Начать. Это бесплатно
или Регистрация c помощью Вашего email-адреса
Rocket clouds
Жёсткий диск создатель Mind Map: Жёсткий диск

1. Название

1.1. Запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

2. Технологии записи данных

2.1. Метод продольной записи

2.2. Метод перпендикулярной записи

2.3. Перспективные методы записи

2.3.1. Метод черепичной магнитной записи

2.3.2. Метод тепловой магнитной записи

2.3.3. Структурированные носители данных

2.3.4. Метод записи при помощи Т-излучения

3. Характеристики

3.1. Интерфейс (англ. interface)

3.1.1. Техническое средство взаимодействия двух разнородных устройств, что в случае с жёсткими дисками является совокупностью линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии (контроллеры интерфейсов), и правил (протокола) обмена. Современные серийно выпускаемые внутренние жёсткие диски могут использовать интерфейсы ATA (он же IDE и PATA), SATA, eSATA, SCSI, SAS, FireWire, SDIO и Fibre Channel.

3.2. Ёмкость (англ. capacity)

3.2.1. Количество данных, которые могут храниться накопителем. С момента создания первых жёстких дисков в результате непрерывного совершенствования технологии записи данных их максимально возможная ёмкость непрерывно увеличивается. Ёмкость современных жёстких дисков (с форм-фактором дисководов 3,5 дюйма) на 2016 год достигает 6, 8 или 10 терабайт. В отличие от общепринятой в информатике системы приставок, обозначающих кратную 1024 величину (см.: двоичные приставки), производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются величины, кратные 1000. Так, ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 ГБ», составляет 186,2 ГиБ.

3.3. Физический размер (форм-фактор; англ. dimension)

3.3.1. Почти все накопители 2001—2008 годов для персональных компьютеров и серверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма — под размер стандартных креплений для них соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках. Также получили распространение форматы 1,8, 1,3, 1 и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в форм-факторах 8 и 5,25 дюймов.

3.4. Время произвольного доступа (англ. random access time)

3.4.1. Среднее время, за которое винчестер выполняет операцию позиционирования головки чтения/записи на произвольный участок магнитного диска, зависит от скорости вращения. Диапазон этого параметра — от 2,5 до 16 мс, часто в спецификациях указывают среднее время доступа порядка 8—10 мс[20]. Как правило, минимальным временем обладают диски для серверов, самым большим — диски для портативных устройств. Для сравнения, у SSD-накопителей этот параметр меньше 1 мс, кроме того SSD способны обрабатывать несколько случайных запросов одновременно.

3.5. Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed)

3.5.1. Количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки); 5400, 5700, 5900, 7200 и 10 000 (персональные компьютеры); 10 000 и 15 000 об./мин. (серверы и высокопроизводительные рабочие станции). Увеличению скорости вращения шпинделя в винчестерах для ноутбуков препятствует гироскопический эффект, влияние которого пренебрежимо мало в неподвижных компьютерах.

3.6. Надёжность (англ. reliability)

3.6.1. Определяется как среднее время наработки на отказ (MTBF). Также подавляющее большинство современных дисков поддерживают технологию S.M.A.R.T.

3.7. Количество операций ввода-вывода в секунду (англ. IOPS)

3.7.1. Зависит от скорости вращения, размера запросов и локализации запросов. У современных дисков на 7200 об/с этот параметр оценивается как около 75—100 оп./с при произвольном доступе к накопителю, и определяется в большей степенью временем произвольного доступа. При линейных (последовательных) операциях показатели «iops» определяются общим временем передачи данных и вычисляются через линейную скорость чтения и размер операций.

3.8. Потребление энергии

3.8.1. Важный фактор для мобильных устройств.

3.9. Сопротивляемость ударам (англ. G-shock rating)

3.9.1. Сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.

3.10. Скорость передачи данных (англ. Transfer Rate) при последовательном доступе различается для областей диска (зон, ZBR):

3.10.1. внутренняя зона диска: порядка 70—100 МБ/с;

3.10.2. внешняя зона диска: порядка 150—200 МБ/с

3.11. Объём буфера

3.11.1. Буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных дисках он обычно варьируется от 8 до 128 МБ.

3.12. Уровень шума

3.12.1. Для снижения шума от жёстких дисков применяют следующие методы: средствами встроенной системы AAM. Переключение жёсткого диска в малошумный режим приводит к снижению производительности в среднем на 5—25 %, но делает шум при работе практически неслышным;

3.12.2. конструкторско-технологическими способами:

3.12.2.1. использование шумопоглощающих устройств[27];

3.12.2.2. путём крепления на резиновых или силиконовых шайбах;

3.12.2.3. полная замена крепления на гибкую подвеску.

4. Устройство

4.1. Гермозона

4.1.1. Гермозона включает в себя корпус из прочного сплава, собственно диски (пластины) с магнитным покрытием (в некоторых моделях разделённые сепараторами), а также блок головок с устройством позиционирования и электропривод шпинделя.

4.1.2. Блок головок — пакет кронштейнов (рычагов) из сплавов на основе алюминия, совмещающих в себе малый вес и высокую жёсткость (обычно по паре на каждый диск). Одним концом они закреплены на оси рядом с краем диска. На других концах (над дисками) закреплены головки.

4.1.3. Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава. Хотя были попытки делать их из пластика и даже стекла (IBM), но такие пластины оказались хрупкими и недолговечными. Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика — окислов железа, марганца и других металлов. Точный состав и технология нанесения составляют коммерческую тайну. Большинство бюджетных устройств содержит одну или две пластины, но существуют модели с бо́льшим числом пластин.

4.1.4. Сепаратор (разделитель) — пластина, изготовленная из пластика или алюминия, находящаяся между пластинами магнитных дисков и над верхней пластиной магнитного диска. Используется для выравнивания потоков воздуха внутри гермозоны.

4.1.5. Устройство позиционирования

4.1.5.1. Устройство позиционирования головок (жарг. актуатор) представляет собой малоинерционный[источник не указан 2818 дней] соленоидный двигатель. Он состоит из неподвижной пары сильных неодимовых постоянных магнитов, а также катушки (соленоида) на подвижном кронштейне блока головок. Двигатель совместно с системой считывания и обработки записанной на диск сервоинформации и контроллером (VCM controller) образует сервопривод.

4.2. Блок электроники

4.2.1. В ранних жёстких дисках управляющая логика была вынесена на MFM- или RLL-контроллер компьютера, а плата электроники содержала только модули аналоговой обработки и управления шпиндельным двигателем, позиционером и коммутатором головок. Увеличение скоростей передачи данных вынудило разработчиков уменьшить до предела длину аналогового тракта, и в современных жёстких дисках блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала.

5. Производство

5.1. Производители

5.1.1. Изначально на рынке было большое разнообразие жёстких дисков, производившихся множеством компаний. В связи с ужесточением конкуренции, бурным ростом ёмкости, требующим современных технологий, и понижением норм прибыли большинство производителей было либо куплено конкурентами, либо перешло на другие виды продукции.

5.2. Рынок жёстких дисков

5.2.1. Последствия наводнения 2011 года в Таиланде

5.2.1.1. В результате наводнения в Таиланде 2011 года были затоплены заводы по производству жёстких дисков Western Digital, Seagate Technology, Hitachi и Toshiba. По сообщению IDC, это привело к падению выпуска жёстких дисков на треть[37]. По оценкам Piper Jaffray, в IV квартале 2011 года дефицит жёстких дисков на мировом рынке составит 60—80 млн единиц при объёме спроса в 180 миллионов, по состоянию на 9 ноября 2011 года цены на жёсткие диски уже выросли в пределах от 10 до 60 %. 1 декабря 2011 года компания Western Digital отчиталась о работах по восстановлению производства в Таиланде и предложила свою оценку состояния отрасли накопителей на жёстких дисках в четвёртом квартале 2011 года и на последующие периоды.

5.2.2. Стоимость

5.2.2.1. С начала выпуска жёстких дисков в 1956 году их цена снизилась с десятков тысяч долларов до десятков долларов в середине 2010-х годов. Стоимость ёмкости снизилась с 9200 до 0,000035 $ за один мегабайт.

6. Низкоуровневое форматирование

6.1. На заключительном этапе сборки устройства поверхности пластин форматируются — на них формируются дорожки и секторы. Конкретный способ определяется производителем и/или стандартом, но как минимум на каждую дорожку наносится магнитная метка, обозначающая её начало. Существуют утилиты, способные тестировать физические секторы диска и ограниченно просматривать и править его служебные данные. Конкретные возможности подобных утилит сильно зависят от модели диска и технических сведений, известных автору программного обеспечения соответствующего семейства моделей.

7. Геометрия магнитного диска

7.1. Влияние геометрии на скорость дисковых операций

7.1.1. Геометрия жёсткого диска влияет на скорость чтения/записи. Ближе ко внешнему краю пластины диска возрастает длина дорожек (умещается больше секторов, количество секторов на цилиндрах ранее было одинаковым) и, соответственно, количество данных, которые устройство может считать или записать за один оборот. При этом скорость чтения может изменяться от 210 до 30 МБ/с. Зная эту особенность, целесообразно размещать корневые разделы операционных систем именно здесь. Нумерация секторов начинается от внешнего края диска с нуля.

7.2. Особенности геометрии жёстких дисков со встроенными контроллерами

7.2.1. Зонирование

7.2.1.1. На пластинах современных «винчестеров» дорожки сгруппированы в несколько зон (англ. Zoned Recording). Все дорожки одной зоны имеют одинаковое количество секторов. Однако на дорожках внешних зон секторов больше, чем на дорожках внутренних. Это позволяет, используя бо́льшую длину внешних дорожек, добиться более равномерной плотности записи, увеличивая ёмкость пластины при той же технологии производства.

7.2.2. Резервные секторы

7.2.2.1. Для увеличения срока службы диска на каждой дорожке могут присутствовать дополнительные резервные секторы. Если в каком-либо секторе возникает неисправимая ошибка, то этот сектор может быть подменён резервным (англ. remapping). Данные, хранившиеся в нём, при этом могут быть потеряны или восстановлены при помощи ECC, а ёмкость диска останется прежней. Существует две таблицы переназначения: одна заполняется на заводе, другая — в процессе эксплуатации. Границы зон, количество секторов на дорожку для каждой зоны и таблицы переназначения секторов хранятся в ПЗУ блока электроники.

7.2.3. Логическая геометрия

7.2.3.1. По мере роста ёмкости выпускаемых жёстких дисков их физическая геометрия перестала вписываться в ограничения, накладываемые программными и аппаратными интерфейсами (см.: Объём жёсткого диска). Кроме того, дорожки с различным количеством секторов несовместимы со способом адресации CHS. В результате контроллеры дисков стали сообщать не реальную, а фиктивную, логическую геометрию, вписывающуюся в ограничения интерфейсов, но не соответствующую реальности. Так, максимальные номера секторов и головок для большинства моделей берутся 63 и 255 (максимально возможные значения в функциях прерывания BIOS INT 13h), а число цилиндров подбирается соответственно ёмкости диска. Сама же физическая геометрия диска не может быть получена в штатном режиме работы и другим частям системы неизвестна.

7.3. Адресация данных

7.3.1. CHS

7.3.1.1. При этом способе сектор адресуется по его физическому положению на диске тремя координатами — номером цилиндра, номером головки и номером сектора. В дисках объёмом больше 528 482 304 байт (504 МБ) со встроенными контроллерами эти координаты уже не соответствуют физическому положению сектора на диске и являются «логическими координатами».

7.3.2. LBA

7.3.2.1. При этом способе адрес блоков данных на носителе задаётся с помощью логического линейного адреса. LBA-адресация начала внедряться и использоваться в 1994 году совместно со стандартом EIDE (Extended IDE). Необходимость LBA была вызвана, в частности, появлением дисков больших объёмов, которые нельзя было полностью использовать с помощью старых схем адресации.

8. Неисправности

8.1. Окисление дорожек платы диска.

8.2. Повреждение магнитной головки при чтении.