Kõvaketas: tööpõhimõte ja põhiomadused

Kõvakettad või, nagu neid nimetatakse, kõvakettad on arvutisüsteemi üks tähtsamaid komponente. Kõik teavad seda. Kuid mitte kõik tänapäevased kasutajad ei suuda põhimõtteliselt kõvaketta funktsioone täita. Põhimõtteliselt on töö üldiseks mõistmiseks üsna lihtne, kuid sellest on veel mõned nüansid.

Küsimused kõvakettade eesmärgist ja klassifitseerimisest?

Eesmärgi küsimus on loomulikult retooriline. Iga kasutaja, isegi kõige elementaarsem tase, vastab kohe sellele, et kõvaketas (mis on ka kõvaketas (ka kõvaketas või kõvaketas) vastab kohe sellele, et see teenib teabe salvestamist.

Üldiselt on see tõsi. Ärge unustage, et kõvakettal on lisaks operatsioonisüsteemile ja kasutajafailidele ka operatsioonisüsteemi poolt loodud käivitussegmendid, mille tänu see käivitub, samuti mõned etiketid, millel saate kettalt teavet kiiresti leida.

Tänapäevased mudelid on üsna mitmekesised: tavapärased kõvakettad, välised kõvakettad, kiire SSD-tüüpi SSDd, kuigi neid ei loeta rangelt kõvakettaks. Järgnevalt tehakse ettepanek kaaluda kõvaketta seadet ja põhimõtet, kui mitte tervikuna, siis vähemalt nii, et see oleks piisav põhiliste terminite ja protsesside mõistmiseks.

Pidage meeles, et tänapäevase HDD-i klassifitseerimine toimub vastavalt mõnele põhikriteeriumile, mille hulgas on järgmised:

• Teabe salvestamise viis;
• Vedaja tüüp;
• Teabele juurdepääsu korraldamise viis.

Miks kõvaketast nimetatakse kõvakettale?

Tänapäeval mõtlevad paljud kasutajad, miks kõvakettad nimetatakse väikese võimsusega kõvakettadena. Tundub, et need kaks seadet võivad olla ühised?

Termin ilmnes end juba 1973. aastal, kui turule ilmus maailma esimene kõvaketas, mille disain koosnes kahest eraldi kappist ühes suletud anumas. Iga ruumi läbilaskevõime oli 30 MB, mille tõttu andsid insenerid kettale koodnime "30-30", mis oli täiesti kooskõlas populaarse "30-30 Winchesteri" püstlase kaubamärgiga. Kuid 90. aastate alguses Ameerikas ja Euroopas oli see nimi peaaegu kasutuskõlbmatu, kuid endiselt Nõukogude-järgses ruumis populaarne.

Seade ja kõvaketta põhimõte

Kuid me kaotame. Kõvaketta tööpõhimõtet saab lühidalt kirjeldada kui teabe lugemise või kirjutamise protsessi. Aga kuidas see juhtub? Selleks, et mõista magnetvälja kõvaketta põhimõtet, on kõigepealt vaja uurida, kuidas see on paigutatud.

Kõvaketas ise on plaatide komplekt, mille arv võib varieeruda neli kuni üheksa, mis on ühendatud võlliga (telg), mida nimetatakse spindliks. Plaadid asetatakse üksteise kõrvale. Enamasti on materjaliks nende valmistamiseks alumiinium, messing, keraamika, klaas jms. Plaatidel on spetsiaalne magnetiline kattekiht materjali kujul, mille nimetuseks on gamma-ferriidi oksiidist, kroomoksiidist, baariumferriidist jms asuv materjal. Iga selline plaat on paksusega umbes 2 mm.

Teabe salvestamiseks ja lugemiseks vastavad radiaalpead (üks igale plaadile) ja plaadid kasutavad mõlemat pinda. Spindli pöörlemine, mille kiirus võib olla 3600 kuni 7200 pööret minutis, ning pea liikumine vastab kahele elektrimootorile.

Sellisel juhul on arvuti kõvaketta põhiprintsiipiks see, et teave ei ole kirjutatud mitte ainult ükskõik kus, vaid rangelt määratletud kohtades, mida nimetatakse sektoriteks, mis paiknevad kontsentriliste rööbasteede või rajades. Segaduse vältimiseks kasutatakse ühtseid eeskirju. See tähendab, et kõvaketaste põhimõtted nende loogilise ülesehituse alusel on universaalsed. Näiteks on ühe sektori suurus, mis on aktsepteeritud ühtse standardina kogu maailmas, on 512 baiti. Sektorid jagunevad omakorda klastriteks, mis on mitmete sektorite järjestused. Selles suhtes on kõvaketta tööpõhimõtte iseärasused selles, et teabevahetust teevad terved klastrid (terve hulk valdkonda ahelaid).

Kuid kuidas te seda teavet luged? Kõvakettaseadme töötamise põhimõtted on järgmised: spetsiaalse klambri abil liigutatakse lugemispea radiaalses (spiraalses) suunas soovitud rööbasteele ja kui see on positsioneeritud, asub see antud sektori kohal, kõik pead võivad liikuda samaaegselt, lugedes sama teavet mitte ainult erinevatest rööbastest , Aga ka erinevatest kettadest (plaadid). Kõik samade numbritega rajad nimetatakse silindriteks.

Eraldi on veel üks kõvaketta operatsiooni põhimõte: mida lähemal on lugemispea magnetpinnale (kuid seda ei puuduta), seda suurem on salvestuse tihedus.

Kuidas teavet salvestatakse ja loetakse?

Kõvakettad või kõvakettad on seetõttu kutsutud magnetilisteks, et nad kasutavad magnetismi füüsika seadusi, mis on sõnastatud veel Faraday ja Maxwell.

Nagu juba mainitud, kantakse magneetiliselt tundliku materjali plaatidele, mille paksus on vaid paar mikromeetrit, magnetiline kate. Tööprotsessis tekib magnetväli, millel on nn domeenstruktuur.

Magnetiline domeen on rangelt piiratud raudoksiidi magnetiseeritud piirkonnaga. Lisaks võib kõvaketta tööpõhimõtet lühidalt kirjeldada järgmiselt: kui tekib väline magnetväli, hakkab ketta õige ala rangelt magnetilistes joontes piki orientatsiooni ning diskimise ajal toimingu lõpetamisel ilmnevad järelejäänud magnetiseerimisvööndid, mille kohta varem oli maapealset teavet .

Välisvälja loomiseks vastutab kirjutamise eest vastutav lugemispea ja kui jäänantaalse magnetiseerimise tsooni lugemine on peas vastas, luuakse elektromotoorjõud või elektromagnetväljund. Lisaks on kõik lihtsad: muutuv EMF vastab ühele binaarsele koodile ja selle puudumine või lõpetamine on null. EMF-i muutmise aeg nimetatakse bitiselemendiks.

Lisaks võib magnetpinda seostada pelgalt informaatilisel põhjusel, nagu teatud bittide järjestus. Kuid kuna selliste punktide asukohta ei saa täpselt arvutada, on vaja kettale paigaldada mõned eelmääratud märgid, mis aitasid kindlaks määrata soovitud asukoha. Selliste etikettide loomist nimetatakse vormindamiseks (rütmides ristküliku jagamine rühmadesse ja valdkondadesse, mis on klastriteks).

Kõvaketta loogiline struktuur ja tööpõhimõte vormingu osas

HDD loogilise korralduse osas on siin esimene koht vormindamine, kus on kaks peamist tüüpi: madala (füüsiline) ja kõrgel tasemel (loogiline). Nende sammude puudumisel pole vaja rääkida kõvaketta laadimisest tööriisile. Uue kõvaketta initsialiseerimise kohta käsitletakse eraldi.

Madala taseme vormindamine eeldab füüsilist mõju kõvaketta pinnale, kus sektoreid luuakse mööda radu. Kummalisel kombel on kõvaketta põhimõte, et igal loodud sektoril on oma ainulaadne aadress, mis sisaldab sektori numbrit, raja numbrit, millel see asub, ja plaadi külgnumbrit. Seega võimaldab otsejuurdepääsu korralduses sama RAM otse antud aadressilt ja ei otsi kogu pinnale vajalikku teavet, mille tõttu kiirus saavutatakse (kuigi see pole kõige tähtsam asi). Pidage meeles, et madala taseme vormingu tegemisel kustutatakse täielikult kogu teave ja enamasti ei taastata seda.

Teine asi on loogiline vormindamine (Windowsi süsteemides on see kiire vormindamine või kiirvorming). Lisaks sellele on need protsessid rakendatavad ka loogiliste partitsioonide loomisele, mis esindavad peamise kõvaketta teatud ala ja töötavad samadel põhimõtetel.

Loogiline vormindamine mõjutab peamiselt süsteemi ala, mis koosneb alglaadimissektorist ja partitsioonitabelist (alglaadimise rekord Boot Record), failide jagamise tabelid (FAT, NTFS jne) ja Root Directory (rootkataloog).

Teabe salvestamine sektoritesse toimub klastri kaudu mitmes osas ja ühest ühest klastrist ei saa sisaldada kaht identset objekti (faili). Tegelikult eraldab loogiline partitsioon selle põhilise süsteemi sektsioonist, mille tulemusena jääb sellel olev teave, kui ilmuvad vead ja talitlushäired, muuta ega eemaldada.

HDD põhiomadused

Ma arvan, et üldiselt on kõvaketta põhimõte veidi arusaadav. Nüüd pöördume põhiomaduste poole, mis annavad täieliku ülevaate tänapäevaste kõvaketaste kõikidest võimalustest (või puudustest).

Kõvaketta töötamise põhimõte ja peamised omadused võivad olla täiesti erinevad. Selleks, et mõista, mis on kaalul, kirjeldame kõige olulisemaid parameetreid, mis iseloomustavad kõiki teadaolevaid teabe salvestusseadmeid:

• Mahutavus (maht);
• Kiirus (andmeedastuskiirus, andmete lugemine ja kirjutamine);
• Liides (ühendusmeetod, kontrolleri tüüp).

Võimsus on kogu teave, mida saab kõvakettale kirjutada ja salvestada. Kõvaketta tootmine areneb nii kiiresti, et täna on kõvaketta kettad, mille maht on umbes 2 TB ja kõrgemad, juba kasutusele võetud. Ja usutakse, et see ei ole piir.

Liides on kõige olulisem tunnusjoon. See määrab, kuidas seade emaplaadiga ühendub, millist kontrollerit ta kasutab, kuidas seda loeb ja kirjutab jne. Peamised ja kõige levinumad liidesed on IDE, SATA ja SCSI.

IDE-liidesega kettad ei ole väga kallid, kuid peamiste puuduste hulgas on piiratud arv samaaegselt ühendatud seadmeid (maksimaalselt neli) ja madal andmeedastuskiirus (isegi kui toetate otsest juurdepääsu Ultra DMA-mällu või Ultra ATA-protokolle (režiim 2 ja režiim 4), kuigi arvatakse, et nende kasutamine parandab lugemis- / kirjutamiskiirust 16 MB / s, kuid tegelikkuses on see kiirus palju madalam. Lisaks UDMA režiimi kasutamiseks tuleb installida spetsiaalne draiver, mis Teoorias peaks olema emaplaadi komplekt.

Rääkides sellest, milline on kõvaketta jõudluse ja omaduste põhimõte, ei saa te ignoreerida SATA liidest, mis on ATA IDE versiooni pärija. Selle tehnoloogia eeliseks on see, et lugemis- / kirjutamiskiirust saab suurendada kiiremate Fireware IEEE-1394 bussi abil kuni 100 Mb / s.

Lõpuks on SCSI-liides võrreldes eelmiste kahega kõige paindlikum ja kiirem (kirjutamise / lugemise kiirus jõuab 160 Mb / s ja kõrgemale). Kuid isegi need kõvakettad on peaaegu kaks korda kallimad. Kuid samaaegselt ühendatud salvestusseadmete arv on seitsmest kuni viieteistkümnele, ühendus saab teha arvuti välja lülitamata ja kaabli pikkus võib olla umbes 15-30 meetrit. Tegelikult seda tüüpi HDD kasutatakse enamasti mitte kasutaja arvutis, vaid serverites.

Edastuskiirust ja sisend / väljund ribalaiust iseloomustavad jõudlust väljendavad tavaliselt edastusaeg ja edastatavate järjestikuste edastatud andmete hulk ja väljendatakse mb / s.

Mõned lisavalikud

Rääkides sellest, milline on kõvaketta põhimõte ja millised parameetrid selle toimimist mõjutavad, on võimatu ignoreerida mõningaid täiendavaid omadusi, mille korral võib seadme kiirus või isegi eluiga olla sõltuv.

Siin on esiteks pöörlemiskiirus, mis mõjutab otseselt soovitud sektori otsingu ja initsialiseerimise (tuvastamise) aega. See on nn varjatud otsingu aeg - ajavahemik, mille jooksul vajalik sektor pöörleb lugemispeale. Täna võeti spindli pöörlemiskiiruse jaoks vastu mitu standardit, väljendatuna pöörete arvu minutis ja viivitusajaga millisekundites:

• 3600 - 8,33;
• 4500 - 6,67;
• 5400-5,56;
• 7200 - 4,17.

On lihtne näha, et mida suurem on kiirus, seda vähem aega kulub sektorite otsimisel ja füüsilises mõttes - ketta pöördeel enne peate paigutamist plaadi positsioneerimiseks soovitud kohta.

Teine parameeter on sisemine edastuskiirus. Väliskülgedel on see minimaalne, kuid suureneb järk-järgult üleminekuga siseruumidele. Seega on sama defragmentimisprotsess, mis on sageli kasutatavate andmete liikumine ketta kiireimatele aladele, ainult nende edastamine sisemisele lugejale kiirema lugemiskiirusega. Väliskiirusel on fikseeritud väärtused ja see sõltub otseselt kasutatavast liidest.

Lõpuks on üks olulisi hetki seotud oma vahemälu või puhvri kõvaketta olemasoluga. Tegelikult on kõvaketta põhimõte puhvri kasutamisel mõnes operatiiv- või virtuaalmälus sarnases. Mida suurem vahemälu (128-256 KB), seda kiiremini kõvaketas töötab.

HDD peamised nõuded

Põhinõuded, mis enamikul juhtudel esitatakse kõvakettale, ei ole nii palju. Peamine on pikk kasutusiga ja usaldusväärsus.

Enamike kõvaketaste peamine standard on 5-7 aasta pikkune tööaeg, mille tööaeg on vähemalt viissada tuhat tundi, kuid kõrglahutusega kõvaketaste puhul on see näitaja vähemalt üks miljon tundi.

Usaldusväärsuse osas on see vastutus SMART-i enesekontrolli funktsiooni eest, mis jälgib üksikute kõvaketta elementide olekut, pidevat seiret. Kogutud andmete põhjal võib kujuneda isegi prognoos võimalike häirete ilmnemise kohta tulevikus.

Ütlematagi selge, et kasutaja ei tohiks välja jätta. Näiteks HDD-ga töötamisel on äärmiselt oluline jälgida optimaalset temperatuuri režiimi (0-50 ± 10 ° C), vältida kõvaketta loksutamist, löömist ja langemist, tolmu või muude väikeste osakeste jõudmist sellesse jne. Muidugi on paljud Huvitav on teada, et tubakasuitsu samad osakesed on ligikaudu kaks korda pikemad, kui vahemaa lugemispea ja kõvaketta magnetpinna vahel ning inimese juuksed on 5-10 korda.

Kõvaketta asendamisel süsteemi initsialiseerimisprobleemid

Nüüd paar sõna, mis toiminguid võtta, kui mingil põhjusel muutis kasutaja kõvaketast või installinud teisejärgulisena.

Täielikult kirjeldada protsessi ei ole, ja keskendub ainult pealaval. Esmalt tuleb ühendada kõvaketas ja vaadata BIOS, kui uus riistvara on avastatud, et Administration lõik ketta initsialiseerimine ja luua algkäivituskirje, luua lihtsa maht, loovutada ID (kiri) ja vormindada valikuga failisüsteemi. Alles pärast, et uus "kruvi" on täielikult töövalmis.

järeldus

See on kõik, mis tuleb lühidalt põhitõdesid toimimise ja tõhususe tänapäeva kõvakettad. Tööpõhimõte on väline kõvaketas ei peeta oluliseks, sest see praktiliselt ei erine kasutatakse paiksete HDD. Ainus erinevus on ainult meetod, mis ühendab täiendavat mälumahtu oma arvuti või sülearvuti. Kõige tavalisem on USB kaudu-liides, mis on otseselt seotud emaplaadi. Samal ajal, kui soovite, et tagada maksimaalne tulemuste, siis on parem kasutada standardset USB 3.0 (port sees sinise värviga), muidugi tingimusel, et väline HDD ise seda toetab.

Nagu ülejäänud, ma arvan, et paljud inimesed isegi natuke sai selgeks, kuidas kõvaketas mis tahes tüüpi. Ehk eespool on antud liiga palju tehnilist teavet, seda rohkem isegi koolis füüsika muidugi veel ilma et täielikult mõista kõiki peamisi põhimõtteid ja meetodeid, mis on sätestatud HDD tootmise ja kohaldamise tehnoloogia ei mõista.