Что такое винчестер в компьютере – как работает и зачем используется

Приветствую всех читателей блога compsch.com. Многих интересует вопрос: что такое винчестер в компьютере икак работает жесткий диск компьютера? Поэтому сегодняшнюю статью я решил посвятить этому. Выбор компьютера подразумевает знакомство с его основными характеристиками. Важным механизмом, определяющим производительность компьютера, является жесткий диск. Ознакомление с его устройством и механизмом действия позволяет избежать ошибок.

Винчестер в компьютере — что это такое?

Зачем жесткий диск в компьютере

Жесткий диск в компьютере такой же, как жесткий диск. Это неотъемлемая часть компьютера или ноутбука, запоминающее устройство, на котором хранится информация. Там прописаны все программы, операционная система, папки и файлы. У вас ограниченное пространство для записи информации. Обеспечивает производительность ПК, скорость обработки данных. Процессор использует данные на жестком диске, обрабатывает их и возвращает на место.

  1. Жесткий диск: изначально изобретен, а затем изменен. Он состоит из металлической коробки со считывателем (головкой) посередине. Информация записывается на магнитные пластины, при их вращении головка считывает файлы.
  2. SSD — это твердотельные накопители. У них другой принцип работы, как у флешки, только объем очень большой. Устройство обрабатывает информацию быстрее, чем HDD, имеет меньший вес, работает тише и надежнее. Однако, если он поврежден, восстановить информацию практически невозможно. Цена таких дисков на порядок выше, чем у HDD-накопителей.

 

  1. Объем. Возможность записи информации. Измеряется в гигабайтах и ​​терабайтах.
  2. Размер (форм-фактор). Для ноутбука: 2,5 дюйма, для компьютеров: 3,5 дюйма.
  3. Скорость, с которой вращается вал: насколько быстро вращаются пластины. Только для жесткого диска. Стандартное использование – 4200, 5400, 7200 и 10000 об/мин. От скорости зависит производительность ПК и стоимость диска.
  4. Интерфейс — через какой разъем жесткий диск подключается к компьютеру. Раньше это был IDE, потом стали использовать SATA. Есть еще SCSI, SAS.
  5. Кэш-память (размер буфера) – ОЗУ. Доступен контроллер жесткого диска (16, 32 или 64 МБ).
  6. Время произвольного доступа — период, в течение которого вы можете записывать или читать откуда угодно на жестком диске. Обычно от 3 до 15 мс.

Почему жесткий диск называют винчестером?

Изначально разработка компьютеров велась компанией IBM. Свой современный вид установка получила в 1973 году, когда головка и магнитные пластины были соединены в едином корпусе. Модель 3340 имела рабочее прозвище «30-30».

Кеннет Хоутон, руководивший работами, в шутку назвал винчестерский диск по аналогии с охотничьим ружьем Winchester 30-30. Название прижилось и использовалось в Западной Европе и других странах до начала 90-х годов прошлого века. Для российских компьютерщиков название винчестера сократилось до жаргонного: «винт».

Устройство

Механизм жесткого диска компьютера или ноутбука состоит из следующих компонентов:

Устройство жесткого диска

 

  • корпус – герметичный металлический корпус, препятствующий попаданию внутрь пыли и грязи;
  • магнитные диски – из алюминиевых или стеклянных пластин, покрытых для записи ферромагнитным материалом (двуокисью хрома;
  • двигатель – связан с осью, на которой размещены пластины;
  • блок головок – рычаги и головки, связанные с работой с информацией;
  • позиционирующее устройство (привод) – пара неодимовых постоянных магнитов и катушек, расположенных на краю блока. Начинается блок голов;
  • контроллер – электронная микросхема, управляющая деятельностью винчестера;
  • парковка: есть головы при выключении.

 

Как работает винчестер?

После включения компьютера ось начинает вращаться вместе с прикрепленными к ней пластинами. Появляется атмосферный поток, затем начинают работать головки считывания информации.

Головки физически не касаются пластин. В первую очередь проверяются данные о состоянии комплектующих компьютера. Затем запускаются операционная система и утилиты.

На устройстве данные применяются к дорожкам (как в записи). Трассы разбиты на сектора, которые виртуально объединены в группы. На один сектор можно записать 512 байт данных (параметр можно изменить при форматировании). Чем ближе подсказки, тем быстрее будет работать компьютер.

Принцип записи данных

Жесткие диски предназначены для записи и чтения данных. Используется двоичный код: есть сигнал или его нет. Таким образом, информация зашифрована. На блок магнитной головки поступает зашифрованный сигнал (колебания электрического тока). Когда компьютер работает, головка перемещается по магнитному диску и считывает данные в нужном месте.

Используемый механизм позволяет записывать данные, стирать и использовать повторно. Их можно хранить бесконечно долго.

Информация может быть получена по запросу пользователя при включении ПК. Данные сохраняются на диске независимо от того, включен он или нет.

Информация из памяти передается в процессор и оттуда после обработки выводится на монитор.

Диски используются в персональных ПК, в ноутбуках, в серверах.

Как устроен жесткий диск компьютера (HDD)

жесткий-диск-в-разобранном-состоянии

Жесткий диск компьютера (HDD или винчестер) нужен для хранения информации после выключения компьютера, в отличие от ОЗУ (оперативной памяти), которая хранит информацию до отключения питания (пока не выключится компьютер).

Жесткий диск по праву можно назвать настоящим произведением искусства, просто инженерной мысли. Да да именно так. Внутри так сложно, что все устроено. В настоящее время жесткий диск является самым популярным устройством для хранения информации во всем мире, он стоит в одном ряду с такими устройствами, как: флэш-память (флешки), SSD. Многие слышали о сложности устройства жесткого диска и задаются вопросом, как на нем размещается столько информации, а потому хотели бы узнать, как устроен жесткий диск компьютера или из чего он состоит. Сегодня будет такая возможность).

устройство-жесткого-диска-компьютера

Устройство жесткого диска компьютера

Жесткий диск состоит из пяти основных частей. И первый из них — это интегральная схема, которая синхронизирует работу накопителя с компьютером и управляет всеми процессами.

интегральная-схема-жесткого-диска

Вторая часть – электродвигатель (шпиндель), вращает диск со скоростью около 7200 об/мин, а интегральная схема поддерживает скорость вращения постоянной.

А теперь третья, наверное, самая важная часть: качелька, которая может записывать и читать информацию. Конец коромысла обычно разделен, поэтому вы можете работать с несколькими дисками одновременно. Однако головка коромысла никогда не соприкасается с дисками. Между поверхностью диска и головкой имеется зазор, размер которого примерно в пять тысяч раз меньше толщины человеческого волоса!

Но давайте все же посмотрим, что произойдет, если зазор исчезнет и головка коромысла соприкоснется с поверхностью вращающегося диска. Мы еще со школы помним, что F=m*a (второй закон Ньютона, по-моему), из которого следует, что объект с малой массой и большим ускорением становится невероятно тяжелым. Учитывая высокую скорость вращения самого диска, вес головки коромысла становится очень и очень ощутимым. Естественно, в этом случае повреждение диска неизбежно. Кстати, вот что произошло с диском, в котором этот зазор почему-то пропал:

повреждение-жесткого-диска

Важна и роль силы трения, то есть ее практически полное отсутствие, когда качелька начинает считывать информацию, при этом прокручивая до 60 раз в секунду. Но подождите, а где тут мотор, приводящий в движение коромысло, да еще на такой скорости? На самом деле его не видно, потому что это электромагнитная система, работающая во взаимодействии 2-х сил природы: электричества и магнетизма. Такое взаимодействие позволяет разгонять качели до скорости света, в буквальном смысле.

двигатель-коромысла-жесткого-диска

Четвертая часть — это сам жесткий диск, именно сюда записывается и читается информация, кстати, их может быть несколько.

Ну и пятая и последняя часть конструкции винчестера — это, конечно же, корпус, где установлены все остальные компоненты. Используемые материалы следующие: почти весь корпус выполнен из пластика, но верхняя крышка всегда из металла. Собранный корпус часто называют «герметизирующей зоной». Существует мнение, что внутри гермозоны нет воздуха, вернее, что там вакуум. Это мнение основано на том, что при таких высоких скоростях вращения диска даже пылинка, попавшая внутрь, может причинить много нехорошего. И это почти правда, только там нет вакуума, а есть сухой очищенный воздух или нейтральный газ, азот например. Хотя, возможно, в более ранних версиях винчестеров вместо очистки воздуха его просто откачивали.

Мы говорим о компонентах, т.е. Из чего состоит жесткий диск? Теперь поговорим о хранении данных.

Как и в каком виде хранятся данные на жестком диске компьютера

Данные хранятся в виде узких дорожек на поверхности диска. В процессе производства на диск наносится более 200 000 таких треков. Каждая из дорожек разделена на сектора.

дорожки-и-сектора-жесткого-диска

Карты дорог и секторов позволяют определить, где записывать или читать информацию. Опять же, вся информация о секторах и дорожках находится в памяти интегральной схемы, которая, в отличие от других компонентов винчестера, находится не внутри корпуса, а снаружи и обычно снизу.

Поверхность самого диска гладкая и блестящая, но это только на первый взгляд. При ближайшем рассмотрении структура поверхности оказывается более сложной. Дело в том, что диск изготовлен из металлического сплава, покрытого ферромагнитным слоем. Этот слой выполняет всю работу. Ферромагнитный слой запоминает всю информацию, как? Очень просто. Наклоняющаяся головка намагничивает микроскопический участок пленки (ферромагнитный слой), устанавливая магнитный момент этой ячейки в одно из состояний: 0 или 1. Каждый ноль и единица называются битом. Таким образом, любая информация, записанная на жесткий диск, представляет собой, по сути, определенную последовательность и определенное количество нулей и единиц. Например, фотография хорошего качества занимает около 29 миллионов таких ячеек и распределяется по 12 различным секторам. Да, звучит впечатляюще но на самом деле такое большое количество битов занимает очень маленькую площадь на поверхности диска. Каждый квадратный сантиметр поверхности жесткого диска содержит несколько десятков миллиардов битов.

Принцип работы жесткого диска

Мы только что рассмотрели устройство жесткого диска, каждый из его компонентов в отдельности. Теперь предлагаю все связать в некую систему, благодаря которой станет понятен сам принцип работы винчестера.

Итак, принцип работы жесткого диска таков: когда жесткий диск введен в эксплуатацию, это означает, что на него идет запись, или считывается информация, или с него загружается операционная система, эл электродвигатель (шпиндель) начинает набирать обороты, а так как жесткие диски закреплены на самом шпинделе, соответственно, они тоже начинают вращаться вместе с ним. И пока скорость дисков не достигла уровня, при котором между головкой коромысла и диском образуется воздушная подушка, коромысло находится в специальной «парковочной зоне» для предотвращения повреждений. Вот как это выглядит.

коромысло-в-парковочной-зоне

Как только скорость достигает нужного уровня, сервопривод (электродвигатель) приводит в движение коромысло, которое уже находится в том месте, где вы хотите записать или прочитать информацию. Этому только способствует интегральная схема, управляющая всеми движениями коромысла.

Существует распространенное мнение, своеобразный миф, что в моменты, когда диск «простаивает», то есть с ним временно не выполняются операции чтения/записи, внутренние винчестеры перестают вращаться. На самом деле это миф, потому что на самом деле винчестеры внутри корпуса постоянно крутятся, даже когда винчестер находится в режиме энергосбережения и на него ничего не записывается.

Что ж, вот мы и рассмотрели с вами устройство жесткого диска компьютера во всех подробностях. Конечно, в рамках одной статьи невозможно рассказать все, что касается жестких дисков. Например, в этой статье не говорилось об интерфейсах жестких дисков; это большая тема, я решил написать о ней отдельную статью.

Всем спасибо за внимание, если вы еще не подписаны на обновления на этом сайте, то рекомендую это сделать, чтобы не пропустить интересные и полезные материалы. До встречи на страницах блога!

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
CompSch.com
Добавить комментарий