Накопитель на жёстких магнитных дисках, НЖМД, жёсткий диск, хард, харддиск, HDD, HMDD или винчестер – это энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство.
По одной из версий, название «винчестер» накопитель получил благодаря фирме IBM, которая в 1973 году выпустила жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе пластины диска и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название «30-30», что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 МБ каждый. Кеннет Хотон, руководитель проекта, по созвучию с обозначением популярного охотничьего ружья «Winchester 30-30»предложил назвать этот диск «винчестером».
"Winchester 30/30"
В Европе и США название «винчестер» вышло из употребления в 1990-х годах, в русском же языке сохранилось и получило полуофициальный статус, а в компьютерном сленге сократилось до слов «винт».
В отличие от «гибкого» диска, информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В некоторых НЖМД используется одна пластина, в других — несколько на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках 5-10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.
Устройство жесткого диска (HDD)
Указанная крышка жесткого диска скрывает так называемую "гермозону". Вопреки расхожему мнению, внутри гермозоны нет вакуума. Одни производители делают её герметичной (отсюда и название) и заполняют очищенным и осушенным воздухом или нейтральными газами (азотом), а для выравнивания давления устанавливают тонкую металлическую или пластиковую мембрану, как указано на фото (иногда оставляют отверстие и фильтр, который удаляет водяные пары, задерживает мельчайшие частицы). Срыв данной мембраны приводит к быстрому выходу (поверхности) жесткого диска из строя.
Схема работы жесткого диска достаточно сложна, несмотря на небольшое количество электроники. Попробуем описать упрощенную схему того, как происходит чтение и передача данных. Все начинается с подачи питания (1) на шпиндельный двигатель, который с помощью специальных контактов (5) раскручивает от одной до нескольких пластин на оси шпинделя. Микропроцессор контроллера (3) посылает команды драйверу актуатора (6). Магнитные головки (8) считывают информацию с пластины. В рабочем режиме они не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении (они «парят» над ней). Скорость вращения современных жестких дисков составляет от 7200 оборотов в минуту, т.е. пластины делают от 120 оборотов каждую секунду. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров, что в отсутствии механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне (зона парковки головок), где исключён их нештатный контакт с рабочей поверхностью дисков.
Точное позиционирование головок над поверхностью дисков обеспечивают подвеска (9) и штанги (10), а передвижение осуществляется с помощью магнитной катушки актуатора (12). Полученные данные проходят через предварительный усилитель (коммутатор) (11) и по шлейфу (13) поступают на плату контроллера к контактам (7). После чего обрабатываются в микропроцессоре (3), а в качестве буферной памяти выступает кэш (2). Интерфейсный разъем SATA (4) служит для получения запросов от SATA-контроллера материнской платы и передачи данных.
Характеристики жестких дисков.
Интерфейс (англ. interface) — (не путать с «шиной» и «шлейфом») свод правил, даже можно сказать шифр, по которым жесткий диск обменивается данными с контроллером материнской платы. Серийно выпускаемые жёсткие диски могут использовать интерфейсы ATA (он же IDE и PATA), SATA, SCSI, SAS, FireWire, USB, SDIO и Fibre Channel.
Ёмкость (англ. capacity) — количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств достигает нескольких тысяч гигабайтов - терабайтов. В отличие от принятой в информатике системы приставок, обозначающих кратную (восьми) 1024 величину, производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются величины, кратные 1000 (для удобства конечного пользователя). Так, ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 Гб», с учетом поправки (с 1000 до 1024) составляет реально 186,2 Гб.
Формат. Почти все современные (2001 - 2008 г.) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют ширину 3,5 дюйма (либо 2,5 для ноутбуков) Также получили распространение форматы 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в форм-факторах 8 и 5,25 дюймов.
Скорость вращения шпинделя — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 5400, 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).
Сопротивляемость ударам (англ. G-shock rating) — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.
Скорость передачи данных (англ. Transfer Rate) при последовательном доступе:
внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с;
внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с.
Объём буфера — буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В дисках 2009 года он обычно варьируется от 8 до 64 Мб.
IDE RAID
RAID (Redundant Array of Independent Disks) - технология, которая позволяет объединить несколько независимых дисковых накопителей в один массив. Основной целью использования RAID-массивов является повышение доступности и защищенности данных.
RAID JBOD (Just A Bunch of Disks) - в этом режиме RAID-контроллер объединяет диски в единый массив.
RAID 0 - в этом режиме из нескольких дисков формируется один массив. При доступе к этому массиву обращение к дискам происходит параллельно, благодаря чему скорость работы повышается. Но если на любом из жестких дисков происходит сбой, то данные теряются.
RAID 1 - на двух жестких дисках хранятся идентичные данные. При неисправности одного жесткого диска все данные остаются доступными на другом диске без ущерба для целостности данных.
RAID 10 - представляет собой комбинацию RAID 0 для повыщения производительности и RAID 1 для защиты данных. Для такого массива необходимо четыре диска.
RAID 5 - все данные разбиваются на блоки и для каждого блока формируется блок 'четности', по которому можно восстановить утерянные данные. Блоки с данными и блоки 'четности' записываются вперемешку на все диски.
