Как устроен Жёсткий диск (Винчестер) - 28 Июня 2009 - Развлекательный сайт для программистов-игроделов

Разделы новостей

Софт [198]
Различный софт для вашего компьютера
Игры [369]
Игровые новости флэши и пр.
Графика [208]
Картинки на все случаи жизни
Новости [187]
Любые новости что творятся вокруг
Видео [147]
Видео ролики клипы приколи и др.
Программинг [148]
Движки, конструкторы и др... среда для разработки игр и программ
Наши игры и софт [66]
Игры и софт разработчиков с нашего сайта
Про музыку [162]
Музыкальные новости
Это интересно [67]
Познавательная категория - "Как это работает?"
Умелые ручки [54]
Делаем сами своими руками
Юмор [186]
Смешные картинки, анекдоты, истории
Новости посетителей сайта [7]
Новости и статьи от посетителей сайта
Нереальные новости [4]
Квадратные новости не имеющие отношения к реальности.

Календарь новостей

«  Июнь 2009  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
2930

Форма входа

Приветствую Вас Гость!

Логин:
Пароль:

Поиск

Друзья сайта



    Случайное фото

    Статистика

    Онлайн всего: 4
    Гостей: 4
    Пользователей: 0

Поддержите наш проект

WebMoney:
R309699065243
U292079291240
Z373355457648

Счётчики


Rambler's Top100
Рейтинг@Mail.ru

Наш опрос

К чему сейчас прикасается Ваш указательный палец
Всего ответов: 27

Главная » 2009 » Июнь » 28 » Как устроен Жёсткий диск (Винчестер)
Как устроен Жёсткий диск (Винчестер)
01:36

Из чего же, из чего же, из чего же….сделаны наши…..винчестеры
Где хранится на компьютере нужная нам информация, музыка, фильмы и прочие документы мы, конечно, знаем это жесткий диск. Однако, как он устроен, как работает, какие процессы там протекают во время работы, и как вообще возник – мало кто знает. Задумавшись об этом, я и решил написать данную статью. Итак, как устроен и как работает жесткий диск.


Историческая справка
1956 — продажа первого коммерческого жёсткого диска, IBM 350 RAMAC, 5 Мб. Он весил около тонны, занимал два ящика — каждый размером с большой холодильник, а общий объем памяти 50 вращавшихся в нем покрытых чистым железом тонких дисков диаметром с большую пиццу составлял 5 мегабайтов
1980 — первый 5,25-дюймовый Winchester, Shugart ST-506, 5 Мб
1986 — Стандарт SCSI
1991 — Максимальная ёмкость 100 Мб
1995 — Максимальная ёмкость 2 Гб
1997 — Максимальная ёмкость 10 Гб
1998 — Стандарты UDMA/33 и ATAPI
1999 — IBM выпускает Microdrive ёмкостью 170 и 340 Мб
2002 — Взят барьер адресного пространства выше 137 Гб
2003 — Появление SATA
2005 — Максимальная ёмкость 500 Гб
2005 — Стандарт Serial ATA 3G
2005 — Появление SAS (Serial Attached SCSI)
2006 — Применение перпендикулярного метода записи в коммерческих накопителях
2006 — Появление «гибридных» жёстких дисков, содержащих дополнительный блок флэш-памяти ёмкостью в единицы гигабайт
2007 — Hitachi представляет накопитель емкостью 1000 Гб


Введение
Как вы уже знаете, одной из важных компонент компьютера является жесткий диск, в простонародье именуемый «винчестер» или “винт”. Винчестер - самый важный из разных носителей, используемых в персональном компьютере (остальные включают в себя флоппи-диски, компакт-диски, флэш-карты и т.д.). Винчестер играет важную роль в следующих важных аспектах нашего компьютера:

1. Скорость. Жесткий диск очень сильно влияет на общую производительность системы. Причем его влияние намного больше, чем полагают многие пользователи ПК. Время загрузки операционной системы и запуска программ напрямую зависит от производительности винчестера. Также скорость жесткого диска критична для многозадачных ОС, обработки больших размеров данных, например, при работе с графикой и базами данных, обработке видео и звука.

2. Емкость памяти для хранения данных. Это звучит тривиально, но диск большего объема позволит хранить больше программ и различной информации.

3. Надежность. Один из путей понимания ценности устройства - это оценка ущерба в случае поломки. В таком понимании винчестер играет самую ценную роль в компьютере: в случае выхода из строя жесткого диска его можно заменить по гарантии, а вот ваши данные - нет. Винчестеры - это одни из самых важных, а также самых интересных компонентов в компьютере.


Устройство жесткого диска

Сегодня, когда преодолен рубеж в объем в 1ТБ (1000 Гб), трудно представить себе, что первые жесткие диски, появившиеся в начале 70-х, имели емкость не более десятка килобайт! А когда на рынке появились 10-мегабайтные винчестеры, большинство пользователей того времени просто не знали, чем заполнить такой «гигантский» объем… Ведь все необходимое тогда программное обеспечение (операционная система, текстовый редактор, пара-тройка игр) спокойно умещалась в 2-3 Мбайт.
Со временем емкость жесткого диска возросла в тысячи и более раз, однако, принципы его устройства не претерпели серьезных изменений. Как и прежде любой винчестер состоит из трех основных блоков.


Устройство жесткого диска

Первый блок и есть, собственно, хранилище информации. Представляет собой несколько пластин (дисков) или "блинов" (в современных винчестерах, как правило, 4 и они имеют по две рабочие поверхности), покрытых с двух сторон магнитным материалом, на который и записываются данные. Конечно, записываются они не как попало, а в точном соответствии с физической структурой диска.

А выглядит она так: магнитная поверхность каждого диска разделена на концентрические «дорожки», которые, в свою очередь, делятся на отрезки-сектора. Современные жесткие диски имеют различное количество секторов на дорожке в зависимости от того, внешняя ли это дорожка или внутренняя. Внешняя дорожка длиннее и на ней можно разместить больше секторов, чем на более короткой внутренней дорожке. Данные на чистый диск начинают записываться также с внешней дорожки. Наряду с дорожками и секторами, создатели предусмотрели еще и третье деление – на цилиндры. Цилиндр – это сумма всех совпадающих друг с другом дорожек по вертикали, по всем рабочим поверхностям. Таким образом, чтобы узнать, какое количество цилиндров содержит жесткий диск, необходимо просто умножить число дорожек на суммарное число рабочих поверхностей, которое, в свою очередь, соответствует удвоенному числу дисков в винчестере.



Первый массовый жесткий диск емкостью 16 Кбайт, выпущенный IBM еще в 1973 году, содержал 30 магнитных цилиндров по 30 дорожек на каждом. Кстати отсюда и появилось название «винчестер». Острые на язык разработчики тут же уловили сходство этих цифр с маркой «30/30», соответствующей знаменитой винтовке «винчестер».

Второй блок – механика жесткого диска, ответственная за вращение этого массива «блинов» и точное позиционирование системы читающих головок.

Третий блок включает электронную начинку – микросхемы, ответственные за обработку данных, коррекцию возможных ошибок и управление механической частью, а также микросхемы кэш-памяти.

Технологии записи данных

Метод параллельной записи
На данный момент это самая распространенная технология записи информации на жесткие диски. Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая, проходя над поверхностью вращающегося диска, намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей – доменов. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности. Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи оценивается 150 Гбит/дюйм² (23Гбит/см²). В ближайшем будущем ожидается постепенное вытеснение данного метода методом перпендикулярной записи.

Метод перпендикулярной записи
Метод перпендикулярной записи – это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это самый передовой метод записи на данный момент. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных образцов – 100–150 Гбит/дюйм² (15–23 Гбит/см²), в дальнейшем планируется довести плотность до 400–500 Гбит/дюйм² (60–75 Гбит/см²). Жесткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.

Характеристики жестких дисков

До недавнего времени основными интерфейсами подключения жестких дисков были ATA (он же IDE — Integrated Drive Electronic, он же Parallel ATA) и SCSI (Small Computer System Interface). Вторые в виду дороговизны контроллеров используются в основном на серверах. Они отличаются от ATA быстродействием и возможностью подключения большего числа дисков на контроллер.
В 2003 г. был утвержден новый интерфейс Serial ATA (SATA). На данный момент он является самым оптимальным вариантом подключения. Каждый интерфейс имеет несколько модификаций, например SATA на сегодняшний день представлен спецификацией SATA/300. Стандарт SATA отказался от традиционного для PATA подключения по два устройства на шлейф. Теперь каждому устройству полагается отдельный кабель, что снимает проблему невозможности одновременной работы устройств, находящихся на одном кабеле (и возникавших отсюда задержек), уменьшает возможные проблемы при сборке (проблема конфликта Slave/Master устройств для SATA отсутствует). Также отличительной особенностью SATA является возможность «горячей» замены устройств и функция очереди команд NCQ (Native Command Queuing). Он позволяет устройству накапливать запросы, оптимизировать порядок их выполнения с учётом внутренней архитектуры устройства (минимизация количества перемещений головок, простоя в ожидании нужного сектора на треке). NCQ повышает производительность задач, связанных с произвольным чтением, обработкой данных в двух и более источников, одновременную работу нескольких программ (типичная нагрузка для сервера — одновременное выполнение запросов от нескольких клиентов). NCQ должна поддерживаться как устройством SATA, так и SATA-контроллером.


Интерфейсы подключения

Также возможны такие типы подключений, как FireWire, USB и Fibre Channel.

Сравнение интерфейсов


Основной и, наверное, самой важной для пользователя является следующая характеристика – емкость.

Емкость – количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств достигает 1000 Гб. На данный момент самым распространенным является объем в 250 Гб. В отличие от принятой в информатике системе приставок, обозначающих кратную 1024 величину (кило=1024, мега=1 048 576 и т. д.) производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются кратные 1000 величины. Так, например, «настоящая» ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 Гб», составляет 186,2 Гб. Отсюда понятны многие недоумевания пользователей о якобы пропавших гигайбайтах.

Физический размер (форм-фактор) – почти все современные накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер 3.5, 2.5 дюймовые диски применяются в ноутбуках. Также распространены форматы — 1.8 дюйма, 1.3 дюйма и 0.85 дюйма.




Скорость вращения шпинделя – количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об./мин. (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).

Время произвольного доступа от 3 до 15 мс, как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 — 3,7 мс), самым большим из актуальных — диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 — 12,5).

Размер кэш-памяти – на современных носителях 8 или 16 Мб, но есть и 32 Мб например, Seagate Barracuda 7200.11 объемом 1Тб. Она сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти позволяет увеличить скорость работы накопителя.

Надёжность – определяется как среднее время наработки на отказ (Mean Time Between Failures, MTBF). Определяется изготовителем при определенных условиях работы.

Технология SMART (Self Monitoring Analysing and Reporting Technology) – технология оценки состояния жёсткого диска встроенной аппаратурой самодиагностики, а также механизм предсказания времени выхода его из строя.

Количество операций ввода-вывода в секунду — у современных дисков это около 50 оп/сек при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств.

Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже.

Сопротивляемость ударам (G-shock rating) — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.

Скорость передачи данных (Transfer Rate):
Внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с
Внешняя зона диска: от 74,0 до 111,4 Мб/с

Итак, более или менее понятным языком я попытался рассказать вам, с чем же “едят” жесткий диск – устройство, характеристики, методы записи и т.д. Если у кого-то есть сомнения по поводу устройства винчестера, предлагаю разобрать его и посмотреть – результаты с удовольствием почитаю в ФОРУМЕ :)))

При написании статьи использовались источники:
http://ru.wikipedia.org
http://www.technograd.com/atic/501
http://www.3dnews.ru/news/dva_vinchestera_seagate_emkostu_1_tb_teper_ofitsialno/
http://www.cyberguru.ru/hardware/drives/hdd-faq.html
Персональный компьютер 2002, Леонтьев В.П., Москва, 920с.

Источник: http://www.infoman.ru
автор: Рустем Кулыев, iNFOMAN 01.02.2008
Категория: Это интересно | Просмотров: 6370 | Добавил: quadrathell | Рейтинг: 4.0/1 |
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Условия перепечатки материалов на сайте Seven Quadrats of Hell:
1. При полном или частичном использовании материалов ссылка на quadrathell.cn.ua обязательна.
2. Ссылка должна быть активной и рабочей.
3. Ссылка должна быть прямая, запрещено ставить ссылки через редирект.
4. Если внутри наших материалов уже размещены ссылки, то материал должен копироваться вместе с этими ссылками. Удаление этих ссылок возможно только после согласования с руководителем проекта.