Описание устройств компьютера        

1GB места под файлы бесплатно  

Навигация



Устройства ввода и вывода



Накопители



Реклама



Системные платы



Реклама



Шины и интерфейсы



Статистика




Главная | Обзор | История развития | Оптимизация и быстродействие | Тестирование

Жёсткий диск

Жесткий диск в 
разрезеПервый носитель, использовавшийся в качестве постоянного накопителя в IBM PC, имел по тем временам колоссальную емкость - аж 10 Mb. Так получилось, что обозначение одного из дисков той серии (30/30) совпало с обозначением популярной винтовки, и жесткие диски по традиции часто называют теперь "винчестерами". На сегодняшний момент (середина 2001-го года) емкость дисков превышает 100 Gb, то есть количественный прогресс в этой области за все время развития магнитных носителей (коими и являются жесткие диски) позволил увеличить объем этих самых носителей в 10000 раз. Но, несмотря на это, HDD (Hard Disk Drive) имеют одно очень магическое свойство - каким бы большим не был диск, всегда можно найти, что на него поместить, и места на последнем практически всегда не хватает. По-моему, нет необходимости постоянно держать в системе самый продвинутый и наворочанный диск самого большого размера - не более чем через каждый год плотность записи на жесткие диски увеличивается. Вполне может получиться так (точнее, так и получится), что ваш любимый HDD, который на момент покупки был одним из самых дорогих и емких, года через три станет самым дешевым ширпотребом, и его размер будет считаться очень маленьким. Поэтому, на мой взгляд, нужно выбирать диск исходя из своих сегодняшних реальных потребностей. А затем, при необходимости, его можно всегда поменять на более современный, потратив гораздо меньшие деньги.

Мобильное 
шасси для винтаРаньше существовали винчестеры с форм-фактором 5" (в основном со старыми интерфейсами), одако сейчас стандартный размер всех накопитплей (это, кстати, касается не только жестких дисков) равен 3.5", а в notebook'ах используются 2.5" диски. Хотя при желании можно поставить диск и в большой отсек с помощью специального переходника, а также использовать для него разные примочки типа Mobile Rack, корпусов-вентиляторов и тому подобное. На рисунке можно наблюдать корпус, (с вентилятором) позволяющий оперативно заменять диск без вскрытия системного блока. Это также позволяет использовать HDD в качестве сменного носителя. Правда, обращаться при этом с диском следует очень осторожно, так как он весьма чувствителен к механическим воздествиям, поэтому такой способ хранения или переноса данных не слишком распространен (хотя, в принципе, очень даже не плох).

Главным образом, HDD различаются по способу подключения, то есть интерфейсом. Существуют довольно много способов "состыковки" носителя с системой, наиболее распространены дешевый IDE-интерфейс и более совершенный и дорогой SCSI.

Для приличия, по-моему, стоит немного сказать о физическом и логическом устройстве жестких дисков - ведь у нас все-таки энциклопедия, а не отстой какой-нибудь. В принципе, HDD в этом плане подобны дискетам, здесь также используется круглая пластина с нанесенным на нее магнитным слоем. Отличие лишь в том, что эта пластина делается из металла, обычно алюминия (отсюда Hard Disk), и в большинстве случаев их в носителе несколько, обычно две или три (больше встречается сравнительно редко, а одна чаще всего применяется в дисках для портативных компьютеров), а также тем, что диск в дополнение к непосредственно носителю распологает блоком головок чтения/записи, двигателем и управляющей электронткой, а также небольшим кэш-буфером и некоторыми другими интеллектуальными компонентами. Все это добро упаковано в прочный корпус из металла. Кстати, он не герметичный, как считают многие, а имеет специальное отверстие, закрытое воздушным фильтром, для выравнивания давления внутри корпуса с наружным давление окружающей среды. Часто в диске в качестве рабочей используется только одна поверхность пластины (или, скажем, одна пластина используется полностью, а у другая - только одна сторона), такое можно обнаружить у дисков более младших моделей какой-либо серии (фирма имеет одну или несколько технологий, позволющих создавать пластины определенной емкости, и для уменьшения емкости в более дешевых дисках выгодней использовать не все стороны пластины). Соответственно от числа дисков и рабочих сторон зависит число головок. Они расположены блоком в виде гребенки таким образом, что для перемещения одной головки перемещается сразу весь блок. Хотя это и увеличивает среднее время доступа (особенно если в носителе много дисков), зато значительно упрощает, удешевляет винчестер и делает его более надежным.

В рабочем состоянии диски постоянно вращаются. Так как скорость вращения достаточно большая, то между магнитной поверхностью и головками чтения/записи образуется воздушная подушка, и они парят над носителем (носителями) на расстоянии 0.00005-0.0001mm. Мнение, что внутри привода вакуум, ошибочно хотя бы потому, что там, где вакуум, конечно же, не может быть никаких воздушных подушек. Когда HDD не работает, головки находятся в специальной посадочной зоне (Landing Zone), при этом они блокируются во избежание различных повреждений как самих головок, так и носителя. При включении двигателя он раскручивает поверхности, и головки под наплывом воздуха выходят из посадочной зоны. При остановке двигателя (например, при выключении компьютера) происходит обратный процесс. Этот механизм называется механизмом автопарковки, и все современные диски обязательно им оснащаются (в старых моделях парковка осуществлялась с помощью специальных утилит, при этом в качестве парковочной позиции определялся последний цилиндр, о логическом устройстве диска смотрите дальше). Износ механики автопарковки практически невозможен, но если вы будете часто включать/выключать компьютер или активно пользоваться средствами управления питанием Windows, то следует ожидать сокращения срока службы привода. Хотя, впрочем, это не очень актуально, так как ресурс HDD достаточно велик. А в непрерывном режиме современные диски могут в среднем (как заявляют их производители) работать лет 50 или больше. Этого тоже, я думаю, вполне достаточно - через 50 лет уже и таких интерфейсов не будет да и накопители, наверное, не будут являться жесткими дисками в сегодняшнем понимании. Также следует, по возможности, соблюдать температурный режим, в котором функционирут накопитель. Изготовители гарантируют безотказную работу винчестеров при их температуре (обратите внимание: не температуры окружающей среды!) в диапазоне от 0o C до 50o C, хотя, в принципе, без серьезных последствий можно изменить границы по крайней мере градусов на 10 в обе стороны. При больших отклонениях температуры воздушная прослойка необходимой толщины может не образовываться, что приведет к повреждению магнитного слоя.

Вообще производители HDD уделяют довольно большое внимание надежности своих изделий. Основная проблема - попадание внутрь диска посторонних частиц. Для сравнения: частичка табачного дыма в два раза больше расстояния между поверхностью и головкой, толщина человеческого волоса в 5-10 раз больше. Для головки встреча с такими предметами обернется сильным ударом и, как следствие, частичным повреждением или же полным выходом из строя. Внешне это заметно как появление большого количества закономерно расположенных негодных кластеров. Также опасны кратковременные большие по модулю ускорения (перегрузки), возникающие при ударах, падениях и т. д. Например, от удара головка резко ударяет по магнитному слою и вызывает его разрушение в соответствующем месте. Или, наоборот, сначала движется в противоложную сторону, а затем под действием силы упругости словно пружина бьет по поверхности. В результате в корпусе появляются частицы магнитного покрытия, которые опять-таки могут повредить головку. Не стоит думать, что под действием центробежной силы они улетят с диска - магнитный слой прочно притянет их к себе. В принципе, страшны последствия не самого удара (можно как-нибудь смириться с потерей некоторого количества кластеров), а то, что при этом образуются частицы, которые обязательно вызовут дальнейшую порчу диска. Для предотвращения такаих весьма неприятных случаев различные фирмы прибегают ко всякого рода ухищрениям. Помимо простого повышения механической прочности компонентов диска, применяется также интеллектуальная технология S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology), которая следит за надежностью записи и сохранности данных на носителе. Скажем, если обнаруживается ослабление сигнала, то информация перезаписывается и происходит дальнейшее наблюдение. Если сигнал опять ослабляется, то данные переносятся в другое место, а данный кластер помещается как дефектный и недоступный, а вместо него предоставляется в распоряжение другой кластер из резерва диска. Вообще-то диск всегда отформатирован не на полную емкость, имеется некоторый запас. Связано это главным образом еще и с тем, что практически невозможно изготовить носитель, на котором абсолютно вся поверхность была бы качественной, обязательно будут иметься bad-кластера. При низкоуровневом форматировании диска его электройника настраивается так, чтобы она обходила эти сбойные участки и для пользователя было совершенно не заметно, что носитель имеет дефекты. Но вот если они видны (например, после форматирования утилита выводит их количество, отличное от нуля), то это уже очень плохо. Если гарантия не истекла (а HDD, на мой взгляд, лучше всегда покупать с гарантией), то сразу же отнесите диск к продавцу и потребуйте замены носителя или возврата денег. Продавец, конечно же, сразу начнет говорить, что парочка сбойных участков - еще не повод для беспокойства, но не верьте ему. Как уже говорилось, эта парочка скорее всего вызовет еще множество других, а впоследствии вообще возможен полный выход винчестера из строя. Особенно чувствителен к повреждениям диск в рабочем состоянии, поэтому не следует помещать компьютер в место, где он может быть подвержен различным толчкам, вибрациям и так далее. К notebook'ам это, правда, относится в меньшей степени.

Логически диск состоит из дорожек, секторов и цилиндров. Дорожка - это окружность, вдоль которой ведется чиение/запись. Для того, чтобы на дорожке можно было уместить больше данных, она разбивается на сектора. Так как обычно HDD имеет несколько поверхностей, то чаще речь идет не о дорожках, а о цилиндрах, то есть совокупности дорожек, одинаково удаленных от центра (или края) диска. Понятно, что на внешних дорожках можно разместить больше секторов, чем на внутренних. Но при обычной организации структуры носитля это невозможно - все дорожки должны содержать одинаковое количество секторов, то есть много места теряется впустую. Чтобы устранить такое безобразие, применяется метод секционирования записи (Zone Bit Recording), то есть все простанство поверхности(ей) делится на зоны, и в каждой зоне применяется своя плотность записи. Например, на первой (самой длинной) дорожке может быть 200 секторов, а на последней - 100. Очевидно, что метод также позволяет несколько повысить скорость передачи данных, так как плоскости вращаются с потоянной скоростью, и в начале диска в единицу времени под головкой проходит больше секторов, чем в конце. Соответственно винчестеры записывают в CMOS Setup не свои реальные характеристики (Native Mode), а виртуальные (Translation Mode), и микроконтроллер диска пересчитывает их в настоящие координаты секторов, дорожек и цилиндров. Допустим, в CMOS под колонкой "Cyln" может быть записано значение "1023". Только представьте себе привод с 1023-мя настоящими цилиндрами! При включении (перезагрузке) компьютера все современные BIOS самостоятельно инициализируют винчестер и записывает его параметры в CMOS, считывая их с самого жесткого диска. Они записываются на заводе при низкоуровневом форматировании накопителя. Есть утилиты, которые позволяют заново переформатировать на низком уровне диск (некоторые контроллеры, особенно SCSI, тоже могут обладать такой функцией), но при этом, естественно, вся эта информации будет потеряна. Поэтому ни в коем случае не форматируйте HDD на низком уровне без особой на то необходимости (правда, я такую необходимость себе представить не могу), в противном случае диск станет непригодным к дальнейшей эксплуатации, если, конечно, вы не запишите правильные значения вновь, что сделать довольно тяжело хотя бы потому, что очень трудно найти для диска его родные значения (а в документации они приведены, к сожалению, не всегда).

Однако все вышесказанное есть теория; для пользователя же наиболее важно два параметра HDD: скорость и емкость. Если с последним все понятно - выбор зависит от потребностей и располагаемой суммы денег, - то на скорость (хотя быстрый диск тоже стоит не очень дешево и в большинстве случаев имеет вполне приличный объем) обращать внимание нужно, на мой взгляд, всегда, так как от нее довольно сильно зависит производительность всей системы (а не только от быстродействия процессора и объема памяти, как некоторые считают). Скорость диска характеризуют два значения. Это максимальная скорость чтения/записи и среднее время доступа. Первая для различных дисков может весьма отличаться и составляет (на момент написания статьи) примерно от 15 Mb/s до 40-60 Mb/s. Причем приличные диски должны обеспечивать скрость обмена никак не хуже 30 Mb/s, лучше 40 Mb/s (заметим, что мы говорим о пиковой скорости обмена, которая набдюдается при работе в основном с первыми дорожками диска и чтении/записи цельных массивов данных, а в реальных условиях, когда идет обмен небольшими порциями и со всем диском, значения будут чуть ли не на порядок ниже). Время доступа может варьировать где-то от 12-10 ms до 5-4 ms. Также обычно в характеристиках диска упоминается время перехода на соседнюю дорожку, которое, как правило, составляет около 1.5-0.5 ms (у хороших дисков не более 1 ms). Все скоростные параметры винчестеров можно померять с помощью соответствующих утилиток, которых полно в сети, полагаться же целиком на собственные ощущения или на показания системного монитора не следует, потому что скорость чтения/записи в приложениях сильно зависит от многих других факторов. Иногда продавцы приводят очень большие значения скорости обмена (скажем, 66 или 100 Mb/s). Это относится к пропускной способности интерфейса и к реальному быстродействию диска имеет примерно такое же отношение, какое, допустим, имеет размер головы как у Энштейна к умственным способностям человека. Гораздо в большей степени быстродействие диска определяет скорость вращения плоскостей. Здесь типичные значеня 3600, 4500, 5400, 7200, 10000, 15000 оборотов в минуту (rpm). Диски с частотой вращения 3600 rpm давно устарели и сняты с производства. В дешевых ширпотребных накопителях скорость обычно равна либо 4500, либо (чаще) 5400 об/мин. Но более предпочтительными являются диски со скоростью вращения не менее 7200 rpm, хотя они и стоят заметно дороже.

А что касается емкости, то следует отметить, что далеко не все производители считают, что 1 Mb=1024 Kb, 1 Gb=1024 Mb и так далее. Некоторые (Western Digital и др.) полагают, что 1Gb=1000000000 bytes. При покупке стоит уточнить, о каком гигабайте, "маленьком" или "большом", идет речь, чтобы потом не было вопросов типа "А куда девалось еще полгигабайта?", так как все программы и BIOS в том числе измеряют емкость диска в обычных компьютерных единицах измерения информации (то есть в виде произведения числа на степень с основанием 2).

OAW - технология будущего?

Как известно, существует теоретический предел магнитной технологии - так называемый суперпарамагнетический предел. Связан он с тем, что при увеличении емкости дисков увеличивается плотность записи информации, то есть число магнитных частиц на единицу площади поверхности диска. При очень высокой плотности записи соседние частицы начинают воздействовать друг на друга и записанные данные теряются. Исследования показывают, что феномен наблюдается при достижении плотности записи порядка 20 Gb на квадратный дюйм. Предполагается, что эта величина может быть достигнута в ближайшие годы.

Одно из возможных решений проблемы было предложено компанией Quinta Corporation (подразделение Seagate Technology), занимающейся исследованиями и разработками в области оптических технологий. Quinta представила технологию хранения данных, позволяющую создавать диски с плотностью записи, превышающей 10, 20 и даже 40 Gb/inch2. Новая технология получила название Optically Assisted Winchester (OAW). Как было заявлено компанией, эта технология основана на четырех технических решениях:

  1. Advanced Light Delivery System - состоит из оптического перключающего модуля (Optical Switch Module) для генерации лазерных импульсов и оптоволоконной системы для направления луча лазера к головке чтения/записи винчестера

  2. Unique Head Design - магнитная головка с интегрированной оптической системой из микроскопических линз (менее 350 микрон в диаметре) для сверхточной фокусировки лазерного луча на поверхности носителя

  3. Micro-Machined Mirror Servo System - оптический микропривод для системы зеркал, расположенных на головке винчестера. Зеркала поворачиваются под воздействием управляющих электрических сигналов, таким образом точно устанавливая место чтения/записи на поверхности носителя. Построенная таким образом система позволяет переключаться между несколькими дорожками не перемещая при этом головку. Разработчики утверждают, что эта технология позволит обеспечить плотность записи до 100000 дорожек на дюйм

  4. RE-TM Media - магнитный слой носителя создан на основе аморфных редкоземельных металлов, что позволяет более эффективно располагать магнитные заряды на поверхности диска без риска потери данных, а также обеспечить большую, чем это возможно на обычных носителях, плотность

Жесткий диск, 
созданный по технологии OAW

Технология записи состоит в следующем: при обычных температурах очень трудно изменять магнитные заряды на поверхности носителя, однако если нагреть частицу с данными до температуры выше точки Кюри с помощью импульса лазера, магнитные свойства этой точки могут быть легко изменены без влияния на свойства окружающих ее точек. При чтении данных лазер переходит в режим низкой мощности, и, как и в традиционных магнитооптических дисках, магнитные характеристики бита данных на поверхности носителя определяются по поляризации отраженного от поверхности луча лазера. Вполне возможно, что в будущем жесткие диски будут изготавливаться именно по этой технологии, так как емкость современных винчестеров оставляет желать лучшего (или вы так не считаете?), и ее необходимо повышать, что традиционными методами скоро станат уже невозможно. Однако, с другой стороны, считать, что магнитная технология уже переживает последние дни своего существования, было бы отнюдь не правильно - ее возможности еще далеко не исчерпаны.

Источник: Энциклопедия компьютерного железа


 
На сайте В интернете


люстры Wunderlight
Все права защищены Copyright © 2006-2013 device.com.ru