Как информация хранится на жестких дисках

Обновлено: 21.11.2024

Ключевой концепцией хранения данных является линейность, логичность и систематичность. Когда кто-то «сохраняет» данные на жесткий диск, диск будет следовать логической системе.

Жесткий диск можно сравнить с большим квадратным листом графической бумаги, состоящим из тысяч квадратов в длину и тысячи в ширину. Каждый квадрат может вместить один килобайт данных, и, таким образом, «полоса», состоящая из тысячи квадратов, может хранить один мегабайт данных. В таком случае головка диска сначала «заполнит» крайний левый верхний квадрат, а затем продолжит движение вниз по строке — по одному квадрату за раз, пока не будут заполнены все соответствующие квадраты.

Вторая ключевая концепция, которую следует помнить, заключается в том, что хранение данных подчиняется простому правилу: данные хранятся (или «записываются») в первом доступном месте, где бы оно ни находилось.

Пример хранения данных

Представьте, что кто-то сохраняет документ Word размером 1 МБ на жестком диске. Сохранение файла размером 1 МБ означает, что диск будет систематически «заполнять» тысячу квадратов.

Предположим, что после сохранения документа Word на жесткий диск сохранена фотография размером 3 МБ. Следуя ключевым принципам хранения данных, головка записи на диск просматривает диск и ищет первое доступное место, которым в данном примере является квадрат после последнего килобайта документа Word. Таким образом, фото размером 3 МБ будет сохранено в месте рядом с документом Word.

После этого вернитесь к документу Word и обрежьте его, получив файл размером 700 КБ, который затем сохранится на жестком диске. Учитывая меньший размер файла, требования к пространству в 1 МБ были уменьшены до 700 КБ, оставив свободными 300 КБ или (используя приведенную выше аналогию) 300 пустых квадратов сразу после документа Word. Теперь между документом Word и фотографией размером 3 МБ есть свободное место.

При сохранении еще одного файла, например файла Excel размером 2 МБ, жесткий диск будет следовать правилу сохранения данных на первом доступном месте. Таким образом, файл Excel будет разделен на две части: 300 КБ будут записаны на 300 КБ свободного места, а остальные будут размещены в следующем доступном месте после файла изображения.

Проблема

Хранение данных, хотя и спроектировано так, чтобы быть логичным и систематическим, приводит к фрагментации файлов. Представьте себе добавление, удаление и редактирование файлов в течение нескольких дней, недель и месяцев. Через несколько месяцев жесткий диск станет настолько фрагментирован, что диску потребуется довольно много времени, чтобы найти фрагменты одного файла.

Из этого легко понять, что поиск данных был бы простым, если бы компоненты файла находились в одном непрерывном месте на жестком диске. Дефрагментация — это процесс, в котором различные фрагменты файлов в системе хранения данных находятся, «собираются» и объединяются в определенные области устройства хранения, что упрощает извлечение данных. Это позволяет ускорить обработку, а также снизить износ механизмов извлечения данных.

Данные хранятся на жестком диске в двоичном коде с использованием единиц и нулей. Информация распределяется по магнитному слою диска (дисков) и считывается или записывается считывающими головками, которые «плавают» над поверхностью благодаря слою воздуха, создаваемому сверхбыстрым вращением диска.

В режиме записи электрический ток проходит через головки и изменяет поверхность электрического поля, вписывая 0 или 1. В режиме чтения процесс обратный: магнитное поле передает электрический ток на считывающую головку. , а затем этот сигнал преобразуется в цифровой сигнал, читаемый компьютером.

Жесткий диск или твердотельный накопитель?

Текущие стандарты

  • Технология. Магнитный жесткий диск представляет собой преобладающую на сегодняшний день технологию. Магнитные ленты и оптические накопители (CD/DVD) чаще всего используются для хранения и резервного копирования данных в профессиональной среде.
  • Размер. Помимо емкости жестких дисков, физический размер устройства также значительно изменился за последние 50 лет. RAMAC был размером с два холодильника, в то время как размер большинства современных жестких дисков составляет 3 дюйма 1/2 (3,5 дюйма или 9 см). Стандартный размер дисков для ноутбуков — 2,5 дюйма. Бум MP3-плееров и других портативных устройств также внесли свой вклад в разработку микроприводов размером всего 1 дюйм!
  • Интерфейс. Интерфейс является важным компонентом всех жестких дисков, поскольку он связывает материнскую плату с жестким диском. Тип интерфейса, помимо прочих факторов, определяет скорость передачи информации.Так же, как размер и емкость жестких дисков, интерфейсы постоянно развиваются. Для простоты мы обсудим только самые распространенные:
    • ATA/IDE: самый распространенный интерфейс для персональных компьютеров до 2005 года. Сейчас этот тип интерфейса заменен интерфейсами SATA.
    • SATA (serial ATA): наиболее распространенный интерфейс с 2005 года, обеспечивающий более высокую скорость передачи, чем ATA.
    • SCSI (Small Computer System Interface): этот интерфейс позволяет подключать различные периферийные устройства через адаптер или контроллер SCSI.

    Компоненты магнитного жесткого диска

    Традиционный магнитный жесткий диск состоит из двух основных компонентов:

    • Механический компонент:
      • Диски представляют собой двусторонние круглые лотки, чаще всего изготовленные из алюминия, покрытые магнитным слоем, на котором хранятся и систематизируются данные. Эти приводы размещаются вокруг оси вращения, приводимой в движение шпиндельным двигателем. Скорость вращения варьируется в зависимости от марки и модели жесткого диска и обычно составляет от 5400 до 15 000 оборотов в минуту.
      • Головка чтения/записи — еще один мобильный компонент жесткого диска. Они управляются приводом, который приводится в действие вторым двигателем. Их вращательные движения позволяют им охватывать всю поверхность приводов. Роль руки состоит в том, чтобы расположить головы на определенном пути, чтобы получить доступ к информации. Важно отметить, что считывающие головки никогда не соприкасаются напрямую с магнитной поверхностью жесткого диска. Даже легкого трения или пылинки достаточно, чтобы повредить диск.

      Статьи по теме

      Жесткий диск — один из самых важных элементов всех современных компьютеров. Он лежит в основе нашей работы: восстановления данных. Наш более чем 30-летний опыт дал нам возможность работать практически со всеми типами и всеми марками жестких дисков.

      Со временем вирус, сбой или просто внутренняя ошибка могут поставить под угрозу целостность жесткого диска, как внутреннего, так и внешнего, и повредить его данные или сделать его недоступным. В зависимости от серьезности проблемы может быть возможно выполнить ремонт и восстановление.

      Иногда наши устройства хранения данных, жесткие диски, карты памяти или другие USB-накопители не распознаются операционной системой, что делает невозможным доступ к нашим профессиональным или личным данным. Вот несколько важных советов о том, что делать, если диск не распознается.

      Появление жестких дисков SSD стало небольшой революцией в вычислительном микромире, поскольку оно принесло множество улучшений по сравнению с механическими жесткими дисками, в которых для хранения данных используются вращательные и электромагнитные технологии.

      Недавно компания Ontrack провела анализ различий в надежности между жестким диском и твердотельным накопителем и пришла к выводу, что у жесткого диска еще много лет впереди.

      Выполняя соответствующие действия в случае потери данных с использованием SSD-накопителя, компания увеличивает свои шансы на восстановление своих данных. На самом деле, следующие пять рекомендаций можно применить к периферийным устройствам хранения SSD так же, как и к традиционным жестким дискам.

      Твердотельные накопители никогда не ломаются и их можно легко починить? Ложь. Мы слышим всевозможные ложные заявления о SSD. Вот шесть из них, которые мы слышим чаще всего.

      При хранении данных с помощью различных носителей твердотельные накопители стали заменой жестких дисков чуть более пяти лет назад. Процесс этой технологии очень быстрый. Если преимущества, с точки зрения производительности, в первую очередь ратуют за SSD-накопители, то как насчет надежности и возможности восстановления данных между двумя накопителями? Это война между SSD и HDD?

      Устали ждать, пока ваш ноутбук загрузит Windows или MacOS? Замена магнитного жесткого диска на твердотельный накопитель может изменить ситуацию, хотя это не обязательно так просто, как кажется.

      Мы бесплатно заберем ваше устройство и проведем оценку.

      Восстановление данных для отдельных дисков и смартфонов начинается от 478,80 фунтов стерлингов (включая НДС). Окончательная цена будет определена в конце оценки, в зависимости от сложности работы и требуемой срочности.

      Для начала нажмите на тип носителя, с которого вам нужно восстановить данные. Время оценки для одиночных жестких дисков (HDD и SSD) составляет четыре часа* и в течение 24 часов для систем RAID*. Другие средства массовой информации, такие как мобильные телефоны, не требуют оценки для предоставления точной цитаты.

      *Это типичные временные рамки, применимые к обычным рабочим часам (с понедельника по пятницу, с 9:00 до 17:00). Если вам нужна помощь в нерабочее время, аварийная служба или дополнительная помощь, свяжитесь с нами по телефону +44 (0)1372 741999.

      Жесткие диски хранят цифровую информацию в относительно постоянной форме.См. другие изображения компьютерного оборудования.

      Почти каждый используемый сегодня настольный компьютер и сервер содержит один или несколько жестких дисков. Каждый мейнфрейм и суперкомпьютер обычно подключен к сотням таких компьютеров. Вы даже можете найти устройства типа видеомагнитофона и видеокамеры, в которых вместо ленты используются жесткие диски. Эти миллиарды жестких дисков хорошо справляются с одной задачей — они хранят изменяющуюся цифровую информацию в относительно постоянной форме. Они дают компьютерам возможность запоминать информацию, когда отключается электричество.

      В этой статье мы разберем жесткий диск, чтобы вы могли увидеть, что внутри, а также обсудим, как они организуют гигабайты информации, хранящейся в файлах!

      Основные сведения о жестком диске

      Жесткие диски были изобретены в 1950-х годах. Они начинались как большие диски диаметром до 20 дюймов, содержащие всего несколько мегабайт. Первоначально они назывались «фиксированные диски» или «винчестеры» (кодовое название, используемое для популярного продукта IBM). Позже они стали известны как «жесткие диски», чтобы отличать их от «дискет». Жесткие диски имеют жесткую пластину, которая удерживает магнитный носитель, в отличие от гибкой пластиковой пленки, используемой на лентах и ​​дискетах.

      На самом простом уровне жесткий диск ничем не отличается от кассеты. И на жестких дисках, и на кассетах используются одни и те же методы магнитной записи, описанные в разделе «Как работают магнитофоны». Жесткие диски и кассеты также обладают основными преимуществами магнитных носителей: магнитный носитель можно легко стирать и перезаписывать, и он будет "запоминать" схемы магнитного потока, сохраненные на носителе в течение многих лет.

      В следующем разделе мы поговорим об основных различиях между кассетными лентами и жесткими дисками.

      Кассета и жесткий диск

      Давайте посмотрим на большие различия между кассетными лентами и жесткими дисками:

      • Материал магнитной записи на кассете наносится на тонкую пластиковую полоску. На жестком диске магнитный записывающий материал накладывается на высокоточный алюминиевый или стеклянный диск. Затем пластина жесткого диска полируется до зеркальной гладкости.
      • При работе с лентой вы должны быстро перемещаться вперед или назад, чтобы добраться до любой точки на ленте. Для длинной ленты это может занять несколько минут. На жестком диске вы можете практически мгновенно перемещаться в любую точку поверхности диска.
      • В кассетной деке головка чтения/записи непосредственно касается ленты. На жестком диске головка чтения/записи «летает» над диском, фактически не касаясь его.
      • Лента в кассетной деке перемещается над головой со скоростью около 2 дюймов (около 5,08 см) в секунду. Диск жесткого диска может вращаться под его головой со скоростью до 3000 дюймов в секунду (около 170 миль в час или 272 км в час)!
      • Информация на жестком диске хранится в очень маленьких магнитных доменах по сравнению с магнитной лентой. Размер этих доменов стал возможен благодаря точности диска и скорости носителя.

      Из-за этих различий современный жесткий диск способен хранить огромное количество информации на небольшом пространстве. Жесткий диск также может получить доступ к любой информации за доли секунды.

      Емкость и производительность

      Обычный настольный компьютер имеет жесткий диск емкостью от 10 до 40 ГБ. Данные хранятся на диске в виде файлов. Файл — это просто именованный набор байтов. Байты могут быть кодами ASCII для символов текстового файла, или они могут быть инструкциями программного приложения для выполнения компьютером, или они могут быть записями базы данных, или они могут быть цветами пикселей для GIF-изображение. Однако независимо от того, что он содержит, файл — это просто строка байтов. Когда программа, работающая на компьютере, запрашивает файл, жесткий диск извлекает его байты и отправляет их в ЦП по одному.

      Есть два способа измерить производительность жесткого диска:

      • Скорость передачи данных. Скорость передачи данных – это количество байтов в секунду, которое накопитель может передать ЦП. Обычно скорость составляет от 5 до 40 МБ в секунду.
      • Время поиска. Время поиска – это время между запросом ЦП файла и отправкой ЦП первого байта файла. Обычно используется время от 10 до 20 миллисекунд.

      Другим важным параметром является емкость диска, то есть количество байт, которое он может вместить.

      Жесткий диск — это аппаратный компонент, на котором имеются все имеющиеся цифровые материалы: документы, изображения, музыка, видеоролики, программы, файлы приложений и файлов представлений системы. Жесткие системы внутренних и государственных дисков.

      Какую емкость выбрать?

      Зависит от ваших предпочтений.Просто предполагается, что несколько файлов на компьютере накапливаются с резервными копиями, большой объем не требуется (подойдет диск Expansion или Backup Plus). Если необходимо сделать резервную резервную копию данных для всего или компьютера даже с несколькими компьютерами, либо у вас много видео- и аудиофайлов, либо дисков побольше (например, Backup Plus Desktop Drive).

      Ниже показано, сколько примерно файлов можно хранить на жестком диске (емкостью до 10 ) 2 .

      ПК или Mac?

      Жесткие диски подходят для компьютеров типов, просто некоторые из них предварительно форматируются для работы с ПК, а некоторые — для Mac. Но вы всегда можете отформатировать диск заново так, как вам нужно.

      Важна ли скорость жесткого диска?

      Скорость вращения шпинделя (количество оборотов в минуту) — большое значение параметра. Чем быстрее вращается пластина диска, тем быстрее компьютер найдет нужный файл.

      Жесткий диск со скоростью вращения 7200 об/мин, безусловно, быстрее работает, чем диск со скоростью 5400 об/мин. Но если речь идет о внешнем накопителе, то вы едва ли заметите различия. Это справедливо и для многих дисков, особенно если на них встречаются небольшие файлы. Однако при работе с большими файлами и приложениями с преимуществами диска, работающего на скорости 7200 об/мин, будет очевидно.

      Какой диск лучше выбрать, внутренний или внешний?

      Зависит от ситуации. Приобретая внутренний жесткий диск для компьютера (например, BarraCuda), вы получаете встроенное хранилище для всех своих файлов. Внешний диск (скажем, Backup Plus) обеспечивает переносное хранилище: его можно будет носить с собой, и он всегда будет у вас под рукой.

      Нужно ли резервное копирование данных?

      Если с жестким диском компьютера что-то с экраном, вы рискуете потерять все свои цифровые материалы. Поэтому большинство людей выглядят на внешнем накопителе резервных копий файлов, хранящихся на внешнем диске компьютера.

      1 При указании емкости накопителей в один гигабайт (ГБ) принимается размер одного миллиарда байт. Доступная емкость может изменяться в зависимости от окружающей среды и форматирования. Количество хранимых файлов для разных приложений только для примера. выявление количественных показателей, зависящих от различных факторов, включая размер файлов, формат файлов, используемые функции и программные приложения.
      2 Средний размер файлов при сборе самого высокого разрешения фотоаппарата в формате JPEG. Жесткий диск может отображать различное изображение в зависимости от модели фотоаппарата. Продолжительность видеозаписи около 2 часов в формате DVD.

      Единственный верный способ помешать злоумышленникам украсть данные с подержанных компьютеров – это уничтожить жесткий диск. Журнал Computing предупредил.

      Несмотря на то, что люди думают, что стерли данные с компьютеров перед тем, как продать их на аукционах или отправить на свалки, файлы остаются на жестких дисках и могут содержать важную информацию, такую ​​как банковские реквизиты и другие личные данные, достаточные для кража личности. Их можно восстановить с помощью специального программного обеспечения, которое широко доступно.

      Журнал восстановил 22 000 "удаленных" файлов с восьми компьютеров, купленных на аукционе eBay, что свидетельствует о том, что обычного удаления недостаточно для удаления данных.

      Преступники используют бывшие в употреблении компьютеры, чтобы найти такие полезные данные, предупреждает журнал. «Компьютеры содержат больше ценной личной информации, чем когда-либо, поскольку люди все чаще совершают покупки в Интернете, используют сайты социальных сетей и делают цифровые фотографии», — сказала Сара Киднер, редактор журнала Which? Вычисления. "Такая информация может принести похитителям личных данных солидный гонорар".

      Один Какой? читателю, Александру Скипвиту, пришлось заплатить 100 фунтов стерлингов, чтобы вернуть свой жесткий диск от человека, который якобы находится в Латвии: он отправил Скипвиту электронное письмо с личной фотографией, чтобы показать, что у него есть доступ к его жесткому диску, который содержал банковские выписки и ипотечный кредит. заявление. Ранее Скипвиту сказали, что его неисправный жесткий диск будет удален с личной информации, когда он будет заменен производителем компьютера.

      Проблема выявилась в августе прошлого года, когда был продан компьютер с номерами банковских счетов, девичьими фамилиями матерей и подписями 1 миллиона клиентов American Express, NatWest и Royal Bank of Scotland, ранее принадлежавший компании Mail Source, занимающейся обработкой данных. на eBay. Данные учетной записи были обнаружены покупателем, ИТ-менеджером из Оксфорда.Двумя днями позже полиция произвела арест по другому делу, связанному с продажей информации о лицах из городского совета Чарнвуда на компьютере на eBay.

      Проблема заключается в способе хранения информации на жестких дисках. Индексный файл на жестком диске, записываемый процессором компьютера, хранит и обновляет список того, где на физическом жестком диске находится каждый файл. Когда пользователь «удаляет» файл в своей системе, запись индекса удаляется, но сам файл с его данными остается. Сложные инструменты могут сами находить файлы и восстанавливать эти данные, которые могут быть невероятно подробными, включая историю просмотра и электронной почты пользователя.

      Хотя это может быть полезно в ситуациях, когда происходит "авария" жесткого диска, что позволяет восстановить некоторые или все файлы, попадание диска в чужие руки может иметь катастрофические последствия.

      Доктор Эндрю Джонс, глава отдела компьютерной безопасности в BT Exact, в августе прошлого года сообщил The Guardian, что этот процесс обходит обычные проверки того, что вы можете просматривать: «Это похоже на [компьютерную игру] The Sims: вместо того, чтобы проходить через входную дверь , снимаешь крышу и смотришь на подъезд сверху». Шифрование диска во время использования может обеспечить некоторую защиту.

      Какой? Компьютеры рекомендуют использовать молоток, чтобы быть абсолютно уверенным в уничтожении данных. (Пентагон США рекомендует уничтожать их, хотя для этого требуется специальное оборудование.) Но в Интернете также доступно программное обеспечение, которое перезаписывает весь жесткий диск нулями. Преимущество этого заключается в том, что компьютер сохранит часть своей ценности, хотя и не столь ценен для злодеев.

      КАК ЗАЩИТИТЬ ДИСК
      1 Используйте шифрование. В Vista Ultimate есть BitLocker; В Mac OSX есть FileVault. Существует также бесплатный кроссплатформенный TrueCrypt.

      3 По завершении работы с компьютером надежно очистите его, а затем переустановите операционную систему с нуля. Или извлеките жесткий диск и разбейте его молотком.

      Читайте также: