Как работает жесткий диск

Обновлено: 21.11.2024

Жесткий диск компьютера (или жесткий диск, или жесткий диск) — это технология, на которой хранятся операционная система, приложения и файлы данных, такие как документы, изображения и музыка, которые использует ваш компьютер. Остальные компоненты вашего компьютера работают вместе, чтобы показать вам приложения и файлы, хранящиеся на вашем жестком диске.

Как работает жесткий диск?

Жесткий диск (HDD) состоит из пластины с отсеками для хранения данных. Эти данные — ваша операционная система, приложения и любые файлы, которые вы создали. Также имеется рычаг-аккумулятор, который перемещается по пластине для чтения или записи запрошенной информации. Чтобы ускорить этот процесс, диск вращается по мере того, как рычаг привода перемещается по нему.

Отделения, в которых хранятся данные, могут быть разбросаны по всему жесткому диску. То есть данные не записываются последовательно. Существует система индексации, позволяющая аккумулятору находить все соответствующие данные.

Диск и рычаг аккумулятора тонкие, поэтому они закрыты стальным корпусом. Это предотвращает повреждение диска в обычных условиях.

Каковы преимущества и недостатки жесткого диска?

Жесткие диски — это проверенная технология, способная хранить большой объем данных (это зависит от размера диска) и относительно дешевая. При нормальном использовании они достаточно долговечны и хорошо функционируют.

Однако есть и недостатки. Жесткие диски могут работать медленно, особенно при открытии больших приложений или файлов. Поскольку они не записывают данные последовательно, данные могут стать фрагментированными с пустым пространством в каждом отсеке. Это пустое пространство слишком мало, чтобы использовать его для данных, но когда пустое пространство складывается вместе, оно может занимать большую часть диска. Узнайте, как дефрагментировать жесткий диск.

Жесткие диски потребляют много энергии и выделяют много тепла. Это делает их менее полезными в небольших компьютерах, таких как ноутбуки и ноутбуки. В нормальных условиях жесткие диски долговечны. Но когда жесткие диски находятся в портативных компьютерах, которые можно уронить или ударить во время вращения диска, диск может быть поврежден, так что данные на них не смогут быть восстановлены конечными пользователями.

Что такое внешний жесткий диск?

Внешний накопитель — это отдельное устройство, которое подключается к компьютеру, как правило, через порт USB. Хотя внешний диск не отменяет необходимости во внутреннем диске, он дает вам больше места для хранения резервных копий файлов, изображений, музыки и многого другого.

Внешние накопители также переносимы; вы можете перемещать их между компьютерами. Это позволит вам легче делиться такими вещами, как изображения.

В чем разница между внутренними и внешними жесткими дисками?

Для работы на вашем компьютере должен быть хотя бы один накопитель. Обычно накопитель представляет собой внутренний диск; находится внутри корпуса компьютера. Внутренние диски бывают разных размеров и могут быть заменены, если у вас недостаточно места для хранения.

Вы можете настроить компьютер с внешним диском в дополнение к внутреннему диску. Внешний диск подключается к компьютеру, как правило, через порт USB. Внешний диск дает вам больше места для хранения резервных копий файлов, изображений, музыки или особенно больших файлов.

Какие другие варианты хранения памяти?

Жесткие диски — это только один из видов накопителей. Твердотельные накопители (SSD) — это накопители, которые выполняют те же функции, что и жесткие диски. В твердотельных накопителях используется технология, отличная от технологии жестких дисков, которая больше похожа на технологию флэш-накопителя USB. Эта технология потребляет меньше энергии и производит меньше тепла. В твердотельных накопителях также нет движущихся частей, поэтому они более долговечны в портативных приложениях. Узнайте больше о преимуществах твердотельного накопителя здесь.

Твердотельные накопители теперь входят в стандартную комплектацию большинства ноутбуков и других портативных компьютеров. Вы можете легко заменить существующий жесткий диск на твердотельный накопитель самостоятельно. Инструмент Crucial® Advisor™ или инструмент System Scanner помогут вам найти подходящий твердотельный накопитель для вашего компьютера.

Каждому компьютеру требуется как минимум один накопитель для хранения операционной системы, приложений и файлов данных. Многие накопители являются жесткими дисками, но есть и другой вариант. Добавление внешнего накопителя — это простой способ расширить возможности хранения.

© Micron Technology, Inc., 2018. Все права защищены. Информация, продукты и/или технические характеристики могут быть изменены без предварительного уведомления. Ни Crucial, ни Micron Technology, Inc. не несут ответственности за упущения или ошибки в типографике или фотографии. Micron, логотип Micron, Crucial и логотип Crucial являются товарными знаками или зарегистрированными товарными знаками Micron Technology, Inc. Microsoft. Все прочие товарные знаки и знаки обслуживания являются собственностью соответствующих владельцев.

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.
  
  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.
  
  Жесткий диск (сокращенно HDD) – это тип хранилища, который обычно используется в качестве основной системы хранения данных как на переносных, так и на настольных компьютерах. Он работает как любой другой тип цифрового запоминающего устройства, записывая биты данных, а затем вызывая их позже. Стоит отметить, что жесткий диск называется «энергонезависимым», что просто означает, что он может сохранять данные без источника питания. Эта особенность в сочетании с их большой емкостью и относительно низкой стоимостью являются причинами, по которым жесткие диски так часто используются в домашних компьютерах. Хотя жесткие диски прошли долгий путь с тех пор, как они были впервые изобретены, основной принцип их работы остался прежним.
  
  Как жесткий диск физически хранит информацию?
  
  Внутри корпуса находится ряд дискообразных объектов, называемых «тарелками».
  
  ЦП и материнская плата используют программное обеспечение, чтобы сообщать так называемой "головке чтения/записи", куда перемещать пластину и где она затем подает электрический заряд на "сектор" пластины. Каждый сектор представляет собой изолированную часть диска, содержащую тысячи подразделений, способных принимать магнитный заряд. Более новые жесткие диски имеют размер сектора 4096 байт или 32768 бит; Магнитный заряд каждого бита преобразуется в двоичную единицу или ноль данных. Повторите этот этап, и в конечном итоге у вас будет строка битов, которая при обратном считывании может давать инструкции процессору, будь то обновление вашей операционной системы или открытие сохраненного документа в Microsoft Word.
  
  По мере разработки жестких дисков одним из ключевых факторов, который изменился, стала ориентация секторов на пластине. Жесткие диски изначально были разработаны для «продольной записи» — это означает, что более длинная сторона диска ориентирована горизонтально — и с тех пор используется другой метод, называемый «перпендикулярной записью», когда сектора укладываются друг на друга. Это изменение было внесено, поскольку производители жестких дисков достигли предела размера каждого сектора из-за «суперпарамагнитного эффекта». По сути, суперпарамагнитный эффект означает, что сектора жесткого диска меньше определенного размера будут менять магнитный заряд случайным образом в зависимости от температуры. Это явление может привести к неточному хранению данных, особенно с учетом тепла, выделяемого работающим жестким диском.
  
  Одним недостатком перпендикулярной записи является повышенная чувствительность к магнитным полям и ошибкам чтения, что создает необходимость в более точных рычагах чтения/записи.
  
  Как программное обеспечение влияет на хранение информации на диске:
  
  Теперь, когда мы обсудили физическую работу жесткого диска, мы можем взглянуть на различия в том, как операционные системы, такие как Windows, MacOS или Linux, используют диск. Однако заранее важно упомянуть общую проблему с хранением данных, которая в той или иной степени возникает во всех упомянутых выше операционных системах.
  
  Фрагментация диска происходит после определенного периода хранения и обновления данных на диске. Например, если обновление не хранится непосредственно после базовой программы, велика вероятность того, что на диске было сохранено что-то еще. Поэтому обновление для программы придется размещать в другом секторе, дальше от основных файлов программы. Из-за физического времени, которое требуется манипулятору чтения/записи для перемещения, фрагментация может в конечном итоге значительно замедлить работу вашей системы, поскольку манипулятору потребуется ссылаться на все больше и больше отдельных частей на вашем диске. Большинство операционных систем поставляются со встроенной программой, предназначенной для «дефрагментации» диска, которая просто переупорядочивает данные таким образом, чтобы все файлы для одной программы находились в одном месте. Процесс занимает больше времени в зависимости от того, насколько фрагментирован диск. Теперь мы можем обсудить различные протоколы хранения и то, как они влияют на фрагментацию.
  
  Windows использует базовый компьютерный язык под названием MS-DOS (Microsoft Disk Operating System) и систему управления файлами под названием NTFS или New Technology File System, которая является стандартом для компании с 1993 года. файловая система NT будет размещать информацию как можно ближе к началу диска/пластины. Хотя эта методология функциональна, она оставляет только небольшую буферную зону между различными файлами, что в конечном итоге приводит к фрагментации. Из-за небольшого размера этой буферной зоны Windows наиболее подвержена фрагментации.
  
  OSX и Linux — это операционные системы на базе Unix. Однако их файловая система отличается; Mac использует протокол HFS+ (Hierarchical File System Plus), который заменил метод удержания HFS. HFS+ отличается тем, что может обрабатывать больший объем данных в данный момент времени, будучи 32-битным, а не 16-битным.Mac OSX не нуждается в специальном инструменте для дефрагментации, как Windows. OSX избегает этой проблемы, не используя пространство на жестком диске, которое недавно было освобождено, например, удаляя файл, а вместо этого ищет на диске большие свободные сектора для хранения. новые данные. Это увеличивает пространство, которое старые файлы будут располагать ближе к ним для обновлений. HFS+ также имеет встроенный инструмент под названием HFC или адаптивная кластеризация горячих файлов, который перемещает часто используемые данные в специальные сектора на диске, называемые «горячей зоной», для повышения производительности. Однако этот процесс может иметь место только в том случае, если диск заполнен менее чем на 90%, в противном случае возникают проблемы с перераспределением. Вместе эти процессы делают фрагментацию не проблема для пользователей Mac.
  
  Linus — это операционная система с открытым исходным кодом, а это означает, что существует множество ее версий, называемых дистрибутивами, для разных приложений. Наиболее распространенные дистрибутивы, такие как Ubuntu, используют файловую систему ext4. В Linux есть лучшее решение проблемы фрагментации, так как он распределяет файлы по всему диску, предоставляя им достаточно места для увеличения размера, не мешая друг другу. Если файлу требуется больше места, операционная система автоматически попытается переместить файлы вокруг него, чтобы освободить место. Особенно учитывая емкость большинства современных жестких дисков, этот метод не является расточительным и не приводит к фрагментации в Linux до тех пор, пока емкость диска не превысит примерно 85 %.
  
  Что такое SSD? Чем он отличается от жесткого диска?
  
  В последние годы на потребительском рынке появилась новая технология, которая заменяет жесткие диски и связанные с ними проблемы. Твердотельные накопители (SSD) — это еще один вид энергонезависимой памяти, который просто хранит положительный заряд или отсутствие заряда в крошечном конденсаторе. В результате твердотельные накопители работают намного быстрее, чем жесткие диски, поскольку в них нет движущихся частей и, следовательно, нет времени перемещать рычаг чтения/записи. Кроме того, отсутствие движущихся частей значительно повышает надежность. Однако у твердотельных накопителей есть несколько недостатков. В отличие от жестких дисков, трудно определить, когда твердотельный накопитель выходит из строя. Жесткие диски со временем замедляются или, в крайних случаях, издают слышимый щелчок, означающий, что рука ударяется о пластину (в этом случае ваши данные, скорее всего, исчезнут), в то время как твердотельные накопители просто выходят из строя без какого-либо заметного предупреждения. Поэтому мы должны полагаться на программное обеспечение, такое как «Samsung Magician», которое поставляется с твердотельными накопителями Samsung. Инструмент работает, записывая и считывая часть данных на диск и проверяя, насколько быстро он может это сделать. Если время, необходимое для записи данных, упадет ниже определенного порога, программное обеспечение предупредит пользователя о том, что его твердотельный накопитель начинает выходить из строя.
  
  Твердые тела тоже фрагментируют?
  
  Хотя процесс накопления данных поверх самого себя и необходимости помещать файлы для одной программы в другое место все еще присутствует, это не имеет значения для твердотельных состояний, поскольку нет задержки, вызванной рукой чтения/записи. жесткого диска, перемещающегося вперед и назад между различными секторами. Фрагментация не снижает производительность, как это происходит с жесткими дисками, но влияет на срок службы диска. Твердые состояния с разбросанными данными могут иметь сокращенный срок службы. То, как работают твердотельные накопители, приводит к дополнительным циклам записи, вызванным дефрагментацией, для уменьшения общего срока службы диска, и поэтому по большей части избегается, учитывая его небольшое влияние. При этом файловая система все еще может достичь точки в твердом состоянии, когда необходима дефрагментация. Было бы логично, если бы жесткий диск автоматически дефрагментировался каждый день или неделю, в то время как твердотельному диску может потребоваться всего несколько дефрагментаций, если таковые имеются, в течение всего срока службы.
  
  Читайте также:

Как работает жесткий диск