Жесткий диск, хард, винт, винчестер все это одно и тоже название одного устройства. Еще бывает, пишут HDD, абривеатура расшифровывается как Hard Disk Drive. Если вы не знали и не думали, каким образом все ваши данные хранятся на компьютере, почему случается такое что при попытке записать что-либо выходит сообщение о не достаточном количестве свободного места, то прочитав эту статью, вы научитесь легко все это понимать.

Итак, что представляет из себя жесткий диск, это устройство, подключаемое к материнской плате и к блоку питания. Само устройство крепится четырьмя винтами к корпусу системного блока. Жесткий диск способен вызывать вибрацию, если он не будет закреплен достаточно плотно к системному блоку. Итак, давайте рассмотрим детально, что это за устройство, как работает и на что обратить внимание при его приобретении.

• Устройство.
• Гермозона.
• Устройство позиционирования.
• Блок электроники.
• Интерфейс подключения к материнской плате.
• Выбираем жесткий диск.

Жёсткий диск Western Digital WD2500

Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск, в компьютерном сленге «винчестер» — устройство хранения информации, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферримагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм[1]), 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.

Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации совмещён с накопителем, приводом и блоком электроники и (в персональных компьютерах в подавляющем количестве случаев) обычно установлен внутри системного блока компьютера.

Внутри жесткий диск выглядит вот так:

Устройство

Схема устройства накопителя на жёстких магнитных дисках.

Гермозона.

Гермозона включает в себя корпус из прочного сплава, собственно диски (пластины) с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя.

Вопреки расхожему мнению, в подавляющем большинстве устройств внутри гермозоны нет вакуума. Одни производители делают её герметичной (отсюда и название) и заполняют очищенным и осушенным воздухом или нейтральными газами, в частности, азотом, а для выравнивания давления устанавливают тонкую металлическую или пластиковую мембрану. (В таком случае внутри корпуса жёсткого диска предусматривается маленький карман для пакетика силикагеля, который абсорбирует водяные пары, оставшиеся внутри корпуса после его герметизации). Другие производители выравнивают давление через небольшое отверстие с фильтром, способным задерживать очень мелкие (несколько микрометров) частицы. Однако в этом случае выравнивается и влажность, а также могут проникнуть вредные газы. Выравнивание давления необходимо, чтобы предотвратить деформацию корпуса гермозоны при перепадах атмосферного давления (например, в самолёте) и температуры, а также при прогреве устройства во время работы.

Пылинки, оказавшиеся при сборке в гермозоне и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр — пылеуловитель.

Блок головок — пакет кронштейнов (рычагов) из упругой стали (обычно по паре на каждый диск). Одним концом они закреплены на оси рядом с краем диска. На других концах (над дисками) закреплены головки.

Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава. Хотя были попытки делать их из пластика и даже стекла, но такие пластины оказались хрупкими и недолговечными. Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика — окислов железа, марганца и других металлов. Точный состав и технология нанесения составляют коммерческую тайну. Большинство бюджетных устройств содержит одну или две пластины, но существуют модели с большим числом пластин.

Магнит соленоидного малоинерционного двигателя, который перемещает головку жесткого диска.

Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (3600, 4200, 5000, 5400, 5900, 7200, 9600, 10 000, 12 000, 15 000). При такой скорости вблизи поверхности пластины создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Форма головок рассчитывается так, чтобы при работе обеспечить оптимальное расстояние от пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин. Шпиндельный двигатель жёсткого диска трёхфазный, что обеспечивает стабильность вращения магнитных дисков, смонтированных на оси (шпинделе) двигателя. Статор двигателя содержит три обмотки, включенных «звездой» с отводом посередине, а ротор — постоянный секционный магнит.

Устройство позиционирования.

Разобранный жесткий диск. Снята верхняя пластина статора соленоидного двигателя.

Устройство позиционирования (сервопривод, жарг. актуатор) головок представляет из себя малоинерционный[источник не указан 20 дней] соленоидный двигатель.[12] Оно состоит из неподвижной пары сильных неодимовых постоянных магнитов, а также катушки (соленоид) на подвижном кронштейне блока головок.

Принцип работы двигателя заключается в следующем: обмотка находится внутри статора (обычно два неподвижных магнита), ток, подаваемый с различной силой и полярностью, заставляет ее точно позиционировать кронштейн (коромысло) с головками по радиальной траектории. От скорости работы устройства позиционирования зависит время поиска данных на поверхности пластин.[12]

В каждом накопителе существует специальная зона, называемая парковочной, именно на ней останавливаются головки в те моменты, когда накопитель выключен, либо находится в одном из режимов низкого энергопотребления. В состоянии парковки кронштейн (коромысло) блока головок находится в крайнем положении и упирается в ограничитель хода. При операциях доступа к информации (чтение/запись) основном источником шума является вибрация вследствие ударов кронштейнов, удерживающих магнитные головки, об ограничители хода в процессе возвращения головок в нулевую позицию. Для снижения шума на ограничителях хода установлены демпфирующие шайбы из мягкой резины. Значительно уменьшить шум жёсткого диска можно программным путем, меняя параметры режимов ускорения и торможения блока головок. Для этого разработана специальная технология — Automatic Acoustic Management. Официально возможность программного управления уровнем шума жёсткого диска появилась в стандарте ATA/ATAPI-6, хотя некоторые производители делали экспериментальные реализации и в более младших версиях этого стандарта. Согласно стандарту, управление осуществляется путем изменения значения управляющей переменной в диапазоне от 128 до 254, что позволяет регулировать шум, производительность, температуру, потребление электроэнергии и срок эксплуатации жёсткого диска.

Макрофото магнитной головки

Блок электроники.

В ранних жёстких дисках управляющая логика была вынесена на MFM или RLL контроллер компьютера, а плата электроники содержала только модули аналоговой обработки и управления шпиндельным двигателем, позиционером и коммутатором головок. Увеличение скоростей передачи данных вынудило разработчиков уменьшить до предела длину аналогового тракта, и в современных жёстких дисках блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала.

Интерфейсный блок обеспечивает сопряжение электроники жёсткого диска с остальной системой.

Блок управления представляет собой систему управления, принимающую электрические сигналы позиционирования головок, и вырабатывающую управляющие воздействия приводом типа «звуковая катушка», коммутации информационных потоков с различных головок, управления работой всех остальных узлов (к примеру, управление скоростью вращения шпинделя), приёма и обработки сигналов с датчиков устройства (система датчиков может включать в себя одноосный акселерометр, используемый в качестве датчика удара, трёхосный акселерометр, используемый в качестве датчика свободного падения, датчик давления, датчик угловых ускорений, датчик температуры).

Блок ПЗУ хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию винчестера.

Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти в некоторых случаях позволяет увеличить скорость работы накопителя.

Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации). Для цифровой обработки применяются различные методы, например, метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood — максимальное правдоподобие при неполном отклике). Осуществляется сравнение принятого сигнала с образцами. При этом выбирается образец, наиболее похожий по форме и временным характеристикам с декодируемым сигналом.

Шесть типоразмеров жёстких дисков, образовавшихся в ходе их развития. Для масштаба рядом лежит дюймовая линейка.

Интерфейс подключения к материнской плате.

Морально устаревший интерфейс IDE (ATA), отличается  от современных интерфейсов размером, скоростью передачи данных.

Выглядит он вот так:

Сам кабель (шлейф) вот так:

Разъемы IDE (ATA-контроллера) на материнской плате

На сегодняшний день от этого интерфейса отказались ввиду ограниченного количества данных способных передаваться по такому типу интерфейса. Сам кабель является не удобным в креплении и занимает лишнее пространство в системном блоке. Используя данный тип подключения жесткого диска к материнской исключена возможность горячего подключения или отключения устройства хранения данных.

Интерфейс SATA.

На сегодняшний день является самым распространенным решением для спаривания жесткого диска и материнской платы. Имеет высокую скорость передачи данных, компактный кабель, разьемы для его подключения. И самое главное данный тип имеет, возможность горячего подключения и отключения устройства хранения данных. Еще одним плюсом является то, что в данном типе подключения отсутствуют контактные ножки, которые очень любят гнуться. И если человек производящий установку жесткого диска является малограмотным в этом деле, то, ножки он погнет обязательно. Еще раз повторюсь в SATA соединении ножки полностью отсутствуют. Остановимся на нем подробнее.

Разъёмы SATA на материнской плате.

SATA (англ. Serial ATA) — последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA). В ввиду развития, на сегодняшний день имеется три версии данного интерфейса, ниже рассмотрены каждая из версий.

SATA Revision 1.x (до 1,5 Гбит/с)

Первоначально стандарт SATA предусматривал работу шины на частоте 1,5 ГГц, обеспечивающей пропускную способность приблизительно в 1,2 Гбит/с (150 МБ/с). (20%-я потеря производительности объясняется использованием системы кодирования 8B/10B, при которой на каждые 8 бит полезной информации приходится 2 служебных бита). Пропускная способность SATA/150 незначительно выше пропускной способности шины Ultra ATA (UDMA/133). Главным преимуществом SATA перед PATA является использование последовательной шины вместо параллельной. Несмотря на то, что последовательный способ обмена принципиально медленнее параллельного, в данном случае это компенсируется возможностью работы на более высоких частотах за счёт избежания необходимости синхронизации каналов и большей помехоустойчивости кабеля. Это достигается применением принципиально иного способа передачи данных (см. LVDS).

SATA Revision 2.x (до 3 Гбит/с)

Стандарт SATA/300 работает на частоте 3 ГГц, обеспечивает пропускную способность до 2,4 Гбит/с (300 МБайт/с). Впервые был реализован в контроллере чипсета nForce 4 фирмы «NVIDIA». Часто стандарт SATA/300 называют SATA II или SATA 2.0.[1] Теоретически устройства SATA/150 и SATA/300 должны быть совместимы (как контроллер SATA/300 с устройством SATA/150, так и контроллер SATA/150 с устройством SATA/300) за счёт поддержки согласования скоростей (в меньшую сторону), однако для некоторых устройств и контроллеров требуется ручное выставление режима работы (например, на НЖМД фирмы Seagate, поддерживающих SATA/300, для принудительного включения режима SATA/150 предусмотрен специальный джампер).

SATA Revision 3.x (до 6 Гбит/с)

Официальный логотип SATA rev. 3.0

Спецификация SATA Revision 3.0 предусматривает возможность передачи данных на скорости до 6 Гбит/с (600 Мбайт/с для данных с учетом 10b/8b кодирования). В числе улучшений SATA Revision 3.0 по сравнению с предыдущей версией спецификации, помимо более высокой скорости, можно отметить улучшенное управление питанием. Также будет сохранена совместимость, как на уровне разъёмов и кабелей SATA, так и на уровне протоколов обмена.

Выбираем жесткий диск.

Основываясь на выше полученных знаниях можно смело приступать к выбору жесткого диска. Понятие «Чем больше тем лучше» можно смело относить к жесткому диску, единственно это нужно опускать это понятие по отношение к физическому размеру, все таки стремимся к минимализму всех физических данных устройств. То есть, чем больше обьем, скорость считывания и передачи данных, скорость вращения шпинделя, тем лучше, тем быстрее будут обрабатываться данные. Как было сказано в сказе о видеокартах, покупателя можно запросто обвести вокруг пальца, продав ему жесткий диск со скорость вращения 5600об.мин вместо 7200об.мин. Поэтому при покупке жесткого диска обязательно обращайте внимание на данный параметр, он достаточно заметно влияет на скорость передачи данных. Желательно обратить внимание на температуру жесткого диска, а также на плотность. Бывает такое что жетский диск одинакового обема имеет разные размеры, предпочтенье надо отдать тому который побольше, он и прослужит дольше и греться будет меньше.

Ну и в заключении, берегите жесткий диск от ударов и падения, уж очень они этого не любят.