Как устроен жесткий диск компьютера (HDD)
Приветствую всех читателей блога pc-information-guide.ru. Многих интересует вопрос - как устроен жесткий диск компьютера. Поэтому я решил посвятить этому сегодняшнюю статью.
Жесткий диск компьютера (HDD или винчестер) нужен для хранения информации после выключения компьютера, в отличие от ОЗУ (оперативной памяти) - которая хранит информацию до момента прекращения подачи питания (до выключения компьютера).
Жесткий диск, по-праву, можно назвать настоящим произведением искусства, только инженерным. Да-да, именно так. Настолько сложно там внутри все устроено. На данный момент во всем мире жесткий диск - это самое популярное устройство для хранения информации, он стоит в одном ряду с такими устройствами, как: флеш-память (флешки), SSD. Многие наслышаны о сложности устройства жесткого диска и недоумевают, как в нем помещается так много информации, а поэтому хотели бы узнать, как устроен или из чего состоит жесткий диск компьютера. Сегодня будет такая возможность).
Содержание
Устройство жесткого диска компьютера
Жесткий диск состоит из пяти основных частей. И первая из них - интегральная схема, которая синхронизирует работу диска с компьютером и управляет всеми процессами.
Вторая часть - электромотор (шпиндель), заставляет вращаться диск со скоростью примерно 7200 об/мин, а интегральная схема поддерживает скорость вращения постоянной.
А теперь третья, наверное самая важная часть - коромысло, которое может как записывать, так и считывать информацию. Конец коромысла обычно разделен, для того чтобы можно было работать сразу с несколькими дисками. Однако головка коромысла никогда не соприкасается с дисками. Существует зазор между поверхностью диска и головкой, размер этого зазора примерно в пять тысяч раз меньше толщины человеческого волоса!
Но давайте все же посмотрим, что случится, если зазор исчезнет и головка коромысла соприкоснется с поверхностью вращающегося диска. Мы все еще со школы помним, что F=m*a (второй закон Ньютона, по-моему), из которого следует, что предмет с небольшой массой и огромным ускорением - становится невероятно тяжелым. Учитывая огромную скорость вращения самого диска, вес головки коромысла становится весьма и весьма ощутимым. Естественно, что повреждение диска в таком случае неизбежно. Кстати, вот что случилось с диском, у которого этот зазор по каким то причинам исчез:
Так же важна роль силы трения, т.е. ее практически полного отсутствия, когда коромысло начинает считывать информацию, при этом смещаясь до 60 раз за секунду. Но постойте, где же здесь находится двигатель, что приводит в движение коромысло, да еще с такой скоростью? На самом деле его не видно, потому что это электромагнитная система, работающая на взаимодействии 2 сил природы: электричества и магнетизма. Такое взаимодействия позволяет разгонять коромысло до скоростей света, в прямом смысле.
Четвертая часть - сам жесткий диск, это то, куда записывается и откуда считывается информация, кстати их может быть несколько.
Ну и пятая, завершающая часть конструкции жесткого диска - это конечно же корпус, в который устанавливаются все остальные компоненты. Материалы применяются следующие: почти весь корпус выполнен из пластмассы, но верхняя крышка всегда металлическая. Корпус в собранном виде нередко называют "гермозоной". Бытует мнение, что внутри гермозоны нету воздуха, а точнее, что там - вакуум. Мнение это опирается на тот факт, что при таких высоких скоростях вращения диска, даже пылинка, попавшая внутрь, может натворить много нехорошего. И это почти верно, разве что вакуума там никакого нету - а есть очищенный, осушенный воздух или нейтральный газ - азот например. Хотя, возможно в более ранних версиях жестких дисков, вместо того, чтобы очищать воздух - его просто откачивали.
Это мы говорили про компоненты, т.е. из чего состоит жесткий диск. Теперь давайте поговорим про хранение данных.
Как и в каком виде хранятся данные на жестком диске компьютера
Данные хранятся в узких дорожках на поверхности диска. При производстве, на диск наносится более 200 тысяч таких дорожек. Каждая из дорожек разделена на секторы.
Карты дорожек и секторов позволяют определить, куда записать или где считать информацию. Опять же вся информация о секторах и дорожках находится в памяти интегральной микросхемы, которая, в отличие от других компонентов жесткого диска, размещена не внутри корпуса, а снаружи и обычно снизу.
Сама поверхность диска - гладкая и блестящая, но это только на первый взгляд. При более близком рассмотрении структура поверхности оказывается сложнее. Дело в том, что диск изготавливается из металлического сплава, покрытого ферромагнитным слоем. Этот слой как раз и делает всю работу. Ферромагнитный слой запоминает всю информацию, как? Очень просто. Головка коромысла намагничивает микроскопическую область на пленке (ферромагнитном слое), устанавливая магнитный момент такой ячейки в одно из состояний: о или 1. Каждый такой ноль и единица называются битами. Таким образом, любая информация, записанная на жестком диске, по-факту представляет собой определенную последовательность и определенное количество нулей и единиц. Например, фотография хорошего качества занимает около 29 миллионов таких ячеек, и разбросана по 12 различным секторам. Да, звучит впечатляюще, однако в действительности - такое огромное количество битов занимает очень маленький участок на поверхности диска. Каждый квадратный сантиметр поверхности жесткого диска включает в себя несколько десятков миллиардов битов.
Принцип работы жесткого диска
Мы только что с вами рассмотрели устройство жесткого диска, каждый его компонент по отдельности. Теперь предлагаю связать все в некую систему, благодаря чему будет понятен сам принцип работы жесткого диска.
Итак, принцип, по которому работает жесткий диск следующий: когда жесткий диск включается в работу - это значит либо на него осуществляется запись, либо с него идет чтение информации, или с него загружается ОС, электромотор (шпиндель) начинает набирать обороты, а поскольку жесткие диски закреплены на самом шпинделе, соответственно они вместе с ним тоже начинают вращаться. И пока обороты диска(ов) не достигли того уровня, чтобы между головкой коромысла и диском образовалась воздушная подушка, коромысло во избежание повреждений находится в специальной "парковочной зоне". Вот как это выглядит.
Как только обороты достигают нужного уровня, сервопривод (электромагнитный двигатель) приводит в движение коромысло, которое уже позиционируется в то место, куда нужно записать или откуда считать информацию. Этому как раз способствует интегральная микросхема, которая управляет всеми движениями коромысла.
Распространено мнение, этакий миф, что в моменты времени, когда диск "простаивает", т.е. с ним временно не осуществляется никаких операций чтения/записи, жесткие диски внутри перестают вращаться. Это действительно миф, ибо на самом деле, жесткие диски внутри корпуса вращаются постоянно, даже тогда, когда винчестер находится в энергосберегающем режиме и на него ничего не записывается.
Ну вот мы и рассмотрели с вами устройство жесткого диска компьютера во всех подробностях. Конечно же, в рамках одной статьи, нельзя рассказать обо всем, что касается жестких дисков. Например в этой статье не было сказано про интерфейсы жесткого диска - это большая тема, я решил написать про это отдельную статью.
Нашел интересное видео, про то, как работает жесткий диск в разных режимах
Всем спасибо за внимание, если вы еще не подписаны на обновления этого сайта - очень рекомендую это сделать, дабы не пропустить интересные и полезные материалы. До встречи на страницах блога!
Спасибо, было интересно читать статью
Спасибо
Нигде не могу найти, что за разъем на второй картинке между питанием и IDE
Эта информация Вам не пригодится скорее всего, но пожалуйста:
это разъем для перемычек, отвечающих за роли HDD в системе. (на IDE шлейфах можно было вешать по 2 диска )
Роли: master, slave, cabel select.
Информация была очень полезная огромное спасибо сайту и статье. Постоянно сижу и читаю. Коротко и ясно.
мне интерсно,нужно ли выключать комп для меньшего износа винчестера или пусть длительно работает?
в среднем, срок службы жестких дисков — около 10 лет. У меня лично в компьютере до сих пор работает Seagate 120 Гб с 2006 года! Другое дело, что последние лет 5 он используется как хранилище файлов, то есть нет частой записи/перезаписи файлов на диск.
Компьютер работает в таком режиме: с утра включил и выключил перед тем, как лечь спать. И так почти каждый день.
Из ненужного HDD можно сделать электрическую точилку для ножей – э/мотор вращает блины и точит ножи.
Блин, хорошо придумано) спасибо за совет
парковка у дисков разная на картинке за блинами а на видео возле шпинделя цитата И пока обороты диска(ов) не достигли того уровня, чтобы между головкой коромысла и диском образовалась воздушная подушка, коромысло во избежание повреждений находится в специальной “парковочной зоне” почему на видео роловка паркуется возле основания там что нечего повреждать?
Спасибо большое за такую интересную статью!
Спасибо за науку! Полезная инйормация.
Скажите, пожалуста, можно ли заменить диски, не трогая коромысел с магнитными головками?
Спасибо за статью. Очень интересно!! Хотелось бы услышать про сектора и тд. Как восстанавливать и тд
Спасибо! Это очень полезная информация.
Полностью вышедший из строя жесткий диск, казалось бы, никакой пользы не представляет и идет на свалку. Между тем, там есть ценные материалы – алюминиевые блины, из которых можно сделать отражатели для подсветки и много других занятных устрйств, мощные неодимовые магниты, крышка из нержавеющей стали и прикленный к ней (не на всех дисках)экран, защищающий от электромагнитных излучений, а также электромотор найти применение для которого непросто.
Хотелось бы спросить умельцев, как они используют эти детали?
Магниты, например, можно использовать для мощных защелок и для того, чтобы искать на дне возле стоянки вашей лодки упавшие в воду ключи. У меня в прихожей стоит складной стул из стальных труб, который в одно движение я креплю на стене (чтобы не занимал много места), где установлен неодимовый магнит.
В шкафу для инстумента у меня есть с десяток устаревших или вышедших из строя дисков, которые я время от времени разбираю. Сегодня например, разобрал диск, чтобы сделать деталь для парусной лодки и задумался – подходит экран, прикленный к крышке, но непонятно, из какого он материала. Похоже на нержавейку, но парусная лодка – это более ответственный объект, чем компьютер, если что не так, то и жену вдовой можно сделать, и сомнительный материал на него не поставишь. Стал искать на сети, и ничего про экран не нашел.
Я понимаю, что компьтерщики – это не мусорщики, но можно иногда и развлечься и заняться “смежной” областью.
Сам-то я атомщик, это не очень сложно, вот и приходится искать умных людей чтобы кое-что объяснили и помогли.
Поконкретней добавлю. Какая часть диска используется определенными файлами : внутренняя, наружная или серединная.
Того что искал таки не нашел. Как узнать на какой части hdd находится информация ? Может софт какой существует ?
Программ с таким функционалом пока не встречал, могу только добавить следующее: информация на жескткий диск записывается от центра диска к внешнему краю равномерно, по мере заполнения. По-идее, чем ближе расположен файл к концу объема жесткого диска (например когда диск занят на 460 Гб из 500 возможных), тем медленней будет осуществляться доступ к нему, скорость чтения упадет, но вот насколько – к сожалению сказать не могу.
Очень интересно и подробно ,всё расписано и понятно автору спасибо за такую интересную,познавательную информацию:)
Описание короч
Блин очень интересно, автору спасибо))
Пожалуйста!