«Turn On Tomorrow» — «Включи будущее».

Устройство и принцип работы жесткого диска. Устройство жесткого диска ноутбука


Устройство жесткого диска

По-прежнему самым распространенным носителем информации в компьютерах и ноутбуках остается жесткий диск (HDD). Он хоть и значительно проигрывает по скорости твердотельным накопителям (SSD), пришедшим ему на смену, но в плане стоимости жесткие диски пока вне конкуренции, что и делает их такими популярными.

Проблемы с жесткими дисками встречаются достаточно часто и я решил записать серию видео, в которой постараюсь рассказать о наиболее распространенных проблемах, их причинах, а также путях их решения.

И в первую очередь я бы хотел рассказать об устройстве жесткого диска, так как считаю, что вполне логично перед тем, как приступить к изучению болезней, следует обследовать пациента и знать как он устроен.

Возможно, кому-то эта информация покажется ненужной и бесполезной, но я так не считаю. Все же понимание принципов работы устройства позволит оценить масштаб трагедии при каком-то сбое, правильно диагностировать проблему и выбрать инструменты для ее устранения.

Итак, жесткий диск — это, пожалуй, самая уязвимая часть современного компьютера. Связано это с тем, что это единственное механическое устройство в компьютере (не считая привода оптических дисков, если вы им еще пользуетесь). Ну а механика есть механика.

По сути, жесткий диск состоит из двух частей — электрической и механической. Механика приводит устройство в действие, а электроника управляет им.

Принцип работы жесткого диска достаточно прост и очень похож на граммофон или проигрыватель. Возможно вы помните устройства, в которые устанавливалась пластинка с аудио-информацией (музыка, сказки, рассказы и прочие звукозаписи).

В жестких дисках также информация записывается на пластинки и считывается похожей головкой, вот только устройство этого механизма намного более сложное.

Пластинок обычно несколько и они «насажены» на шпиндель. Изготавливаются они обычно из металла и покрываются тончайшим ферромагнитным слоем, на который и записывается информация.

Считывающих головок также обычно несколько и они объединены в блок. Головки могут свободно перемещаться и позиционироваться над любой областью пластин.

Скорость вращения барабана в современных жестких дисках составляет обычно 5400 или 7200 оборотов в минуту. Есть и более быстрые жесткие диски, но они дороже и редко устанавливаются в домашние компьютеры. Но даже скорость в 5400 об/мин весьма существенна.

Считывающая головка во время работы диска не касается пластины, а зависает над ней на расстоянии всего около 10 нм. Для сравнения толщина волоса составляет около 100 мкм, что в 10 000 раз больше!

Из-за того, что головка не касается поверхности исключается ее механический износ, а происходит это потому, что при вращении шпинделя создается воздушный поток, который приподнимает считывающую головку над поверхностью диска и заставляет ее как бы парить.

Теперь представьте что будет, если на такой скорости между считывающей головкой и пластиной попадет микроскопическая пылинка. Это приведет к тому, что головка подпрыгнет и ударит диск, что неминуемо приведет к повреждению магнитной поверхности пластины, а значит и информации на ней записанной.

Если вам доводилось пользоваться проигрывателем, то вы наверняка помните, что поцарапанная пластинка обычно отказывалась проигрываться, так как головка перескакивала на соседнюю дорожку. То есть часть информации записанной на пластинку просто безвозвратно пропадала. Нечто подобное может возникнуть и в жестком диске.

У вас может возникнуть вопрос — если в рабочем положении головки не касаются поверхности диска и приподнимаются они только во время работы, то почему они не повреждают магнитную поверхность в момент запуска диска?

Дело в том, что пока диск не разогнался до нужной скорости блок головок находится в так называемом парковочном положении.

То есть по сути головки отведены из рабочей зоны и удерживаются специальным устройством в парковочном положении, что предотвращает касание головок с магнитной поверхностью диска.

Парковочное устройство обычно срабатывает автоматически при остановке двигателя, вращающего шпиндель с пластинами, и выводит блок головок из рабочей зоны, тем самым защищая уязвимую рабочую поверхность.

Для предотвращения попадания чего-либо внутрь, жесткий диск изготавливают в виде герметичного бокса, в который ничего не может попасть из вне. Таким образом электро-механическая часть находится внутри этого бокса, а электроника снаружи.

Электронная плата, которую вы можете видеть в нижней части диска, называется платой контроллера и именно она осуществляет полное управление над механической частью.

Обычно плата контроллера никак не защищена и ее достаточно легко повредить при неаккуратном монтаже жесткого диска внутри корпуса компьютера или при хранении. Поэтому если хотите положить диск, то либо кладите его платой вверх, либо убедитесь, что на поверхности, куда его кладете, нет винтов или других объектов, способных повредить плату.

Итак, подведем итоги…

Как вы понимаете, есть масса причин, делающих жесткий диск не очень надежным носителем информации.

Во-первых, механические части, вращающиеся с большой скоростью, могут выйти из строя или стать причиной повреждения магнитной поверхности диска.

Во-вторых, из-за своей конструкции жесткие диски весьма восприимчивы к ударам, падениям и температуре.

В-третьих, электроника жесткого диска (плата контроллера) подвержена как механическому повреждению, при неаккуратном обращении с диском при его подключении, так и может сгореть при скачке напряжения в электросети или при подключении/отключении жесткого диска «на горячую», то есть при включенном компьютере.

Отсюда следуют очень простые правила обращения с жесткими дисками:

  • Оберегать их от ударов и падений
  • Быть крайне аккуратным при монтаже жесткого диска внутрь корпуса компьютера и ноутбука и никогда не производить подключение и отключение диска при работающем компьютере (Здесь речь идет о внутренних дисках. Внешние жесткие диски, подключаемые через разъем USB предполагают возможность отключения при работающем компьютере)
  • Оберегать жесткий диск от перегрева. Обеспечить достаточную вентиляцию внутри корпуса компьютера и следить за температурой жесткого диска с помощью специальных программ (это актуально летом).
  • По возможности использовать источник бесперебойного питания при работе на обычном компьютере (для ноутбуков он не нужен, так как там есть батарея, которая на себя берет эту функцию).

На этом у меня пока все. В следующем видео расскажу о принципах хранения информации на жестком диске и чем опасно появление так называемых «бэд-секторов» (bad sectors).

pc-azbuka.ru

как выглядит изнутри и из чего состоит

Многих пользователей интересует устройство жесткого диска. И неспроста, ведь на сегодняшний день самым распространенным накопителем информации на компьютере является HDD. Далее будут разобраны принципы его работы и структура.

Механика и электроника

Винчестер по своей сути напоминает проигрыватель на пластинках. В нем также содержатся пластинки и считывающие головки. Однако устройство HDD сложнее. Если мы разберем жесткий диск, то увидим, что в основном пластины металлические и покрыты магнитным слоем. Именно на него производится запись данных. В зависимости от объема винчестера пластин от 4 до 9. Они крепятся на валу, который называется «шпиндель» и имеет высокую скорость вращения от 3600 до 10000 оборотов/мин для изделий массового потребления.

Рядом с блоком пластин находится блок считывающих головок. Количество головок определяется количеством магнитных дисков, а именно по одной на каждую поверхность диска. В отличие от проигрывателя на жестких дисках головка не касается поверхности пластин, а зависает над ней. Это позволяет исключить механический износ. Поскольку пластины имеют высокую скорость вращения, а головки должны находиться на крайне малом постоянном расстоянии над ними, очень важно, чтобы во внутрь корпуса ничего не смогло попасть. Ведь малейшая пылинка может нанести физические повреждения. Именно поэтому механическую часть герметично закрывают кожухом, а электронную выносят на наружу.

Некоторые пользователи интересуются тем, как разобрать жесткий диск. Нужно понимать, что разбор рабочего накопителя предусматривает нарушение его герметичности. А это, в свою очередь, приведет его в негодность. Поэтому не стоит этого делать, если вы не готовы потерять все данные на носителе информации. Если у вас нет острой необходимости открывать накопитель, а всего лишь мучает любопытство, из чего состоит жесткий диск, вы можете посмотреть фото разобранного HDD.

Именно поэтому жесткие диски на магнитных дисках при ремонте разбирают и собирают в специальном ламинарном боксе. В нем при помощи системы подачи воздуха высокой очистки и герметичности поддерживается необходимая для проведения таких работ окружающая среда. Разобрав свой диск в домашних условиях Вы однозначно его приведете в неработоспособное состояние.

Считывающие головки в нерабочем состоянии находятся рядом с блоком пластин. Еще это называется «парковочное положение». Специальное устройство выносит головки в рабочую зону только тогда, когда диск разогнался до необходимой скорости. Все они перемещаются вместе, а не каждая отдельно. Это позволяет иметь быстрый доступ ко всем данным.

Электронная плата, или контроллер, как правило, крепится снизу винчестера. Ее ничего не защищает, и от этого она достаточно уязвима для механических и термических повреждений. Именно она осуществляет управление механикой. Винчестер от ноутбука отличается от стандартного 3,5-дюймового только размером. Принцип работы жесткого диска точно такой же. Отличаться они могут только количеством магнитных блинов и емкостью накопителя.

Как можно проследить, устройство жесткого диска подвержено ударам, встряскам, царапинам, значительным изменениям температур и скачкам напряжения. А это делает его не совсем надежным носителем информации. Именно из-за этого жесткий диск на ноутбуке выходит из строя чаще, чем на стационарном ПК. Ведь портативные устройства постоянно подвергают встряскам, порой падениям, выносят на холод или ставят на солнце. А это, в свою очередь, негативно сказывается на винчестере.

Чтобы продлить срок работы HDD, не подвергайте его падениям и ударам, следите за тем, чтобы была достаточная вентиляция корпуса, любые манипуляции с диском производите только при отключенном питании. Эти недостатки привели к появлению нового типа винчестеров SSD. Постепенно они теснят HDD, когда-то выглядевших великолепными носителями.

Рассмотрим далее разбираемый нами тип накопителя.

Логическое устройство

Мы узнали, как выглядит жесткий диск внутри. Теперь будем разбирать его логическое структурирование. Данные пишутся на жесткий диск компьютера на дорожки, которые делятся на определенные сектора. Объем каждого сектора составляет 512 байт. Последовательные сектора объединяются в кластер.

При установке нового HDD нужно произвести форматирование, иначе компьютер попросту не увидит свободное место на накопителе. Форматирование бывает физическое и логическое. Первое подразумевает разбивку диска на сектора. Некоторые из них могут определиться как «плохие», то есть непригодные к записи данных. В большинстве случаев накопитель уже имеет такое форматирование перед продажей.

Логическое форматирование подразумевает создание логического раздела жесткого диска. Это позволяет значительно упростить и оптимизировать работу с информацией. Под логический раздел (или, как еще называют, «логический диск») отводится определенная область накопителя. С ней можно работать как с отдельным винчестером. Чтобы понять, как работает жесткий диск со своими разделами, достаточно визуально разделить винчестер на 2-4 части в зависимости от количества логических томов. К каждому тому можно применить свою систему форматирования: FAT32, NTFS или exFAT.

Технические данные

Друг от друга HDD отличаются по таким данным:

  • объемом;
  • скоростью вращения шпинделя;
  • интерфейсом.

На сегодняшний день средний объем винчестера 500-1000 Гб. Он определяет количество информации, которое вы можете записать на носитель. От скорости вращения шпинделя будет зависеть, как быстро вы сможете иметь доступ к данным, то есть чтение и запись информации. Самым распространенным интерфейсом является SATA, который пришел на смену уже морально устаревшему и медленному IDE. Друг от друга они отличаются пропускной способностью и типом разъема подключения к материнской плате. Отметим, что диск современного ноутбука может иметь только интерфейс SATA или SATA2.

В данной статье было рассмотрено, как устроен жесткий диск, его принципы работы, техданные и логическая структура.

comments powered by HyperComments

hddiq.ru

Как устроен жесткий диск компьютера (HDD) или винчестер

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).

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!

 

pc-information-guide.ru

Установка твердотельного SSD в компьютер или ноутбук

Зачем устанавливать SSD

SSD – это твердотельный накопитель, который отличается от традиционных жестких дисков компактностью и скоростью передачи данных. Причин, по которым многие пользователи переходят на использование таких носителей информации несколько, а именно:

  1. Надежность. Они, по сути, не имеют подвижных элементов, что намного снижает вероятность повреждения данных в момент записи и исключает физический износ.
  2. Скорость доступа к данным намного выше, что благоприятно сказывается на работе.
  3. Компактность. Такие накопители легко помещаются в карман, их удобно транспортировать.
  4. Низкий шум и температура. SSD не шумят вообще, в отличии от своих собратьев HDD.

Единственным минусом является ограничение на количество записей каждого сектора, поэтому многие предпочитают приобретать такие диски для установки операционной системы – диск не так сильно изнашивается и скорость работы ОС может возрасти.

Установка SSD в компьютер

Перед тем, как установить диск в компьютер, его нужно обесточить:

  1. Вытягиваем вилку питания системного блока из розетки
  2. Нажимаем кнопку выключения на блоке питания (обычно расположена на задней стороне системного блока. На некоторых моделях может отсутствовать)
  3. Зажимаем кнопку включения компьютера на 5-10 секунд, чтобы все цепи обесточились

Теперь снимаем крышку системного блока и определяемся с местом, куда будет установлен накопитель. Многие современны SSD и корпуса ПК оснащены специальными карманами, которые позволят установить диск.

К сожалению, более дешевые модели корпусов могут быть оснащены полками только под 3.5 дюймовые устройства, а форм фактор SSD – 2.5 дюйма. В этом случае понадобиться специальный карман или адаптер. Этим стоит озаботиться еще до покупки диска.

Теперь устанавливаем накопить в нужный разъем 3,5 или 2,5 дюйма и крепим его винтами или защелками (зависит от характеристик корпуса ПК)

Следующим шагом будет подключение питания и шлейфа данных. SSD оснащены L-образными SATA разъемами. Тот, что больше – это питание, он идет от блока питания. Второй, поменьше передает данные и подключается к материнской плате. Подключить их неправильно достаточно сложно, т.к. на кабелях есть ключи.

Теперь собираем ПК, запускаем его и переходим в БИОС.

Тут нам предстоит установить режим AHCI для работы SSD. Затем следует:

  1. В том случае, если на накопитель будет установлена Windows, необходимо изменить приоритет загрузки. На первом месте должна стоять флешка или диск, с которого будет производится установка, а на втором только что установленный диск.
  2. Если планируется работать в старой системе, то HDD с Виндовс должен стоять на первом месте в приоритете загрузки.
  3. Теперь осталось внести необходимые настройки в БИОС в зависимости от версии микропрограммы и цели использования накопителя.

Стоит заметить, что на современных материнских платах порты SATA могут отличаться скоростью. Поэтому подключение стоит производить в более скоростной порт. С информацией о скорости портов материнской платы можно ознакомиться в инструкции или на сайте производителя. Иногда такая информация указана на коробке к самой плате.

Как подключить SSD к ноутбуку

Установка накопителя в ноутбук несколько проще. Для начала, как и в случае с ПК, отключаем питание и вытягиваем аккумулятор. Зажимаем клавишу включения на 5-10 секунд, после чего приступаем к разбору устройства.

Для начала переворачиваем ноутбук и ищем крышку, возле которой видна надпись HDD или нарисован значок винчестера. Откручиваем болт возле надписи и снимаем крышку. Чаще всего диск установлен в стальные салазки, к которым также прикручен болтами. Снова откручиваем и извлекаем винчестер.

Теперь на его место ставим SSD и проделываем вышеописанную процедуру в обратном порядке. В отличии от компьютера тут придется заново устанавливать систему, т.к. зачастую в ноутбуках не предусмотрена установка двух и более накопителей.

composs.ru


Смотрите также