Жесткий диск – это устройство для записи, автономного хранения и считывания информации, используемой компьютером (сюда относится система Windows, сопутствующие ей программы). Также на нем хранятся документы, игры, видео, фото пользователя.
Устройство жесткого диска
Конструкция устройства жесткого диска — стандартна. Основной элемент — диски, изготовленные из алюминия, керамики или стекла (их может быть от 1 до 10). В просторечии они иногда называются пластинами или блинами. Диски покрыты тонким слоем ферромагнитного вещества, который и делает возможным запись и хранение информации. Для защиты слоя его сверху покрывают одним или (в дорогих моделях) несколькими слоями разного состава.
Блины надеты на подвижную ось (шпиндель), и зафиксированы сверху прижимным кольцом. Необходимые зазоры между дисками обеспечивают разделительные кольца, изготовляемые из полимеров или немагнитных сплавов. Кроме колец, между дисками находятся пластиковые или алюминиевые подковообразные пластины-сепараторы. Их назначение — оптимизация воздушных потоков внутри гермозоны и снижение уровня сопутствующих шумов. Считается, что алюминиевые сепараторы лучше справляются с задачей (они заодно охлаждают разогретый вращающимися дисками воздух).
Внутри корпуса находится двигатель, который раскручивает шпиндель и разгоняет до нужной скорости диски. Он управляется и питается через контактную площадку.
Для каждой «рабочей» поверхности диска есть одна (и только одна) магнитная головка, которая крепится на так называемом слайдере. Миниатюрная пластинка (слайдер) позволяет головке «планировать» над поверхностью диска. Слайдер крепится на пружинной подвеске. Несколько головок соединяются в блок (БМГ). Он установлен на кронштейне, в просторечии — «коромысле» с помощью подшипника, обеспечивающего их плавное перемещение. Конструкцию двигает привод БМГ, состоящий из катушки и двух мощных магнитов. Движение контролируют два ограничителя БМГ. Фиксатор обеспечивает неподвижность головок в зоне парковки.
Ток, поступающий с головок, настолько слаб, что для его усиления прямо на БМГ расположен чип, называемый предусилителем. Как понятно уже из названия, он усиливает сигнал (который сам не дойдет до платы управления, затухнув в пути) и посылает его через кабель на контактную площадку.
Все вышеописанное помещается в металлический корпус — короб, наглухо закрытый крышкой с резиновой прокладкой. Открывать его следует только в исключительных случаях — сбить тонкую настройку внутренних элементов винчестера очень легко.
Корпус называется гермоблоком («банкой» на профессиональном жаргоне). Иногда так называют емкость со всем содержимым. Короб не является полностью герметичным и имеет небольшое отверстие для выравнивания давления. Поскольку для правильного функционирования жесткого диска необходим очень чистый воздух, отверстие закрыто многослойным фильтром. Часто в фильтр добавляют силикагель — это помогает регулировать влажность внутри гермозоны.
Другой фильтр, называемый циркуляционным, расположен на пути воздушных потоков и собирает микроскопические частицы металла и смазки, неизбежно образующиеся в процессе работы любого, даже самого тонкого, устройства.
На внешней стороне корпуса находится плата управления, координирующая работу винчестера. Посредине платы находится процессор, который иногда еще называют микроконтроллером. Новые модели, как правило, состоят из двух частей: самого процессора, выполняющего необходимые расчеты и устройства чтения и записи. Устройство (или по-другому «канал») получая сигнал с головок, преобразует его в двоичный код. В режиме записи оно наоборот, превращает данные в аналоговый код. Процессор также управляет другими компонентами платы через порты ввода и вывода. С начинкой гермозоны он сообщается через контактную площадку.
Здесь же находится стандартный чип памяти, часть которой занята прошивкой. Следующий чип — контроллер, управляет двигателем, вращающим шпиндель с дисками, и блоком головок. Он также контролирует расположенные на плате источники питания, которые поставляют энергию процессору.
На плате установлена автономная флэш-память (в ней находится часть прошивки). После включения компьютера контроллер загружает ее и начинает выполнять полученные команды.
Датчики вибрации (на плате их может быть от двух и больше), улавливают сотрясения и передают данные контроллеру. Последний должен немедленно остановить диски и вернуть головки на парковочное место. Увы, помогает не всегда.
Другое, более надежное защитное устройство на плате — ограничитель напряжения. При его перепадах жертвует собой и сгорает.
Как работает жесткий диск
Рассмотрим детальнее особенности, как работает жесткий диск.
После включения контроллер загружает из флэш-памяти часть хранящейся там информации. Обработав ее, отдает приказ о запуске двигателя в гермозоне. Движок раскручивает до нужной скорости шпиндель и закрепленные на нем диски. Когда над блинами образуется достаточно сильный поток воздуха, контроллер дает команду о перемещении блока головок, которые зависают на высоте 10 нанометров над их поверхностью. «Полет» регулируется слайдерами и пружинными подвесками.
Работа головок начинается со считывания информации о состоянии диска с «нулевой дорожки». Если диск серьезно поврежден, винчестер не запустится. После проверки начинается обработка данных.
В режиме записи каждая головка генерирует электромагнитное поле, изменяющее вектор намагниченности на ферромагнитном покрытии диска. Считывая информацию, головка улавливает изменение в магнитном поле и передает соответствующие сигналы в предусилитель. Оттуда они попадают на контактную пластину, далее — в процессор, где и расшифровываются.
После завершения работы диски перестают вращаться, а головки выводятся в парковочную зону. Обычно так называется внешний край блинов. В некоторых моделях роль парковки выполняют специальные пластины вне дисков.
Виды жестких дисков
Рассмотрим детальнее основные виды жестких дисков.
Тип
HHD. Информация, поступающий на винчестер, записывается на диски, покрытые слоем ферромагнитного вещества. Устройство выгодно отличает дешевизна и большой объем памяти.
SSD. В отличии от магнитных жестких дисков, SSD работает по принципу заполнения микросхем памяти. Плюсы: надежность, ударопрочность, бесшумность, низкое энергопотребление, очень высокая скорость передачи информации. Недостатки: высокая цена, ограниченное количество циклов записи, удаленная информация не восстанавливается.
Форм-фактор
Жесткие диски обычно делят на две категории в зависимости от диаметра:
- 3,5 дюйма — устанавливается в домашних компьютерах и обладает относительно большой памятью (до 10 Тб);
- 2,5 дюйма — применяется в ноутбуках, медиаплеерах, портативных внешних дисках.
Преимущества: малый диаметр, быстродействие, экономное потребление энергии.
Недостаток: скромный объем памяти.
Интерфейс
Существует три вида разъемов для подключения винчестера к материнской плате на родном или постороннем компьютере.
IDE. Устройства подключаются через шлейф, причем передача идет в одном направлении (параллельно), менять его приходится вручную, переключая перемычки на шлейфе. Имеет слабую пропускную способность (133 Мб/сек).
SATA. Относительно новый интерфейс. Быстрее подключается (отдельным шлейфом) просто настраивается. Обмен информацией значительно быстрее. Диски с таким интерфейсом потребляют меньше энергии.
SCSI. Диски похожи на собратьев с интерфейсом IDE, но вращаются на большей скорости (до 15 000 оборотов). Это убыстряет получение данных, увеличивая также риск поломки. Диски этого типа имеют дополнительный контролер, управляющий обменом информации.
Внешний жесткий диск
Внешний жесткий диск — это переносное устройство для хранения информации, подключаемое к компьютеру через USB, USB-C или же при помощи более современных и скоростных интерфейсов (eeSATA, Fire-Vire, Thunderbolt). Представляет собой собственно хранитель информации в комплекте с платой-переходником и источником питания. Защищен пластиковым или металлическим корпусом.
Внешние жесткие диски предназначены для:
- очистки компьютера от ненужных в данное время файлов;
- разгрузки оперативной памяти;
- долгосрочное хранения информации;
- переноса больших объемов информации между устройствами.
Характеристики жесткого диска
Рассмотрим основные характеристики жесткого диска детальнее.
Размер. Имеет значение для внутренних дисков. В ПК ставятся HDD диаметром 3,5, в ноутбуках — 2,5 дюйма.
Тип разъема. Определяет скорость передачи информации с винчестера на материнскую плату и наоборот. Сейчас широко используется стандарт SATA. Для переносных дисков обычно подходит разъем USB.
Память. Минимальный объем выпускаемых сейчас дисков — 500 Гб, максимальный — 14 Тб.
Скорость. Количество оборотов шпинделя в секунду определяет время, за которое система находит и обрабатывает информацию. SSD
Время доступа. Те несколько миллисекунд, за которые головка находит свое место над диском и начинает считывать или записывать информацию. Измеряется среднее время.
Оперативная память. Зарезервирована для выполнения необходимых операций, основные из них — поиск, чтение и запись информации.
Уровень шума. Звуки, которые издает винчестер во время работы, измеряются в децибелах. Естественно, подержанный диск «гудит» громче, чем новый.
Надежность. Количество часов, которое может проработать диск без выключения. Трудно проверяемая величина, приходится верить разработчикам на слово.
Сопротивляемость. Способность жесткого диска не ломаться под воздействием давления и ударов. Измеряется во включенном, а затем в выключенном состоянии.
Почему жесткий диск называют винчестером
Согласно наиболее распространенной версии, жесткий диск называют винчестером, благодаря инженерам компании IBM, впервые выпустившей устройство современного типа (пластины и считывающие головки в герметическом корпусе). В разговорах между собой разработчики называли испытательную модель «30-30» — подразумевая конструкцию из двух модулей по 30 MB. Кеннет Хотон, руководивший проектом, в шутку назвал новый диск «винчестером» из-за аналогии с винтовочным патроном 30-30 Winchester, соответствующей фирмы. Патрон в свое время произвел революцию в оружейном деле, превзойдя по характеристикам все аналоги (именно благодаря ему бледнолицые сумели завоевать прерии).
Диск стал столь же популярен за счет быстродействия и низкой цены: в изобретении IBM, в отличии от дисков других фирм, магнитные головки не выводились за диски после окончания работы. Это ускорило их работу, упростило и удешевило привод головок, сам диск стал компактнее.
Фирма на этом не остановилась: новые технологии позволили отказаться от съемных дисков, их стационарные аналоги оказались проще, надежнее и дешевле. Стандартные (в то время) магнитные диски 14 дюймов в диаметре были заменены на «блины» в 8, затем 5 1/4 дюйма. Последние были использованы во входящих в моду персональных компьютерах.
Изначально такие диски стоили дорого и устанавливались как дополнительное внешнее устройство для самых топовых моделей ПК, но фирмы-производители сумели добиться значительного удешевления винчестера. Уже в начале девяностых он встраивается в каждый компьютер.
Череда усовершенствований и бурная деятельность IBM на рынке ПК привела к тому, что название «винчестер» вошло в обиход пользователей, На Западе оно не прижилось и вышло из употребления еще в прошлом веке, но пришлось по душе жителям СНГ. Оно используется как в технической литературе, так и в сленге программистов. Последние несколько сократили термин: теперь жесткий диск в народе именуют «винт», «винч», или по-свойски — «веник».
Производители жестких дисков
Список производителей жестких дисков более чем скромен. Сейчас на рынке представлена продукция лишь 3 компаний: Toshiba, WD, Seagate. Остальные (а их было свыше 200) отказались от невыгодного производства, влились в состав других фирм или разорились.
Toshiba — старая и уважаемая фирма. Почти все выпускаемые ею жесткие диски предназначены для домашних ПК и отличаются хорошим качеством. Сделав ставку на массовое производство, компания сумела снизить цены и оторваться от конкурентов. Ее продукция — хороший выбор для недорогих компьютеров.
Seagate — американская фирма, рабочие мощности которой перенесены в Таиланд и Китай. На качестве сборки это не отразилось. Плюсом жестких дисков компании является более высокая скорость записи и считывания информации. Цены в среднем выше, чем у конкурентов.
WD — компания из Калифорнии, конструкторские бюро которой находится в солнечном штате, а заводы — по всему миру. После поглощения Hitachi стала лидером отрасли. Получив в результате слияния дополнительные мощности, компания начала производить сразу несколько дополнительных линеек (в настоящее время их 6). Наибольшей популярностью пользуются недорогие диски серии Blue, предназначенные для офисных и домашних компьютеров.
Как выбрать жесткий диск
Перед покупкой стоит вспомнить о функциях вашего компьютера. Если ПК используется лишь для работы с офисными документами и вечерних просмотров фильмов, достаточно выбрать жесткий диск с минимальным объемом памяти (сейчас это 500 Гб). О быстродействии диска тоже можно не беспокоиться.
Если пользователь привык скачивать игры и фильмы из интернета, ему понадобится диск до 1 Тб. Настоящим геймерам и киноманам даже этого может оказаться недостаточно.
Перед приобретением «объемного», а значит, дорогого диска лучше убедиться в возможностях BIOS. Без расширения UEFI он просто не видит диски емкостью свыше 2 Тб.
Игроманам и специалистам, работающим с графическими и видеофайлами, стоит обратить внимание на скорость обработки информации (в технических характеристиках эти данные не указывается, но их результаты тестирования можно найти в интернете). Возможно, что в погоне за скоростью придется перейти с привычного магнитного на гораздо более дорогой, но «шустрый» SSD.
Неисправности жесткого диска
Случайное или ошибочное форматирование дисков, повреждения файловой системы, повреждение разделов в диске относят к логическим ошибкам. Такие неисправности жесткого диска «лечатся» программными методами и нет необходимости вмешиваться в устройство винчестера.
Аппаратные сбои требуют ремонта внутренних элементов и не всегда есть гарантия успеха.
Повреждение поверхности диска. Могут быть результатом износа либо ударов головки о поверхность, попадания на диск частиц пыли после разгерметизации корпуса. Чтение информации обычным способом с таких участков невозможно. Существует вероятность разрушения головки из-за трения и последующего перегрева. Ремонт невозможен, можно попытаться считать информацию при помощи специальных программ и перенести на резервный носитель.
Неисправность контроллера. Обычно является следствием короткого замыкания из-за попадания на поверхность платы влаги или пыли. Ремонтируется перепайкой части контактов, заменой поврежденных микросхем или самой платы.
Неисправности двигателя. Основных причин две: повреждение обмоток вращающего шпиндель двигателя и заклинивание самого шпинделя. В первом случае есть возможность заменить двигатель без разбалансировки дисков. Во втором — пытаются расклинить вал, что получается не всегда. В случае неудачи диски перемещают в донорский корпус, после чего могут возникнуть проблемы с балансировкой.
Неисправности головок. Иногда при внезапном выключении напряжения головки не успевают уйти в парковочную зону и опускаются на диск. Его поверхность и слайдеры «слипаются» и при повторном включении диск не запустится. Для отделения головок существуют специальные съемники. После операции на поверхности диска остаются нечитаемые «пятна», а сами головки могут быть повреждены.
Причиной разрушения головок могут быть удары о поверхность диска, попадание между головкой и диском частиц пыли, сильное сотрясение. В случае поломки одной или нескольких головок проводится попытка считывания информации при помощи оставшихся. Таким способом возможно восстановить от 20 до 70% объема памяти. Метод подходит для считывания лишь небольших файлов.
Причиной выхода из строя всего блока головок чаще всего становится сгорание предусилителя. Для восстановления памяти проводится пересадка ББМБМГ. Процедура ювелирная и дорогая.
