Компьютер – это электронно-вычислительная машина, способная выполнять множество вычислительных операций в заданные промежутки времени. История компьютера, как вычислительной машины, начинается еще до нашей эры, первые счеты, изобретенные в Древнем Вавилоне, 3000 лет до н.э. – по своей сути являются первым вычислительным устройством с этого времени и началось усовершенствование и его усложнение.В результате компьютер стал состоять из множества технически сложных устройств, каждое из которых необходимо для современного вида вычислительного устройства и удобной работы, непосредственно с ним.

Устройство жесткого диска

Устройство сохранения и накопления информации жесткий диск или HDD (Harddiskdrive).  Жесткий диск служит для долговременного хранения информации в компьютере, то есть вся ваша музыка, фильмы, фотографии, документы, а также установленные программы и файлы самой операционной системы хранятся на нем. Жесткий диск компьютера можно сравнить с тетрадью, куда студент записывает лекции и остальную информацию, которая понадобится ему в дальнейшем. Пока в тетради есть чистые страницы на них можно записывать новые данные или при необходимости изменить уже записанные, воспользовавшись «замазкой».

Ключевое слово здесь, для долговременного хранения информации, так как в нее записывают только информацию, которая потребуется в дальнейшем и в любое время. Если данные нужны на короткое время, то человек просто запомнит их или запишет на стикер, чтобы выбросить сразу, как только они станут не нужны.

По такому же принципу устроено хранение информации в компьютере. Жесткий диск обладает энергонезависимой памятью, и отключение питания не влияет на их сохранность. В этом заключается принципиальное отличие от оперативной памяти компьютера являющейся энергозависимой. 

История появления жесткого диска.

IBM 350 DISKSTORRGEUNIT

Первый жесткий диск IBM 350 Disk Storage Unit был показан миру 4 сентября 1956 года. Он представлял собой громадный шкаф шириной 1,5 м, высотой 1,7 м, толщиной 0,74 м, весил почти тонну и стоил целое состояние. На его шпинделе было 50 дисков размером 24″ (61 см), покрытых краской, в которой содержался ферромагнитный материал. Диски вращались со скоростью 1200 оборотов в минуту, а суммарный объем хранимой на них информации был равен фантастическим по тем временам 4,4 Мб. Привод, на котором крепились головки, весил почти 1,5 кг, но ему требовалось меньше секунды на то, чтобы переместится от внутренней дорожки верхнего диска до внутренней дорожки нижнего. Представьте себе, насколько быстро должен был двигаться этот совсем не легкий механизм. Изобретенный небольшой группой инженеров IBM 350 Disk Storage Unit был частью ламповой вычислительной системы IBM 305 RAMAC. Такие системы в 50-х и 60-х годах использовались исключительно в больших корпорациях и правительственных организациях. Интересно, что все идеи, заложенные в самом первом жестком диске, появившемся еще в эпоху ламповых компьютеров, дожили до сегодняшних дней: в современных накопителях тот же набор из дисков, покрытых ферромагнитным слоем, на которые записываются дорожки с данными, и блок головок чтения и записи, размещенный на “арме” с электромеханическим приводом. 

Рассмотрим основные моменты работы жесткого диска и его характеристики. Технически представляет собой устройство записи и хранения информации основанное на принципе магнитной записи. Информация записывается на круглые жесткие диски (пластины или блины) покрытые слоем ферромагнитного материала и расположенные на одной оси привода. Чтение и запись данных осуществляется с помощью подвижных считывающих головок. Принцип напоминает проигрыватель на виниловых пластинках, однако в винчестере считывающие головки не касаются поверхности пластин, в отличие от иглы проигрывателя. В рабочем положении они парят над поверхностью пластин на высоте нескольких нанометров за счет потока набегающего воздуха от быстрого вращения пластин. В выключенном состоянии, головки располагаются в парковочной зоне, чтобы исключить случайное взаимное повреждение деталей от сотрясения винчестера.

Наличие подвижных механических частей несколько снижает надежность устройства, однако отсутствие прямого механического контакта между подвижными деталями компенсирует этот недостаток и обеспечивает надежность и большой ресурс работы винчестеров. Помимо пластин, привода и считывающих головок в одном корпусе с ними располагается управляющая электроника.

Подвижная головка состоит из двух частей: головка чтения и головка записи. В зависимости от необходимой в данный момент времени операции, используется нужная головка. Количество пластин в корпусе жесткого диска может быть различно и зависит от его емкости и примененных технологий записи. Меньшее количество пластин уменьшает энергопотребление, снижает количество подвижных частей, улучшает температурный режим работы накопителя, что положительно сказывается на его надежности и долговечности. Правда это все в теории, а на практике, каждый конкретный экземпляр индивидуален и утверждать, что накопитель с четырьмя пластинами хуже, чем с двумя неверно.

Чтобы на пластины можно было записывать информацию, их поверхность разбивают на дорожки — концентрические кольцевые области. Все дорожки на всех пластинах HDD находящиеся на одинаковом расстоянии от центра называются цилиндр. В свою очередь, дорожки делятся на равные отрезки называемые секторами. Из объединения соседних секторов в группу образуется кластер. Кластер — минимальная логическая ячейка для хранения информации на жестком диске компьютера. В настоящее время стандартным является кластер размером 4 096 байт, состоящий из восьми секторов по 512 байт каждый. Ознакомиться подробнее с влиянием его размера на параметры HDD можно в статье посвященной файловой системе в операционной системе Windows.

Основные характеристики жестких дисков

Форм-фактор — определяет ширину жесткого диска в дюймах. Накопители имеют стандартизированные размеры 0.85, 1, 1.3, 1.8, 2.5, 3.5 дюймов. Стандартным для настольных компьютеров является 3.5 дюйма и 2.5 для ноутбуков.

Интерфейс — обеспечивает взаимодействие жесткого диска с материнской платой компьютера. В дисках предназначенных для установки внутри персональных компьютеров используется интерфейс SATA разных версий. Основное различие в скорости передачи данных: Revision 1.0 до 1,5 Гбит/с, Revision 2.0 до 3 Гбит/с (SATA/300), Revision 3.0 до 6 Гбит/с (SATA/600). Винчестеры с интерфейсом PATA (IDE) почти вышли из употребления и используются только со старым оборудованием.

Емкость — максимальное количество информации, которое может хранить жесткий диск, измеряется в гигабайтах. Поскольку производители приравнивают один килобайт к тысяче байт (на самом деле 1 Кбайт = 1 024 байт), то жесткий диск маркированный как 500 ГБ имеет реальную емкость 465.7 ГБ.

Скорость вращения шпинделя — количество оборот шпинделя в минуту. Имеет стандартные скорости, в настольных компьютерах обычно 5 400 или 7 200 об/мин, а в ноутбуках 4 500 или 5 400 об/мин. В жестких дисках для серверов скорость вращения обычно составляет 10 000 или 15 000 об/мин. Чем больше скорость вращения, тем меньше время доступа к информации.

Объем буфера — специальная высокопроизводительная память, встроенная в жесткий диск служащая для ускорения работы накопителя и сглаживания разницы в скоростях чтения/записи и передачи.

Время произвольного доступа — определяет усредненное количество времени, требуемое головке для позиционирования на произвольном участке пластины. Непостоянная величина, зависящая от начального и конечного положения головки и места позиционирования. Чем меньше данный показатель, тем быстрее диск способен отдавать запрошенную информацию.

Время наработки на отказ — среднее время безотказной работы, рассчитанное производителем. Является аналогом параметра надежность и соответственно, чем оно больше, тем лучше.

Ударостойкость — способность винчестера безболезненно переносить удары и резкую смену давления. Измеряется в единицах допустимой перегрузки, раздельно для включенного и выключенного состояния. Чем больше ударостойкость, тем лучше. Более актуально для ноутбуков и переносных винчестеров.

Уровень шума — шум, производимый жестким диском во время работы, измеряется в децибелах. Включает в себя шум вращающихся пластин, аэродинамический и шум перемещающихся головок.

В одном компьютере может быть установлено несколько винчестеров. Общее количество ограничено наличием места в компьютерном корпусе и количеством конвекторов для подключения на материнской плате.