Приветствую всех читателей блога IT-Territoriya.ru. Многих интересует вопрос — как устроен жесткий диск компьютера. Ещё жесткий диск называют винчестером, винтом или HDD.
Жесткий диск компа (HDD или винчестер) нужен для хранения информации после выключения компа, в отличие от ОЗУ (оперативной памяти) — которая хранит инфу до момента прекращения подачи питания (до выключения писишника).
Жестяк, по-праву, можно назвать настоящим произведением искусства, лишь инженерным. Да-да, именно так. Наслишь сложно там внутри все устроено. На данный момент во всем мире жестяк — самое популярное устройство для хранения информации, он стоит в одном ряду с такими устройствами, как: флеш-память (флешки), SSD. Многие наслышаны о сложности устройства харда и недоумевают, как в нем помещается так много информации, а поэтому хотели бы узнать, как устроен или из чего состоит жестяк писишника. На сегодняшний день будет такая возможность).
Устройство жесткого диска компьютера
Жесткий диск состоит из пяти основных частей. И первая из них — интегральная схема, которая синхронизирует работу диска с компом.и управляет всеми процессами.
Вторая часть — электромотор (шпиндель), заставляет вращаться диск со скоростью примерно 7200 об/мин, а интегральная схема поддерживает скорость вращения постоянной.
А в данный момент третья, пожалуй самая важная часть — коромысло, которое может как записывать, так и считывать инфу. Конец коромысла в основном разделен, для того чтобы можно было работать сразу с несколькими дисками. Тем не менее головка коромысла никогда не соприкасается с дисками. Есть зазор между поверхностью диска и головкой, размер этого зазора примерно в пять тысяч раз меньше толщины человеческого волоса!
Но давайте все же посмотрим, что случится, если зазор исчезнет и головка коромысла соприкоснется с поверхностью вращающегося диска. Мы все еще со школы помним, что F=m*a (второй закон Ньютона, по-моему), из которого следует, что предмет с небольшой массой и огромным ускорением — становится невероятно тяжелым. Учитывая огромную скорость вращения самого диска, вес головки коромысла становится весьма и весьма ощутимым. Конечно, что повреждение диска в таком случае неизбежно. Еще вот что случилось с диском, у которого данный зазор по каким то обстоятельствам исчез:
Так же важна роль силы трения, точнее ее практически полного отсутствия, когда коромысло начинает считывать инфу, при этом смещаясь до 60 раз за секунду. Но постойте, где же тут находится двигатель, что приводит в движение коромысло, да также с такой скоростью? На самом деле его не видно, потому что это электромагнитная система, работающая на взаимодействии 2 сил природы: электричества и магнетизма. Такое взаимодействия даёт возможность разгонять коромысло до скоростей света, в прямом смысле.
Четвертая часть — сам винчестер, это то, куда записывается и откуда считывается информация, кстати их может быть несколько.
Ну и пятая, завершающая часть конструкции харда — разумеется же корпус, в который устанавливаются все остальные компоненты. Материалы применяются следующие: почти весь корпус выполнен из пластмассы, но верхняя крышка всегда металлическая. Корпус в собранном виде нередко называют «гермозоной». Бытует мнение, что внутри гермозоны нету воздуха, а точнее, что там — вакуум. Мнение это опирается на тот факт, что при таких высоких скоростях вращения диска, даже пылинка, попавшая внутрь, может натворить много нехорошего. И это почти верно, разве что вакуума там никакого нету — а есть очищенный, осушенный воздух или нейтральный газ — азот к примеру. Хотя, возможно в более ранних версиях жестяков, вместо того, чтобы очищать воздух — его просто откачивали.
Это мы говорили про компоненты, то есть из чего состоит жесткий диск компьютера. В данный момент давайте поговорим про хранение данных.
Как и в каком виде хранятся данные на жестком диске
Данные хранятся в узких дорожках на поверхности диска. При производстве, на диск наносится более 200 тысяч таких дорожек. Каждая из дорожек разделена на секторы.
Карты дорожек и секторов позволяют определить, куда записать или где считать инфу. Опять же вся информация о секторах и дорожках находится в памяти интегральной микросхемы, которая, в отличие от других компонентов харда, размещена не внутри корпуса, а снаружи и в основном снизу.
Сама поверхность диска — гладкая и блестящая, но это лишь на первый взгляд. При более близком рассмотрении структура поверхности оказывается сложнее. Дело в том, что диск изготавливается из металлического сплава, покрытого ферромагнитным слоем. Данный слой как раз и делает всю работу. Ферромагнитный слой запоминает всю инфу, как? Очень просто. Головка коромысла намагничивает микроскопическую область на пленке (ферромагнитном слое), устанавливая магнитный момент такой ячейки в одно из состояний: о или 1. Каждый такой ноль и единица называются битами. Таким образом, любая информация, записанная на винте, по-факту представляет собой определенную последовательность и определенное количество нулей и единиц. К примеру, фотография хорошего качества занимает около 29 миллионов таких ячеек, и разбросана по 12 различным секторам. Да, звучит впечатляюще, однако в действительности — такое большое количество битов занимает очень маленький участок на поверхности диска. Каждый квадратный сантиметр поверхности харда включает в себя несколько десятков миллиардов битов.
Принцип работы жесткого диска
Мы лишь что с вами рассмотрели устройство харда, каждый его компонент по отдельности. В данный момент предлагаю связать все в некую систему, ввиду чему будет понятен сам принцип работы жесткого диска.
Что ж, принцип, по которому работает жестяк следующий: когда жестяк включается в работу — значит либо на него осуществляется запись, либо с него идет чтение информации, или с него загружается ОС, электромотор (шпиндель) начинает набирать обороты, а ввиду того, что жесткие диски закреплены на самом шпинделе, соответственно они вместе с ним тоже начинают вращаться. И пока обороты диска(ов) не достигли того уровня, чтобы между головкой коромысла и диском образовалась воздушная подушка, коромысло во избежание повреждений находится в специальной «парковочной зоне». Вот как это выглядит.
Как лишь обороты достигают нужного уровня, сервопривод (электромагнитный двигатель) приводит в движение коромысло, которое уже позиционируется в то место, куда надо записать или откуда считать инфу. Этому как раз способствует интегральная микросхема, которая управляет всеми движениями коромысла.
Распространено мнение, этакий миф, что в моменты времени, когда диск «простаивает», т.е. с ним временно не осуществляется никаких операций чтения/записи, жесткие диски внутри перестают вращаться. Это действительно миф, поскольку на самом деле, жесткие диски внутри корпуса крутятся постоянно, даже тогда, когда винчестер находится в энергосберегающем режиме и на него ничего не записывается.
Ну вот мы и рассмотрели с вами устройство харда компа подробно. Разумеется же, в рамках одной статьи, нельзя рассказать обо всем, что касается жестких дисков. Например в этой записи не было сказано про интерфейсы подключения жестких дисков — большая тема, я решил написать про это отдельную статью.
Видео о том, как работает жесткий диск в разных режимах
Посмотрите, как работает внутри старый IDE винчестер на 4.3 Гб
Всем спасибо за внимание, добавляйте компьютерный блог в закладки, чтобы не пропустить интересные и полезные материалы.
