Здравствуйте! Наконец я нашёл время порадовать вас новым материалом! Извиняюсь, что так долго не писал. Дело в том, что я работал над одним проектом, о котором в будущем ещё расскажу (подпишитесь на обновления блога).
Почему приходится покупать новый жесткий диск? У каждого могут быть свои причины, но в основном это значит, что скорость работы и загрузка программ заметно уменьшились, или не хватает места для записи новой информации на компьютер. Какая бы причина ни побудила к покупке нового жесткого диска, каждому есть, над чем подумать, прежде чем сделать покупку. Так давайте же разберёмся как выбрать жесткий диск для компьютера и что нужно принять во внимание перед покупкой. А ниже разберём реальный пример покупки жесткого диска. Ведь скоропостижное и необдуманное решение может привести к тому, что новый HDD не удовлетворит ваши потребности.
Как выбирать жесткий диск для компьютера
Жёсткие диски бывают внутренними, которые устанавливаются в компьютер, и внешними. Внутренние бывают обычными (размера 3,5” для компьютеров) и для ноутбуков (форм-фактора 2,5”). В этой статье речь пойдёт именно о внутренних дисках.
Объем жесткого диска
Ушли в прошлое диски с 40 или 80Гб памяти. Сейчас на рынке объем жесткого диска измеряется сотнями гигабайтов и терабайтами. Какой объем диска необходимо выбрать? Многое зависит от того, какая работа делается на компьютере, и сколько места вам действительно необходимо. За больший объем приходится и платить больше. Лучше исходить из реальных потребностей с 20-50% запасом, а не из того, какой объем диска установил ваш друг или сосед, поскольку ему, возможно, на самом деле нужен большой объем.
Учитывая то, что жестких дисков с объёмом меньше 500Гб уже не встретишь в магазинах, то будем считать, что это минимально достаточный объём. Столько места достаточно для обычного домашнего использования, для работы и для проведения досуга. Если нужно скачивать большие объёмы информации из интернета, например торренты, и если вы устанавливаете увесистые игры, то берите диск ёмкостью от 1Тб. Диски ещё большего размера пригодятся тем, кто хранит большие архивы. Ну в общем они сами знают зачем им такой диск 🙂
Меня иногда спрашивают сколько в 1 гигабайте мегабайт, или сколько гигабайт в терабайте. Тут всё просто, но с приколом. На самом деле в одном килобайте 1024 байт, т.е. 1К=1024Б. В одном мегабайте 1024 килобайт, в одном гигабайте 1024 мегабайт, и в одном терабайте 1024 гигабайт. Но производители жестких дисков пошли на небольшую хитрость и приняли за множитель не 1024, а число 1000, якобы чтобы покупатели не путались 🙂
Ага, круто! Только теперь, установив накопитель ёмкостью, скажем, 500Гб, мы увидим доступных только 465Гб! Потому что компьютер по-прежнему считает гигабайты как положено!
Вот такой конфуз, поэтому не надо бежать отдавать жёсткий диск обратно в магазин, ведь вы теперь знаете сколько мегабайт в одном гигабайте.
Как выбрать жесткий диск по объёму думаю понятно, однако хочу предостеречь от покупки диска с объёмом больше 2Тб. Если ваша материнская плата под управлением обычного БИОСа, то больше 2Тб вы всё равно не увидите! Для таких моделей требуется наличие UEFI вместо БИОСа. Чтобы это проверить и внимательно ознакомьтесь с его интерфейсом и настройками в меню «Boot». Если будет встречаться слово «UEFI», то считайте что вам повезло 🙂 Либо просто почитайте инструкцию к материнской плате компьютера.
Но всё ли ограничивается объемом диска? Нет, есть еще один важный момент – скорость.
Скорость работы жесткого диска
Диск с большим объемом еще не гарантирует быструю загрузку программ. Он всего лишь позволяет вместить больше информации. За скорость загрузки программ и их выполнение отвечает скорость самого жесткого диска. Хотя, в принципе, косвенно ёмкость тоже влияет на скорость. Т.к. чем больше объём, тем выше плотность записи, и, соответственно нужно меньше времени чтобы прочитать блок данных. Проще говоря, диск большого объёма почти всегда будет быстрее, чем диск меньшего объёма при прочих равных.
Во время запуска компьютера, набор микропрограмм, записанных в микросхеме BIOS, производит проверку оборудования. Если все в порядке, он передает управление загрузчику операционной системы. Дальше ОС загружается и вы начинаете пользоваться компьютером. При этом — где до включения компьютера хранилась операционная система? Каким образом ваш реферат, который вы писали всю ночь, остался цел после отключения питания ПК? Снова же — где он хранится?
Ладно, вероятно я слишком загнул и вы все прекрасно знаете, что данные компьютера хранятся на жестком диске. Тем не менее что он из себя представляет и как работает не все знают, и поскольку вы здесь, делаем вывод, что хотели бы узнать. Что же, давайте разбираться!
Что такое жесткий диск
По традиции, давайте подсмотрим определение жесткого диска в Википедии:
Жесткий диск (винт, винчестер, накопитель на жестких магнитных дисках, НЖМД, HDD, HMDD) — запоминающее устройство произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи.
Используются в подавляющем большинстве компьютеров, а также как отдельно подключаемые устройства для хранения резервных копий данных, в качестве файлового хранилища и т.п.
Чуть-чуть разберемся. Мне нравится термин «накопитель на жестких магнитных дисках «. Эти пять слов передают всю суть. HDD — устройство, предназначение которого длительное время хранить записанные на него данные. Основой HDD являются жесткие (алюминиевые) диски со специальным покрытием, на которое при помощи специальных головок записывается информация.
Не буду рассматривать в деталях сам процесс записи — по сути это физика последних классов школы, и вникать в это, уверен, у вас желания нет, да и статья совсем не о том.
Также обратим внимание на фразу: «произвольного доступа » что, грубо говоря, означает, что мы (компьютер) можем в любое время считать информацию с любого участка ЖД.
Важным является тот факт, что память HDD не энергозависима, то есть не важно подключено питание или нет, записанная на устройство информация никуда не исчезнет. Это важное отличие постоянной памяти компьютера, от временной ().
Взглянув на жесткий диск компьютера в жизни, вы не увидите ни дисков, ни головок, так как все это скрыто в герметичном корпусе (гермозона). Внешне винчестер выглядит так:
Для чего компьютеру нужен жесткий диск
Рассмотрим что такое HDD в компьютере, то есть какую роль он играет в ПК. Понятно, что он хранит данные но, как и какие. Здесь выделим такие функции НЖМД:
- Хранение ОС, пользовательского ПО и их настроек;
- Хранение файлов пользователя: музыка, видео, изображения, документы и т.д;
- Использование части объема жесткого диска, для хранения данных не помещающихся в ОЗУ (файл подкачки) или хранение содержимого оперативной памяти во время использования режима сна;
Как видим, жесткий диск компьютера не просто свалка из фотографий, музыки и видео. На нем хранится вся операционная система, и помимо этого ЖД помогает справляться с загруженностью ОЗУ, беря на себя часть ее функций.
Из чего состоит жесткий диск
Мы частично упоминали о составных жесткого диска, сейчас разберемся с этим детальнее. Итак, основные составляющие HDD:
- Корпус — защищает механизмы жесткого диска от пыли и влаги. Как правило, является герметичным, дабы внутрь та самая влага и пыль не попадали;
- Диски (блины) — пластины из определенного сплава металлов, с нанесенным с обеих сторон покрытием, на которое и записываются данные. Количество пластин может быть разным — от одной (в бюджетных вариантах), до нескольких;
- Двигатель — на шпинделе которого закреплены блины;
- Блок головок — конструкция из соединенных между собой рычагов (коромысел), и головок. Часть ЖД, которая считывает и записывает на него информацию. Для одного блина используется пара головок, поскольку и верхняя, и нижняя часть у него рабочая;
- Устройство позиционирования (актуатор ) — механизм приводящий в действие блок головок. Состоит из пары постоянных неодимовых магнитов и катушки, находящейся на конце блока головок;
- Контроллер — электронная микросхема управляющая работой HDD;
- Парковочная зона — место внутри винчестера рядом с дисками либо на их внутренней части, куда опускаются (паркуются) головки во время простоя, чтобы не повредить рабочую поверхность блинов.
Такое вот незамысловатое устройство жесткого диска. Сформировалось оно много лет назад, и никаких принципиальных изменений в него уже давно не вносились. А мы идем дальше.
Как работает жесткий диск
После того, как на HDD подается питание двигатель, на шпинделе которого закреплены блины, начинает раскручиваться. Набрав скорость, при которой у поверхности дисков образовывается постоянный поток воздуха, начинают двигаться головки.
Данная последовательность (сначала раскручиваться диски, а затем начинают работать головки) необходима для того, чтобы за счет образовавшегося потока воздуха, головки парили над пластинами. Да, они никогда не касаются поверхности дисков, иначе последние были бы моментально повреждены. Тем не менее, расстояние от поверхности магнитных пластин до головок настолько маленькое (~10 нм), что вы не увидите его невооруженным глазом.
После запуска, в первую очередь происходит считывание служебной информации о состоянии жесткого диска и других необходимых сведениях о нем, находящихся на так называемой нулевой дорожке. Только затем начинается работа с данными.
Информация на жестком диске компьютера записывается на дорожки которые, в свою очередь, разбиты на сектора (такая себе разрезанная на кусочки пицца). Для записи файлов несколько секторов объединяют в кластер, он и является наименьшим местом, куда может быть записан файл.
Кроме такого «горизонтального» разбиения диска, есть еще условное «вертикальное». Поскольку все головки объединены, они всегда позиционируются над одной и той же по номеру дорожкой, каждая над своим диском. Таким образом, во время работы HDD головки как бы рисуют цилиндр:
Пока HDD работает, по сути он выполняет две команды: чтение и запись. Когда необходимо выполнить команду записи, происходит вычисление области на диске куда она будет производится, затем позиционируются головки и, собственно, выполняется команда. Затем результат проверяется. Кроме записи данных прямо на диск, информация также попадает в его кеш.
Если контроллеру поступает команда на чтение, в первую очередь происходит проверка наличия требуемой информации в кеше. Если ее там нет, снова происходит вычисление координат для позиционирования головок, дальше, головки позиционируется и считывают данные.
После завершения работы, когда питание винчестера исчезает, происходит автоматическая парковка головок в парковочных зоне.
Вот так в общих чертах и работает жесткий диск компьютера. В действительности же все намного сложнее, но обычному пользователю, скорее всего, такие подробности не нужны, поэтому закончим с этим разделом и пойдем дальше.
Виды жестких дисков и их производители
На сегодняшний день, на рынке существует фактически три основных производителя жестких дисков: Western Digital (WD), Toshiba, Seagate. Они полностью покрывают спрос на устройства всех видов и требований. Остальные компании либо разорились, либо были поглощены кем-то из основной тройки, или перепрофилировались.
Если говорить о видах HDD, их можно разделить таким образом:
- Для ноутбуков — основной параметр — размер устройства в 2,5 дюйма. Это позволяет им компактно размещаться в корпусе лептопа;
- Для ПК — в этом случае также возможно использование 2,5″ жестких дисков, но как правило, используются 3,5 дюйма;
- Внешние жесткие диски — устройства, отдельно подключаемые к ПК/ноутбуку, чаще всего выполняющие роль файлового хранилища.
Также выделяют особый тип жестких дисков — для серверов. Они идентичны обычным ПКшным, но могут отличаются интерфейсами для подключения, и большей производительностью.
Все остальные разделения HDD на виды происходят от их характеристик, поэтому рассмотрим их.
Характеристики жестких дисков
Итак, основные характеристики жесткого диска компьютера:
- Объем — показатель максимально возможного количества данных, которые можно будет вместить на диске. Первое на что обычно смотрят при выборе HDD. Данный показатель может достигать 10 Тб, хотя для домашнего ПК чаще выбирают 500 Гб — 1 Тб;
- Форм-фактор — размер жестокого диска. Самые распространенные — 3,5 и 2,5 дюйма. Как говорилось выше, 2,5″ в большинстве случаев, устанавливаются в ноутбуки. Также их используют во внешних HDD. В ПК и на сервера устанавливают 3,5″. Форм фактор влияет и на объем, так как на больший диск может поместиться больше данных;
- Скорость вращения шпинделя — с какой скоростью вращаются блины. Наиболее распространены 4200, 5400, 7200 и 10000 об/мин. Эта характеристика напрямую влияет на производительность, а так же и цену устройства. Чем выше скорость — тем больше оба значения;
- Интерфейс — способ (тип разъема) подключения HDD к компьютеру. Самым популярным интерфейсом для внутренних ЖД сегодня является SATA (в старых компьютерах использовался IDE). Внешние жесткие диски подключаются, как правило, по USB или FireWire. Кроме перечисленных, существуют еще такие интерфейсы как SCSI, SAS;
- Объем буфера (кеш-память) — тип быстрой памяти (по типу ОЗУ) установленный на контроллере ЖД, предназначенный для временного хранения данных, к которым чаще всего обращаются. Объем буфера может составлять 16, 32 или 64 Мб;
- Время произвольного доступа — то время, за которое HDD гарантированно выполнить запись или чтение с любого участка диска. Колеблется от 3 до 15 мс;
Кроме приведенных характеристик также можно встретить такие показатели как.
Как устроен жесткий диск? Какие бывают жесткие диски? Какую роль они выполняют в компьютере? Как взаимодействуют с другими компонентами? Какие параметры учитывать при выборе и покупке жесткого диска, вы узнаете из этой статьи.
НЖМД - сокращенное название от "Накопитель на Жестких Магнитных Дисках ". Так же вы встретите английское HDD - и сленговое Винчестер или сокращенно Винт .
В компьютере жесткий диск отвечает за хранение данных. Операционная система Windows, программы, фильмы, фотографии, документы, вся информация, которую вы загружаете в компьютер, сохраняется на жестком диске. А информация в компьютере это самое ценное! Если вышел из строя процессор или видеокарта, их можно купить и заменить. А вот потерянные семейные фотографии из отпуска прошлым летом или данные бухгалтерии небольшого предприятия за год не так-то просто восстановить. Поэтому надежности хранения данных уделяется особое внимание.
Почему же прямоугольная металлическая коробка называется диском? Для ответа на этот вопрос нам нужно заглянуть внутрь и узнать как жесткий диск устроен. На картинке ниже вы можете посмотреть из каких деталей жесткий диск состоит и какие функции выполняет каждая деталь Нажмите для увеличения. (Взято с сайта itc.ua)
Предлагаю так же посмотреть отрывок из передачи канала Discovery о том как устроен и работает жесткий диск.
Еще три факта которые вам надо знать о жестких дисках.
- Жесткий диск самая медленная деталь компьютера. Когда компьютер "завис", обратите внимание на индикатор работы жесткого диска. Если он часто мигает или горит непрерывно, значит жесткий диск выполняет команды одной из программ а все остальные простаивают, ожидая своей очереди. Если операционной системе не хватает быстродействующей оперативной памяти для запуска программы, она использует место на жестком диске, что очень сильно тормозит весь компьютер. Поэтому один из способов увеличить скорость работы компьютера - увеличить размер оперативной памяти.
- Жесткий диск так же является самой хрупкой деталью компьютера. Как вы узнали из видео, двигатель раскручивает диск до нескольких тысяч оборотов в минуту. При этом магнитные головки "парят" над диском в воздушном потоке, созданном вращающимся диском. Расстояние между диском и головками в современных устройствах составляет около 10 нм. Если в этот момент подвергнуть диск удару или тряске, головка может коснуться диска и повредить поверхность с хранящимися на ней данными. В результате появляются так называемые "badblocks " - нечитаемые области, из-за которых компьютер не может считать какой-нибудь файл или загрузить систему. В выключенном состоянии головки "паркуются" за пределами рабочей области и перегрузки от удара не так страшны жесткому диску. Делайте, пожалуйста, резервные копии важных данных!
- Объем жесткого диска зачастую немного меньше того, который указывает продавец или производитель. Причина в том, что изготовители указывают объем диска, исходя из того, что в одном гигабайте 1 000 000 000 байт, в то время как их там 1 073 741 824.
Покупаем жесткий диск
Если вы решили увеличить объем для хранения информации в компьютере подключив дополнительный жесткий диск или заменив старый более вместительным, что вам потребуется знать при покупке?
Во-первых, загляните под крышку системного блока вашего компьютера. Вам необходимо выяснить какой интерфейс подключения жесткого диска поддерживает материнская плата. На сегодняшний день наиболее распространены стандарты SATA и отживающий свой век IDE . Их легко отличить по внешнему виду. На картинке слева показан фрагмент материнской платы, которая оснащена разъёмами обоих видов, но на вашей, скорее всего окажется один из них.
Существует три версии интерфейса SATA . Они отличаются скоростью передачи данных. SATA , SATA II и SATA III со скоростью 1.5, 3 и 6 гигабайт в секунду соответственно. Все версии интерфейсов SATA выглядят одинаково и совместимы между собой. Вы можете подключить их в любой комбинации, в результате скорость передачи данных будет ограничена более медленной версией. При этом скорость работы жесткого диска еще меньше. Поэтому потенциал быстрых интерфейсов сможет раскрыться лишь с появлением новых быстродествующих накопителей.
Если вы решили приобретать дополнительный жесткий диск SATA, проверьте есть ли у вас интерфейсный кабель как на картинке. В комплекте с диском он не продается. (Обычно они комплектуются к материнской плате.) Так же среди разъемов блока питания должен быть хотя один свободный для подключения жесткого диска или вам может понадобится переходник со старого стандарта на новый.
Теперь о самом жестком диске: Главным параметром является, конечно, емкость. Как я упоминал выше, учтите, что она окажется немного меньше заявленной. Для операционной системы и программ требуется 100 - 200 Гигабайт, что по современным меркам совсем немного. Сколько вам может понадобиться дополнительного пространства вы можете определить опытным путем. Большие объемы могут потребоваться,например, для записи видео высокого качества. Современные фильмы в формате HD достигают нескольких десятков Гигабайт.
Кроме этого среди основных параметров указывают:
- Форм-фактор - размер диска. Диски размером 1.8 и 2.5 дюйма используются в . Для стационарного компьютера следует приобретать диск 3.5 дюйма. Разъемы SATA у них одинаковые и диск для ноутбука может работать в стационарном компьютере. Но диски маленьких размеров сделаны с упором на компактность и низкое энергопотребление, а по быстродействию уступают более крупным моделям. И стоят при этом дороже.
- RPM - скорость вращения диска. Измеряется в количестве оборотов в минуту (RPM - сокращение от revolutions per minute ). Чем больше скорость вращения, тем быстрее диск записывает и считывает информацию. Но при этом потребляет больше энергии. На сегодняшний день наиболее распространены диски с 5400 RPM и 7200 RPM . Более низкие обороты чаще встречаются в дисках для ноутбуков, дисках большой емкости (более двух терабайт) и так называемых "зеленых" дисках, названных так из-за пониженного энергопотребления. Так же существуют жесткие диски со скоростью вращения 10000 RPM и 15000 RPM . Они рассчитаны для работы в высоконагруженных серверах и имеют повышенный ресурс надежности, но и стоят намного дороже обычных.
- Производитель . На данный момент на рынке накопителей несколько крупных производителей. Среди них идет довольно жесткая конкуренция, поэтому качеством они ничем не уступают друг другу. Поэтому можете выбирать любое из известных имен: Hitachi, HP, Seagate, Silicon Power, Toshiba Transcend, Western Digital.
Жесткие диски, или, как их еще называют, винчестеры, являются одной из самых главных составляющих компьютерной системы. Об это знают все. Но вот далеко не каждый современный пользователь даже в принципе догадывается о том, как функционирует жесткий диск. Принцип работы, в общем-то, для базового понимания достаточно несложен, однако тут есть свои нюансы, о которых далее и пойдет речь.
Вопросы предназначения и классификации жестких дисков?
Вопрос предназначения, конечно, риторический. Любой пользователь, пусть даже самого начального уровня, сразу же ответит, что винчестер (он же жесткий диск, он же Hard Drive или HDD) сразу же ответит, что он служит для хранения информации.
В общем и целом верно. Не стоит забывать, что на жестком диске, кроме операционной системы и пользовательских файлов, имеются созданные ОС загрузочные секторы, благодаря которым она и стартует, а также некие метки, по которым на диске можно быстро найти нужную информацию.
Современные модели достаточно разнообразны: обычные HDD, внешние жесткие диски, высокоскоростные твердотельные накопители SSD, хотя их именно к жестким дискам относить и не принято. Далее предлагается рассмотреть устройство и принцип работы жесткого диска, если не в полном объеме, то, по крайней мере, в таком, чтобы хватило для понимания основных терминов и процессов.
Обратите внимание, что существует и специальная классификация современных HDD по некоторым основным критериям, среди которых можно выделить следующие:
- способ хранения информации;
- тип носителя;
- способ организации доступа к информации.
Почему жесткий диск называют винчестером?
Сегодня многие пользователи задумываются над тем, почему называют винчестерами, относящимися к стрелковому оружию. Казалось бы, что может быть общего между этими двумя устройствами?
Сам термин появился еще в далеком 1973 году, когда на рынке появился первый в мире HDD, конструкция которого состояла из двух отдельных отсеков в одном герметичном контейнере. Емкость каждого отсека составляла 30 Мб, из-за чего инженеры дали диску кодовое название «30-30», что было в полной мере созвучно с маркой популярного в то время ружья «30-30 Winchester». Правда, в начале 90-х в Америке и Европе это название практически вышло из употребления, однако до сих пор остается популярным на постсоветском пространстве.
Устройство и принцип работы жесткого диска
Но мы отвлеклись. Принцип работы жесткого диска кратко можно описать как процессы считывания или записи информации. Но как это происходит? Для того чтобы понять принцип работы магнитного жесткого диска, в первую очередь необходимо изучить, как он устроен.
Сам жесткий диск представляет собой набор пластин, количество которых может колебаться от четырех до девяти, соединенных между собой валом (осью), называемым шпинделем. Пластины располагаются одна над другой. Чаще всего материалом для их изготовления служат алюминий, латунь, керамика, стекло и т. д. Сами же пластины имеют специальное магнитное покрытие в виде материала, называемого платтером, на основе гамма-феррит-оксида, окиси хрома, феррита бария и т. д. Каждая такая пластина по толщине составляет около 2 мм.
За запись и чтение информации отвечают радиальные головки (по одной на каждую пластину), а в пластинах используются обе поверхности. За которого может составлять от 3600 до 7200 об./мин, и перемещение головок отвечают два электрических двигателя.
При этом основной принцип работы жесткого диска компьютера состоит в том, что информация записывается не куда попало, а в строго определенные локации, называемые секторами, которые расположены на концентрических дорожках или треках. Чтобы не было путаницы, применяются единые правила. Имеется ввиду, что принципы работы накопителей на жестких дисках, с точки зрения их логической структуры, универсальны. Так, например, размер одного сектора, принятый за единый стандарт во всем мире, составляет 512 байт. В свою очередь секторы делятся на кластеры, представляющие собой последовательности рядом находящихся секторов. И особенности принципа работы жесткого диска в этом отношении состоят в том, что обмен информацией как раз и производится целыми кластерами (целым числом цепочек секторов).
Но как же происходит считывание информации? Принципы работы накопителя на жестких магнитных дисках выглядят следующим образом: с помощью специального кронштейна считывающая головка в радиальном (спиралевидном) направлении перемещается на нужную дорожку и при повороте позиционируется над заданным сектором, причем все головки могут перемещаться одновременно, считывая одинаковую информацию не только с разных дорожек, но и с разных дисков (пластин). Все дорожки с одинаковыми порядковыми номерами принято называть цилиндрами.
При этом можно выделить еще один принцип работы жесткого диска: чем ближе считывающая головка к магнитной поверхности (но не касается ее), тем выше плотность записи.
Как осуществляется запись и чтение информации?
Жесткие диски, или винчестеры, потому и были названы магнитными, что в них используются законы физики магнетизма, сформулированные еще Фарадеем и Максвеллом.
Как уже говорилось, на пластины из немагниточувствительного материала наносится магнитное покрытие, толщина которого составляет всего лишь несколько микрометров. В процессе работы возникает магнитное поле, имеющее так называемую доменную структуру.
Магнитный домен представляет собой строго ограниченную границами намагниченную область ферросплава. Далее принцип работы жесткого диска кратко можно описать так: при возникновении воздействия внешнего магнитного поля, собственное поле диска начинает ориентироваться строго вдоль магнитных линий, а при прекращении воздействия на дисках появляются зоны остаточной намагниченности, в которой и сохраняется информация, которая ранее содержалась в основном поле.
За создание внешнего поля при записи отвечает считывающая головка, а при чтении зона остаточной намагниченности, оказавшись напротив головки, создает электродвижущую силу или ЭДС. Далее все просто: изменение ЭДС соответствует единице в двоичном коде, а его отсутствие или прекращение - нулю. Время изменения ЭДС принято называть битовым элементом.
Кроме того, магнитную поверхность чисто из соображений информатики можно ассоциировать, как некую точечную последовательность битов информации. Но, поскольку местоположение таких точек абсолютно точно вычислить невозможно, на диске нужно установить какие-то заранее предусмотренные метки, которые помогли определить нужную локацию. Создание таких меток называется форматированием (грубо говоря, разбивка диска на дорожки и секторы, объединенные в кластеры).
Логическая структура и принцип работы жесткого диска с точки зрения форматирования
Что касается логической организации HDD, здесь на первое место выходит именно форматирование, в котором различают два основных типа: низкоуровневое (физическое) и высокоуровневое (логическое). Без этих этапов ни о каком приведении жесткого диска в рабочее состояние говорить не приходится. О том, как инициализировать новый винчестер, будет сказано отдельно.
Низкоуровневое форматирование предполагает физическое воздействие на поверхность HDD, при котором создаются секторы, расположенные вдоль дорожек. Любопытно, что принцип работы жесткого диска таков, что каждый созданный сектор имеет свой уникальный адрес, включающий в себя номер самого сектора, номер дорожки, на которой он располагается, и номер стороны пластины. Таким образом, при организации прямого доступа та же оперативная память обращается непосредственно по заданному адресу, а не ищет нужную информацию по всей поверхности, за счет чего и достигается быстродействие (хотя это и не самое главное). Обратите внимание, что при выполнении низкоуровневого форматирования стирается абсолютно вся информация, и восстановлению она в большинстве случаев не подлежит.
Другое дело - логическое форматирование (в Windows-системах это быстрое форматирование или Quick format). Кроме того, эти процессы применимы и к созданию логических разделов, представляющих собой некую область основного жесткого диска, работающую по тем же принципам.
Логическое форматирование, прежде всего, затрагивает системную область, которая состоит из загрузочного сектора и таблиц разделов (загрузочная запись Boot record), таблицы размещения файлов (FAT, NTFS и т. д.) и корневого каталога (Root Directory).
Запись информации в секторы производится через кластер несколькими частями, причем в одном кластере не может содержаться два одинаковых объекта (файла). Собственно, создание логического раздела, как бы отделяет его от основного системного раздела, вследствие чего информация, на нем хранимая, при появлении ошибок и сбоев изменению или удалению не подвержена.
Основные характеристики HDD
Думается, в общих чертах принцип работы жесткого диска немного понятен. Теперь перейдем к основным характеристикам, которые и дают полное представление обо всех возможностях (или недостатках) современных винчестеров.
Принцип работы жесткого диска и основные характеристики могут быть совершенно разными. Чтобы понять, о чем идет речь, выделим самые основные параметры, которыми характеризуются все известные на сегодня накопители информации:
- емкость (объем);
- быстродействие (скорость доступа к данным, чтение и запись информации);
- интерфейс (способ подключения, тип контроллера).
Емкость представляет собой общее количество информации, которая может быть записана и сохранена на винчестере. Индустрия по производству HDD развивается так быстро, что сегодня в обиход вошли уже жесткие диски с объемами порядка 2 Тб и выше. И, как считается, это еще не предел.
Интерфейс - самая значимая характеристика. Она определяет, каким именно способом устройство подключается к материнской плате, какой именно контроллер используется, как осуществляется чтение и запись и т. д. Основными и самыми распространенными интерфейсами считаются IDE, SATA и SCSI.
Диски с IDE-интерфейсом отличаются невысокой стоимостью, однако среди главных недостатков можно выделить ограниченное количество одновременно подключаемых устройств (максимум четыре) и невысокую скорость передачи данных (причем даже при условии поддержки прямого доступа к памяти Ultra DMA или протоколов Ultra ATA (Mode 2 и Mode 4). Хотя, как считается, их применение позволяет повысить скорость чтения/записи до уровня 16 Мб/с, но в реальности скорость намного ниже. Кроме того, для использования режима UDMA требуется установка специального драйвера, который, по идее, должен поставляться в комплекте с материнской платой.
Говоря о том, что собой представляет принцип работы жесткого диска и характеристики, нельзя обойти стороной и который является наследником версии IDE ATA. Преимущество данной технологии состоит в том, что скорость чтения/записи можно повысить до 100 Мб/с за счет применения высокоскоростной шины Fireware IEEE-1394.
Наконец, интерфейс SCSI по сравнению с двумя предыдущими является наиболее гибким и самым скоростным (скорость записи/чтения достигает 160 Мб/с и выше). Но и стоят такие винчестеры практически в два раза дороже. Зато количество одновременно подключаемых устройств хранения информации составляет от семи до пятнадцати, подключение можно осуществлять без обесточивания компьютера, а длина кабеля может составлять порядка 15-30 метров. Собственно, этот тип HDD большей частью применяется не в пользовательских ПК, а на серверах.
Быстродействие, характеризующее скорость передачи и пропускную способность ввода/вывода, обычно выражается временем передачи и объемом передаваемых расположенных последовательно данных и выражается в Мб/с.
Некоторые дополнительные параметры
Говоря о том, что представляет собой принцип работы жесткого диска и какие параметры влияют на его функционирование, нельзя обойти стороной и некоторые дополнительные характеристики, от которых может зависеть быстродействие или даже срок эксплуатации устройства.
Здесь на первом месте оказывается скорость вращения, которая напрямую влияет на время поиска и инициализации (распознавания) нужного сектора. Это так называемое скрытое время поиска - интервал, в течение которого необходимый сектор поворачивается к считывающей головке. Сегодня принято несколько стандартов для скорости вращения шпинделя, выраженной в оборотах в минуту со временем задержки в миллисекундах:
- 3600 - 8,33;
- 4500 - 6,67;
- 5400 - 5,56;
- 7200 - 4,17.
Нетрудно заметить, что чем выше скорость, тем меньшее время затрачивается на поиск секторов, а в физическом плане - на оборот диска до установки для головки нужной точки позиционирования пластины.
Еще один параметр - внутренняя скорость передачи. На внешних дорожках она минимальна, но увеличивается при постепенном переходе на внутренние дорожки. Таким образом, тот же процесс дефрагментации, представляющий собой перемещение часто используемых данных в самые быстрые области диска, - не что иное, как перенос их на внутреннюю дорожку с большей скоростью чтения. Внешняя скорость имеет фиксированные значения и напрямую зависит от используемого интерфейса.
Наконец, один из важных моментов связан с наличием у жесткого диска собственной кэш-памяти или буфера. По сути, принцип работы жесткого диска в плане использования буфера в чем-то похож на оперативную или виртуальную память. Чем больше объем кэш-памяти (128-256 Кб), тем быстрее будет работать жесткий диск.
Главные требования к HDD
Основных требований, которые в большинстве случаев предъявляются жестким дискам, не так уж и много. Главное - длительный срок службы и надежность.
Основным стандартом для большинства HDD считается срок службы порядка 5-7 лет со временем наработки не менее пятисот тысяч часов, но для винчестеров высокого класса этот показатель составляет не менее миллиона часов.
Что касается надежности, за это отвечает функция самотестирования S.M.A.R.T., которая следит за состоянием отдельных элементов жесткого диска, осуществляя постоянный мониторинг. На основе собранных данных может формироваться даже некий прогноз появления возможных неисправностей в дальнейшем.
Само собой разумеется, что и пользователь не должен оставаться в стороне. Так, например, при работе с HDD крайне важно соблюдать оптимальный температурный режим (0 - 50 ± 10 градусов Цельсия), избегать встрясок, ударов и падений винчестера, попадания в него пыли или других мелких частиц и т. д. Кстати сказать, многим будет интересно узнать, что те же частицы табачного дыма примерно в два раза больше расстояния между считывающей головкой и магнитной поверхностью винчестера, а человеческого волоса - в 5-10 раз.
Вопросы инициализации в системе при замене винчестера
Теперь несколько слов о том, какие действия нужно предпринять, если по каким-то причинам пользователь менял жесткий диск или устанавливал дполнительный.
Полностью описывать это процесс не будем, а остановимся только на основных этапах. Сначала винчестер необходимо подключить и посмотреть в настройках BIOS, определилось ли новое оборудование, в разделе администрирования дисков произвести инициализацию и создать загрузочную запись, создать простой том, присвоить ему идентификатор (литеру) и выполнить форматирование с выбором файловой системы. Только после этого новый «винт» будет полностью готов к работе.
Заключение
Вот, собственно, и все, что вкратце касается основ функционирования и характеристик современных винчестеров. Принцип работы внешнего жесткого диска здесь не рассматривался принципиально, поскольку он практически ничем не отличается от того, что используется для стационарных HDD. Единственная разница состоит только в методе подключения дополнительного накопителя к компьютеру или ноутбуку. Наиболее распространенным является соединение через USB-интерфейс, который напрямую соединен с материнской платой. При этом, если хотите обеспечить максимальное быстродействие, лучше использовать стандарт USB 3.0 (порт внутри окрашен в синий цвет), естественно, при условии того, что и сам внешний HDD его поддерживает.
В остальном же, думается, многим хоть немного стало понятно, как функционирует жесткий диск любого типа. Быть может, выше было приведено слишком много тем более даже из школьного курса физики, тем не менее без этого в полной мере понять все основные принципы и методы, заложенные в технологиях производства и применения HDD, понять не получится.
Жесткий диск: зачем нужны разделы?
Часто люди задают мне вопрос: зачем нужны два, три и более разделов и исходя из чего нужно выбирать их количество и размер? Универсального ответа на этот вопрос, наверное, нет, но некоторые рекомендации дать можно. Рассмотрим два варианта:
Вариант 1. Существует один логический раздел под все.
Плюсы:
- Свободное пространство используется максимально эффективно (сильно распухающими таблицами FAT можно пренебречь).
- Если к вам придет друг со своим винчестером, то после подключения его первый раздел не будет "влазить" между вашим C и D, меняя ваш D на E, E на F..., создавая проблемы программному обеспечению на всех логических дисках, кроме первого.
Минусы:
- Крайне проблематичным становится восстановление удаленных файлов (главная проблема - ОС и, особенно, ее файл подкачки), т.к. Windows постоянно меняет размер файла подкачки, создает и удаляет временные файлы, что приводит к тому, что сектора, занимаемые удаленным файлом, физически перезаписываются.
- Очень быстро (особенно благодаря ОС или нескольким ОС) файлы и папки становятся крайне фрагментированными.
Рассмотрим пример-задачу: Нужно определить, во сколько раз (обозначим k) падает скорость чтения, если файл фрагментирован. Решение: Есть логический раздел с размером кластера 32 Кб и файлом в 20 Мб с фрагментированностью 20%.
Предположим также, что скорость последовательного чтения равна 20 Мб/с, а время позиционирования 10 мс (на самом деле это время гораздо больше, что увеличивает k, однако это время удобно для расчетов). Соответственно, файл занимает 640 кластеров, из них 128 - фрагментированы и для их прочтения нужно тратить время на позиционирование: 1280 мс в сумме.
Получается, что на чтение такого файла будет потрачено 1+1,28 секунды (время последовательного чтения + время позиционирования), что в 2,28 раза больше, чем при чтении нефрагментированного файла.
На заметку(!):
- При размере кластера 16 или 8 Кб суммарное время поиска увеличивается в 2 или 4 раза соответственно (за счет увеличения количества секторов, в том числе и тех, для доступа к которым необходимо позиционирование).
- С увеличением скорости линейного чтения, коэффициент потери производительности увеличивается (при переходе от нефрагментированного чтения к фрагментированному), хотя суммарная производительность растет.
Другими словами, чем выше скорость линейного чтения, тем больше вы можете выиграть от нефрагментированного чтения.
- При фрагментации 40(10)% суммарное время поиска увеличивается (уменьшается) в 2 раза.
- Вообще при оценке скоростных параметров в разумных пределах можно пользоваться следующей формулой:
k - коэффициент уменьшения скорости чтения/записи фрагментированного файла по сравнению с нефрагментированным.
Вариант 2. Существует несколько логических дисков.
Минусы:
При неправильном разбиении и использовании логических дисков вы в лучшем случае ничего не выигрываете по сравнению с вариантом 1.
Становится сложнее полностью использовать все свободное пространство.
Рассмотрим пример. Есть 4 логических диска и на каждом свободно 180 Мб. В сумме есть 720 Мб, а записать фильм объемом 650 Мб невозможно.
Плюсы: (при правильном разбиении и использовании!)
- Невысокая скорость фрагментации системы и, как следствие, максимальная производительность HDD сохраняется гораздо дольше, чем в случае единственного раздела.
- Высокая скорость дефрагментации(!) системы. Дефрагментация системы может быть разделена на несколько частей.
- Становится возможным корректно использовать программы восстановления удаленных файлов. Т.е. файл отката (и вариант восстановленного файла) записывать на другой раздел. Программа, которая не смогла восстановить файл, по крайней мере, не ухудшит ситуацию. Вероятность восстановления приближается к 100%.
- Каждая операционная система может (и должна) быть установлена на отдельный раздел.
Итак, рассмотрение плюсов и минусов закончено.
Приведу возможный вариант разбиения на логические диски, который каждый может переделать "под себя".
Disk C: Раздел под 1-ю операционную систему. Если это Windows 98, то 1 Гб - это более чем достаточно, даже если выставить минимальный размер файла подкачки 256 Мб. При объеме оперативной памяти 128 Мб крайне трудно представить ситуацию, когда Swap (файл подкачки) станет больше, чем 256 Мб. Полезно (и крайне желательно) дефрагментировать его и разместить в начале диска С.
Система будет быстрее, если перейти от FAT32 к FAT (FAT16).
При использовании FAT на разделе 1 Гб вы полнее сможете использовать дисковое пространство, если установите размер кластера 16 Кб, для чего необходимо установить размер диска С чуть менее 1 Гб, например 988 Мб.
Disk D: Даже если вы не собираетесь устанавливать 2-ю операционную систему, желательно предусмотреть для нее место сразу, т.к. потом придется очень много возиться с Partition Magic. Если второй раздел не отдавать под Windows XP, то 1 Гб будет вполне достаточно даже для Windows 2000.
Естественно, что это с условием размещения ее файла подкачки на другом разделе.
Крайне полезно совместить его с файлом подкачки Windows 98, для чего необходимо выставить такой же минимальный размер и переименовать (D:\)pagefile.sys (Swap Windows 2000) в (C:\)Win386.Swp (Swap Windows 98).
Сделать это можно с помощью Regedit.exe в Windows 2000. О технологии работы с реестром я рассказывать не буду, скажу лишь, что переименовывать нужно будет в 4-х местах реестра, если это делается сразу после установки Windows 2000, и в 6-ти местах, если эта операция будет осуществляться потом.
Как и в случае с диском С, можно сделать размер диска 988 Мб и использовать FAT.
Disk E: Если двух операционных систем вам достаточно, то диск E можно использовать под различные программы, которыми вы пользуетесь. Надо подчеркнуть, что размеры системных дисков выбирались исходя из того, что вы не будете устанавливать на них ничего, кроме самих ОС.
Т.к. дополнительные программы будут установлены на отдельном разделе, то при сносе Windows и последующей переустановке всех программ все они будут уже дефрагментированы (если, конечно, перед сносом они в таком состоянии находились). Более того, многие (но не все) программы не нужно будет держать в двух экземплярах: для Windows 2000 и Windows 98.
Некоторые программы будут работать и без переустановки. При таком подходе наиболее употребительные программы умещаются в 1 Гб + специфические для вас программы.
Если игры сюда не ставить, то можно добавить не более 1–1.5 Гб. Если двух операционных систем недостаточно, то Disk E, F... отводится для требуемых систем, а сказанное о Disk E будет относиться к следующему разделу (т.е. за всеми системными).
Disk F,G... далее можно сделать диск для игр и для фильмов. Диск для игр будет содержать среднее количество файлов, поэтому нежелательно делать там кластера размером 16 или 32 Кб. На разделе же для фильмов (и музыки), напротив, желательно принудительно выставить размер кластера 32 Кб.
Если взять жесткий диск объемом 20 Гб, то после создания перечисленных выше разделов у вас на эти два раздела останется около 16–17 Гб. Вряд ли вы одновременно играете в такое количество игр, которое не умещается в 1–3 Гб.
Поэтому под фильмы можно отвести 14-16 Гб. Дефрагментация всех созданных разделов, при практически любой степени фрагментации, будет занимать около 10-15 минут, за исключением самого большого раздела, однако если хранить там только большие файлы (а к этому все и шло), то дефрагментация там если и потребуется, то очень не скоро.
К тому же на ее осуществление нужно будет не более часа.
В принципе, можно и не создавать отдельные разделы для игр и фильмов (больших файлов), но все-таки, частенько, меняя игры, было бы неплохо иметь возможность быстро произвести дефрагментацию.
Последним можно создать раздел под большое количество очень маленьких файлов, которые к тому же часто меняют свой размер (например, под документы или программы). Вряд ли вам под эти нужды понадобится более чем 100–120 Мб.
При использовании FAT размер кластера можно выставить равным 2 Кб, а при использовании FAT32 - 512 Байт (для более полного использования дискового пространства). Преимуществом размещения этого раздела последним в данной конфигурации является то, что в любой момент можно крайне быстро увеличить размер этого раздела.
- Помните, что для восстановления FAT существует гораздо больше утилит, чем для восстановления FAT32.
- Оценить потери дискового пространства из-за того, что размер файла не кратен размеру кластера, можно по формуле:
- Уже при использовании диска на 6-15 Гб эффективность приведенного выше варианта разбиения становится существенно менее эффективной.
При использовании жестких дисков емкостью 30, 40 и более Гб ситуация обратная. Дополнительную емкость можно потратить на увеличение раздела под большие файлы.
На дисках таких объемов иметь один раздел крайне неэффективно (т.к. ОС держит в памяти FAT XX тех разделов, с которыми работает, в случае одного большого раздела сильно "распухшая" FAT32 будет постоянно присутствовать в памяти).
Об утилитах для манипуляций с разделами. Можно использовать DOS программу FDisk.Exe, которую можно найти в каталоге C:\Windows\Command или Partition Magic (минимально известная мне версия 5.0, сейчас есть версия 7.0).
Для использования второй программы нужно установить Windows.
Как действовать этими утилитами. Те, кому приходилось разбивать на разделы и форматировать диски от 20 Гб, знают, насколько это быстрее делает Partition Magic с отключенной проверкой плохих секторов (для уравнивания условий работы с FDisk).
Далее, FDisk работает с полной потерей всех данных, а Partition Magic позволяет не потерять ничего (все зависит от ваших рук).
Поэтому если у вас уже есть какие-либо разделы, используйте Partition Magic. Если винчестер "новенький", то сначала нужно создать один большой раздел с помощью FDisk.Exe.
Отформатировать его c помощью Format.com, установить Windows 9X/Me/NT/2000 (не все их, конечно же, а выбранную вами) и Partition Magic и буквально мгновенно создавать разделы в Windows, т.к. чем меньше данных, которые нельзя терять, тем быстрее работает Partition Magic.
В заключение хотелось бы сказать, что главная цель статьи - предложить вариант разбиения жесткого диска на разделы и показать, зачем это нужно и что дает.
Именно поэтому вопросам "как" это сделать, в отличие от вопросов "что" и "чем" сделать, я уделил значительно меньше внимания, т.к. это уже тема отдельной статьи.
Вадим Шутько,