Форматы жестких дисков какие бывают. Жесткий Диск Для Компьютера: Основные Характеристики. Основные характеристики жестких дисков
Жесткий диск, винчестер или просто винт, хард-диск, hdd (Hard Disk Drive)- это устройство для хранения данных имеет несколько названий, является основным накопителем для хранения информации во всех современных компьютерах, ноутбуках и серверах. Именно на этом устройстве записаны все ваши фотографии, видеозаписи, музыка, фильмы, на него же записана операционная система самого компьютера. Сейчас получают все большее распространение диски SSD и гибридные диски SSHD, о них и их плюсах и минусах мы расскажем в отдельной статье.
Время поиска - это время, необходимое для того, чтобы голова располагалась над дорожкой. Период ожидания - это то, как долго требуется, чтобы желаемый сектор двигался под головой. Перемещение головы занимает гораздо больше времени, чем ждать, пока сектор не появится. Настолько низкие времена поиска имеют решающее значение для хорошей производительности диска.
Время доступа равно времени поиска и времени задержки вращения. Из времени поиска и периода ожидания время поиска обычно более длительное. Время поиска обычно выражается в миллисекундах. Он варьируется в зависимости от того, сколько треков должно пройти голова. Поиск с одного трека на следующий трек обычно быстрый - всего несколько миллисекунд, но большинство из них не так удобно.
Какие же бывают диски?
В магазине сегодня можно встретить разные по своим параметрам жесткие диски, чем они отличаются? Попробуем с вами разобраться в основных отличиях и выделить несколько характеристик накопителей.
Форм-фактор (размер)
Параметр показывает ширину винчестера в дюймах. Основная ширина 3,5 дюйма и 2,5 дюйма, используются в современных компьютерах и ноутбуках, а так же во внешних переносных и стационарных дисках и сетевых хранилищах.
Помните, чем ниже время поиска, тем лучше. Обратите внимание, что в современных вычислительных средах миллисекунда представляет собой длительный период, учитывая, что мерой для современной системной памяти является наносекунда. Это означает, что системе, возможно, придется ждать жесткого диска.
Общей мерой среднего поиска является время, в течение которого система должна проехать одну треть пути через диск. Большинство эталонных программ используют это измерение. Вы можете спросить: «Почему не на полпути через диск, а не на треть?» Причина в том, что большинство доступов - это короткие поиски всего нескольких треков.
Для стационарного домашнего компьютера стандартный размер 3,5 дюйма, в современных корпусах встречаются отсеки для дисков 2,5 дюйма, они во основном предназначены для установки SSD диска, ставить в компьютер вместо диска 3,5 дюйма, диски 2,5 дюйма особо смысла нет, только в очень компактные корпуса, например micro-ATX.
В ноутбуках наоборот экономия пространства очень актуальна и для них используется форм-фактов 2,5 дюйма. Существуют диски меньшего размера - 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 0.8 дюйма, но в современных устройствах вы их уже не встретите.
На более ранних жестких дисках продавцы продавали жесткие диски со временем поиска почти 100 мс. Сегодня среднее время поиска на новом диске составляет от 5 мс до 10 мс. В общем, низкая скорость зависит от того, что вы готовы потратить на диск, так как время поиска встроено в накопитель. Невозможно улучшить время поиска диска, не получая новый диск.
Когда голова позиционирует себя над дорожкой, работа все еще не выполнена. Теперь голова должна ждать, пока правильная секция будет вращаться в положение под ней. Как долго это займет, дело в удаче. Если вам повезло, сектор уже существует; если вам действительно не повезло, вы просто пропустили его, и ему придется подождать всю революцию, чтобы она снова опустилась. Как упоминалось выше, это время ожидания, будь то большое или малое, является периодом вращательного латентного периода.
Емкость (Почему объем диска меньше заявленного?)
Параметр, от которого напрямую зависит, сколько информации мы сможем записать и хранить на нашем компьютере или ноутбуке. Производители указывают емкость из расчета 1 килобайт = 1000 байт, а компьютеры считают по другому 1 Кбайт = 1024 байт, отсюда возникает путаница у пользователей, столкнувшихся с этим в первый раз и чем больше объем, тем больше разница получается в конечном объеме. Сейчас объем дисков измеряется терабайтами, что более чем достаточно для хранения коллекции не только фото, но и музыки с фильмами.
Общее число - это средний период ожидания. Это делает простое предположение, что в среднем диск должен сделать половину революции, чтобы добраться до вашего сектора. Производители вычисляют период ожидания от скорости шпинделя. Задержка, например время поиска, обычно выражается в миллисекундах.
Вращательная латентность напрямую зависит от скорости вращения. Это способствует тому, что система должна ждать обслуживания. Чем выше скорость шпинделя, тем ниже средняя латентность. Рассчитайте среднюю задержку на основе половины вращения диска, рассчитайте наихудшую задержку при полном вращении диска.
Интерфейс
Диски с разъемом SATA вы сегодня встретите во всех современных устройствах. Различаться могут только в скорости передачи данных.
SATA разъем жесткого диска
ATA он же PATA (IDE)
Диски с этим интерфейсом более не производятся и не устанавливаются в современных устройствах, однако вы их сможете встретить в старых компьютерах. Изначально интерфейс назывался ATA, но после появления более современного и скоростного SATA в 2003 году, его переименовали в PATA.
Это то, как быстро диск может передавать данные после их обнаружения. В частности, скорость передачи данных является мерой объема данных, к которым система может получить доступ в течение определенного периода времени. Он определяется внешней скоростью передачи данных и внутренней скоростью передачи.
Внешняя скорость передачи данных - это скорость связи между системной памятью и внутренним буфером или кешем, встроенным в накопитель. Внутренняя скорость передачи данных - это скорость, с которой жесткий диск может физически записывать или считывать данные на или с поверхности планшета, а затем передавать их во внутренний диск или буфер чтения. Скорость передачи зависит от плотности данных на диске, скорости вращения диска и местоположения данных.
PATA (ATA) он же IDE
Название IDE придумала компания WD (Western Digital) в 1986 году в маркетинговых соображениях, когда разработала первую версию этого стандарта подключения.
SCSI и SAS
Диски с интерфейсом SAS используются в серверном оборудовании. Пришли на смену интерфейсу SCSI. Обычному пользователю следует знать, только то, что они предназначены для совсем других задач и не используются в домашних ПК.
Никакая электронная система передачи данных или хранения не идеальна. Каждая система делает ошибки с определенной скоростью. Современные диски имеют встроенные механизмы обнаружения ошибок и исправления ошибок. Дисковые системы отлично подходят для хранения данных, но они неустойчивы. С первой секунды после того, как вы кладете кусочек данных на диск, он начинает «испаряться». Магнитные домены на диске, которые определяют данные, медленно рандомизируются до тех пор, пока данные неузнаваемы. Сам диск и носитель могут быть точными, но изображение данных может исчезнуть через несколько лет.
SCSI
Скорость вращения шпинделя
Количество оборотов шпинделя (ось на которой крутиться пластина или несколько пластин внутри диска). Имеется несколько стандартов, в домашних компьютерах и ноутбуках используются диски со скоростью вращения 5400, 7200 и 10000 оборотов в минуту, на серверном оборудовании бывают скорости вращения и 15000 оборотов в минуту. Параметр влияет на время доступа к информации.
Дисковые подсистемы знают об этом и включают в себя некоторый метод обнаружения и исправления незначительной потери данных. Поскольку дисковая подсистема может обнаруживать, но не исправлять значительную потерю данных, контроллер включает дополнительные данные, известные как код исправления ошибок, когда он записывает информацию на диск. Когда контроллер считывает эту информацию, он может определить, произошли ли ошибки в данных. Основная идея заключается в том, что контроллер хранит избыточную информацию с данными диска в то время, когда данные изначально записываются на диск.
Есть еще несколько параметров, таких как уровень шума, время наработки на отказ и т.д. в современных накопителях эти параметры соответствуют стандартным критериям и не отличаются в разы, на них мы будем обращать внимание, когда будем производить сравнение и выбор жестких дисков.
Внешние диски (переносные или стационарные)
Затем, когда данные позже считываются с диска, контроллер диска проверяет избыточную информацию для проверки целостности данных. Довольно много современных дисков используют более 200 бит кода для каждого сектора. Это означало, что у него была «максимальная допустимая длина пакета ошибок» 5 бит. Новые контроллеры обычно могут корректировать до 11 бит. Некоторые из новейших дисков, установленных на новейших машинах, используют специальное аппаратное обеспечение высокоскоростного контроллера для 70-битной коррекции ошибок.
Это на шесть порядков различие в скорости. Всякий раз, когда вы перемещаете данные между более быстрым носителем и более медленным, добавление кэша для хранения недавно использованных или ожидаемых данных может повысить производительность за счет сокращения объема данных, которые необходимо преодолевать через узкое место. Производительность жесткого диска может аналогичным образом улучшается путем кэширования. Многие производители ссылаются на кеш как на буфер в своих спецификациях дисков.
Это уже знакомые нам диски, заключенные во внешний пластиковый или металлический бокс, в котором установлена плата управления или даже целый мини-пк на плате. На выходе у таких дисков имеются различные выходы, основные разъемы это mini-USB, micro-USB, micro-USB 3.0, fireware и другие, переносные модели питаются от разъема USB. Стационарные имеют отдельный кабель питания. Современные модели внешних дисков умеют работать по беспроводной сети wi-fi. Сейчас в продаже можно найти сетевые хранилища с несколькими дисками в одном корпусе, которые можно соединить в RAID массивы. Отдельно про все эти устройства мы расскажем в будущих статьях.
Кэш диска стремится использовать скорость памяти для повышения эффективной скорости диска. Кэш хранится в чипах памяти и обычно имеет размер от одного до нескольких мегабайт. Операционная система может обращаться к данным, ранее помещенным в кэш диска, по мере необходимости. Использование этого дискового кэша может сократить количество физических запросов и передач с самого жесткого диска.
Алгоритмы интеллектуального кэширования обычно означают, что нет необходимости изменять размер дискового кэша. Этот буфер кэша выступает в качестве зоны ожидания для одной или нескольких дорожек или даже полной информации о количестве цилиндров, если она вам нужна. Этот кеш-буфер может быть эффективным для ускорения как пропускной способности, так и времени доступа.
Информационная ёмкость
Ёмкость жёсткого диска является самым важным его параметром. Она определяет количество информации, которое может быть на него записано. Ёмкость измеряется в байтах и их кратных единицах: мегабайт, гигабайт. При этом производители используют приставки степени 1000, то есть 1 гигабайт ёмкости винчестера это ровно 1 миллион байт. Это противоречит компьютерной традиции использовать степени 1024, поэтому может вводить в заблуждение - диск, обозначенный как 100-гигабайтный отображается на компьютере как 93-гигабайтный (хотя правильнее его называть 93-гибибайтным).
Жесткий диск, также известный как жесткий диск или жесткий диск, представляет собой устройство хранения данных, используемое во многих типах электронного оборудования, включая компьютеры, цифровые музыкальные плееры, персональные цифровые помощники, игровые приставки и цифровые видеомагнитофоны. Жесткий диск хранит данные в небольших магнитных «зернах», размещенных на твердых круговых пластинах. Зерна действуют как небольшие магниты и хранят данные в силу их выравнивания. В результате современные электронные устройства могут хранить огромное количество данных многих разных типов, что позволяет им выполнять широкий спектр функций при растущей сложности.
Ёмкость винчестера определяется следующими параметрами:
§ Размер пластины - параметр, определяющийся как правило геометрическими размерами винчестера, обычно диаметр на 1-2 см меньше ширины.
§ Плотность записи на единицу площади - определяется технологией изготовления диска. Указывается обычно в гигабитах на квадратный дюйм или квадратный сантиметр. Обычно диски одной серии имеют одинаковую плотность записи.
Недостатки, которые представляет ленточная память, - это время, которое требуется для получения данных с поверхности магнитной ленты или времени доступа, а также получение данных довольно громоздким. Ранние компьютеры проводят большую часть времени, ожидая при доступе к данным. Эти первые устройства хранения на жестких дисках были большими и тяжелыми объектами, которые стоили большие суммы денег для создания и обслуживания.
Внутренняя часть жесткого диска с снятой крышкой. Слева - рычаг привода, при этом головка чтения-записи на конце подвешена над пластинами. Они считывают данные обратно, обнаруживая намагниченность материала. Пластины изготовлены из немагнитного материала, обычно из стекла или алюминия, и покрыты тонким слоем магнитного материала. На старых дисках в качестве магнитного материала использовался оксид железа, но в современных дисках используется сплав на основе кобальта.
§ Объём поверхности - параметр, зависящий от плотности записи и размера пластины.
§ Количество рабочих поверхностей - то же, что и количество физических головок. Зависит от конструктивного исполнения. В пределах серии используется для варьирования ёмкости.
Интерфейсы
Винчестеры могут иметь различные интерфейсы.
Диаграмма, показывающая, как данные хранятся и считываются на магнитной поверхности. На каждой поверхности магнитного диска на шпинделе имеется одна головка, установленная на общей руке. Ручка привода перемещает головки по дуге поперек пластин, когда они вращаются, позволяя каждой головке получить доступ почти к всей поверхности пластины, когда она вращается.
Магнитная поверхность каждого пластина разделена на множество небольших магнитных областей малого микромикрометра, каждый из которых используется для кодирования одного бинарного блока информации. Каждая магнитная область образует магнитный диполь, который создает близкое локализованное магнитное поле. Можно считать, что данные хранятся в ориентации этих магнитных областей.
§ MFM и ESDI - практически вымерли, использовались на первых винчестерах.
§ IDE/ATA - долгое время держал абсолютное лидерство по распространённости вследствие простоты реализации и дешевизны. Обычный интерфейс для рабочих станций. Технически представляет собой частично выведенную 16-разрядную шину ISA. Развитие стандартов на IDE привело к постепенному увеличению скорости обмена на шине, а также появлению работы через ПДП (DMA) и некоторых других сервисных функций.
Записывающая головка имеет возможность изменять намагниченность магнитной области, создавая локальное магнитное поле вблизи требуемой области, которая достаточно сильна, чтобы изменить ориентацию магнитного диполя. В головах сегодняшнего дня элементы считывания и записи являются отдельными, но находятся в непосредственной близости от головной части рычага привода. Элемент считывания обычно состоит из гигантской магниторезистивной головки, в то время как элемент записи обычно является тонкопленочным индуктивным.
Информация о дисках на жестком диске организована в кластеры, дорожки и сектора. Трек, сектор и сектор следа и кластер секторов. Изменения, обнаруженные в токе «смысл», затем обрабатываются как информация, хранящаяся на поверхности пластин. Внутренняя часть жесткого диска, отображающая рычаг привода, перемещающийся по верхней пластине с чрезвычайно высокими скоростями.
§ Serial ATA - разработан как замена IDE. Физически представляет собой две однонаправленные последовательные линии передачи данных. На программном уровне при работе в режиме совместимости во многом аналогичен IDE, в «родном» режиме предоставляет дополнительные возможности.
§ SCSI - универсальный интерфейс, к которому подключались не только винчестеры, но и многие другие устройства. Активно использовался в серверах. Несмотря на большее техническое совершенство по сравнению с IDE не стал распространён, так как относительно дорог. Может использоваться для внешних винчестеров.
Весь жесткий диск находится в основном закрытом корпусе, который защищает компоненты от пыли, конденсата и других источников загрязнения. Поэтому поверхность диска и внутренняя среда диска должны быть безупречными, чтобы предотвратить повреждение отпечатков пальцев, волос, пыли, частиц дыма и т.д. Учитывая субмикроскопический зазор между головами и диском.
Использование жестких пластин и герметизация устройства позволяет значительно более жесткие допуски, чем на гибком диске. Следовательно, жесткие диски могут хранить гораздо больше данных, чем дисководы гибких дисков, и получать и передавать их быстрее.
§ SAS (Serial Attached SCSI) - последовательная версия SCSI.
§ USB - интерфейс, используемый внешними винчестерами. Для обмена используется протокол USB Mass Storage, универсальный для любых носителей ниформации.
§ FireWire - подобно USB, используется для внешних жёстких дисков.
§ Fibre Channel - высокоскоростной интерфейс для систем высокого класса.
Винчестеры, устанавливаемые во внешние контейнеры с интерфейсами USB, FireWire обычно имеют интерфейс IDE. При этом в контейнере содержится пребразователь интерфейса (переходник).
Быстродействие
Немаловажное значение имеют скоростные характеристики жёстких дисков:
§ Скорость вращения шпинделя (англ. rotational speed , spindle speed ) обычно измеряется в оборотах в минуту (об/мин, rpm). Она не даёт прямой информации о реальной скорости обмена, но позволяет различать более скоростные от менее. Стандартные скорости вращения: 4800, 5600, 7200, 9600, 10 000, 15 000 об/мин. Медленные обычно используются на ноутбуках и других мобильных устройствах, самые скоростные - в серверах.
§ Время доступа - количество времени, необходимое винчестеру от момента приёма команды до начала выдачи данных по интерфейсу. Обычно указывается среднее и максимальное время доступа.
§ Время позиционирования головок (англ. seek time ) - время за которое головки перемещаются и устанавливаются на трек с другого трека. Различают время позиционирования на соседний трек (track-to-track), среднее (average), максимальное (maximum).
§ Скорость передачи данных или пропускная способность - определяет производительность диска при передаче последовательно больших объёмов данных. Эта величина показывает установившуюся скорость передачи, когда головки диска уже на нужном треке и секторе.
§ Внутренняя скорость передачи данных - скорость передачи данных между контроллером и магнитными головками.
§ Внешняя скорость передачи данных - скорость передачи данных по внешнему интерфейсу.
Энергопотребление
Энергопотребление - немаловажный параметр, особенно в портативных системах. Он определяет необходимые характеристики источника питания и время, которое сможет проработать система от автономного источника питания. Различают энергопотребление в различных режимах:
§ Пиковое энергопотребление - предел энергопотребления, обычно достигается в момент включения и раскручивания дисков. Пиковое энергопотребления должен выдерживать блок питания. Как параметры пикового энергопотребления обычно указывается максимальный ток по шинам питания.
§ Энергопотребление активного режима определяется во время активной работы накопителя. Это предельное энергопотребление достигаемое продолжительное время. Следует иметь в виду, что практически вся энергия, потребляемая жёстким диском выделяется в виде тепла, следовательно энергопотребление рабочего режима определяет также необходимую интенсивность отвода тепла. Основная статья энергопотребления тут - сервопривод головок, мощность которого определяет быстродействие винчестера в случае произвольного доступа, и следовательно, быстрые винчестеры требуют значительного охлаждения.
§ Энергопотребление режима ожидания - во время простоя, когда диск готов выполнять команды.
§ Энергопотребление спящего режима - минимальное энергопотребление включённого винчестера, когда остановлен шпиндельный двигатель.
§ Среднее энергопотребление - интегральный параметр, показывающий, насколько долго сможет проработать диск от батарей.
Другие параметры
§ Надёжность. Стандартный показатель надёжности - среднее время безотказной работы или среднее время наработки на отказ.
§ Сопротивляемость механическому воздействию - вибро- и ударопрочность устройства. Сильно различается ударопрочность накопителя в рабочем и транспортировочном состоянии. В рабочем состоянии винчестеры весьма чувствительны к ударам и вибрации - максимальная перегрузка составляется всего несколько g.
§ Уровень шума - скорее эстетический параметр, нежели функциональный.