Principiul de funcționare hard disk destul de simplu. Un hard disk tipic este format din mai multe componente principale, cum ar fi:

• corp din aliaj rezistent la impact,
• plăci cu acoperire magnetică,
• bloc de cap cu dispozitiv de poziționare,
• unitate electronică și
• acționare electrică

Mulți utilizatori cred asta hard disk-uri sigilat. Cu toate acestea, acest lucru nu este adevărat - este necesar să se mențină o presiune constantă în interior în timpul fluctuațiilor de temperatură. În acest sens, hard disk-ul este echipat cu un filtru care prinde particule cu un diametru de până la câțiva micrometri.

Unitatea electronică conține propriul dispozitiv de stocare și mai multe subblocuri care sunt responsabile prelucrare digitală semnal, control și operare cu interfața. Funcționarea hard disk-ului în sine este foarte asemănătoare cu structura unui reportofon. Suprafața de lucru a discului se mișcă cu o anumită viteză în raport cu capul de citire. În timpul procedurii de scriere sau citire, capetele plutesc deasupra suprafeței discului pe o pernă de aer. Dacă o bucată de praf intră în golul dintre disc și cap, capetele pot lovi suprafața, deteriora discul și chiar se pot arde.

Un disc magnetic poate fi realizat nu numai din metal, ci și din sticlă, așa cum era cazul modelelor de la IBM. Există un strat magnetic pe suprafața discului, care servește drept bază pentru înregistrarea informațiilor. Biți de informații sunt înregistrate folosind un cap, care, trecând peste suprafața unui disc rotativ, magnetizează miliarde de zone orizontale discrete - domenii. Fiecare dintre aceste regiuni este un zero logic sau unul, în funcție de magnetizare.

Inițial, suprafața clătitei este complet goală, adică domeniile magnetice nu sunt orientate în niciun fel. Pentru a orienta blocul de capete magnetice, pe discul magnetic sunt aplicate semne speciale - marcaje servo. Acest lucru este realizat de blocul „nativ” de capete magnetice, care la rândul său este controlat dispozitiv extern. După marcare, hard disk-ul în sine este capabil să citească informații și să scrie la suprafață. Pentru hard disk-urile mari, în el sunt instalate mai multe discuri magnetice, care sunt atașate motorul axului, și formați un teanc de clătite.

Caracteristici

Interfață- în general, determină locul sau metoda de conectare/contact/comunicare. Acest termen este folosit în diferite domenii ale științei și tehnologiei. Unitățile moderne pot folosi interfețe SATA, IDE, USB, IEEE 1394 etc.

Dimensiunea fizică(factor de formă) - dimensiunea instalată a hard disk-ului. Unitățile pentru computere personale și servere au dimensiunea de 3,5 inchi. Hard disk-urile de 2,5 inchi sunt mai des folosite la laptopuri. Alte formate comune sunt 1,8 inchi, 1,3 inchi și 0,85 inci.

Viteza axului- numărul de rotații ale axului pe minut. Timpul de acces și viteza de transfer de date depind în mare măsură de acest parametru. În prezent, hard disk-urile sunt produse cu următoarele viteze standard de rotație: 4200, 5400 și 7200 (laptop-uri), 7200 și 10.000 (calculatoare personale), 10.000 și 15.000 rpm (servere și stații de lucru performante).

Timp de acces aleatoriu- Un parametru unic pentru evaluarea vitezei hard disk-ului. ÎN Limba engleză este utilizat un analog al timpului de acces aleatoriu. Timp mediu de acces pentru modele moderne variază de la 3 la 15 ms. Cu cât valoarea este mai mică, cu atât mai bine. De regulă, discurile de server au timpul minim.

Piața HDD-urilor

Poveste

Nume

Pentru o frază ca Hard Unitate disc Lingvistii (HDD) folosesc un nume retronimic - un termen inventat de lingvisti pentru un nou nume pentru un fenomen existent pentru a-l distinge de ceva mai nou, in în acest caz, de pe dischete. Și iată o situație ciudată: nu există dischete, nu este nevoie să distingem dischetele de hard disk, dar retronimul rămâne, dar acum servește la distingerea HDD de unități cu stare solidă Solid State Drive/Disk (SSD), care, în general, nu sunt deloc discuri.

Magnofoare uriașe

Succesul discurilor pare un fel de accident. ÎN dispozitiv mecanic, care a devenit parte integrantă sisteme electronice, timpul de mișcare a capetelor este măsurat în cantități complet diferite decât viteza proceselor electronice. Lipsa de armonie în uniunea dintre electronică și mecanică s-a remarcat cu mult timp în urmă, în anii cincizeci, când au fost create primele discuri. Dar atunci nu a existat nicio alternativă la mecanică, deoarece tehnologia semiconductoarelor făcea doar primii pași; a fost necesar să se facă în mod deliberat o căsătorie inegală pentru a atinge scopul, dar s-a dovedit a fi mai mult decât de succes. Scopul era accesul direct la volume mari (după acele standarde) de date, ceea ce rămânea imposibil atâta timp cât datele erau citite în flux fie de pe bandă, fie de pe carduri perforate. Datele citite de pe mass-media ar putea fi plasate fie într-un format minuscul memorie cu acces aleator, sau faceți schimbul și pomparea datelor din tambur. Unele sisteme de operare aveau utilitare pentru citirea fișierelor de pe benzi, dar acesta a fost un proces teribil de lent.

Într-un stadiu incipient de dezvoltare sisteme informatice hard disk-urile generice erau doar modele experimentale. Calculatoarele erau ca niște magnetofone uriașe. În principiu, înregistrarea și citirea informațiilor nu era diferită de un casetofon obișnuit - datele erau aranjate liniar. Cei care își amintesc și de computerele bazate pe medii cu bandă magnetică știu cum este să aștepte ca următorul nivel să se încarce - derularea obișnuită a casetei la locul potrivit.

Primele computere personale foloseau un reportofon obișnuit ca dispozitiv de stocare. O unitate de disc era un lux inaccesibil pentru ei. Acei utilizatori care au venit cu o unitate de disc cu computerul lor puteau deja simți o aparență de libertate de acțiune. Primele calculatoare IBM au venit cu una sau două unități de disc.

Discuri Rabinow

Ideea unui disc ca dispozitiv cu capete care se mișcă în spațiu se afla la suprafață și încercările de a-l implementa au fost făcute de multe companii. ÎN Muzeul Calculatoarelor Mountain View stochează mai multe opțiuni de disc. Succesul comercial a venit mai devreme decât alții la IBM, care a putut cheltui mai mult pe dezvoltare decât alții, așa că în toate cronicile evoluției discurilor, data 1956 este indicată ca punct de plecare și unitatea de disc care a făcut parte din computer IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control), al cărei nume indică direct capacitatea sa unică de acces aleatoriu la acel moment - Random Access Method.

Dar IBM nu a fost primul. Cea mai timpurie unitate de lucru a fost făcută de geniul inventator Yakov Rabinov (1910-1999) în 1951, care și-a dedicat întreaga viață lucrului la Biroul Național de Standarde. S-a născut la Harkov, numele său original era Rabinovici, după revoluția din 1921, el și părinții săi s-au mutat prin China și apoi au lucrat aproape 70 de ani în divizia de cercetare a Biroului Național de Standarde. Rabinow nu a devenit om de știință, dar a fost un geniu pentru invențiile practice, printre care, de exemplu, o tehnologie îmbunătățită de batere care a prelungit durata de viață a monedelor, o invenție care a adus Trezoreriei Statului multe miliarde de economii la producția de monede metalice. . Cu toate acestea, doar una dintre invențiile sale - un dispozitiv numit Notched-Disk Magnetic Memory Device - nu i-a adus nici bani, nici recunoaștere pe viață. Era format din zece „clătite” de 18 inchi, așa cum au fost numite ulterior discurile, cu un segment tăiat astfel încât să poată fi schimbate pe ax.

Experții de la IBM au studiat invenția lui Rabinow și nu au ascuns prioritatea. După ce au analizat discul lui Rabinow, au emis un raport în 1953, „O propunere pentru fișierul cu acces rapid aleatoriu”, care a devenit baza proiectului RAMAC.

1956: IBM RAMAC - dulap de 975 kg

Anii 2000: Înregistrare magnetică perpendiculară

Când producătorii de HDD-uri s-au confruntat cu limite de capacitate la începutul anilor 2000, Toshiba și Seagate au simplificat aranjarea biților de date pe platoul de discuri. Trecerea de la înregistrarea magnetică longitudinală la cea perpendiculară a crescut capacitatea HDD-ului de nu mai puțin de 10 ori.

2012: Densitatea informațiilor de pe discuri se poate dubla până în 2016

Densitatea maximă de plasare a informațiilor pe hard disk-uri s-ar putea dubla până în 2016, potrivit unui alt studiu IHS iSuppli publicat în 2012. Anterior, producătorul a făcut o prognoză similară hard disk-uri Compania Seagate. Potrivit analiștilor, acest lucru va extinde oportunitățile Utilizarea HDD-uluiîn sistemele mari de date, inclusiv sistemele audio și vizuale.

O serie de tehnologii la care vânzătorii lucrează în prezent vor permite creșterea densității hard disk-urilor, în special tehnologia de înregistrare magnetică asistată de căldură (HAMR), pe care Seagate a brevetat-o ​​încă din 2006. Compania a mai spus că ar putea lansa o unitate de 60TB de 3,5 inci până în 2016. Discurile pentru laptop pot ajunge la 10-20 TB până în acest moment, conform prognozei IHS iSuppli.

De asemenea, analiștii observă că densitatea de înregistrare va crește până la un maxim de 1800 Gbit pe inch pătrat până în 2016, față de 744 Gbit în 2011. Potrivit IHS iSuppli, densitatea înregistrărilor pe disc va crește până în 2016 la 1800 Gbit pe inch pătrat de la 744 Gbit în 2011. Din 2011 până în 2016, creșterea densității înregistrărilor HDD va crește cu o medie de 19% pe an.

De la data lansării studiului, HDD-ul cu densitatea maximă a fost lansat de Seagate în septembrie 2011: deține 4TB de date, dimensiunea discului este de 3,5 inci. Densitatea discului este de 625 Gbits per inch pătrat.

HDD HAMR, care folosește un laser pe capul de citire\ inregistrand greu disc pentru a împacheta biți mai mici mai dens pe un disc care se rotește în comparație cu înregistrarea magnetică tradițională.

Ideea modernă a discurilor

Discurile au evoluat în mai multe direcții principale:

Valul actual de interes public pentru SDD nu ar trebui să pună la îndoială viitorul relativ al HDD-urilor; aceste unități au trăit și vor trăi, dezvoltându-se și îmbunătățindu-se constant. Un disc de 20 TB va apărea în viitorul apropiat, iar producția totală crește constant cu 1-3% pe an.

creșterea vitezei și a capacității discului; îmbunătățirea accesului la datele înregistrate pe acestea; căutarea de tehnologii alternative în stare solidă;

Dezvoltarea în prima direcție a dus la apariția HDD-urilor care sunt capabile să stocheze volume de terabyte și să mențină rate de transfer ridicate.

Al doilea este de a crea hardware și unități de disc care suportă funcționarea. software: sisteme de fișiere capabile să suporte discuri terabyte și abstracție din fizica stocării, incl. interfețe de mare viteză, matrice RAID care oferă o fiabilitate ridicată a stocării, rețele de stocare SAN și unități de rețea NAS.

În al treilea rând, la apariția dispozitivelor cu stare solidă create foarte recent nivel corporativ(Solid State Device, SSD) în combinație cu o interfață NVMe orientată către aceste dispozitive. Acum s-a deschis posibilitatea „stocării inteligente”, adică redistribuirea automată, optimă din punct de vedere al costurilor, a stocării de date între SSD-uri, HDD-uri și benzi, în funcție de cererea de date.

Salutări, prieteni!

Astăzi vom vorbi despre un hard disk. Rareori un utilizator de computer nu a auzit de el!

Winchester, alias HDD ( Hard disk Drive), cunoscut și sub numele de hard disk, este un dispozitiv pentru stocarea informațiilor.

HDD-ul și-a primit numele din argou de la celebra pușcă cu care bărbații albi au cucerit America. Unul dintre primele modele de hard disk a fost desemnat „30/30”, care a coincis cu calibrul acestei arme de foc.

Mai jos vom vorbi despre hard disk-urile computerelor.

Cum funcționează hard diskul unui computer?

Ne vom uita la modul în care hard disk-ul tradițional (electromecanic) folosit în computerele personale este triplat. Se bazează pe unul sau mai multe discuri informative. Primele modele de hard disk foloseau discuri din aluminiu.

Dar acele prime modele aveau marime mare si capacitate redusa.

Dischetă și hard disk

Unitatea pentru citirea și scrierea unor astfel de discuri se numea FDD (Unitate de dischetă).

Aceste discuri au fost realizate dintr-o bucată rotundă de plastic cu un strat feromagnetic aplicat pe ambele părți. Erau subțiri și flexibili, motiv pentru care unitatea și-a primit numele. Pentru a le proteja de influențele externe, aceste discuri au fost plasate într-o carcasă pătrată din plastic.

Discurile din HDD-uri au o structură similară, dar sunt mai groase și nu se îndoaie, ceea ce se reflectă în nume. Un strat feromagnetic subțire de oxizi metalici este aplicat pe un astfel de disc folosind o centrifugă. Datele sunt scrise și citite folosind capete magnetice.

La înregistrare, un semnal de informare este trimis către capul magnetic, care schimbă orientarea domeniilor (particulele feromagnetice) din stratul feromagnetic.

La citire, zonele magnetizate induc curent în cap, care este apoi procesat de circuitul de control (controler). Cerințele pentru viteză și volumele de date sunt în continuă creștere. Cele mai bune minți din lume au fost trimise în această zonă. Și hard disk-urile, ca și restul hardware-ului computerelor, au fost îmbunătățite continuu.

Discurile au început să fie făcute din sticlă și sticlă ceramică. Acest lucru a făcut posibilă reducerea greutății lor, grosimea și creșterea vitezei de rotație.

Viteza de rotație a discului a crescut de la 3600 rpm la 5400, 7200, apoi la 10.000 și chiar 15.000 rpm! Pentru comparație, să presupunem că viteza de rotație a discului în FDD a fost de 360 ​​rpm.

Cum mai multa viteza rotație, cu atât datele sunt citite mai rapid.

Stratul ferromagnetic

Un strat feromagnetic poate fi aplicat pe suprafața discurilor în două moduri - depunere galvanică și depunere în vid. În primul caz, discul este scufundat într-o soluție de săruri metalice, iar pe acesta se depune o peliculă subțire de metal (cobalt).

La depunerea în vid, discul este plasat într-o cameră etanșă, aerul este pompat din ea și folosind descărcare electrică particulele de metal precipită.

Un strat protector de carbon este aplicat deasupra stratului magnetic. Protejează stratul magnetic subțire de distrugere (și pierderea de informații) în cazul unui posibil contact cu capul.

Un hard disk poate avea un disc fizic sau mai multe. ÎN acest din urmă caz discurile sunt asamblate într-o singură structură și se rotesc sincron. Fiecare disc are două fețe cu un strat feromagnetic, datele sunt citite de două capete diferite (situate în partea de sus și de jos).

Capetele sunt, de asemenea, asamblate într-o singură structură și se mișcă sincron.

Mecanismul de mișcare a capetelor conține o bobină de sârmă și un magnet permanent fix. Atunci când curentul este aplicat bobinei, în ea este generat un câmp magnetic, care interacționează cu magnetul. Forța rezultată mișcă bobina cu întreaga parte în mișcare a mecanismului (și de asemenea capete).

Mecanismul conține un arc, care, în absența puterii, mută capetele înăuntru poziția inițială (parcare). Acest lucru protejează capetele și discurile de deteriorare.

Rețineți că magneții mici de neodim care creează un câmp magnetic constant sunt foarte puternici!

În stare de funcționare, discurile se rotesc cu o viteză constantă, capetele „planează” deasupra discului. În timpul rotației, are loc un flux aerodinamic, ridicând capetele. Pe măsură ce tehnologia se îmbunătățește, distanța dintre capete și disc scade.

Până în prezent, a fost adus la câteva zeci de nanometri!

Reducerea distanței vă permite să creșteți densitatea înregistrării informațiilor. În acest fel, mai multe informații pot fi stoarse în aceeași cantitate de spațiu.

Citiți și scrieți capete

Folosesc hard disk-uri moderne capete magnetorezistive.

Cristalul magnetoresistorului își poate modifica rezistența în funcție de mărimea și direcția câmpului magnetic. Pe măsură ce capul trece peste zone cu magnetizare diferită, rezistența sa se schimbă, care este detectată de circuitul de control.

Capul de hard disk conține, de fapt, două capete - de citit și de scris. Capul de înregistrare funcționează pe același principiu ca și capul la casetofonele mai vechi, care foloseau casete cu bandă magnetică.

Conține un miez deschis, în golul căruia se creează un câmp magnetic, care modifică orientarea domeniilor magnetice de pe suprafața discului. „Înfășurarea” capului este imprimată folosind fotolitografie.

Fus și HDA

Motorul de antrenare principal (axul), care rotește discul, conține rulment hidrodinamic. Diferă de un rulment cu bile prin faptul că are o deformare radială mult mai mică.

În hard disk-urile moderne, densitatea de înregistrare a informațiilor este foarte mare, piesele sunt situate foarte aproape una de alta.

O curgere radială mare nu ar permite o creștere a densității de înregistrare sau (cu o scădere a distanței dintre piste) capul ar „sări” de-a lungul pistelor adiacente în timpul unei revoluții. Rulment dinamic fluid conține un strat subțire de lubrifiant între părțile mobile și staționare.

In concluzie, spunem ca fusul, discurile, capul cu actionare sunt plasate intr-un compartiment separat. Primele modele de hard disk-uri conțineau compartimente cu scurgeri echipate cu un filtru cu celule foarte mici pentru a egaliza presiunea.

Apoi au apărut compartimente sigilate, care aveau o gaură în ele închisă cu o membrană flexibilă. Membrana se poate îndoi în ambele direcții, compensând diferența de presiune a aerului în interiorul și exteriorul compartimentului cu capete.

În următoarea parte a articolului, vom continua cunoașterea modului în care este proiectat și funcționează hard disk-ul.

Victor Geronda a fost cu tine. Ne vedem pe blog!

HDD („hard disk”, hdd, hard disc drive - ing.) - un dispozitiv de stocare a informațiilor bazat pe plăci magnetice și efectul de magnetism.

Aplicabil pretutindeniîn computere personale, laptopuri, servere și așa mai departe.

Dispozitiv cu hard disk. Cum funcționează un hard disk?

Pe podea închis ermetic blocul conține plăci cu două fețe, cu strat magnetic, plantat pe arborele motorului si rotindu-se la viteze de la 5400 rpm.Blocul nu este complet etanș, dar cel mai important lucru este că nu are scurgeri Particule fine si nu permite modificări de umiditate. Toate acestea au un efect negativ asupra duratei de viață și calității hard disk-ului.

În hard disk-urile moderne, . Acest lucru produce mai puțin zgomot în timpul funcționării, crește semnificativ durabilitatea și reduce șansa de blocare a arborelui din cauza prăbușirii.

Citirea și scrierea se face folosind bloc de cap.

În stare de funcționare, capete avânta deasupra suprafeței discului la distanță ~10 nm. Sunt aerodinamice și creştere deasupra suprafeţei discului din cauza curent ascendent dintr-o placă rotativă. Capetele magnetice pot fi localizate de ambele părți farfurii, dacă pe fiecare parte disc magnetic Se aplică straturi magnetice.

Blocul de cap conectat are poziție fixă, adică capetele se mișcă toate împreună.

Toate capetele sunt controlate de un special unitate de antrenare bazat pe electromagnetism.

Magnet de neodim creează magnetic camp, în care unitatea principală se poate deplasa cu o viteză mare de reacție sub influența curentului. Acesta este cel mai bun și cel mai mult varianta rapida mișcând blocul de cap, dar cândva blocul de cap se mișca mecanic, folosind roți dințate.

Când unitatea este oprită, pentru a preveni căderea capetelor pe unitate și deteriorat el, fac curățenie cap zona de parcare(zona de parcare, zona de parcare).

Acest lucru vă permite, de asemenea, să transportați hard disk-uri oprite fără nicio restricție. Când este oprit, discul poate rezista sarcini grele si sa nu se strice. Când este pornit, chiar și o mică șocuri la un anumit unghi poate distruge stratul magnetic al platoului sau poate deteriora capetele atunci când atingeți discul.

Pe lângă partea etanșă, hard disk-urile moderne au un extern panou de control. Pe vremuri, toate plăcile de control erau introduse în sloturile de expansiune de pe placa de bază a computerului. Nu a fost convenabil în ceea ce privește versatilitatea și capacitățile. În zilele noastre, cu hard disk-urile, toate electronicele care controlează unitatea și interfața sunt amplasate tabla micaîn partea de jos a hard disk-ului. Datorită acestui lucru, este posibil să se configureze fiecare disc la anumiți parametri care sunt avantajoși din punct de vedere al structurii sale, oferindu-i un câștig în viteză, sau o funcționare mai silențioasă, de exemplu.

Pentru a conecta interfața și alimentarea, se folosesc conectori standard acceptați în general / și Molex/Alimentare SATA.

Particularități.

Hard disk-urile sunt cel mai incapator depozitarii informatiilor si relativ de încredere. Volumul discurilor este în continuă creștere, dar În ultima vreme asta se datorează unora dificultăți iar pentru a extinde în continuare volumul, sunt necesare noi tehnologii. Putem spune că hard disk-urile aproape și-au atins limita în atingerea capacităților maxime. Răspândirea hard disk-urilor a fost determinată în principal de raport pretvolum. În cele mai multe cazuri, un gigabyte de spațiu pe disc costă mai puțin decât 2,5 ruble.

Avantaje și dezavantaje ale hard disk-urilor în comparație cu .

Înainte de apariția stării solide SSD(unitate SSD) - unități; hard disk-urile nu au avut concurenți. Acum, hard disk-urile au o direcție spre care să țintească.

Dezavantajele hard disk-urilor(hard disk)(ssd) unități:

• viteza mica citire secvențială
• viteza de acces redusa
• viteză mică de citire
• viteza de scriere ceva mai mica
• vibrații și zgomot ușor în timpul funcționării

Deși, pe de altă parte, hard disk-urile au altele mai semnificative beneficiile la care SSD tezauriştii se străduiesc şi se străduiesc.

pro hard disk-uri (hard disk) comparativ cu starea solidă (ssd) unități:

• preț de volum semnificativ mai bun
• cel mai bun indicator de fiabilitate
• volum maxim mai mare
• în caz de eșec, există o șansă mult mai mare de recuperare a datelor
• cea mai bună opțiune pentru utilizare în centrele media, datorită compactității și capacității mari de 2,5 unități

Despre ce merita atentie atunci când alegeți un hard disk, puteți căuta în articolul nostru „“. Dacă aveți nevoie reparație grea recuperare disc sau informații, puteți consulta.

După cum știu bine majoritatea utilizatorilor calculator personal, toate datele dintr-un PC sunt stocate pe un hard disk - un dispozitiv de stocare a informațiilor cu acces aleatoriu care funcționează pe principiul înregistrării magnetice. Hard disk-urile moderne sunt capabile să stocheze informații cu un volum total de până la 6 teraocteți (capacitatea celor mai încăpătoare acest moment disc lansat de HGST), ceea ce părea imposibil în urmă cu zece ani. Pe lângă faptul că hard disk-ul computerului are o capacitate colosală, datorită complexului tehnologii moderne de asemenea, vă permite să obțineți acces aproape instantaneu la informațiile stocate pe acesta, fără de care munca productiva PC-ul ar fi imposibil. Cum funcționează acest miracol al tehnologiei moderne și cum funcționează?

Dispozitiv cu hard disk

Dacă scoateți capacul superior al hard disk-ului, veți vedea doar placa electronică și un alt capac, sub care există o zonă etanșă. În această zonă ermetică se află principalele elemente ale HDD-ului. În ciuda credinței larg răspândite că zona ermetică a unui hard disk conține un vid, acest lucru nu este deloc adevărat - în interiorul zonei ermetice este umplut cu aer uscat curățat de praf, iar capacul are de obicei o mică gaură cu un filtru de curățare conceput pentru a egalizați presiunea aerului în interiorul zonei ermetice.

În general, un hard disk este format din următoarele componente principale:

Cum funcționează un hard disk

Ce se întâmplă atunci când hard disk-ul computerului este alimentat și acesta începe să funcționeze? În urma comenzii controlerului electronic, motorul hard diskului începe să se rotească, punând astfel în mișcare discurile magnetice care sunt atașate rigid de axa sa. De îndată ce viteza de rotație a axului atinge o valoare suficientă pentru a crea un flux constant de aer pe suprafața discului, ceea ce va împiedica capul de citire să cadă pe suprafața unității, mecanismul basculant începe să miște capetele de citire, și ele plutesc deasupra suprafeței discului. În același timp, distanța de la capul de citire la stratul magnetic al unității este de numai aproximativ 10 nanometri, ceea ce este egal cu o miliardime dintr-un metru.

Primul pas la pornirea hard disk-ului este să citiți informațiile de service de pe unitate (numită și „pista zero”), care conține informații despre disc și starea acestuia. Dacă sectoarele cu informații de service sunt deteriorate, hard disk-ul nu va funcționa.

Apoi lucrul începe direct cu datele aflate pe disc. Particulele de material feromagnetic care acoperă suprafața discului, sub influența capului magnetic, formează în mod condiționat biți - unități de stocare informatii digitale. Datele de pe un hard disk sunt distribuite pe piste, care sunt o zonă circulară pe suprafața unui singur disc magnetic. Traseul, la rândul său, este împărțit în segmente egale numite sectoare. Astfel, planând deasupra suprafeței de lucru a discului, capul magnetic poate, prin modificarea câmpului magnetic, să înregistreze datele strict în loc anume drive, iar cu ajutorul captării fluxului magnetic, informațiile sunt citite pe sector.

Formatarea hard diskului

Pentru ca datele să fie stocate pe hard disk, acestea sunt mai întâi supuse unui proces de formatare. De asemenea, formatarea este uneori necesară la reinstalarea sistemului de operare, deși în al doilea caz nu este formatat întregul disc, ci doar una dintre partițiile sale logice.

În timpul formatării, informațiile de serviciu sunt aplicate pe disc, precum și date despre locația sectoarelor și a pistelor pe suprafața discului. Acest lucru este necesar pentru poziționarea precisă a capetelor magnetice atunci când lucrați cu un hard disk.

Specificații hard disk

Piața modernă de hard disk oferă o mare varietate de modele de hard disk din care să alegeți, care diferă în diverse parametri tehnici. Iată principalele caracteristici prin care hard disk-urile diferă:

• Interfață de conectare. Majoritate modern hard unitățile sunt conectate la placa de baza prin interfata SATA, există însă modele cu alte tipuri de conexiuni: eSATA, FireWire, Thunderbolt și IDE.
• Capacitate. O valoare care caracterizează cantitatea de informații care poate încadra pe un hard disk. În acest moment, cele mai populare unități sunt 500 GB și 1 TB.
• Factor de formă. Hard disk-urile moderne vin în două dimensiuni fizice: 2,5 inchi și 3,5 inci. Primele sunt destinate utilizării în laptopuri și versiuni compacte de PC-uri, cele din urmă sunt utilizate în computerele desktop obișnuite.
• Viteza de rotație a arborelui. Cu cât viteza de rotație este mai mare fus rigid disc, cu atât funcționează mai repede. Cea mai mare parte a hard disk-urilor de pe piață au o viteză de rotație de 5400 sau 7200 rpm, dar există și discuri cu turația axului de 10.000 rpm.
• Volumul tamponului. Pentru a netezi diferența între viteza de citire/scriere și viteza de transfer prin interfață, hard disk-urile folosesc memorie intermediară numită buffer. Dimensiunea tamponului variază de la 8 la 128 de megaocteți.
• Timp de acces aleatoriu. Acesta este timpul necesar pentru a efectua operația de poziționare a capului magnetic pe o zonă arbitrară a suprafeței hard diskului. Poate varia de la 2,5 la 16 milisecunde.

De ce se numește un hard disk?

Potrivit unei versiuni, hard disk-ul și-a primit porecla neoficială „Winchester” în 1973, când a fost lansat primul HDD din lume, în care capete de citire aerodinamică au fost plasate într-o cutie sigilată cu plăci magnetice. Această unitate avea o capacitate de 30 MB plus 30 MB în compartimentul detașabil, motiv pentru care inginerii care au lucrat la dezvoltarea lui i-au dat numele de cod 30-30, care era în concordanță cu denumirea unei puști populare folosind .30-30 Winchester. cartuş. La începutul anilor nouăzeci, numele „Winchester” a căzut din uz în Europa și SUA, dar este încă popular în țările vorbitoare de limbă rusă. De asemenea, puteți auzi adesea o versiune în argo mai prescurtată a numelui hard disk - „șurub”, folosit în principal de specialiștii în computere.

Pagina 2 din 11

PARTEA I. Recuperarea fișierelor de pe hard disk

CAPITOLUL 1. CUM FUNCȚIONEAZĂ UN HARD DISK ȘI CUM SUNT STOCATE DATELE PE EL

Câteva despre designul hard diskului. Dispozitiv HDD partajat

Ce este un hard disk (strict vorbind, un hard disk)? Dacă nu ai avut ocazia să-l vezi, să spunem că din exterior arată ca un singur bloc metalic. În plus, este foarte durabil și complet etanș. Faptul este că tehnologia discului este atât de delicată încât chiar și cea mai mică particule străine care intră înăuntru poate perturba complet funcționarea acestuia. În plus, pentru a preveni o situație de criză, a fost plasat un filtru de curățare pe hard disk. Carcasa hard diskului servește și ca scut împotriva interferențelor electrice. De fapt, un hard disk este format din două părți principale - mecanică și electronică. Baza piesei mecanice este formată din plăci (discuri) având formă rotundă. De fapt, poate exista un singur disc. Totul depinde de capacitatea hard disk-ului ca întreg. Potrivit unei versiuni, hard disk-ul a primit numele „Winchester” datorită companiei care în 1973 a lansat hard disk-ul model 3340, care a combinat pentru prima dată platouri de disc și capete de citire într-o carcasă dintr-o singură piesă. La dezvoltarea acestuia, inginerii au folosit numele intern scurt „30-30”, ceea ce însemna două module (în configurația maximă) de 30 MB fiecare. Kenneth Houghton, managerul de proiect, în concordanță cu denumirea popularei puști de vânătoare „Winchester 30-30”, a propus să numească acest disc „Winchester”. În Europa și SUA, numele „Winchester” a căzut din uz în anii 1990, dar în rusă a fost păstrat și a primit statut semi-oficial, iar în argou informatic scurtat la cuvintele „vint” (cea mai comună versiune), „vinch” și „broom”. Indiferent de materialul folosit ca bază a discului, acesta este acoperit cu un strat subțire de substanță care poate reține magnetizarea reziduală după expunerea la un câmp magnetic extern. Acest strat se numește stratul de lucru sau magnetic și în el sunt stocate informațiile înregistrate. Cele mai frecvente sunt următoarele tipuri strat de lucru:
OXID;
film subtire;
dublu antiferomagnetic (AFC)

În prezent, există hard disk-uri formate din patru sau mai multe platouri. Compoziția discurilor poate varia. Sunt realizate din aluminiu, sticlă sau ceramică. Ultimii doi compuși sunt mai practici, dar foarte scumpi și, prin urmare, sunt utilizați pentru a crea hard disk-uri „de elită”. După fabricare, plăcile sunt acoperite cu un strat de material feromagnetic. De la crearea primelor hard disk-uri, aici a fost folosit oxid de fier. Cu toate acestea, această substanță a avut un dezavantaj semnificativ. Discurile acoperite cu acest feromagnet au avut o rezistență redusă la uzură. În acest sens, majoritatea producătorilor folosesc în prezent crom cobalt ca acoperire pentru plăci. Rezistența la uzură a acestei substanțe este cu un ordin de mărime mai mare decât cea a feromagnetului care a fost folosit de ani de zile. În plus, această acoperire este mult mai subțire, deoarece este aplicată prin pulverizare, ceea ce crește semnificativ densitatea de înregistrare. Materialul feromagnetic este aplicat pe ambele părți ale discului, astfel încât datele vor fi, de asemenea, plasate pe ambele părți. Plăcile sunt așezate pe ax la aceeași distanță una de cealaltă, formând astfel un teanc de ele. Sub discuri se afla un motor care le roteste. Capetele de citire/scriere sunt situate pe ambele părți ale platourilor. Ele sunt proiectate astfel încât să se deplaseze de la marginea discului în centrul acestuia. Un motor special dedicat este responsabil pentru acest lucru. Electronica este o placă pe care sunt amplasate diverse elemente „necesare” pentru funcționarea hard disk-ului, precum procesor, program de control, RAM, amplificator de scriere/citire și altele. Fiecare parte a plăcii este împărțită în piste. Ei, la rândul lor, sunt împărțiți în sectoare. Toate pistele de același diametru pe toate suprafețele formează un cilindru. Hard disk-urile moderne au un „cilindru de inginerie”. Conține informații de service (model de disc, număr de serie etc.), destinate citirii ulterioare de către un computer.

Anterior, pentru ca discul să fie gata de utilizare, utilizatorul trebuia să efectueze așa-numita formatare de nivel scăzut. A existat chiar și un element corespunzător în BIOS. Acum acest marcaj produse imediat în timpul producției de hard disk. Ideea este că atunci când formatare la nivel scăzut informațiile servo sunt înregistrate. Conține semne speciale care sunt necesare pentru a stabiliza viteza de rotație a axului, a căuta capete sectoarele necesare și, de asemenea, pentru a monitoriza poziția capetelor pe suprafața plăcilor. Dacă credeți că sectoarele „rele” de pe un hard disk apar doar în timpul funcționării, atunci vă înșelați. Orice hard disk nou creat are deja un bloc prost. Deci, cu formatarea de nivel scăzut, aceste blocuri sunt detectate și scrise într-un tabel special de reatribuire. Apoi, în timpul funcționării, controlerul de hard disk va înlocui unitățile defecte cu unele funcționale, care sunt rezervate special pentru astfel de scopuri în timpul producției. În hard disk-urile, datele sunt scrise și citite de capete universale de citire/scriere din cercuri concentrice de discuri magnetice rotative (piese) împărțite în sectoare de 512 octeți. O pistă este un „inel” de date pe o parte a discului. O pistă de înregistrare de pe un disc este prea mare pentru a fi folosită ca unitate de stocare. În multe unități, capacitatea sa depășește 100 de mii de octeți, iar alocarea unui astfel de bloc pentru a stoca un fișier mic este extrem de irosită. Prin urmare, piesele de pe disc sunt împărțite în secțiuni numerotate numite sectoare.

Cum funcționează un hard disk

Datorită specificității sale, atunci când hard disk-ul funcționează, nu există contact direct al capetelor magnetice cu suprafața plăcilor. Puteți spune altfel: contactul este „ca moartea”. Designul capetelor este creat astfel încât să vă permită să „planați” deasupra suprafeței plăcilor. Motorul rotește axul cu o astfel de viteză (până la 15.000 rpm) încât se creează un flux puternic de aer din discurile care se rotesc. Acest lucru creează un efect de pernă de aer. Distanța dintre capete și discuri este de o fracțiune de micron. Cu toate acestea, așa cum am menționat mai sus, contactul capetelor cu suprafața este inacceptabil. Dar există întreruperi de curent, spuneți. Da, desigur. Pentru acest caz a fost inventată așa-numita „zonă de parcare”. Și când apare o situație în care viteza axului scade sub limita admisă (în timpul funcționării normale sau în timpul modul de urgență atunci când alimentarea este oprită), care este monitorizată în mod constant de procesorul hard disk-ului, capetele sunt relegate chiar în această zonă de parcare. Zona este situată la axul propriu-zis, unde nu sunt înregistrate informații, astfel încât capetele magnetice se pot „întinde” cu ușurință pe suprafața discului. Cum este „pornit” hard disk-ul? Pe scurt, merge cam așa. De îndată ce hard disk-ul primește putere, procesorul său începe să testeze electronica și, dacă rezultatul este pozitiv, pornește motorul care rotește platourile. Pe măsură ce viteza de rotație crește, se obține un efect de pernă de aer, care ridică capetele magnetice din zona de parcare. Când viteza atinge valoarea cerută, capetele părăsesc zona de parcare și, folosind controlerul, „căută” servo pentru a stabiliza viteza de rotație. Apoi sectoarele „proaste” sunt reatribuite, precum și poziționarea capului este verificată. Dacă munca efectuată este pozitivă, controlerul hard diskului intră în modul de funcționare. Desigur, procesul mecanic al unui hard disk este mai profund atunci când este examinat mai detaliat, dar nu ne propunem să-l descriem în detaliu. Principalul lucru este că înțelegeți principiile de bază ale mecanismului de interacțiune a capetelor cu plăcile. Dacă cineva este interesat de detaliile acestui proces, atunci a o cantitate mare materiale. Și vom trece la o altă parte a fluxului de lucru pe hard disk - tehnologia de citire/scriere a datelor.

Tehnologii pentru citirea/scrierea datelor pe un hard disk

Citirea/scrierea informațiilor pe disc are loc cu ajutorul capetelor magnetice, al căror principiu de mișcare a fost discutat mai sus. Dacă mai aveți un magnetofon vechi bun, atunci metoda de înregistrare/citire a sunetului pe/de pe o bandă magnetică este identică cu cea pe care o luăm în considerare. Datele sunt transformate în curent electric alternativ, care este furnizat capului magnetic, după care sunt transformate într-un câmp magnetic, cu ajutorul căruia sunt magnetizate zonele dorite ale discului magnetic. Știm deja că platourile de hard disk sunt acoperite cu un strat feromagnetic. O zonă selectată separat a acestei acoperiri poate fi magnetizată într-unul din două moduri posibile. Magnetizarea într-un fel va însemna zero, în alt fel - unu. Această zonă magnetizată separat se numește domeniu. Este un mini-magnet cu o orientare specifică a polilor sud și nord. Prin influențarea unui anumit domeniu cu un câmp magnetic extern (cap magnetic), va accepta această corespondență. Prin oprirea impactului câmp extern, la suprafata apar zone de magnetizare reziduala. Ele înseamnă informații stocate pe disc. Aș dori să remarc că densitatea de înregistrare a datelor, adică capacitatea discului în sine, depinde de dimensiunea domeniului. De multă vreme se cunosc două tehnologii de înregistrare a informațiilor pe un hard disk: paralel și perpendicular. Deși a doua metodă de înregistrare este mai productivă, este puțin mai complexă din punct de vedere al rezoluției tehnologice. Prin urmare, producătorii au folosit și au îmbunătățit metoda paralelă până când aceasta a atins limita fizică. Dacă descriem pe scurt tehnologia înregistrării paralele, atunci aceasta este după cum urmează. Magnetizarea domeniilor este paralelă cu planul discului. Toată lumea, probabil, s-a jucat cu magneții în copilărie și, prin urmare, știe că se vor atrage unul pe celălalt atunci când sunt întoarse unul spre celălalt cu poli diferiți (albastru și roșu). Și invers, dacă încercați să le apăsați împreună cu părțile de aceeași culoare, atunci o astfel de încercare nu va fi niciodată încununată cu succes. Deci, atunci când se folosește această tehnologie, un câmp rătăcit apare la granițele domeniilor învecinate, luând energia câmpurilor lor magnetice. Ca urmare, particulele exterioare ale domeniilor devin mai puțin stabile, iar influența fluctuațiilor termice asupra ordinii sale magnetice crește. Când utilizați tehnologia înregistrare perpendiculară Magnetizarea domeniilor este situată la un unghi de 90° față de planul plăcii. Datorită acestui fapt, efectul de repulsie a domeniilor unipolare vecine dispare, deoarece în acest aranjament particulele magnetizate sunt întoarse unele către altele cu poli diferiți. Acest lucru reduce dimensiunea spațiului inter-domeniu în comparație cu tehnologia de înregistrare paralelă, care crește și capacitatea hard disk-urilor. Cu toate acestea pentru aceasta metodaînregistrarea necesită utilizarea unei compoziții mai complexe a stratului magnetic. Sub stratul protector subțire se află un strat de înregistrare format dintr-un aliaj oxidat de cobalt, platină și crom. Substratul este format din două straturi de compoziție chimică complexă, numite straturi cuplate antiferomagnetic. Ele fac posibilă eliminarea tensiunilor câmpului magnetic intern. În plus, înregistrarea perpendiculară necesită utilizarea altor etichete magnetice care pot genera un câmp magnetic mai puternic.Densitatea înregistrării perpendiculare este de 500 Gbit/in2. Acest lucru va permite producerea de hard disk-uri cu o capacitate de câțiva terabytes. Cu toate acestea, știința nu stă pe loc, iar dezvoltarea noilor tehnologii este deja în plină desfășurare. Unul dintre ele se numește HAMR (Heat Assistant Magnetic Recording). Această tehnologie este un succesor al înregistrării perpendiculare și are ca scop îmbunătățirea acesteia. În acest caz, înregistrarea are loc cu preîncălzire folosind un laser. Încălzirea are loc într-o picosecundă, temperatura atingând 100 °C. În acest caz, particulele magnetice ale domeniului primesc mai multă energie, astfel încât atunci când se generează un câmp, nu este necesară o intensitate mare. Iar energia ridicată asigură o stabilitate sporită a informațiilor înregistrate. Din nou, utilizarea acestei tehnologii este imposibilă fără utilizarea materialelor cu nivel inalt anizotropie. Cu toate acestea, aliajele potrivite pentru acest scop sunt prea scumpe. În plus, înregistrarea termomagnetică va necesita două capete separate. De asemenea, trebuie să aveți grijă de cum să eliminați căldura de pe discuri. Dar totuși, o motivație uriașă pentru utilizarea înregistrării termomagnetice este faptul că această tehnologie vă permite să obțineți densități de înregistrare de până la 1 Tbit/inch2

Cum sunt stocate datele pe un hard disk

Cea mai mică unitate de informație pe care funcționează un sistem control greu discul se numește sector. În marea majoritate a mass-media moderne, un sector este egal cu 512 octeți. Folosit in în prezent Sistemul de adresare a sectorului se numește LBA (Logical block addressing). În același timp, pentru discuri de capacitate mică sau pentru acest scop compatibilitate inversă Cu echipamente mai vechi, poate fi utilizat sistemul de adresare CHS. Abrevierea CHS înseamnă Cylinder, Head, Sector - cilindru, cap, sector. Din nume, sensul acestui tip de adresare este clar, legat de părți dispozitive dure disc. Avantajul LBA față de CHS este că al doilea are o limită a numărului maxim de sectoare adresabile, în termeni cantitativi egal cu 8,4 gigaocteți, LB A această limitare lipsit. Primul sector al hard diskului (sau mai bine zis, zero) se numește MBR (Master Boot Record), sau principal intrare de boot. La începutul acestui sector există un cod în care sistemul de bază de intrare/ieșire al computerului transferă controlul la pornire. Acest cod transferă ulterior controlul către încărcătorul sistemului de operare. Tot în sectorul 0 există un tabel secțiuni dure disc. O secțiune reprezintă o gamă specifică de sectoare. O înregistrare despre partiție este introdusă în tabel, cu numărul sectorului său de pornire și dimensiunea. Pot exista un total de patru astfel de intrări în tabelul de partiții. Partiția a cărei intrare se află în tabelul de partiții al sectorului zero se numește primară. Datorită limitărilor menționate mai sus, pe un disc pot exista maximum patru astfel de partiții. Unele sisteme de operare sunt instalate numai pe volume primare. Dacă este necesar să folosiți mai multe partiții, o intrare despre partiția extinsă este introdusă în tabel. Acest tip de partiție este un container în care sunt create partiții logice. Cu toate acestea, în sistemul de operare poate exista un număr nelimitat de volume logice Familia Windows numărul de volume conectate simultan este limitat de numărul de litere ale alfabetului latin. Aceste trei tipuri de partiții au cel mai larg AP, suport printre marea majoritate a sistemelor de operare și cea mai mare distribuție. De fapt, acasă sau la scara computerelor client ale organizațiilor, acestea sunt tipurile de partiții care se găsesc. Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă că tipurile de partiții sunt limitate la aceste trei tipuri. Există număr mare partiții specializate, dar folosesc și volume primare ca containere. O partiție este doar spațiu alocat pe un disc; Pentru a stoca orice informație în ea pentru a organiza structura de stocare a datelor, trebuie creat un sistem de fișiere. Acest proces se numește formatarea partiției. Există foarte multe tipuri de sisteme de fișiere; sistemele de operare Windows folosesc FAT/NTFS; sistemele de operare bazate pe nucleul Linux utilizează Ext2/3FS, ReiserFS și Swap. Există multe utilități pentru accesul pe mai multe platforme la diferite sisteme de fișiere din sisteme de operare care nu le acceptă în mod nativ (de exemplu, oferind posibilitatea de a accesa din Windows partiții Linux si invers). Unele sisteme de fișiere, cum ar fi FAT/NTFS, operează pe structuri de date mai mari de pe hard disk numite clustere. Un cluster poate include un număr arbitrar de sectoare. Manipularea dimensiunii clusterului aduce beneficii suplimentare performanței sistemului de fișiere sau consumului de spațiu liber. Astfel, se obține următoarea structură logică de stocare a datelor: hard disk-ul este împărțit în partiții (informațiile despre această partiție sunt stocate în așa-numita înregistrare master boot) - sunt denumite C:, D:, E: etc., pentru fiecare Sistemul de fișiere este instalat pe partiție (ca urmare a formatării partiției). Sistemul de fișiere conține informații despre modul în care spațiul unei partiții (disc logic) este delimitat și unde se află fișierele pe ea. Ei bine, atunci partiția stochează fișiere care sunt împărțite într-un anumit număr de clustere, ocupând fizic un anumit număr de sectoare în care sunt împărțite piesele de pe hard disk. Sistemul de fișiere atribuie propriile adrese tuturor sectoarelor, apoi își stochează fișierele la aceste adrese, înregistrând în tabelul său adresele clusterelor (intervalele de clustere) aparținând anumitor fișiere.