Жесткий диск hdd

Алан-э-Дейл       26.04.2022 г.

Что такое жёсткий диск?

Жёсткий диск, иначе называемый HDD (Hard Disk Drive), НЖМД (накопитель на жёстких магнитных дисках) или винчестер, — это универсальное устройство для хранения, миграции, планового и экстренного использования цифровых данных. На сегодня, несмотря на появление более прогрессивных и надёжных видов носителей, жёсткие диски по-прежнему занимают лидирующую позицию в этой области, и, вероятно, в ближайшие несколько лет ситуация не изменится.

Винчестер

В самом первом компьютере никаких жёстких дисков не было; первая модель, огромная, весящая чуть меньше тонны, появилась в 1956 году в США. Со временем размеры HDD уменьшались, производительность и ёмкость — увеличивались, а требования к материалам изготовления становились жёстче. Так, спустя полвека, и появились современные винчестеры — лёгкие и удобные, в достаточной степени защищённые от механических повреждений.

Жёсткими диски, на которых хранится информация, называются потому, что данные записываются не на гибкий магнитный слой, как в дискетах, а на твёрдые пластины, состоящие:

  • из основы из чистого, лишённого магнитных свойств стекла или алюминия;
  • и покрытия-ферромагнетика, в большинстве случаев — оксида хрома; на нём и сохраняется цифровая информация.

Теперь — несколько слов о названиях

Самое точное и наиболее редко встречающееся на практике (НМЖД) акцентирует внимание на фактическом наличии в винчестере нескольких магнитных дисков. Так оно и есть; современные накопители высокой ёмкости оснащены двумя, тремя или более «пластинками», посаженными на общую ось и обслуживаемыми каждая своей считывающей головкой, удерживаемой от непосредственного контакта с ферромагнетиком за счёт возникающей во время вращения воздушной подушки

Во время простоя эти головки отводятся в безопасную позицию, в которой просто не могут соприкасаться с дисками.

Второе по популярности наименование жёсткого диска (HDD), используемое, в частности, в названии программы Victoria HDD, означает точно то же самое; иногда оно заменяется русской калькой ХДД; главное её преимущество — отсутствие необходимости переключаться с кириллицы на латиницу и обратно.

Наконец, наименование «винчестер» обязано своим появлением рабочему названию разрабатываемой в 1970-х годах инженерами IBM модели с условным наименованием «30/30», совпавшим с одним из разработанных Winchester калибром патронов. Этот вариант почти совершенно вышел из употребления в европейских и американских странах, однако упорно сохраняется в СНГ — иногда сокращаясь до не менее известного пользователю «винта».

Нюансы выбора

HDD

Кроме выбора по объему и цене, у жестких дисков нужно обратить внимание на ряд параметров.

Первое — это скорость вращения шпинделя: скоростные на 7200 оборотов лучше всего подойдут под систему, игры; диски с 5400 об/мин удобнее для хранения файлов.

Также HDD отличаются по позиционированию: для ПК, NAS, серверные и для систем видеонаблюдения. В принципе любые диски с интерфейсом SATA можно поставить в ПК, но специализированные будут стоить немного дороже.

У компании WD предусмотрена даже цветовая дифференциация дисков.

Обратите внимание, что HDD формата 2,5” хоть традиционно и устанавливаются в ноутбуки, но их можно поставить и в ПК, если цена будет меньше, то почему бы и нет.

При наличии в сборке SSD накопителя, вместо внутреннего HDD можно приобрести внешний вариант с подключением через USB 3.0. В скорости вы при этом не теряете, подключать можете по необходимости и легко пользоваться файлами на любом ПК или ноутбуке.

SSD

Большое влияние на выбор, а также и на его цену, оказывает используемый контроллер.

Одинаковые по характеристикам накопители в зависимости от контроллера будут отличаться по своим возможностям – требуется ли для работы микросхема буферной памяти или нет; имеется поддержка PCI-E или только SATA; количество ядер, каналов, технологии коррекции ошибок, отработка команды TRIM и т.д.

Все это будет влиять на скоростные характеристики. Как правило, производитель указывает максимальные скорости, достигнутые в идеальных условиях. Как они изменяются при заполнении накопителя более 50%, на сколько просядет скорость записи после заполнения буфера или после удаления большого объема файлов – в этом различия накопителей разных моделей.

В бюджетных накопителях можно встретить контроллеры JMicron, предназначенные для шины SATA. JMF670H – одноядерный процессор, работает только с памятью MLC, для него требуется отдельная микросхема буферной памяти.

Обзор и тест SSD Transcend SSD340K TS256GSSD340K

Еще один бюджетный производитель — компания Silicon Motion, выпускающая весь набор для сборки SSD. Контроллеры с поддержкой SATA — SM225х и с поддержкой PCI-E — SM226х, а также SM227х для корпоративной среды. Очень распространённые контроллеры среди всех брендов, занимающихся выпуском SSD.

Обзор и тест NVMe SSD накопителя ADATA XPG GAMMIX S11 Pro 512GB

У компании Marvell модельный ряд контроллеров более разнообразен. 88SS10хх и 88SS11хх поддерживают как SATA, так и PCI-E интерфейсы. Самые современные модели 88SS132х поддерживают PCIe Gen4. Данный производитель отметился высоким качеством и надежностью, накопители на данных контроллерах можно брать без сомнений, они подразумевают высокий уровень производительности.

Phison – данные контроллеры хорошо известны пользователям и широко распространены. Хоть и относится к бюджетным, но достаточно надежный и проверенный производитель.

Модели с поддержкой только SATA — серия PS3111x-S1x, PCIe 3.0 – PS50xx-Ex, и PCIe 4.0 — PS501x-E1x. Контроллеры успешно развиваются, совершенствуются, активно наступают на пятки более именитым производителям.

Обзор M.2 NVMe-накопителя Corsair Force Series Gen.4 PCIe MP600 500GB

Ранее очень известные контроллеры SandForce, уже не выпускаются. Компанию купила Seagate  выпускает собственные контроллеры для своего производства.

Компания Toshiba, купившая бренд OCZ, выпускает собственные контроллеры на основе модификаций от Marvell, Phison или SandForce. Самостоятельно выпускает накопители под брендом Toshiba или OCZ- добротные и надежные решения.

Обзор и тестирование SSD-накопителя Toshiba TR200 емкостью 240 ГБ

Также модификацией сторонних контроллеров занимается компания Intel.

Ну и самый предпочтительный на сегодня вариант SSD накопителей, может считаться эталонным, к которому стремятся прочие производители – Samsung. Собственные контроллеры – Polaris и Phoenix, самостоятельное производство, быстродействующие и надежные

Если бюджет позволяет, то на них стоит обратить внимание в первую очередь.

Многие производители оснащают свои накопители формата М.2 радиаторами для отвода тепла, также радиаторы для данного слота могут присутствовать на материнских платах.

Обзор NVMe-накопителяWestern Digital Black SN750 объемом 500 Gb

В обзорах обращаем внимание на минимальные скорости при линейной записи. В бюджетных накопителях она может просаживаться после заполнения буфера до пропускной способности памяти 100-200 Мб/сек, что соответствует скоростям HDD

На скрине ниже мы видим как 1600 превращается в 200 Мб/сек.

Обзор и тестирование накопителя Goodram PX500 NVMe PCIe Gen 3 ×4 на 512 ГБ

Перспективы развития HDD

Спрос на хранение больших массивов данных постоянно увеличивается, и потребность в HDD в ближайшие 10–15 лет будет сохраняться на достаточно высоком уровне. 

Кроме того, есть методы, которые отчасти нивелируют некоторые недостатки HDD. Например, RAID-массивы для ускорения работы и повышения надёжности. Также существует специальное ПО, позволяющее сочетать накопители разных типов, в том числе HDD и SSD. 

Технология HDD применяется как в обычных домашних компьютерах, так и в дата-центрах. Например, в серверном оборудовании REG.RU мы используем только производительные HDD и SSD. Кроме того, мы постоянно обновляем парк наших устройств (сейчас в нём более 7 500 жёстких дисков и 4 500 твердотельных накопителей), чтобы у пользователей всегда было самое свежее железо. Также мы: 

— Используем подходящий тип дисков для каждой задачи. Для хранения — HDD, для файлов, к которым нужно обращаться часто, — SSD. 

— Применяем технологии дисковых массивов для увеличения производительности, надежности и объёма. Например, RAID 1 для повышения надёжности накопителей или RAID 0 для увеличения скорости. 

— Мониторим состояние накопителей на серверах REG.RU. Наш основной инструмент — встроенная утилита самодиагностики дисков S.M.A.R.T. Именно по её показаниям можно спрогнозировать оставшийся ресурс накопителя. Отслеживаемые параметры для жёстких дисков и твердотельных накопителей несколько отличаются. Общими показателями для них являются температура (Airflow_Temperature_Cel) и количество ошибок чтения (Raw Read Error Rate). 

— Следим за новинками индустрии и предлагаем самые современные решения.

 Закат эпохи HDD возможен, если совпадут два ключевых фактора: 

1. Цена гигабайта SSD сравняется или станет ниже цены гигабайта HDD. 

2. Весь развлекательный контент (фильмы, сериалы, игры и другое) окончательно переедет в облака, и пользователям не понадобится хранить локально большие массивы данных. Однако все эти облачные массивы всё ещё будет необходимо где-то хранить глобально. Поэтому при таком сценарии возможно исчезновение жёстких дисков с рынка потребительской электроники, но сохранение сильных позиций в дата-центрах. 

Так что,  несмотря на то, что SSD за последние 10 лет существенно сбросили в цене, а облачные сервисы привлекают своей простотой и удобством всё больше пользователей, как технология жёсткие диски будут актуальны ещё долгое время!

⌘⌘⌘

Windows 7 не видит винчестер

Но бывают случаи, когда жесткий диск видим для BIOS, а операционная система не загружается либо идет постоянная перезагрузка Windows. В каких случаях это происходит? Тогда, когда при работе с операционной системой произошло удаление одного из системных файлов или при перезаписи произошла ошибка, и файл читается неправильно. Также может произойти физическое повреждение винчестера, царапина или скол поверхности диска. Если в этом месте находился один из системных файлов, то операционная система не сможет его прочитать и выдаст, как говорят системные администраторы, синий экран смерти, который предлагает перезагрузить систему. Если ошибка повторится, то лучше обратиться к системному администратору. Иногда такие программные ошибки достаточно легко исправить без переустановки операционной системы. Но случается так, что они являются фатальными, и исправить их можно только с помощью полной переустановки системы. Для решения такого рода проблем обычно используют системные утилиты, которые занимаются восстановлением программных ошибок. Что это за программы?

Характеристики жестких дисков

Если с устройством жестких дисков, надеюсь, вам стало понятно, то для полноты картины осталось рассмотреть вопрос основных характеристик HDD.

1. Форм-фактор. Слова страшные, а по сути означают только лишь физический размер диска. Для стационарных компьютеров он обычно составляет 3,5 дюйма, для ноутбуков меньше, всего 2,5 дюйма

2. Емкость. Это по сути тот размер, сколько данных может хранить жесткий диск. Сегодня, диски измеряются в гигабайтах и террабайтах.

3. Скорость вращения шпинделя. Эта как раз та самая скорость, с которой крутятся блины. Обычно это 5400 для ноутбуков и 7200 для обычных компьютеров. Бывают и другие скорости, но в домашнем использовании они просто не нужны.

4. Уровень шума. Тут, вероятно, вы можете и сами догадаться о чем идет речь. Есть весьма громкие винчестеры, обычно самые простые, а есть и более тихие.

5. Ударостойкость или в простонародье живучесть. По сути, обозначает какие перегрузки может выносить жесткий диск без повреждения данных. Тем не менее, крайне не советую проверять это характеристику.

6. Интерфейс доступа. Интерфейс определяет разъемы, которые используются для подключения дисков к компьютеру. Раньше практически все HDD для домашних компьютеров были IDE, сегодня же в основном речь идет о SATA. В случае внешних дисков обычно USB. Стоит знать, что в реальности разъем самого диска не USB, просто внутри коробочки используется переходник с контроллером.

7. Срок годности. В данном случае подразумевается не только хранение, но и то время, сколько можно использовать диск до возникновения проблем. К примеру, 100000 часов.

Существуют и другие характеристики, однако они несут более технический характер, поэтому в данной статье я их опущу.

Теперь, вы больше знаете о том, что такое жесткий диск, как он устроен и какие его основные характеристики.

  • Что такое оперативная память (для новичков)?
  • Что такое Интернет?

Скорость функционирования

Какой жесткий диск лучше по скорости, зависит от вращения шпинделя. Это параметр, о котором не рекомендуется забывать. Данный элемент является механической деталью, поэтому в конструкции твердотельных устройств он отсутствует. Такая комплектующая определяет скорость функционирования устройства, где вращение измеряется в оборотах в минуту.
 
Сейчас производители выпускают приспособления двух наиболее популярных типов. Это винчестеры со скоростью 5400 об/мин и устройства с 7200 об/мин

Второй вариант более производительней, что видно и так.
Но при покупке нужно принять во внимание еще уровень шума и потребление энергии. 
 
В данном параметре выигрывают модификации первого типа. Хоть их скорость и меньше, но во время работы устройства на 5400 об/мин:

  • не шумят;
  • не перегреваются;
  • меньше потребляют ресурсов.

Такой вариант актуален и для ноутбуков. Но какой жесткий диск надежнее, решать каждому самостоятельно, учитывая собственные пожелания.


 

В некоторых моделях скорость вращения варьируется в пределах 10-15 тысяч об/мин. Но такая вариация актуальна только при очень активном использовании техники. Это чаще нужно для серверов и профессионального применения.
 
Жесткий диск, имеющий большой объем, еще не гарантирует быструю загрузку программ. Единственное – диск вмещает значительное количество данных. За скорость работы отвечает скорость самого винчестера, но емкость одновременно имеет косвенное влияние. С увеличением объема памяти повышается плотность записи, что приводит к уменьшению прочтения блока информации.
 Интересно будет узнать «Western Digital представили две новых серии твердотельных накопителей».
 Производительность винчестера определяется скоростью, с которой выполняется чтение и запись за секунду, что измеряется в Мб. Также учитывается и время доступа к информации.
 
Современные модели имеют скорость, варьирующуюся в диапазоне 150-200 Мб/сек и выше. Для тяжелых программ (редакторов видео и изображений) нужен параметр побольше. В противном случае винт функционирует медленно, а время отклика на каждый запрос увеличивается. Обычно скорость модели не прописывается. Такой параметр легко посмотреть в Интернете по конкретной модификации, что позволит более точно определить с приобретением.
 
Некоторые образцы отличаются наличием технологии NCQ – встроенной очереди команд. Такая опция не повышает производительность и скорость харда, но позволяет запомнить алгоритм, по которому система обращается к приспособлению. Когда происходит ситуация повторно, то снижается время на поиск информации.

Интерфейсы жестких дисков

Развитие интерфейсов винчестеров шло двумя параллельными путями: дешевым и дорогим. Дорогое решение заключалось в создании на плате самого винчестера отдельного интеллектуального контроллера, который бы брал на себя значительную часть работы по взаимодействию с винчестером. Результатом этого подхода явился интерфейс SCSI, который быстро завоевал популярность на рынке серверов. Одним из преимуществ этого подхода являлась возможность подключения к компьютеру значительного для того времени количества устройств, требующих для своей работы широкого канала передачи данных.

Простое и дешевое решение — переложить значительную часть операций по вводу-выводу на центральный процессор. У этого решения вполне очевидный недостаток: снижение общей вычислительной мощности системы, особенно заметное при многозадачной работе. А в те времена, когда процессоры не были такими мощными, это сильно ограничивало возможности, в частности, файловых серверов. Результатом воплощения в жизнь этого подхода явился широко распространенный интерфейс IDE.

Этот интерфейс был сравнительно дешев и, хотя не был самым производительным, полностью вытеснил другие интерфейсы с рынка дешевых и недорогих систем. Он постепенно развивался, и со временем появились стандарты UDMA, существенно ускоряющие работу винчестеров, интерфейсы IDE стали более интеллектуальными. А так как производительность процессоров росла быстрее производительности винчестеров, то ограничения интерфейса IDE играли все меньшую роль.

Тем самым на сегодня мы имеем два типа винчестеров: высокопроизводительные SCSI и “ширпотреб” IDE. Принципиальных различий в устройстве самих винчестеров SCSI и IDE нет, но исторически сложилось так, что SCSI рассчитан на сегмент дорогих серверных решений, поэтому в среднем он быстрее и, как следствие, существенно дороже.

Пропускная скорость SCSI значительно выше IDE, целых 160 Мб/с. А IDE работает со скоростью 33,66 и 100 Мб/с. Соответствующие стандарты называются ATA/33, ATA/66 и ATA/100.

Теория происхождения названия «Винчестер»

Я уже слышу вопрос «А почему же его называют винчестером? Это же стрелковое оружие!». Действительно, что может быть общего у устройства хранения информации и ружьем? Дело в том, что в 1973 году небезызвестная компания IBM выпустила жесткий диск модели 3340, но для созвучия его стали именовать просто «30-30», что означало два модуля по 30 мегабайт каждый.

Руководитель Кеннет Хотон нашел созвучие 30-30 в знаменитой винтовке. Дело в том, что патроны к этой винтовке имели такую же маркировку 30-30, где первая цифра означала размер калибра в дюймах (0.30 — 7,62 см), а вторая цифра означала вес пороха в гранах (это не опечатка, а мера веса), который засыпался патрон (30 гран — это примерно 1,94 грамма).

Для удобства и решено было использовать такое название в качестве сленга. Правда у американцев этот сленг уже давно не используется, а у нас еще пока не вышел из обихода, хотя чаще его можно слышать в сокращенной названии «Винт».

Логическая структура и принцип работы жесткого диска

При описании логической структуры внимание фокусируют на форматировании, которое может быть:

  1. Высокоуровневым или логическим.
  2. Низкоуровневым или физическим.

Высокоуровневое форматирование призвано использовать системную область, состоящую из:

  • корневого каталога;
  • таблицы размещения файлов;
  • таблиц разделов;
  • загрузочного сектора.

Запись данных выполняется частями с параллельным созданием отдельного, защищенного логического раздела. Поэтому при возникновении общих ошибок записанная таким образом информация не повреждается.

Низкоуровневое форматирование основано на физическом воздействии на поверхность диска, в результате которого образуются расположенные вдоль дорожек секторы. Каждый сектор имеет уникальный адрес, состоящий из номеров сектора, дорожки, стороны пластины. При считывании оперативная память обращается сразу по этому адресу, за счет чего достигается быстродействие.

Надёжность жёстких дисков

Жёсткий диск – достаточно сложный элемент компьютера, так как является электронно-механическим изделием и ко всему прочему работает при больших физических нагрузках. Механические элементы не вечны, и стоит чётко понимать, что винчестер рано или поздно выйдет из строя. Поэтому, чтобы не потерять важные данные, мы настоятельно рекомендуем делать резервную копию информации. Если жёсткий диск выйдет из строя, вы сможете купить новый и записать данные из back-up. Всегда стоит помнить один важный момент: с ростом ёмкости жёсткого диска и, соответственно, объёма информации на нём возрастают требования к резервированию данных, back-up попросту становится больше.

Надёжность жёстких дисков измеряется временем наработки на отказ (Mean Time Between Failures). Параметр MTBF для каждой модели винчестера можно найти на сайтах производителей. Как правило, большинство жёстких дисков имеют сопоставимый уровень MTBF, исключение составляют серьёзные Enterprise и серверные решения.

Контролировать состояние жёсткого диска можно при помощи технологии самотестирования, которую разработали производители винчестеров. S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technolodgy) заключается в том, что жёсткий диск самостоятельно мониторит состояние своей работоспособности и заранее предупреждает пользователя о возможных ошибках и серьёзных последствиях.

Устройство жесткого диска компьютера

Жёсткий диск представляет собой несъёмный блок, который через интерфейсный разъём может обмениваться данными. Здесь имеются диски, на которых содержится информация, микросхемы для управления его работой, а также двигатели, обеспечивающие вращение. Корпус блока делают из анодированного алюминия.

В нём ведётся запись на алюминиевые или стеклянные диски, которые покрыты ферромагнитным материалом. В этой роли чаще всего используется диоксид хрома. Расстояние межу поверхностью считывающей головки равно 10 нанометров. Механический контакт между ними отсутствует, что обеспечивает долгий срок службы винчестера. Обычно в одном устройстве используется несколько параллельно расположенных дисков. Это очень чувствительное устройство, которое может выйти из строя даже при очень небольших сотрясениях.

Жёсткий диск также содержит электронную плату, которая управляет записью, хранением и чтением информации. Имеется два разъёма: для питания и для SATA-интерфейса. Плата обеспечивает совместное функционирование с другими узлами персонального компьютера. Основную роль в ней играет микроконтроллер, который управляет работой узла. С магнитной головки поступает аналоговый сигнал, который преобразуется в цифровой вид. При выполнении записи происходит обратная операция.

На плате имеется микросхема памяти. Она обеспечивает работу кэша жёсткого диска. Контроллер VCM непосредственно управляет действиями магнитной головки. Здесь присутствует датчик вибрации. При превышении безопасного уровня он останавливает вращение дисков и осуществляет парковку головки. Он также реагирует при сильных сотрясениях, предохраняя устройство от поломки.

Форм-фактор

Битва за размер хранилища всегда вызывалась типом устройств, на которых они установлены. Итак, для настольного компьютера абсолютно некритично устанавливать и 3,5-дюймовый, и 2,5-дюймовый накопитель, но для портативных устройств, таких как ноутбуки, плееры и планшеты, требуется более компактная версия.

Меньшая серийная версия жесткого диска считалась форматом 1,8 дюйма. Этот диск использовался в снятом с производства iPod Classic.

И как ни старались инженеры, создать миниатюрный жесткий диск с жестким диском емкостью более 320 ГБ им не удалось. Нарушать законы физики невозможно.

В мире твердотельных накопителей все гораздо более многообещающе. Общепринятый 2,5-дюймовый формат стал таковым не из-за физических ограничений, с которыми сталкивается технология, а только из-за совместимости. В новом поколении ультрабуков 2,5-дюймовый формат постепенно сокращается, в результате чего устройства становятся все более компактными, а корпуса самих устройств – тоньше.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.