1 Jaka jest logiczna struktura dysków twardych. Urządzenie i zasada działania dysku twardego

Informacje na dysku twardym są zapisywane i przechowywane na dyskach magnetycznych. Dysk twardy zawiera zwykle od 2 do 11 lub więcej dysków. Wszystkie dyski magnetyczne mają dwie powierzchnie robocze, które są podzielone na ścieżki i sektory (Rysunek 3). Wstępne etykietowanie dysków twardych jest wykonywane przez producenta przy użyciu metody formatowania niskiego poziomu.

Rysunek 3. Oznaczenie powierzchni roboczych na tory i sektory.

Cylinder twardy dysk - jest to kilka ścieżek równoodległych od środka obrotu dysku magnetycznego, umieszczonych na różnych powierzchniach dysku jedna nad drugą (Rysunek 4).

Głowice, które piszą i odczytują informacje, zawsze odczytują informacje z jednego z cylindrów - kilka głowic odczytuje lub zapisuje informacje na sektorach talerza w równej odległości od środka. są osadzone na wspólnej osi.

Dlatego taka strefa nazywana jest cylindrem - wszak na powierzchni wyimaginowanego cylindra leżą jednocześnie używane koliste tory. Nie można zresetować cylindrów, ponieważ są wymyślone. Całkowite wyczyszczenie dysku twardego można przeprowadzić tylko przez pełne sformatowanie.

Rysunek 4

Ścieżka to jeden „pierścień” danych na jednej powierzchni dysku. Długość ścieżki wzrasta od środka do zewnętrznej krawędzi dysku, ale jest zbyt długa, aby mogła służyć jako jednostka przechowywania informacji. W wielu dyskach jego pojemność przekracza 100kB i ​​przechowywanie małych plików na takiej przestrzeni jest nieracjonalne. Dlatego ścieżki na dysku są podzielone na stałe segmenty, zwane sektorami (sektor).

Liczba sektorów w zależności od gęstości torów i rodzaju napędu może być różna. Tak więc ścieżka dyskietki może zawierać od 8 do 36 sektorów, a ścieżka dysku twardego - od 380 do 700. Zazwyczaj pojemność sektora wynosi 512 bajtów. Na początku każdego sektora zapisywany jest jego nagłówek (część przedrostkowa), który określa początek i numer sektora. Na końcu każdego sektora zapisywane jest podsumowanie (część sufiks-sufiks) zawierające sumę kontrolną w celu sprawdzenia integralności danych. Prefiks i sufiks to niezbędne informacje o usłudze, które są rejestrowane podczas formatowania, dane znajdują się między nimi.

Dysk twardy jak każde urządzenie blokowe przechowuje informacje w stałych porcjach, zwanych blokami (klastrami).

Sektor jest najmniejszą jednostką fizyczną dysku, a klaster jest najmniejszą jednostką logiczną dysku. Klaster jest najmniejszą porcją danych i posiada swój unikalny adres składający się z trzech cyfr: pierwsza to cylinder, druga to głowica, trzecia to sektor (cylinder, głowica, sektor). Numeracja sektorów zaczyna się od jednego, a numeracja cylindrów (ścieżek) i głowic od zera.

Wymiana informacji twardy dysk z innymi urządzeniami następuje poprzez podanie adresu klastra informacyjnego jako parametru polecenia wydawanego kontrolerowi. Ta metoda adresowania jest określana skrótem CHS (Cylinder, Head, Sector), ale ze względu na ograniczone możliwości systemu BIOS pojawiła się inna metoda adresowania LBA (logiczne adresowanie bloków). Blok na dysku magnetycznym zaczęto opisywać jednym parametrem - adresem liniowym bloku, który jest jednoznacznie powiązany z jego adresem CHS i jest tłumaczony do BIOS-u za pomocą formuły lba = (cyl*HEADS + head)*SECTORS + (sektor-1). Dalszy wzrost pojemności dysków twardych doprowadził do opracowania całkowicie nowego rozszerzonego interfejsu BIOS, który jest niekompatybilny ze starszymi systemami operacyjnymi (na przykład DOS, który nie obsługuje dysków większych niż 8 GB). Nowoczesne systemy w ogóle nie używają BIOS-u, ale używają własnych sterowników do pracy z dyskiem.

Przygotowanie dysku twardego do stanu logicznie działającego odbywa się w trzech etapach:

1. Formatowanie niskiego poziomu (fizyczne).

2. Utwórz partycje na dysku.

3. Formatowanie wysokiego poziomu.

W trakcie formatowanie niskiego poziomuścieżki dysku są podzielone na sektory. Jednocześnie rejestrowane są nagłówki i zakończenia sektorów (przedrostki i przyrostki), a także tworzone są odstępy między sektorami i ścieżkami. Obszar danych każdego sektora wypełniony jest specjalnymi zestawami danych testowych.

Liczba sektorów na ścieżkę dysku twardego zależy od interfejsu napędu i kontrolera. Prawie wszystkie dyski twarde IDE i SCSI używają tak zwanego nagrywania strefowego ze zmienną liczbą sektorów na ścieżkę. Zewnętrzne ścieżki dysków są dłuższe i zawierają więcej sektorów niż ścieżki znajdujące się bliżej środka.

Zastosowanie zapisu strefowego prowadzi do podziału cylindrów zewnętrznych na większą liczbę sektorów niż cylindrów wewnętrznych, a co za tym idzie do zwiększenia pojemności użytkowej dysków o 20-50%.

W przypadku nagrywania strefowego cylindry są podzielone na grupy zwane strefami, a w miarę zbliżania się do zewnętrznej krawędzi dysku ścieżki są dzielone na coraz większą liczbę sektorów. We wszystkich cylindrach należących do jednej strefy liczba sektorów na torach jest taka sama. Możliwa liczba stref zależy od typu napędu; większość urządzeń ma 10 lub więcej (patrz rysunek 5)

Rysunek 5

Metoda nagrywania strefowego została przyjęta przez producentów dysków twardych, co zwiększyło pojemność urządzeń o 20-50% w porównaniu do dysków, w których liczba sektorów na ścieżkę jest stałą liczbą. Obecnie nagrywanie strefowe jest stosowane w prawie wszystkich napędach IDE i SCSI.

Kolejnym krokiem jest partycjonowanie dysku lub utworzenie partycji logicznych (partycji), w każdej z których można utworzyć dowolny system plików odpowiadający konkretnemu systemowi operacyjnemu.

W praktyce stosowane są trzy główne systemy plików:

FAT (File Allocation Table - tablica alokacji plików). Jest to standardowy system plików dla systemów DOS, Windows 9x i Windows NT. W partycjach FAT w systemie DOS dopuszczalna długość nazw plików to 11 znaków (8 znaków nazwy rzeczywistej i 3 znaki rozszerzenia), a wielkość wolumenu (dysku logicznego) do 2 GB. W systemach Windows 9x i Windows NT 4.0 i nowszych dozwolona długość nazwy pliku wynosi 255 znaków.

FAT32 (Tabela alokacji plików, 32-bitowa - 32-bitowa tabela alokacji plików). Używany z Windows 95 OSR2 (OEM Service Release 2), Windows 98 i Windows 2000. W tabelach FAT 32 komórki lokalizacji odpowiadają liczbom 32-bitowym. Przy takiej strukturze plików rozmiar wolumenu (dysku logicznego) może sięgać nawet 2 TB (2048 GB).

NTFS (System plików Windows NT - system plików Windows NT). Dostępne tylko na sali operacyjnej systemu Windows NT/2000/XP. Nazwy plików mogą mieć do 256 znaków, a rozmiar partycji to (teoretycznie) 16 Ebajtów (16?1018 bajtów).

zapewnia NTFS dodatkowe funkcje, których nie zapewniają inne systemy plików, takie jak administracja, narzędzia bezpieczeństwa itp.

Przed pojawieniem się systemu Windows XP najpopularniejszym systemem plików był FAT32. W nowoczesne systemy szerzej używany jest NTFS, który był dostarczany z systemem plików XP.

System FAT jest obsługiwany przez prawie każdy system operacyjny, dzięki czemu jest uniwersalny do użytku w mieszanych środowiskach operacyjnych.

FAT32 i NTFS zapewniają dodatkowe funkcje, ale nie są uniwersalnie kompatybilne z innymi systemami operacyjnymi.

Po utworzeniu partycji należy przeprowadzić formatowanie wysokiego poziomu za pomocą narzędzi system operacyjny.

Dzięki formatowaniu wysokiego poziomu system operacyjny tworzy struktury do pracy z plikami i danymi. Każda partycja (dysk logiczny) zawiera boot sektor woluminu (Volume Boot Sector - VBS), dwie kopie tablicy alokacji plików (FAT) oraz katalog główny (Root Directory).

Te struktury danych są używane przez system operacyjny do przydzielania miejsca na dysku, śledzenia lokalizacji plików i ignorowania uszkodzonych obszarów dysku.

Zasadniczo formatowanie wysokiego poziomu to nie tyle formatowanie, co tworzenie spisu zawartości dysku i tabeli alokacji plików.

zewnętrzne HD

Najprostszym sposobem na zwiększenie wolnego miejsca na dysku jest połączenie twardy zewnętrzny dysk. Dodany zewnętrzny dysk twardy nie będzie mógł pełnić roli głównego dysku, na którym jest zainstalowany system Windows, ale może służyć jako dodatkowy dysk do przechowywania programów i plików. Dodanie zewnętrznego dysku twardego to dobry sposób na przydzielenie dodatkowej przestrzeni dyskowej zdjęcia cyfrowe, filmy, muzyka i inne pliki, które zajmują dużo miejsca na dysku.

Aby zainstalować zewnętrzny dysk twardy, wystarczy podłączyć go do komputera i podłączyć przewód zasilający. Większość zewnętrznych dysków twardych podłącza się do portu USB, ale niektóre wykorzystują port Firewire (znany również jako IEEE 1394) lub zewnętrzny port Serial ATA (eSATA). Aby uzyskać więcej informacji, zapoznaj się z dokumentacją tego zewnętrznego dysku twardego. Może być również konieczne zainstalowanie oprogramowania dostarczonego z dyskiem twardym.

Większość zewnętrznych dysków twardych można zainstalować po prostu podłączając je do portu USB.

Wewnętrzne dyski twarde

Wewnętrzne dyski twarde są podłączone do płyta główna komputera z interfejsem IDE lub SATA. Większość nowoczesnych dysków twardych jest dostarczana z kablem połączeniowym IDE lub SATA, w zależności od typu dysku.

Instalacja wewnętrznego dysku twardego jest bardziej czasochłonna, zwłaszcza jeśli nowy dysk twardy ma być używany jako podstawowy dysk twardy. Instalacja Windowsa. Podczas instalowania wewnętrznego dysku twardego konieczne będzie otwarcie obudowy komputera i podłączenie kabli.

Większość komputerów stacjonarnych ma gniazda na dwa wewnętrzne dyski twarde. W notebookach można zainstalować tylko jeden dysk twardy. W przeciwieństwie do dodawania dodatkowego dysku twardego, wymiana podstawowego dysku twardego będzie wymagać zainstalowania systemu Windows po jego podłączeniu.

interfejsy HDD

Parallel ATA (PATA, IDE) to interfejs zaprojektowany specjalnie dla systemów domowych, obsługuje do 4 urządzeń. Obecnie obowiązują następujące specyfikacje: UDMA(ATA)-33, UDMA(ATA)-66, UDMA(ATA)-100, UDMA(ATA)-133 (różnią się zestawem instrukcji i szczytową przepustowością). Musisz wybrać dysk twardy jednego z dwóch ostatnich standardów, ponieważ dwa pierwsze nie są już istotne, a ich obsługa jest wdrażana przez programistów jako ostatnia.

Rysunek-IDE

Serial ATA (SATA)- interfejs, który pojawił się stosunkowo niedawno i obecnie jest promowany jako zamiennik PATA. W przeciwieństwie do PATA, tutaj dysk twardy jest podłączony wąskim kablem i obsługiwane jest „gorące” połączenie. Interfejs ma duży margines wzrostu prędkości, obsługuje polecenia optymalizacji odczytu danych. Napęd jest podłączony do sterownika własnym kablem. Ten standard nie był jeszcze tak rozpowszechniony jak PATA ze względu na swoją nowość.

Rysunek - sata

SCSI- interfejs, który pierwotnie został zaprojektowany do pracy z dużą ilością danych (7-15 urządzeń). Obsługuje dużą liczbę podłączonych urządzeń (dokładna liczba zależy od wersji), nowoczesne wersje interfejsu obsługują hot pluging, urządzenia charakteryzują się wysoką niezawodnością i dużą szybkością przesyłania danych. Główną wadą jest cena takich dysków twardych. Stosowane są w serwerach i do pracy z ogromnymi ilościami danych.

Rysunek - Scsi

USB- szeregowy interfejs danych, do podłączenia 2,5-calowych zewnętrznych dysków twardych należy użyć kabla USB w kształcie litery Y (2-portowy). Do zasilania modeli 3,5-calowych o dużym zużyciu energii używany jest zewnętrzny zasilacz.

eSATA(zewnętrzny SATA) - interfejs połączeniowy urządzenia zewnętrzne, obsługiwany tryb hot-swap, przepustowość interfejsu do 80 Mb/s

Rysunek - eSata

drut ogniowy-standard IEEE 1394, szeregowa szybka magistrala przeznaczona do wymiany informacji cyfrowych między komputerem a innymi urządzeniami elektronicznymi. urządzenia są równe, możliwa wymiana podczas pracy

Rysunek - 1394

Podobne informacje.

Każdy dysk twardy zawiera: płytkę (naleśnik, lustro) pokrytą cienką warstwą materiału magnetycznego, jednostkę główną (HMG), mechanizm zapewniający bardzo precyzyjny montaż głowic na żądanym sektorze, obudowę i płytkę mikrokontrolera. Lustrzany naleśnik (może być ich kilka), na którym przechowywane są dane, jest zamocowany na obracającym się wrzecionie. Głowy zawsze pracują w parach - czytając i pisząc. Urządzenie pozycjonujące odpowiada za położenie BMG względem powierzchni płytki magnetycznej. Etui mocuje wszystkie wymienione powyżej elementy i niezawodnie chroni je przed fizycznym uderzeniem z zewnątrz. Płytka elektroniki, na której umieszczony jest mikrokontroler, realizuje funkcje zarządzania pracą wszystkich układów dysków twardych oraz odpowiada za dwukierunkowy transport informacji.

Geometria HDD

Płyty dysków twardych mogą być odlewane ze stopów metali lekkich lub ceramiki. Każda płaszczyzna naleśnika (lub powierzchni roboczej) pokryta jest specjalną substancją magnetyczną, dzięki której dane są zapisywane na dysku i wypolerowane do lustrzanego połysku. Skład materiału ferromagnetycznego każdej warstwy powłoki (z reguły kilku warstw) nie jest taki sam i stanowi tajemnicę technologiczną. W bezpośrednim sąsiedztwie każdej powierzchni roboczej znajdują się głowice magnetyczne. Aby zwiększyć wydajność HDD, zawsze pracują w parach, jeden do czytania, drugi do pisania.

Podczas formatowania na lustro nakłada się koncentryczne wycięcie, tworząc rodzaj stref pierścieniowych, które nazywane są ścieżkami. Dla wygody pracy każda ścieżka jest podzielona na sektory (klastry) promieniami wychodzącymi ze środka płyty. Każdy klaster składa się z dwóch segmentów warunkowych służących do bezpośredniego przechowywania informacji o usługach i danych użytkownika. Treść segmentu serwisowego jest tworzona raz na przenośniku fabrycznym i nie jest później nadpisywana. Segment usług zawiera między innymi względny adres całego sektora na powierzchni płytki. Dlatego klaster uzyskuje dostęp do adresu podczas operacji odczytu lub zapisu.

Segment danych klastrowych jest wypełniony informacjami wymaganymi przez użytkownika.

Innymi słowy, przechowuje fragmenty tych plików, które właściciel dysku zapisuje na nim. Należy pamiętać, że segmentu danych każdego sektora nie można częściowo nadpisać. Zostanie całkowicie zaktualizowany, nawet jeśli rozmiar pliku kopiowanego na dysk twardy jest mniejszy niż dopuszczalny obszar danych klastra.

W przypadku, gdy dysk twardy składa się z kilku talerzy magnetycznych, eksperci wprowadzają inny termin - cylinder. Słowo to oznacza zestaw ścieżek umieszczonych na różnych płytach lub sąsiadujących ze sobą powierzchniach roboczych jednego lustra i dostępnych do odczytu/zapisu bez zmiany położenia bloku głowic magnetycznych. Jeśli weźmiemy pod uwagę, że pozycjonowanie BMG nie następuje natychmiast, to idealnie zlokalizowane skupiska pojedynczego pilnika powinny znajdować się w tym samym cylindrze.

Początkowo każdy pas, niezależnie od jego bliskości do centrum, był podzielony na ustaloną liczbę klastrów. Pozwoliło to sterownikowi zaadresować sektor, wskazując jedynie jego numer i numer cylindra, a także głowicę, która musi wykonać operację. Jeśli narysujemy analogię z trójwymiarowym obszarem, to na płycie powstał rodzaj cylindrycznego układu współrzędnych, w którym, aby określić punkt w przestrzeni, jego kąt (numer sektora), wysokość (numer głowy) i promień (cylinder numer) zostały wskazane. Kontynuując analogię do dziedziny kartezjańskiej trzech wymiarów, dochodzimy do modelu budynku wielokondygnacyjnego, w którym każde mieszkanie jest podobne do poprzedniego i jest identyfikowane osobnym numerem.

Wskazany układ klastrów zmniejszył gęstość zapisu na torach peryferyjnych prawie trzykrotnie w stosunku do torów wewnętrznych. Biorąc pod uwagę to niedociągnięcie, a Nowa forma oznakowanie powierzchniowe, w którym liczba klastrów na torze wzrasta wraz z odległością od środka tablicy. Ta forma zapisu informacji została nazwana strefą i umożliwiła niemal dwukrotne zwiększenie objętości użytecznych informacji, bez zwiększania wymiarów geometrycznych naleśnika i względnej gęstości zapisu na jego powierzchni.

Wynikowy znacznik jest teraz znacznie trudniejszy do przedstawienia w układzie współrzędnych kartezjańskich, więc dysk twardy sformatowany w ten sposób nie zawsze był poprawnie wykrywany przez BIOS. Wynika to z faktu, że nie każdy interfejs jest w stanie poprawnie przekonwertować strukturę klastra tak, aby była zrozumiała dla oprogramowania płyty głównej. Z tego powodu kilka interfejsów dyskowych - ST506/412, ESDI i inne - wyszło z użycia, az czasem zostało całkowicie zapomniane. Wraz z wprowadzeniem nowej geometrii znaczników tylko IDE i SCSI nie opuściły wyścigu.

W rzeczywistości procedura przekształcania chaotycznej okrągłej struktury w zgrabny trójwymiarowy model jest bardzo podobna do podstępnej sztuczki. Na przykład BIOS ogranicza maksymalną liczbę sektorów na ścieżkę do 63, w rzeczywistości klastrów okazuje się znacznie więcej. Interfejs oszukuje BIOS, przedstawiając mu fałszywą strukturę adresową, w której na ścieżkę przypada dokładnie 63 sektorów.Takie samo podstawienie zachodzi z liczbą głowic. Dla wygody adresowania ich liczba waha się od 16 do 255 sztuk, w rzeczywistości rzadko jest ich więcej niż 6. więcej będzie zależeć od numeru cylindra, w którym znajdują się klastry informacji.

Jeśli potrzebujesz, skontaktuj się z nami, pomożemy ci z tym problemem.

Wielu użytkowników zna wewnętrzną strukturę dysku twardego, w tym tych, którzy nigdy nie musieli otwierać dysku HDA. Na szczęście nie jest to konieczne, ponieważ w Internecie jest mnóstwo informacji na ten temat. Ale tylko nieliczni dokładnie wiedzą, jak działa logiczna struktura dysku. Fizycznie twardy dysk twardy składa się z kilku płytek magnetycznych zamocowanych na centralnym wrzecionie, posiadających specjalne "krajanie na plastry" zwane torami.

Informacje są do nich odczytywane i zapisywane w postaci zer i jedynek, a to trochę analogiczne do tego, jak nagrywa się muzykę na starych płytach winylowych.

Ale w przypadku dysków twardych wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane. W jaki sposób komputer określa położenie pliku na dysku? Jak osiągana jest odporność na uszkodzenia, dzięki której możemy przeinstalować system operacyjny bez wpływu na pliki użytkownika? Nie byłoby to możliwe, gdyby dane nie były przechowywane na dysku w uporządkowany sposób. Temat struktury logicznej dysku twardego jest tak głęboki i obszerny, że nie sposób omówić go w jednym artykule, dlatego dzisiaj dotkniemy tylko jego dwóch najważniejszych aspektów - adresowanie I narzut.

Adresowanie dysku twardego

Ponieważ dane są zapisywane na dysku jako sekwencja bajtów, logiczne byłoby założenie, że podczas wyszukiwania żądany plik głowica czytająca obsługuje dysk od początku do końca. W rzeczywistości nic takiego się nie dzieje, inaczej odczyt i zapis byłby bardzo powolny, a obciążenie dysku byłoby po prostu ogromne. I tak by było, gdyby komputery nie używały tak przydatnej rzeczy, jak adresowanie.

Pierwszym mechanizmem adresowania używanym we wczesnych dyskach twardych był tzw CHS, który został rozszyfrowany jako Cylinder, głowa, sektor - cylinder, głowica, sektor. Co to jest głowa i sektor, mamy nadzieję, że rozumiesz. Pod cylindrem musisz zrozumieć zestaw okrągłych ścieżek o tym samym promieniu na wszystkich powierzchniach magnetycznych płytek jednego napędu.

W rzeczywistości CHS to nic innego jak trójwymiarowy układ współrzędnych, gdzie Cylinder to numer ścieżki na powierzchni płyty, głowa jest numerem czytanej głowicy, oraz Sektor- numer danego sektora. Kiedy komputer musiał odczytać określony plik, wysyłał żądanie w formacie CHS, a głowica odczytu przeskakiwała dokładnie do sektora, w którym plik został zapisany.

Oczywistą wadą technologii CHS była obsługa dysków o bardzo ograniczonym rozmiarze, ponieważ na niskim poziomie początkowo przeznaczono niewielką ilość pamięci na adresowanie. Maksymalny rozmiar dysku z CHS nie mógł przekroczyć 508 MB. Dlatego, gdy pojawiły się większe dyski, pojawiła się potrzeba nowych mechanizmów adresowania. Kolejne mechanizmy adresowania bazowały na CHS i były jego rozszerzoną wersją.

Prawdziwy przełom nastąpił LBA (adresowanie bloku logicznego) , który nie musi uwzględniać geometrii dysku twardego, zamiast tego wszystkie sektory od samego początku (zero) do ostatniego nadano numer seryjny, który służył jako identyfikator. Jednocześnie znacznie więcej pamięci przeznaczono na adresowanie. Ogólnie rzecz biorąc, maksymalna ilość dysku twardego, którą może obsłużyć LBA, wynosi Jest 128 Peeb , który jest znacznie większy niż jakikolwiek nowoczesny dysk używany w komputerach osobistych.

Układ dysku twardego

Przy adresowaniu wszystko jest mniej więcej jasne, przejdźmy teraz do innej ważnej koncepcji - układu dysku twardego. narzut- jest to podział całkowitej przestrzeni dyskowej na partycje logiczne, inaczej partycje widoczne w systemie operacyjnym. Dlaczego taki podział jest w ogóle potrzebny? Po pierwsze, pozwala to rozróżnić pliki rozruchowe, systemowe i użytkownika, Po drugie, użyj innego typu systemu plików na każdej partycji, Po trzecie- zainstaluj kilka różnych systemów operacyjnych na jednym komputerze.

Istnieją dwa główne schematy partycjonowania. Najczęstsze jest MBR. Nazywa się to tak, ponieważ pierwsze fizyczne sektory dysku twardego tego typu zawierają specjalny obszar zawierający kod startowy i tablicę partycji. Ten obszar jest również nazywany głównym rekordem rozruchowym, czyli język angielski brzmi jak główny rekord rozruchowy lub w skrócie MBR.

Ten obszar dysku nie jest jedną z partycji logicznych i nie jest widoczny przez system operacyjny. Kod rozruchowy przenosi kontrolę nad komputerem na partycję systemową, a tablica partycji wskazuje dokładnie, gdzie zaczyna się i kończy ta lub inna partycja logiczna. Główną wadą MBR jest to że przydzielony do niego obszar dysku jest stały, co oznacza, że ​​można w nim przechowywać ograniczoną ilość informacji. To z kolei staje się konsekwencją innych ograniczeń, a mianowicie:

Nie można utworzyć więcej niż czterech partycji logicznych na dysku MBR. Sekcje podstawowe (ograniczenie jest warunkowo usuwane poprzez utworzenie partycji rozszerzonej).
Bez względu na to, jak duży jest dysk, użytkownik będzie miał dostęp tylko do niego 2 terabajty.

Ponadto schemat MBR nie jest bardzo niezawodny. Najmniejsze uszkodzenie kodu w tym obszarze spowoduje niemożność uruchomienia lub inne problemy, w których informacje zapisane na dysku nie będą już określane.

Mniej powszechny, ale nowszy i bardziej niezawodny schemat to GPT Lub Tabela partycji GUID. Jeśli spojrzysz na schematyczny obraz dysku GPT, zobaczysz, że jego struktura jest bardzo podobna do struktury Dysk MBR, ale to podobieństwo jest bardzo arbitralne. Obszar mieszczący się w sektorze zerowym nazywa się Ochrona MBR, a jego przeznaczenie jest nieco inne niż zwykłego MBR. Służy do ochrony schematu GPT przed nadpisaniem przez narzędzia, które nie rozumieją GPT. Jeśli takie narzędzie "pokazywać" GPT, to dzięki Protection MBR wykryje go jako dysk MBR bez wolnego miejsca. Dlatego nie będzie mogła go nadpisać.

W przyszłości, gdy MBR będzie już przeszłością, ochrona MBR może nie być już potrzebna, ponieważ proces uruchamiania z dysków GPT do EFI będzie przebiegał nieco inaczej. Oprócz obszaru ochrony MBR dyski GPT mają inny obszar o nazwie Tablica wpisów partycji GUID. Jest to odpowiednik tablicy partycji w MBR, zawierający listę wszystkich partycji na dysku GPT. W przeciwieństwie do MBR, nie ma twardej poprawki, więc możesz stworzyć prawie nieograniczona liczba partycji logicznych. Ograniczenia tutaj mogą być tylko na poziomie systemu operacyjnego. Na przykład system Windows nie może obsłużyć więcej niż 128 partycji.

Inną ważną różnicą między dyskami GPT jest tworzenie kopii zapasowych danych rozruchowych i informacji o tablicy partycji. Jeśli na dyskach MBR są przechowywane w jednym miejscu - w pierwszych sektorach fizycznych, to na dyskach ze znacznikami GPT można je przechowywać gdzie indziej, ale już w formie kopii. Jeśli główne dane są uszkodzone, mechanizm GPT przywróci je z kopii zapasowej. W przypadku MBR spowodowałoby to, że komputer nie mógłby się uruchomić lub "strata" partycji, a wraz z nimi zarejestrowane dane.

I wreszcie partycjonowanie GPT umożliwia pracę z dyskami większymi niż 2 TB.

To wszystko na teraz. Następnym razem będziemy kontynuować zapoznawanie się z logiczną strukturą dysków twardych. W szczególności dowiesz się, czym różnią się zwykłe dyski od dysków dynamicznych, gdzie są one używane i czym jest system plików.

Jak wygląda nowoczesny dysk twardy (HDD) w środku? Jak to rozebrać? Jak nazywają się części i jakie funkcje pełnią w mechanizmie przechowywania informacji ogólnych? Odpowiedzi na te i inne pytania znajdziesz poniżej. Ponadto pokażemy związek między rosyjską i angielską terminologią opisującą komponenty dysku twardego.

Dla jasności przyjrzyjmy się 3,5-calowemu dyskowi SATA. Będzie to zupełnie nowy terabajtowy Seagate ST31000333AS. Zbadajmy naszą świnkę morską.

Zielona nakręcana płytka z widocznym układem ścieżek, złączami zasilania i SATA nazywana jest płytką elektroniki lub płytką sterującą (Printed Circuit Board, PCB). Pełni funkcje elektronicznego sterowania dyskiem twardym. Jego pracę można porównać do umieszczania danych cyfrowych na wydrukach magnetycznych i ponownego rozpoznawania ich na żądanie. Na przykład jako sumienny urzędnik z tekstami na papierze. Czarny aluminiowa obudowa a jego zawartość nazywa się HDA (Head and Disk Assembly, HDA). Wśród specjalistów zwyczajowo nazywa się to „bankiem”. Ciało bez zawartości jest również nazywane HDA (baza).

Teraz wyjmijmy płytkę drukowaną (potrzebny będzie śrubokręt z gwiazdką T-6) i przyjrzyjmy się umieszczonym na niej elementom.

Pierwszą rzeczą, która rzuca się w oczy jest duży układ scalony umieszczony w środku - System on a chip (System On Chip, SOC). Ma dwa główne komponenty:

1. Jednostka centralna, która wykonuje wszystkie obliczenia (Central Processor Unit, CPU). Procesor posiada porty wejścia-wyjścia (porty IO) do sterowania innymi komponentami znajdującymi się na płytce drukowanej oraz przesyłania danych poprzez interfejs SATA.
2. Kanał odczytu/zapisu to urządzenie, które przetwarza sygnał analogowy pochodzący z głowic na dane cyfrowe podczas operacji odczytu i koduje dane cyfrowe na sygnał analogowy podczas operacji zapisu. Monitoruje również położenie głowic. Innymi słowy, tworzy magnetyczne obrazy podczas pisania i rozpoznaje je podczas czytania.

Układ pamięci to konwencjonalna pamięć DDR SDRAM. Ilość pamięci określa rozmiar pamięci podręcznej dysku twardego. Ta płytka drukowana zawiera 32 MB pamięci Samsung DDR, co teoretycznie daje dyskowi 32 MB pamięci podręcznej (a jest to dokładnie tyle, ile podano w specyfikacje ah dysk twardy), ale to nie do końca prawda. Faktem jest, że pamięć jest logicznie podzielona na pamięć buforową (cache) i pamięć oprogramowania układowego (oprogramowanie układowe). Procesor potrzebuje trochę pamięci, aby załadować moduły oprogramowania układowego. O ile wiadomo, tylko producent HGST podaje rzeczywistą ilość pamięci podręcznej w karcie specyfikacji; Jeśli chodzi o resztę dysków, możemy tylko zgadywać rzeczywisty rozmiar pamięci podręcznej. W specyfikacji ATA kompilatory nie rozszerzyły ustalonego we wcześniejszych wersjach limitu równego 16 megabajtom. Dlatego programy nie mogą wyświetlać więcej niż maksymalna głośność.

Następny układ to silnik wrzeciona i kontroler cewki drgającej, który porusza jednostką główną (sterownik silnika cewki drgającej i silnika wrzeciona, kontroler VCM i SM). W żargonie specjalistów jest to „zwrot”. Dodatkowo układ ten steruje umieszczonymi na płytce wtórnymi źródłami zasilania, z których zasilany jest procesor oraz układ przełączający przedwzmacniacz (przedwzmacniacz, przedwzmacniacz) znajdujący się w HDA. Jest to główny odbiorca energii na płytce drukowanej. Kontroluje obrót wrzeciona i ruch głowic. Ponadto po wyłączeniu zasilania przełącza zatrzymany silnik w tryb generowania i dostarcza odebraną energię do cewki drgającej w celu płynnego parkowania głowic magnetycznych. Rdzeń sterownika VCM może pracować nawet w temperaturze 100°C.

Część programu sterującego (firmware) dysku jest zapisana w pamięci flash (oznaczonej na rysunku: Flash). Po doprowadzeniu zasilania do dysku mikrokontroler najpierw ładuje do siebie małą pamięć rozruchową ROM, a następnie przepisuje zawartość układu flash do pamięci i rozpoczyna wykonywanie kodu z pamięci RAM. Bez załadowanego poprawnego kodu napęd nie będzie chciał nawet uruchomić silnika. Jeśli na płycie nie ma układu flash, jest on wbudowany w mikrokontroler. Na nowoczesnych dyskach (gdzieś z 2004 i nowszych, ale dyski twarde Samsunga z naklejkami Seagate są wyjątkiem), pamięć flash zawiera tabele z kodami ustawień mechaniki i głowic, które są unikalne dla tego HDA ​​i nie pasują do innego. Dlatego operacja „kontrolera transferu” zawsze kończy się albo tym, że dysk „nie jest wykrywany w BIOS-ie”, albo jest określany przez fabryczną nazwę wewnętrzną, ale nadal nie daje dostępu do danych. W przypadku rozważanego dysku Seagate 7200.11 utrata oryginalnej zawartości pamięci flash prowadzi do całkowitej utraty dostępu do informacji, ponieważ nie będzie można odebrać ani odgadnąć ustawień (w każdym razie taka technika jest nieznany autorowi).

Na kanale youtube R.Lab jest kilka przykładów przelutowania płytki z uszkodzonej na sprawną:
Wymiana PCB PC-3000 HDD Toshiba MK2555GSX
Wymiana PCB PC-3000 HDD Samsung HD103SJ

Czujnik wstrząsów reaguje na niebezpieczne dla dysku wstrząsy i wysyła o tym sygnał do kontrolera VCM. VCM natychmiast zatrzymuje głowice i może zatrzymać obracanie się dysku. Teoretycznie mechanizm ten powinien chronić napęd przed dodatkowymi uszkodzeniami, ale w praktyce nie działa, więc nie upuszczaj dysków. Nawet podczas upadku silnik wrzeciona może się zaciąć, ale o tym później. W niektórych płytach czujnik drgań ma zwiększoną czułość, reagując na najmniejsze wibracje mechaniczne. Dane otrzymane z czujnika pozwalają sterownikowi VCM na korygowanie ruchu głowic. Oprócz głównego na takich dyskach zainstalowane są dwa dodatkowe czujniki drgań. Na naszej płycie dodatkowe czujniki nie są lutowane, ale są dla nich miejsca - są one oznaczone na rysunku jako „Czujnik wibracji”.

Na płytce jest jeszcze jedno zabezpieczenie - tłumienie napięcia przejściowego (TVS). Chroni płytkę przed przepięciami. Podczas skoku napięcia TVS przepala się, tworząc zwarcie do masy. Ta płyta ma dwa TVS, 5 i 12 woltów.

Elektronika starszych napędów była mniej zintegrowana, a każda funkcja była podzielona na jeden lub więcej układów scalonych.

Teraz rozważ HDA.

Pod płytką znajdują się styki silnika i głowic. Dodatkowo na obudowie dysku znajduje się mały, prawie niezauważalny otwór (oddech). Służy do wyrównania ciśnienia. Wiele osób myśli, że w dysku twardym jest próżnia. Właściwie tak nie jest. Powietrze jest potrzebne do aerodynamicznego startu głów nad powierzchnią. Otwór ten umożliwia dyskowi wyrównanie ciśnienia wewnątrz i na zewnątrz obudowy bezpieczeństwa. Od wewnątrz otwór ten jest zakryty filtrem oddechowym, który zatrzymuje cząsteczki kurzu i wilgoci.

Teraz zajrzyjmy do wnętrza obszaru przechowawczego. Zdejmij pokrywę dysku.

Sama pokrywa nie wyróżnia się niczym szczególnym. To tylko stalowa płyta z gumową uszczelką chroniącą przed kurzem. Na koniec rozważ wypełnienie obszaru przechowawczego.

Informacje zapisywane są na dyskach, zwanych też „naleśnikami”, powierzchniach magnetycznych lub płytach (talerzach). Dane są zapisywane po obu stronach. Ale czasami głowica nie jest zainstalowana po jednej ze stron lub głowica jest fizycznie obecna, ale wyłączona w fabryce. Na zdjęciu górna płyta odpowiadająca głowicy o najwyższym numerze. Płytki są wykonane z polerowanego aluminium lub szkła i pokryte kilkoma warstwami o różnym składzie, w tym ferromagnetyczną substancją, na której tak naprawdę przechowywane są dane. Pomiędzy płytami, a także nad ich wierzchołkiem, widzimy specjalne wkładki zwane separatorami lub separatorami (amortyzatorami lub separatorami). Są potrzebne do wyrównania przepływów powietrza i zmniejszenia hałasu akustycznego. Z reguły są one wykonane z aluminium lub tworzywa sztucznego. Aluminiowe separatory są bardziej skuteczne w chłodzeniu powietrza wewnątrz obszaru przechowawczego. Poniżej znajduje się przykład modelu przepływu powietrza wewnątrz HDA.

Widok z boku płyt i separatorów.

Głowice do odczytu i zapisu (głowice) są instalowane na końcach wsporników głowicy magnetycznej lub HSA (Head Stack Assembly, HSA). Strefa parkowania to obszar, w którym powinny znajdować się głowice zdrowego dysku, gdy wrzeciono jest zatrzymane. W przypadku tej tarczy strefa parkowania znajduje się bliżej wrzeciona, co widać na zdjęciu.

Na niektórych podjazdach parkowanie odbywa się na specjalnych plastikowych parkingach zlokalizowanych poza tablicami.

Podkładka parkingowa Western Digital na dysk 3,5”.

Jeśli głowice są zaparkowane wewnątrz płytek, do usunięcia bloku głowic magnetycznych potrzebne jest specjalne narzędzie, bez którego bardzo trudno jest wyjąć BMG bez uszkodzenia. W przypadku parkowania zewnętrznego można włożyć między głowice plastikowe rurki o odpowiednim rozmiarze i usunąć blokadę. Chociaż istnieją również ściągacze do tego przypadku, ale mają one prostszą konstrukcję.

Dysk twardy jest precyzyjnym mechanizmem pozycjonującym i do prawidłowego działania wymaga bardzo czystego powietrza. Podczas użytkowania wewnątrz dysku twardego mogą gromadzić się mikroskopijne cząstki metalu i smaru. Do natychmiastowego oczyszczenia powietrza wewnątrz dysku służy filtr recyrkulacyjny. Jest to zaawansowane technologicznie urządzenie, które nieustannie zbiera i zatrzymuje najmniejsze cząstki. Filtr znajduje się na ścieżce przepływów powietrza tworzonych przez obracanie się płyt

Teraz zdejmijmy górny magnes i zobaczmy, co się pod nim kryje.

Dyski twarde wykorzystują bardzo silne magnesy neodymowe. Magnesy te są tak silne, że mogą unieść ciężar 1300 razy większy niż ich własny ciężar. Dlatego nie wkładaj palca między magnes a metal lub inny magnes - uderzenie będzie bardzo czułe. To zdjęcie pokazuje ograniczniki BMG. Ich zadaniem jest ograniczenie ruchu głowic, pozostawiając je na powierzchni płytek. Ograniczniki BMG różnych modeli są rozmieszczone inaczej, ale zawsze są dwa z nich, są używane na wszystkich nowoczesnych dyskach twardych. W naszym napędzie drugi ogranicznik znajduje się na dolnym magnesie.

Oto, co można tam zobaczyć.

Widzimy tu również cewkę (cewkę drgającą), która jest częścią bloku głowic magnetycznych. Cewka i magnesy tworzą napęd VCM (Voice Coil Motor, VCM). Napęd i blok głowic magnetycznych tworzą pozycjoner (siłownik) - urządzenie poruszające głowicami.

Czarny plastikowy kawałek o złożonym kształcie nazywany jest zatrzaskiem (zatrzask siłownika). Występuje w dwóch rodzajach: magnetycznym i pneumatycznym (zamek powietrzny). Magnetyczny działa jak prosty zatrzask magnetyczny. Wyzwalanie odbywa się poprzez zastosowanie impulsu elektrycznego. Zatrzask pneumatyczny zwalnia BMG po tym, jak silnik wrzeciona zwiększy obroty na tyle, aby ciśnienie powietrza wypchnęło zapadkę ze ścieżki cewki drgającej. Zatrzask zabezpiecza głowice przed wypadnięciem z głowic w obszar roboczy. Jeśli z jakiegoś powodu zatrzask nie poradził sobie ze swoją funkcją (dysk został upuszczony lub uderzony, gdy był włączony), wówczas głowice będą przyklejać się do powierzchni. W przypadku płyt 3,5" późniejsze wtrącanie ze względu na większą moc silnika spowoduje po prostu zerwanie główek. Ale w 2,5” moc silnika jest mniejsza, a szanse na odzyskanie danych przez uwolnienie rodzimych głów „z niewoli” są dość duże.

Teraz usuńmy blok głowic magnetycznych.

Precyzję i płynność ruchu BMG wspiera precyzyjne łożysko. Największa część BMG, wykonana ze stopu aluminium, nazywana jest zwykle wspornikiem lub wahaczem (ramią). Na końcu wahacza znajdują się głowice na sprężynowym zawieszeniu (Heads Gimbal Assembly, HGA). Zwykle głowice i wahacze są dostarczane przez różnych producentów. Elastyczny kabel (Flexible Printed Circuit, FPC) idzie do podkładki współpracującej z płytą sterującą.

Rozważ bardziej szczegółowo elementy BMG.

Cewka podłączona do kabla.

Łożysko.

Poniższe zdjęcie przedstawia styki BMG.

Uszczelka (uszczelka) zapewnia szczelność połączenia. W ten sposób powietrze może dostać się do wnętrza dysku i jednostki głównej tylko przez otwór wyrównujący ciśnienie. Styki na tej płycie są pokryte cienką warstwą złota, aby zapobiec utlenianiu. Ale z boku płytki elektroniki często dochodzi do utleniania, co prowadzi do nieprawidłowego działania dysku twardego. Możesz usunąć utlenianie ze styków za pomocą gumki (gumki).

To klasyczny rocker.

Małe czarne elementy na końcach wieszaków sprężynowych nazywane są suwakami. Wiele źródeł wskazuje, że slidery i głowice to jedno i to samo. W rzeczywistości suwak pomaga odczytywać i zapisywać informacje, podnosząc głowę ponad powierzchnię dysków magnetycznych. Na nowoczesnych dyskach twardych głowice poruszają się w odległości 5-10 nanometrów od powierzchni. Dla porównania, ludzki włos ma średnicę około 25 000 nanometrów. Jeśli jakakolwiek cząsteczka dostanie się pod suwak, może to doprowadzić do przegrzania głowic w wyniku tarcia i awarii, dlatego tak ważna jest czystość powietrza wewnątrz obudowy. Również kurz może powodować zarysowania. Z nich powstają nowe cząsteczki pyłu, ale już magnetyczne, które przyczepiają się do dysku magnetycznego i powodują nowe rysy. Prowadzi to do tego, że płyta szybko pokrywa się rysami lub, jak to się mówi żargonem, „przepiłowana”. W tym stanie nie działa ani cienka warstwa magnetyczna, ani głowice magnetyczne, a dysk twardy stuka (death click).

Elementy do czytania i pisania samej głowicy znajdują się na końcu suwaka. Są tak małe, że można je zobaczyć tylko pod dobrym mikroskopem. Poniżej przykład zdjęcia (po prawej) przez mikroskop oraz schematyczne przedstawienie (po lewej) względnego położenia elementów piszących i czytających głowy.

Przyjrzyjmy się bliżej powierzchni suwaka.

Jak widać powierzchnia slidera nie jest płaska, posiada aerodynamiczne rowki. Pomagają ustabilizować wysokość lotu slidera. Powietrze pod suwakiem tworzy poduszkę powietrzną (Air Bearing Surface, ABS). Poduszka powietrzna utrzymuje lot suwaka prawie równolegle do powierzchni naleśnika.

Oto kolejny obraz suwaka.

Kontakty głowy są tutaj wyraźnie widoczne.

To kolejna ważna część BMG, która nie została jeszcze omówiona. Nazywa się to przedwzmacniaczem (przedwzmacniacz, przedwzmacniacz). Przedwzmacniacz to układ scalony, który kontroluje głowice i wzmacnia sygnał dochodzący lub wychodzący z nich.

Przedwzmacniacz znajduje się bezpośrednio w BMG z bardzo prostej przyczyny – sygnał dochodzący z głowic jest bardzo słaby. Na nowoczesnych dyskach ma częstotliwość większą niż 1 GHz. Jeśli wyjmiesz przedwzmacniacz z obszaru przechowawczego, np słaby sygnał będzie mocno zanikać w drodze do tablicy kontrolnej. Nie można zainstalować wzmacniacza bezpośrednio na głowie, ponieważ znacznie się nagrzewa podczas pracy, co nie możliwa praca wzmacniacz półprzewodnikowy, wzmacniacze lampowe o tak małych rozmiarach nie zostały jeszcze wynalezione.

Więcej ścieżek prowadzi od przedwzmacniacza do głowic (po prawej) niż do obszaru przechowawczego (po lewej). Faktem jest, że dysk twardy nie może jednocześnie pracować z więcej niż jedną głowicą (parą elementów do pisania i czytania). Twardy dysk wysyła sygnały do ​​przedwzmacniacza, który wybiera głowicę, do której aktualnie ma dostęp.

Dosyć o głowach, rozłóżmy dysk dalej. Usuń górny separator.

Oto jak to wygląda.

Na następnym zdjęciu widać obszar zabezpieczający z usuniętym górnym separatorem i zespołem głowicy.

Dolny magnes stał się widoczny.

Teraz pierścień zaciskowy (zacisk talerzy).

Ten pierścień utrzymuje stos talerzy razem, zapobiegając ich przesuwaniu się względem siebie.

Naleśniki są nawleczone na wrzeciono (piastę wrzeciona).

Teraz, gdy nic nie trzyma naleśników, zdejmijmy górny naleśnik. Oto, co jest pod spodem.

Teraz jasne jest, jak powstaje miejsce na głowy - między naleśnikami są pierścienie dystansowe. Na zdjęciu drugi naleśnik i drugi separator.

Pierścień dystansowy to bardzo precyzyjna część wykonana ze stopu niemagnetycznego lub polimerów. Zdejmijmy to.

Wyciągnijmy wszystko inne z dysku, aby sprawdzić spód HDA.

Tak wygląda otwór wyrównujący ciśnienie. Znajduje się bezpośrednio pod filtrem powietrza. Przyjrzyjmy się bliżej filtrowi.

Ponieważ powietrze zewnętrzne z konieczności zawiera kurz, filtr ma kilka warstw. Jest znacznie grubszy niż filtr cyrkulacyjny. Czasami zawiera cząsteczki żelu krzemionkowego do zwalczania wilgoci powietrza. Jeśli jednak dysk twardy zostanie włożony do wody, zostanie on wciągnięty przez filtr! A to wcale nie oznacza, że ​​woda, która dostała się do środka, będzie czysta. Sole krystalizują na powierzchniach magnetycznych, a zamiast płytek dostarczany jest papier ścierny.

Trochę więcej o silniku wrzeciona. Schematycznie jego projekt pokazano na rysunku.

Magnes trwały jest zamocowany wewnątrz piasty wrzeciona. Uzwojenia stojana, zmieniając pole magnetyczne, powodują obrót wirnika.

Istnieją dwa rodzaje silników, z łożyskami kulkowymi i hydrodynamicznymi (Fluid Dynamic Bearing, FDB). Łożyska kulkowe zostały wycofane z produkcji ponad 10 lat temu. Wynika to z faktu, że mają wysoki rytm. W łożysku hydrodynamicznym bicie jest znacznie mniejsze i pracuje znacznie ciszej. Ale jest też kilka minusów. Po pierwsze, może się zaciąć. W przypadku piłek zjawisko to nie miało miejsca. Łożyska kulkowe, jeśli zawiodły, zaczęły głośno hałasować, ale informacje były odczytywane przynajmniej powoli. Teraz, w przypadku łożyska klinowego, musisz użyć specjalnego narzędzia, aby usunąć wszystkie dyski i zainstalować je na sprawnym silniku wrzeciona. Operacja jest bardzo złożona i rzadko prowadzi do pomyślnego odzyskania danych. Klin może powstać w wyniku nagłej zmiany położenia na skutek dużej wartości siły Coriolisa działającej na oś i prowadzącej do jej wygięcia. Na przykład w pudełku znajdują się zewnętrzne dyski 3,5”. Pudełko stało pionowo, dotknęło, spadło poziomo. Wydawałoby się, że nie odleciał daleko?! Ale nie - klin silnika i nie można uzyskać żadnych informacji.

Po drugie, smar może wyciekać z łożyska hydrodynamicznego (jest tam płyn, jest go dość dużo, w przeciwieństwie do smaru żelowego stosowanego w łożyskach kulkowych) i dostać się na płytki magnetyczne. Aby zapobiec dostaniu się smaru na powierzchnie magnetyczne, stosuje się lubrykant z cząsteczkami o właściwościach magnetycznych i pułapkami magnetycznymi, które je wychwytują. Stosują również pierścień absorpcyjny wokół miejsca ewentualnego wycieku. Przegrzanie dysku przyczynia się do wycieku, dlatego ważne jest monitorowanie reżimu temperaturowego działania.

Wyjaśnienia związku między terminologią rosyjską i angielską dokonał Leonid Vorzhev.

Aktualizacja 2018, Siergiej Jacenko

Przedruk lub cytowanie jest dozwolone pod warunkiem podania linku do oryginału

Witajcie drodzy czytelnicy, niedawno napisałem artykuł o nowych i starych, a także pomogłem mi wybrać odpowiedni dla was. Ale wciąż istnieje wiele niejasnych koncepcji, dla pełnej koncepcji artykułów, takich jak sektor, grupa, ogólnie, aw tym artykule postaram się wyjaśnić, co to jest. A także o nowym sektorze o większym wolumenie, czy to daje wydajność czy znowu porażka wynalazku? Nawet jeśli to wszystko wiesz, nie bądź zbyt leniwy, aby to przeczytać, nagle nauczysz się czegoś nowego i ogólnie docenisz moją pracę 🙂

Jaka jest struktura dysku twardego

Struktura twardy dysk z pozoru jest to dość proste, dopiero zagłębiając się napotkasz pewne trudności. Ale nie martw się, zacznijmy od początku.

Dysk twardy, podobnie jak inne magnetyczne urządzenia pamięci masowej, przechowuje pamięć w strukturze przypominającej ścieżkę. Dlatego dysk magnetyczny jest podzielony na pierścienie o różnych średnicach, zaczynając od zewnętrznej krawędzi. Pierścienie tzw ścieżki składać się z klastry i sektory. Liczba ścieżek i sektorów jest określona formaty płyt. A format dysku jest ustawiany podczas jego produkcji, więc tego parametru nie można zmienić. jeśli rozmiar sektora podczas produkcji wynosi 512 bajtów, nic nie można z tym zrobić. Ścieżka jest podzielona na równe sektory które zwykle zajmują 512 bajtów (więcej o nowych poniżej). Nazywa się tylko proces dzielenia dysku na sektory formatowanie. I już w klastry przechowywane są informacje.

Sektor jest najmniejszą jednostką przechowywania informacji na nośniku dyskowym. Standardowy rozmiar klastra wynosił zwykle 512 bajtów, ale teraz pojawił się nowy rozmiar 4 kb, który również ma numer ciekawe właściwości, które omówimy poniżej.

Sektor zawiera swój nagłówek (część prefiksu), w której przechowywany jest początek i koniec sektory, a na końcu - konkluzja (część sufiksowa), która zawiera sumę kontrolną (sumę kontrolną) potrzebną do sprawdzenia integralności danych. Podczas formatowania w sektorze zapisywane są ich numery i informacje serwisowe, co umożliwia określenie początku i końca sektora. A także coś, co pomaga określić sformatowany lub niesformatowany obszar dysku. Dlatego ze względu na informacje serwisowe pojemność dysku po sformatowaniu jest nieco mniejsza. W rzeczywistości, chociaż mówią, że rozmiar sektory 512 bajtów, ale to tylko ilość informacji, a jej rozmiar to 571 bajtów.

DOostatni to jednostka przechowywania danych na dysku połączona w jeden lub więcej sektorów. Na przykład, jeśli dysk ma sektor 512-bajtowy, to klaster 512-bajtowy zawiera jeden sektor. A jeśli klaster ma rozmiar 2 KB, to ma cztery sektory. Wielkość klastra zależy od pewnych warunków, o których już pisałem.

Wielkość klastra bardzo łatwo jest się dowiedzieć, do tego wystarczy stworzyć plik tekstowy i wpisz w nim dowolne słowo, a nawet umieść jedną literę lub cyfrę, zapisz i wybierz właściwość tego pliku. Rozmiar elementu dysku będzie rozmiarem klastra. Najważniejsze jest to, że plik waży mniej niż 512 bajtów. Jest to litera, która zwykle waży 1 bajt.

Wszystkie informacje są przechowywane w pamięć systemowa I magazyn danych.

Obszar systemowy dysku składa się z

1. rekord rozruchowy (MBR), składający się z programu ładującego system i bloku informacyjnego definiującego format dysku.
2. o czym już pisałem.
3. Katalog główny, gdzie znajdują się informacje o każdym pliku (czas utworzenia, modyfikacje, rozmiar itp.).

Budowa fizyczna dysków twardych

Składa się z kilku dysków magnetycznych, a każdy dysk jest podzielony na dużą liczbę ścieżek z każdej strony. Główną oceną dysku twardego jest gęstość zapisu na powierzchni, która jest określona wzorem Mb/s/cal2 i Gb/s/cal2. Gęstość dysków wynosi obecnie do 740 Gb/in2. Specjaliści IHS spodziewają się osiągnąć gęstość 1800 Gbit na 1 km2 do 2016 roku. cal!

Aby uzyskać większą gęstość powierzchniową, konieczne jest, aby odległość między głowicą a dyskiem była minimalna.

Dysk jest pokryty cienką warstwą substancji, niezależnie od materiału, z którego jest wykonany, co zapobiega rozmagnesowaniu pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego.

Istnieją dwa rodzaje warstw:

1. tlenek

2. cienki film.

tlenek warstwa powstaje w wyniku natryskiwania tlenku żelaza w roztworze polimeru. Cóż, jeśli to nie jest interesujące, możesz pominąć proces edukacji 🙂 A dla zainteresowanych będziemy kontynuować. Okazuje się, że jest to mieszanka chemiczna, która rozprzestrzenia się od środka do zewnętrznej krawędzi dysku twardego. Następnie tarcza jest polerowana, następnie nakładana jest kolejna warstwa czystego polimeru i ostatecznie polerowana. Aby uzyskać większą pojemność dysku twardego, warstwa musi być gładsza i cieńsza. Dlatego obecnie stosowana jest następująca metoda.

Cienka warstwa folii cieńsze, trwałe, a jakość jest znacznie wyższa. Dzięki tej metodzie udało się zmniejszyć szczelinę między dyskami, a co za tym idzie osiągnąć duże ilości.

Metodę tę uzyskuje się przez elektrolizę. To samo, co podczas szlifowania chromowanej części. podłoże twardy dysk zanurzony w kąpieli roztworu chemicznego, w wyniku czego pokrywa się kilkoma warstwami metalowej folii o grubości 3 mikrocali. Najpierw chemikalia są przekształcane w stan gazowy w komorze, a następnie nakładane na podłoże. Najpierw na aluminiowy dysk nakładana jest warstwa fosforynu niklu, a następnie magnetyczny stop kobaltu. Ta metoda daje najmniejszą wartość między głowicą a powierzchnią dysku wynoszącą zaledwie 0,025 mikrona, a wcześniej 0,076 mikrona.

Napęd dysków

I najważniejszy szczegół w twardy dysk jest napędem głowy. Oni są:

1. Z silnikiem krokowym

2. Z ruchomą cewką.

Nie będę o nich mówić, jeśli jesteś zainteresowany, możesz to przeczytać, ale powiem to z silnikiem krokowym napędy najbardziej niezawodny.

Nowy rozmiar sektora 4 kb, na co się przygotowujesz?

I tu dochodzimy do najciekawszego tematu dzisiejszego dnia. Jak już wiesz co sektor, jest to minimalna jednostka do przechowywania informacji, ale ponieważ na razie 512 bajtów stało się dość małe, nowe technologie zwiększyły rozmiar do 4 kb. Twórcy nowy sektor jego IDEMA (Międzynarodowe Stowarzyszenie Producentów Dysków Twardych) nadało nazwę Advanced Format (nowy format).

Przyjrzyjmy się teraz konkretnym powodom przejścia i trudnościom, jakie mogą się pojawić nowy sektor (plusy i minusy tego).

Główny powód jego przejścia wynikał z dużych pojemności twardy dysk, dla takich woluminów rozmiar 512 bajtów staje się ograniczeniem w tworzeniu dużych wolumenów i skuteczności korekcji błędów.

Małe sektory zajmują mniejszy obszar twardy dysk, co powoduje wzrost gęstości dysku. Z tego powodu pojawiają się problemy z korygowaniem błędów, aw rezultacie powierzchnia dysku zużywa się.

W sektorach o wielkości 512 bajtów maksymalna wielkość korekcji błędów wynosi 50 bajtów. Pojawiają się trudności w korekcie i aby usprawnić proces korekty pojawił się nowy tom 4 kb.

Dzięki nowemu wolumenowi uzyskuje się większą gęstość dysku twardego, co powinno dać wzrost objętości dysków twardych.

Niezawodność w korekcji błędów ze względu na fakt, że kod korekcji błędów został zwiększony do 100 bajtów (w przeciwieństwie do starych 50 bajtów), a niezawodność wzrosła do 97%.

Hnowy format osiągnął zmniejszenie szerokości toru do 70-80 nm, zmniejszyć koszt, a tym samym obniżyć koszt dla kupującego. Zwiększyła się powierzchnia przechowywania dysków, poprawiła się wydajność (zmniejszono czas odczytu/zapisu i dostępu, zmniejszył się hałas, ciepło, zużycie mechaniczne).

Jakich trudności możemy się spodziewać?

Trudności można się spodziewać w nieprzygotowaniu oprogramowania, w wyniku czego nowy sektor może nie poprawić wydajności, ale raczej pogorszyć! format zaawansowany obsługiwane od czasu Microsoft Vista najnowsze aktualizacje i później Wersje Windowsa, I najnowsze wydania Linuksa i Mac OS X.

Dzieje się tak ze względu na to, że klastry oprogramowania nie korespondują ze sobą (następuje przesunięcie), dotyczy to również sektorów fizycznych na dysku, w wyniku czego jeden klaster nakłada się na dwa sektory, w wyniku czego liczba operacji odczytu/zapisu podwaja się, co w ostatecznym rozrachunku prowadzi nie tylko do spowolnienia pracy, ale również do dużego zużycia. twardy dysk.

Aby rozwiązać tę sytuację, firma Western Digital opracowała specjalne narzędzie. Narzędzie systemowe WD Align, dzięki czemu zawartość dysku jest przesuwana o 1 sektor. Jak również specjalna technologia Seagate SmartAlign, w dyskach Seagate, umożliwia korzystanie nowa technologia sektorowa bez specjalnej użyteczności. Western Digital umożliwia również przesuwanie bloków przełącznikiem na dysku, jednak mogą wystąpić problemy z ilością wolnych bloków.

Możesz także użyć specjalnych narzędzi producenta, na przykład jednego z nich: Narzędzie do wyrównywania paragonów, które pozwalają przesuwać bloki i nie pozwolić na spadek wydajności, ale raczej ją zwiększyć.

Wniosek jest tylko jeden, nasz nowoczesne technologie idź dalej, nowy rozmiar sektora może naprawdę poprawić szybkość dysku twardego i systemu jako całości, ale aby osiągnąć wydajność, musisz ostrożnie podejść do tej technologii. Przed użyciem upewnij się, że oprogramowanie o dostępności wsparcia nowy format abyście nie mieli trudności w pracy i tyle format zaawansowany przyniosła ci tylko radość i ukojenie! 🙂