Устройство жесткого диска. Основные характеристики и интерфейсы подключения. Правила эксплуатации

HDD (Hard Disk Drive) — главное хранилище информации на ПК. Внутри жесткого диска с большой скоростью вращаются диски, покрытые магнитным слоем. Над поверхностями этих дисков перемещаются головки чтения/записи. Диски и головки размещены в герметичном и прочном корпусе.

Он требует аккуратного обращения и соблюдения правил эксплуатации. Во время вращения дисков с высокой скоростью между их поверхностями и головками чтения/записи возникает тонкая воздушная подушка, предотвращающая касание (и повреждение) головками магнитного слоя дисков. При ударе или сильном толчке головка может коснуться поверхности диска и повредить магнитный слой. В некоторых случаях повреждается и сама головка. Воздушный зазор между головкой и диском настолько мал, что сквозь него не проходят даже мельчайшие твердые частицы, содержащиеся в табачном дыме, не говоря об обычной пыли. Такие частицы способны проникать сквозь вентиляционные отверстия в герметичном корпусе винчестера, несмотря на фильтры, которыми они закрыты. В результате эксперты установили, что в запыленном или прокуренном помещении жесткие диски выходят из строя гораздо быстрее.

Перед первым использованием жд необходимо создать на нем разделы (или один раздел). Для создания разделов на жестком диске традиционно используется команда FDISK, которая запускается из командной строки DOS. Если объем жесткого диска превышает максимальный объем, с которым может работать BIOS, а также если вы хотите рационально организовать размещение ваших данных, с помощью FDISK вы сможете разделить жесткий диск на несколько разделов, и операционная система будет воспринимать каждый из них как от­дельный логический диск.

После разделения жесткого диска на разделы его надо отформатировать. Форматированием называется процесс разметки жесткого диска на цилиндры, дорожки и сектора. Информация о месте, в котором хранится файл, сохраняется в особой группе секторов, называемой таблица размещения файлов или file allocation table (FAT). Эта группа секторов располагается в начале второго сектора первой дорожки жесткого диска, сразу после главного загрузчика (master boot record, MBR).

Рекомендуется разбивать жд на несколько логических дисков, один из которых будет системным, а на втором будет храниться информация пользователя. Таким образом, наибольшая нагрузка и, следовательно, износ приходятся на диск С. Переместив важные данные на диск D, мы уменьшим риск их потери в результате сбоя или поломки жесткого диска.

Еще одной важной характеристикой жесткого диска является размер кэша. Это SRAM-память, расположенная в самом винчестере, в ней хранятся часто запрашиваемые данные. Такой кэш ускоряет работу винчестера, аналогично процессорному кэшу второго уровня.

Еще одной характеристикой жд является время доступа, которое складывается из трех чисел - задержки, времени поиска, скорости обработки (последняя часто является расчетной). Время поиска - это время, которое требуется винчестеру для того, чтобы обнаружить первый блок данных. Время поиска у разных винчестеров разнится от 9,5 до 12 микросекунд (мксек).

Пластина жесткого диска должна прокрутиться, чтобы первый сектор оказался под считывающей головкой. Это время называется задержкой. Задержка не прибавляется к времени поиска, она лишь показывает, какая часть времени поиска затрачивается на ожидание. Время доступа очень важный параметр, поскольку он отражает не то, как быстро винчестер находит данные, а то, как быстро он реагирует на запрос и предоставляет данные. Этот параметр очень схож со временем выборки для памяти DRAM.

Гораздо более надежным индикатором общей производительности жесткого диска служит поддерживаемая скорость обмена данными. Это обычно максимальное число, обозначающее, какую скорость обмена данными диск продемонстрировал в действительности в тестовых программах. Данный параметр редко указывается производителями дисков, чаще всего его можно найти в не­зависимых обзорах компьютерного оборудования.

При оценке жесткого диска используется такой параметр, как число оборотов в минуту. Современные жесткие диски вращаются с одной из двух скоростей: 5400 об/мин или 7200 об/мин. (Для SCSI дисков 10000 – 15000 об/мин).

В большинстве обычных персональных компьютеров применяются жесткие, диски типа IDE. IDE (он же EIDE, АТА, ATAPI) — это тип интерфейса, программного и аппаратного способа подключения жесткого диска к шине материнской платы. Интерфейс EIDE позволяет подключить до четырех устройств такого типа (кроме жестких дисков это могут быть дисководы для лазерных дисков — CD-ROM). В тех случаях, когда предъявляются повышенные требования к производительности системы, используют интерфейс, обеспечивающий более высокую скорость передачи данных между жестким диском и основной шиной материнской платы — так называемый интерфейс SCSI. Кроме большей производительности он интересен тем, что позволяет подключать к системе до 15 устройств SCSI.

Различные части IDE/ATA-устройства очень часто путают друг с другом. Контроллер — интегральная схема с процессорами, которые управляют жестким диском и соединением между диском и материнской платой. Если мы имеем дело с IDE-устройством, будь то жесткий диск или оптический привод, то контроллер всегда будет встроен в само устройство. IDE-устройство, подключается в вашем компьютере к интерфейсной плате. Такая плата будет называться адаптером, хотя на ее коробке вы можете прочесть «плата контроллера». О тдельный IDE-адаптер, существует. Он представляет собой плату расширения или является встроенным в материнскую плату. К каждому каналу IDE можно подключить два устройства — старшее («master») и младшее («slave»). В версии EIDE этого же интерфейса мы имеем дело с двумя старшими и двумя младшими устройствами. «Старшее» устройство в паре является контроллером для «младшего». Поэтому если вы вдруг столкнетесь с ошибками в работе пары винчестер — оптический привод (первый — старшее устройство, второй — младшее), то причиной может быть некорректная работа контроллера жесткого диска.

SCSI интерфейс характеризуется высокой скоростью передачи данных и надежностью работы. Существует девять типов SCSI-интерфейса, причем с заметными различиями друг от друга. Поскольку Windows использует часть дискового пространства в качестве виртуальной памяти, обычная скорость современных SCSI-винчестеров (150 Мб/с) может дать существенный прирост производительности системы, особенно при одновременной работаете с несколькими прило­жениями. С другой стороны, SCSI не имеет ничего общего со стандартом Plug and Play.

Serial ATA (SATA) быстро набирает популярность и становится новым стандартом интерфейса для накопителей на жестких дисках. Производители системных плат уже реализуют в своих изделиях поддержку SATA. Так как кабели накопителей с интерфейсом SATA значительно более узкие, чем PATA, они обеспечивают более свободный доступ к компонентам и улучшают вентиляцию корпуса компьютера. В некоторых старых компьютерах порты SATA отсутствуют. В таком случае для поддержки накопителей с интерфейсом SATA можно установить контроллер SATA в виде платы PCI. Современные жесткие диски с SATA-интерфейсом, обладают скоростью вращения пластин равную 7200 об./мин и имеют внутренний кэш-буфер размером 8 Кбайт. При их производстве используется та же механическая часть, что и при производстве дисков с привычным для нас параллельным ATA-интерфейсом, отличие состоит лишь в используемой плате электроники.