Содержание
Что такое HDD, жёсткий диск и винчестер – эти слова являются разными широко распространёнными терминами одного и того же устройства, входящего в состав компьютера. В связи с необходимостью хранения информации на компьютере появились устройства, хранители информации как жёсткий диск и стали неотъемлемой частью персонального компьютера.
Ранее на первых вычислительных машинах информация хранилась на перфолентах – это картонная бумага с пробитыми дырками, следующим шагом человека в развитие компьютера появилась магнитная запись, принцип работы которой сохранён в нынешних жёстких дисках. В отличие от сегодняшних терабайтных HDD, информация для сохранения помещаемая на них насчитывала десятки килобайт, это ничтожные размеры по сравнению с сегодняшней информацией.
Для чего нужен HDD и его функционал
Жёсткий диск – это постоянное запоминающее устройство компьютера, то есть, его основная функция – долговременное хранение данных. HDD в отличие от оперативной памяти не считается энергозависимой памятью, то есть, после отключения питания от компьютера, а потом как следствие и от жёсткого диска, вся информация, ранее сохранённая на этом накопителе, обязательно сохранится. Получается, что жёсткий диск служит лучшим местом на компьютере для хранения личной информации: файлы, фотографии, документы и видеозаписи, явно будут долго храниться именно на нём, а сохранённую информацию можно будет использовать и в дальнейшем в своих нуждах.
Операционная система, чаще всего это именно Windows, тоже устанавливается в раздел жёсткого диска.
Сама информация, сохранённая на компьютерном жёстком диске совсем не обязательно должна храниться на нём вечно, а даже наоборот, по мере её ненадобности, HDD нужно от неё очищать, путём её удаления.
Распространённые названия жёсткого диска, откуда появилось название «Винчестер»
Ответ на вопрос что такое HDD можно сформулировать как накопитель на жёстких магнитных дисках, пожалуй, самая профильная формулировка, но также этот накопитель правильно называть: HMDD (hard magnetic disk drive от англ.), жёсткий диск, винчестер и разными производными.
- HDD или HMDD – здесь всё просто, перевод с английского языка – накопитель на жёстких магнитных дисках.
- Ж ёсткий диск и почему не мягкий, всё просто внутри жёсткого диска имеются пластины, они твёрдые, примерно в одно время с ним появились дискеты, у этого носителя информации, составляющей частью были гибкие (мягкие) магнитные диски – флоппи. Поэтому смех, вызванный из-за фразы: почему жёсткий диск не мягкий совершенно не обоснованный, разве только у незнающего человека.
- Само название винчестер ближе уже к профессиональному сленгу, появление данного названия наверняка, не известно, но существует наиболее популярная трактовка, которую рассмотрим ниже.
Опять для понимания появления другого имени жёсткого диска как компьютерного винчестера, нужно обратиться к истории. Винчестеры раньше имели немного больший размер чем в наше время. В 1973 году выл выпущена моделью HDD 3340, сам диск же для краткости обозначался инженерами, разработавшими его "30-30", обозначавшее 2 модуля по 30 мегабайт, что дало повод найти соотношение с американской винтовкой Winchester, у которой патроны имели созвучное название 30-30 Winchester, отсюда и его название – винчестер.
Основные моменты в работе HMDD
HDD – это устройство хранения информации по принципу магнитной записи. Информация записывается на пластины, имеющие покрытие ферримагнитным материалом, которые расположены на одной оси. Пластины называют магнитными дисками, а в самом винчестере могут использоваться несколько магнитных пластин.
Запись ровно так же, как и чтение осуществляется при помощи частей подвижной считывающей головки. Хорошим и наглядным примером работы HDD будет сравнение с работой граммофона и его пластинками, но в отличие от его иглы, которая соприкасается с грампластинкой, головка жёсткого диска делает свою работу на расстояние. Само расстояние очень мало, что сквозь воздушный зазор могут пройти частицы пыли или даже табачного дыма.
По мнению экспертов, в прокуренных и запылённых помещения жёсткие диски выходят из строя гораздо чаще.
Головка парит во время работы, а точнее её части для записи и считывания данных, но во время отключения она возвращаются к месту окончанию работы и её же начала, парковочной зоне.
Так же к немаловажной внутренней составляющей жёсткого диска относятся:
Двигатели, предназначенные для вращения магнитных пластин HDD и блок управляющей электроники – руководящий всеми процессами.
Для хранения информации HDD форматируют, то есть он разбит на равные дорожки, которые разбиваются на секторы свою очередь образующие кластеры.
Необходимо знать, что сам жёсткий диск не герметичен, а герметичен его гермоблок, вскрытие которого непременно приведёт к неработоспособности всего жёсткого диска.
Внешний и гибридный жёсткий диск
Внешние HDD ещё называют переносными, сами по себе такие носители информации являются обыкновенными жёсткими дисками, но в их основе лежит низкое электропотребление, ведь они подключаются к интерфейсам USB и IEEE 1394, а их размеры должны быть наименьшими, это: 1.8 и 2.5 дюйма. Такие переносные устройства чаще всего имеют ударозащитный корпус и выполняют роль мобильный устройств хранения данных. Как же это удобно, когда необходимости взять всю нужную информацию с собой.
К гибридным HDD относятся те накопители в состав которой входит флешь память. Такие жёсткие диски можно назвать более быстрыми в обмене данных: при записи и чтение информации.
Основные особенности жёстких дисков
Существует довольно много особенностей HDD, но для выбора или работы необходимы лишь некоторые:
1. Объём HDD и скорость вращения шпинделя
Размер памяти жёсткого диска – с увеличением размеров информации, требуется место для её хранения, поэтому размер считается одной из важнейших основополагающих HDD. Необходимо понимать, что производители жёстких дисков немного не честны к покупателям, округляя значения размера памяти: 1 килобайт равен 1000 байт, хотя на самом деле 1024 байта, поэтому заявленный размер памяти отличается от того, который имеется на самом деле.
Скорость обмена данными зависит от вращения шпинделя, на котором крепятся магнитные пластины с данными, принято считать обороты вращения в минуту:
5400 оборотов в минуту – жёсткие диски с такими оборотами вращения используются чаще всего в некоторых моноблоках и ноутбуках, низкая скорость вращения обуславливает большую вероятность безотказной работы и более низкие энергозатраты, пониженные шумовыделение и тепловыделение.
7200 оборотов в минуту – наибольшее количество компьютерных систем оборудованы именно HDD с такой скоростью вращения шпинделя, более производительны чем винчестеры с более низкой скоростью вращения шпинделя. Так как ПК имеют постоянный источник питания в отличие от ноутбуков, энергопотребление не является главной характеристикой при выборе, но их производительность будет выше при больших оборотах вращения всё того же шпинделя. Такие носители информации являются оптимальными для большинства компьютеров.
10000 и 15000 оборотов в минуту – такие винчестеры имеют наибольшую производительность, но их надежность ставится по сомнение, ведь такие большие обороты вращения обуславливают излишний нагрев пластин, механический износ, повышенное энергопотребление и уровень шума скорее всего будет выше.
Существуют и другие скорости вращения, но они не столь популярны чем описанные выше или уже совсем не используются в современных компьютерных системах.
2. Рамер кеш-памяти HDD
Кеш-память (cache memory англ.) работает по принципу оперативной памяти (буфера памяти), используется для хранения часто используемых данных и хранения информации которая пока ещё не передана жёсткому диску, но вот-вот будет на нём.
В современных винчестерах кеш-память имеет размер 8, 16, 32 и 64 мегабайта, что обуславливает производительность жёсткого диска, хотя не всегда используется в полной мере, поэтому кеш-память может быть 16 мегабайт, а в работе разницы от памяти 32 мегабайта можно совсем и не заметить.
3. Популярный HDD интерфейсы подключения
Интерфейс необходим для обеспечения взаимодействия HDD и системной платы ПК.
ATA/PATA (IDE) – этот параллельный интерфейс служит не только для подключения жёстких дисков, но и устройств для чтения дисков – оптических приводов. Ultra ATA является самым продвинутым представителем стандарта и имеет возможную скорость использования данных информации до 133 мегабайт в секунду. Указанный способ передачи данных считается сильно устаревшим и в сегодняшние дни используются в устаревших компьютерах, на современных системных платах разъёма IDE уже найти не получится.
SATA (Serial ATA) – представляет из себя последовательный интерфейс, который стал хорошей заменой для устаревшего PATA и в отличие от него имеется возможность для подключения только одного устройства, но на бюджетных системных платах, имеется несколько разъёмов для подключения. Стандарт подразделяется на ревизии, имеющие разные скорости передачи/обмена данных:
- SATA имеет скорость обмена данных возможную до 150 Мб/с. (1.2 Гбит/с);
- SATA rev. 2.0 – у данной ревизии скорость обмена данными в сравнение с первым SATA интерфейсом выросла в 2 раза до 300 МБ/с (2,4 Гбит/с);
- SATA rev. 3.0 – обмен данных у ревизии стал ещё выше до 6 Гбит/с (600 МБ/с).
Все вышеописанные интерфейсы подключения семейства SATA взаимозаменяемы, но подключив, например, жёсткий диск с интерфейсом SATA 2 в разъём материнской платы SATA, обмен данных с жёстким диском будет проходит на основе самой старшей ревизии, в данном случает SATA ревизии 1.0.
USB (Universal Serial Bus) – этот интерфейс и служит он для обмена/передачи данных с различных подключаемых к компьютеру устройств, в том числе и переносных жёстких дисков. В отличие от работы жесткого диска в других интерфейсах, данный, поддерживает извлечение устройства во время работы ПК, исключая возможность потери уже сохранённой информации. У USB rev 3.0 скорость обмена данных возросла до 380 Мб/с, а это 4,8 Гбит/с.
К другим интерфейсам подключения HDD относятся:
SCSI – стандарт имеющий, а возможно и ещё имеющий применения в серверных версия вычислительных устройств.
SAS – стандарт являющейся заменой SCSI и имеет совместимость со стандартом SATA, но тут важно понимать, что подключить винчестер SATA интерфейса можно нему, но никак не наоборот.
IEEE 1394 (FireWire) – используется для подключения различных устройств мультимедиа и как правило реже для переносных жёстких дисков.
Также существуют такой стандарт как Thunderbolt – возможность обмена данных доступна до 10 Гбит/с, так же возможно единовременное соединение со множеством устройств, при поддержке разных протоколов и горячее отключение.
4. Наиболее популярные форм-факторы жёстких дисков
Технологии постоянно совершенствуются, то же происходит и с жёсткими дисками, и на момент публикации статьи широкое применение имели жёсткие диски с форм-факторами (габаритами) 2.5 и 3.5 дюйма. Фактором для применения является место их установки, в ноутбуке устанавливаются более меньшие по габаритам HDD, а в домашнем компьютере, где размеры не ограничиваются корпусом и энергопотреблением 3.5 дюйма.
Так же существуют и другие размеры винчестеров, но они илу уже устарели, такие как 5.25 и 8 дюймов или еще не получили широкого применения. Для внешних жёстких дисков подойдёт лучше именно HDD с размером корпуса 2.5 или 1.8 дюйма, менее энерготребовательны и более компактны.
К особенностям HDD также относятся: время наработки на отказ, ударостойкость и уровень шума .
RAID — это дисковый массив жёсткого диска
Установив в компьютер 2, 4 – несколько HDD, работать они будут независимо друг от друга, но если воспользоваться возможностями RAID, можно обеспечить или более высокую скорость обмена данных или же более высокую надёжность хранения информации, а также существует возможность объединить эти преимущества.
- RAID 0 – дисковый массив, служащий для увеличения скорости чтения и записи, позволяет объединить в себе до четырёх жёстких дисков, которые будут являться одним целым пространством, сама информация разбивается на части и записывается на разные винчестеры практически одновременно, поэтому при выходе из строя хотя бы одного HDD, информация может пропасть навсегда. Данный недостаток компенсируется высокой скоростью обмена данных.
- RAID 1 – зеркальный дисковый массив, ориентированный на высокую надёжность хранения данных, важно, чтобы пары винчестеров были идентичны, впрочем, как и при RA >RAID 0 + RAID 1 , подходящий как для дублирования информации, так и распределения её по памяти информационных носителей. Для такого массива нужно не мене двух пар идентичных жёстких дисков, и дополнительное охлаждение, что ещё более увеличит уровень шума.
Что такое HDD – в материале статьи описано довольно чёткое понятие этого термина, основы работы и его устройство. Жесткий диск с каждым годом модернизируется и совершенствуется: увеличиваются размеры памяти, понижается энергопотребление и скорость обмена данными так же увеличивается, а хорошим примером служит гибридный винчестер. Альтернативным вариантом для хранения информации на компьютере является твердотельный накопитель, который можно установить на один компьютер вместе с жёстким диском обеспечив преимущества SSD и HDD.
На самом деле винчестером называлась американская винтовка, которую использовали во времена Дикого Запада. Эта информация многим покажется удивительной, ведь металлическая коробка с магнитными дисками вряд ли может хоть как-то сравниться с огнестрельным оружием.
Накопитель же был назван винчестером благодаря американской фирме IBM, выпустившей в 1973 году жесткий диск. Специалисты компании, работавшие над подобной продукцией, создали модель 3340. Она впервые содержала дисковые пластины и считывающие головки в едином корпусе. Они не касались друг друга благодаря прослойке из набегающего потока воздуха, образуемого при быстром вращении. Работая над устройством, инженеры применяли внутреннее название – «30-30». Эти цифры говорили о наличии 30 секторов и дорожек.
В те времена в США выпускали охотничье ружье Winchester. Оно заряжалось патронами, имевшими калибр 7,62 мм. Маркировка этого патрона была следующая: Winchester 30-30. Цифры, содержащиеся в этой маркировке, совпадали с рабочим названием, которое было дано жесткому диску. Продолжив аналогию, свою разработку инженеры тоже стали называть винчестером.
Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD),жёсткий диск , в компьютерном сленге « винчестер » — запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.
Первый в истории жёсткий диск был представлен на 15 лет раньше дискеты – в 1956 году. Эпоху HDD открыла модель IBM 305 RAMAC ( Random Access Method of Accounting and Control ). В основе ее конструкции лежали пятьдесят алюминиевых пластин диаметром 24 дюйма (или 61 см). Внешне IBM 305 RAMAC напоминал огромный шкаф. Весил он соответствующе: его масса составляла почти тонну.
Принцип работы устройства был основан на магнетизме. Да и в целом жёсткий диск работал подобно магнитной ленте. На каждую из сторон алюминиевой пластины наносилось металлическое напыление – ферромагнетик. Запись информации производилась путем намагничивания определенных областей (доменов) на пластине, а чтение – через фиксирование остаточного магнитного поля. При этом считывающая головка свободно перемещалась по поверхности, что обеспечило феноменальную для того времени скорость чтения данных. Извлечь необходимую информацию можно было всего за 600 миллисекунд.
Главным недостатком IBM 305 RAMAC было то, что устройство вовсе не отличалось надежностью. Проблема крылась в хрупкости движущейся головки, которая часто перегревалась и выходила из строя. К тому же быстро изнашивались алюминиевые пластины.
Стоимость одного мегабайта в IBM 305 RAMAC достигала отметки в 10 тысяч долларов. Несмотря на дороговизну, IBM удалось продать около тысячи таких устройств. Выпускался этот жёсткий диск на протяжении 5 лет, и лишь в 1961 году компания IBM приняла решение свернуть производство.
На смену 305 RAMAC пришла модель IBM 1301 . По сути она представляла собой доработанную версию 305 RAMAC. В IBM 1301 применялись такие же алюминиевые пластины, а проблема перегрева считывающей головки была решена с помощью технологии Air Bearing. Смысл этой технологии заключался в том, что считывающая головка больше не соприкасалась с поверхностью пластин: между ними было 0,5 мкм воздушного пространства.
IBM 1301 отличался более высокой скоростью работы в сравнении с 305-й моделью. Время доступа к нужным данным сократилось в 5 раз и составляло 180 миллисекунд. При этом ёмкость диска также увеличилась и составляла уже 28 Мбайт, что почти в 6 раз больше, чем аналогичный показатель IBM 305 RAMAC.
После IBM 1301 последовал выпуск модели с индексом 1311 . Это был первый HDD со съемными дисками. Он состоял из 14 пластин, а его ёмкость составляла 2,6 Мбайт. Устройство уже не было таким массивным, как предшественники. Модель оказалась настолько успешной, что IBM не снимала ее с конвейера вплоть до 1975 года.
Однако прародителем современных жёстких дисков считается устройство IBM 3340 , увидевшее свет в 1973 году. Это был первый девайс, в котором применялся специальный микрочип для управления вращением дисков и перемещением считывающей головки.
Также в конструкции этого HDD применялись более легкие и аэродинамические пластины, которые помещались в герметичный корпус. Таких пластин в IBM 3340 было две, при этом одна из них была съемной. Объем каждой пластины равнялся 30 Мбайт.
По этой причине в маркировке жёсткого диска обычно указывалось « 30-30 », что вызывало ассоциации с легендарной винтовкой Winchester 30/30 . Вскоре название «винчестер» прочно закрепилось за IBM 3340, а после – и за другими жёсткими дисками.
В 1980 году IBM представила миру жёсткий диск IBM 3380 . Это было первое в своем роде устройство, которому покорился гигабайтный рубеж. Ёмкость такого диска составляла 2,52 Гбайт. А скорость передачи данных достигла 3 Мбайт/с.
Стоит отметить, что все выпущенные до этого времени жёсткие диски компании IBM предназначались для использования в промышленных масштабах. И только в 1980 году компания Seagate выпустила первый HDD для домашних компьютеров. Модель получила название ST-506 . Она была исполнена в 5,25" форм-факторе, а ее объем составлял 5 Мбайт. Стоило такое устройство внушительные $1500. Ну а спустя год появилась более быстрый и ёмкий накопитель с интерфейсом Seagate ST-412 , который устанавливался в компьютеры IBM PC/XT.
Переход на форм-фактор 3,5" состоялся в 1983 году, когда небольшая шотландская компания Rodime представила устройство RO351 с объемом 6,38 Мбайт. А первый девайс с форм-фактором 2,5" был выпущен американской компанией PrairieTek в 1988 году. В том же году появился и 63-мегабайтный 2,5" винчестер Toshiba Tanba-1 , предназначенный для установки в ноутбуки.
В 90-х годах на развитие жёстких дисков оказали влияние две новые технологии, разработанные компанией IBM. Первая из них – это магнитные головки на гигантском магниторезистивном эффекте. Эта технология позволила достичь более высоких показателей плотности записи – до 2,7 Гбит на квадратный дюйм. Второй инновационной технологией был новый способ форматирования пластин под названием No-ID. Его суть заключается в том, что идентификационная информация сектора хранится не на поверхности диска, а в постоянной памяти жёсткого диска. Это позволило повысить плотность записи еще примерно на 10%.
Не забывали производители и об увеличении скорости работы жёстких дисков. Долгое время стандартной скоростью вращения шпинделя являлся показатель 5400 оборотов в минуту, затем он несколько увеличился и равнялся уже 7200 об/мин. Периодически на рынке появлялись устройства, которые обладали более внушительными показателями. Так, в 1999 году компания Seagate представила линейку быстрых жёстких дисков Cheetah . Их высокая производительность обеспечивалась скоростью вращения шпинделя, равной 15000 об/мин, что более чем в 2 раза превышало стандартный показатель. Объем такого устройства составлял 36 Гбайт.
Намного более популярной стала серия винчестеров под названием Raptor компании Western Digital. Изначально эти жёсткие диски разрабатывались для использования в серверных системах, однако затем прочно закрепились в сегменте игровых компьютеров. Пластины модели Western Digital Raptor вращались несколько медленнее, чем в Seagate Cheetah. Скорость вращения шпинделя составляла «всего» 10000 об/мин, однако этого было более чем достаточно, чтобы оставлять обычные жёсткие диски в плане производительности далеко позади. К сожалению, линейка WD Raptor не отличалась надежностью.
В конце 2005 года был освоен метод перпендикулярной записи. До этого момента абсолютно все жёсткие диски работали по методу параллельной записи. В чем же была суть новой технологии? При использовании параллельной записи магнитные частицы располагаются таким образом, что вектор магнитной направленности проходит параллельно плоскости пластины. Такой подход наиболее простой, однако у него есть один недостаток: между доменами (минимальными ячейками информации) требуется наличие довольно больших буферных зон для снижения сил взаимодействия между ними.
Напротив, при использовании метода перпендикулярной записи вектор магнитной направленности располагается уже перпендикулярно поверхности диска, что значительно снижает силы взаимодействия. Следовательно, уменьшается и необходимый размер буферных зон. Это позволяет увеличить плотность записи.
Благодаря методу перпендикулярной записи индустрии жёстких дисков покорился терабайтный рубеж: в 2007 году компания Hitachi представила первую в мире модель The Deskstar 7K1000 объемом 1 Тбайт.
Несмотря на то что твердотельные накопители занимают все большую и большую часть рынка хранилищ данных, технологии жёстких дисков вовсе не уходят на второй план и продолжают совершенствоваться. Так, очень перспективно выглядит технология компании Western Digital под названием HelioSeal , которая предусматривает использование гелия вместо воздуха внутри корпуса винчестера. Благодаря тому что гелий легче воздуха, внутри HDD создается идеальная среда для движущихся с высокой скоростью пластин. Кроме этого, снижаются вибрации между пластинами и считывающей головкой.
Первые «гелиевые» жёсткие диски были представлены в конце 2013 года под названием Ultrastar He6 . А в начале декабря компания Western Digital объявила о выпуске обновленной линейки устройств Ultrastar He10 . Эти девайсы используют метод перпендикулярной записи, а их плотность составляет 816 Гбит на квадратный дюйм. Ёмкость модели Ultrastar He10 составляет 10 Тбайт.
Ещё одной интересной технологией является Seagate SMR ( shingled magnetic recording ) – метод перпендикулярной записи с перекрытием дорожек. В отличие от обыкновенного перпендикулярного подхода, где дорожки информации расположены бок о бок, в технологии SMR дорожки перекрывают друг друга, образуя что-то, напоминающее черепичную крышу. Применение SMR позволяет повысить плотность записи примерно на 25%. Кстати, Seagate и Western Digital уже взяли на вооружение данную технологию.
Также в ближайшем будущем планируется наладить производство жёстких дисков с применением технологии HAMR (Heat-assisted magnetic recording), которая сочетает в себе магнитное чтение и магнитооптическую запись. Принцип ее работы заключается в том, что запись информации осуществляется путем нагревания домена лазером и перемагничиванием. Такой подход позволит еще больше увеличить плотность записи. По прогнозу компании Seagate, объем классических 3,5" жёстких дисков с применением технологии HAMR в отдаленной перспективе сможет достичь отметки в 50 Тбайт. Ну а первые HAMR HDD должны появиться уже в 2020 году.
Впервые публикация появилась в Geektimes.Ru,
Также использованы материалы Ru.Wikipedia.Org.
