Что такое жёсткий диск (hdd, винчестер) компьютера и зачем он нужен?

Виды жестких дисков и их производители

На сегодняшний день, на рынке существует фактически три основных производителя жестких дисков: Western Digital (WD), Toshiba, Seagate. Они полностью покрывают спрос на устройства всех видов и требований. Остальные компании либо разорились, либо были поглощены кем-то из основной тройки, или перепрофилировались.

Если говорить о видах HDD, их можно разделить таким образом:

Для ноутбуков – основной параметр – размер устройства в 2,5 дюйма. Это позволяет им компактно размещаться в корпусе лептопа;
Для ПК – в этом случае также возможно использование 2,5″ жестких дисков, но как правило, используются 3,5 дюйма;
Внешние жесткие диски – устройства, отдельно подключаемые к ПК/ноутбуку, чаще всего выполняющие роль файлового хранилища.

По теме: Как добавить оперативную память на ноутбук

Также выделяют особый тип жестких дисков – для серверов. Они идентичны обычным ПКшным, но могут отличаются интерфейсами для подключения, и большей производительностью.

Все остальные разделения HDD на виды происходят от их характеристик, поэтому рассмотрим их.

Уровень шума и вибрация

Часто одним из главных требований к эксплуатации дома является комфорт

Как бы странно это ни звучало, но на первое место по важности выходит низкий уровень шума, издаваемого накопителями

Модели с низкой частотой вращения шпинделя обычно работают намного тише своих быстрых собратьев, которые издают постоянный низкочастотный свист. Кроме того, вибрация передается на корпус компьютера (или другого устройства), поэтому при работе двух и более устройств с высокой частотой в одном корпусе вибрация многократно усиливается.

Вам наверняка приходилось слышать раздражающий низкочастотный гул, издаваемый корпусом. Виновником являются именно быстрые HDD, работающие в паре (и большем количестве). Наилучшим решением является использование экономичных низкооборотистых моделей.

Распространённые названия жёсткого диска, откуда появилось название «Винчестер»

Ответ на вопрос что такое HDD можно сформулировать как накопитель на жёстких магнитных дисках, пожалуй, самая профильная формулировка, но также этот накопитель правильно называть: HMDD (hard magnetic disk drive от англ.), жёсткий диск, винчестер и разными производными.

HDD или HMDD — здесь всё просто, перевод с английского языка — накопитель на жёстких магнитных дисках.
Жёсткий диск и почему не мягкий, всё просто внутри жёсткого диска имеются пластины, они твёрдые, примерно в одно время с ним появились дискеты, у этого носителя информации, составляющей частью были гибкие (мягкие) магнитные диски — флоппи. Поэтому смех, вызванный из-за фразы: почему жёсткий диск не мягкий совершенно не обоснованный, разве только у незнающего человека.
Само название винчестер ближе уже к профессиональному сленгу, появление данного названия наверняка, не известно, но существует наиболее популярная трактовка, которую рассмотрим ниже.

Опять для понимания появления другого имени жёсткого диска как компьютерного винчестера, нужно обратиться к истории. Винчестеры раньше имели немного больший размер чем в наше время. В 1973 году выл выпущена моделью HDD 3340, сам диск же для краткости обозначался инженерами, разработавшими его «30-30», обозначавшее 2 модуля по 30 мегабайт, что дало повод найти соотношение с американской винтовкой Winchester, у которой патроны имели созвучное название 30-30 Winchester, отсюда и его название — винчестер.

Для чего нужен жёсткий диск?

Как уже упоминалось, основное назначение жёсткого диска — постоянное (в отличие от оперативной памяти) хранение виртуальных данных. Разница видна на простом примере: когда компьютер выключается, ОЗУ автоматически очищается, так как не обладает ресурсами для записи; в то же время файлы и незавершённые системные процессы сохраняются на HDD и остаются доступны после очередного включения.

Следовательно, пользователю не нужно каждый раз переписывать информацию на листочек, наносить на перфоленту, скидывать на оптический диск или дискету. Достаточно просто запустить компьютер или ноутбук — и почти мгновенно получить доступ к ранее созданным или просматриваемым данным.

Второе назначение НЖМД — перенос и распространение цифровой информации; в современных условиях возможны несколько вариантов процесса:

физический — пользователь записывает данные на жёсткий диск и переставляет его из одного компьютера в другой;
виртуальный — сведения распространяются при помощи технологий удалённого доступа, в том числе в «облаках»; в зависимости от выбранных владельцем настроек файлы могут быть доступны как только ему, так и неограниченному числу пользователей по всему миру.

Винчестеры, выполняющие вторую функцию, могут входить в состав так называемых серверов — программно-аппаратных комплексов, обеспечивающих массовый доступ к уникальным, изначально хранящимся только в одном месте данным.

Важнейшая опция жёсткого диска, являющаяся частным случаем первой, — создание среды для запуска и использования на компьютере операционной системы. Именно благодаря НЖМД пользователю нет необходимости каждый раз запускаться с дискеты, CD, DVD или флешки — теперь эта необходимость возникает только при повреждении критически важных данных на HDD или при необходимости переустановки ОС.

Распространённые названия жёсткого диска, откуда появилось название Винчестер

HDD или HMDD — здесь всё просто, перевод с английского языка — накопитель на жёстких магнитных дисках.
Жёсткий диск и почему не мягкий, всё просто внутри жёсткого диска имеются пластины, они твёрдые, примерно в одно время с ним появились дискеты, у этого носителя информации, составляющей частью были гибкие (мягкие) магнитные диски — флоппи. Поэтому смех, вызванный из-за фразы: почему жёсткий диск не мягкий совершенно не обоснованный, разве только у незнающего человека.
Само название винчестер ближе уже к профессиональному сленгу, появление данного названия наверняка, не известно, но существует наиболее популярная трактовка, которую рассмотрим ниже.

Виды внешних жестких дисков

Все современные внешние жесткие диски, как и винчестеры стационарных компьютеров, по устройству и принципу действия можно разделить на три группы: HDD, SSD и Гибридный диск.Какой жестский диск лучше? Давате сравним.

HDD (hard disk drive)

Самый распространенный, можно сказать, классический тип жесткого диска. Внутри корпуса находятся один или несколько дисков, покрытых специальным составом — ферромагнетиком, и считывающая головка. Диски постоянно вращаются, и считывающая головка извлекает сохраненную там информацию.Преимущества HDD:

цена — это самые доступные сегодня накопители;
большой объем — можно купить жестский диск даже на 10 ТБ;
долговечность — внешний винчестер при аккуратном обращении может спокойно проработать 10 лет и даже больше;
надежность — при сбоях или потере данных есть неплохие шансы восстановить информацию при помощи специальных программ.

Недостатки HDD

скорость работы — внешний жесткий диск HDD, особенно основательно заполненный, работает медленнее стационарного винчестера, флешки и дисков SSD. Этот недостаток может быть едва заметным, если вы просматриваете фотографии, видео или редактируете текстовый документ. Но если вы работаете с файлами большого размера или в ресурсоемких приложениях (компьютерная графика, видеомонтаж, верстка, системы проектирования) производительность ощутимо снизится.
хрупкость — внутри корпуса HDD находятся движущиеся элементы. Поэтому удары, падения с высоты и прочие механические воздействия могут вывести из строя жесткий диск и привести к потере данных.
шум — со временем HDD начинает издавать слабый треск во время работы.
вес — несмотря на компактность, некоторые модели HDD, особенно большой емкости, могут быть довольно увесистыми.

SSD (Solid-State Drive)

Это набирающий популярность современный тип накопителя. Внутри уже нет никаких движущихся частей. Данные записываются на специальные микросхемы. По сути, это флешка, только очень большого объема.Преимущества SSD:

скорость работы — такие диски работают в 2 раза быстрее, чем HDD, а файлы запускаются в 4 раза быстрее. Используя SSD вы даже не почувствуете, что работаете с внешним накопителем;
безопасность — внутри SSD, как говорится, нечему ломаться. Поэтому они спокойно переживают удары, падения и прочие механические воздействия. В пределах разумного, конечно;
нет шума — SSD работают абсолютно тихо;
небольшой вес по сравнению с HDD.

Недостатки SSD:

высокая цена — SSD стоят в несколько раз дороже, чем HDD. За одну и ту же цену, можно купить HDD гораздо большего объема, чем SSD.
объем памяти — в то время, как HDD можно купить хоть на 10 ТВ, максимальный объем SSD ограничивается 2 ТВ.
безопасность данных — от сбоев и случайной потери данных не застрахован ни один жесткий диск. И если в случае с HDD восстановить информацию шансы довольно неплохие, то в SSD это сделать может быть очень затруднительно.

Гибридный жестский диск (SSHD)

Эти устройства призваны соединить в одном корпусе достоинства HDD (большую вместимость и низкую цену) и SSD (высокую скорость работы). Внутри SSHD находятся магнитный диск, как в HDD, микросхемы, как в SSD, и общий контроллер. Информация постоянно хранится на магнитном диске, а в микросхемах помещается кэш из наиболее часто используемых файлов.Вывод: если жесткий диск нужен вам преимущественно для долговременного хранения файлов лучшим выбором станет HDD — большая вместимость без лишних переплат. Если вам нужно более мобильное устройство, которое удобно часто брать с собой и работать с файлами прямо на нем, то стоит купить SSD-диск.

Принцип работы жесткого диска

Мы только что с вами рассмотрели устройство жесткого диска, каждый его компонент по отдельности. Теперь предлагаю связать все в некую систему, благодаря чему будет понятен сам принцип работы жесткого диска.

Итак, принцип, по которому работает жесткий диск следующий: когда жесткий диск включается в работу — это значит либо на него осуществляется запись, либо с него идет чтение информации, или с него загружается ОС, электромотор (шпиндель) начинает набирать обороты, а поскольку жесткие диски закреплены на самом шпинделе, соответственно они вместе с ним тоже начинают вращаться. И пока обороты диска(ов) не достигли того уровня, чтобы между головкой коромысла и диском образовалась воздушная подушка, коромысло во избежание повреждений находится в специальной «парковочной зоне». Вот как это выглядит.

Как только обороты достигают нужного уровня, сервопривод (электромагнитный двигатель) приводит в движение коромысло, которое уже позиционируется в то место, куда нужно записать или откуда считать информацию. Этому как раз способствует интегральная микросхема, которая управляет всеми движениями коромысла.

Распространено мнение, этакий миф, что в моменты времени, когда диск «простаивает», т.е. с ним временно не осуществляется никаких операций чтения/записи, жесткие диски внутри перестают вращаться. Это действительно миф, ибо на самом деле, жесткие диски внутри корпуса вращаются постоянно, даже тогда, когда винчестер находится в энергосберегающем режиме и на него ничего не записывается.

Ну вот мы и рассмотрели с вами устройство жесткого диска компьютера во всех подробностях. Конечно же, в рамках одной статьи, нельзя рассказать обо всем, что касается жестких дисков. Например в этой статье не было сказано про интерфейсы жесткого диска — это большая тема, я решил написать про это отдельную статью.

Нашел интересное видео, про то, как работает жесткий диск в разных режимах

Всем спасибо за внимание, если вы еще не подписаны на обновления этого сайта — очень рекомендую это сделать, дабы не пропустить интересные и полезные материалы. До встречи на страницах блога!

Для чего нужен жёсткий диск?

физический — пользователь записывает данные на жёсткий диск и переставляет его из одного компьютера в другой;
виртуальный — сведения распространяются при помощи технологий удалённого доступа, в том числе в «облаках»; в зависимости от выбранных владельцем настроек файлы могут быть доступны как только ему, так и неограниченному числу пользователей по всему миру.

Основные моменты в работе HMDD

HDD — это устройство хранения информации по принципу магнитной записи. Информация записывается на пластины, имеющие покрытие ферримагнитным материалом, которые расположены на одной оси. Пластины называют магнитными дисками, а в самом винчестере могут использоваться несколько магнитных пластин.

Запись ровно так же, как и чтение осуществляется при помощи частей подвижной считывающей головки. Хорошим и наглядным примером работы HDD будет сравнение с работой граммофона и его пластинками, но в отличие от его иглы, которая соприкасается с грампластинкой, головка жёсткого диска делает свою работу на расстояние. Само расстояние очень мало, что сквозь воздушный зазор могут пройти частицы пыли или даже табачного дыма.

По мнению экспертов, в прокуренных и запылённых помещения жёсткие диски выходят из строя гораздо чаще.

Головка парит во время работы, а точнее её части для записи и считывания данных, но во время отключения она возвращаются к месту окончанию работы и её же начала, парковочной зоне.

Так же к немаловажной внутренней составляющей жёсткого диска относятся:

Двигатели, предназначенные для вращения магнитных пластин HDD и блок управляющей электроники — руководящий всеми процессами.

Для хранения информации HDD форматируют, то есть он разбит на равные дорожки, которые разбиваются на секторы свою очередь образующие кластеры.

Необходимо знать, что сам жёсткий диск не герметичен, а герметичен его гермоблок, вскрытие которого непременно приведёт к неработоспособности всего жёсткого диска.

Для чего нужен жёсткий диск?

физический — пользователь записывает данные на жёсткий диск и переставляет его из одного компьютера в другой;
виртуальный — сведения распространяются при помощи технологий удалённого доступа, в том числе в «облаках»; в зависимости от выбранных владельцем настроек файлы могут быть доступны как только ему, так и неограниченному числу пользователей по всему миру.

Типы жестких дисков

Существуют следующие разновидности:

В каждом компьютере или ноутбуке имеется один или два встроенных жёстких диска. Они находятся внутри системного блока и являются основными устройствами памяти. Где хранится необходимая информация.
В продаже имеются также внешние устройства. Такой жёсткий диск подключается через кабель с разъёмом USB. Они экономно потребляют электроэнергию. Переносные винчестеры изготавливаются в ударопрочных корпусах. Скорость работы у них превосходит встроенные диски. Однако стоимость хранения данных в таких устройствах будет выше.
Гибридные представляют собой переносные диски, в которых предусмотрено наращивание памяти за счёт подключения флешек или SD-карт. Их можно при необходимости вынуть и подключить в другом месте.

Существуют конструкции, которые используются для подключения нескольких жёстких дисков встроенного типа через разъём USB. Их иногда называют салазками. Таким образом встроенные дики можно использовать аналогично переносным.

Основные арактеристики жесткого диска

Объем

Объем вашего харда определяет, сколько информации вы сможете хранить на нем. Со временем размеры памяти на новых жестких увеличиваются, так как в этом есть реальная потребность. Если на моем первом компьютере объем был 40 ГБ и мне хватало с головой, то теперь у меня на компьютере 2000 ГБ и половину я уже забил. Конечно часть можно удалить без слез).

Но есть одна хитрость. Производители пишут размер, например 500 ГБ, но когда вы подключите винчестер к компьютеру, то увидите там гораздо меньший объем, где-то 476 ГБ. А куда же делось 24 лишних ГБ? Да всё очень просто.

Скорость вращения

Производительность жесткого диска определяется также скоростью вращения шпинделя. И чем больше эта скорость, тем больше производительность диска, но тем больше требуется энергозатрат и больше вероятность отказа.

Для ноутбуков и внешних ЖД чаще всего используют скорость 5400 оборотов в минуту, так как это действительно целесообразнее для этих устройств. Скорость обмена информацией меньше, зато меньшая вероятность выхода из строя.

На стационарных компьютерах в большинстве случаях ставятся харды со скоростью 7200 об/мин. Здесь это действительно выгодно, так как на стационарниках как правило стоит более мощное оборудование, способное работать при такой скорости. Плюс ко всему компьютер постоянно подключен к розетке, а значит нехватки энергии не будет.

Существуют и большее количество оборотов, даже 15000, но здесь я их рассматривать не буду.

Интерфейс подключения

И конечно же жесткие диски постоянно совершенствуются и даже разъемы подключения у них меняются. Давайте посмотрим какие разъемы бывают.

IDE (ATA/PATA) — так называемый параллельный интерфейс с возможной скоростью использования данных до 133 МБ в секунду. Но сегодня этот интерфейс устарел и жестки с таким разъемом уже не производят.

SATA — Последовательный интерфейс, уже более современный, который пришел на замену IDE. У стандарта на данный момент есть три разных ревизии с разной скоростью передачи данных: SATA 1 — до 150 МБ/сек, SATA 2 — до 300 МБ/сек, SATA 3, до 600 МБ/сек.

USB — Этот стандарт относится к внешним переносным жестким дискам, которые подключаются к компьютеру через USB и спокойно можно работать. Плюс такого устройства в том, что вы в любой момент можете вырубить его, не отключая сам компьютер.

Есть и другие интерфейсы, например SCSI или SAS, но это уже не обязательные для простого пользования стандарты.

Форм-фактор

Меня тут недавно спросили, а что такое форм-фактор у хардов? Тут всё просто . Это всего лишь его габариты. Различают 2,5 и 3,5 дюйма. Есть конечно и другие, но ими в повседневной жизни никто не пользуется или они давно устарели.

В ноутбуки вставлют ЖД 2,5″, а в стационарные компы 3,5″. Я думаю, что вы ничего не перепутаете)

Пример структуры разделов на компьютере с 3-мя HDD

HDD — жёсткий диск.

Вот, например, структура дисков и разделов на них:

Слева отдельной колонкой отображаются сами жёсткие диски, нумерующиеся с нуля (0, 1, 2) и справа от каждого показано, какие разделы на каждом из них созданы: их название (метка), буква, сколько места занимают, а также их тип и файловая система.

А вот диск 0 (это диск, на котором по примеру установлена Windows) поделён аж на 4 раздела. Но реально в Windows виден только один “Система (С:)”. На нём установлена Windows. А остальные являются служебными, необходимыми для работы системы и они скрыты, т.е. мы их не видим через обычный проводник Windows. То есть эти скрытые разделы не создаются нами пользователями специально. Но аналогичная структура могла быть у вашего диска, если бы вы сами поделили его на разделы, например, отведя под Windows 100 Гб и под ваши данные 300 Гб.

Структуру разделов дисков, как я сейчас показывал на примере, вы можете увидеть, перейдя в утилиту “Управление компьютером” и там открыв раздел “Запоминающие устройства” — “Управление дисками”.

Таким образом, в самом проводнике Windows видим следующие разделы из примера:

Каждый из этих разделов создан на отдельном жёстком диске. Остальные, как я говорил, скрытые.

При этом нельзя взять и просто объединить разделы с разных жёстких дисков в один. Это уже будет называться RAID-массив и обычными средствами системы такого не провернуть, да и нужно чётко понимать, для чего вы собрались это делать. RAID обычно используют на серверных компьютерах, а не на домашних.

Особенности конструкции винчестеров

Современный винчестер состоит из нескольких металлических дисков, на которые и записывается информация. Покрываются диски оксидом железа или другим специальным составом, способным хранить воздействие магнитного поля. Количество дисков зависит от объема носителя и обычно оно находится в пределах от 1 до 3. Металлические диски идеально ровные, гладкие и балансированные, благодаря чему могут вращаться с высокой скоростью, по стандарту она может быть 5400, 7200 или 10000 оборотов в минуту.

По дискам перемещаются специальные головки с высочайшей точностью позиционирования. На каждом из дисков устанавливается 2 магнитные головки. Чтение данных с поверхности дисков осуществляется с помощью установки специальных магниторезистивных головок, они работают в зависимости от того, как меняется магнитное поле на поверхности диска. Данные в компьютер передаются в результате получения аналогового сигнала, переходящего в цифровую форму.

На дисках информация находится в дорожках, расположенных по окружности. Для работы с находящимися на носителях данными магнитные головки передвигаются по дорожкам. Перемещение головок осуществляется благодаря использованию специальному соленоидному приводу. Такие головки могут получать доступ в любое место, расположенное на диске, благодаря высокой скорости вращения. Головки располагаются по обеим сторонам дисков, поэтому каждая из них осуществляет работу на одной стороне и полностью за нее отвечает.

Сектор на винчестере позволяет хранить 512 байт информации, а каждая дорожка жесткого диска состоит из множества секторов. Максимальное количество вмещаемой информации на винчестер зависит от количества секторов, головок и цилиндров. По количеству дисков HDD могут быть одинаковыми, но объемы памяти у них будут совершенно разные. Это происходит из-за того, что для увеличения объема удобнее увеличивать плотность секторов на каждом из дисков, чем увеличивать их количество, что приведет к значительному увеличению размера носителя. Развитие компьютерных технологий приводит к тому, что каждое комплектующее ПК становится меньших внешних размеров, а возможности, наоборот, увеличиваются.

Существуют такие понятия, как физическое размещение дисков и логическое. Физическое — это то, как устроен носитель информации внутри, а логическое – то, как его видит компьютер. В реальности, физическое и логическое полностью отличаются. Если физически внутри винчестера может быть установлено, к примеру, 3 диска, то логически их может быть любое количество и любого объема, один логический диск может иметь размер двух или более физических и наоборот.

При производстве винчестеров практически невозможно избежать повреждения секторов или дорожек, но они не используются и не учитываются носителем благодаря пометкам.

Жесткие диски бывают предназначенные для использования в домашних ПК, а бывают для использования в серверах. К последним предъявляются значительно большие требования, потому как они работают со значительной нагрузкой и должны обеспечивать высокую производительность и скорость работы.

Немного истории

В процессе своего развития человек прошёл этапы тайн материи, научился управлять различными видами информации и вступил в эпоху информатизации (о как завернул! ).

До середины 19 века доминирующими были процессы сбора и накопления информации. Эти самые средства информатизации представляли собой перо, чернильницу и бумагу, что, несомненно мощно, гениально и, в общем-то, существует и по сей день (разве что перо заменилось ручкой).

В конце века 19 на смену пришли пишущая машинка, телеграф и телефон, а в середине 20 столетия появились компьютеры (мощь!) с их жесткими дисками, о которых, собственно и идет речь. Но.. Отставим ересь историю и вернемся к критериям выбора, характеристикам и тп.

Почему диск «жесткий»

HDD в компьютере как только не называют. Жесткий диск, хард, винчестер, винт — лишь малый список его имен. Почему все-таки «hard disk drive»?

В отличие от «гибких» дисков (дискет), данные на HDD записываются на жёсткие пластины, а они, в свою очередь, покрыты слоем ферромагнитного материала. Называют их не иначе как «магнитные диски». В жестком диске используют одну или несколько пластин на одной оси. Считывающие устройства (головки) в работе не прикасаются к поверхности пластин. Объясняется это просто: при быстром вращении пластин образуется прослойка набегающего потока воздуха. Расстояние между считывающим устройством и рабочей поверхностью очень мало — всего несколько нанометров, а прослойка воздуха, исключающая механический контакт, обеспечивает долгий срок службы. Если пластины не вращаются с должной скоростью, то головки находятся в так называемой «парковочной» зоне — вне границ пластин.

Отличительным свойством HDD в компьютере является то, что носитель информации совмещен с приводом, а также с блоком необходимой электроники в одном корпусе.

Выбор на основе размеров и ёмкости

Далее у нас, так называемая, ёмкость, т.е любимое всеми количество данных, которое может хранить диск. На момент написания статьи, самый большой объём у дисков равен 3 терабайта. Здесь, собственно, всё зависит от Ваших потребностей. По соотношению объём/цена самый лучший вариант сейчас это 2 терабайта, хотя вообще, лично я, сторонник решений меньше терабайта. Почему? Всё просто: ну, во-первых, я не знаю где взять столько информации, чтобы набить несколько терабайт, а, во-вторых, дело в том, что в жестких дисках используется так называемые блины (они же пластины) и чем больше блинов, тем больше емкость диска. Однако при увеличении количества оных, повышается и тепловыделение, энергопотребление и снижаются скоростные характеристики, что, в совокупности, вдобавок, часто влияет на сроки жизни винта, а сие не есть гуд.

Что касается физического размера, иначе говоря, форм-фактора, то самые распространённые и используемые ныне размеры это 2.5 и 3.5 дюйма. Первые, как правило, применяются в ноутбуках и внешних жестких дисках, а вторые в настольных компьютерах. Естественно, что для домашнего компьютера Вам нужен диск форм-фактора 3.5. К слову, размеры часто определяют объём и производительность диска.

Послесловие

И так, немножко итогов.

При покупке жесткого диска прежде всего надо ориентироваться на скорость шпинделя и размер кэша

Далее обращать внимание на время произвольного доступа, а так же не гнаться за дисками больших объемов ибо оные отличаются сниженной производительностью, тепловыделением и надежностью

PS: Купили диск, а его размер меньше на несколько гигабайт? Читайте статью «Проблемы пересчета” или “Путаница с размерностями”. Часть 2» :)PS2: Напомню, что измерить скорость своего диска Вы можете, используя программу про которую я писал тут: «Как узнать скорость жесткого диска «