Консольный кронштейн, установленный на механизме магнитной головки с головками чтения и записи на каждом конце. Когда двигатель шпинделя останавливается, они паркуются в назначенном положении.
Что такое жесткий диск компьютера?
Когда компьютер загружается, набор микропрограмм, хранящихся в микросхеме BIOS, выполняет проверку оборудования. Если все в порядке, проверка передается загрузчику операционной системы. Загрузится операционная система, и вы сможете пользоваться компьютером. Но где хранилась операционная система до включения компьютера? Как сохраняется работа, над которой вы трудились всю ночь, при выключенном компьютере? Опять же, где она хранится?
Ладно, я, наверное, перестарался, и вы все знаете, что компьютерные данные хранятся на жестком диске. Однако, что это такое и как это работает, не является общеизвестным, и поскольку вы здесь, логично, что вы хотите знать. Итак, давайте узнаем!
Эта статья посвящена исключительно жестким дискам (HDD), т.е. магнитным жестким дискам. Подробнее о твердотельных накопителях можно прочитать здесь.
Что такое жесткий диск
Традиционно, давайте посмотрим определение HDD в Википедии:
Жесткий диск (винт, винчестер, жесткий магнитный диск, HDD, HMDD) — это устройство хранения данных с произвольным доступом, основанное на принципе магнитной записи.
Он используется в большинстве компьютеров, а также как отдельный носитель информации для резервного копирования данных, хранения файлов и т.д.
Давайте немного разберемся. Мне нравится термин «жесткий диск». Эти пять слов проникают в самую суть. Жесткий диск — это устройство, предназначенное для хранения данных, которые записываются на него в течение длительного периода времени. В основе жестких дисков лежат жесткие диски (алюминиевые) со специальным покрытием, на которые записывается информация с помощью специальных головок.
Я не буду вдаваться в подробности процесса регистрации — по сути, это прошлогодняя физика, и вникать в нее, я уверен, вам не хочется, да и статья не об этом.
Также обратите внимание на термин «произвольный доступ», который примерно означает, что мы (компьютер) можем считывать информацию с любой части жесткого диска в любое время.
Важно отметить, что жесткий диск является энергонезависимым, то есть информация, хранящаяся на устройстве, не теряется при его включении или выключении. В этом заключается важное различие между постоянной и временной компьютерной памятью (RAM).
Если вы посмотрите на компьютерный жесткий диск в реальной жизни, вы не увидите ни пластин, ни головок, потому что все спрятано внутри герметичного корпуса (гермозоны). Снаружи жесткий диск выглядит следующим образом:
Я думаю, вы знаете, что такое жесткий диск. Двигаемся дальше.
Для чего компьютеру нужен жесткий диск
Давайте рассмотрим, что такое жесткий диск в компьютере, то есть какую роль он играет в компьютере. Конечно, он хранит данные, но как и какого рода. Здесь мы будем различать такие функции HDD:
- Хранение операционной системы, пользовательского программного обеспечения и их настроек,
- хранение пользовательских файлов: Музыка, видео, фотографии, документы и т.д,
- использование части пространства жесткого диска для хранения данных, которые не помещаются в оперативной памяти (файл подкачки), или для хранения содержимого оперативной памяти в спящем режиме,
Как видите, жесткий диск компьютера — это не просто хранилище фотографий, музыки и видео. Он хранит всю операционную систему, а также помогает использовать оперативную память, беря на себя часть ее функций.
Жесткий диск состоит из корпуса из прочного сплава, собственно пластин (дисков) с магнитным покрытием, блока головок с крепежным устройством и вала электропривода.
Что такое жесткий диск HDD
Жесткий диск (HDD, hard disk, magnetic disk) — это устройство хранения данных, в котором для записи информации используются магнитные диски. Он используется в качестве основного устройства хранения данных в большинстве настольных и портативных компьютеров.
В обиходе его часто называют Winchester, названный так в 1973 году из-за сходства с винтовкой Winchester. Это связано с тем, что жесткий диск 3340 имел два диска по 30 Мб, а винтовка называлась 30-30 Winchester. Это «поразительное» сходство и привело к появлению названия. Однако в России его чаще называют просто винчестером.
Память такого устройства не зависит от источника питания, как память RAM, то есть данные не стираются при отключении питания.
Компьютер или ноутбук просто должен иметь установленное устройство хранения данных, которое может быть жестким диском или твердотельным накопителем. Такой жесткий диск выполняет следующие функции:
- В нем хранится вся операционная система, ее файлы и настройки.
- Все файлы, пользователи, музыка, фотографии, фильмы, документы и т.д.
- Он используется для хранения временных файлов самой системы и для разгрузки памяти ОЗУ.
Конструкция
Конструкция жесткого диска кажется простой и довольно сложной одновременно. Он состоит из следующих основных компонентов:
- Корпус — защищает от пыли и влаги.
- Магнитные диски — на них записывается информация.
- Головки чтения/записи — считывают информацию с магнитных дисков.
- Двигатель — вращает магнитные диски.
- Контроллер — управляет работой, по сути, это микросхема.
В дизайне есть и другие элементы, но эти — основные.
Как работает жесткий диск
По сути, жесткие диски записывают и считывают информацию аналогично тому, как записываются и считываются записи. И это без углубления в термины. Головки чтения/записи информации записывают и считывают данные с помощью магнитных импульсов с магнитных дисков.
Письменная информация хранится в секторах, сгруппированных для удобства пользования. Это похоже на нарезанную пиццу. Информация записывается в непрерывной последовательности кластеров, т.е. головка чтения/записи перемещается по диску без излишнего смещения кластеров.
Это позволяет получить быстрый доступ к записанной информации. Но, к сожалению, когда данные стираются, кластеры опустошаются, а файлы фрагментируются — подробнее об этом в аппаратной части — что такое восстановление жесткого диска.
Следующим этапом в развитии средств массовой информации стали перфокарты — небольшой кусок картона с отверстиями. Отсутствие отверстия оценивалось как «1», наличие отверстия — как «0». Только двоичный код, хардкор!
Герметичный блок и электронная плата
Печатная плата управления состоит из стекловолоконной пластины с красивой зеленой паяльной маской. Кроме того, на этой плате имеются предустановленные разъемы, к которым подключается напряжение питания и разъем для интерфейса SATA. Принцип работы этого электронного блока управления заключается в обеспечении синхронной работы жесткого диска с другими компонентами компьютера. Корпус изготовлен из анодированного алюминия, а все компоненты внутри представляют собой закрытый блок.
Чтобы более подробно понять, что такое жесткий диск в компьютере, необходимо тщательно изучить его устройство. Итак, продолжим: в центральную часть платы управления встроен большой чип микроконтроллера. Его основное назначение — управление и координация работы электронных устройств. Современные жесткие диски оснащены микропроцессорами, которые содержат два электронных модуля. Один из них — центральный процессор, который обеспечивает основную вычислительную мощность. Другой блок — это канал чтения и записи.
Этот блок преобразует аналоговый сигнал канала от магнитной головки в дискретный сигнал. Он делает это в тот момент, когда магнитная головка считывает данные. И наоборот, в момент создания дискретный сигнал преобразуется в аналоговый. Микропроцессор оснащен портами ввода/вывода, с которых координируется работа других компонентов схемы. Обмен данными осуществляется через интерфейс SATA.
Что такое винчестер в компьютере — микросхема DDR SDRAM
Еще один чип DDR SDRAM на плате — это не что иное, как чип памяти, имеющий вдвое большую информационную пропускную способность. Его количественное выражение зависит от размера кэш-памяти на жестком диске. Этот чип разделен на две части. Один раздел предназначен для памяти прошивки, часть которой находится на флэш-накопителе. Другой раздел — это буферный раздел, который необходим процессору для загрузки микропрограммы на диск. На первый взгляд очень сложно понять всю структуру жесткого диска, поэтому полезно знать, что такое жесткий диск в компьютере.
Третий интегрированный чип — это контроллер блока управления магнитной головкой и приводного двигателя. Контроллер VCM мгновенно паркует головку и может остановить вращение диска. Он также координирует вспомогательные источники питания, находящиеся в цепи. Микропроцессор и переключающий предусилитель, находящиеся в герметичном блоке, питаются от этого вспомогательного источника питания.
Микросхема коммутатора предварительного усилителя
Этот микроконтроллер потребляет немного больше тока, чем другие компоненты схемы. Это связано с тем, что он оснащен двигателем, вращающим диски, и парковочным механизмом для магнитных головок чтения/записи. Микросхема коммутации предусилителя HDD может работать даже при температуре 100 °C!
При включении жесткого диска контроллер переносит данные, хранящиеся на флеш-чипе, в модуль памяти и начинает применять предустановленные настройки.
Если загрузка кода не удалась, жесткий диск, скорее всего, даже не будет вращать шпиндель. Флэш-память может быть встроена в микроконтроллер вместо того, чтобы интегрировать его в электронную плату. Далее мы будем все глубже и глубже погружаться в структуру жесткого диска и постепенно прояснять, что такое жесткий диск в компьютере.
