Pevný disk: princip činnosti a základní vlastnosti

Pevné disky nebo, jak se nazývají, pevné disky, jsou jednou z nejdůležitějších součástí počítačového systému. Každý to ví. Ale daleko od každého moderního uživatele dokonce v zásadě hádá, jak funguje pevný disk. Princip práce obecně pro základní pochopení je poměrně jednoduchý, ale existují určité nuance, o kterých budeme pokračovat dál.

Otázky týkající se účelu a klasifikace pevných disků?

Otázka účelu je samozřejmě rétorická. Každý uživatel, dokonce i nejzákladnější, okamžitě odpoví, že pevný disk (který je také pevným diskem, aka pevný disk nebo pevný disk) okamžitě odpovídá, že slouží k ukládání informací.

Obecně platí, že je to pravda. Nezapomeňte, že na pevném disku, s výjimkou pro operační systém a uživatelské soubory jsou vytvářeny pomocí zaváděcí sektory operačního systému, díky kterému se začnou, stejně jako některé ochranné známky, které disk můžete rychle najít požadovanou informaci.

Moderní modely jsou poměrně rozmanité: konvenční pevné disky, externí pevné disky, vysokorychlostní SSD disky SSD, ačkoli nejsou striktně klasifikovány jako pevné disky. Dále se navrhuje zvážit zařízení a princip pevného disku, pokud ne v celku, pak alespoň takovým způsobem, aby byl dostatečný k pochopení základních pojmů a procesů.

Vezměte prosím na vědomí, že existuje i speciální klasifikace moderního HDD podle některých základních kritérií, mezi které patří:

• způsob ukládání informací;
• typ nosiče;
• způsob organizace přístupu k informacím.

Proč je pevný disk nazýván pevným diskem?

Dnes mnoho uživatelů přemýšlí o tom, proč se pevné disky nazývají malé kapacitní pevné disky. Zdá se, že mezi těmito dvěma zařízeními může být společné?

Termín se objevil již v roce 1973, kdy se objevil na trhu jako první na světě HDD, jehož stavba se skládala ze dvou samostatných oddílů ve vzduchotěsné nádobě. Kapacita každého prostoru byla 30 MB, což je důvod, proč inženýři dali kódové jméno pro disk „30-30“, který byl plně ladí se značkou populární v té době dělo „Winchester, 30-30“. Na počátku 90. let 20. století v Americe a Evropě se toto jméno téměř nepoužívá, ale přesto zůstává populární v postsovětském prostoru.

Zařízení a princip pevného disku

Ale my odbočíme. Princip fungování pevného disku lze stručně popsat jako proces čtení nebo psaní informací. Ale jak se to děje? Abychom porozuměli principu magnetického pevného disku, je třeba nejprve zjistit, jak je uspořádáno.

Samotný pevný disk je sada desek, jejichž počet se může lišit od čtyř do devíti, spojených hřídelí (osou) nazývanou vřeteno. Desky jsou umístěny jeden nad druhým. Ve většině případů, je materiál pro jejich výrobu, jsou hliník, mosaz, keramika, sklo a podobně. D. Sami desky mají zvláštní magnetický povlak z materiálu s názvem talíř, na bázi oxidu gama feritu, oxid chrómu, barnatý feritu a t d. Každá taková deska má tloušťku asi 2 mm.

Pro záznam a čtení informací jsou odpovědné radiální hlavy (jedna pro každou desku) a oba povrchy se používají v deskách. Pro otáčení vřetena, jehož rychlost může být od 3600 do 7200 ot / min, a pohyb hlavy odpovídá dvěma elektromotorům.

V tomto případě je základní princip pevného disku počítače je, že informace je zaznamenána není nikde, ale v přesně určeném místě, zvaném sektory, které jsou umístěny na soustředných stop nebo stop. Aby nedošlo k záměně, platí jednotná pravidla. To znamená, že principy pevných disků založené na jejich logické struktuře jsou univerzální. Takže například velikost jednoho sektoru, přijatého pro jeden standard po celém světě, je 512 bajtů. Sektory se dále dělí na seskupení, které jsou sekvencemi řady sektorů. A charakteristiky principu pevného disku v tomto ohledu spočívají v tom, že výměna informací provádí pouze celé seskupení (celé číslo řetězců).

Ale jak čtete informace? pohon funguje: pevný disk následujícím způsobem: Pomocí speciálního držák čtecí hlavy v radiálním (spirálové) směru posune na požadovanou trati a na druhé straně je umístěn v daném odvětví, mohou být všechny hlavy pohybují současně čtením stejné informace nejen z různých stop , ale také z různých disků (desek). Všechny skladby se stejnými pořadovými čísly se nazývají válce.

Ještě jeden princip fungování pevného disku lze rozlišit: čím blíže je čtecí hlava k magnetickému povrchu (ale nedotýká se), tím vyšší je hustota záznamu.

Jak se zaznamenávají a čte informace?

Pevné disky nebo pevné disky se proto nazývají magnetické, že používají zákony fyziky magnetismu, formulované ještě Faradayem a Maxwellem.

Jak již bylo uvedeno, deska z nemagneticky citlivého materiálu je potažena magnetickým povlakem, jehož tloušťka je jen několik mikrometrů. V procesu práce vzniká magnetické pole, které má takzvanou doménovou strukturu.

Magnetická oblast je přísně ohraničena magnetizovanou oblastí feroz slitiny. Dále HDD Princip činnosti lze shrnout následovně: v případě vnějšího magnetického pole, správné pole pohon začne být vedena přesně podél magnetických čar a při ukončení dopadu na kotouči objeví remanentní zónu, ve které předtím uložené informace obsažené v hlavním poli .

Pro vytvoření vnějšího pole je čtecí hlava zodpovědná za psaní a při čtení zóny remanentní magnetizace, která je proti hlavě, vytváří elektromotorickou sílu nebo EMF. Dále je vše jednoduché: změna EMF odpovídá jedné v binárním kódu a její absence nebo ukončení je nulová. Čas pro změnu EMF se obvykle nazývá bitový prvek.

Navíc může být magnetický povrch spojen čistě jako informatický důvod, jako určitá bitová sekvence informačních bitů. Vzhledem k tomu, že umístění těchto bodů nelze přesně vypočítat, je třeba na disk nainstalovat některé předdefinované značky, které pomohly určit požadované umístění. Vytvoření takových štítků se nazývá formátování (zhruba řečeno, rozdělení disku na stopy a sektory seskupené do klastrů).

Logická struktura a princip fungování pevného disku z hlediska formátování

Co se týče logické organizace HDD, zde je první formátování, ve kterém existují dva hlavní typy: nízká (fyzická) a vysoká (logická). Bez těchto kroků není potřeba mluvit o uvedení pevného disku do pracovního stavu. Informace o tom, jak inicializovat nový pevný disk, budou diskutovány samostatně.

Nízkoúrovňové formátování předpokládá fyzický dopad na povrch HDD, ve kterém jsou vytvářeny sektory podél tras. Je zajímavé, že zásada pevného disku je taková, že každý sektor vytvořil svou vlastní jedinečnou adresu, která obsahuje řadu velmi sektoru, sledovat číslo, na kterém se nachází, a SPZ. To znamená, že organizace přímý přístup stejné adresy paměti přímo z dané adresy, spíše než hledat správné informace po povrchu, v důsledku čehož je dosaženo rychlost (i když to není nejdůležitější). Všimněte si, že při provádění formátování na nízké úrovni jsou všechny informace vymazány a ve většině případů se neobnoví.

Další věc - logické formátování (v systémech se systémem Windows se jedná o rychlé formátování nebo rychlý formát). Kromě toho jsou tyto procesy použitelné také pro vytváření logických oddílů představujících určitou oblast hlavního pevného disku, pracující na stejných principech.

Logické formátování postihuje především oblast systému, který se skládá ze zaváděcího sektoru a tabulky rozdělení disku (Boot Record MBR) je, alokační tabulku souborů (FAT, NTFS, a tak dále. D.) a kořenový adresář (kořenový adresář).

Informace jsou zapsána do sektorů prostřednictvím clusteru v několika částech a dva identické objekty (soubory) nemohou být obsaženy v jednom clusteru. Vytvoření logického oddílu vlastně odděluje od hlavního oddílového systému, takže informace uložené v něm, pokud se vyskytnou chyby a selhání, se nemění ani neodstraní.

Hlavní charakteristiky HDD

Myslím, že obecně platí, že princip pevného disku je trochu srozumitelný. Nyní přejdeme k základním charakteristikám, které poskytují úplný obraz o všech možnostech (nebo nevýhodách) moderních pevných disků.

Princip fungování pevného disku a hlavní vlastnosti mohou být zcela odlišné. Abychom porozuměli tomu, co je v rozporu, uveďte nejzásadnější parametry, které charakterizují všechna známá zařízení pro ukládání informací:

• kapacita (objem);
• rychlost (rychlost přístupu k datům, informace o čtení a zápisu);
• rozhraní (způsob připojení, typ řadiče).

Kapacita je celkové množství informací, které lze zapsat a uložit na pevný disk. Průmysl pro výrobu HDD se vyvíjí tak rychle, že dnes již byly použity disky s pevným diskem o objemu přibližně 2 TB a vyšším. A věříme, že to není limit.

Rozhraní je nejvýznamnější vlastností. To určuje, jakým způsobem je zařízení připojeno k základní desce, která regulátor se používá jako čtení a psaní se provádí, a tak dále. D. Hlavní a nejčastější rozhraní považován IDE, SATA a SCSI.

Disky s IDE rozhraním jiném nízké náklady, nicméně, u hlavních nevýhod lze rozlišit omezený počet současně připojených zařízení (maximálně čtyři) a nízkou rychlost dat (a dokonce s podporou přímého přístupu do paměti Ultra DMA nebo protokoly Ultra ATA (módu 2 a 4). I když se předpokládá, že jejich použití může zvýšit úroveň rychlosti čtení / zápisu 16 Mb / s, ale rychlost je mnohem nižší než ve skutečnosti. Kromě toho, do režimu UDMA vyžaduje instalaci speciálních ovladačů, které v teorii by měla být spojena s základní deskou.

Když už mluvíme o tom, co je princip pevnosti a vlastností pevného disku, nelze to ignorovat SATA rozhraní, který je dědicem IDE verze ATA. Výhodou této technologie je, že rychlost čtení a zápisu může být zvýšena na 100 Mb / s kvůli použití vysokorychlostní firewalle IEEE-1394.

Konečně, rozhraní SCSI ve srovnání s předchozími dvěma je nejpružnější a nejrychlejší (rychlost zápisu / čtení dosahuje 160 Mb / s a ​​vyšší). Ale i tyto pevné disky jsou téměř dvakrát dražší. Počet současně připojených paměťových zařízení je však sedm až patnáct, připojení lze provést bez vypnutí napájení počítače a délka kabelu může být asi 15-30 metrů. Vlastně tento typ HDD se většinou používá nejen v uživatelských počítačích, ale na serverech.

Výkon, který charakterizuje přenosovou rychlost a šířku pásma I / O, je obvykle vyjádřen vysílacím časem a množstvím přenášených sekvenčně přenášených dat a je vyjádřen v Mb / s.

Některé další parametry

Když mluvíme o tom, co je princip pevného disku a jaké parametry ovlivňují jeho provoz, není možné ignorovat některé další vlastnosti, na kterých může záviset rychlost nebo dokonce životnost zařízení.

Zde je v první řadě rychlost otáčení, která přímo ovlivňuje dobu hledání a inicializace (rozpoznávání) požadovaného sektoru. Jedná se o tzv. Latentní dobu vyhledávání - interval, během kterého se požadovaný sektor otáčí čtecí hlavou. Dnes je přijato několik norem pro rychlost otáčení vřetena, vyjádřeno v otáčkách za minutu se zpožděním v milisekundách:

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

Je snadné si uvědomit, že čím vyšší je rychlost, tím méně času se vynaloží na hledání sektorů a ve fyzikálním vyjádření - na otočení disku před instalací hlavy pro požadovaný polohový bod desky.

Dalším parametrem je interní přenosová rychlost. Na vnějších tratích je minimální, ale zvyšuje se s postupným přechodem na interní tratě. Tentýž defragmentační proces, tedy pohyb často používaných dat do nejrychlejších oblastí disku, není ničím jiným než jejich přesunem na vnitřní dráhu s rychlejší rychlostí čtení. Vnější rychlost má fixní hodnoty a závisí přímo na použitém rozhraní.

Konečně, jeden z důležitých bodů je spojen s přítomností pevného disku vlastní vyrovnávací paměti nebo vyrovnávací paměti. Ve skutečnosti princip pevného disku, pokud jde o použití vyrovnávací paměti v něco podobném operační nebo virtuální paměti. Čím větší je mezipaměť (128-256 KB), tím rychlejší bude fungovat pevný disk.

Hlavní požadavky na pevný disk

Základní požadavky, které jsou ve většině případů prezentovány na pevné disky, nejsou tak hodně. Hlavní věc je dlouhá životnost a spolehlivost.

Hlavním standardem pro většinu pevných disků je životnost zhruba 5-7 let s provozní dobou nejméně pět set tisíc hodin, ale pro špičkové pevné disky je toto číslo nejméně jeden milion hodin.

Pokud jde o spolehlivost, za to odpovídá samo-testovací funkce S.M.A.R.T., která monitoruje stav jednotlivých prvků pevného disku a provádí průběžné sledování. Na základě shromážděných údajů lze vytvořit i předpověď výskytu možných poruch v budoucnu.

Je samozřejmé, že uživatel by neměl zůstat stranou. Například, při použití pevného disku velmi důležité dodržovat optimální teplotní rozsah (0 - 50 ± 10 stupňů Celsia), aby se zabránilo otřesy, nárazy a pády pevný disk, hit prachu nebo jiných malých částic, atd Mimochodem, mnoho bude .. zajímat, že tytéž kouřové částice je asi dvakrát větší, než je vzdálenost mezi čtecí hlavou a magnetickým povrchem pevného disku, a lidský vlas - 5-10 krát.

Inicializace problémů v systému při výměně pevného disku

Nyní pár slov o tom, co musíte udělat, pokud z nějakého důvodu uživatel změnil pevný disk nebo nainstaloval sekundární.

Tento proces nebudeme zcela popsán, ale zaměříme se pouze na hlavní etapy. Nejprve musíte připojit pevný disk a hledat v nastavení systému BIOS, pokud je nový hardware detekován, v disku sekci Administration inicializovat a vytvořit spouštěcí záznam, vytvořit jednoduchý svazek, přidělí identifikační číslo (písmeno) a formátovat s výběrem souborového systému. Teprve poté bude nový "šroub" plně připraven k práci.

Závěr

To ve skutečnosti a všechno, co se krátce dotýká základů fungování a vlastností moderních pevných disků. Princip fungování externího pevného disku nebyl v zásadě považován za zásadní, protože se prakticky neliší od toho, co se používá u pevných pevných disků. Jediný rozdíl je pouze v způsobu připojení dalšího disku k počítači nebo notebooku. Nejběžnějším spojením je rozhraní USB, které je přímo připojeno k základní desce. V tomto případě, pokud chcete zajistit maximální výkon, je lepší používat standard USB 3.0 (vnitřní port je malován modře), ovšem za předpokladu, že to podporuje externí pevný disk.

Pokud jde o zbytek, myslím, že mnoho lidí ani trochu se ukázalo, jak je pevný disk jakéhokoliv typu. Možná, že výše bylo podáno příliš mnoho technických informací, tím větší je i ze školy Fyzika samozřejmě, ale bez toho, aby plně pochopit všechny základní principy a metody stanovené ve výrobních a aplikačních technologií HDD nebude rozumět.