Лекция №18
Тема: «Основные характеристики, принцип работы, классификация жестких дисков»
HDD — довольно сложно сконструированное хранилище, которое при этом отличается весьма простым принципом работы.
Устройство жесткого диска
Жесткий диск (винчестер) состоит из многих элементов. Так, его физическая структура представлена комплектом пластин, которые еще называют дисками. Их покрывает магнитный слой — плоттер. Вращающийся вал — шпиндель — служит соединительной деталью. Есть еще намагниченные головки. Каждая из них движется по одной из пластин, таким образом считывая и записывая информацию.
Примечание: диски обладают толщиной примерно в пару миллиметров. Их чаще всего делают из металла, но встречаются и керамические, стеклянные варианты.
Обе поверхности пластин задействованы во время записи файлов. Шпиндель крутится на одной и той же скорости. К примеру, у терабайтного WD 3.5″ SATA 3.0 он за минуту поворачивается 7200 раз.
Данные пишутся по трекам — концентрическим дорожкам. Они поделены на сектора, которые содержат конкретный информационный объем.
Инфообмен между оперативной памятью системы и накопителем происходит поэтапно и выражен кластером. Он представляет собой целое число, состоит из цепочки расположенных последовательно секторов: 1, 2, 3, 4 и т. д.
Дорожки жесткого диска («харда»), размещенные на разных частях устройства, но которые имеют один и тот же номер, называют цилиндром.
Примечание: жесткие носители бывают двух типов — внутренние и внешние. Их механическая часть практически идентична. Отличия — лишь в интерфейсе подключения и корпусе. Внутренние аппараты подключаются по SATA, а портативные — по USB. Переносные модели заключены в корпуса, которые защищают их от внешнего воздействия.
Принцип работы жесткого диска
Информационные носители магнитного типа имеют довольно сложное строение, а вот принцип их функционирования довольно прост. Что нужно знать:
1. Двигатель, который вращает диск, включается при подаче питания на устройство и остается включенным до его снятия. Получается, если девайс включен в ПК, он работает, пока пользователь не выключит системный блок.
Примечание: если в разделе под названием «Power Management» в БИОСе был изменен параметр отключения HDD в случае отсутствия обращения к нему, то двигатель может выключить сама подсистема.
2. Каждая пара головок одета на «вилку», которая обхватывает каждый диск. Эта «вилка» перемещается над поверхностью. За это отвечает специальный серводвигатель — не шаговый, хотя такое заблуждение встречается довольно часто.
3. У всех жестких дисков есть запасные сектора. Схема управления аппаратом задействует их, если повреждается какой-то из основных.
Магнитный принцип чтения и записи информации
Информация пишется на магниточувствительный материал. Такое покрытие очень тонкое (несколько микрометров) и обладает доменной структурой.
Такой домен является малюсенького размера областью, которая содержится в ферромагнитных образцах и намагничена однородным образом. Она отделена от соседних с ней таких же зон тоненькими переходными прослойками. Их называют границами.
Винты записывают и считывают инфо по такому принципу:
- В то время, пока действует наружное силовое поле, его линии движутся в направлении, которое соответствует доменным областям. После того, как прекращается воздействие, остаются участки, которые становятся намагниченными. За счет этого и осуществляется сохранение данных.
- Когда записываются файлы, головка формирует наружное поле, о котором говорилось в предыдущем пункте. Когда данные прочитываются, области остаточной намагниченности, которые оказались напротив, образуют в ней электродвижущую силу.
- Направленность ЭДС меняется за конкретный временной промежуток. Такой процесс представлен в виде единицы в двоичной системе. Если же ничего не меняется, процесс отождествляется с 0.
- Закрепленная на кронштейне головка движется над требуемой дорожкой. Когда диск поворачивается, она размещается как раз над нужным сектором.
- Все головки движутся в одно и то же время, при этом они считывают данные с одинаковых треков различных пластинок.
- Внутренняя поверхность хранилища представляется размещенными подряд точечными позициями, которые представляют собой биты информации. Так как точное их местоположение нельзя определить, чтобы записать данные, нужны метки. Они наносятся заранее и играют роль навигатора. Чтобы их создать, диск и разбивается по трекам и секторам — форматируется.
- Организация доступа к данным, которые расположены на хдд, осуществляется благодаря передвижению головки по радиусу диска, а также за счет увеличения оборотов шпинделя.
Логическое устройство винчестера
Для начала работы с магнитным хранилищем нужно предварительно нанести навигационные метки. Нужно сделать разделы, определить объем каждого из них, другими словами, разметить тома.
Форматирование происходит всего на 2 уровнях. Первый — низкоуровневый, называется также физическим. Второй же — высокоуровневый, именуется логическим.