Как называется жесткий диск. Основные характеристики HDD

Многие из вас знают, что вся информация на компьютере, представленная в виде файлов и папок, хранится на жестком диске. А вот, что такое жесткий диск и для чего он предназначен, правильно ответят не многие. Людям, далёким от программирования очень тяжело представить, каким образом можно хранить информацию на какой-то железяке. Это ведь не шкатулка и не лист бумаги, на котором можно эту самую информацию можно записать и спрятать в шкатулку. Да, жесткий диск это не шкатулка с письмом.

Жесткий диск (HDD, HMDD-от англ. hard (magnetic) disk drive) – это магнитный носитель информации. На компьютерном сленге его называют «винчестер». Он предназначен для хранения информации в виде фотографий, картинок, писем, книг различных форматов, музыки, фильмов, и т.п. Внешне это устройство совсем не похоже на диск. Скорее оно похоже на небольшую прямоугольную железную коробочку.

Внутреннее устройство жесткого диска похоже на старый проигрыватель виниловых пластинок.

Внутри этой металлической коробочки есть круглые алюминиевые или стеклянные пластины-диски, находящиеся на одной оси, по которым перемещается считывающая головка. В отличие от проигрывателя, головка жесткого диска в рабочем режиме не касается поверхности пластин.

Для удобства работы жесткий диск делят на несколько разделов. Это разделение условное. Осуществляется такое при помощи операционной системы или специальными программами. Новые разделы называют логическими дисками. Им присваиваются буквы С, D, E или F. Обычно устанавливается на диск C, а файлы и папки хранят на других дисках, чтобы при крахе системы ваши файлы и папки не пострадали.

Посмотрите видеоролик о том, что такое жесткий диск:

Основные характеристики жестких дисков

Форм-фактор – это ширина жесткого диска в дюймах. Стандартный размер для настольного компьютера 3.5 дюйма, а для ноутбуков 2.5 дюйма;
Интерфейс – в современных компьютерах используется подключения к материнской плате SATA различных версий. SATA, SATA II, SATA III. В старых компьютерах используется интерфейс IDE.
Ёмкость – это максимальное количество информации, которое может хранить жесткий диск, измеряется в гигабайтах;
Скорость вращения шпинделя – это количество оборотов шпинделя в минуту. Чем больше скорость вращения диска, тем лучше. Для операционных систем необходимо ставить диски от 7 200 об/мин и выше, а для хранения файлов можно устанавливать диски с меньшей скоростью.
Время наработки на отказ – это среднее время безотказной работы, расчитанное производителем. Чем оно больше, тем лучше;
Время произвольного доступа — это среднее значение времени, требуемое головке для позиционирования на произвольном участке пластины. Величина не постоянная.
Ударостойкость – это способность жесткого диска переносить смену давления и удары.
Уровень шума, который издает диск во время работы, измеряется в децибеллах. Чем он меньше, тем лучше.

Сейчас уже есть диски SSD (solid-state drive в простом переводе — твёрдотельный накопитель), которые не имеют ни шпинделя, ни пластин. Это запоминающее устройство на основе микросхем памяти.

Принципы современной технологии изготовления жесткого диска были разработаны в 1973 американской фирмой Ай-би-ЭМ (IBM). Новое устройство, которое могло хранить до 16 килобайт информации, имело 30 цилиндров (дорожек) для записи, каждый из которых был разбит на 30 секторов. Поэтому оно получило название 30/30. Известные винтовки «винчестер» имеют калибр 30/30, поэтому жесткие диски тоже стали называться «винчестерами». По другой версии, он получил такое название по г. Винчестеру, где проходили разработки жесткого диска.

Винчестер смонтирован на оси-шпинделе, приводимой в движение специальным двигателем. Он содержит от одного до десяти дисков (platters). Скорость вращения двигателя для обычных моделей может составлять 3600, 4500, 5400, 7200, 10000 или даже 12000 об/мин. Сами диски представляют собой обработанные с высокой точностью керамические или алюминиевые пластины, на которые нанесен магнитный слой.

Важнейшей частью винчестера являются головки чтения и записи (read-write head). Как правило, они находятся на специальном позиционере (head actuator). Для перемещения позиционера используются преимущественно линейные двигатели (типа voice coil - «звуковая катушка»). В винчестерах применяются несколько типов головок: монолитные, композитные, тонкопленочные, магниторезистивные (MR, Magneto-Resistive), а также головки с усиленным магниторезистивным эффектом (GMR, Giant Magneto-Resistive).

Магниторезистивная головка, разработанная IBM в начале 1990-х годов, представляет собой комбинацию из двух головок: тонкопленочной для записи и магниторезистивной для чтения. Подобные головки позволяют почти в полтора раза увеличить плотность записи. Еще больше позволяют повысить плотность записи GMR-головки.

Внутри любого винчестера обязательно находится электронная плата, которая расшифровывает команды контроллера жесткого диска, стабилизирует скорость вращения двигателя, генерирует сигналы для головок записи и усиливает их от головок чтения.

В ходе выполнения процедуры так называемого низкоуровневого форматирования (low-level formatting) на жесткий диск записывается информация, которая определяет разметку винчестера на цилиндры и секторы. Структура формата включает в себя различную служебную информацию: байты синхронизации, идентификационные заголовки, байты контроля четности. В современных винчестерах такая информация записывается однократно при изготовлении винчестера. Повреждение этой информации при самостоятельном низкоуровневом форматировании чревато полной неработоспособностью диска и необходимостью восстановления этой информации в заводских условиях.

Емкость винчестера измеряется в мегабайтах. К концу 1990-х годов средняя емкость жестких дисков для настольных систем достигла 15 гигабайт, а в серверах и рабочих станциях с интерфейсом SCSI применяются винчестеры емкостью свыше 50 гигабайт. В большинстве современных персональных компьютеров применяются жесткие диски емкостью от 80 до 400 и более гигабайт.

Одной из основных характеристик жесткого диска является среднее время, в течение которого винчестер находит нужную информацию. Это время обычно представляет собой сумму времени, необходимого для позиционирования головок на нужную дорожку и ожидания требуемого сектора. Современные винчестеры обеспечивают доступ к информации за 8-10 мс.

Другой характеристикой винчестера является скорость чтения и записи, но она зависит не только от самого диска, но и его контроллера, шины, быстродействия процессора. У стандартных современных жестких дисков эта скорость составляет 15-17 Мбайт/с.

Первый серийный жесткий диск емкостью 16 кбайт был выпущен компанией IBM еще в 1973 р., и содержал 30 магнитных цилиндров по 30 дорожек на каждом. Острые на язык разработчики уловили схожесть этих цифр с маркой «30/30», которая соответствует названию оружия — «винчестеру».

— это накопитель информации на жестких магнитных дисках.

Основным элементом накопителей на жестких магнитных дисках (HDD — Hard Disk Drive) является несколько жестких алюминиевых или стеклянных пластин круглой формы — дисков. Поверхность такого диска покрывается тонким слоем вещества, которая способна сохранять остаточную намагниченность после воздействия на нее внешнего магнитного поля. Этот слой называется рабочим или магнитным и на нем сохраняются записанные данные. Накопитель состоит из таких элементов.

Дисков с вращающимся приводом, которые смонтированы на общей вертикальной оси.
Головки чтения/записи информации с собственным приводом.

Основной критерий качества — поверхностная плотность записи . Современный показатель — 60-80 Гбайт/пластину.

Любой винчестер состоит из трех основных блоков. Итак, рассмотрим, каковы составляющие структуры жесткого диска .

Первый блок — собственно, само хранилище информации — одна или несколько стеклянных (или металлических) дисков. Структура диска выглядит так: магнитная поверхность каждого диска разделена на концентрические «дорожки (track) «, которые, в свою очередь, делятся на отрезки — секторы . Наряду с дорожками, которые имеют свой номер, и секторами, существуют цилиндры. Цилиндр — это совокупность всех совпадающих друг с другом дорожек по вертикали по всем рабочим поверхностям. Таким образом, чтобы узнать, какое количество цилиндров содержит жесткий диск, необходимо просто умножить число дорожек на суммарное число рабочих поверхностей. При низкоуровневом форматировании диска, которое исполняется на заводе-производителе, сначала и в конце каждого сектора создаются области, которые содержат информацию об их номерах и другое (служебная информация). Размер сектора составляет величину 571 байт, из которых 512 байт отведено под полезные для пользователя данные, другие — под заголовок (header) или префикс, по которому определяется начало и номер сектора и окончание (trailer) или суффикс, где записывается контрольная сумма, необходимая для проверки сохранности диска.

Второй блок — механика жесткого диска, которая отвечает за вращение массива «блинов» и точное позиционирование системы считывающих головок. Каждой рабочей поверхности жесткого диска соответствует одна считывающая головка, причем размещаются они по-вертикали точным столбиком. А значит, в любой момент времени все головки находятся на дорожках с одинаковым номером. То есть, работают в пределах одного цилиндра.

Третий блок включает электронную начинку — микросхемы, отвечающие за обработку данных, коррекцию возможных ошибок и управления механической частью, а также микросхемы кэш-памяти.

Кластер (cluster) — это наименьшая область диска, которая выделяется для файла или его части. Каждый файл занимает на диске пространство, которое равняется целому числу кластеров. Как правило, кластер состоит из нескольких секторов.

Для жестких дисков размер кластера определяется при форматировании и зависит от версии операционной системы и размера диска. Но дисковое пространство занимается неэффективно. Например, необходимо сохранить файл в 500 байт. Зная, что каждый файл может занимать пространство на целом числе кластеров, то в этом случае будет занят один кластер. Файл будет записан с потерей дискового пространства.

Качественные характеристики жесткого диска

Время поиска сектора . Время поиска сектора (latency time) — это среднее время, необходимое для того, чтобы искомый сектор оказался под головкой после ее выведения на дорожку. Среднее время поиска равняется половине периода вращения диска и рассчитывается по формуле:

Среднее время поиска = 1/(число оборотов двигателя в секунду*2)

То есть при частоте вращения 7200 об/хв. время поиска составляет величину 4,17 мс.

Скорость чтения данных и спецификация . Средний показатель скорости чтения данных — около 40-45 Мбайт/с.

Считается, что контроллер на материнской плате спецификации UDMA/33 обязан обеспечивать скорость чтения данных не менее 33 Мбайт/с. А современные спецификации, например, UDMA/100 и UDMA/133 должны гарантировать не менее 100 и 133 Мбайт/с.

Скорость передачи данных определяет объемы данных, которые могут быть переданы из накопителя в компьютер и назад за определенные промежутки времени. Скорость передачи данных определяется двумя факторами:

Способом подключения накопителей, то есть производительностью интерфейса.
Скоростью считывания данных головками.

Скорость считывания данных (ее называют внутренней скоростью обмена данными и измеряют в Мбайт/с) можно определить по формуле:

Скорость считывания данных = количество секторов на дорожке * 512* * частота вращения дисков / 1000000.

Частота вращения дисков измеряется в об/с, 512 — количество байт данных в секторе.

Среднее время поиска . Среднее время поиска (Average seek time) — среднестатистическое время, в течение которого головки смещаются из одного цилиндра на другой. Этот показатель зависит от конструкции привода головок и составляет величину до 10 мс.

Среднее время доступа . Определяется как сумма среднего времени поиска и времени задержки и характеризует среднестатистическое время, необходимое для получения доступа к данным, записанным на произвольном секторе.

Скорость вращения диска . Показатель, напрямую связанный со скоростью доступа и скоростью чтения данных. Существуют параметры 5400 об/хв., 7200 об/хв. (IDE); 10000 об/хв., 15000 об/хв. (SCSI).

Жесткие диски подключаются к материнской плате при помощи специальных шлейфов-кабелей.

Таблица размещения файлов

Таблица размещения файлов — это область на диске, куда заносятся номера кластеров, которые занимаются файлами. Сюда не входят кластеры, которые содержат служебную информацию (загрузочные секторы, сама таблица размещения файлов и данные корневого каталога). В операционных системах производства Microsoft популярна файловая система FAT (File Location Table). На каждом логическом диске может быть создана отдельная файловая система. Таким образом, на одном жестком диске могут существовать файловые системы нескольких типов.

Логические диски

Известно, что компьютер присваивает всем дискам, независимо от их конструкции логические имена А:, В:, С:. Имена А:, В: по умолчанию присваиваются накопителям на гибких дисках. Системному логическому диску, тому, на котором записана операционная система, присваивается имя С:.

Пространство жесткого диска можно разбить на разделы и логические диски. Операционные системы работают с логическими дисками, а не с физическими.

Преимущества развития винчестеров на несколько логических дисков:

Уменьшаются потери дискового пространства.
Упрощается структуризация данных.
Упрощается процесс дефрагментации диска, проверки на вирусы, и т. д.

На одном диске можно сохранять рабочие программы, на другом — документацию и архивы, игры (инсталляционные файлы). В случае сбоя в работе потеря информации минимизируется.

Слово «винчестер» часто используется при наименовании жесткого диска компьютера. Может показаться, что это устройство получило второе название по фамилии своего разработчика. Однако это вовсе не так.

Как по-другому называют жесткие диски?

Жесткие диски успели удостоиться массы различных названий, и винчестер - далеко не единственное среди них. Так, в старых учебниках по информатике фигурировала аббревиатура НЖМД, которая расшифровывалась как «накопитель на жестком магнитном диске». Ценники компьютерных магазинов содержат другое сокращение - HDD (Hard Disc Drive). Оно же употребляется и в памяти компьютера. Возможно также укороченное название - Hard Drive. Но на слуху у пользователей по-прежнему остается слово «винчестер», а также производные от него - «винт» и «винч».

Истинная разгадка слова «винчестер»

На самом деле винчестером называлась американская винтовка, которую использовали во времена Дикого Запада. Эта информация многим покажется удивительной, ведь металлическая коробка с магнитными дисками вряд ли может хоть как-то сравниться с огнестрельным оружием.

Накопитель же был назван винчестером благодаря американской фирме IBM, выпустившей в 1973 году жесткий диск. Специалисты компании, работавшие над подобной продукцией, создали модель 3340. Она впервые содержала дисковые пластины и считывающие головки в едином корпусе. Они не касались друг друга благодаря прослойке из набегающего потока воздуха, образуемого при быстром вращении. Работая над устройством, инженеры применяли внутреннее название - «30-30». Эти цифры говорили о наличии 30 секторов и дорожек.

В те времена в США выпускали охотничье ружье Winchester. Оно заряжалось патронами, имевшими калибр 7,62 мм. Маркировка этого патрона была следующая: Winchester 30-30. Цифры, содержащиеся в этой маркировке, совпадали с рабочим названием, которое было дано жесткому диску. Продолжив аналогию, свою разработку инженеры тоже стали называть винчестером.

Что касается самой винтовки, то она называлась Winchester model 94. При этом такое оружие выпускали и другие фирмы, в частности Remington. В большинстве случаев винтовку использовали при охоте на крупную дичь. Затем власти США ограничили применение патронов этого оружия в целях охоты. Как следствие, спрос на ружье резко упал. В настоящее время его приобретают в основном коллекционеры.

В Европе и США слово «винчестер» по отношению к жесткому диску уже не употребляют. В русском языке название остается полуофициальным, а на сленге обычно используют слова «винт», «винч» и даже «веник».

В настоящее время накопитель на жестких магнитных дисках, является наиболее популярным устройством хранения электронных данных. Он используется, как в наших с Вами обычных компьютерах и ноутбуках, так и в серверах.
Многие из Вас наверно слышали, как называется жесткий диск по-другому. Например, HDD, винт или винч. И если первое сокращение происходит от вполне понятного hard disk drive (жесткий диск), то другие выражения большинству ничего не говорят. Так вот, данные сокращения пошли от другого сленгового названия жесткого диска — «винчестер». Если Вам интересно было бы узнать, откуда появилось такое выражение и кто его автор, то читайте статью дальше.

История возникновения второго названия жесткого диска

Для большинства винчестер означает тип огнестрельного оружия, но никак не компьютерное устройство. Так почему жесткий диск называют «винчестер» и откуда это пошло?

Исторически так сложилось, что создали инженеры корпорации IBM и название винчестер он получил тоже от них. В 1973 году, при разработке IBM новой модели накопителя IBM-3340, инженеры для простоты общения использовали его внутреннее краткое рабочее название «30-30». Такое название отражало внутреннее устройство диска. Он состоял из двух пакетов дисков в максимальной компоновке по 30 мегабайт каждый. В модели жесткого диска 3340 впервые были использованы головки чтения/записи, которые за счет аэродинамических сил, возникающих от скорости вращения дисков, парили над поверхностью, что значительно сократило воздушный зазор между головкой и диском. Так же пластины диска и считывающие головки были объединены в одном не разборном герметичном корпусе, что позволило исключить любое внешнее воздействие и повысить надежность устройства. Ну а название «винчестер» (от англ. Winchester), накопитель получил благодаря руководителю проекта Кеннету Хотону, который в ходе обычного обсуждения, как назвать жесткий диск, случайно обозвал его винчестером.

Данное название оказалось созвучным очень популярному в то время охотничьему оружию Winchester Model 1894 использующих патрон с маркировкой.30-30 Winchester, что означало размер калибра в сотых долях дюйма «.30» или 7,62 мм и вес пороха в гранах «30» или 1,94 грамма.

Еще по одной версии, такое название жесткий диск получил только из-за самих патронов и оружие тут не причем.

Заключение

Так или иначе второе название жесткого диска – винчестер, вошло в историю и пока еще остается в обиходе, хотя иногда его сокращают до слов «винт» или «винч». В Европе и США название «винчестер» вышло из употребления еще в 1990-х годах, в русском же языке сохранилось и получило полуофициальный статус.

Скорее всего с массовым приходом твердотельных накопителей, жесткие диски перестанут так называться и данное сленговое название уйдет в прошлое и у нас, но это будет не скоро.