитектуры: они записывают на SSD-часть диска информацию, которая нужна для загрузки операционной системы. Во время следующего включения компьютера система начнет работать быстрее, потому что ее данные расположены на быстрой части диска.
Моментами такие устройства работают быстрее, но по сути остаются теми же HDD со всеми их недостатками.
Например:
💾 Жесткий диск HDD на 1 Тб — Seagate за 4036 Р
💾 Твердотельный накопитель SSD на 500 Гб — Samsung за 5299 Р
💾 Гибридный жесткий диск SSHD на 2 Тб — Seagate за 10 490 Р
Внешний или внутренний диск
Накопители можно устанавливать внутрь компьютера или ноутбука или просто носить с собой как флешку.
Внутренние жесткие диски помещаются внутрь системного блока или ноутбука. Здесь важен форм-фактор — то, какого размера и формы будет жесткий диск. Его указывают обычно в дюймах.
Например, если купить для обычного системного блока жесткий диск шириной 2,5 дюйма, придется думать, куда его положить: стандартные крепления рассчитаны на диски 3,5 дюйма. В ноутбуках обычно используют форм-фактор 2,5 — большей ширины диск вы туда просто не засунете.
Некоторые производители измеряют диски не в дюймах, а в миллиметрах. Пишут так: 2242, 2262 или 2280 мм. Первые две цифры означают длину диска, последние две — ширину. Такие форм-факторы используют для SSD.
Чтобы подключить внутренний диск, нужно выключить компьютер или ноутбук, снять крышку, найти нужные разъемы для обмена данными и питания, подсоединить устройство.
Например:
💾 Внутренний HDD для системного блока с форм-фактором 3,5 — Seagate за 3669 Р
💾 Внутренний HDD для ноутбука с форм-фактором 2,5 — Toshiba за 3904 Р
💾 Внутренний SSD с форм-фактором 2280 — A-DATA за 11 990 Р
Внешние жесткие диски можно носить с собой, поэтому от форм-фактора зависит только удобство. Я спокойно пользуюсь большим диском на 2,5 дюйма, а кто-то предпочитает миниатюрные на 1,8 дюйма.
Например:
💾 Внешний HDD с форм-фактором 2,5 — Toshiba за 3799 Р
💾 Внешний SSD с форм-фактором 2,5 — Samsung за 7599 Р
Интерфейсы
Этим термином обозначают то, каким образом подключается накопитель к компьютеру, — это и физический разъем, и программный метод передачи данных. Современных несколько.
Интерфейс SATA — основной стандарт для подключения жестких дисков. Есть три поколения таких разъемов, различаются они в основном пропускной скоростью:
Производитель указывает максимальную пропускную скорость именно интерфейса: на то, с какой скоростью файлы будут записываться в реальности, влияют сотни факторов — от износа диска до особенностей файлов.
Поэтому для получения реальных данных максимальный показатель скорости нужно делить на 3—5. То есть на высокоскоростном SATA 3 фильм будет скачиваться не 10 секунд, а около минуты. На SATA 1 стоит рассчитывать на несколько минут.
Новые устройства выпускают в основном на базе SATA 3.
PCI-E — этот интерфейс используют в основном для подключения твердотельных дисков — SSD. На базе PCI-E создано несколько разъемов, например M2.
USB — этот интерфейс используют для подключения внешних дисков. Вот популярные версии.
Подходящие интерфейсы должны быть не только в жестком диске, но и в самом устройстве, к которому вы будете подключать диск. Поэтому перед покупкой внутреннего жесткого диска проверьте наличие необходимых интерфейсов на материнской плате. Это можно сделать в бесплатной программе HWiNFO в разделе Motherboard.
Если покупаете внешний диск, учитывайте обратную совместимость: вы сможете использовать диск USB 3.0 в старом разъеме USB 2, только скорость будет минимальной. Поэтому покупать дорогой внешний SSD для обычного ноутбука смысла нет.
Например:
💾 HDD на SATA 2 — Toshiba за 3090 Р
💾 HDD на SATA 3 — Western за 4144 Р
💾 SSD на PCI-E, M2 — WD Black за 7399 Р
💾 HDD на USB 3.0 — Seagate за 4190 Р
Скорость передачи данных
Хотя некоторые производители указывают скорость передачи данных, это в любом случае относительный, условный показатель. На скорость чтения и записи влияют десятки параметров — от внутренних вроде скорости вращения дисков и особенности конструкции до внешних: интерфейсов подключения, других устройств, материнской платы и прочего.
Если вы планируете купить HDD, то можно ориентироваться на скорость вращения шпинделя — это ось, которая крутит те самые пластинки:
Лучше же ориентироваться на разные характеристики в зависимости от потребностей.
Если нужен внутренний жесткий диск для операционной системы — выбирайте SSD или HDD на 7200 об/мин. Так компьютер будет загружаться и работать быстрее.
Для хранилища данных подойдет HDD на 5400 об/мин. Работает тихо, надежно.
В качестве внешнего жесткого диска удобен HDD с интерфейсом USB 3.0. Такой интерфейс будет у большинства ноутбуков, компьютеров и даже телевизоров.
Например:
💾 SSD на 500 Гб — Samsung за 5299 Р
💾 HDD на 4 Тб — Western за 8714 Р
💾 Внешний HDD на 2 Тб — Seagate за 4190 Р
Объем памяти
У HDD-дисков в основном объем памяти от 500 Гб до 10 Тб, у SSD-накопителей — от 128 Гб до 2 Тб. Сколько именно вам нужно памяти, зависит от задач, но есть несколько особенностей:
Например:
💾 HDD на 500 Гб — Western за 4090 Р
💾 HDD на 2 Тб — Seagate за 4879 Р
💾 SSD на 250 Гб — Samsung за 3760 Р
💾 SSD на 1 Тб — Samsung за 10 494 Р
На что обратить внимание при выборе жесткого диска
Те люди, которым нужен большой внутренний HDD, разберутся и без наших советов)
chitatel,Сломается компьютер, но не винчестер, и не будет сложности вытащить информацию
Начнем с того, что автор не разбирается в дисках.
1. «На верхний слой записывается информация — по сути, тем же способом, что и на виниловых пластинках»
Автор, срочно учить, что такое продольная и поперечная запись, методы черепичной записи, что такое сектора и дорожки!
2. «Например, если купить для обычного системного блока жесткий диск шириной 2,5 дюйма, придется думать, куда его положить: стандартные крепления рассчитаны на диски 3,5 дюйма».
Ложь! Все современные корпуса, уже года 4, имеют от 2 до 4 креплений для дисков формата 2,5 либо имеют салазки для крепления таких дисков.
4. «Чтобы подключить внутренний диск, нужно выключить компьютер или ноутбук, снять крышку, найти нужные разъемы для обмена данными и питания, подсоединить устройство.»
А крепить к месту его что, не надо? И ничего, что даже SATA разъемы в ноуте двух типов и могут понадобится переходники?
7. Диски существуют с оборотами 5400, 7200, 10000 и 15000 оборотов в минуту. Так же есть диски (их можно встретить в сборках иностранных брендов) со скоростью 5900 и 5700 оборотов. Ну и специализированнные диски IntelliPower, где нет фиксированной скорости. Такие версии редко встретишь в рядовой домашней системе, но они есть в магазинах, и часто их берут для домашних NAS систем.
Ну и в довесок. На скорость работы диска, если это именно HDD, еще влияет размер буфера или кэш памяти, сейчас он может быть от 32 до 256 мегабайт, что несколько улучшает работу, например, с множеством мелких файлов. Также, для улучшения характеристик, производители добавляют вместо воздуха внутрь диска гелий. Он немного повышает надежность и вроде как скорость, но это больше маркетинг.
Линейки жестких дисков и сферы их применения
Твердотельные накопители SSD при сегодняшнем уровне развития технологий существенно потеснили классические жесткие диски. На их стороне потрясающее быстродействие, малые значения энергопотребления и тепловыделения. Уже сейчас понятно, что за SSD будущее, но сбрасывать со счетов старый добрый HDD пока рано.
Когда возникает вопрос замены вышедшего из строя «винта» или модернизации сборки не первой свежести, то у неподготовленного пользователя голова начинает идти кругом. Обилие предложений, вариантов и моделей просто зашкаливает!
Можно, конечно, не заморачиваться, и взять накопитель, что называется «на все деньги», но лучше подойти к вопросу с умом, и купить то, что нужно, предварительно очертив круг возлагаемых на жесткий диск задач.
Линейки жестких дисков
Как в известной поговорке: «Каждый сверчок знай, свой шесток», так и в обширном модельном ряде семейства накопителей существует своя градация и тематические линейки. Каждая из них предназначена для определенных условий работы, в которых полностью раскрывается потенциал диска.
Для массового применения
Семейство накопителей для неспециализированных компьютеров. Наиболее обширная линейка жестких дисков, в моделях которой соблюден баланс скорости и надежности. Основное применение — домашние и офисные рабочие станции. Как правило, жесткие диски данного класса оснащаются кэшем объемом 64 МБ. Показатели шума, тепловыделения и энергоэффективности находятся в пределах усредненных значений. В общем, простая рабочая лошадка, без каких либо особых изысков и амбиций на лидерство.
В линейке универсальных дисков можно встретить модели с параметрами вращения шпинделя от 5400 об/мин до 7200 об/мин. Первые экземпляры более тихие и более «холодные», но в то же время более медлительные.
Если HDD предназначен для длительного хранения пользовательских данных, вариант установки медленного диска более предпочтителен.
В качестве примера обозначения, у производителя Western Digital последняя буква в названии модели как раз обозначает скорость вращения: Z — 5400 об/мин, X — 7200 об/мин. Универсальные модели, обозначение которых заканчивается на Z — снятая с производства «зеленая» линейка накопителей, отличавшаяся малой шумностью и самым низким в классе тепловыделением.
Для игрового ПК и систем графического моделирования
Специальная линейка накопителей, предназначенная для установки в высокопроизводительные системы, где требуется высокая скорость обработки большого объема мелких файлов (обработка 3D-изображений, тяжелые игры, загрузка операционной системы, математическое моделирование). Отличительная особенность данных дисков — технические решения по снижению вибрации подвижных элементов и отменные показатели времени позиционирования головки над произвольной областью поверхности блина накопителя. Достигается это за счет использования двух приводов в системе позиционирования головок диска.
Минимальная скорость вращения шпинделя для этого класса устройств составляет 7200 об/мин, а размер кэш-памяти достигает 64 МБ. В качестве платы за высокое быстродействие — несколько повышенные уровни шума и тепловыделения.
Для сетевых хранилищ
Основная стихия накопителей — работа в режиме постоянных нагрузок по формуле 24/7 (файлообменники, сетевые хранилища небольших организаций и т. д.)
Модельный ряд дисков для сетевых хранилищ имеет свои особенности. Во-первых, потрясающая скорость передачи данных, составляющая солидные 150–180 Мбайт/с. Во-вторых, при плотной компоновке накопителей внутри корпуса сетевого хранилища, для жестких дисков этой линейки характерны низкие значения тепловыделения и энергопотребления. В-третьих, в дисках реализованы специальные конструктивные решения, минимизирующие биения подвижных частей и сводящие на нет вибрацию всего устройства, а, следовательно, ее пагубное воздействие на накопители, установленные по соседству.
Как правило, объем кэша варьируется от 64 МБ до 256 МБ, а значения скорости вращения шпинделя находятся в диапазоне 5400–7200 об/мин. Естественно, все представители данного класса поддерживают работу в составе RAID-массивов различных конфигураций.
Для систем видеонаблюдения
Накопителям для систем видеонаблюдения характерны низкая скорость вращения (5400–5900 об/мин) и лучшая в классе защита внутренних компонентов от вибрации. Для обеспечения высокой скорости обращения, диски оснащаются кэшем, объем которого достигает 256 МБ. На уровне контроллера HDD реализован целый ряд специальных алгоритмов, обеспечивающих сохранность и целостность каждого записанного кадра.
Диски для систем видеонаблюдения могут одновременно записывать видеопотоки транслируемые с 64 HD-камер.
Использовать такие накопители в домашних условиях можно, но их эксплуатация в ПК вряд ли доставит удовольствие! Уж больно они медлительны, шумны и специфичны.
Для серверов и быстродействующих систем
В критически важных для ведения бизнеса системах не обойтись без компонентов надлежащего качества. Специальные жесткие диски наивысшей степени надежности — залог долгого и бесперебойного функционирования IT-инфраструктуры.
Накопители данного класса отличают: беспрецедентно высокое время наработки на отказ (2,5 миллионов часов), высокая скорость вращения шпинделя (вплоть до 10000 об/мин), кэш большого объема (до 512 МБ), высокая скорость передачи (до 267 Мбайт/с), высокоточная система гашения вибраций.
Стихия этих накопителей — работа в составе серверного оборудования файловых хранилищ, центров обработки данных, сопровождение ответственных, критически важных бизнес-процессов корпоративного уровня.
Вывод
Теоретически, в системник можно установить абсолютно любой жесткий диск. Вот только устроит ли пользователя такая сборка? Все же лучше подбирать и устанавливать накопитель исходя из потребностей и выполняемых компьютером задач. Только при таком подходе на выходе можно получить оптимальную с точки зрения вложений/отдачи систему.
Анатомия накопителей: жёсткие диски
Он магнитный. Он электрический. Он фотонный. Нет, это не новое супергеройское трио из вселенной Marvel. Речь идёт о хранении наших драгоценных цифровых данных. Нам нужно где-то их хранить, надёжно и стабильно, чтобы мы могли иметь к ним доступ и изменять за мгновение ока. Забудьте о Железном человеке и Торе — мы говорим о жёстких дисках!
Итак, давайте погрузимся в изучении анатомии устройств, которые мы сегодня используем для хранения миллиардов битов данных.
You spin me right round, baby
Механический накопитель на жёстких дисках (hard disk drive, HDD) был стандартом систем хранения для компьютеров по всему миру в течение более 30 лет, но лежащие в его основе технологии намного старше.
Первый коммерческий HDD компания IBM выпустила в 1956 году, его ёмкость составляла аж 3,75 МБ. И в целом, за все эти годы общая структура накопителя не сильно изменилась. В нём по-прежнему есть диски, которые используют для хранения данных намагниченность, и есть устройства для чтения/записи этих данных. Изменился же, и очень сильно, объём данных, который можно на них хранить.
В 1987 году можно было купить HDD на 20 МБ примерно за 350 долларов; сегодня за такие же деньги можно купить 14 ТБ: в 700 000 раз больший объём.
Мы рассмотрим устройство не совсем такого размера, но тоже достойное по современным меркам: 3,5-дюймовый HDD Seagate Barracuda 3 TB, в частности, модель ST3000DM001, печально известную своим высоким процентом сбоев и вызванных этим юридических процессов. Изучаемый нами накопитель уже мёртв, поэтому это будет больше похоже на аутопсию, чем на урок анатомии.
Основную массу жёсткого диска составляет литой металл. Силы внутри устройства при активном использовании могут быть довольно серьёзными, поэтому толстый металл препятствует изгибанию и вибрациям корпуса. Даже в крошечных 1,8-дюймовых HDD в качестве материала корпуса используются металл, однако обычно они делаются не из стали, а из алюминия, потому что должны быть как можно более лёгкими.
Перевернув накопитель, мы видим печатную плату и несколько разъёмов. Разъём в верхней части платы используется для двигателя, вращающего диски, а нижние три (слева направо) — это контакты под перемычки, позволяющие настраивать накопитель под определённые конфигурации, разъём данных SATA (Serial ATA) и разъём питания SATA.
Serial ATA впервые появился в 2000 году. В настольных компьютерах это стандартная система, используемая для подключения приводов к остальной части компьютера. Спецификация формата претерпела множество ревизий, и сейчас мы пользуемся версией 3.4. Наш труп жёсткого диска имеет более старую версию, но различие заключается только в одном контакте в разъёме питания.
В подключениях передачи данных для приёма и получения данных используется дифференцированный сигнал: контакты A+ и A- используются для передачи инструкций и данных в жёсткий диск, а контакты B — для получения этих сигналов. Подобное использование спаренных проводников значительно снижает влияние на сигнал электрического шума, то есть устройство может работать быстрее.
Если говорить о питании, то мы видим, что в разъёме есть по паре контактов каждого напряжения (+3.3, +5 и +12V); однако большинство из них не используется, потому что HDD не требуется много питания. Эта конкретная модель Seagate при активной нагрузке использует менее 10 Вт. Контакты, помеченные как PC, используются для precharge: эта функция позволяет вытаскивать и подключать жёсткий диск, пока компьютер продолжает работать (это называется горячей заменой (hot swapping)).
Контакт с меткой PWDIS позволяет удалённо перезагружать (remote reset) жёсткий диск, но эта функция поддерживается только с версии SATA 3.3, поэтому в моём диске это просто ещё одна линия питания +3.3V. А последний контакт, помеченный как SSU, просто сообщает компьютеру, поддерживает ли жёсткий диск технологию последовательной раскрутки шпинделей staggered spin up.
Перед тем, как компьютер сможет их использовать, диски внутри устройства (которые мы скоро увидим), должны раскрутиться до полной скорости. Но если в машине установлено много жёстких дисков, то внезапный одновременный запрос питания может навредить системе. Постепенная раскрутка шпинделей полностью устраняет возможность таких проблем, но при этом перед получением полного доступа к HDD придётся подождать несколько секунд.
Сняв печатную плату, можно увидеть, как она соединяется с компонентами внутри устройства. HDD не герметичны, за исключением устройств с очень большими ёмкостями — в них вместо воздуха используется гелий, потому что он намного менее плотный и создаёт меньше проблем в накопителях с большим количеством дисков. С другой стороны, не стоит и подвергать обычные накопители открытому воздействию окружающей среды.
Благодаря использованию таких разъёмов минимизируется количество входных точек, через которые внутрь накопителя могут попасть грязь и пыль; в металлическом корпусе есть отверстие (большая белая точка в левом нижнем углу изображения), позволяющее сохранять внутри давление окружающей среды.
Теперь, когда печатная плата снята, давайте посмотрим, что находится внутри. Тут есть четыре основных чипа:
Открыть накопитель просто, достаточно открутить несколько болтов Torx и вуаля! Мы внутри…
Учитывая, что он занимает основную часть устройства, наше внимание сразу привлекает большой металлический круг; несложно понять, почему накопители называются дисковыми. Правильно их называть пластинами; они изготавливаются из стекла или алюминия и покрываются несколькими слоями различных материалов. Этот накопитель на 3 ТБ имеет три пластины, то есть на каждой стороне одной пластины должно храниться 500 ГБ.
Изображение довольно пыльное, такие грязные пластины не соответствуют точности проектирования и производства, необходимого для их изготовления. В нашем примере HDD сам алюминиевый диск имеет толщину 0,04 дюйма (1 мм), но отполирован до такой степени, что средняя высота отклонений на поверхности меньше 0,000001 дюйма (примерно 30 нм).
Базовый слой имеет глубину всего 0,0004 дюйма (10 микронов) и состоит из нескольких слоёв материалов, нанесённых на металл. Нанесение выполняется при помощи химического никелирования с последующим вакуумным напылением, подготавливающих диск для основных магнитных материалов, используемых для хранения цифровых данных.
Этот материал обычно является сложным кобальтовым сплавом и составлен из концентрических кругов, каждый из которых примерно 0,00001 дюйма (примерно 250 нм) в ширину и 0,000001 дюйма (25 нм) в глубину. На микроуровне сплавы металлов образуют зёрна, похожие на мыльные пузыри на поверхности воды.
Каждое зерно обладает собственным магнитным полем, но его можно преобразовать в заданном направлении. Группирование таких полей приводит к возникновению битов данных (0 и 1). Если вы хотите подробнее узнать об этой теме, то прочитайте этот документ Йельского университета. Последними покрытиями становятся слой углерода для защиты, а потом полимер для снижения контактного трения. Вместе их толщина составляет не больше 0,0000005 дюйма (12 нм).
Скоро мы увидим, почему пластины должны изготавливаться с такими строгими допусками, но всё-таки удивительно осознавать, что всего за 15 долларов можно стать гордым владельцем устройства, изготовленного с нанометровой точностью!
Однако давайте снова вернёмся к самому HDD и посмотрим, что же в нём есть ещё.
Жёлтым цветом показана металлическая крышка, надёжно крепящая пластину к электродвигателю привода шпинделя — электроприводу, вращающему диски. В этом HDD они вращаются с частотой 7200 rpm (оборотов/мин), но в других моделях могут работать медленнее. Медленные накопители имеют пониженный шум и энергопотребление, но и меньшую скорость, а более быстрые накопители могут достигать скорости 15 000 rpm.
Чтобы снизить урон, наносимый пылью и влагой воздуха, используется фильтр рециркуляции (зелёный квадрат), собирающий мелкие частицы и удерживающий их внутри. Воздух, перемещаемый вращением пластин, обеспечивает постоянный поток через фильтр. Над дисками и рядом с фильтром есть один из трёх разделителей пластин: помогающих снижать вибрации и поддерживать как можно более равномерный поток воздуха.
В левой верхней части изображения синим квадратом указан один из двух постоянных стержневых магнитов. Они обеспечивают магнитное поле, необходимое для перемещения компонента, указанного красным цветом. Давайте отделим эти детали, чтобы видеть их лучше.
То, что выглядит как белый пластырь — это ещё один фильтр, только он очищает частицы и газы, попадающие снаружи через отверстие, которое мы видели выше. Металлические шипы — это рычаги перемещения головок, на которых находятся головки чтения-записи жёсткого диска. Они с огромной скоростью движутся по поверхности пластин (верхней и нижней).
Посмотрите это видео, созданное The Slow Mo Guys, чтобы увидеть, насколько они быстрые:
В конструкции не используется чего-то вроде шагового электродвигателя; для перемещения рычагов по соленоиду в основании рычагов проводится электрический ток.
Обобщённо их называют звуковыми катушками, потому что они используют тот же принцип, который применяется в динамиках и микрофонах для перемещения мембран. Ток генерирует вокруг них магнитное поле, которое реагирует на поле, созданное стержневыми постоянными магнитами.
Не забывайте, что дорожки данных крошечны, поэтому позиционирование рычагов должно быть чрезвычайно точным, как и всё остальное в накопителе. У некоторых жёстких дисков есть многоступенчатые рычаги, которые вносят небольшие изменения в направление только одной части целого рычага.
В некоторых жёстких дисках дорожки данных накладываются друг на друга. Эта технология называется черепичной магнитной записью (shingled magnetic recording), и её требования к точности и позиционированию (то есть к попаданию постоянно в одну точку) ещё строже.
На самом конце рычагов есть очень чувствительные головки чтения-записи. В нашем HDD содержится 3 пластины и 6 головок, и каждая из них плавает над диском при его вращении. Для этого головки подвешены на сверхтонких полосках металла.
И здесь мы можем увидеть, почему умер наш анатомический образец — по крайней мере одна из головок разболталась, и что бы ни вызвало изначальный повреждение, оно также погнуло один из рычагов. Весь компонент головки настолько мал, что, как видно ниже, очень сложно получить её качественный снимок обычной камерой.
Однако мы можем разобрать отдельные части. Серый блок — это специально изготовленная деталь под названием «слайдер»: когда диск вращается под ним, поток воздуха создаёт подъёмную силу, поднимая головку от поверхности. И когда мы говорим «поднимает», то имеем в виду зазор шириной всего 0,0000002 дюйма или меньше 5 нм.
Чуть дальше, и головки не смогут распознавать изменения магнитных полей дорожки; если бы головки лежали на поверхности, то просто поцарапали бы покрытие. Именно поэтому нужно фильтровать воздух внутри корпуса накопителя: пыль и влага на поверхности диска просто сломают головки.
Крошечный металлический «шест» на конце головки помогает с общей аэродинамикой. Однако чтобы увидеть части, выполняющие чтение и запись, нам нужна фотография получше.
На этом изображении другого жёсткого диска устройства чтения и записи находятся под всеми электрическими соединениями. Запись выполняется системой тонкоплёночной индуктивности (thin film induction, TFI), а чтение — туннельным магнеторезистивным устройством (tunneling magnetoresistive device, TMR).
Создаваемые TMR сигналы очень слабы и перед отправкой должны проходить через усилитель для повышения уровней. Отвечающий за это чип находится рядом с основанием рычагов на изображении ниже.
Как сказано во введении к статье, механические компоненты и принцип работы жёсткого диска почти не изменились за многие годы. Больше всего совершенствовалась технология магнитных дорожек и головок чтения-записи, создавая всё более узкие и плотные дорожки, что в конечном итоге приводило к увеличению объёма хранимой информации.
Однако механические жёсткие диски имеют очевидные ограничения скорости. На перемещение рычагов в нужное положение требуется время, а если данные разбросаны по разным дорожкам на различных пластинах, то на поиски битов накопитель будет тратить довольно много микросекунд.
Прежде чем переходить к другому типу накопителей, давайте укажем ориентировочные показатели скорости типичного HDD. Мы использовали бенчмарк CrystalDiskMark для оценки жёсткого диска WD 3.5″ 5400 RPM 2 TB:
В первых двух строчках указано количество МБ в секунду при выполнении последовательных (длинный, непрерывный список) и случайных (переходы по всему накопителю) чтения и записи. В следующей строке показано значение IOPS, то есть количество операций ввода-вывода, выполняемых каждую секунду. В последней строке показана средняя задержка (время в микросекундах) между передачей операции чтения или записи и получением значений данных.
В общем случае мы стремимся к тому, чтобы значения в первых трёх строчках были как можно больше, а в последней строчке — как можно меньше. Не беспокойтесь о самих числах, мы просто используем их для сравнения, когда будем рассматривать другой тип накопителя: твердотельный накопитель.