Устройство жесткого диска: как выглядит изнутри и из чего состоит

Жесткие диски

Устройство и принцип работы жесткого диска

Многих пользователей интересует устройство жесткого диска. И неспроста, ведь на сегодняшний день самым распространенным накопителем информации на компьютере является HDD. Далее будут разобраны принципы его работы и структура.

Разобранный винчестер

Механика и электроника


Винчестер по своей сути напоминает проигрыватель на пластинках. В нем также содержатся пластинки и считывающие головки. Однако устройство HDD сложнее. Если мы разберем жесткий диск, то увидим, что в основном пластины металлические и покрыты магнитным слоем. Именно на него производится запись данных. В зависимости от объема винчестера пластин от 4 до 9. Они крепятся на валу, который называется «шпиндель» и имеет высокую скорость вращения от 3600 до 10000 оборотов/мин для изделий массового потребления.

Рядом с блоком пластин находится блок считывающих головок. Количество головок определяется количеством магнитных дисков, а именно по одной на каждую поверхность диска. В отличие от проигрывателя на жестких дисках головка не касается поверхности пластин, а зависает над ней. Это позволяет исключить механический износ. Поскольку пластины имеют высокую скорость вращения, а головки должны находиться на крайне малом постоянном расстоянии над ними, очень важно, чтобы во внутрь корпуса ничего не смогло попасть. Ведь малейшая пылинка может нанести физические повреждения. Именно поэтому механическую часть герметично закрывают кожухом, а электронную выносят на наружу.

Некоторые пользователи интересуются тем, как разобрать жесткий диск. Нужно понимать, что разбор рабочего накопителя предусматривает нарушение его герметичности. А это, в свою очередь, приведет его в негодность. Поэтому не стоит этого делать, если вы не готовы потерять все данные на носителе информации. Если у вас нет острой необходимости открывать накопитель, а всего лишь мучает любопытство, из чего состоит жесткий диск, вы можете посмотреть фото разобранного HDD.

Считывающие головки в нерабочем состоянии находятся рядом с блоком пластин. Еще это называется «парковочное положение». Специальное устройство выносит головки в рабочую зону только тогда, когда диск разогнался до необходимой скорости. Все они перемещаются вместе, а не каждая отдельно. Это позволяет иметь быстрый доступ ко всем данным.

Электронная плата, или контроллер, как правило, крепится снизу винчестера. Ее ничего не защищает, и от этого она достаточно уязвима для механических и термических повреждений. Именно она осуществляет управление механикой. Винчестер от ноутбука отличается от стандартного 3,5-дюймового только размером. Принцип работы жесткого диска точно такой же. Отличаться они могут только количеством магнитных блинов и емкостью накопителя.

Как можно проследить, устройство жесткого диска подвержено ударам, встряскам, царапинам, значительным изменениям температур и скачкам напряжения. А это делает его не совсем надежным носителем информации. Именно из-за этого жесткий диск на ноутбуке выходит из строя чаще, чем на стационарном ПК. Ведь портативные устройства постоянно подвергают встряскам, порой падениям, выносят на холод или ставят на солнце. А это, в свою очередь, негативно сказывается на винчестере.

Чтобы продлить срок работы HDD, не подвергайте его падениям и ударам, следите за тем, чтобы была достаточная вентиляция корпуса, любые манипуляции с диском производите только при отключенном питании. Эти недостатки привели к появлению нового типа винчестеров SSD. Постепенно они теснят HDD, когда-то выглядевших великолепными носителями.

Рассмотрим далее разбираемый нами тип накопителя.

Логическое устройство


Мы узнали, как выглядит жесткий диск внутри. Теперь будем разбирать его логическое структурирование. Данные пишутся на жесткий диск компьютера на дорожки, которые делятся на определенные сектора. Объем каждого сектора составляет 512 байт. Последовательные сектора объединяются в кластер.

При установке нового HDD нужно произвести форматирование, иначе компьютер попросту не увидит свободное место на накопителе. Форматирование бывает физическое и логическое. Первое подразумевает разбивку диска на сектора. Некоторые из них могут определиться как «плохие», то есть непригодные к записи данных. В большинстве случаев накопитель уже имеет такое форматирование перед продажей.

Логическое форматирование подразумевает создание логического раздела жесткого диска. Это позволяет значительно упростить и оптимизировать работу с информацией. Под логический раздел (или, как еще называют, «логический диск») отводится определенная область накопителя. С ней можно работать как с отдельным винчестером. Чтобы понять, как работает жесткий диск со своими разделами, достаточно визуально разделить винчестер на 2-4 части в зависимости от количества логических томов. К каждому тому можно применить свою систему форматирования: FAT32, NTFS или exFAT.

Технические данные


Друг от друга HDD отличаются по таким данным:

  • объемом;
  • скоростью вращения шпинделя;
  • интерфейсом.

На сегодняшний день средний объем винчестера 500-1000 Гб. Он определяет количество информации, которое вы можете записать на носитель. От скорости вращения шпинделя будет зависеть, как быстро вы сможете иметь доступ к данным, то есть чтение и запись информации. Самым распространенным интерфейсом является SATA, который пришел на смену уже морально устаревшему и медленному IDE. Друг от друга они отличаются пропускной способностью и типом разъема подключения к материнской плате. Отметим, что диск современного ноутбука может иметь только интерфейс SATA или SATA2.

В данной статье было рассмотрено, как устроен жесткий диск, его принципы работы, техданные и логическая структура.

Как работает жесткий диск (HDD): устройство и принцип работы жесткого диска в 6 разделах

HDD — довольно сложно сконструированное хранилище, которое при этом отличается весьма простым принципом работы. О том, из чего состоит такой девайс, как пишет и читает данные, а также о других любопытных и полезных вещах рассказывает эта статья.

как устроены внутри винчестеры

Устройство жесткого диска

Винчестер состоит из многих элементов. Так, его физическая структура представлена комплектом пластин, которые еще называют дисками. Их покрывает магнитный слой — плоттер. Вращающийся вал — шпиндель — служит соединительной деталью. Есть еще намагниченные головки. Каждая из них движется по одной из пластин, таким образом считывая и записывая информацию.

Примечание: диски обладают толщиной примерно в пару миллиметров. Их чаще всего делают из металла, но встречаются и керамические, стеклянные варианты.

Обе поверхности пластин задействованы во время записи файлов. Шпиндель крутится на одной и той же скорости. К примеру, у терабайтного WD 3.5″ SATA 3.0 он за минуту поворачивается 7200 раз.

Данные пишутся по трекам — концентрическим дорожкам. Они поделены на сектора, которые содержат конкретный информационный объем.

Инфообмен между оперативной памятью системы и накопителем происходит поэтапно и выражен кластером. Он представляет собой целое число, состоит из цепочки расположенных последовательно секторов: 1, 2, 3, 4 и т. д.

устройство жесткого диска

Дорожки «харда», размещенные на разных частях устройства, но которые имеют один и тот же номер, называют цилиндром.

Примечание: жесткие носители бывают двух типов — внутренние и внешние. Их механическая часть практически идентична. Отличия — лишь в интерфейсе подключения и корпусе. Внутренние аппараты подключаются по SATA, а портативные — по USB. Переносные модели заключены в корпуса, которые защищают их от внешнего воздействия.

Принцип работы жесткого диска

Этот раздел тесно перекликается с предыдущим.

Информационные носители магнитного типа имеют довольно сложное строение, а вот принцип их функционирования довольно прост. Что нужно знать:

1. Двигатель, который вращает диск, включается при подаче питания на устройство и остается включенным до его снятия. Получается, если девайс включен в ПК, он работает, пока пользователь не выключит системник.

Примечание: если в разделе под названием «Power Management» в БИОСе был изменен параметр отключения HDD в случае отсутствия обращения к нему, то двигатель может выключить сама подсистема.

работа жесткого магнитного носителя информации

2. Каждая пара головок одета на «вилку», которая обхватывает каждый диск. Эта «вилка» перемещается над поверхностью. За это отвечает специальный серводвигатель — не шаговый, хотя такое заблуждение встречается довольно часто.

3. У всех хдд есть запасные сектора. Схема управления аппаратом задействует их, если повреждается какой-то из основных.

Магнитный принцип чтения и записи информации

Информация пишется на магниточувствительный материал. Такое покрытие очень тонкое (несколько микрометров) и обладает доменной структурой.

Совет: если нужен вместительный носитель, например, для видеоигр, то трехтерабайтный WD30EFRX подойдет. Он способен передавать 1200 Мбит данных в секунду.

Такой домен является малюсенького размера областью, которая содержится в ферромагнитных образцах и намагничена однородным образом. Она отделена от соседних с ней таких же зон тоненькими переходными прослойками. Их называют границами.

быстрый WD 3.5 SATA 3.0 3TB IntelliPower Red (WD30EFRX)

Винты записывают и считывают инфо по такому принципу:

  • В то время, пока действует наружное силовое поле, его линии движутся в направлении, которое соответствует доменным областям. После того, как прекращается воздействие, остаются участки, которые становятся намагниченными. За счет этого и осуществляется сохранение данных.
  • Когда записываются файлы, головка формирует наружное поле, о котором говорилось в предыдущем пункте. Когда данные прочитываются, области остаточной намагниченности, которые оказались напротив, образуют в ней электродвижущую силу.
  • Направленность ЭДС меняется за конкретный временной промежуток. Такой процесс представлен в виде единицы в двоичной системе. Если же ничего не меняется, процесс отождествляется с 0.
  • Закрепленная на кронштейне головка движется над требуемой дорожкой. Когда диск поворачивается, она размещается как раз над нужным сектором.
  • Все головки движутся в одно и то же время, при этом они считывают данные с одинаковых треков различных пластинок.

TRANSCEND 2.5

Рекомендация: если необходимо компактное переносное хранилище, подойдет вариант в обрезиненном корпусе. TS500GSJ25M3S — как раз такой.

  • Внутренняя поверхность хранилища представляется размещенными подряд точечными позициями, которые представляют собой биты информации. Так как точное их местоположение нельзя определить, чтобы записать данные, нужны метки. Они наносятся заранее и играют роль навигатора. Чтобы их создать, диск и разбивается по трекам и секторам — форматируется.
  • Организация доступа к данным, которые расположены на хдд, осуществляется благодаря передвижению головки по радиусу диска, а также за счет увеличения оборотов шпинделя.

Логическое устройство винчестера

Для начала работы с магнитным хранилищем нужно предварительно нанести навигационные метки. Нужно сделать разделы, определить объем каждого из них, другими словами, разметить тома.

Форматирование происходит всего на 2 уровнях. Первый — низкоуровневый, называется также физическим. Второй же — высокоуровневый, именуется логическим.

низкоуровневое форматирование жесткого носителя информации программой HDD LLF Low Level Format Tool

Как все происходит на 1-м уровне

В этом случае происходит деление диска на сектора, расположенные вдоль треков. Помимо этого определяются поврежденные участки, которые помечаются системой. Это нужно для того, чтобы избежать их использования при записи данных в будущем и предотвратить потерю информации.

Каждый сектор — информационная единица, у которой есть персональный адрес — путь, который содержит номера. Указывается сторона носителя магнитного типа, трек и сам сектор на нем. Это позволяет получить доступ к информационной единице.

В таком форматировании нет необходимости для владельца: HDD уже с завода поступают в подготовленном виде.

Рекомендация: для сервера необходим быстрый, надежный жесткий, вроде вместительного 843268-B21 с защитой от кибератак.

защищенный от кибератак HP 2TB SATA 7.2K LFF RW HDD (843268-B21)

Низкоуровневое форматирование требуется, если:

  • обнаружен сбой в нулевом треке, о котором свидетельствуют проблемы при загрузке с жесткого, но сам диск во это время доступен;
  • пользователь решит установить накопитель с ранее приобретенного им ПК или лэптопа в новую сборку;
  • винт был отформатирован для работы с другой ОС, например Linux;
  • Hard Drive начинает работать некорректно, и базовые методы восстановления не решают проблему.

Важно учесть, что физическое форматирование — сильнодействующей метод. При его применении информация, которая находится в памяти накопителя, стирается без возможности восстановления. Перед началом процесса лучше убедиться в том, что все важные данные перенесены на сторонний носитель.

После такого процесса необходима разметка на логические части — тома. К примеру: С — под ПО и операционку, D — под мультимедиа и прочие файлы. Том представляет собой место на накопителе, которое работает как независимое хранилище.

разметка тома в Виндовс 10

По факту, в системе установлен один девайс, но поделив его на системный и пользовательский разделы, можно отформатировать при необходимости лишь одну из частей. Например, первую — для переустановки ОС без потери пользовательских данных, или наоборот: удалить все личные документы, файлы, не затрагивая программную часть.

Второй уровень

Такое форматирование — это более простой процесс, чем низкоуровневый вариант.

Один из простых способов выполнения процедуры — это загрузить с носителя специальную программку FORMAT. Еще проще — воспользоваться базовыми инструментами WINDOWS.

  1. Войти в «Мой Компьютер».
  2. Выбрать диск, который нуждается в форматировании.
  3. Кликнуть мышкой (правая клавиша).
  4. В появившемся меню выбрать одноименный пункт.

Интересно: защита трехтерабайтного портативного HDD Armor A60 от влаги, тряски, соответствует военным стандартам.

Такой способ — самый легкий и быстрый. Он используется, когда диск нужно просто полностью очистить. Применяя специальное ПО, можно выполнить и другие операции, которые в будущем сделают работу с информационным пространством комфортнее.

высокоуровневое форматирование в Windows 10

Во время высокоуровневого процесса на магнитном носителе образуется системная зона. Она включает в себя три части:

  • сектора загрузки, а также таблицу разделов — Boot reсord;
  • FAT — это таблицы, в которых хранятся номера дорожек, секторов с файлами;
  • Root Directory — корневая папка.

Данные записываются по частям, через кластер. Накопитель может быть поделен на несколько томов или два жестких носителя можно объединить в один логический.

Совет: если необходим компактный, но вместительный внешний носитель, то настольный WDBWLG0040HBK-EESN подойдет. Он заключен в узкий 3,5” корпус, способен хранить 4 терабайта данных.

Рекомендуется создавать как минимум два раздела, но их может быть и больше. На каждый из них, исходя из общего объема накопителя, пользователь может выделить необходимое пространство. Это позволит не только хранить отдельно системные и пользовательские файлы, но отделить рабочие документы и развлекательный контент. Опять же, в случае возникновения сбоев иногда достаточно отформатировать лишь один раздел, не вмешиваясь в работу системы, и сохранить остальные данные.

SILICON POWER Armor A60 3 TB Black (SP030TBPHDA60S3K) с защитой по военным стандартам

Форматирование высокого уровня — финишная прямая. По завершению процесса HDD будет полностью готов работать.

Характеристики винчестеров

Технические показатели устройств влияют на качество их работы, долговечность, вместительность и цену. Основные — рассматриваются в таблице.

Интересно: внутренний AL14SEB030N отличается быстротой передачи информации — до 1568 мегабит в одно мгновение, а также «живучестью» — показатель наработки двигателя на отказ составляет две тысячи часов.

быстрый и долговечный TOSHIBA 2.5

APACER 2.5

Особенности современных винчестеров

Современные накопители по производительности и возможностям значительно выросли, если сравнивать с предшественникам. Так, если говорить о внутренних устройствах, то современный и уже ставший стандартом интерфейс SATA 3 демонстрирует пропускную способность в 6 Гбит/с, что в два раза выше, чем у моделей прошлого поколения, в которых использовался второй САТА.

Значительно увеличен максимальный объем пространства для хранения данных, кэш-память, что особенно важно при использовании магнитных носителей в профессиональных целях, когда речь идет о внушительном объеме информации и обработка данных ведется без остановки.

внешний накопитель StoreJet 2.5 USB 3.0 Type-C

Некоторые модели уже с завода оптимизированы под RAID-массивы (совокупность винчестеров). При создании дискового массива повышается уровень надежности хранения информации, возрастают показатели скорости считывания данных и записи файлов. Если по каким-то причинам один из накопителей придет в негодность, то информация будет находиться на втором жестком. Следует помнить, что при создании или удалении рейда, вся информация на HDD, входящих в массив, удаляется. По этой причине лучше заранее создать резерв.

Важно: все диски в массиве должны быть идентичны во избежание конфликтов комплектующих. Также стоит учесть, что понадобится внести изменения в настройки БИОС, да и материнская плата должна поддерживать возможность создания RAID.

Портативные магнитные носители также не отстают. Совместимость с более современными вариантами USB — 3.0 и 3.1 — положительно влияет на быстродействие девайса. Есть устройства, вроде этого StoreJet 2.5, с подключением по юсб Type-C. Пользоваться такими удобно: не придется подбирать подходящую сторону, чтобы воткнуть его в разъем. Объем буфера, собственно хранилища тоже увеличился.

LENOVO ThinkPad USB 3.0 Secure Hard Drive 1TB (0A65621)

Для пользователей, ведущих активный образ жизни, найдутся модели с повышенной устойчивостью к ударам. Для хранения личной информации существуют накопители типа 0A65621. Они оснащены цифровой панелью и возможностью ввода персонального пароля, без которого получить доступ к данным, хранящимся на винчестере, невозможно.

При покупке некоторых аппаратов пользователям предоставляется облачное хранилище, что позволяет моментально получить доступ к файлам из любой точки мира. Такая возможность есть у владельцев Armor A75.

Кроме того, портативные HDD можно подключать к маршрутизатору. Это дает возможность создать локальную сеть и открыть доступ к файлам для всех устройств, которые находятся внутри этой сети. За счет такой функции можно транслировать аудио- и видеоконтент, хранить на винте игры и развлекаться компанией, проходя кооперативные онлайн-хиты. Правда, это возможно, только если роутер оснащен соответствующим портом.

SILICON POWER 2.5

Строение жестких носителей представлено множеством компонентов, однако принцип работы таких хранилищ довольно прост: одна головка, которая движется по магнитным пластинам, пишет информацию, другая — считывает данные.

Чтобы выбрать хороший магнитный носитель, необходимо учитывать его характеристики. Причем не только вместительность, но и другие показатели, которые влияют на срок службы и производительность. Также при подборе подходящего HDD, следует присматриваться к проверенным брендам: реальные параметры моделей-ноунеймов часто не соответствуют заявленным, да и с гарантийным обслуживанием могут возникнуть сложности.

https://hddiq.ru/zhestkie-diski-hdd/ustrojstvo-zhestkogo-diska
https://www.moyo.ua/news/kak-rabotaet-zhestkiy-disk-hdd-ustroystvo-i-printsip-raboty-zhestkogo-diska-v-6-razdelakh.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Related Posts