Будова жорсткого диска

Основним пристроєм зберігання інформації у комп'ютерній системі є жорсткий диск. Великий обсяг і енергонезалежність зробили його найбільш придатним для зберігання програм і даних.

Повна назва жорсткого диска — НЖМД — накопичувач на жорстких магнітних дисках.

Накопичувач на жорсткому диску зовні являє собою міцний металевий корпус. Він абсолютно герметичний і захищає дисковод від часточок пилу, які, потрапивши у вузький зазор між головкою й поверхнею диска, можуть пошкодити чутливий магнітний шар і вивести диск із ладу. Крім того, корпус екранує накопичувач від електромагнітних перешкод.

Усередині корпуса знаходяться всі механізми і деякі електронні вузли.

Механізми — це самі диски, на яких зберігається інформація, головки, що записують і зчитують інформацію з дисків, а також двигуни, що рухають весь пристрій.

Диск —це кругла металева пластина з дуже рівною поверхнею, вкрита тонким феромагнітним шаром. У багатьох накопичувачах використовується шар оксиду заліза (яким вкривається звичайна магнітна стрічка), але новітні моделі жорстких дисків працюють із шаром кобальту завтовшки приблизно в десять мікронів. Таке покриття більш міцне і, крім того, дозволяє значно збільшити Щільність запису. Технологія його нанесення близька до тієї, що використовується при виробництві інтегральних мікросхем.

Кількість дисків може бути різною — від одного до п'яти, кількість робочих поверхонь, відповідно, удвічі більшою (по дві на кожному диску). Останнє (як і матеріал, використаний для магнітного покриття) визначає об’єм жорсткого диска. Іноді зовнішні поверхні крайніх дисків (або одного з них) не використовуються, що дозволяє зменшити висоту накопичувача, але при цьому кількість робочих поверхонь зменшується й може виявитися непарною.

Магнітні головки зчитують і записують інформацію на диски. Принцип запису загалом схожий на той, що використовується у звичайному магнітофоні. Цифрова інформація перетворюється на змінний електричний струм, що надходить на магнітну головку, а потім передається на магнітний диск, але вже у вигляді магнітного поля, яке диск може сприйняти і «запам'ятати».

Магнітне покриття диска являє собою безліч дрібних областей довільної (спонтанної) намагніченості. Для наочності уявіть собі, що диск вкритий шаром дуже маленьких стрілок від компаса, спрямованих у різні сторони. Такі частинки-стрілки називаються доменами. Під впливом зовнішнього магнітного поля власні магнітні поля доменів орієнтуються відповідно до його напрямку. Після припинення дії зовнішнього поля на поверхні диска утворюються зони 1 залишкової намагніченості. У такий спосіб зберігається записана на диск інформація. Ділянки залишкової намагніченості, опинившись при обертанні диска І напроти зазору магнітної головки, викликають у ній електрорушійну силу, яка змінюється в залежності від величини намагніченості. Пакет дисків, змонтований на осі-шпинделі, рухається спеціальним двигуном, компактно розташованим під ним. Швидкість обертання дисків, як правило, складає 5400 об/хв, хоча існують диски і зі швидкістю обертання 7200, 10000 і навіть 15000 об/хв. Для того щоб скоротити час виходу накопичувача в робочий стан, двигун при вмиканні якийсь час працює у форсованому режимі. Тому джерело живлення комп'ютера повинно мати запас пікової потужності.

Тепер про роботу головок. Вони переміщаються за допомогою прецизійного крокового двигуна і ніби «пливуть» на відстані в частки мікрона від поверхні диска, не торкаючись його. На поверхні дисків у результаті запису інформації утворюються намагнічені ділянки, у формі концентричних кіл. Вони називаються магнітними доріжками. Переміщаючись, головки зупиняються над кожною наступною доріжкою. Сукупність доріжок, розташованих одна під одною на всіх поверхнях, називають циліндром. Усі головки накопичувача перемішаються одночасно, здійснюючи доступ до однойменних циліндрів з однаковими номерами.

Інтерфейси

Для того щоб обмінюватися даними з комп'ютером, жорсткий диск підключений кабелями управління, за допомогою яких передаються команди диску й дані. Розглянемо різні інтерфейси підключення жорстких дисків.

IDE/ATA

IDE (Integrated Drive Electronics) — це назва типу жорстких дисків, шо мають інтерфейс ATA (AT Attachment). Дешева електроніка IDE у поєднанні з паралельною передачею даних АТА дозволяє виробляти жорсткі диски, ціна яких не надто висока. Проте не слід забувати, що АТА не призначений для зовнішніх підключень і не підтримує кабелів завдовжки більше 60 см.

Один канал АТА може підтримувати до двох дисків, первинний — master

вторинний — slave. Дуже часто ставлять на один канал жорсткий диск як master й інший, повільніший пристрій, типу CD-ROM, як slave. Але оскільки IDE може звертатися тільки до одного пристрою на каналі одночасно, то знижується продуктивність системи загалом. Так що краще не мати slave-пристроїв у принципі. Тим більше, що зараз усі материнські плати мають два інтегровані канали IDE, а деякі три і навіть чотири. Якщо є можливість, то краше підключати жорсткий диск як master на перший канал, a DVD або CD-ROM — як master на другий канал.

Сьогодні на ринку присутні чотири основні стандарти IDE-дисків: АТА/33, АТА/66, АТА/100. У цьому випадку число показує максимальну пропускну здатність у мегабайтах у секунду. Для АТА/66 і АТА/100 потрібен спеціальний gO-контактний кабель, а зі стандартним 40-контактним АТА/66/100 диск буде працювати, як АТА/33. Як правило, такий кабель іде в комплекті з усіма материнськими платами, що підтримують АТА/66/100. Ці три стандарти називають одним словом — UDMA. Хоча іноді й вживають UDMA, АТА і IDE як взаємозамінні поняття, але це неправильно.

Усі IDE-диски повинні працювати з усіма варіантами АТА. Диск АТА/100 повинен прекрасно функціонувати з контролером АТА/33, а диск АТА/33 повинен так само прекрасно працювати з контролером АТА/100. Але працювати вінчестер буде на швидкості найповільнішого компонента. В обох наведених випадках це буде швидкість АТА/33, тобто максимальна пропускна здатність дорівнюватиме 33 МБ/с. Іноді можуть виникнути певні несумісності, наприклад, коли конкретний диск не бажає працювати з конкретним кабелем або два диски від різних виробників не бажають співіснувати на одному каналі контролера.

Насправді різниця в продуктивності між АТА/33, 66 і 100 не така вже й велика, тому що йдеться про пікову пропускну здатність, яка під час реальної роботи досягається дуже рідко Поки не існує дисків АТА/100, що забезпечують передачу даних навіть у 66 МБ/с, і лише деякі моделі досягли планки в 33 МБ/с. Тільки кеш-пам'ять жорсткого диска може скористатися перевагами підвищеної пропускної здатності. Але для цього розмір кеша повинен бути досить великим. А більшість IDE-дисків має всього 512 КБ кеш-пам'яті, і тільки деякі, найдорожчі, можуть похвалитися кешем у 2 або навіть 4 МБ.

Так що головним недоліком IDE, як і раніше, залишається мала швидкість. Звичайно, сучасні IDE-диски наздогнали за швидкісними характеристиками старі моделі SCSI-дисків, але з новими SCSI-вінчестерами їм все одно не зрівнятися. Можна придбати досить швидкий IDE-диск зі швидкістю обертання 7200 обертів на хвилину (грт), але можна купити і SCSI-привод зі швидкістю 15, 000 rpm, який буде більш швидким. Крім того, час напрацювання на відмову, що заявляється виробниками, у IDE-дисків набагато менший, ніж у SCSI-дисків. Можливо, це просто маркетингові заходи, але розповсюджена думка, що SCSI-пристрої надійніші, ніж IDE.

Майбутнє АТА, найімовірніше, належить стандарту Serial ATA. Serial ATA матиме кабель усього з двома контактами (один на прийом, один на передачу) і повинен забезпечити IDE пропускну здатність до 1.5 ГБ/с, а можливо, і більше. Це вдвічі перекриває пропускну здатність АТА/100, у якого контактів у 40 разів більше. Єдиною негативною стороною Serial ATA є те, що на одному каналі може бути тільки один пристрій, але при наявності контролера з декількома каналами це не проблема.

SCSI

SCSI давно став стандартним інтерфейсом для діючих станцій і серверів І хоча за ціною SCSI обходиться значно дорожче IDE, за ці гроші ми одержуємо набагато більшу пропускну здатність, підтримку більшої кількості пристроїв на одному каналі, набагато більшу довжину кабелів (до 12 м), підтримку зовнішніх пристроїв і багатозадачність.

Звичайна (іноді говорять «вузька») шина SCSI може нести на собі до 8 при строїв, а широка (wide) — до 16. Сам SCSI-контролер займає одну адресу, а інші 15 залишає для пристроїв, що підключаються (відповідно на вузькій шині для пристроїв залишається 7 адрес). Старші адреси SCSI мають більший пріоритет Це трохи ускладнює установку SCSI. Зазвичай краше надати пріоритет повшь ним пристроям, типу CD-ROM, а не жорстким дискам.

Існує безліч різних варіантів SCSI. З доступних зараз пристроїв можна назвати Ultra, Ultra2 і UltragО SCSI Ultra SCSI дозволяє передачу 20 МБ/с і має 8 адрес. Широка (wide) версія Ultra SCSI піднімає пропускну здатність удвічі, тобто до 40 МБ/с. Ultra2 SCSI, відомий також як LVD (Low Voltage Differential) SCSI, має пропускну здатність 40 МБ/с, і, відповідно, wide-версія його дає нам 80 МБ/с. Ultral60 SCSI продовжує традицію подвоєння пропускної здатності, але буває тільки у варіанті wide, що дає нам 16 пристроїв на каналі й 160 МБ/с SCSI-пристрої, як правило, мають сумісність зверху вниз. Правда, цього ніхто не гарантує, але в більшості випадків, наприклад, пристрій SCSI-2 буде прекрасно себе почувати на контролері Ultra2Wide SCSI. Однак при цьому буває, що за наявності на одній шині швидкого і повільного пристроїв обидва починають працювати з максимальною швидкістю повільного. Але насправді те, як будуть поводитися різні SCSI-пристрої, підвішені поруч, залежить в основному від контролера.

Із SCSI часто виникають проблеми, що стосуються установки і першого настроювання, особливо в тих, хто робить це вперше Одночасно усі ці проблеми з лихвою окупаються надійністю цього інтерфейсу. А поява активних терміна торів (тобто пристроїв, які обов'язково повинні завершувати ланцюжок SCSI пристроїв) помітно спростила установку SCSI- пристроїв

Головна перевага SCSI виражається терміном high-end, тобто більш швидкі, найбільш об'ємні жорсткі диски мають інтерфейс SCSI Наприклад, Seagate Cheetah з 15 000 обертів на шпинделі у варіанті IDE ніколи не вироблявся і навряд чи буде вироблятися. Натомість здатність підтримувати до 15 пристроїв на одному каналі говорить про чудове масштабування, що для повних цілей теж дуже важливо.

Майбутнє SCSI уже розписане як по нотах З'являються перші пристрої Ultra 320. і наступним кроком буде Ultra 640. Сам стандарт SCSI напочатку передбачав масштабування і став масштабований настільки, що навряд чи щось може з ним у цьому зрівнятися.